THIẾT kế máy cắt ỐNG NHỰA

Với tính chất của chất dẻo là nhẹ, bền, đẹp, dễ gia công , tạo hình, giá rẻ hơn các vật liệu khác cùng công dụng nên nó có thể thay thế một số các vật liệu truyền thống như gỗ, kim loại,

LỜI NÓI ĐẦU

Công Nghiệp luôn là lá cờ đầu, đóng một vai trò hết sức quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước Ngành công nghiệp ở Việt Nam đã, đang và

sẽ phát triển theo xu hướng của công nghiệp của thế giới Một trong số các xu hướng đó

là các vật liêu truyền thống sẽ giảm tỷ trọng, và tăng dần tỷ trọng vật liệu làm từ chất dẻo Với tính chất của chất dẻo là nhẹ, bền, đẹp, dễ gia công , tạo hình, giá rẻ hơn các vật liệu khác cùng công dụng nên nó có thể thay thế một số các vật liệu truyền thống như gỗ, kim loại, hợp kim.Trên thị trường trong và ngoài nước có sự xuất hiện một số lượng lớn các chất dẻo nên hàng loạt các sản phẩm có nguồn gốc chất dẻo được sản xuất và vật liệu chất dẻo rất đa dạng và phong phú.Giá trị của các sản phẩm này đã xâm nhập vào mọi lĩnh lực của nền kinh tế và trong dân dụng.Trong các sản phẩm từ nhựa, ống làm bằng nhựa chiếm một vai trò hết sức quan trọng, ống nhựa được sử dụng ở hầu hết tấc cả các lĩnh vực từ công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, đến đời sống gia đình

Để thực hiện được những yêu cầu bức thiết đó, trách nhiệm của các kỹ sư Công Nghệ Chế Tạo Máy là phải đảm nhiệm trọng trách thiết kế và chế tạo máy cưa ống

Với mục đích góp phần sức lực nhỏ bé của mình vào công cuộc phát triển của đất nước, sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Văn Thạnh, em đã chọn đề tài máy cắt ống đề làm đề tài luận văn của mình Với sự hạn chế về kiến thức cũng như kinh nghiệm của mình, trong quá trình thiết

kế, tính toán em không thể nào tránh được những sai sót, kính mong các thầy, cô tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thiện kiến thức của mình trước khi bước và thực tế sản xuất trong tương lai

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Nguyễn Văn Thạnh đã tận tình hướng dẫn, dìu dắt em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này Nhân đây em cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô trong bộ môn Thiết Kế Máy nói riêng, các thầy cô trong Khoa

Cơ Khí cùng toàn thể các thầy cô trong trường Đại Học Bách Khoa TP HCM bao năm qua đã dạy dỗ chúng em trở thành những người có tri thức để có thể đóng góp một phần sức lực nhỏ bé của mình cho sự phát triển của đất nước

