Nghiên cứu công nghệ và thiết kế thiết bị uốn ống có đường kính lớn

LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Văn Sở, học viên Cao học h a 2011 , chuyên ng nh ch t o y Sau hai nă học tập nghiên cứu, giúp đỡ c c thầy cô gi o v đặc biệt l giúp đỡ PGS.TS Nguyễn Đắc Trung, thầy gi o hướng dẫn tốt nghiệp tôi, nên đ n cuối chặng đường để t thúc ho học Tôi quy t định chọn đề t i tốt nghiệp l : “ Nghiên cứu công nghệ thiết kế thiết bị để uốn ống có đƣờng kính lớn” Tôi xin ca đoan l công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Đắc Trung v tha hảo c c t i liệu liệt ê Các t nghiên cứu nêu luận văn l trung thực v chưa công bố bất ỳ c c công trình n o h c N u c xin ho n to n chịu tr ch nhiệ Tác giả luận văn Nguyễn Văn Sở DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Công nghệ gia công p lực GCAL ộ điều hiển PLC PLC Programmable Logic Controller NC Numerical Control Điều hiển số CNC Computer Numerical Control Điều hiển số y tính MỤC LỤC Lời ca Danh đoan ục c c chữ vi t tắt Mục lục Phần đầu Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ, THIẾT BỊ VÀ SẢN PHẨM UỐN LỐC 10 1.1 Các sản phẩm công nghệ GCAL 10 1.2 Tổng quan máy uốn lốc tôn 13 1.3 Các chủng loại máy uốn lốc tôn 16 1.4 Các dạng sản phẩm lốc 24 Kết luận chƣơng 26 Chƣơng 2: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH UỐN 27 2.1 Trạng thái ứng suất biến dạng uốn phôi 27 2.2 Lực mô men uốn 34 2.3 Biến dạng đàn hồi uốn 38 2.4 Bán kính uốn nhỏ 42 Kết luận chƣơng 44 Chƣơng : NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ UỐN 46 3.1 Các dạng công nghệ uốn lốc 46 3.2 Công nghệ uốn lốc máy trục 47 3 Công nghệ uốn lốc máy trục 52 Công nghệ uốn lốc máy trục 56 Kết luận chƣơng 61 Chƣơng : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY UỐN LỐC TRỤC 62 Các thông số máy 62 4.2 Thiết kế sơ đồ động máy uốn lốc trục 62 4.3 Các cụm chi tiết 66 4.4 Tính toán thiết kế máy 68 4.4.1 Xác định lực uốn lốc 68 4.4.2 Xác định đường kính trục 71 4.4.3 Xác định đường kính trục 76 4.4.4 Xác định mômen 79 4.4.5 Góc tay quay nâng trục 82 4.4.6 Tính toán, chọn xy lanh thủy lực nâng trục X Y 85 4.4.7 Tính thông số vận tốc 88 Hệ thống thủy lực 89 Kiểm nghiệm số kết cấu 93 4.6.1 Kiểm nghiệm độ bền trục 93 4.6.2 Khảo sát độ bền thành đỡ 95 4.6.3 Kiểm nghiệm độ biến dạng vùng tiếp xúc trục giá đỡ sau 96 4.6.4 Kết cấu bạc 97 4.6.5 Tính toán cho mối ghép giá đỡ sau ngõng trục 97 Hình ảnh máy lốc trục 99 4.8 Kết luận chƣơng 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 PHẦN MỞ ĐẦU Công nghệ gia công p lực (GCAL) l tính dẻo vật liệu i đ i h a, sản phẩ ột phương ph p t o hình chi ti t dựa lo i Với ph t triển nhanh