thiết kế máy cán tôn

Yêu cầu chung của máy cán tôn tạo sóng Máy cán tôn tạo sóng phải làm thay đổi kết cấu kim loại phôi liệu từ thép tấmphẳng thành biên dạng tôn theo ý muốn, có thể là sóng vuông hay sóng n

LỜI NÓI ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển, dân số ngày càng tăng, các cơ sở sản xuất càng mởrộng do đó nhu cầu về tấm lợp bao che cho các nhà xưởng, tòa nhà ngày càng tăng đặcbiệt là các tấm lợp bằng tôn Tấm lợp bằng tôn có các ưu điểm như giảm khối lượngkhung sườn, quá trình bao che đơn giản, nhanh gọn Đặc biệt loại tôn chín sóng vuôngđược sử dụng rộng rãi trong các công trình dân dụng Để có những sản phẩm tôn cóchất lượng, đạt kích thước như mong muốn thì việc thiết kế một dây chuyền cán tôn làcần thiết Và một dây chuyền cán tôn thì hệ thống dẫn động là thành phần cốt lõi củamột dây chuyền

Được sự gợi ý và hướng dẫn của thầy Đỗ Thế Cần, em đã thực hiện đồ án thiết

kế máy với đề tài “ THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CỦA MÁY CÁN TÔN CHÍN SÓNGVUÔNG ” Mặc dù được thầy hướng dẫn tận tình, nhưng do vốn kiến thức còn hạnhẹp, việc tìm tài liệu khó khăn nên trong quá trình thiết kế sẽ không tránh khỏi sai sót.Rất mong sự đóng góp của các thầy và các bạn để đề tài được hoàn thiện

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đỗ Thế Cần đã giúp đỡ em hoàn thành đề tàinày

Đà Nẵng, tháng năm 2015Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Tường

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 1

Hệ thống

Cấp phôi

Máng dẫnTôn phẳng

Dao cắtphẳng

Dao cắthình

Băng đỡSản phẩm

Hệ thốngTrục cán

Động cơThuỷ lực

Bơm thuỷlực

Xilanh Thuỷ lực

Xilanh Thuỷ lực

1.1.1 Yêu cầu chung của máy cán tôn tạo sóng

Máy cán tôn tạo sóng phải làm thay đổi kết cấu kim loại (phôi liệu) từ thép tấmphẳng thành biên dạng tôn theo ý muốn, có thể là sóng vuông hay sóng ngói

+ Máy làm việc phải có hiệu quả và năng suất cao nhất, dảm bảo chất lượng tônlợp tốt nhất, phế phẩm ít nhất

+ Các máy cán tôn đều cán theo phương pháp cán nguội do vậy trục cán phải có

độ cứng vững cao, có độ bóng cao

+ Tạo hình dáng tôn ít gây sai số biên dạng, kích cỡ

+ Tôn phải có độ bền cơ học chịu được gió mạnh mà không bị hư hỏng, thoátnước tốt,

1.1.2 Sơ đồ khối của máy cán tôn

Máy được dẫn động bằng một động cơ thường đặt giữa và truyền chuyển động

về hai phía nên kết cấu máy vững nhỏ gọn, tôn cán biến dạng đều tạo chất lượng tốtcho sản phẩm tôn cán

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 2

Hình 1.1 Sơ đồ máy cán tôn tạo sóng

1.2 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CON LĂN

Với mỗi cách chọn bộ truyền, sự bố trí các lô cán sẽ cho các phương án khácnhau Cho nên ta cần phải lựa chọn một phương án mang lại hiệu quả kinh tế của máythiết kế cao nhất, kết cấu máy đơn giản gọn nhẹ dễ vận hành Ta có các phương án bốtrí con lăn và trục cán sau:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

A B C D

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí con lăn theo đối xứng qua sóng tôn giữa.

Phương án 2: Bố trí đối xứng cán hai sóng ngoài cùng trước

Ở phương án này, ta sử dụng 21 cặp trục và 97 con lăn cán Việc cán hai sóngngoài cùng trước sẽ làm cho tôn bị kéo về hai phía khác nhau nên khi cán các sóng tôngiữa bị kéo rách

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 4

Hình 1.3 Sơ đồ bố trí con lăn theo đối xứng hai sóng ngoài cùng trước.

Phương án 3: Cán hai sóng đầu tiên cùng một lúc

Ở phương án này, ta dùng 21 cặp trục cán và 107 con lăn cán, với cách bố trínhư thế này thì không thuận tiện khi cán tạo sóng vì cùng một lúc tôn bị kéo về haiphía khác nhau nên khả năng tạo ra phế phẩm cao

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 5

này lực phân bố đều về hai phía, sản phẩm cán ra đạt yêu cầu, không bị chéo, không bị

nhăn, khả năng gây phế phẩm ít.