Sinh viên thực hiện Trần Gia Thịnh

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Sự cần thiết của đề tài 1

1.2 Mục đích và ý nghĩa của đề tài 1

1.3 Nhiệm vụ và yêu cầu của đề tài 1

1.4 Giới thiệu về ống nhựa 1

1.4.1 Giới thiệu 1

1.4.2 Vật liệu 2

1.4.3 Tính chất vật lý 3

1.4.4 Tính chất hóa học 3

1.4.5 Ưu nhược điểm - ứng dụng của ống nhựa 4

1.5 Giới thiệu qui trình sản xuất ống nhựa 5

1.5.1 Trộn hạt nhựa 5

1.5.2 Cấp nguyên liệu 6

1.5.3 Đùn tạo hình ống 7

1.5.4 Hút chân không và làm mát 8

1.5.5 In chữ 9

1.5.6 Kéo ống 9

1.5.7 Cắt ống 10

1.5.8 Nong đầu ống 10

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ MÁY 13

2.1 Yêu cầu của máy: 13

2.2 Các phương án thiết kế máy: 13

2.2.1 Phương án 1 13

2.2.2 Phương án 2 15

2.2.3 Phương án 3 16

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY 18

3.1 Tính toán động học của cơ cấu 18

3.1.1 Sơ đồ động học máy cắt 18

3.1.2 Phân tích động học cơ cấu: 19

3.1.3 Phân tích động lực học 21

3.2 Tính toán thiết kế cụm cắt ống 22

3.2.1 Mô tả 22

3.2.2 Phân tích lực và tính toán chế độ cắt 22

3.2.3 Chọn động cơ: 25

3.2.4 Thiết kế bộ truyền đai 26

3.2.5 Thiết kế trục dao cắt 27

3.2.6 Tính chọn ổ lăn 30

3.2.7 Tính chọn xylanh đẩy 31

3.3 Tính toán thiết kế cụm kẹp ống 33

3.3.1 Mô tả 33

3.3.2 Tính lực kẹp 35

3.3.3 Tính chọn xylanh kẹp 36

3.3.4 Tính toán khối V 37

3.3.5 Các chi tiết trong cụm 39

3.3.6 Kiểm tra bền ống nhựa 41

3.3.7 Sơ đồ mạch khí nén máy cắt ống nhựa 44

3.3.8 Thiết kế hệ thống điều khiển 45

CHƯƠNG 4 VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG 46

4.1 Vận hành và bảo dưỡng máy cưa 2 ống 46

4.1.1 Kiểm tra trước khi đưa vào sử dụng máy 46

4.1.2 Điều chỉnh lực kẹp trên máy 46

4.1.3 Vận hành máy 46

4.2 Bảo dưỡng máy 46

KẾT LUẬN 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.4.2 – Phản ứng trùng hợp vinylclorua

Hình 1.4.4 – Sản phẩm ống nhựa PVC

Hình 1.5.1a – Sơ đồ mô tả quy trình trộn nguyên liệu nhựa

Hình 1.5.1b – Kết cấu máy trộn nguyên liệu nhựa

Hình 1.5.2 – Sơ đồ hệ thống cấp liệu

Hình 1.5.3a – Cấu tạo máy đùn ống nhựa

Hình 1.5.3b – Khuôn đùn hai ống nhựa đồng thời

Hình 1.5.4 – Các vòi phun sương làm nguội ống

Hình 1.5.6 – Xích kéo hai ống đồng thời

Hình 1.5.8a – Máy nong 3 ống đồng thời

Hình 1.5.8b – Đầu nong ống Φ 168

Hình 1.5 – Sơ đồ qui trình sản xuất ống nhựa

Hình 2.2.1– Sơ đồ nguyên lí phương án 1

Hình 2.2.2 – Sơ đồ nguyên lí phương án 2

Hình 2.2.3– Sơ đồ nguyên lí phương án 3

Hình 3.1.1– Sơ đồ động học máy cắt ống nhựa

Hình 3.1.2a – Sơ đồ nguyên lí cụm kẹp

Hình 3.1.2b – Sơ đồ nguyên lí cụm cắt

Hình 3.1.3a – Sơ đồ phân tích lực kẹp ống

Hình 3.1.3b – Sơ đồ phân tích lực cắt khi tiến dao hướng kính

Hình 3.3.3 – Lực phân bố khi kẹp bằng khối V

Hình 3.3.5a – Đầu nối xylanh kẹp

Hình 3.3.5b – Trục dẫn hướng kẹp

Hình 3.3.5c – Bạc trượt

Hình 3.3.5d – Khối kẹp cao su

Hình 3.3.6 – Kết cấu toàn bộ bàn cưa ống

Hình 3.3.7 – Sơ đồ khí nén

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Sự cần thiết của đề tài

Hiện nay, ống nước chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế, ứng dụng của nó rất đa dạng, đa nghành nghề, lĩnh vực Từ đời sống sinh hoạt của người dân như ống dẫn nước sử dụng để dẫn nước sinh hoạt, đến công nghiệp , nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp

Ống nước có đường kính nhỏ cỡ 20mm-60mm trở lên ngày nay được sử dụng rất rộng rãi như làm đường dẫn cáp ngầm, ống dẫn nước cho các máy bơm công suất nhỏ, ống dẫn nước sinh hoạt, tưới tiêu….Nhu cầu sử dụng các loại ống ngày gia tăng không ngừng mỗi ngày