ch ng công nghiệp h a, GCAL ng y c ng chi tỷ trọng cao c c lĩnh vực công nghiệp hí ch t o, xây dựng, điện, điện tử, gia dung, y t , quốc phòng, giao thông vận tải Đối với c c nước công nghiệp ph t triển Mỹ, Anh, Đức, Nhật, Trung quốc, GCAL đ ng vai trò then chốt cho ph t triển công nghiệp nặng, siêu nặng luyện i , đ ng t u, vũ hí, h ng hông… Trong vòng 10 nă với ục tiêu nâng cao tỷ lệ sản phẩ trở l i đây, nội địa, lĩnh vực GCAL ng y c ng c vai trò quan trọng v đ ng g p đ ng ể cho ph t triển sản xuất hí nước nh Sở sĩ l GCAL c tính ưu việt hẳn so với c c phương ph p gia công hí h c đặc biệt hi thị trường ph t triển, cần sản xuất lo t lớn ti t iệ vật liệu, đả bảo độ x c chi ti t, tăng tính sản phẩ , chi phí sản xuất lo t lớn thấp, tự động h a cao Công nghệ GCAL chi th nh c c lo i dập tấ , dập hối, dập ôt trường đặc biệt (đ n hồi, chất lỏng, xung điện, từ trường), t o hình c c trục lăn Đối với thị sản xuất hí nước, nhiều c c sản phẩ hữu bình chứa, bồn chứa nhiên liệu, nguyên liệu, nồi hơi, ỗng dẫn, vỏ t u sản xuất, ch t o ột c ch h đơn giản v hiệu với công nghệ uốn lốc trục lăn Lo i hình công nghệ uốn lốc dọc (để ch t o sản phẩ c ch ề bề đường bộ…) v uốn lốc ngang (sản phẩ tấ lợp tôn s ng hay dải phân d ng ống rỗng, c d ng trụ, côn ặt cong) v ph t triển v ứng dụng h phổ bi n nhiều doanh nghiệp sản xuất Việt Na Tuy vậy, nhiều c c nh nước ặc dù uốn p dụng công nghệ v thi t bị n y để sản xuất c c sản phẩ vụ cho doanh nghiệp chuyên y hí ôn v a ình, chưa c đội ngũ nh hiểu để sẵn s ng thi t phục ỹ thuật c công nghệ v ch t o thi t bị Hầu h t c c doanh nghiệp thi t bị lọc h a dầu, nh y sửa chữa hí, thi t bị cho ng nh xi ăng, nhiệt điện, than, c c công ty lắp y… ua thi t bị v tì hiểu công nghệ uốn lốc nước ngo i Trên sở ph t triển đưa lo i hình công nghệ uốn lốc v o c c doanh nghiệp dầu hí v nâng cao lực thi t công nghệ, thi t bị, đồng thời đ p ứng nhu cầu doanh nghiệp hí h ng hải, đề xuất thực đề t i Nghiên cứu công nghệ v thi t thi t bị để uốn ống c đường ính lớn Khi nghiên cứu công nghệ v c c thi t bị để uốn lốc c c chi ti t d ng ống, rỗng c ích thước, đường ính lớn, c thể thấy lo i thi t bị thường sử dụng đ l uốn y uốn trục y uốn trục Thi t bị uốn trục c giản, điều hiển dễ d ng, chi phí thi t bị, gi th nh y thấp nên phù hợp với nhiều doanh nghiệp vừa v nhỏ Việt Na Thi t bị uốn trục chương trình điều iển phức t p hơn, gi th nh linh động ề nhau, việc uốn t cấu đơn t cấu y phức t p hơn, y cao l i c tính dẻo qu trình uốn với c c chiều d y v đường ính h c ép trước thực dễ d ng Sau nghiên cứu t i liệu, c c công trình thực t i chuyên ng nh v xe xét cụ thể yêu cầu t i doanh nghiệp hí dầu hí, lựa chọn thi