Thiết kế và chế tạo mô hình máy cưa ván gỗ tự động

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN HỮU HUY THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY CƯA VÁN GỖ TỰ ĐỘNG Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy Mã số : 60.52.04 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN XUÂN HÙNG Phản biện 1: PGS.TS LÊ CUNG Phản biện 2: PGS.TS PHẠM PHÚ LÝ Luận văn bảo trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng 04 năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại Học Đà Nẵng Footer Page of 126 18 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài + Hiện nước ta thiết bị máy gia công gỗ chủ yếu nhập từ nước ngoài, có thiết bị máy móc sản xuất nước + Máy nước thường gia công sản phẩm gỗ đơn giản, có độ bền thấp, không mang tính tự động hoá + Việc ứng dụng công nghệ tự động hoá vào máy gia công gỗ để nâng cao xuất chất lượng sản phẩm đồng thời giảm bớt nhập máy cưa gỗ tự động từ nước Chính lý em định chọn đề tài : "Thiết kế chế tạo mô hình máy cưa ván gỗ tự động" Mục đích đề tài - Thiết kế, chế tạo mô hình máy cưa gỗ - Thiết kế hệ thống điều khiển mô hình máy cưa gỗ - Góp phần phát triển lĩnh vực điều khiển tự động ứng dụng vào thực tế sản xuất Phạm vi nghiên cứu - Ván ép trước cưa có kích thước (1000x200x10) (mm) - Kích thước gỗ cắt theo phương - Kết nối động điện, encordor , đếm, van solenoi, pittông thành hệ thống điều khiển tự động - Điều khiển điện khí nén Footer Page of 126 Header Page of 126 Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp lý thuyết thiết kế mô hình - Dựa vào thiết kế điều kiện thực tế chế tạo mô hình - Dựa vào mô hình đánh giá kết đạt Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Đề tài góp phần vào phát triển lĩnh vực điều khiển tự động điện khí nén, encoder, đếm cho máy cưa ván gỗ - Tạo khả ứng dụng công nghệ điều khiển tự động máy gia công gỗ Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục luận văn gồm có chương sau : Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT GỌT GỖ Chương 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY CƯA VÁN GỖ TỰ ĐỘNG Chương 3: VẬN HÀNH MÔ HÌNH MÁY Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT GỌT GỖ 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CƯA XẺ GỖ - Trong kiến trúc gỗ xẻ dùng với khối lượng lớn nhất, để xây dựng nhà ở, kho tàng xí nghiệp - Đối với giao thông vận tải, gỗ vật liệu quan trọng dùng để làm cầu cống, đường xe lửa, toa xe, thùng xe… - Ngành cưa xẻ phát triển qua giai đoạn khác Từ phân tán đến tập trung, từ thủ công đến giới hóa, tự động hóa 1.2 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY CƯA GỖ 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Phân loại xí nghiệp cưa gỗ a) Căn vào thời gian sản xuất kinh doanh b) Căn vào lực sản xuất c) Căn vào thiết bị cưa xẻ d) Căn vào mặt hàng sản xuất 1.3 ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI CƯA XẺ GỖ 1.3.1 Định nghĩa 1.3.2 Phân loại a) Theo hướng cưa với chiều thớ gỗ b) Theo dạng chuyển động lưỡi cưa có c) Theo động lực phận cắt gọt có d) Theo xuất hình thái phế liệu cưa có Footer Page of 126 Header Page of 126 e) Theo dạng cấu trúc công cụ cắt có 1.3.3 Các phận máy a) Cơ cấu thực