1.3 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY CÁN TÔN TẠO CHÍN SÓNG VUÔNG

1.3.1 Máy cán tôn tạo chín sóng vuông

Ở thị trường hiện nay tôn cán đều sử dụng phôi tấm ở dạng cuốn với kích thướcchiều rộng là 1200 (mm) Nên việc chọn biên dạng phải phù hợp để máy cán được loạiphôi trên Tuy nhiên việc chọn đường biên dạng tôn như thế nào để đảm bảo tôn cán racó:

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 6

125 125x6=750

125x8=1000

60 20

12.5

20

+ Đủ độ cứng vững

+ Đảm bảo yêu cầu che nắng che mưa

+ Cho năng suất cao

+ Sản phẩm ít bị khuyết tật

+ Dễ cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất

Tuy nhiên cũng có một số nhược điểm như:

+ Máy cán đắt tiền

+ Cần nhiều thiết bị phụ như cầu trục để nâng chuyển phôi cuộn,…

+ Cần diện tích lớn do kích thước máy dài

1.3.2 Thông số biên dạng của tôn chín sóng vuông

Chọn thông số biên dạng tôn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chiều rộng tấmtôn, kích thước sóng tôn, nhu cầu sử dụng, công dụng tấm lợp,…

Đối với tôn khổ 1200 mm: cán được tôn 9 sóng

Hình 1.5 Biên dạng của tôn chín sóng vuông

Sản phẩm tôn sau khi tạo sóng phải thỏa mãn yêu cầu về độ cứng vững, chịulực, không có vết nứt tại các vị trí thay đổi tiết diện ( những điểm uốn)

Sản phẩm không bị trầy xước, làm hỏng lớp bảo vệ chống oxi hóa

Phải đảm bảo yêu cầu sử dụng có tính thẩm mỹ cao

1.3.3 Dựng hình tạo sóng tôn

Việc chọn sóng tôn dầu tiên để cán là sóng giữa vì nó có những đặc điểm sau:+ Tránh hiện tượng tôn cán bị chéo đi một góc

+ Kim loại biến dạng đều hơn

+ Có khả năng cứng vững cao hơn khi cán các sóng tôn tiếp theo

1.3.4 Thiết lập biên dạng sóng tôn

Quá trình cán tôn là qua trình cán uốn tôn, nó không làm thay đổi chiều dàycủa tôn tại mọi vị trí, tôn phẳng sau khi qua máy cán sẽ nhân được biên dạng theo yêucầu, đặc biệt trong quá trình cán uốn thì lớp sơn mạ bảo vệ ít bị phá hỏng tại bất kỳ vịtrí nàovà có khả năng giữ nguyên chức năng bảo vệ ban đầu.

Quá trình cán tôn là qua trình cán uốn tôn , nó không làm thay đổi chiều dàycủa tôn tại mọi vị trí, tôn phẳng sau khi qua máy cán sẽ nhân được biên dạng theo yêucầu, đặc biệt trong quá trình cán uốn thì lớp sơn mạ bảo vệ ít bị phá hỏng tại bất kỳ vịtrí nàovà có khả năng giữ nguyên chức năng bảo vệ ban đầu

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 8

20 28.2828.28

H

D1 D2

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 9

L

C A

B

Hình 1.9 Sơ đồ cán uốn tạo sóng

Trong đó:

d1: Đường kính chày khi uốn lần 1

D1: Đường kính cối khi uốn lần thứ 1

d2: Đường kính chày khi uốn lần 2

D2: Đường kính cối khi uốn lần thứ 2Tương tự như vậy ta có quá trình uốn lần 3 ,4 tạo được biên dạng theo yêu cầu

`

Hình 1.10 Sơ đồ tính toán số lần cán

Khi cán tạo sóng qua các bước ta có nhân xét sau:

+ Chiều dài L không thay đổi trong suốt quá trình cán nhưng x giảm a tăng.+ Ta đặt AB= a: chiều cao của sóng tôn

