Thiết kế máy cắt thép tấm tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY CẮT THÉP TẤM TỰ ĐỘNG Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY TRẦN XUÂN QUỐC Đà Nẵng, 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘi CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên Lớp Ngành Trần Xn Quốc 13C1VA Khố 13 (2013- 2018) Cơ khí chế tạo máy : : : I - Tên đề tài tốt nghiệp: Thiết kế máy cắt thép tự động II - Các số liệu ban đầu : - Lực cắt lớn nhất: Pmax = 660 KN - Công suất cắt máy: N = 32.6 KW - Lực kẹp phôi cần thiết: Q = 26 KN LR C C III- Nội dung thuyết minh : A Phần lý thuyết : Giới thiệu chung đề tài Nhu cầu sử dụng thép công nghiệp Cơ sở lý thuyết cắt kim loại U T- B Phần tính tốn thiết kế máy: Phân tích lựa chọn phương án thiết kế máy Giới thiệu số phương pháp cắt thép Phân tích chọn phương án thiết kế máy D Tính tốn động học tồn máy Dao cắt Bộ phận kẹp chặt Hệ thống cấp phôi Cơ cấu đỡ phơi Tính tốn động lực học kết cấu máy Tính tốn hệ thống thủy lực Tính tốn xylanh tạo lực cắt Tính tốn thông số lưỡi dao bàn trượt gá dao Tính tốn hệ thống cấp phơi Tính tốn hệ thống sản phẩm Thiết kế hộp giảm tốc Thiết kế hệ thống điều khiển Giới thiệu hệ thống điều khiển PLC Phân tích phương án điều khiển Hoạt động hệ thống điều khiển An toàn vận hành máy A CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ Bản vẽ phương án cắt Bản vẽ sơ đồ động Bản vẽ kết cấu toàn máy Bản vẽ kết cấu sàn cấp phôi Bản vẽ hộp giảm tốc Bản vẽ Sơ đồ hệ thống điều khiển V - Cán hướng dẫn 1A0 1A0 2A0 1A0 1A0 1A0 : Phần Họ tên giáo viên hướng dẫn Toàn PGS TS Trần Xuân Tùy VI - Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày 25 tháng 01 năm 2018 VII - Ngày hoàn thành thiết kế tốt nghiệp: Ngày 24 tháng 05 năm 2018 Đà nẵng, Ngày 24 tháng 01 năm 2018 Giáo viên hướng dẫn PGS.TS :Trần Xuân Tùy D U T- LR C C Thông qua Khoa/Bộ môn Ngày tháng năm 2018 TRƯỞNG KHOA/ BỘ MÔN Sinh viên hoàn thành nộp ĐÁTN Ngày 24 tháng 05 năm 2018 Sinh viên ký tên Đà nẵng , ngày… tháng… năm 2018 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Chữ ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Cùng với phát triển khoa học nói chung ngành khí nói riêng Địi hỏi ngƣời cán kỹ thuật phải nắm vững kiến thức tƣơng đối rộng Đồng thời phải biết vận dụng kiến thức học suốt năm để giải vấn đề cụ thể thƣờng gặp sản xuất, sửa chữa sử dụng Do đồ án tốt nghiệp mục đích giúp hệ thống lại kiến thức học trƣớc lúc trƣờng Cùng với phát triển thời đại cơng nghiệp hóa, đại hóa ngành khí, nhu cầu sản xuất phải sử dụng máy móc độ xác cao, phải giảm sức lao động ngƣời, tăng suất lao động Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, em nhận đề tài tốt nghiệp “Thiết kế máy cắt thép tự động” với nội dung sau: C Chƣơng 1: Giới thiệu chung đề tài tầm quan trọng thép Chƣơng 3: Tính tốn động học tồn máy C Chƣơng 2: Phân tích lựa chọn phƣơng án thiết kế máy LR Chƣơng 4: Tính tốn động lực học kết cấu máy An toàn vận hành máy T- Chƣơng 5: Thiết kế hệ thống điều khiển U Đề tài đƣợc hoàn thành với hƣớng dẫn tận tình thầy giáo hƣớng dẫn PGS.Ts D Trần Xuân Tùy thầy cô khoa Vì vấn đề tƣơng đối lớn, ngƣời sinh viên, khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong góp ý bảo thầy Em xin chân thành cảm ơn thầy hƣớng dẫn q thầy khoa, cơng ty Cơ khí Hà Giang Phƣớc Tƣờng giúp em hoàn thành đồ án này! Đà Nẵng, Ngày 24 tháng 05 năm 2018 Sinh viên thiết kế i MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 Mục đích thực mục tiêu đề tài .1 Phạm vi nghiên cứu đề tài tốt nghiệp Phƣơng pháp nghiên cứu Cấu trúc đồ án tốt nghiêp CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÉP TẤM 1.1 Nhu cầu sử dụng thép tấm: 1.2 Cơ sở lý thuyết cắt kim loại: 1.2.1 Các đặc điểm kỹ thuật sản phẩm: 1.2.2 Cơ sở lý thuyết trình cắt thép tấm: C CHƢƠNG 2: 11 C PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY 11 2.1 Giới thiệu số phƣơng pháp cắt thép tấm: 11 LR 2.1.1 Phƣơng pháp cắt thủ công: 11 2.1.2 Cắt hồ quang điện lửa khí: 11 T- 2.1.3 Cắt tia laser: 13 U 2.1.4 Cắt máy cắt có lƣỡi dao chuyển động quay: 14 D 2.1.5 Cắt máy cắt có lƣỡi dao chuyển động tinh tiến: 17 2.1.6 Kết luận: 20 2.2 Phân tích chọn phƣơng án thiết kế máy : 21 2.2.1 Chuyển động tịnh tiến nhờ cấu tay quay trƣợt: .21 2.2.2 Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thuỷ lực: 22 2.2.3 Kết luận: 23 CHƢƠNG 3: 25 TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC TỒN MÁY .25 3.1 Dao cắt: 25 3.1.1 Tính tốn sơ chiều dài lƣỡi dao: 25 3.1.2 Xác định hành trình dao nghiêng .25 3.1.3 Xác định vận tốc thời gian cắt đầu dao : 26 3.1.4 Xác định thời gian xuống đầu dao : 26 3.2 Bộ phận kẹp chặt: 26 3.2.1 Kẹp phôi trọng lực khối kim loại 27 ii 3.2.2 Kẹp chặt hệ thống thuỷ lực dầu ép khí nén 27 3.2.3 Kẹp chặt hệ thống lò xo chịu nén gắn lên lƣỡi dao : 28 3.2.4 Kết luận : .29 3.3 Hệ thống cấp phôi: 29 3.3.1 Cấp phôi hệ thống xilanh - piston khí nén : 30 3.3.2 Hệ thống cấp phôi dùng băng tải: 31 3.3.3 Hệ thống cấp phôi dùng cặp lăn: 32 3.3.4 Động học hệ thống cấp phôi: 32 3.4 Cơ cấu đỡ phôi: 33 CHƢƠNG 4: 34 TÍNH TỐN KẾT CẤU MÁY .34 4.1 Tính tốn hệ thống thuỷ lực: 34 4.2 Tính tốn xy lanh tạo lực cắt: 35 C 4.2.1 Xác định lực cắt: 35 C 4.2.2 Tính tốn xy lanh: 35 LR 4.2.3 Tính tốn phận kẹp chặt: 37 4.2.4 Tính tổn thất hệ thống 39 4.2.5 Tính tốn lựa chọn thông số bơm 42 T- 4.2.6 Xác định tiết diện ống dẫn dầu : 44 U 4.2.7 Phân tích chọn loại dầu hệ thống 44 D 4.2.8 Chọn phần tử thuỷ lực khác: 45 4.3 Tính tốn thơng số lƣỡi dao bàn trƣợt gá dao 48 4.3.1 Chọn vật liệu chế tạo dao cắt: 48 4.3.2 Các thông số dao bàn trƣợt gá dao 49 4.3.3 Kiểm nghiệm sức bền dao gá lên bàn dao .51 4.4 Tính tốn hệ thống cấp phơi: 52 4.4.1 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động phận cấp phôi 52 4.4.2 Tính lực kéo phơi thép tang dẫn động 53 4.4.3 Tính chọn động cơ: 54 4.5 Tính tốn hệ thống sản phẩm .55 4.5.1 Sàn lăn: 55 4.5.2 Cơ cấu đỡ phôi: 55 4.6.1 Chọn vật liệu, cách chế tạo nhiệt luyện 57 4.6.2 Định ứng suất cho phép 57 iii 4.6.3 Chọn số mối ren Z1 trục vít tính số Z2 bánh vít 58 4.6.4 Chọn sơ hiệu suất, hệ số tải trọng tính cơng suất bánh vít 58 4.6.5 Định mođun m hệ số đƣờng kính q theo điều kiện sức bền tiếp xúc 58 4.6.6 Kiểm nghiệm vận tốc trƣợt, hiệu suất hệ số tải trọng .58 4.6.7 Kiểm tra sức bền uốn bánh vít 59 4.6.8 Định thơng số hình học chủ yếu truyền .60 4.6.9 Tính lực truyền tác dụng lên trục vít 61 4.6.10 Kiểm nghiệm sức bền độ cứng uốn thân trục vít 62 4.6.11 Thiết kế trục: 63 4.6.12 Tính then 71 4.6.13 Thiết kế gối đỡ trục: 72 CHƢƠNG 5: 76 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 76 C 5.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển PLC: 76 C 5.1.1 Sơ đồ khối điều khiển PLC: .76 LR 5.1.2 Lập trình thiết bị logic chuẩn 77 5.1.3 Nội dung chƣơng trình điều khiển 78 T- 5.2 Phân tích chọn phƣơng án điều khiển: 79 5.2.1 Dùng cơng tắc hành trình 79 U 5.2.2 Sử dụng cảm biến hồng ngoại 80 D 5.2.3 Dùng cảm biến đo độ dài 80 5.2.4 Kết luận: 81 5.3 Hoạt động hệ thống điều khiển : 81 5.3.1 Sơ đồ nguyên lý: 81 5.3.2 Hoạt động: 81 5.3.3 Biểu đồ trạng thái: 82 5.3.4 Chƣơng trình điều khiển: .83 AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 84 Trƣớc làm việc: .84 Trong làm việc: 84 Sau làm việc: 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Trang H.1.1: Sản phẩm thép nghành điện H.1.2: Vỏ máy cắt thép H.1.3: Vỏ ôtô đƣợc làm từ thép H.1.4: Biểu đồ biến dạng dẻo kim loại H.1.5: Các giai đoạn trình cắt H.1.6: Bề mặt bên phần kim loại đƣợc cắt H.1.7: Sơ đồ tác dụng lực cắt H.1.8: Sơ đồ phân bố vết nứt mép cắt 12 H.2.2: Sơ đồ nguyên lý cắt tia laser 13 H.2.3: Sơ đồ nguyên lý cặp lƣỡi dao nghiêng 14 C H.2.4: Sơ đồ xác định lực cắt LR H.2.5: Sự thay đổi lực cắt máy cắt H.2.6: Kết cấu dao cắt đĩa C H.2.1: Sơ đồ cắt khí 15 17 16 20 H.2.8: Sơ đồ cấu tay quay trƣợt 21 U T- H.2.7: Sơ đồ tác dụng lực cắt máy cắt dao đĩa D H.2.10: Sơ đồ hệ thống thuỷ lực tạo lực cắt 24 H.3.1: Sơ đồ xác định hành trình dao 25 H.3.2: Sơ đồ kẹp chặt trọng lƣợng khối kim loại 27 H.3.3: Sơ đồ kẹp chặt thủy lực 27 H.3.4: Sơ đồ cấu kẹp phôi lo xo chịu nén 28 H.3.5:Hệ thống cấp phôi dùng xy lanh thuỷ lực 30 H.3.6: Sơ đồ cấp phôi hệ thống băng tải 31 H.3.7: Sơ đồ cấp phôi cặp lô cán 32 H.3.8: Sơ đồ nguyên lý phận cấp phôi 33 H.4.1: Sơ đồ xác định kích thƣớc xy lanh 37 H.4.2: Sơ đồ nguyên lý bơm cánh gạt kép 43 v 45 H.4.4: Kết cấu van tiết lƣu 46 H.4.5: Kết cấu van bi chiều 47 H.4.6: Kết cấu van giảm áp 47 H.4.7: Kết cấu lƣỡi dao 50 H.4.8: Kết cấu bàn trƣợt gá dao 51 H.4.9: Sơ đồ hệ thống cấp phôi 52 H.4.10: Kết cấu lăn hệ thống cấp phôi 53 H.4.11: Sơ đồ nguyên lý cấu đỡ phơi 56 H.4.12: Sơ đồ tính tốn 56 H.4.13: Lực tác dụng lên truyền 61 H.4.14: Phác thảo sơ đồ hộp giảm tốc ký hiệu trực 1, II , III 63 C H.4.15: Biểu đồ mô men tác dụng lên trục vít C H.4.3: Kết cấu van tràn LR H.4.16: Biểu đồ mô men tá dụng lên trục bánh vít H.5.1: Sơ đồ khối PLC 65 67 76 79 H.5.3: Sơ đồ đo cảm biến hồng ngoại 80 H.5.4: Sơ đồ đo cảm biến độ dài 80 D U T- H.5.2: Sơ đồ đo cơng tắc hành trình H.5.5: Sơ đồ điều khiển máy 81 H.5.6: Biểu đồ trạng thái hệ thống điều khiển 82 H.5.7- Chƣơng trình điều khiển 83 vi Thiết kế máy cắt thép tự động LỜI NÓI ĐẦU Mục đích thực mục tiêu đề tài Trong thời đại cơng nghiệp hố đại hoá đất nƣớc nhu cầu đời sống ngƣời đƣợc nâng cao kinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ nhu cầu mà đặc biệt cơng nghiệp khí nắm vai trị chủ yếu việc tạo sản phẩm Ở khía cạnh khác, ngành cơng nghiệp tạo phơi lại đóng vai trị chủ chốt, khâu quy trình sản xuất khí tạo phơi góp phần tạo ngun liệu cho q trình gia cơng Trong nhu cầu sử dụng thép lớn nhiên ngun liệu phơi có kích thƣớc lớn khó khăn cho C trình chế tạo chi tiết máy, đồng thời với nhiều phƣơng pháp cắt không đảm bảo đƣợc suất nhƣ chất lƣợng sản phẩm để đáp ứng nhu câu thép em đề xuất phƣơng án thiết kế máy cắt thép C Phạm vi nghiên cứu đề tài tốt nghiệp Các thiết bị máy móc để cắt thép thị trƣờng có nhiều chủng loại T- LR nhƣ phƣơng pháp cắt khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu ngƣời sử dụng nhƣ giá cả, suất yêu cầu.Và mục đích thiết kế máy cắt thép nhằm cải thiện suất nhƣ chất lƣợng sản phẩm nhà máy xí nghiệp U Phƣơng pháp nghiên cứu Ở tự tìm tịi tài liệu từ nguồn đƣợc công khai theo quy định cộng D sát thực tiễn để thiết kế máy hoàn chