Thiết kế máy xả giấy cuộn

1.2 Giới thiệu về máy xả giấy cuộn Hiện nay, việc ứng dụng máy này để chia giấy cuộn khổ lớn ra làm những khổ nhỏ đã được một số công ty sản xuất giấy tại Việt Nam đưa vào ứng dụng.. Lo

Trang 1

ERROR! REFERENCE SOURCE NOT FOUND

Mục lục trang

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XẢ GIẤY CUỘN 1

1.1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY 3

1.1.1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY 3

1.1.2 CÁC CÔNG ĐOẠN TRONG QUY TRÌNH 4

1.1.2.1 CÔNG ĐOẠN CHUẨN BỊ NGUYÊN VẬT LIỆU 4

1.1.2.2 CÔNG ĐOẠN CẮT VỤN VẬT LIỆU 4

1.1.2.3 CÔNG ĐOẠN NGÂM Ủ 4

1.1.2.4 CÔNG ĐOẠN NGHIỀN THÔ 4

1.1.2.5 CÔNG ĐOẠN NGHIỀN TINH 4

1.1.2.6 CÔNG ĐOẠN XEO 4

1.1.2.7 CÔNG ĐOẠN SẤY 4

1.1.2.8 CÔNG ĐOẠN CẮT, CHO RA THÀNH PHẨM 4

1.1.2.9 CÁC CÔNG ĐOẠN XỬ LÝ NƯỚC 6

1.2 GIỚI THIỆU VỀ MÁY XẢ GIẤY CUỘN 6

1.2.1 MÁY BÁN TỰ ĐỘNG 6

1.2.2 MÁY TỰ ĐỘNG 7

1.3 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN 9

CHƯƠNG II CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XẢ GIẤY CUỘN 11

2.1 PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY 11

2.1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ GẶP PHẢI KHI THIẾT KẾ 13

2.1.2 YÊU CẦU THIẾT KẾ PHẢI ĐẠT ĐƯỢC 13

2.2 CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 13

2.2.1 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1 14

2.3 PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC CHỌN VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 18

2.3.1 HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CỦA BỘ BIẾN TỐC MA SÁT 19

2.3.2 HỆ THỐNG DAO CẮT 19

2.3.3 HỆ THỐNG TRỤC CUỘN VÀO 20

2.4 ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY 21

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 26

3.1 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 26

3.1.1 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ 26

3.1.2 PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN 27

3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỤC XẢ, TRỤC CUỘN 28

3.2.1 TRỤC XẢ 28

Trang 2

3.2.2 TRỤC CUỘN VÀ HỆ DẪN ĐỘNG TRỤC CUỘN 43

3.2.2.1 TRỤC CUỘN 43

3.2.2.1 TRỤC DẪN ĐỘNG TRỤC CUỘN 53

3.2.2 2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN XÍCH: 53

3.2.2.3 THIẾT KẾ TRỤC DẪN ĐỘNG TRỤC CUỘN 56

3.2.2.4 CHỌN Ổ 61

3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ BIẾN TỐC 62

3.3.1 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 62

3.3.2 TÍNH BỘ TRUYỀN XÍCH 64

3.3.3 TÍNH TRỤC 1 TRÊN HÌNH 3.26.(TRỤC DẪN ĐỘNG TRỤC XẢ) 67

3.3.3 TÍNH XYLANH KHÍ NÉN 69

3.4 THÉP LÀM KHUNG MÁY VÀ HIỆU CHỈNH KÍCH THƯỚC 73

3.4.1 THÉP LÀM KHUNG MÁY 73

CHƯƠNG IV: SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC PHỤ KIỆN 76

4.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN 76

4.1.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN KHI DÙNG MỘT ĐỘNG CƠ 76

4.1.3 MẠCH ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ 79

4.2 CÁC BỘ PHẬN PHỤ TRỢ 79

4.2.1 BỘ PHẬN CẨU GIẤY 79

4.2.2 THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 80

4.2.3 SỬ DỤNG SENSOR TRONG TRƯỜNG HỢP DÙNG HAI ĐỘNG CƠ SERVO 81

KẾT LUẬN: 83

PHƯƠNG HƯỚNG CẢI TIẾN: 84

PHỤ LỤC 85

5.1 PHỤ LỤC 1: CHỌN ĐỘNG CƠ THEO CATALOGE 85

5.4 PHỤ LỤC 2: PHẦN MỀM TÍNH TOÁN, KIỂM NGHIỆM KẾT CẤU 88

5.5 PHỤ LỤC 3 CÁC BẢNG DUNG SAI TIÊU CHUẨN VÀ DUNG SAI LẮP GHÉP 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

MỤC LỤC 1

Trang 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XẢ GIẤY CUỘN

1.1 Giới thiệu công nghệ sản xuất giấy

Ngày nay việc áp dụng máy móc tiên tiến vào sản xuất là việc làm cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất, giải phóng sức lao động của con người, đồng thời tăng chất lượng và giảm giá thành cho sản phẩm cũng như tạo ra lợi thế cạnh tranh trên thị trường