27.99

27.83

27.63

27.40

27.12

26.8126.45

B(mm) 76.5

2

76.40

76.24

75.98

75.67

75.26

74.80

74.24

73.6372.90

x(mm) 26.0

5

25.60

25.11

24.57

23.97

23.31

22.59

21.81

20.9020.00

B(mm) 72.1

0

71.20

70.22

69.14

67.94

66.62

65.18

63.62

61.8060.00

Để trong quá trình cán uốn tôn không bị biến dạng đột ngột, bị rách nứt dẫn đếntôn bị biến dạng không đồng đều, lớp bảo vệ bị hỏng, ta chọn số lần cán uốn để tạo rasóng tôn hoàn chỉnh là 4 lần tương ứng với kích thước của a lần lượt là 5, 10, 15,20(mm) và số liệu ta chọn như sau:

[Bảng 1 - 2]

1.3.6 Xác định kích thước của con lăn cán

Muốn xác định kích thước của con lăn cán ta phải lựa chọn đường kính danhnghĩa của các con lăn cán thông qua vận tốc của sản phẩm khi đi qua dây chuyền Vậntốc yêu cầu thiết kế là 0,2 m/s, nên ta chọn vận tốc của sản phẩm là V=0,2 m/s

Nhưng vì đường kính của các con lăn trên trục cán không bằng nhau, do đó khitôn đi qua hai trục cán sẽ có vận tốc khác với vận tốc dài của lô cán Nên xuất hiệnhiên tượng trượt tương đối giữa tôn và lô cán

Nhờ có ma sát giữa tôn và các con lăn nên khi các con lăn cán của các trục dẫnđộng quay thì thì tôn chuyển dộng tịnh tiến đồng thời do có ma sát nên làm quay trụccòn lại Vì các con lăn cán có đường kính ở các điểm không bằng nhau nên khi thiết

kế hệ con lăn của trục cán, cần chú ý đảm bảo vân tốc dài tại một số vị trí phải bằng

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 11

B

h

dt x

3 Lô cán dưới (chày)

Máy cán tôn là loại máy cán hình mini, cán tấm dải chiều dày ≤ 1mm nên tachọn đường kính danh nghĩa của các con lăn D= d= 120 mm Để tôn ra khỏi hai trụccán thì số vòng quay của hai trục khác nhau do đó ta chọn:

+ Đường kính trục để lắp con lăn cán là: φ = 65 (mm)

+ Đường kính cổ trục để lắn ổ đỡ: φ= 45 (mm)

1.3.7 Xác định đường kính các lô cán

+ Ta chọn đường kính danh nghĩa lô trên: Dn=140 (mm)

+ Ta chọn đường kính danh nghĩa lô dưới: dt=100 (mm)

+ Khoảng cách hai trục cán: A = 120(mm)

Qua mỗi lần cán ta tăng chiều cao chày(lô dưới) lên 2a đơn vị, do đó: d1=dt+2a (mm)

Tương tự chiều sâu của cối sẽ giảm đi 2a đơn vị: D1=Dt-2a (mm)

Qua các lần cán ta có các số liệu sau :

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 12

Theo sơ đồ phương án ta quy định các con lăn như sau:

+ Gọi A: Con lăn cán lần 1

+ Gọi B: Con lăn cán lần 2

+ Gọi C: Con lăn cán lần 3

+ Gọi D: Con lăn cán lần 4

Từ các kích thước tính toán ta được bản thông số sau:

Hình 1.12 Con lăn trên

[Bảng 1 - 3] Bảng thông số kích thước của con lăn trên

Hình 1.13 Con lăn dưới

[Bảng 1 - 4] Bảng thông số kích thước của con lăn dưới

I, II, III, IV, V: Các cặp trục cán

1: Hướng phôi đi vào;

1.4.1 Truyền động cho máy

Thông thường có hai phương án truyền động cho máy cán tôn:

+ Truyền động bằng cơ khí

+ Truyền động bằng thủy lực, dầu ép

a, Truyền động bằng cơ khí

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 15

+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.

+ Khả năng tải cao, vận tốc lớn

b, Nhược điểm:

+ Bộ truyền gây ồn khi làm việc

+ Mức độ an toàn thấp

+ Kích thước trọng tải lớn, cồng kềnh

+ Yêu cầu chế độ bôi trơn bảo dưỡng cao

+ Khó khăn trong việc điều khiển tự động, đảo chiều chuyển động và chốngquá tải

b, Truyền động bằng thủy lực, dầu ép

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 16

2 4

Hình 1.15 Sơ đồ máy cán truyền động bằng thủy lực, dầu ép.