việc gia công b) Cơ cấu phụ trợ c) Cơ cấu động lực d) Cơ cấu truyền động điều chỉnh e) Các phận khác máy 1.4 LỰC, TỶ SUẤT LỰC, CÔNG SUẤT 1.4.1 Lực cắt 1.4.2 Tỷ suất lực 1.4.3 Công suất 1.5 CƯA ĐĨA 1.5.1 Nguyên lý hoạt động cưa đĩa 1.5.2 Cấu trúc lưỡi cưa đĩa Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY CƯA VÁN GỖ TỰ ĐỘNG 2.1 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY 2.1.1 Yêu cầu kỹ thuật - Cưa ván ép - Kích thước ván lớn đưa vào cưa (1000 x 200 x10) (mm) Hình 2.1 - Gỗ ván ép - Tốc độ đẩy phôi lớn 5(m/ph) - Kích thước máy (2000 x 1400 x1300)(mm) Hình 2.2 - Mô hình máy cưa ván gỗ tự động Footer Page of 126 Header Page of 126 2.1.2 Tính toán động lực học thiết bị a) Tính toán lưỡi cưa Hình 2.5 - Lưỡi cưa mô hình Dựa cách lắp lưỡi cưa vào máy để tính toán chọn lưỡi cưa : - Đường kính D = 230 (mm) - Số Z= 40 (răng) - Bước t =20 (mm) - Bề rộng b= 2,2 (mm) b) Tính toán lực cắt lưỡi cưa Dựa vào công thức K = P (N/ mm ) H B [1, tr 53] K - tỷ suất lực P - lực cắt lưỡi cưa (N) H - chiều dày phôi H=10 (mm) B - chiều rộng phoi B=3 (mm) Chọn K=1 Footer Page of 126 [1, bảng 2.7, tr 101] Header Page of 126 Lực cắt lưỡi cưa P =K.H.B= 1.10.3= 30(N) c) Tính toán, thiết kế phận cưa Hình 2.2 - Mô hình máy cưa ván gỗ tự động • Chọn động cưa Dựa vào vận tốc cắt, lực cắt lưỡi cưa đĩa tính toán chọn puli động lưỡi cưa - Công suất cắt N1 = P V1 (kW) [1, tr 54] 1000 Vận tốc cắt với máy cưa đĩa V1= (40÷80) (m/s) Chọn V1= 40 (m/s), [1, bảng 2.11, tr 105] P = 30(N) - Lực cắt 30.40 Công suất cắt N1 = P V1 = = 1,2 (kW) 1000 102.9, Chọn động có công suất N1 = 1,5 (HP) Có số vòng quay 1450 (vg/ph) Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 - Chọn truyền đai D1 - Đường kính Puli D1=200 (mm) D2 - Đường kính Puli D2=90 (mm) • Thiết kế trục lưỡi cưa truyền đai Dựa vào lực cắt P, lực căng dây đai R, mômen xoắn Mx tính toán, thiết kế trục lưỡi cưa Thiết kế trục lưỡi cưa thông qua tính toán sức bền vật liệu trục cưa Chọn trục lưỡi cưa có đường kính d1 = 35 (mm) Hình 2.8 - Bản vẽ trục cưa Hình 2.9 - Trục cưa mô hình Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 10 Hình 2.12 - Hệ thống đẩy phôi a) Hướng nhìn bên mô hình b) Hướng nhìn thẳng vào mô hình • Chọn động điện phân phối tỉ số truyền * Chọn động điện Động đẩy phôi làm di chuyển hệ thống đẩy phôi ván gỗ, nên chọn động cần tính đến lực đẩy để di chuyển hệ thống đưa phôi ván gỗ cưa Lực đẩy để di chuyển hệ thống đẩy phôi ván gỗ cưa theo thực tế Pd = 300(N) Nct= N2 , h Nct - công suất cần thiết N2 - công suất h - hiệu suất chung Footer Page 12 of 126 (2, tr 297) Header Page 13 of 126 11 Theo yêu cầu kỹ thuật nêu vận tốc đẩy phôi: V2= (m/ph)= 0,083 (m/s) N2= Pd V2 300.0, 083 = =0,03(kW) 1000 1000 N2= 0,03 (kW) (2, tr 297) h =h h h (2, tr 297) h - hiệu suất truyền xích h 1= h - hiệu suất truyền bánh h =0,97 h - hiệu suất cặp ổ lăn h 3= 0,995 h = h h h 3= 1.0,97.0,995= 0,96 Nct= N2 , = =0,031 (kW) h 0,96 Nct - công suất cần thiết Nct = 0,031 (kW) Chọn động công suất 0,5 (kW) * Tính toán bánh răng, số vòng quay động Dựa theo yêu cầu kỹ thuật chiều dài phôi L=1000 (mm), vận tốc đẩy phôi V2= (m/ph) để thiết kế chọn răng, bánh răng, đĩa xích, bánh xích số vòng quay động Chọn động công suất 0,5 kW , có số vòng quay 30(vg/ph), chọn động có lắp chung với hộp số Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 12 • Thiết kế trục đẩy phôi - Dựa vào trọng lượng hệ thống đẩy phôi Pd =300(N), tính toán, thiết kế trục đẩy phôi thông qua tính toán sức bền trục Chọn trục đẩy phôi có đường kính d2= 25 (mm) Hình 2.15 - Trục đẩy phôi mô hình e) Thiết kế hệ thống kéo phận cưa - Hệ thống kéo phận cưa gồm: Động cơ, hộp số, dây cáp, lăn, thiết bị căng dây cáp (hình 2.16) Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 13 Hình 2.16 Sơ đồ truyền động hệ thống kéo phận cưa - Bộ phận cưa gồm phận chính: Động cưa, lưỡi cưa, pittông nâng hạ lưỡi cưa Hình 2.17 - Hệ thống kéo phận cưa mô hình Theo lý thuyết tốc độ ăn dao (tốc độ di chuyển tịnh tiến lưỡi cưa) là: Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 14 p u z Dn (m/ph) 1000.t D=230 (mm) - đường kính lưỡi cưa u= [1, tr 194] n=3320 (vg/ph) Lượng cắt ứng với cưa Chọn u z = 0,07 (mm) [1, tr 202] t - bước cưa t = 20 (mm) u = 8,3 (m/phút) Chọn động có số vòng quay 1450 (vg/ph) Chọn hộp giảm tốc có tỉ số truyền i=40 Số vòng quay lăn hộp giảm tốc 1450 = 36 40 (vg/ph) Một phút lăn quay , =0,23 (m) =230 (mm) 36 Vậy lăn hộp giảm tốc có đường kính Công suất động kéo phận cưa N= 230 = p 73 (mm) Pt V3 (kW) 1000 Với V3 = u = 8,3 (m/ph) = 0,13 (m/s) Khi cưa gỗ, động vừa chiệu lực kéo phận cưa lực cắt lưỡi cưa Lực động cần kéo lưỡi cưa: Pt= P + Pk Lực kéo cần di chuyển phận cưa theo thực tế Pk = 200(N) Lực cắt lưỡi cưa P = 30(N) Lực động cần kéo lưỡi cưa: Pt= P + Pk = 30 + 200 = 230(N) Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 N3= 15 230.0,13 Pt V3 = = 0, 03 (kW) 1000 1000 Chọn động có số vòng quay n=1450 (v/ph), công suất động kéo phận cưa N3= 0,03 (kW) Chọn động có số vòng quay n=1450 (v/ph), công xuất N3=1 (HP) f) Thiết kế đỡ phận cưa - Khối lượng phận cưa theo thực tế 60(kg) - Dùng phương pháp tính sức bền khối lượng phận cưa tìm đường kính đỡ phận cưa Tính toán tìm đường kính đỡ phận cưa d3=24 (mm) Hình 2.19 - Thanh đỡ phận cưa mô hình Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 16 Hình 2.20 - Thanh đỡ phận cưa theo lý thuyết 2.1.3 Thiết kế thiết bị máy a) Thiết kế trục lưỡi cưa b) Thiết kế trục đẩy phôi 2.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.2.1 Yêu cầu kỹ thuật - Sử dụng nguồn điện 220V - Điều khiển hệ thống điện khí nén - Dùng Encorder đếm để cài đặt kích thước cần cưa - Điều khiển máy hai chế độ : tự động, tay 2.2.2 Tính toán thiết kế mạch khí nén a) Lựa chọn thiết bị khí nén - Tuỳ theo tải trọng hành trình làm việc mà chọn pittông có kích thước khác - Áp suất khí cho mô hình 5(kgf/cm2) Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 17 Hình 2.28 - Sơ đồ khí nén mô hình b) Thiết bị khí nén dùng để nâng lưỡi cưa c) Thiết bị khí nén dùng để kẹp đẩy gỗ d) Thiết bị khí nén dùng để kẹp cưa gỗ 2.2.3 Điều chỉnh kích thước gỗ a) Thiết bị điều chỉnh kích thước gỗ b) Công thức tính kích thước ván cần cưa số cài đặt đếm C =0,0369K C- số cần cài đặt đếm K- kích thước gỗ cần cưa (mm ) Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 18 2.2.4 Thiết kế sơ đồ mạch điện Hình 2.40 - Bảng điều khiển, thiết bị điện mô hình