Trên thị trường sản xuất ống ngày nay, máy cắt ống nằm trong dây chuyền sản xuất ống, đây là một trong những máy góp phần tăng năng suất sản xuất Đó là lý do em chọn thiết kế đề tài này

1.2 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

Mục đích thiết kế ở đây là thiết kế máy cắt ống nhỏ dưới 60mm, nằm trong dây chuyền sản xuất ống, đồng thời nó cũng có thể cắt ống khi đứng độc lập

Ý nghĩa của đề tài: tăng năng xuất sản xuất, giảm chi phí, hạ giá thành góp phần nhỏ

bé vào công cuộc xây dựng đất nước

1.3 Nhiệm vụ và yêu cầu của đề tài

- Máy thiết kế cần được tự động hoá hoàn toàn

- Phải đồng bộ với dây chuyền sản xuất

- Có thể điều khiển bẳng tay nếu hỏng hệ thống tự động

- Có thể cắt ống một cách độc lập

- Chất lượng bề mặt cắt tốt

- Cắt được các ống với nhiều kích thước, vật liệu khác nhau

- Năng suất yêu cầu khoảng 8 ống/phút (chiều dài cắt ống 4m ±5mm)

1.4 Giới thiệu về ống nhựa

1.4.1 Giới thiệu

Ống nhựa PVC rất hữu dụng trong việc dẫn truyền các chất hóa học ăn mòn nhanh

và gas bởi vì khả năng chịu đựng sự ăn mòn của loại ống này rất cao Ống nhựa PVC

không độc, và không phản ứng với chất lỏng được dẫn truyền bên trong, không ảnh hưởng đến mùi vị và màu sắc Ngoài ra, bề mặt bên trong của ống rất phẳng giúp loại trừ bất kỳ một lực cản nào dù là nhỏ nhất đến chất lỏng đang chảy bên trong ống hoặc những

sự cố từ những chất cáu bẩn, chất gỉ gây trở ngại cho việc lưu chuyển của chất lỏng Ống nhựa PVC có khả năng chịu lửa nên không bị thiệt hại do cháy Ống PVC cách điện và không bị ăn mòn điện hóa thường xảy ra trong những ống kim loại Đặc biệt do có độ dẻo

và có sức căng mạnh, ống nhựa cứng PVC không bị nứt hoặc bể bởi áp lực Loại ống này nhẹ và dễ vận chuyển cũng như sắp xếp

Do có nhiều đặc tính khác nhau, hiện nay ống nhựa PVC được sử dụng rất phổ biến trong hệ thống thoát nước cũng như trong hệ thống ống của các ngành công nghiệp nói chung, các hệ thống cung cấp gas, dầu, hệ thống tưới tiêu, xử lý nước thải, và cáp điện Ống nhựa PVC là một loại vật liệu ống cần thiết, nhẹ bền và rẻ, có phạm vi sử dụng rất rộng và qui mô thị trường lớn, không ngừng gia tăng trong tương lai Sản xuất ống nhựa PVC sẽ góp phần phát triển ngành công nghiệp chế biến nhựa cũng như những ngành công nghiệp khác

1.4.3 Tính chất vật lý

Khối lượng riêng 1,25 - 1,46 g/cm3Giới hạn bền kéo đứt 500 - 700 kg/cm2Giới hạn bền uốn 800 - 1200 kg/cm2Giới hạn bền nén 800 - 1600 kg/cm2Môđun đàn hồi 4000 - 10.000 kg/cm2

Độ dãn dài khi đứt 10 - 25%

Hệ số giãn nở dài 0,00006 - 0,00007

Độ dẫn nhiệt 3,8 - 4.10-4 cal/cm.s.0C Điện áp đánh thủng 15-35 kV/cm

Hằng số điện môi (60Hz, 30 0C) 3,54

1.4.4 Tính chất hóa học

Chịu được: các loại dung dịch axit, các loại dung dịch kiềm

Không chịu được: các axit đậm đặc có tính oxy hóa, các loại dung môi hợp chất thơm

