Thiết kế, chế tạo đồ gá hàn, cắt tự động chi tiết dạng ống

Lý do chọn đề tài Hiện nay, công nghệ hàn và cắt kim loại đang được ứng dụng rất phổ biến và rộng rãi đồng thời đóng vai trò then chốt trong ngành cơ khí công nghiệp nặng, cụ thể như tr

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, công nghệ hàn và cắt kim loại đang được ứng dụng rất phổ biến và rộng rãi đồng thời đóng vai trò then chốt trong ngành cơ khí công nghiệp nặng, cụ thể như trong các lĩnh vực: cơ khí chế tạo; công nghiệp đóng tàu, kết cấu tiền chế Nắm bắt được nhu cầu đó, các doanh nghiệp đã mạnh dạn đầu tư các máy móc thiết bị hàn cắt công nghệ cao vào trong chế tạo sản xuất tạo ra sản phẩm có tính ưu việt qua đó đáp ứng yêu cầu cạnh tranh và hội nhập

Hàn và cắt các chi tiết có hình dạng, biên dạng ống như: chi tiết dạng ống (ống thép, bồn chứa, bánh đà, mặt bích nối ống …có tính đặc thù ở chỗ: sự không đồng bộ về hình dạng, kích thước cũng như kết cấu của chi tiết hàn, bên cạnh đó điều kiện gia công không phải chỉ thực hiện tại xưởng chế tạo mà do yêu có thể phải triển khai vận hành tại thực địa công trường

Hiện nay trên việc ứng dụng các đồ gá để hàn các chi tiết nói trên cũng khá phổ biến trên thị trường Tuy nhiên các loại đồ gá hiện nay chủ yếu áp dụng cho hàn và cắt các chi tiết cỡ lớn, mặt khác tính tích hợp như vận hành hàn cắt linh hoạt ở các góc độ chưa được chú trọng áp dụng

Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo đồ gá hàn, cắt tự động các chi tiết dạng ống” để làm luận văn

tốt nghiệp

2 Mục đích nghiên cứu

- Tạo ra sản phẩm đồ gá có tính năng cơ động, linh hoạt dễ dàng vận chuyển trong từng điều kiện thi công cụ thể trên thực địa công trình

- Với tính năng điều chỉnh góc nghiêng làm việc của cơ cấu kẹp định vị, đồ gá thực hiện được việc gá kẹp chi tiết hàn hoặc cắt ở vị trí nằm ngang hoặc thẳng đứng

- Giúp cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân lao động, tăng năng suất, giảm chi phí sản xuất

- Sản phẩm đồ gá có kết cấu đơn giản, dễ khắc phục sửa chữa, thay thế, giá thành đầu tư thấp

- Xây dựng bảng thông số chế độ hàn, cắt cho một chi tiết cụ thể

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

* Đối tƣợng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là đồ gá hàn, cắt tự động chi tiết dạng ống

- Nghiên cứu điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ

- Nghiên cứu cơ cấu định vị, kẹp chặt chi tiết

4 Phương pháp nghiên cứu

- Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm

- Tham quan, tìm hiểu tại các cơ sở sản xuất thực tế

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN,

CẮT Chương 3: VẬN HÀNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT

QUẢ

KÊT LUẬN & KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về công nghệ hàn, cắt tự động

1.1.1 t u v ạ

1.1.1.1 Giới thiệu về ống

ng d n là thiết bị rất phổ biến và chiếm vai trò rất quan trọng trong công nghiệp; đặc biệt là các ngành công nghiệp khai thác, chế biến dầu lửa và khí đốt, công nghiệp hóa chất, hệ thống đường ống các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, hệ thống ở các trạm làm lạnh