Chú thích:

1 Bể dầu 6 Hộp phân lực

2 Động cơ điện 7 Các ổ đỡ

3 Bơm dầu 8 Hệ trục con lăn

4 Van điều khiển 9 Vít điều chỉnh khe hở

5 Động cơ dầu

a, Ưu điểm:

+ Có khả năng điều khiển vô cấp

+ Kích thước gọn, trọng lượng và momen quán tính nhỏ

+ Dễ dàng trong việc điều khiển tự động, đảo chiều chuyển động và chống quá tải

+ Bộ truyền làm việc ít gây tiếng ồn,

+ Mức độ an toàn cao

b, Nhược điểm:

+ Cấu tạo phức tạp, đòi hỏi độ chính xác các bộ phận rất cao

+ Giá thành sản phẩm cao

+ Năng suất làm việc phụ thuộc vào chất lượng dầu

1.4.2 Truyền động cho hộp phân lực

Hộp phân lực thường dùng các cơ cấu truyền động:

+ Truyền động bằng xích

+ Truyền động bằng trục vít - bánh vít

a, Truyền động bằng xích

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 17

2 1

2 3

Hình 1.16 Truyền động bằng xích.

Ưu, nhược điểm của bộ truyền xích:

+ Kích thước nhỏ gọn

+ Không có khả năng tự hãm

+ Chế tạo, lắp ghép phức tạp, thường xuyên phải bôi trơn

+ Khả năng làm việc ở tốc độ cao kém

+ Dùng truyền chuyển động cho các trục có tỷ số truyền không đổi

+ Có khả năng truyền được với khoảng cách trục xa

b, Truyền động bằng trục vít - bánh vít

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 18

Hình 1.17 Truyền động bằng trục vít – bánh vít.

Ưu, nhược điểm của bộ truyền trục vít – bánh vít:

+ Truyền động êm ít gây tiếng ồn

+ Khuôn khổ kích thước nhỏ gọn

+ Khả năng tự hãm cao

+ Tỷ số truyền lớn

+ Hiệu suất thấp, sử dụng vật liệu đắt tiền

+ Có thể thay đổi hướng chuyển động

1.5 CHỌN CÁC PHẦN TỬ THỦY LỰC

a) Van tràn và van cản

Van tràn dùng để hạn chế việc tăng áp suất chất lỏng khi trị số áp suất chất lỏngvượt quá mức quy định

Van cản dùng để cản đường dầu về ở đường ra giữ cho trong buồng luôn chứadầu

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 19

Hình 1.21 Kết cấu van Solenoid

d) Động cơ dầu và xy lanh thủy lực

Động cơ dầu có nhiệm vụ cung cấp momen xoắn cho cơ cấu chấp hành

Xy lanh thủy lực có nhiệm vụ tạo lực cắt cho dao cắt hình và dao cắt phẳng

Hình 1.22 Kết cấu xy lanh thủy lực

e) Bơm thủy lực

Cung cấp lưu lượng dầu cho động cơ thủy lực và xy lanh thủy lực thông qua các đường ống và các van thủy lực

Hình 1.23 Kết cấu bơm bánh răng

f) Các thiết bị phụ

Lọc dầu, bể chứa dầu, các đường ống, …

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 21

Tôn cán có biên dạng sóng nhất định nên các con lăn dưới và trên tiếp xúc vớitôn các đường kính khác nhau Do vậy khi trục cán quay thì vận tốc dài tại các điểmtrên các lô cán sẽ khác nhau, khi cán sẽ có hiện tượng trượt tương đối giữa tôn và cáccon lăn cán Dọc theo biên dạng sóng sẽ có một vị trí mà ở đó không có hiện tượngtrượt, vòng tròn qua điểm này trên lô cán có đường kính d thuộc chày và đường kính Dthuộc cối Ta dùng đường kính này để tính toán động học cho máy.

Ta chọn đường kính danh nghĩa của chày và cối là d= D= 140 (mm), tốc độ cántạo sóng là V=0,2 (m/s)=12(m/ph), như ở phần trên

Trong đó :

: Giới hạn bền của vật liệu làm tấm tôn : ≤ 400 (Mpa)

n : Hệ số đặc trưng của ảnh biến cứng : n = 1,5

S : Chiều dày của phôi tấm Trong dây chuyền cán tôn này, chiều dàylớn nhất của tôn là 1 mm, chọn S = 1 (mm)

L : Khoảng cách giữa hai điểm tựa

B : Chiều rộng vật uốn : B= (2.28,28) + 20 =76,56 (mm)

Để đơn giản trong tính toán ta xem hệ số biến cứng không đổi qua các lần cántạo sóng và n = 1,8

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 22

m : khối lượng của trục và con lăn lắp trên trục (kg)

g : gia tốc trọng trường, g = 9,8 (m/s2)

2.2.2 Tính khối lượng các con lăn trên ( cối)

Hình 2.1 Con lăn trên (cối).