t bị uốn trục để nghiên cứu v thi t đ n 50 công nghệ với ục tiêu để ch t o c c d ng ống c chiều d y , chiều d i ống (ứng với hổ rộng tôn tấ ) đ n 3000 ống đ t đ n 3500 v đường ính Phần nội dung luận văn tập trung v o vấn đề sau: - Tổng quan công nghệ uốn lốc c c thi t bị trục lăn, tính hình sử dụng thi t bị v sản phẩ - Nghiên cứu công nghệ uốn lốc điể - th giới Việt Na y uốn lốc trục, trục Phân tích đặc uốn b i to n uốn phôi tấ Tính to n thi t dải rộng thi t bị uốn trục Trong qu trình thực luận văn, điều iện nghiên cứu, hảo s t thực tiễn chưa nhiều nên c thể luận văn hi huy t, ính ong c c Thầy, Cô gi o v c c b n đồng nghiệp đ ng g p ý i n để t nghiên cứu ho n thiện Tôi xin chân th nh ơn PGS.TS Nguyễn Đắc Trung, PGS.TS Ph Nghệ c c b n đồng nghiệp ộ Văn ôn GCAL, Viện Cơ hí hướng dẫn, t o điều iện v giúp đỡ thực th nh công đề t i n y, đồng thời xin ơn Viện Đ o t o sau đ i học, trường ĐH KHN t o điều iện thuận lợi để ho n th nh h a học CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ, THIẾT BỊ VÀ SẢN PHẨM UỐN LỐC 1 Các sản phẩm công nghệ GCAL C nhiều phương ph p sản xuất để ch t o ột chi ti t y, ột sản phẩ hí đúc, h n, gia công p lực, gia công cắt gọt… Để ch t o ột chi ti t b nh răng, trục huỷu người ta c thể dụng phương ph p đúc, h n, cắt gọt nhiệt luyện Mặc dù suất hông cao, tính sản phẩ chưa đ t c thể xe ức tối ưu cấu trúc vật liệu chưa phù hợp, l giải ph p hi thị trường nhỏ lẻ Nhưng hi thị trường ph p triển, yêu cầu chất lượng sản phẩ trọng l ng y c ng cao buộc c c chi ti t y chịu tài việc hắc nghiệt bắt buộc phải qua công nghệ GCAL để nâng cao tính Khi ch t o ột chi ti t vỏ xe ô tô, vỏ ét chứa, vỏ y hông thể ch t o phương ph p n o h c ngo i công nghệ GCAL Công nghệ GCAL chia th nh lo i hình công nghệ đ l dập tấ dập hối C c d ng sản phẩ n y điển hình dập tấ hình 1.1 1.2 v v dập hối trình b y Hình 1.1 Các sản phẩm dập khối điển hình Hình 1.2 Sản phẩm dập vỏ ô tô, sản phẩm gia dụng Công nghệ dập tấ v dập hối để t o hình c c chi ti t c sử dụng huôn dập v thực c c thi t bị y búa, y ép hí, y ép thủy lực, y ép vít a s t… Công nghệ GCAL bi t đ n với lo i hình sản phẩ c c sản phẩ đặc biệt đ l d ng rỗng C c chi ti t n y hông thực c c huôn đặc biệt, cần phải c thi t bị chuyên dùng, thi t bị điều hiển theo chương trình nhằ t o điều iện cho qu trình t o hình x c Hình 1.3 trình b y c c d ng sản phẩ tĩnh (dập ôi trường chất lỏng c rỗng t o hình công nghệ dập thủy p suất cao) Hình 1.3 Sản phẩm rỗng Hình 1.4 Sản phẩm bình chứa nhiên liệu cỡ lớn (đường kính đến 6m) 10 = = =1,3 Đường ính ống Chọn = = 0,045 m =45mm = 50mm Ti t diện ống dầu dẫn tới động thủy lực phụ = = Đường ính ống Chọn =8,3 = =0,01m =10mm = 20mm *Hệ thống van thủy lực v bơ Cần c hệ thống van gồ thủy lực van phân phối nhằ phân phối dầu tới c c vị trí công t c cần thi t Đ l c c xy lanh nâng trục v c c động thủy lực, ngo i cần c van ti t lưu nhằ v l tăng giả lưu lượng dòng dầu tới xy lanh giúp tăng giả thay đổi tốc độ động thủy lực 90 h nh trình lên, Hình 4.23 Van phân phối cửa, vị trí điều khiển điện từ Hình 4.23 Van tiết lưu Kiểm nghiệm số kết cấu 4.6.1 Kiểm nghiệm độ bền trục Kiể tra độ bền trục trường hợp gi tr i ổ đõ côn trục tr ng th i hi đ trục giữ phần gi phải Lúc n y trục phải đả Khi đ trục chịu lực phân bố với c c cường độ ng ; ; bảo cứng vững , đ = đầu Hình 4.24 Phân bố tải trọng tĩnh trục S Thể tích phần ngõng trục thứ nhất: = Thể tích phần trục l = 605 = 118731250 ( việc: 91 ở, ) , trục bị = = 2000 =565200000 ( ) Thể tích phần ngõng t i gi đỡ = = 605 = 118731250( ) Thể tích phần ngõng ti p gi p với phần ngõng đỡ = = 225 =44156250 ( ) Thể tích tòan trục hi đ : = + =2.118731250 +55200000 =802662500( Khối lượng riêng thép C45 ta lấy ) =0,8 =7800kg/ Khối lượng to n trục chính: = 7800.0,8 = 6,25 = Khối lượng ngõng trục = Cường độ lực = 10 = Khối lượng phần trục l = =926 kg 10 =15,3 N/mm việc = Cường độ lực =7800 118731250 = 7800.565200000 .10 = 10 = 22 N/mm Trọng lực quy đổi phần ngõng trục tâ Trọng lực quy đổi phần trục l 1235 Trọng lực quy đổi tâ đo n =117mm =4408 kg c ch ng việc tâ ột đo n =2537mm n c ch ng ột đo n phần ngõng trục bé quy tâ 92 c ch ng = ột Ta xét trường hợp trục hông bị cong t i ặt cắt A-A o en ng lượng trục gây nên Mo en ng hi đ = =9260.2537+44000.1235+3440.117 = 78235100 N.mm = y => = Đối với thép C45 trị số Như trục thỏa = = 6,258 N/ < σf ãn điều iện bền tĩnh 4.6.2 Khảo sát độ bền thành đỡ Hình 4.25 Vách bên máy đỡ trục Căn ặt cắt đứng độ bền é = Động thủy lực gây l = o en uốn =6000.775 =46500000 Nmm 93 ặt cắt C-C trọng Vậy o en tổng trục v động thủy lực gây lên cho gi đỡ sau l = = 78235100 – 46500000 = 31735100 N.mm - Ứng suất lớn gây t i ặt cắt n y phải thỏa ãn điều iện sau < N : hệ số an to n lấy n=3 S : chều d y th nh gi đỡ cần x c định Thay v o tính to n ta c S > = =186mm  Chọn S=250 4.6.3 Kiểm nghiệm độ biến dạng vùng tiếp xúc trục giá đỡ sau Hình 4.26 Phân bố ứng suất tiếp xúc N u coi xét tr ng th i ứng suất phần phần l cứng tuyệt đối = = Thay v o ta c Rõ ràng = = 1,117 N/ < σf 94 Đường trung hòa ặt cắt tương tự ta tính =2,234 N/ V rõ r ng l trường hợp n y < σf Như vậy, nắp th nh hông bị bi n d ng dẻo trọng lượng trục 4.6.4 Kết cấu bạc Vận tốc g c trục bề ột điể n o đ ặt ngõng trục l V= Thực t l =0,11 rad/s vân tốc d i =0,11.250 =0,0257 m/s n i vận tốc n y h nhỏ, chuyển động ngõng trục v cối đỡ h nhỏ, đả bảo độ bền òn, đ hông cần l b c đỡ 4.6.5 Tính toán cho mối ghép giá đỡ sau ngõng trục Hình 4.27 Mối ghép bu lông giá đõ ngõng trục Tính to n chịu éo bu lông: Theo biểu đồ chịu lực hai bu lông ngo i bên phải chịu lực lớn nh t th ta iể nghiệ cho hai bu lông n y Lực éo quy đổi với c c bu lông n y: = k 95 : hệ số hông lực cho c c bu lông ta lấy trị số =0,9 v ta c trị số lực bu lông ngo i phải chịu l =0,9 Chọn vật liệu l = 44076 N bu lông l thép C30 c σf =290N/ Hệ số an to n trường hợp n y lấy n=2 Trị số lực ỗi bu lông ngo i phải chịu l =0,5 = 0,5.44076 =22038N Điều iện bu lông n y hông bị éo đứt l < Từ đ ta suy đường ính bu lông n y phải thỏa d> = ãn bất đẳng thức sau = 21,8mm Để đủ cho điều iện bền uốn sau n y ta chọn d=24 tức l ta c bu long M24 Kiể tra nang chịu uốn bu lông: Khi iể tra chịu uốn c c bu lông ta thấy c c bu long ặt ghép chịu uốn nh Mo en uốn với c c bu lông n y hi đ ’: hệ số phân bố hông Tính ta có o en uốn: ’=0.9 =28562N.mm Mô en qu n tính ặt c t bu lông hi đ Vậy ứng suất lớn Rõ ràng = ’ =0.05 o en uốn sinh hi đ < σf Vậy điều iện bền uốn thỏa ãn 96 = = 20,6 N/ ép ngo i phía Hình ảnh máy lốc trục Căn c c bước tính to n trên, ta thi t C c hình ảnh 2D v 3D ô hình thi t bị y trình b y Hình 4.28 Máy uốn lốc (2D) 97 y uốn lốc trục 98 99 100 Hình 4.29 Các hính ảnh máy uốn lốc (3D) 4.8 Kết luận chƣơng Dựa c c thông số đầu v o thi t bị (được lựa chọn theo ẫu hãng DAVI), chương n y xây dựng sơ đồ động lý l việc , tính to n v y, tính to n thi t iể nghiệ y, nguyên chi ti t đ đặc biệt l thi t hệ thống trục (1 trục v trục dưới), đề xuất sơ đồ điều hiển thủy lực, tính to n thi t Trong chương n y đưa to n c c cụ c c cụ y trục hệ thống thủy lực, chọn động cơ, iể ô hình thi t chi ti t thi t bị 101 nghiệ … y c c vẽ 2D v 3D, thể KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với ph t triển nh ẽ c c doanh nghiệp hí ch t o t i Việt Na , định hướng nội địa h a c c sản phẩ ng nh hí nh nước, sau nghiên cứu hảo s t thị trường nước, đặc biệt c c doanh nghiệp hí hai th c sửa chữa ng nh dầu hí, đề xuất hướng nghiên cứu công nghệ v thi t bị uốn để ch t o c c sản phẩ ống c đường ính lớn Với nhu cầu v trình độ thi t ch t o nước, thi cho việc ch t o Vì vậy, nghiên cứu v thi t y uốn lốc trục công nghệ uốn lốc v thi t bị để thực công nghệ n y M y uốn lốc trục c thể t o hình tấ chiều d y đ n 80 Với , bề rộng đ n 1800 v đường ính từ 1000 đ n 3500 c ục tiêu đặt ra, luận văn ho n th nh c c nội dung sau: - Nghiên cứu tổng quan công nghệ, thi t bị, sản phẩ - Nghiên cứu lý thuy t uốn; - Nghiên cứu công nghệ uốn lốc c c thi t bị uốn lốc trục, trục v trục; - Nghiên cứu c c bước công nghệ uốn lốc tròn; - Tính to n thi t y uốn lốc trục, đ thi t chi ti t y, thi t phần tử thủy lực uốn lốc; sơ đồ động, c c cụ sơ đồ điều hiển thủy lực v tính to n c c y; - Ho n th nh thi t y, c c vẽ 2D v - Khảo s t c c bước uốn lốc thi t bị ô hính y 3D; y trục thực t hãng DAVI Những vấn đề cần nghiên cứu ti p: - Thi t điều hiển PLC cho - Thực lập trình bước công nghệ điều hiển y; t nối với phần ề y; - Xây dựng liệu công nghệ cho - Đưa phần thi t để y tính v công nghệ v inh chứng hiệu 102 y uốn lốc trục; y xuống triển hai trực ti p t i nh y TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Chí ang: Công nghệ ch t o bình chứa cỡ lớn, Luận văn ThS, Viện Cơ hí, ĐH KHN, 2010 Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2000), Tính to n thi t hệ dẫn động hí tập I v II Nxb Gi o dục, H Nội Nguyễn Mậu Đằng (2006), Công nghệ t o hình i lo i tấ , Nxb Khoa học ỹ thuật, H Nội (tr 89 – tr 117) Trần Văn Địch (2000), Sổ tay công nghệ ch t o y, Trường Đ i Học ch Khoa H Nội Đỗ Hưu Nhơn (2006), Tính to n thi t ch t o y c n thép & c c thi t bị y c n thép Nxb KHKT, H Nội Đặng Văn Phương: Nghiên cứu thi t công nghệ v để ch t o ống thép h n ích thước tiêu chuẩn d y 86 ính lốc 3500 y uốn lốc CNC trục , rộng 3000 , đường , Luận văn ThS, Viện Cơ hí, ĐH KHN, 2011 Nguyễn Tất Ti n (2003) Lý thuy t bi n d ng dẻo, NX KHKT Nguyễn Đắc Trung v c c đồng nghiệp: Mô số qu trình bi n d ng, NXB Bách khoa 2011 Nguyễn Đắc Trung v c c đồng nghiệp: Nghiên cứu phương ph p x c định thông số công nghệ dập lăn ép t o hình c c chi ti t tấ c ích thước lớn, Hội hí Cơ hí to n quốc, th ng 10/2011 10 Nguyễn Đắc Trung, Nguyễn Trung Kiên: Nghiên cứu công nghệ ch t o c c chi ti t v nh cỡ lớn phục vụ công nghiệp nặng, Hội nghị Khoa học công nghệ Cơ hí ch t o to n quốc lần thứ 2, Vina anufacture 2009, 18 th ng 11 nă t i Viện NCCK H Nội, Tr 230-235 103 2009 11 T i liệu y uốn lốc hãng DAVI Internet http://www.davi.com/int/ 12 Công ty Maneklal and Sons: Bending Rollers / Plate Bending Machines www.maneklalexports.com 104 ... 3.1 Các dạng công nghệ uốn lốc 46 3.2 Công nghệ uốn lốc máy trục 47 3 Công nghệ uốn lốc máy trục 52 Công nghệ uốn lốc máy trục 56 Kết luận chƣơng 61 Chƣơng : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY UỐN LỐC TRỤC... bị để uốn ống c đường ính lớn Khi nghiên cứu công nghệ v c c thi t bị để uốn lốc c c chi ti t d ng ống, rỗng c ích thước, đường ính lớn, c thể thấy lo i thi t bị thường sử dụng đ l uốn y uốn trục... quan công nghệ uốn lốc c c thi t bị trục lăn, tính hình sử dụng thi t bị v sản phẩ - Nghiên cứu công nghệ uốn lốc điể - th giới Việt Na y uốn lốc trục, trục Phân tích đặc uốn b i to n uốn phôi