THIẾT kế máy XOẮN dây cáp điện

Cho đến hiện nay, nhu cầu về dây truyền tải điện trong nước vẫn đang chưa đáp ứng đủ, theo số liệu ngành điện lực sản xuất chỉ đáp ứng được ¾ nhu cầu.. Vì vậy nhận định trong thời gian n

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ooOoo

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÁY XOẮN DÂY CÁP ĐIỆN

GVHD: TS Phan Tấn Tùng SVTH: Huỳnh Thanh Khải MSSV: 20901203

Lớp: CK09KSTN

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12/2013

LỜI NÓI ĐẦU

Luận văn tốt nghiệp là môn học đồng thời là nhiệm vụ cuối cùng của sinh viên trong khối ngành kỹ thuật nói chung và trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM nói riêng Đây

là cơ hội để các sinh viên rèn luyện và trau dồi kiến thức, áp dụng những kiến thức

đã học để tự mình làm một đề tài liên quan đến chuyên ngành của mình.

Như chúng ta đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Trong quá trình này, cơ khí được xem như anh cả, là đầu tàu của nền kỹ thuật Tuy nhiên, để so với các cường quốc trên thế giới thì chúng ta vẫn chưa thoát khỏi tình trạng lạc hậu về máy móc, về trình độ, …Trước đây, chúng ta thường có xu hướng nhập khẩu thiết bị, máy móc và công nghệ nước ngoài, trong khi đó nếu như tự chế tạo và sản xuất, giá thành chỉ bằng 0,5 – 0,7 lần giá nhập khẩu.

Ngành sản xuất dây cáp điện cũng nằm trong số đó, chúng ta phải nhập rất nhiều dây chuyền sản xuất với giá thành cao ngất Những năm gần đây, chúng ta đã có nhiều cải tiến tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu của xã hội Bên cạnh đó, nhiều nơi sản xuất dây cáp điện không đạt yêu cầu vẫn tồn tại Chính lẽ đó, nghiên cứu và thiết kế một dây chuyền để sản xuất dây cáp điện là điều cần thiết Đó là lí do

mà em đã chọn đề tài “THIẾT KẾ MÁY XOẮN DÂY CÁP ĐIỆN” Thông qua đề tài luận văn này, em được tìm hiểu kĩ hơn về quá trình sản xuất cáp điện, các loại máy móc hiện có trên thị trường và áp dụng những kiến thức đã học vào trong thiết kế Dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của Thầy TS Phan Tấn Tùng, em đã hoàn thành được đề tài luận văn này Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đối với

TS Phan Tấn Tùng Tuy nhiên trong quá trình làm luận văn, với vốn kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Mong nhận được sự chỉ dạy của Quý Thầy cô.

Ngoài ra, em cũng xin cảm ơn gia đình, người thân và các bạn bè đã tạo điều kiện tốt nhất cho em được hoàn thành đề tài này.

Sinh viên,

Huỳnh Thanh Khải

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài “Thiết kế máy xoắn dây cáp điện” đưa ra 3 phương án để xoắn dây và 4 sơ đồ động cho nguyên lý được chọn Quá trình hoàn thành đề tài được tóm gọn thành 5 chương như sau:

- Chương 1: Tổng quan

Tìm hiểu tổng quan về hiện trạng của ngành điện Việt Nam, thị trường dây cáp điện, các loại dây cáp điện hiện có trên thị trường và sơ lược các phương pháp xoắn dây điện.

-Chương 2: Chọn nguyên lý thiết kế

Đưa ra được yêu cầu của sản phẩm, máy sản xuất được những loại sản phẩm nào

và cuối cũng là chọn nguyên lý để thực hiện, đưa ra sơ đồ động thích hợp nhất với máy thiết kế.

-Chương 3: Tính toán động lực học

Tìm hiểu và tính toán để chọn công suất cho động cơ, phân phối lại tỉ số truyền cho các đường truyền.

-Chương 4: Tính toán thiết kế các bộ truyền.

Tính toán, kiểm tra bền các bộ phận truyền động có trong máy thiết kế cũng như các bộ phận kiểm tra, an toàn trong máy.

-Chương 5: Hệ thống điện, vận hành và bảo dưỡng

Đưa ra các yêu cầu khi vận hành, chế độ bảo dưỡng máy Lập sơ đồ điện và mạch điều khiển các thiết bị của máy thiết kế.

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.8 Phân loại dây theo kết cấu ruột dẫn, số lõi và hình dạng vỏ bọc 9

Hình 1.13 Tubular stranding machine

Hình 3.3 Sơ đồ đường truyền động cơ đến tang cuốn và tang thành phẩm. 33

Hình 4.5 Biểu đồ lực và momen trên trục khung 1 67

Hình 4.16 Biểu đồ lực và momen trên trục trung gian bánh vít 85

DANH SÁCH BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Công suất và sản lượng điện hàng năm của một số nhà máy thủy điện

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1. Quá trình phát triển của ngành điện Việt Nam

Trong quá trình phát triển kinh tế của mỗi đất nước, năng lượng điện đóng một vai trò rất quan trọng và là ngành được coi là phải đi trước một bước để phát triển các ngành khác Điện năng nói riêng đã góp phần rất lớn vào sự phát triển kinh tế, văn hóa, văn minh của nhân loại Năng lượng điện rất phổ biến ở trên từng mỗi quốc gia, từng tỉnh, huyện cho đến từng mỗi hộ gia đình trên khắp thế giới Từ dụng cụ sinh hoạt gia đình đơn giản như thắp sáng, quạt điện, bàn là… cho đến máy móc hiện đại đều đa số dùng năng lượng điện năng Vì vậy có thể nói điện năng là nguồn năng lượng rất quan trọng và phổ biến trên khắp thế giới.