Trong công nghệ sản xuất giấy cũng không phải là ngoại lệ Từ nguyên liệu thô ban đầu là các loại cây gỗ, các phế phẩm của việc sản xuất đồ gỗ, tre, nứa Để cho ra những sản phẩm giấy phổ biến như ngoài thị trường đòi hỏi phải qua nhiều công đoạn như: tạo bột, trộn keo, sấy, ép bột, cuộn giấy, cắt giấy Trong đó cắt giấy là một công đoạn quan trọng và mất nhiều công sức trước khi có được những sản phẩm giấy thông dụng

1.1.1 Quy trình công nghệ sản xuất giấy

Sau đây là quy trình công nghệ sản xuất giấy từ tre, nứa:

Hình 1.1 Quy trình công nghệ sản xuất giấy

Trang 4

1.1.2 Các công đoạn trong quy trình

1.1.2.1 Công đoạn chuẩn bị nguyên vật liệu

Vật liệu ban đầu là các loại tre, nứa, gỗ, các phế phẩm của việc sản xuất đồ gỗ , được lựa chọn, phân loại Sau đó, chúng được làm sạch sơ bộ qua các hệ thống xử lý, trước khi cho vào công đoạn tiếp theo

1.1.2.2 Công đoạn cắt vụn vật liệu

Sau khi được xử lý sơ bộ, nguyên vật liệu sẽ đươc cắt nhỏ để cho việc xử lý các công đoạn sau được thuận tiện hơn

1.1.2.3 Công đoạn ngâm ủ

Đây là một công đoạn quan trọng, vì nó quyết định chất lượng giấy, như màu sắc, độ bền của giấy Ơû công đoạn này, nguyên liệu vụn sẽ được rửa nhiều lần, qua nhiều lần xử lý hóa học để có được chất lượng giấy như ý

1.1.2.4 Công đoạn nghiền thô

Trước khi cho vào máy nghiền tinh để có được bột giấy mịn thì cần phải qua nghiền thô, nhằm đảm bảo cho quá trình nghiền tinh được dễ dàng

1.1.2.5 Công đoạn nghiền tinh

Đây là quá trình tạo bột giấy hoàn chỉnh cho quá trình xeo ép thành giấy tấm

1.1.2.6 Công đoạn xeo

Sau khi đã được nghiền thành bột mịn, người ta cho vào xeo thành những tấm giấy lớn, nhỏ, dày, mỏng khác nhau

1.1.2.7 Công đoạn sấy

Những tấm giấy mới xeo chưa khô sẽ được sấy khô qua những máy sấy cỡ lớn, trước khi cuộn lại thành những cuộn giấy lớn

1.1.2.8 Công đoạn cắt, cho ra thành phẩm

Trang 5

Sản phẩm giấy dạng bán thành phẩm, ở dạng khổ lớn có nhiều kích cỡ khác nhau như: 1 m;1,2 m; 1,35 m; 1,4 m được cuộn lại với những cuộn có đường kính bất kỳ xung quanh một lõi cứng rỗng Lõi này có đường kính trong tiêu chuẩn và có giá trị là: 3 inch = 76.2 mm Hình dưới đây minh họa rõ điều này:

Từ những cuộn giấy như thế này sẽ được cắt thành những cuộn có khổ nhỏ hơn khổ ban đầu nhằm cho ra những sản phẩm đủ loại kích cỡ khác nhau như : A0, A1, A2………

Hình 1.2 Giấy cuộn Đây là hình chiếu của một cuộn giấy:

Hình 1.3 Cuộn giấy dưới dạng hình chiếu

Trang 6

Đây là công đoạn mất khá nhiều công sức và thường được thực hiện bởi nhiều nhà sản xuất khác nhau, ở những địa điểm khác nhau Sở dĩ có hiện tượng này là do sau khi các nhà sản xuất giấy cho ra những loại giấy cuộn và bán chúng cho những công ty, cơ sở sản xuất nhỏ hơn Từ đó người ta sẽ cắt và gia công thành những loại sản phẩm giấy khác nhau

Vì lý do đó cho nên việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo những chiếc máy chia cuộn giấy là cần thiết và có ý nghĩa thiết thực Đó cũng là lý do cho sự lựa chọn đề tài này

1.1.2.9 Các công đoạn xử lý nước

Quá trình xử lý nguyên vật liệu sẽ thải ra môi trường những chất thải hóa học có trong các nguồn nước thải của quy trình công nghệ Vì vậy, xử lý các loại nước thải này trước khi đua chúng vào tái sử dụng hoặc thải ra môi trường là

nhiệm vụ quan trọng trong việc góp phần bảo vệ môi trường

1.2 Giới thiệu về máy xả giấy cuộn

Hiện nay, việc ứng dụng máy này để chia giấy cuộn khổ lớn ra làm những khổ nhỏ đã được một số công ty sản xuất giấy tại Việt Nam đưa vào ứng dụng Tuy nhiên ở những mức độ tự động hóa khác nhau tùy vào quy mô cùa từng đơn

vị

Có thể kể ra sau đây một vài công ty trong ngành giấy như: công ty giấy Sài Gòn, công ty giấy Trúc Bạch (Hà Nội), công ty giấy Mai Lan và một số công ty khác

Sau đây xin giới thiệu một vài mẫu máy chia cuộn giấy mà sinh viên đã tìm hiểu

1.2.1 Máy bán tự động

Trang 7

Loại máy này thường được sử dụng rộng rãi, vì những ưu điểm của nó như

là: kết cấu đơn giản, dễ thiết kế, giá thành thấp, dễ sử dụng tuy nhiên nó có khá nhiều nhược điểm như: tốn nhân công, khó điều chỉnh, kết cấu cồng kềnh, độ chính xác khi cắt không cao, dễ bị đứt giấy do sự không đồng bộ về tốc độ của các cơ cấu

Hình 1.4: Máy bán tự động Các cơ cấu được thiết kế ở máy này chủ yếu là những cơ cấu cơ khí truyền thống, kết hợp với điều khiển khí nén

Các bộ biến tốc được sử dụng đều là các bộ biến tốc cơ khí trong đó biến tốc đai được sử dụng chủ yếu để thay đổi tốc độ của các trục cuộn của máy

Trang 8

Điều khiển theo chương trình là một dạng điều khiển tự động mà tín hiệu điều khiển (tín hiệu ra) được thay đổi theo một quy luật định trước Nói cách khác, trên máy điều khiển theo chương trình, thứ tự giá trị của các chuyển động cũng như thứ tự đóng mở các bộ phận máy Điều được thực hiện đúng theo một chương trình đã vạch sẵn Các cơ cấu mang chương trình này được đặt vào thiết

bị điều khiển, và sẽ làm tự động theo chương trình đã cho

Nếu các chương trình được ghi lại bằng các dấu tì, bằng hệ thống cam, bằng mẫu ghép hình … Ta gọi hệ thống điều khiển đó là hệ thống điều khiển theo chương trình phi số Nếu các chương trình được biểu thị bằng các chữ số dưới dạng mã hiệu, ta gọi hệ điều khiển theo chương trình số

Với loại máy này nhà sản xuất ứng dụng những công nghệ hiện đại, làm cho máy đạt đươc rất nhiều ưu điểm mà máy bán tự động không có được, như là: kết cấu đơn giản, gọn, tốc độ cắt cao, độ chính xác cao v v

Hình 1.5: Máy tự động

Trang 9

Bảng 1.1: Bảng thông số của máy tự động

1.3 Nhiệm vụ luận văn

Vì những lý do như đã nêu ở mục (1.2.8), nên nhiệm vụ của đề tài là thiết

kế máy cắt giấy cuộn ( còn gọi là máy xả giấy cuộn) Với mong muốn góp phần

cải thiện quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả sản xuất trong nghành sản xuất giấy Chúng em hy vọng, với những kiến thức có được trong những năm học tại

Trang 10

trường Đại học, cộng với kiến thức thực tế cùng với sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn sẽ giúp chúng em hoàn thành đề tài đúng kế hoạch và đạt yêu cầu tốt nhất trong giới hạn của khả năng có thể

Với thiết kế này các đơn vị sản xuất giấy sẽ giảm được khá nhiều chi phí cho sức lao động tay chân cho công đoạn chia giấy cuộn, vốn rất nặng nhọc và mất thời gian

Trang 11

CHƯƠNG II CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XẢ GIẤY CUỘN

CHƯƠNG II CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY XẢ GIẤY CUỘN 2.1 Phân tích nguyên lý hoạt động của máy

Mục tiêu mà máy cần thực hiện được thể hiện như dưới đây, đầu vào là giấy cuộn khổ lớn thì đầu ra phải là những cuộn giấy với khổ nhỏ hơn

Những cuộn giấy khổ nhỏ mong muốn

- Dưới đây là sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động của máy:

12

1413

1110

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của máy xả giấy cuộn Với sơ đồ trên, nguyên tắc làm việc được mô tả như sau:

- (1) là bộ truyền động đai dẹt, nhiệm vụ của nó là truyền vận tốc, mômen xoắn từ động cơ tới cuộn giấy chưa cắt ban đầu (2) Ngoài ra bộ truyền đai (1) còn có nhiệm vụ quan trọng đó là luôn đảm bảo ổn định vận tốc dài tại điểm tiếp xúc giữa bánh đai, dây đai với cuộn giấy là không thay đổi trong quá trình làm việc

Cuộn giấy khổ

lớn

Máy

Trang 12

của máy Nếu vận tốc này hay nói cách khác là vận tốc dài tại đường tròn ngoài cùng của cuộn giấy mà không ổn định thì ngay lập tức giấy sẽ bị đứt giữa chừng do sự không đồng đều giữa tốc độ cắt, tốc độ cuộn vào và tốc độ xả ra

- (3) là trục tạo ra lực căng cho giấy nhằm đảm bảo giấy không bị nhàu, gấp nếp trước khi dao cắt và trước khi cuộn vào

- (4) là bộ trục cán có bề mặt làm bằng vật liệu cao su, nhằm góp phần ổn định vận tốc dài trong một số trường hợp nó còn làm nhiệm vụ chuyển hướng đi của giấy, đối với trường hợp xả giấy hai lớp

- (5), (6) là dao cắt và trục mang dao Dao này có thế được dẫn động hoặc không tùy phương án thiết kế, nhưng thông thường là được dẫn động nhằm đảm bảo chất lượng vết cắt

- (7) trục dẫn động dao cắt và đồng thời cũng có chức năng như một cái thớt để dao cắt

- (8) trục vừa làm nhiệm vụ dẫn động cuộn giấy đã cắt (9) vừa làm nhiệm vụ đỡ cuộn giấy (9) Trục này được truyền động bằng bộ truyền xích Vật liệu để chế tạo là thép có bọc lớp cao su bên ngoài nhằm tăng ma sát với cuộn giấy (9)

- (10) và (11) là bánh căng xích và đĩa xích của bộ truyền xích dẫn động trục (8)

- (12) là bánh căng đai của bộ truyền đai

- (13) là động cơ dẫn động của máy

- (14) là truyền đai có điều chỉnh hay còn gọi là cơ cấu bù tốc độ Bộ này có nhiệm vụ bù tốc độ khi xuất hiện trượt đai, khi đó tốc độ sẽ không đảm bảo ổn định và bộ này có tác dụng như một bộ tiết chế làm ổn định lại tốc độ

Trang 13

2.1.1 Những vấn đề gặp phải khi thiết kế

Từ những phân tích ở mục trên ta có thể nhận thấy một số vấn đề mà thiết

kế sẽ gặp phải

 Phải luôn đảm bảo vận tốc dài của cuộn giấy cả khi xả ra và khi cuộn vào là không thay đổi đồng thời chúng phải bằng nhau Nếu không đạt được điều này giấy sẽ bị đứt ngay lập tức

 Hiện tượng giấy bị xé rách nếu dao cắt không tốt

 Các bộ truyền đai sẽ có hiện tượng trượt trong quá trình làm việc do đó

sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của tốc độ xả giấy, cuộn giấy

 Trục mang giấy phải chịu được trọng lượng của cuộn giấy, không oằn

cong

2.1.2 Yêu cầu thiết kế phải đạt được

Từ những phân tích như mục trên ta rút ra một số yêu cầu phải đạt được như sau:

- Phải đảm bảo năng suất làm việc của máy

- Đảm bảo chất lượng giấy sau khi cắt không bị rách, bị lỗi

- Đảm bảo độ bền, độ cứng vững của các trục, của khung máy

- Thiết kế đơn giản, có tính khả thi, không gây khó khăn cho người sử dụng 2.2 Các phương án thiết kế

Dưới đây là một số phương án, sau đó là phân tích cụ thể từng phương án Những ưu, khuyết điểm của chúng và lựa chọn phương án phù hợp

Trang 14

2.2.1 Phương án thiết kế 1

12

14 13

11 10

Hình 2.2: Phương án 1

1 Bộ truyền đai

2 Cuộn giấy chưa xả

3 Trục căng giấy

4 Trục cán có nhiệm vụ tạo lực căng đều cho giấy

5,6 Trục mang dao và cơ cấu dẫn động dao

7 Trục dùng làm thớt cắt

8 Trục ma sát dẫn động cuộn giấy đã được cắt rồi

9 Cuộn giấy đã cắt

10,11 Bánh căng xích và bộ truyền xích

12 Bánh căng đai

13 Động cơ

14 Bộ truyền đai có thể điều chỉnh tỉ số truyền

Trên đây là phương án được áp dụng khá phổ biến trong thực tế Trong đó việc đảm bảo tốc độ dài của cuộn giấy được thực hiện trên nguyên tắc sử dụng bộ biến tốc

ma sát Bánh đai (1) luôn được áp sát vào cuộn giấy nhờ một cơ cấu được điều khiển

Trang 15

bằng khí nén Về phía trục cuộn cũng dựa trên nguyên tắc tương tự Tuy nhiên vấn đề bố trí như thế nào của các trục sao cho hợp lý và có lợi lại tùy thuộc vào người thiết kế đánh giá, do đó có nhiều cách bố trí vị trí các trục này Khi có sự không ổn định về tốc độ ta có thể điều chỉnh tỉ số truyền ở cơ cấu (14), ở đây có thể dùng cơ cấu đai truyền puli côn hay cơ cấu Heymau để điều chỉnh tốc độ

+ Ưu điểm: Đây là một phương án có kết cấu, thiết kế đơn giản, không sử dụng

nhiều những cơ cấu đòi hỏi độ chính xác cao do đó nó có tính khả thi và có thể được áp dụng rộng rải Tuy nhiên phương án trên cũng có những khuyết điểm tồn tại

- Độ chính xác không cao, không nâng được tốc độ cắt lên cao

1

2 7

8

10 11

13 14

12

15

Hình 2.3: Phương án 2

1 Bộ truyền xích

Trang 16

2 Trục ma sát

4 Trục cán có nhiệm vụ tạo lực căng đều cho giấy 5,6 Trục mang dao và cơ cấu dẫn động dao

7 Trục dùng làm thớt cắt

8 Trục ma sát dẫn động cuộn giấy đã được cắt rồi

9 Cuộn giấy đã cắt

10,11 Bánh căng xích và bộ truyền xích

12 Bánh căng xích

13 Động cơ

14 Bộ truyền xích

15 Động cơ dẫn động dao, trục cán

Ở phương án này cuộn giấy ban đầu không được dẫn động bằng bộ truyền đai mà được dẫn động bởi bộ truyền xích thông qua một trục tiếp xúc trực tiếp với cuộn giấy Trục này được chế tạo bằng vật liệu thép, bao bọc bên ngoài bởi một lớp hợp chất cao su hay nhựa tổng hợp có hệ số ma sát lớn, độ ổn định trong khoảng nhiệt độ rộng, độ hao mòn nhỏ như là các hợp chất của cao su, vật liệu asbo (hợp chất nhựa với cao su, amiăng)

- Ưu điểm: ở phương án này, ngoài những ưu điểm như kết cấu đơn giản, giá

thành thấp, khả thi Do sử dụng bộ truyền xích nên tốc độ cuộn giấy chưa xả

ra được ổn định hơn phương án 1, hiệu suất truyền cao hơn Sử dụng trục có bọc lớp vật liệu tăng ma sát tại trục tiếp xúc với cuộn giấy nên tăng được tính chống mài mòn trục, hạn chế rủi ro rách giấy khi làm việc

 Nhược điểm:

 Vì sử dụng nhiều bộ truyền xích nên khi làm việc sẽ gây ra nhiều tiếng ồn,

khả năng bôi trơn khó khăn Có sai số vận tốc tức thời

Trang 17

 Tốc độ không cao, độ cơ động cuả máy cũng không cao

1 2 3 4

5 6 7 8

9 10 11

5, 6 Dao và bộ truyền động dao

7 Trục dẫn động cuộn giấy đã cắt

8 Cuộn giấy

9, 10 Bánh căng xích và bộ truyền xích

11 Bánh căng đai

12 Động cơ 1

13 Động cơ 2 Đối với phương án này, để giải quyết tốc độ dài ổn định của cuả cuộn giấy

ta không áp dụng nguyên tắc biến tốc bằng bánh ma sát nữa Ơû đây sử dụng bộ li hợp điện từ (2) điều khiển bằng điện hay khí nén hoặc sử dụng nhiều động cơ và

Trang 18

tách đường truyền dẫn làm hai hay nhiều đường riêng biệt (trong đó động cơ được sử dụng là động cơ thay đổi tốc độ vô cấp) Vì áp dụng điều khiển tốc độ bằng điện nên tốc độ ổn định và tốc độ làm việc cũng được nâng cao

Ta sử dụng động cơ có nhiều cấp tốc độ hoặc sử dụng bộ biến tần để thay đổi vô cấp tốc độ động cơ

- Ưu điểm: Tốc độ làm việc nhanh, độ chính xác cao, giảm bớt được một số

cơ cấu Máy làm việc ổn định

- Nhược điểm: Vì sử dụng một số cơ cấu hiện đại, nên đòi hỏi độ chính xác

cao, do đó dẫn đến giá thành cao Khó làm đều tốc độ giữa trục cuộn và trục xả Phải sử dụng các cảm biến tốc độ và đưa tín hiệu về bộ xử lý để đáp ứng kịp thời tốc độ giữa các bộ phận

2.3 Phương án được chọn và nhiệm vụ thiết kế

Qua những phân tích ở trên, để phù hợp với khối lượng công việc của đề tài, tính khả thi của phương án và những ưu điểm về phương diện kỹ thuật ta chọn phương án (2) Sau đây ta sẽ phân tích rõ hơn về phương án được chọn

1

2 7

8

10 11

13 14

12

15

Hình 2.5: Phương án được chọn

Trang 19

11

10 13

12

14

6 5

4 2 1 3

Hình 2.6: Sơ đồ động phương án được chọn Hệ thống được tách đôi và sử dụng động cơ 14 để dẫn động dao cắt và trục cán

2.3.1 Hệ thống dẫn động của bộ biến tốc ma sát

2

1

Hình 2.7: Hệ dẫn động bộ biến tốc Trong đó:

1 Bộ truyền xích 2 Trục ma sát luôn tiếp xúc với cuộn giấy

2.3.2 Hệ thống dao cắt

Trang 20

1 2 3

4

Hình 2.8: Hệ thống dao cắt Trong đó:

1 Dao cắt lắp trên trục có thể thay đổi được vị trí

2 Bộ truyền bánh răng

Hình 2.9: Hệ thống trục cuộn vào Trong đó:

1 Trục dẫn động 2 Bộ truyền xích 3 Cuộn giấy đã cắt

Trang 21

2.4 Động học, động lực học của máy

Ta bắt đầu phân tích động học, động lực học của máy từ cơ cấu công tác, tức là từ cuộn giấy xả và cuộn giấy cuộn

- Từ cuộn xả ra:

.10

1.10.6

.10

1.10.6

.10

n

/ 24 , 26 30

6 , 250 30

. max

max   

s rad

n

/ 67 , 1 30

9 , 15 30

. min

min   



Trang 22

- Ta coi chuyển động của cuộn giấy là nhanh dần đều, do đó gia tốc góc của nó sẽ bằng một hằng số

- Động lực học:

J P

y

x z

Hình 2.11: Động lực học

- Ngoài trọng lực của bản thân cuộn giấy P, trục này còn chịu tác động của lực cản do ma sát ( Fms1, Fms2) của ổ gây ra, lực tiếp tuyến do trục đẫn động tạo nên Fr.

P = M.g = 1200 9,81 = 11772 N

Fms = Fr f = P.f = 11772 0.003 = 35,316 N

T = 35,316.d/2 = 35,316.76/2 = 1342 Nmm

Lấy gần đúng đường kính ngõng trục d = 76mm

- Trọng lượng của bản thân cuộn giấy sẽ sinh ra momen quán tính đối với trục x:

2 4

0 x

2

12

13

1200 2

1

kgm



Trang 23

-Ta có động năng của cuộn giấy, tính khi trọng lượng là lớn nhất, tức là khi số vòng quay là nhỏ nhất:

T là mômen quay

 là góc quay trong một vòng  = 0 2

Tuy nhiên nếu sử dụng phương pháp này ta sẽ không xác định được A do góc quay là một ẩn số Vì vậy ta xác định theo mômen động lượng như sau:

Mômen động lượng của cuộn giấy theo [4]:

Vì cuộn giấy lúc đầu đứng yên nên L1 = 0

Chọn thời gian để cuộn giấy từ lúc đứng yên đến lúc quay với  =1,67

s rad là 1

giây

Trang 24

601 1200

360720

2 2



Đây cũng là lực tác dụng làm quay cuộn giấy

Do đó lực tác dụng lên trục sẽ là những lực :

- Ma sát của ổ đỡ: Fmso

- Trọng lượng bản thân P

- Lực ép của trục tiếp xúc lên cuộn giấy ( một thành phần của lưc ma sát) Gọi nó là : F2ta tính được như sau:

F2 = F/f = 601/ 0,5 = 1202 N

Với f là hệ số ma sát giữa cao su và giấy là 0,5 [5]

Để thành phần F2 này có thể làm cho hợp lực của nó với trọng lượng bản thân cuộn giấy giảm xuống ta bố trí trục dẫn tiếp xúc như phương án thứ hai sau đây:

Hình 2.12: Phương án bố trí thứ nhất

F '

2



Trang 25

F P

Hình 2.13: Phương án bố trí thứ hai Khi đó lực tác dụng lên trục cuộn giấy sẽ chỉ còn:

P  F

P – F = 11772 – 1202 = 10570N Khi đó chỉ còn momen uốn MX , và momen xoắn tác dụng lên trục Đối với trục cuộn giấy vào ta có thể tính theo kết quả vừa đạt được

Trang 26

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 3.1 Tính chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền

3.1.1 Tính chọn động cơ

Sơ đồ động của máy:

Hình 3.1 Sơ đồ động của máy Gọi Pt là tổng công suất trên các bộ phận công tác, Pct là công suất cần thiết trên trục động cơ,  là hiệu suất truyền động Ta có:

Pct = Pt/  Công suất trên một cuộn giấy:

kw n

T

6,010

.55,9

16.1342360720

10.55,9

6

Trên sơ đồ truyền động ta có hai cuộn giấy, một bộ trục cán và bộ phận dao cắt,

Do đó ta có tổng công suất công tác là

Pt = 2 P1 + Pc + Pd = 3.0,6 + Pd Coi công suất dao cắt là không quá lớn ( < 1kw) thì ta có:

Pt < 2,8kw Chọn sơ bộ hộp giảm tốc hai cấp và sơ đồ như đã chọn, tuy nhiên khi máy làm việc thì gần như chỉ dẫn động một cuộn giấy

Trang 27

( vì một cuộn xả, còn cuộn kia cuộn vào) do đó ta có:

 = br2 6

ol d 2 ms (3.9) [9]

 Pct < 2,8 /( 0,962.0,996.0,90.0,95 2 0,90) = 4,41 kw Vậy theo tiêu chuẩn ta chọn động cơ có công suất: P = 5,5 kw (1)

3.1.2 Phân phối tỉ số truyền

Tỉ số truyền được phân phối sơ bộ như sau, theo bảng 3.2[9]:

- Hộp giảm tốc: ugt = 13

- Bộ truyền xích : uđ = 1,5

- Bộ truyền xích: ux = 1,5

- Bô truyền bánh ma sát: ums= 3

Vậy số vòng quay sơ bộ của động cơ là:

nsb = ng ugt. uđ ux. ums = 15,9 13.1,5.1,5.3 = 1395vòng/ phút (2) Từ (1), (2) ta chọn động cơ theo phụ lục P1.1 có : Pct = 7,5Hp, nđb = 1750 vòng/phút

- Phân phối lại tỉ số truyền theo động cơ vừa chọn:

Bảng 3.1 Các giá trị động lực học của các bộ truyền

Bộ truyền

Thông số Động cơ Giảm tốc Xích Xích

Bánh masát Công suất p, kw 4,49 3,89 3,52 3,34 3,06

Trang 28

Số vòng quay thực: n = 1750/13.1,5.1,5.3 = 19,9 vòng/ phút (v=73,5m/phút) so với

16 vòng/phút(60m/phút) như yêu cầu Tuy nhiên sai số này cũng không ảnh hưởng đến khả năng làm việc của máy Sai số vòng quay đáng lo ngại nhất là sai số giữa hai trục cuộn và trục xả do sai số truyền dẫn của các bộ truyền gây ra nó sẽ làm đứt giấy

3.2 Tính toán thiết kế hệ thống trục xả, trục cuộn

3.2.1 Trục xả

Chọn vật liệu là thép CT45, [ ] = 85Mpa,  b = 900Mpa

Sơ đồ của trục xả được bố trí như sau:

X

Y P

q

Hình 3.2: Sơ đồ lực tác dụng và phản lực trên cuộn xả Trong đó chiều dài L là khoảng cách từ hai mép cuộn giấy tới các ổ Chiều dài này được chọn dựa trên khả năng lắp rắp, khẳ năng tiết kiệm vật liệu và kết cấu của trục Ta thay lực phân bố bằng lực P tập trung ở giữa trục

Vì vậy ta chọn chiều dài này như sau:

Theo momen truyền ( mommen xoắn) trên trục là:

T = 360720Nmm Theo bảng 10.2 [9] chọn khoảng cách từ mép giấy đến ổ là: 100mm

Cộng với khoảng cách để có thể thao tác, lắp vòng chặn ta tăng thêm thêm: 100mm

Trang 29

Chiều dài cuộn giấylà :1450mm

Do đó chiều dài của trục giữa hai ổ là:

1450 + 2L = 1450 + 2x200 = 1850mm Tải trọng trên trục được phân bố như sau:

Lực do trọng lượng bản thân cuộn giấy gây nên là lực phân bố đều:

P = M.g = 1200 x 9,81 = 11772 N Lực do trục ma sát với cuộn giấy ép vào gọi là: F

F = Fms / f = 1202 N

Hình 3.2: Sơ đồ lực tác dụng trên cuộn xả

- Tải trọng phân bố đều được quy về trung điểm của trục

- Phản lực tại hai gối đỡ theo phương X là : Fx1, Fx2

- Phản lực tại hai gối đỡ theo phương Y là : Fy1, Fy2

Fy = P – Fy1 – Fy2 = 0

 P = Fy1 + Fy2 MAX= Fy2 l – P.l/2 = 0

 Fy2 = P/2 = 11772/2 = 5886 N

 Fy1 = Fy2 = 5886N Fx= F – Fx1 – Fx2 = 0

A = Fx2.l - F.l/2 = 0

 Fx2 = F/2 = 1202/2 = 601N

 Fx2 = Fx1 = 601N

Trang 30

 Momen tại tâm của trục là:

My = FX Lt/2 = 601 1850/2 = 555925 Nmm

MX = 5886.200 + 5886 1450/4 = 3310875 Nmm

- Momen xoắn: M = Tmso = 1342 = 1342 Nmm

- Nhưng nếu ta theo bố trí như phương án hai ở chương 2 thì khi đó chỉ còn giá trị lực theo phương Y, và được tính như sau:

Khi đó:

Fy = r – Fy1 – Fy2 = 0

 R = Fy1 + Fy2 MAX= Fy2 l – R.l/2 = 0

 Fy2 = R/2 = 10570/2 = 5285 N

 Fy1 = Fy2 = 5285 N

 Momen tại trung điểm của trục là:

 M= 5285.200 + 5285.1450/4 = 2972813Nmm Momen tại mép cuộn giấy:

Mm = 5285.200 = 1057000 Nmm Với R :là hợp lực

- Sau đây là biểu đồ nội lực

Trang 31

555925N m m3310875N m m

Hình 3.3 Biểu đồ nội lực trên trục cuộn giấy chưa cắt khi bố trí theo phương án một

- Ta nhận xét thấy rằng mặt cắt nguy hiểm là trung điểm của trục

- Momen tương đương tại đây là, theo (10.14) [9]:

M = M x2 M y2  0 , 75T2  33108752  5559252  0 , 75 13422  3357223 Nmm

- Đường kính trục xác định như sau:

Trang 32

85 1 , 0

3357223 1

- Vì cuộn giấy có đường kính trong là 76mm nên ta chọn D = 76 mm

- Đường kính tại mép cuộn giấy:

1194279 1

32

D

M d

76.85.76

3357223

Ta nhận thấy bố trí theo phương án này có phần bất lợi về lực

Do đó ta kiểm tra phương án thứ hai tuy nhiên nếu bố trí theo phương án hai cũng có một nhược điểm, khi cuộn giấy đã xả gần hết khi đó trọng lượng cuộn giấy giảm đáng kể, điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến truyền động

Biểu đồ nội lực như dưới đây:

Trang 33

P

T1342Nmm

Y

Hình 3.4 Biểu đồ nội lực trên trục cuộn giấy chưa cắt khi bố trí theo phương án hai

- Vì cuộn giấy có đường kính trong là 76mm nên ta chọn D ≤ 76 mm

- Ta nhận xét thấy rằng mặt cắt nguy hiểm vẫn là trung điểm của trục

- Momen tương đương là:

2972813 1

Trang 34

- Nếu chọn trục rỗng để có thể lắp vào trong những cơ cấu giữ cuộn giấy, và tiết kiệm vật liệu:

Đường kính trong của trục là:

32

D

M d

76.85.76

2972813

321

Khi thiết kế trục, ta có hai phương án thường được áp dụng trong thực tế Thứ nhất, phương án thiết kế trục đặc bộ phận giữ giấy lắp trên trục, thường sử dụng phương án này khi trọng lượng cuộn giấy lớn, tốc độ xả thấp, không có yêu cầu nhiều về thẩm mỹ, mong muốn giá thành hạ Thứ hai, phương án thiết kế với bộ phận giữ giấy được lắp trong trục, được điều khiển bằng khí nén

Thiết kế trục sơ bộ:

1450

Ø Ø

1850 2250 Hình 3.5: Chi tiết trục sơ bộ

Trang 35

Trục xả có bộ giữ cuộn giấy nằm phía trong, được đièu khiển bằng khí nén, khi nén khí vào các cơ cấu này được bung ra để giữ cho giấy không tự trươt tương đối quanh trục

Cơ cấu thể hiện như ở hình vẽ dưới đây:

Hình 3.6 Kết cấu trục và nguyên lý hoạt động của bộ phận giữ giấy bằng khí nén

Kiểm nghiệm:

Kiểm nghiệm theo độ bền mỏi theo [9]:

 s s s

s s





2 2

trong đó s1,s2,s3 được xác định như sau:

s 1 = 1,2 : hệ số xét đến ảnh hưởng của mức chính xác tính toán

s 2 = 1,3: hệ số xét đến ảnh hưởng tính đồng nhất của cơ tính vật liệu

s 3 = 1,2: hệ số xét đến độ quan trọng của chi tiết

 s = s 1. s 2. s 3 = 1,2 1,3 1,2 = 1,87



s =

m a

1





Trang 36



m a

 = 0,05 loại thép carbon trung bình

- ,  - hệ số kích thước tra theo bảng 10.3 [9]:

 = 0,78 thép carbon dướng kính trục từ 60  70

 = 0,74 thép carbon dướng kính trục từ 60  70

 :hệ số tăng bền bề mặt phụ thuộc vào phương pháp gia công bề mặt

 = 1,5 : thấm carbon, tập trung ứng suất ít bảng10.4[9]

K, K: hệ số xét đến ảnh hưởng của sự tập trung tải trọng đến độ bền mỏi, tra bảng 10.7 [9]

K = 2 trục có lỗ xuyên qua trục do/d = 0,051

K = 1,75

d = 710 mm ứng với chu kỳứng suất đối xứng và được xác định theo công thức sau:

- a , m , a, m : biên độ và giá trị trung bình cùa ứng suất

Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kỳ đối xứng:

a = a =M/W ; m = 0

Trang 37

Có kể đến trọng lượng bản thân trục là: Q = 762.3,14/4.1850.7,8.10-6 = 65kg trọng

lượng này so với cuộn giấy không đáng kể

W : là mômen cản uốn

32 76

9 54 , 1 1 76 32

54 , 1 1

mm3

Do đó:

a = 3357223/16898= 199MPa

d 1 : đường kính lỗ trục

Vì trục quay một chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động :

a = m = max /2 = T/2W o

3 1

3

52169 16

76

9 1 76 16

1

mm d

d d

026,0.75,1

199 8 , 1 450

.

s s





2 2

172.47,1

Trang 38

3 1

3

25825 32

76

0 54 , 1 1 76 32

54 , 1 1

mm d

d d

3

63510 16

76 16

1

mm d

d d

1



021 , 0 05 , 0 5 , 1 74 , 0

021 , 0 75 , 1

130.8,1450

s s





2 2

, 2

1769 25 , 2

bị hạn chế về khả năng chịu tải của trục và giá thành cao

 Thiết kế trục đặc thông thường, trục dạng này chịu tải tốt, dễ gia công do đó giá thành thấp Tuy nhiên việc giữ giấy cố định trên trục là rất khó vì

Trang 39

đường kính ngoài của trục bị giới hạn bởi đường kính trong của cuộn giấy

do đó rất khó khăn để lắp lên trục những cơ cấu giữ giấy

2050

14501850

R4

A - A

Hình 3.7: Chi tiết trục đặc được thiết kế hoàn chỉnh

Ta kiểm nghiệm lại theo kết quả của máy tính:

Biểu đồ nội lực:

Hình 3.8: Biểu đồ momen My

Trang 40

Hình 3.9: Biểu đồ momen Mx Vậy ta có thể thấy giá trị tính toán khá phù hợp với kết quả cho bởi phần mềm tính toán MS Solid, chi tiết phần mềm này sẽ được trình bày trong phần phụ lục

Lắp trục xả lên máy

Trục này được bố trí như sau:

3 2

1

a



Hình 3.9: Sơ đồ bố trí trục xả

Trong đó 1 là trục mang cuộn giấy; 2,3 là các ổ đỡ

Định dạng
Số trang	95
Dung lượng	1,6 MB