a) Các thiết bị điện mạch điều khiển b) Sơ đồ mạch động lực c) Sơ đồ mạch điều khiển - Sơ đồ mạch logic Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 - Sơ đồ mạch điều khiển Footer Page 21 of 126 19 Header Page 22 of 126 20 Hình 2.58 - Sơ đồ mạch điều khiển Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 21 CHƯƠNG VẬN HÀNH MÔ HÌNH MÁY 3.1 CÁC BƯỚC VẬN HÀNH MÁY 3.1.1 Vận hành máy chế độ tự động 3.1.2 Vận hành máy chế độ tay 3.2 SỰ CỐ KỸ THUẬT VÀ BIỆN PHÁP SỬA CHỮA 3.3 AN TOÀN KHI VẬN HÀNH MÔ HÌNH MÁY 3.4 THÔNG SỐ KỸ THUẬT Bảng 3.2 - Thông số kỹ thuật STT THÔNG SỐ KỸ THUẬT Ván gỗ dùng để cưa Ván gỗ trước cưa: CHỈ SỐ KỸ THẬT Ván ép - Chiều dài lớn - Chiều rộng lớn 1000(mm) 200(mm) - Chiều dày lớn 10(mm) Lưỡi cưa: - Đường kính Ø230(mm) - Đường kính lỗ trục - Tốc độ quay Ø25,4(mm) 3320(vg/ph) Tốc độ đẩy phôi lớn 5(m/ph) Tốc độ tịnh tiến lưỡi cưa 8,3(m/ph) Động quay lưỡi cưa: - Công xuất - Số vòng quay Footer Page 23 of 126 1,5(HP) 1450(vg/ph) Header Page 24 of 126 Động kéo lưỡi cưa: - Công xuất - Số vòng quay 22 1(HP) 1450(vg/ph) Động đẩy phôi: - Công suất 0,5(kW) - Số vòng quay 30(vg/ph) Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết nghiên cứu đề tài 1.1 Đặc điểm - Có thể cho máy chạy tự động cắt nhiều ván kích thước - Máy cắt nhiều kích thước chọn chế độ tay - Cách sử dụng nút điều khiển đơn giản - Dễ dàng kiểm tra cố mạch điện thông qua sơ đồ mạch điện - Có thể ứng dụng xí nghiệp vừa nhỏ, cưa ván có kích thước khác - Sử dụng xí nghiệp lớn sản xuất hàng loạt kích thước giống 1.2 Hạn chế - Không sử dụng phần mềm thiết kế hệ thống điều khiển - Không sử dụng chương trình điều khiển PLC, vi mạch điều khiển Vì mô hình nên máy có nhược điểm sau: - Máy dùng để cưa ván ép, không cưa lại ván có độ bền cao Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 - Kích thước ván lớn trước cưa (1000x200x10) (mm) - Dung sai sản phẩm ±2 mm - Không sử dụng thiết bị điện bảo vệ tải Hướng phát triển đề tài - Gắn biến tần vào động dùng động vô cấp cho hệ thống kéo lưỡi cưa, để thay đổi vô cấp tốc độ di chuyển tịnh tiến lưỡi cưa, cưa loại gỗ có độ bền khác - Hệ thống đẩy phôi: Dùng truyền động bánh thay cho lăn để kích thước sản phẩm gỗ có độ xác - Hệ thống kéo lưỡi cưa: Thay hệ thống kéo dây cáp truyền động bánh để lưỡi cưa di chuyển ổn định - Sử dụng động bước động servo thay cho động thường hệ thống đẩy phôi để gỗ cưa có độ xác cao - Dùng Encoder có số xung lớn để dung sai sản phẩm cưa nhỏ - Dùng chương trình điều khiển PLC để hạn chế sử dụng nhiều rơle, dễ sửa chữa mạch điều khiển hỏng mạch điện Footer Page 26 of 126 ... cưa ván gỗ tự động" Mục đích đề tài - Thiết kế, chế tạo mô hình máy cưa gỗ - Thiết kế hệ thống điều khiển mô hình máy cưa gỗ - Góp phần phát triển lĩnh vực điều khiển tự động ứng dụng vào thực... nghệ tự động hoá vào máy gia công gỗ để nâng cao xuất chất lượng sản phẩm đồng thời giảm bớt nhập máy cưa gỗ tự động từ nước Chính lý em định chọn đề tài : "Thiết kế chế tạo mô hình máy cưa ván gỗ. .. suất 1.5 CƯA ĐĨA 1.5.1 Nguyên lý hoạt động cưa đĩa 1.5.2 Cấu trúc lưỡi cưa đĩa Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY CƯA VÁN GỖ TỰ ĐỘNG 2.1 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY 2.1.1