Hình 1.4.4 – Sản phẩm ống nhựa PVC

1.4.5 Ưu nhược điểm - ứng dụng của ống nhựa

Ưu điểm:

Việc sử dụng ống trước đây phần lớn đều dùng ống kim loại Tuy nhiên cùng với

sự phát triển của công nghiệp nhựa tổng hợp, ống bằng nhựa tổng hợp cũng phát triển Kỹ thuật đúc nhựa phát triển giúp cải tiến rất nhiều trong qui trình sản xuất ống nhựa tổng hợp, có thể thay thế cho ống kim loại khá hiệu quả

Đặc biệt sản phẩm chính của ống nhựa tổng hợp là ống nhựa cứng PVC, rất hữu dụng trong việc dẫn truyền các chất hóa học ăn mòn nhanh và gas bởi vì khả năng chịu đựng sự ăn mòn của loại ống nhựa cứng PVC này rất cao Ống nhựa cứng PVC không độc, và không phản ứng với chất lỏng được dẫn truyền bên trong, không ảnh hưởng đến mùi vị và màu sắc Ngoài ra, bề mặt bên trong của ống rất phẳng giúp loại trừ bất kỳ một lực cản nào dù là nhỏ nhất đến chất lỏng đang chảy bên trong ống hoặc những sự cố từ những chất cáu bẩn, chất gỉ gây trở ngại cho việc lưu chuyển của chất lỏng Ống nhựa PVC có khả năng chịu lửa nên không bị thiệt hại do cháy Ống PVC cách điện và không

bị ăn mòn điện hóa thường xảy ra trong những ống kim loại Đặc biệt do có độ dẻo và có sức căng mạnh, ống nhựa cứng PVC không bị nứt hoặc bể bởi áp lực Loại ống này nhẹ

dễ vận chuyển cũng như sắp xếp ,và lắp đặt

Do có nhiều đặc tính khác nhau, hiện nay ống nhựa PVC được sử dụng rất phổ biến trong hệ thống thoát nước cũng như trong hệ thống ống của các ngành công nghiệp nói chung, các hệ thống cung cấp gas, dầu, hệ thống tưới tiêu, xử lý nước thải, và cáp điện Nhu cầu sử dụng ống PVC ngày càng tăng

Nhược điểm:

- Không được sử dụng ở nhiệt độ lớn hơn 45oC

- Tránh tác dụng của tia tử ngoại, ánh nắng mặt trời

Ứng dụng:

- Ống uPVC được sử dụng trong các lĩnh vực sau :

- Nước uống

- Nước trong quá trình sản xuất công nghiệp

- Quá trình xử lý nước thải công nghiệp

- Gia dụng

- Thoát nước mưa

- Nước thải

- Giếng khoan

1.5 Giới thiệu qui trình sản xuất ống nhựa

Máy cắt ống có nhiệm vụ cắt ống nhựa theo kích thước mong muốn sau khi ống nhựa được kéo ra từ máy kéo ống ở công đoạn trước, sau khi ống nhựa được cắt sẽ được chuyển qua máy nong đầu ống vì vậy máy cắt ống nhựa có vai trò quan trọng trong việc tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh theo yêu cầu kĩ thuật và năng suất chung của toàn bộ qui trình

1.5.1 Trộn hạt nhựa

Hình 1.5.1a – Sơ đồ mô tả quy trình trộn nguyên liệu nhựa

Trộn hạt nhựa với phụ gia để thành nguyên liêụ sản xuất là một trong những khâu quan trọng đầu tiên của quá trình sản xuất ống nhựa và các sản phẩm nhựa của công ty Khâu này góp phần đảm bảo chất lượng ống, tiết kiệm nguyên liệu, giảm giá thành sản phẩm… Hạt nhựa và phụ gia được trộn theo các tỷ lệ nhất định phụ thuộc vào kinh nghiêm sản xuất, bí quyết của công ty Việc trộn được thực hiện bởi máy trộn hạt nhựa Hạt nhựa sau khi trộn xong được chứa ở các xi lô chứa hoặc đóng bao