[Bảng 2-2]

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 23

Cán lần 4(D) 60 80 120

Ta gọi :

- V1 là thể tích bao con lăn gối có đường kính là φ140, chiều cao là H

- V2 là thể tích phần lỗ lắp vào trục có đường kính là φ65 và chiều cao là H

- V3 là thể tích phần lòng khuôn lỗ hình thang cân có cạnh lớn là B, cạnh nhỏ là

20 và chiều cao là a

=> Thể tích của con lăn : V = V1 - (V2 + V3) (2.4)

Khối lượng con lăn : m = V γ (kg)

Trong đó :

γ : Khối lượng riêng của thép : γ = 7,85 kg/dm3

H : Chiều rộng con lăn cán (dm)

a, Tính khối lượng con lăn cối cán uốn lần 1(con lăn A): m A

mA = m1 - (m2 + m3) (2.5)Trong đó :

mA : Khối lượng con lăn cối A cần tính

m1 : Khối lượng của phần hình bao có φ140(mm)

2.2.3 Tính khối lượng các con lăn dưới (chày)

Hình 2.2 Con lăn dưới (chày)

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 25

Khối lượng con lăn cán : m = (m1 + m2) - m3

a, Tính khối lượng con lăn chày cán uốn lần 1 (Con lăn A) : m A’

L3 L2

2.2.4 Tính toán khối lượng trục cán

Chọn sơ bộ kích thước của trục như sau :

mtr = m1 + m2 + m3 (kg) (2.6)Trong đó :

+ m1 : Khối lượng phần trục có chiều dài L1 : φ 45 (mm)

m1 = V1 γ = π.R2 L1 γ = (3,14 0,2252 0,40) 7,85 = 0,5 (kg)SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 27

mtr = m1 + m2 + m3 = (0,5 + 34,11 + 1,87) = 36,48 (kg)

2.2.5 Tính momen cán

+ Ta có áp lực tole tác dụng lên các con lăn trục là :

PL = Σ P (2.7) Trong đó :

P : Là lực uốn từng phần qua các con lăn tạo sóng

+ Áp lực tác dụng lên cổ trục cán : R (N)

- Đối với trục cán trên : R = QT + PL (N) (2.8)

- Trục cán dưới : R = QD + PL (N) (2.9)

Q : Trọng lượng các con lăn và trục cán (N)

+ Mômen cần thiết để quay trục được tính theo công thức.

f1 : Hệ số ma sát của ổ đỡ trục, chọn f1 = 0,1

R : Lực tác dụng lên cổ trục (N)

d : Đường kính cổ trục cán d = 45 (mm)+ Mmsl : Mômen ma sát lăn giữa tôn và con lăn cán (N.mm)

Mmsl = PL f2 2

D

(N.mm) (2.12) Trong đó :

PL : Lực của kim loại tác dụng lên con lăn trục (N)

f2 : Hệ số ma sát chọn f = 0,5( vì kim loại phủ sơn)

D : Đường kính con lăn (mm)+ Mc : Mômen cán để làm biến dạng kim loại (N.mm)

Mc = PL a L (N.mm) (2.13) Trong đó :

PL : Lực uốn của kim loại tác dụng lên con lăn trục (N)

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 28

L : Chiều dài tiếp xúc của kim loại với con lăn cán (mm)

Hình 2.4 Sơ đồ tính chiều dài tiếp xúc giữa tôn và con lăn cán

Theo hình ta có :

)(180

mm

R AB

(2.15) Khi tính toán ta lấy đường kính danh nghĩa cho các con lăn φ = 140 (mm), trongquá trình cán đường kính ngoài của các con lăn cối lăn φ160 không thay đổi mà chỉthay đổi khoảng cách gối và chiều sâu của cối Còn đường kính làm việc của chày thìthay đổi trong một khoảng a qua các lần cán A, B, C, D (5, 10, 15, 20)mm Đườngkính của chày thay đổi từ φ130, φ140, φ150, φ160 ta tính như sau :

Cân lần 1:

Cân lần 2 :

Cân lần 3 :

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 29

Do vậy ta có chiều dài tiếp xúc giữa kim loại và con lăn cán là.

2.2.6 Tính công suất của động cơ

Công suất động cơ bằng tổng công suất trên các trục cán, do đó ta phải tínhcông suất trên từng trục cán và công suất của các trục được tính theo công thức sau:

NTR = M.ω (KW) (2.16) Trong đó :

NTR : Công suất trục cần tính

M : Mômen cần thiết để quay trục ( N.m)

SVTH: Nguyễn Đức Tường – Lớp 12CDT2 31