1.1.2.Mặt bích, công dụng và phân loại mặt bích

Mặt bích là một sản phẩm cơ khí, là khối hình tròn hoặc vuông được chế tạo phổ biến từ phôi thép carbon hoặc phôi thép không rỉ (ngày nay mặt bích còn được chế tạo từ vật liệu đồng và vật liệu nhựa) Mặt bích là phụ kiện kết nối ống, máy bơm, van, và các phụ kiện đường ống khác với nhau thông qua mối liên kết bu lông trên thân để tạo thành một hệ thống đường ống d n công nghiệp

u

1 2 2 1 Thực chất của hàn h quang

Hồ quang là sự phóng điện liên tục qua môi trường khi đã bị ion hóa giữa hai điện cực, k m theo phát nhiệt lớn và phát sáng mạnh

Quá trình gây hồ quang khi hàn xảy ra theo các giai đoạn: cho điện cực tiếp xúc với vật hàn mật độ dòng điện tăng lên rất lớn, hai mép điện cực bị nung nóng mạnh

Khi hàn, điện áp cần thiết để gây hồ quang khoảng 55  80V đối với dòng xoay chiều và từ 30  55V đối với dòng một chiều

Hình 1.3 Giải ph p nối ống

1 2 2 2 T c ng của iện tr ng ối với h quang hàn

Hồ quang hàn được hình thành trong môi trường khí giữa các điện cực cho nên có thể coi nó như một dây d n mềm; dưới tác dụng của điện trường cột hồ quang có thể bị thay đổi và dài ra gọi là hiện tượng lệch hồ quang, gây ra ảnh hưởng xấu đến quá trình hàn

1 2 2 3 Sự di chuy n im loại iện cực vào v ng hàn

Đặc điểm di chuyển kim loại điện cực phụ thuộc vào các lực tác dụng trên giọt kim loại đầu mút điên cực Các lực cơ bản gồm trọng lực, lực căn bề mặt, lực điện trường, lực điện tĩnh, lực tác dụng của các hơi và ion trung tính trên catốt, lực khí động

1 u t t u v

1 2 3 1 Hàn h quang tự ng d ới lớp thuốc

Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc là quá trình hàn hồ quang kín SAW (Submerged Arc Welding), trong đó đã tự động hóa

cả hai khâu cấp dây điện cực (dây hàn) vào vùng hồ quang và chuyển động hồ quang theo trục mối hàn

1 2 3 2 ông nghệ hàn tự ng

1 2 3 3 sở tính to n ch hàn ối với th p c c bon thấp

Hình 1.4 S nguyên lý hàn tự ng d ới lớp thuốc

Trong quá trình công nghệ hàn hồ quang thép cacbon thấp, ngoài thứ tự lắp ráp và hàn chính xác các phần tử của kết cấu, các thông số hàn đóng vai trò quan trọng

4 ết ị t (xem hình 1.4)

5 ổ u về á ơ á ắt ạ ằ Gas, Plasma

1 2 5 1 Ph ng ph p cắt im loại bằng Oxy – Gas

Phương pháp cắt bằng Oxy – Gas được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp cắt nhiệt bởi vì nó có thể cắt bề dày từ 0,5mm đến 250mm, thiết bị với chi phí thấp và có thể sử dụng thủ công hoặc cơ khí hóa Thực chất của quá trình cắt kim loại bằng khí là đốt cháy kim loại bằng dòng ôxy, tạo thành các ôxit (FeO, Fe2O3, Fe, Fe3O4), làm nóng chảy các ôxit đó và thổi ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt

Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí axethylene được trên hình 1.6 Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng ôxy thổi qua, kim loại bị ôxy hóa mãnh liệt (bị đốt cháy) tạo thành ôxit Sản

phẩm cháy bị nung chảy và bị dòng ôxy thổi khỏi mép cắt

Hình 1.6 Nguyên lý cắt và c ch phân bố nhiệt cắt

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT 2.1 Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế

e) ắt ở vị trí bằng theo ph ng ứng

Hình 1.11

Hình 1.10

1 1 1 1 Đầu hàn cố ịnh, ống chuy n ng tịnh ti n và quay

2 1 1 2 Đầu hàn chuy n ng dọc theo ống, ống chuy n ng quay quanh tâm ống

á ơ á ọ á x y

* Ph ng n thứ nhất: xoay ống bằng con lăn ma s t

* Ph ng n thứ hai: xoay ống bằng hệ thống dãy con lăn

* Ph ng n thứ ba: xoay ống ầy ẹp chủ ng

ng xoay khi hàn, cắt nhờ truyền động trực tiếp từ động cơ giảm tốc (1) thông qua cơ cấu mâm kẹp ba chấu tự định vị (3) kẹp chặt một đầu chi tiết ống (4) Con lăn đỡ bị động (3) được điều chỉnh khoảng cách bởi vít me sao cho phù hợp với từng đường kính lớn nhỏ của ống