Hình 1.5.1b – Kết cấu máy trộn nguyên liệu nhựa

1 – Cửa xả liệu 4 – Động cơ điện

Hình 1.5.2 – Sơ đồ hệ thống cấp liệu

1 – Máy đùn 4 – Xi lô chứa liệu

2 – Phễu cấp liệu máy đùn 5 – Hệ thống cấp liệu hút chân không 3– Hệ thống cấp liệu vít tải lò xo

1.5.3 Đùn tạo hình ống

Tại phễu cấp liệu nguyên liệu được rải đều xuống cửa hút của máy đùn nhờ trục xít xoắn truyền động bởi động cơ điện Trên xy lanh của trục vít có bộ phận gia nhiệt cho nguyên liệu tới nhiệt độ khoảng 1700 - 2000C Hạt nhựa hoá lỏng được đẩy đi thành dòng nhờ trục vít xoắn tới đầu đùn Tại đây có đĩa phân phối bằng kim loại dạng lưới tổ ong hoặc nhiều lỗ tròn để lọc dòng nhựa hoá lỏng nhằm đảm bảo chất lượng của ống Hỗn hợp nhựa hoá lỏng sau khi được lọc được đẩy tiếp tới đầu phun, đầu phun được lắp với khuôn tạo hình ống

Hình 1.5.3a – Cấu tạo máy đùn ống nhựa

Hình 1.5.3b – Khuôn đùn hai ống nhựa đồng thời

1.5.4 Hút chân không và làm mát

Ống ra tại đầu khuôn có nhiệt độ cao được đưa tới bể chân không và làm mát Mục đích của việc hút chân không là tạo áp suất chênh lệch giữa áp suất khí quyển với áp suất trong bể (nơi ống đi qua) để định hình chính xác kích thước ống theo thiết kế, chống biến dạng, đồng thời ống được làm nguội nhờ hệ thống phun sương với nhiệt độ khoảng 150C đến 180C

Hình 1.5.4 – Các vòi phun sương làm nguội ống

1.5.5 In chữ

Sau khi được làm mát ống được ống được in nhãn hiệu sản phẩm và tên công ty, sau

đó được kéo qua giàn kéo tới máy cưa tự động Tên sản phẩm và nhãn hiệu công ty được

in lên ống bằng thiết bị in phun chuyên dụng Dữ liệu được nhập lên bàn phím Khi cảm biến cảm nhận được ống (chạy dọc theo đầu phun mực và cảm biến) thì đầu phun mực sẽ phun chữ được đặt sẵn lên ống

1.5.6 Kéo ống

Ống được kéo bằng hai dãy xích có lớp đệm cao su tạo ma sát kéo ống đi và không làm biến dạng ống Tốc độ của dàn kéo được điều chỉnh đồng bộ với tốc độ trục vít đùn Việc điều chỉnh tốc độ dàn kéo lớn hơn hay nhỏ hơn tốc độ đùn nhựa sẽ quyết định tới độ dày, mỏng của ống Quy định về cài đặt các thông số tốc độ của dàn kéo ứng với từng cỡ ống được nhà thiết kế dây chuyền công nghệ tính toán và xác định sẵn Người vận hành chỉ việc cài đặt, thao tác theo các chỉ dẫn cài đặt thông số có sẵn

1.5.8 Nong đầu ống

Quá trình nong đầu ống được thực hiện bởi máy nong Ống nhựa PVC sau khi cắt được đưa vào băng chuyền của máy Đầu tiên ống được đưa đến bộ phận gia nhiệt (gia nhiệt bằng các dây điện trở) Sau khi được gia nhiệt tới nhiệt độ khoảng 1800C thì băng truyền chuyển ống tới đầu nong Tại đây ống được kẹp chặt và các xy lanh khí nén đẩy

đầu nong tịnh tiến suốt chiều sâu cần nong Cuối công đoạn nong ống được đưa ra ngoài

và quá trình tương tự với ống tiếp theo

Hình 1.5.8a – Máy nong 3 ống đồng thời

Hình 1.5.8b – Đầu nong ống Φ 168

Cấp liệu

Ép đùn tạo hình ống

Hút chân không

Nhập kho Tiêu thụ

Cắt ống

Xử lý phế liệu

Nghiền phế liệu

SP không đạt

Nguyên liệu (hạt nhựa)

Hình 1.5 – Sơ đồ qui trình sản xuất ống nhựa

- Chất lượng đường cắt kém khi tăng năng suât

- Kết cấu máy phức tạp, khó chế tạo

- Máy dễ bị rung

- Chi phí sản xuất lớn

Ưu điểm:

- Chất lượng cắt khá tốt

- Kết cấu máy đơn giản, dễ chế tạo

- Chi phí sản xuất nhỏ

Nhược điểm:

- Không cắt được các ống có đường kính lớn

- Để cắt được các ống có đường kính lớn đòi hỏi máy phát có kết cấu lớn, dao cắt phải lớn

Ống nhựa được đưa qua cụm cắt, khi đầu ống chạm vào công tắc hành trình kích tín hiệu đủ chiều dài ống cần cắt để bắt đầu quá trình cắt Các xylanh của cụm kẹp ống (3) kẹp chặt ống Lúc này bàn cưa di chuyển nhờ lực đẩy của ống nhựa (2) đồng thời lúc này motor truyền chuyển động của lưỡi cắt cũng khởi động và xylanh khí nén (7) nâng cưa để cắt ống (2) Chiều cao nâng cưa được diều chỉnh sao cho bảo đảm cắt đứt ống và được diều khiển bằng công tắc hành trình Sau khi cắt đứt ống xylanh (7) hạ cưa các xylanh cụm kẹp ống (3) nhả ra, motor truyền chuyển động cắt dừng, xylanh khí nén (1) kéo bàn cưa về vị trí ban đầu, kết thúc 1 chu kì cắt

Ưu điểm:

- Chất lượng cắt tốt

- Thời gian cắt nhanh

- Kết cấu máy đơn giản, dễ chế tạo

- Chi phí sản xuất nhỏ

Nhược điểm:

- Không cắt được ống có đường kính lớn

- Để cắt được ống có được ống có đường kính lớn đòi hỏi máy phải có kết cấu lớn, dao cắt phải lớn

So sánh ưu nhược điểm của các phương án thiết kế trên kết hợp yêu cầu của máy đề

ra em quyết định chọn phương án 3

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

3.1 Tính toán động học của cơ cấu

cụm kẹp ống (3) nhả ra, motor truyền chuyển động cắt dừng, xylanh khí nén (1) kéo bàn cưa về vị trí ban đầu, kết thúc 1 chu kì cắt

3.1.2 Phân tích động học cơ cấu:

Bàn cắt bao gồm cụm cắt ống và cụm kẹp ống, bàn cưa trượt tịnh tiến trên các ray trượt, cụm cắt ống trượt thẳng đứng từ dưới lên trên để cắt ống hướng kính

Hình 3.1.2a – Sơ đồ nguyên lí cụm kẹp Trong quá trình cắt ống nhựa được kẹp chặt vào bàn cưa, bàn cưa di chuyển nhờ lực đẩy của ống nhựa, vận tốc bàn cưa bằng vận tốc di chuyển của ống nhựa

Hình 3.1.2b – Sơ đồ nguyên lí cụm cắt Lưỡi cắt quay tròn và chuyển động từ dưới lên một đoạn L (hành trình đẩy của xylanh) để cắt ống nhựa theo phương hướng kính Giá đỡ lưỡi cắt được bắt cố định gối trượt và trượt dọc theo trục trượt

3.1.3 Phân tích động lực học

Lực kẹp chặt ống W do xylanh khí nén tạo ra

Hình 3.1.3a – Sơ đồ phân tích lực kẹp ống

- Trọng lực P của toàn bộ bàn cưa

- Lực đẩy ống nhựa tác động lên bàn cưa

- Lực đẩy của xylanh để tịnh tiến lưỡi cưa

- Lực cắt của lưỡi cưa tác động lên ống nhựa

Hình 3.1.3b – Sơ đồ phân tích lực cắt khi tiến dao hướng kính