Ở Việt Nam chúng ta do điều kiện lịch sử trong khu vực, nên nền kinh tế phong kiến tồn tại lâu dài và thêm nạn ngoại xâm Nền kinh tế nghèo nàn lạc hậu đi sau các nước phát triển trên thế giới ở rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt là ngành công nghiệp Những năm cuối của thế kỉ XIX và đến đầu thế

kỉ XX, nước ta còn là một nước nông nghiệp lạc hậu, công nghiệp mang tính nhỏ lẻ, thủ công Về điện năng cả nước chỉ xây dựng được hai nhà máy nhiệt điện: nhà máy thứ nhất được xây dựng năm 1892 ở Hải Phòng và đến năm 1894 xây thêm một nhà máy nữa ở Hà Nội với tên gọi Nhà máy đèn Bờ Hồ với 2 tổ hợp máy phát điện một chiều công suất 500kW Các nhà máy nhiệt điện này có công suất không đáng kể, chỉ sử dụng vào các ngành công nghiệp khai thác và chế biến các nguồn tài nguyên phục vụ cho thực dân Pháp Và cho đến những năm giữa thế kỉ XX, nước ta đang trong tình trạng chiến tranh liên miên, điều kiện để phát triển kinh tế rất hạn chế, chỉ xây thêm một số nhà máy nhiệt điện ở miền Bắc có công suất không đáng

kể, chỉ phục vụ cho các ngành công nghiệp phục vụ chiến tranh.

Sau khi hòa bình lặp lại, đất nước ta tập trung vào phát triển kinh tế, khắc phục hậu quả chiến tranh và phát triển một số ngành công nghiệp nặng Vì vậy nhu cầu điện năng ngày càng tăng Và dấu mốc quan trọng trong ngành điện lực là đã xây dựng thành công và đi vào hoạt động nhà máy thủy điện Hòa Bình vào ngày 30/11/1988.

Ngày nay do tình hình an ninh tốt và cơ chế đổi mới của Đảng, Nhà nước

đã thu hút được rất nhiều vốn đầu tư từ các doanh nghiệp nước ngoài Nhiều công ty, xí nghiệp được xây dựng nhu cầu về điện năng lại tăng Mặt khác nhằm phát triển kinh tế, văn hóa ở vùng nông thôn, vùng sâu, vùng

xa, Đảng ta xác định bốn nhân tố để phát triển kinh tế, văn hóa vùng sâu, vùng xa là: Điện – Đường – Trường – Trạm Vì vậy điện năng là nhu cầu rất quan trọng Tình hình sản xuất điện nước ta ở một số thời kì như sau:

năm 1985 là 5,2 tỷ KWh; năm 1990 là 8,7 tỷ KWh; năm 1993 là 10,9 tỷ KWh; năm 1995 gần 14,7 tỷ KWh; và năm 1999 là khoảng 23,6 tỷ KWh Một số nhà máy điện lớn: nhà máy nhiệt điện Uông Bí công suất 150000 KW; nhà máy thủy điện Thác Bà công suất 110000 KW; nhà máy thủy điện Hòa Bình công suất 1,9 triệu KW; nhà máy thủy điện Sơn La công suất 2,4 triệu KW; thủy điện Đa Nhim 160000 KW, thủy điện Yaly công suất 700000 KW; thủy điện Trị An công suất 400000 KW; thủy điện Thác Mơ công suất

150000 KW,…

Hình 1.1 Ứng dụng của điện năng trong cuộc sống

Hình 1.2 Nhà máy đèn Bờ Hồ

Nhà máy thủy điện Lai Châu Nhà máy thủy điện Yaly

Hình 1.3 Một số nhà máy thủy điện lớn nhất Việt Nam Bảng 1.1 Công suất và sản lượng điện hàng năm của một số nhà máy thủy điện

lớn

Như vậy, từ một gia tài nghèo nàn, lạc hậu sau khi tiếp quản Thủ đô vào tháng 10/1954 với vẻn vẹn 31,5 MW công suất, sản lượng điện khoảng 53 triệu kWh/năm, đến hết năm 2010 này, tổng công suất nguồn điện cả nước

đã lên đến 20.900 MW Riêng giai đoạn 2006-2010, tổng công suất lắp đặt nguồn điện mới tăng thêm trên toàn hệ thống điện là 10.400 MW, tăng 1,98 lần so với năm 2005 Sản lượng thương phẩm năm 2010 cũng đạt khoảng 85,4 tỷ kWh, tốc độ tăng điện thương phẩm bình quân giai đoạn 5 năm là 13,7%, tăng gấp hơn 2 lần so với tăng trưởng GDP, đáp ứng cơ bản nhu cầu điện cho phát triển kinh tế và sinh hoạt của nhân dân với tốc độ tăng trưởng cao Điện thương phẩm bình quân đầu người đến cuối năm nay đạt 981 kWh/người/năm, tăng 1,8 lần so với năm 2005.

Để đạt được mục tiêu này, giai đoạn 2006-2010 là thời kỳ toàn ngành tập trung mạnh mẽ vào đầu tư phát triển, thực hiện Quy hoạch Điện VI Đây cũng

là thời kỳ Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), đơn vị nòng cốt trong ngành Điện hoạt động theo mô hình tập đoàn kinh tế, tự chủ về tài chính và huy động vốn cho đầu tư với quy mô đầu tư lớn nhất từ trước đến nay Những cố gắng của toàn ngành không thể phủ nhận khi cùng một lúc triển khai xây dựng và đưa vào vận hành hàng trăm công trình nguồn và lưới điện đồng bộ với khối lượng đầu tư hàng trăm ngàn tỉ đồng, một tốc độ chưa từng có trong lịch sử phát triển của ngành.

Với 202.100 tỷ đồng khối lượng đầu tư trong cả 5 năm, Tập đoàn đã đưa vào vận hành 21 dự án nguồn điện với tổng công suất 6.280 MW, riêng năm nay

là 10 nhà máy với tổng công suất 2.078 MW Đặc biệt, công trình thuỷ điện Sơn La được Đảng, Nhà nước và nhân dân đánh giá cao về quy mô, tầm quan trọng hiệu quả và tính cấp thiết sẽ đưa vào vận hành tổ máy đầu tiên vào ngày 22/12/2012 như một món quà ý nghĩa của tập thể CBCNV ngành Điện chào mừng 56 năm ngày truyền thống của ngành và chào mừng Đại hội Đảng Toàn quốc lần thứ XI.

Hiện nay, EVN đang triển khai xây dựng 15 dự án với tổng công suất 10.581

MW và chuẩn bị đầu tư 11 dự án với tổng công suất 70285 MW Ngoài ra, EVN còn đang thực hiện các thủ tục đầu tư 5 dự án nguồn điện để khởi công trong giai đoạn 2011-2015, gồm 2 nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận 1&2

và 3 dự án thuỷ điện tích năng (Bắc Ái, Hàm Thuận Bắc, Mộc Châu) với tổng công suất 7.600 MW Song song với các công trình nguồn, trong 5 năm, Tập đoàn đã đóng điện nhiều công trình lưới điện trải dài trên địa bàn cả nước,

từ các thành phố đến các xã vùng sâu, vùng xa với tổng chiều dài 62.000 km

và tổng dung lượng trạm biến áp 29.100 MVA.

Cơ cấu điện năng gồm nhiệt điện và thủy điện, có xu hướng tăng dần tỷ trọng thủy điện Mạng lưới tải điện ngày càng hoàn thiện, quan trọng nhất

là đường dây tải điện Bắc – Nam 500 KV năm 1994.

Ngày nay do nhu cầu điện tăng nhanh, và do khí hậu nước ta có sự phân mùa: mùa đông và xuân mưa nhiều, mùa hạ và mùa thu ít mưa nên vào hai mùa này các hồ thủy điện không đủ lượng nước để chạy máy vì thế từ trước đến nay nước ta vẫn đang trong tình trạng thiếu điện năng vào mùa

hạ và mùa thu Và để giải quyết vấn đề đó, ngành điện lực đã hợp đồng mua bán điện với Trung Quốc vào năm 2005.

Nước ta đang tiến hành quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

và phấn đấu vào năm 2020 cơ bản trở thành một nước công nghiệp phát triển Muốn thực hiện thắng lợi sự nghiệp chung đó yêu cầu mọi ngành, nghề phải tập trung vào phát triển ngành nghề của mình và hợp tác giúp

đỡ lẫn nhau giữa các ngành nghề để sự phát triển mang tính bền vững Ngành điện lực nói riêng là ngành kinh tế trọng điểm của quốc gia, nhiệm

vụ đó càng trở nên nặng nề hơn, phải có biện pháp để đáp ứng đủ và ổn định nguồn điện cho đất nước trong tình hình mới.

Hình 1.4 Đường dây 500kV Bắc - Nam

2. Dây và cáp điện

2.1 Khái niệm

Dùng để truyền tải điện năng (hoặc tín hiệu điều khiển – cáp điều khiển) hay dùng để nối các thiết bị điện trong công nghiệp hay dân dụng.

Hình 1.5 Dây và cáp điện

2.2 Kết cấu

Hình 1.6 Kết cấu cáp điện

2.3 Các ký hiệu nhận biết

- Cu: ruột dẫn điện bằng đồng

- Al: ruột dẫn điện bằng nhôm

- PVC: chất cách điện (vỏ bọc) bằng nhựa PVC

- XLPE: chất cách điện (vỏ bọc – chỉ dùng cho cáp vặn xoắn) bằng XLPE

- ATA, DATA: lớp bảo vệ bằng băng nhôm (thường dùng trong cáp Muller)

- STA, DSTA: lớp bảo vệ bằng băng thép (thường dùng trong cáp chôn ngầm)

- SWA: lớp bảo vệ bằng sợi thép (thường dùng trong cáp chôn ngầm)

- CV, CVV: Dây cáp ruột đồng, cách điện bằng PVC, bọc vỏ bằng PVC CXV: Dây cáp ruột đồng, cách điện bằng XLPE, bọc vỏ bằng PVC

- CVV(CXV)/DSTA(SWA): cáp ngầm ruột đồng, cách điện bằng PVC (XLPE), giáp bảo vệ bằng băng thép (sợi thép), bọc vỏ bằng PVC.

2.4 Phân loại dây và cáp điện

- Phân loại theo tiêu chuẩn:

+ Dây điện dân dụng:

+ Dây cáp chống cháy, chống bén cháy:

IEC 60502 – IEC 60331 – IEC 60332…

Dây dân dụng

Cáp điện

Cáp chống cháy

Hình 1.7 Các loại dây và cáp điện theo tiêu chuẩn

- Phân loại theo kết cấu ruột dẫn:

+ Dây điện dân dụng ruột dẫn cứng (một sợi cứng hoặc 7 sợi bện lại)

+ Dây điện dân dụng ruột dẫn mềm (nhiều sợi mềm bện lại với nhau)

- Phân loại theo số ruột dẫn điện:

+ Dây đơn: Cu/PVC 1x….mm2

+ Dây đôi: Cu/PVC/PVC 2x….mm2

+ Dây ba ruột dẫn: Cu/PVC/PVC 3x….mm2

- Phân loại theo hình dạng vỏ bọc:

+ Dây dân dụng bọc tròn

+ Dây dân dụng dạng oval

+ Dây dân dụng bọc dính cách (dây sup)…

Phân loại dây theo kết cấu ruột dẫn, số lõi và hình dạng vỏ bọc như trên hình vẽ 1.8.

3. Nhu cầu xã hội và thị trường

Trước đây, dây tải điện đa số chúng ta phải nhập khẩu ở nước ngoài Cho đến hiện nay, nhu cầu về dây truyền tải điện trong nước vẫn đang chưa đáp ứng đủ, theo số liệu ngành điện lực sản xuất chỉ đáp ứng được ¾ nhu cầu Với chủ trương của Đảng là chỗ nào có dân sinh sống là chỗ đó phải

có nguồn điện, mặt khác dân ta lại sinh sống rải rác khắp mọi miền tổ quốc, vì thế để nguồn điện về được với mọi người dân thì nhu cầu về một lượng dây dẫn điện là khá lớn.

Hình 1.8 Phân loại dây theo kết cấu ruột dẫn, số lõi và hình dạng vỏ

bọc

Nói chung nhu cầu dây cáp điện phục vụ chủ yếu cho ngành điện lực, sử dụng truyển tải mạng điện cao áp, trung áp, hạ áp, và một số ngành công nghiệp nặng Hay các công ty sử dụng điện năng nhiều phải sử dụng dây truyền tải lớn song nhu cầu vẫn rất lớn vì nước ta đang trong giai đoạn xây dựng cơ sở hạ tầng, công nghiệp hóa, hiện đại hóa Mặt khác, các

ngành truyền thông vô tuyến, viễn thông cũng cần một lượng dây truyền tải đáng kể Vì vậy nhận định trong thời gian này và có thể nhiều năm sau nữa nhu cầu dây cáp điện chúng ta còn rất lớn và có thể còn phải nhập khẩu.

Cùng với tốc độ phát triển của ngành điện lực, thị trường sản xuất dây và cáp điện Việt Nam trong những năm gần đây có bước phát triển mạnh mẽ

để đáp ứng nhu cầu truyền tải, thông tin liên lạc, điện khí hóa nông thôn cũng như phục vụ cho các ngành khác trong quá trình xây dựng và phát triển của đất nước.

Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, hiện nay, các doanh nghiệp sản xuất dây và cáp điện trong nước có thể đáp ứng được khoảng 70% nhu cầu trong nước, còn lại là 30% nhập khẩu từ nước ngoài Tuy vậy, dây và cáp điện Việt Nam cũng đang được xuất khẩu với mức tăng trưởng bình quân

từ 30%-45%/năm (tức từ 300 đến 385 triệu USD/năm) Thực tế cho thấy, nhiều doanh nghiệp dây cáp điện đã đầu tư công nghệ hiện đại của châu

Âu, Hàn Quốc, Nhật Bản và Đài Loan nên đa số sản phẩm dây và cáp điện của các doanh nghiệp nêu trên có chất lượng tốt, nhiều chủng loại, mẫu

mã đẹp, được thị trường trong nước chấp nhận và từng bước vươn tới thị trường nước ngoài Một số nhãn hiệu được thị trường ưa chuộng như Cadivi, Thăng Long, Điện Thắng, Daphaco,…

Tuy nhiên, sản phẩm dây dẫn điện gia dụng gồm các loại dây lõi đơn cứng, dây lõi đôi mềm phần lớn do các tổ hợp sản xuất bằng phương pháp thủ công và bán cơ giới nên chất lượng kém và dẫn điện chưa thực sự an toàn,

ổn định Ngoài ra còn có một số tổ hợp sản xuất đưa ra thị trường những loại sản phẩm dán nhãn ghi không đầy đủ, thiếu chỉ tiêu về đường kính sợi,

số sợi, hoặc không có nhãn hiệu, nguồn gốc.

Hiện nay, thị trường dây và cáp điện Việt Nam đang gặp nhiều khó khăn cộng thêm việc phải đối mặt với hàng giả, hàng kém chất lượng cũng như

sự tăng giá nguyên liệu đồng Mỗi năm, các công ty trong nước sản xuất ra

500.000 tấn dây cáp điện nhưng chỉ 3% trong đó là xuất khẩu (số liệu củaHội Dây và Cáp điện TP.HCM) Ngoại trừ Công ty Dây cáp điện Việt Namxuất khẩu nhiều sang Mỹ, còn lại thị trường xuất khẩu của các doanh nghiệptrong nước là ở châu Á (cụ thể là Lào, Campuchia)

Hơn nữa, Mỹ có thể bắt đầu áp thuế chống bán phá giá đối với mặt hàng dâycáp điện cộng thêm sự cạnh tranh giá tại Campuchia, Lào mỗi lúc một tăngcao sẽ trở thành những khó khăn lớn đối với doanh nghiệp Việt Nam

Mỹ là thị trường tiềm năng đối với dây cáp điện xuất khẩu nhưng các đơnhàng xuất phát từ đây rất ít vì sản phẩm của Việt Nam chưa đáp ứng đượcyêu cầu chất lượng cao của Mỹ (dây cáp khi cháy không tạo khói, sợi dâyphải mềm không tạo chất gây hại đối với con người)

Trên đây là tình hình nhu cầu và thị trường của ngành sản xuất dây và cáp điện Việt Nam, đòi hỏi Nhà nước ta và các doanh nghiệp cần có chính sách

và biện pháp để tăng chất lượng sản phẩm và mở rộng thị trường.

Hình 1.9 Một số nhãn hiệu ưa chuộng trên thị trường

+ bện ba lớp: gồm các cáp bện kép, bện quanh một lõi một lần nữa.

Do có nhiều lõi nên loại cáp bện ba lớp mềm hơn cáp bện kép song chế tạo phức tạp, giá thành cao.

Hình 1.10 Phân loại theo cách bện

+ bện xuôi: các sợi trong tao bện cùng chiều với chiều bệnh của các tao quanh lõi Các sợi tiếp xúc nhau tương đối tốt nên tương đối mềm và tuổi thọ cao nhưng có xu hướng bị xoắn lại.

+ bện chéo: các sợi trong tao được bện ngược chiều với chiều bện của các tao quanh lõi, có độ cứng lớn, tuổi thọ không cao nhưng khó

bị xoắn nên an toàn.

+ bện hỗn hợp: các sợi trong một số tao được bện xuôi còn các dánh còn lại thì bện chéo, khó chế tạo nhưng có ưu điểm của cả hai loại trên.

- Theo sự tiếp xúc:

+ Tiếp xúc đường: các sợi thép có đường kính khác nhau tiếp xúc với nhau trên suốt chiều dài Đường kính khác nhau của các sợi trong tao tạo điều kiện cho chúng xếp đầy tiết diện cáp Loại này đảm bảo độ mềm và độ bền do ứng suất tiếp xúc nhỏ.

+ Tiếp xúc điểm: các sợi thép trong tao có đường kính bằng nhau, hai lớp sợi cuốn trong tao có bước bện khác nhau nên giữa các sợi

có tiếp xúc điểm với nhau Do tiếp xúc điểm cho nên khi cáp bị uốn cong, các sợi đè lên nhau với áp lực lớn và giữa các sợi có sự ma sát lớn nên chóng mòn và dễ bị đứt.

Hình 1.11 Phân loại theo chiều bện cáp

5. Một số máy trên thị trường

Hình 1.12 Máy JLK630 Rigid Frame Stranding

5.2 Tubular stranding machine

Đồng: 1,3 - 5 Nhôm: 1,7 - 5 Thép: 1 - 5 Đường kính dây sản

Hình 1.13 Tubular stranding machine

Chiều dài mm 64000

tuồn về các địa phương Điều này làm gia tăng nguy cơ gây ra các

sự cố về điện, các tai nạn không đáng có.

- Nguyên liệu đồng đang lên giá.

Vì thế, nhu cầu thiết kế một loại máy xoắn dây cáp điện để đáp ứng nhu cầu trên ở nước ta là điều cần thiết Máy phải đảm bảo được các yêu cầu

kỹ thuật theo tiêu chuẩn, vừa đảm bảo độ bền cũng như tính an toàn của cáp điện Đó cũng chính là lý do để nghiên cứu đề tài luận văn này.

Trước tiên ta phân tích một số lý do để có được đề tài này.

Dễ dàng thấy được câu hỏi đặt ra là tại sao chúng ta lại không dùng dây dẫn một lõi lớn mà cần phải bện từng dây nhỏ lại với nhau?

dẫn điện của thép kém, và nếu dùng ngoài trời, chúng rất chóng rỉ, vận chuyển và lắp đặt khó khăn nên không thể chọn phương án này.

- Nếu dùng dây một lõi lớn bằng hợp kim đồng thì lại rất tốn kém, nhưng

độ bền cũng không đảm bảo, vận chuyển khó khăn.

đứt và cũng vận chuyển hết sức khó khăn.

của dây, do đó, nếu dùng dây dẫn một lõi thì khả năng dẫn điện sẽ kém.

Vì thế nên làm từng sợi nhỏ bện lại với nhau làm tăng diện tích bề mặt ngoài của kim loại, làm tăng khả năng dẫn điện.

sau:

+ Chúng ta dùng một lõi thép ở giữa bằng thép sau đó bện những dây nhỏ bằng nhôm xung quanh vừa đảm bảo độ bền do lõi thép, vừa đảm bảo khả năng truyền tải điện và khả năng chống oxy hóa do dây nhôm đảm nhận Như vậy ta đã kết hợp được ưu điểm của hai kim loại là thép và nhôm.

+ Chúng ta sản xuất từng dây nhôm, thép nhỏ bằng phương pháp kéo nguội, nên độ bền từng sợi dây nhỏ tăng, dẫn đến dộ bền của dây cáp điện tăng.

+ Dây cáp bện vừa bền vừa dẻo, dễ cuộn tròn nên quá trình vận chuyển rất thuận lợi, quá trình lắp đặt dễ dàng hơn.

+ Nhưng nhược điểm là phải có máy bện và máy kéo sợi, tốn kém hơn Như phân tích sản phẩm ở trên, chúng ta nên chọn dây cáp điện để truyền tải điện năng và như vậy tất phải có máy bện dây để đáp ứng nhu cầu của ngành điện lực và một số ngành khác…

Qua phân tích trên, ta chọn kiểu máy Rigid để dễ chế tạo và sửa chữa, năng suất và chất lượng của cáp được đảm bảo.

CHƯƠNG 2: CHỌN NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ

việc khác nhau như dùng để truyền tải, chống cháy, điều khiển,…Ở đây,

ta quan tâm đến các loại cáp điện dùng trong lĩnh vực truyền tải điện cao áp, hạ áp, trung áp Trong đề tài này, ta chọn loại dây cáp điện có cấp điện áp 450 – 750V thuộc lưới điện trung áp.

điện áp sử dụng Với cấp điện áp 450 – 750V, ta chọn bện 2 lớp với một lõi dẫn.

Hình 2.1 Cáp điện

- Dây có thể được bện với nhiều bước bện và có thể thay đổi hướng bện ở mỗi lớp Như đã phân tích ở trên thì khi bện xuôi, dây sẽ mềm hơn nhưng dễ bị vặn xoắn còn khi bện chéo, dây cứng hơn và có thể triệt tiêu momen xoắn, bước bện khít, tăng tính an toàn cho dây.

Sản phẩm dây cáp điện rất đa dạng, ở phạm vi đề tài này ta chọn dòng sảnphẩm dây cáp điện trung thế

Sản phẩm có dạng như hình vẽ 2.2

Với máy thiết kế của chúng ta, ta chọn khung quay 1 có 6 cuộn dây, khung 2

có 12 cuộn dây

S1 sợi = mm2

Đường kính sợi là dsợi = mm

Tương tự ta tính được dsợi = 6 mm, dlõi = 5,4 mm

Tổng hợp ta có bảng sản phẩm của máy thiết kế như sau:

Bảng 2.1 Đường kính lõi và sợi sản phẩm

STT Tiết diện danh định(mm2)

Số sợikhung 1

Số sợikhung 2

Đường kínhlõi (mm)

Đường kínhsợi (mm)

2.2 Nội dung thiết kế

- Xác định nguyên tắc làm việc và chế độ làm việc của máy được thiết kế.

- Xác định lực, momen tác dụng lên các bộ phận máy và đặc tính thay đổi của tải trọng theo thời gian.

- Chọn loại vật liệu chế tạo các chi tiết máy.

- Tính toán động học, động lực học, khả năng làm việc, tính công nghệ và tính kinh tế của máy.

- Hình dạng và kích thước các bộ phận, chi tiết máy.

phận, chi tiết máy với dung sai thích hợp.

2.3 Nguyên lý thiết kế máy

2.3.1 Nguyên lý 1

Tang cuốn sản phẩm 5 sẽ có nhiệm vụ kéo lõi từ cuộn lõi 1 và đi qua 2 khung quay 2 Khung quay 2 chứa các cuộn phôi 3 là các sợi dây đồng khi quay sẽ xoắn các sợi lại với nhau và cứ mỗi khung quay khi quay sẽ cho ra một lớp bện Bộ phận kéo căng 4 có nhiệm vụ tạo cho sợi dây luôn luôn căng để các lớp bện được đều hơn.

+ Bện được các cáp có yêu cầu số sợi trong một lớp bện nhiều hơn, ta dễ dàng thấy rõ điều này bằng việc tăng số cuộn phôi và tăng đường kính khung quay.

+ Giảm được chiều dài của máy so với dùng nguyên lý 1, giảm diện tích nhà xưởng.

+ Vì khung quay mang nhiều cuộn phôi dây và các cơ cấu hỗ trợ khác nên máy cồng kềnh, chế tạo khó khăn hơn.

5. Tang cuốn sản phẩm

+ Công suất động cơ yêu cầu phải lớn, giá thành máy sẽ cao hơn.

+ Điều quan trọng là do các cuộn phôi được đặt theo chiều dọc nên lực căng dây sẽ ảnh hưởng đến cuộn phôi, làm các cuộn phôi bị lệch về một phía và khó bố trí các bộ phận căng dây cho từng cuộn phôi.

2.3.3 Nguyên lý 3

quay 2 nhưng khác với nguyên lý 2, các cuộn phôi được đặt theo chiều ngang với khung quay Khi khung quay, các cuộn phôi cũng đồng thời thực hiện 2 chuyển động là quay quanh chính nó và quay cùng với khung quay Bộ phận tang cuộn sản phẩm 5 có nhiệm vụ kéo lõi dây ở cuộn 1 và đồng thời kéo cả các sợi dây ở các cuộn phôi Bộ phận căng dây 4 có tác dụng giữ các sợi dây luôn căng để đảm bảo các lớp bện

được đồng đều 2 khung quay được cho quay theo 2 chiều ngược nhau

để 2 lớp bện là ngược chiều nhau.

+ Giảm được diện tích nhà xưởng.

+ Ưu điểm lớn nhất của nguyên lý này là các cuộn phôi dây không bị lực căng dây gây ra sự mất cân đối.

Từ 3 nguyên lý nêu trên, ta thấy nguyên lý thứ 3 là đáp ứng được các yêu cầu của công việc thiết kế:

thiết kế máy.

2.4 Chọn sơ đồ động

Ứng với nguyên lý vừa chọn ta có một số phương án bố trí sơ đồ động như sau Nhiệm vụ của chúng ta là tìm ta một phương án sơ đồ động tốt nhất để thiết kế máy.

2.4.1 Phương án 1

- Sơ đồ: Hình 2.6

Bộ truyền đai 2 có nhiệm vụ truyền chuyển động từ động cơ đến các hộp giảm tốc trước khi qua bộ truyền đai hoặc xích để đến các tang và khung quay.

+ Kết cấu đơn giản, tạo được sự đồng bộ trong khi điều khiển tốc độ của

khung quay và tang cuốn.

+ Quay được với tốc độ nhanh.

+ Các trục rất dài, hoạt động không tốt.

2.4.2 Sơ đồ động 2

- Nguyên lý: ở sơ đồ động này, ta dùng 3 động cơ để điều khiển các khung

quay và tang riêng biệt Puly cuộn 13 có tác dụng đảm bảo lực kéo căng

lõi dây là không đổi trong quá trình làm việc.

+ Khắc phục được nhược điểm về độ dài của các trục.

+ Có thể làm việc được ở tốc độ cao.

Hình 2.7 Sơ đồ động 2

1 Động cơ điện

2 Bộ truyền đai

3 Trục chung đường truyền 2

4 Hộp giảm tốc 1

5 Hộp giảm tốc 2

6 Hộp giảm tốc 3

7 Hộp giảm tốc 4

8 Bộ truyền đai khung 1

9 Bộ truyền đai khung 2

- Nguyên lý: ở sơ đồ động này, ta thay 2 bộ truyền đai ở mỗi khung quay

bằng 2 bộ truyền bánh răng Bộ phận puly cuộn 13 có tác dụng làm cho

lực kéo dây luôn không đổi khi đường kính của tang cuộn tăng lên.

+ truyền động chính xác hơn so với các bộ truyền khác.

+ Khắc phục được sự trượt trơn của bộ truyền đai.

Hình 2.8 Sơ đồ động 3

1 Động cơ điện

2 Bộ truyền đai

3 Trụcchung đường truyền 2

bằng 2 động cơ thủy lực và thêm một bộ phận nữa là bộ phận puly

cuộn 8 để đảm bảo vận tốc cuộn lõi dây.

- Ưu điểm: + làm việc êm hơn, công suất lớn do dùng động cơ thủy lực

+ không có sự trượt trơn.

+ giá thành lưu chất cho động cơ thủy lực đắt, dẫn đến chi phí giá

thành máy cao.

2.4.5 Chọn sơ đồ động Qua phân tích 4 sơ đồ trên ta thấy sơ đồ động 1 đảm bảo độ chính xác

và các thông số kỹ thuật của máy, máy nhỏ gọn, tính kinh tế cao.

Động cơ điện 1 truyền chuyển động quay và momen xoắn đến trục

chính 3 sau khi được giảm tốc lần 1 bằng bộ truyền đai 2 Trục chính 3

truyền chuyển động quay đến khung quay thứ nhất 12 và khung quay

thứ hai 13 bằng các hộp giảm tốc và bộ truyền xích, đồng thời trục

chính 3 cũng truyền chuyển động quay đến bánh tang cuốn và tang

thành phẩm.

Các cuộn phôi 14 được thiết kế gắn trên khung quay với trục quay đặt

theo chiều ngang với khung quay Khi khung quay, các cuộn phôi cũng

đồng thời thực hiện 2 chuyển động là quay quanh chính nó và quay

cùng với khung quay Bộ phận tang cuộn sản phẩm 15 có nhiệm vụ kéo

lõi dây ở cuộn 11 và đồng thời kéo cả các sợi dây ở các cuộn phôi Đồng

thời nó cũng có tác dụng giữ các sợi dây luôn căng để đảm bảo các lớp

bện được đồng đều 2 khung quay được cho quay theo 2 chiều ngược nhau để 2 lớp bện là ngược chiều nhau.

3.2 Tính toán phân phối tỉ số truyền

Máy xoắn dây cáp điện có năng suất 12m/ph.

Động cơ điện ta chọn trước số vòng quay là vòng/phút.

Bước bện của dây cáp điện phải được nằm trong khoảng 30 – 450 mm

Ta chọn bước bện của sản phẩm là t = 150 mm.

Chọn đường kính bánh tang cuốn kéo dây D = 1500 mm.

Ta thấy vận tốc dài ở bánh tang cuốn kéo dây là v = 12 m/ph.

Do đó, số vòng quay của bánh tang cuốn là:

Tương ứng với vận tốc kéo dây 12m/ph, ta thấy trong một phút, dây phải chuyển động được 12m = 12000 mm thì sẽ tạo ra được bước bện là t (mm) Mặt khác, khi khung quay 1 vòng thì tạo ra được một bước bện Do

đó, số vòng quay của khung để tạo ra bước bện trên là:

Với yêu cầu của máy là sản xuất 4 sản phẩm, ta sẽ có 4 bước bện khác nhau cho từng loại sản phẩm Ta chọn bước bện cho sản phẩm, sau đó ứng với từng bước bện, ta tính được số vòng quay của từng khung.

Khi đã có được số vòng quay của các khung quay, ta bắt đầu phân phối tỉ

số truyền về các bộ truyền để bắt đầu thiết kế.

Đầu tiên, ta tính toán bộ truyền đai 2.

+ Ta chọn bộ truyền đai thang nên tỉ số truyền phải thỏa mãn i < 6 + Nếu khi thiết kế ta chọn tỉ số truyền cho bộ truyền đai này lớn (i = 3÷6) tương ứng trục chính 3 sẽ giảm tốc nhiều, dẫn đến số vòng quay nhỏ, khi đó trục 3 sẽ chịu một moment xoắn lớn Khi chế tạo trục, trục

sẽ có đường kính rất lớn, mặt khác theo thiết kế thì trục 3 rất dài, do đó xét về mặt kinh tế sẽ không có hiệu quả, tốn vật liệu, vận chuyển cũng khó khăn.

+ Do vậy, ta chọn tỉ số truyền cho bộ truyền đai thang này đảm bảo i<3.

Ta chọn i = 1,23 Mục đích là ta cố định số vòng quay trục chính 3

Từ đây, quá trình tính toán thiết kế sẽ lấy giá trị vòng quay của trục chính 3 là 1200 vòng/phút.

Để đơn giản ta phân chia quá trình tính toán thành 2 phần:

- Phần 1: phân phối tỉ số truyền từ động cơ đến 2 khung quay.

thành phẩm.

3.2.1 Tính toán phần 1:

Tính cho đường truyền từ động cơ đến các khung quay.

3.2.1.1 Sơ đồ đường truyền

Hình 3.2 Sơ đồ đường truyền động cơ đến khung quay

3.2.1.2 Nguyên tắc phân phối tỉ số truyền

- Các khung quay cùng với các cuộn phôi có khối lượng rất lớn, và khi hoạt động sẽ có moment quán tính lớn, do đó khi thiết kế ta phải quan tâm đến số vòng quay của khung, đảm bảo số vòng quay không được quá lớn.

- Ta chọn tốc độ giới hạn cho các khung quay để có thể đảm bảo số vòng quay khung Cụ thể, đối với khung quay 6 cuộn phôi, tốc độ giới hạn n max = 120 vòng/phút; đối với khung quay 12 cuộn phôi, tốc độ giới hạn n max = 80 vòng/phút.

- Ở phần chọn sản phẩm, ta đã chọn ra 4 sản phẩm để sản xuất Tương ứng với 4 sản phẩm, ta có đường kính sợi là khác nhau, bước bện cũng sẽ khác nhau, do đó ta sẽ thiết kế các khung quay với tốc độ ứng với từng sản phẩm cũng sẽ khác nhau.

- Ta chọn bước bện của từng sản phẩm, sau đó tính ra được tốc độ khung cần thiết dựa vào công thức sau:

Ta lập được bảng sau đây:

Bảng 3.1 Tốc độ quay của các khung ứng với 4 sản phẩm