a) Điều chỉnh tốc bằng c ch thay ổi iện áp

b) Điều chỉnh tốc bằng c ch iều chỉnh iện trở rôto c) Điều chỉnh tốc bằng cách nối cấp trả năng l ợng về ngu n

d) Điều chỉnh tốc bằng c ch thay ổi tần số:

Hình 2.2 Ph ng n xoay ống bằng ầu ẹp chủ ng

1-Đ ng c ; 2- H p giảm tốc; 3- cấu ẹp; 4- hi ti t ống

- Biến tần là một thiết bị tự động hóa,

- Điểm đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần

- động cơ là bạn có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ Tức

là thông qua việc điều chỉnh tần số và có thể điều chỉnh tốc độ động

cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng

- Khi sử dụng biến tần sẽ không còn những nỗi lo về việc không làm chủ, khống chế được năng lượng quá trình truyền động bởi vì chúng ta có thể kiểm soát được nó thông qua các chế độ bảo

vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha,… của biến tần

* Nguyên lý cấu tạo, hoạt ng của bi n tần

2.2 Tính toán bộ truyền làm việc chính

2.2.2 Tính và chọn công suất ơ

2 2 2 1 cấu truyền ng chính (cụm công tác)

B : Chọn động cơ

B : Kiểm nghiệm động cơ

Trong phạm vi của đề tài, công suất của động cơ dùng để truyền momen xoắn cho mâm cặp và ống

Ta có công suất của máy được tính theo công thức:

Pct =P t (Kw)

 (2.1) Với Pct: công suất cần thiết trên trục

Pt : công suất tính toán trên trục máy công tác, (Kw)  : hiệu suất truyền động

Công suất tính toán trên trục công tác được tính theo công thức:

15,

1 =1,5 (kw)

* Chọn động cơ : Tra bảng P1.2-Tính toán hệ d n động cơ khí

(Tập 1)

Hình 2.5 S nguyên lý truyền ng làm việc chính

1-Đ ng c ; 2-B nh răng cycloid; 3-Vành răng chốt;

4-Mâm ẹp

Chọn động cơ kí hiệu DK42-6 với Pđc = 1,7 (kw) và số vòng quay nđc = 925 vg/ph

* Phân phối tỷ số truyền:

Tỷ số truyền của hệ thống:

3705,2

n i

a) Giới thiệu b truyền b nh răng ycloid

b) ấu tạo và nguyên lý hoạt ng của b nh răng cycloid c) Thi t b truyền giảm tốc b nh răng cycloid

Phân phối tỷ số truyền cho cấp nhanh và cấp chậm:

- Công suất tính toán trên các trục:

+ Công suất tính toán trên trục vào:

Ntrucvao = Ndc = 1,5 (kW) + Công suất tính toán trên trục 2 (trung gian):

Hình 2.6 M t số loại h p giảm tốc ycloid mới

N2 = Ntrucvao.ηbr ηcapo = 1,5.0,98.0,99 = 1,46 (kW)

+ Công suất tính toán trên trục ra:

Ntrucra = N2.ηbr ηcapo = 1,46.0,98.0,99 = 1,41 (kW)

- Momen xoắn trên các trục:

+ Momen xoắn trên trục vào:

Mtrucvao = 9,55.106.Ntrucvao/ntrucvao = 9,55.106.1,5/925

= 15486 (Nmm)

+ Momen xoắn trên trục 2 (trung gian):

M2 = 9,55.106.N2/n2 = 9,55.106.1,46/48,7 = 286304 (Nmm)

+ Momen xoắn trên trục ra:

Mtrucra = 9,55.106.Ntrucra/ntrucra= 5386200 (Nmm)

* C.1 Thiết kế bộ truyền cấp nhanh và cấp chậm

Dựa trên tính năng và các thông số thiết kế ban đầu của bộ

truyền cycloid, biết:

- Công suất trên trục vào: N2 = Ntrucvao =1.46 kW；

- Số vòng quay trên trục vào: n2=ntrucvao= 48,7 rpm；

[τ] - ứng suất xoắn cho phép (MPa), với vật liệu trục là thép CT51, thép C40, thép 40Cr (40X), có [τ] = 15 30 MPa

Chọn đường kính trục lắp khớp nối:

d = (0,8 – 1,2) ddc Trong đó: ddc là đường kính trục động cơ

+ Nếu trục vào của bộ truyền lắp lồng trực tiếp bên ngoài trục động cơ (đối với động cơ – hộp giảm tốc) thì kết cấu đoạn trục có thể như trên (hình 2.7)

Đường kính ngoài của đoạn trục được chọn:

d >= ddc + 2.t2 + 10 + Đối với động cơ – hộp giảm tốc, nếu đường kính trục động

cơ ddc thỏa mãn điều kiện kết cấu thì có thể lấy trục động cơ làm trục vào của hộp giảm tốc, các bạc lệch tâm, ổ lăn cùng các đĩa Cycloid được lắp trực tiếp trên trục đông cơ như hình d

ư

ớ

i

2.2.2.2 ơ ấu ều khiển góc quay c a cụm công tác

Với đặc thù trục công tác nằm vuông góc với trục động cơ, bên cạnh đó tốc độ đầu ra cũng rất nhỏ, nên trong phần thiết kế cơ cấu

Hình 2.7 K t cấu oạn trục

Hình 2.8 K t cấu lắp gh p c c chi ti t trên trục ng c

điều khiển góc quay của trục công tác, ta chọn hộp giảm tốc mang bộ truyền bánh răng cycloid – kết hợp bộ truyền bánh răng nón

Ta có công suất của máy được tính theo công thức:

Pct =P t (Kw)

 (2.4)

Với Pct :công suất cần thiết trên trục

Pt :Công suất tính toán trên trục máy công tác

 : Hiệu suất truyền động

Công suất tính toán trên trục công tác được tính theo công thức:

P t =P lv=

1000

.v

F (Kw) (2.5) Trong đó: F - là trọng lượng của đồ gá và ống (N)

Cụ thể: F = (Mống + Mmâm cặp + Mđộngcơ-giảm tốc + Mbệ gá).g = (1420 + 40 + 60 + 20).9,8 = 15092 (N)

v - vận tốc dài của trục mang đồ gá (m/s)

Trong đó: hgt = 0.92 (Hiệu suất hộp giảm tốc)

conlan = 0.9 (Hiệu suất trên các cặp con lăn do

 Chọn động cơ : Tra bảng P1.2-Tính toán hệ d n động cơ khí (Tập1) Chọn động cơ kí hiệu DK51-6 với Pđc = 2,8(kw) và số vòng quay

 Số vòng quay trên các trục:

+ Số vòng quay của trục vào:

ntrucvao = ndc = 950 (vg/ph) + Số vòng quay của trục 2 (trung gian):

n2 = n1/inh = 925/31 = 30 (vg/ph) + Số vòng quay của trục ra:

ntrucra = n2/ich = 30/5 = 6 (vg/ph)

 Công suất tính toán trên các trục:

+ Công suất tính toán trên trục vào:

Ntrucvao = Ndc = 2,8 (kW) + Công suất tính toán trên trục 2 (trung gian):

N2 = Ntrucvao.ηbr ηcapo = 2,8.0,98.0,99 = 2,7(kW) + Công suất tính toán trên trục ra:

Ntrucra = N2.ηbr ηcapo = 21,3.0,98.0,99 = 2,6 (kW)

2.3 Chế tạo đồ gá

Trên cơ sở việc tính toán và lựa chọn phương án thiết kế cho các bộ phận, kết cấu chi tiết của đồ gá Bước tiếp theo ta tiến hành thiết kế tổng thể đồ gá để làm cơ sở cho việc chế tạo và lắp ghép

ế tạ ết ấu t vỏ

2.3.1.1.Yêu cầu kỹ thuật

2 3 4 2 Tiêu chuẩn ấu dây

2 3 4 3 Quy ớc s ngõ Terminal của hệ thống

2 3 4 4 S ấy dây mạch iện chính

5 ết ị á s u t v v vậ

Hình 2.10 Không gian lắp ặt bi n tần

Hình 2.11 Tổng quan thi t bị g ã ch tạo xong

CHƯƠNG III VẬN HÀNH THỰC NGHIỆM 3.1 Cài đặt và kiểm tra các thông số làm việc của biến tần GD-1R5G-S2-B

P05.01=01 Chọn chức năng S1: Chạy thuận

P05.02=02 Chọn chức năng S2: Chạy ngược

3.1.1.2 ài ặt thông số Motor

P02.01=1.5 KW Công suất định mức của motor

P02.02=50.00Hz Tần số định mức của motor

P02.03=1400 RPM Tốc độ định mức của motor

P02.04=220V Điện áp định mức của motor

P02.05=7.0A Cường độ dòng điện định mức của motor

3.1.1.3 ài ặt thông số bảo vệ Motor:

P02.27=100% Thông số bảo vệ quá tải motor

P02.27= (Dòng định mức motor/ Dòng định mức biến tần) *100%

* ài ặt hi sử dụng chức năng tự giữ nút nhấn RUN/STOP ( hông cần relay tự giữ):

P05.01=1 Chọn chức năng S1, chạy thuận khi S1 kích 1

xung với COM, button FWD

P05.02=2 Chọn chức năng S2, chạy ngược khi S2 kích 1

xung với COM, button REV

P05.03=3 Chọn chức năng S3, dừng khi S3 hở 1 xung với

COM, button STOP

P05.13=3 Chọn chế độ 3 wire, chế độ lưu lại trạng thái

kích hoạt của button

* ch nhập thông số: Cấp nguồn  Nhấn PRG (vào nhóm P00) 

Nhấn  hoặc(để chọn nhóm thông số: P00, P01 .) Nhấn DATA (vào nhóm thông số, ví dụ: P00.00)  Nhấn  hoặc  (chọn thông số, ví dụ: P00.04) Nhấn DATA (vào dữ liệu thông số,

ví dụ: 50.00)  Nhấn  hoặc  (để thay đổi dữ liệu) kết hợp phím SHIFT (dời vị trí số để tiện thay đổi dữ liệu, ví dụ: 60.00)  Nhấn DATA (để nhớ dữ liệu mới) Nhấn PRG vài lần để thoát ra hiển thị mặc định

3.1.2.Kiể tr ều ki n làm vi c c a biến tần

3.1.2.1 Trình tự c c b ớc ki m tra bi n tần

3.1.2.2 Ki m tra m y tr ớc hi bắt ầu sử dụng bi n tần 3.1.2.3 Ki m tra iều iện môi tr ng theo h ớng dẫn tr ớc

- Chọn số lượng lớp đường hàn: 1 lớp đường hàn

- Chiều sâu ngấu: (1 3)

2 

S

h = 3,5 ÷ 5,5 mm Lấy h = 5 mm

- Cường độ dòng điện hàn: Ih = (80 ÷100)h = 400 ÷ 500A

I V

3

10.12

n

V

q F



500

*69,0852,7

* , 0 34 ,

93,

F

V F

V  . =

2

1,0

*14,3

69,0.34,

0 = 7,45 cm/s

2) Tính vận tốc quay ống và chọn thông số bi n tần

- Gọi L là chiều dài của đoạn đường hàn của chi tiết

Lống = Biết vận tốc hàn chi tiết:

Vh = 25m/h = 0,41m/ph Vậy vận tốc quay của cơ cấu công tác:

v/ph Theo thông số cài đặt cho biến tần:

fmax = 50Hz thì vận tốc vòng quay của cơ cấu công tác là Vmax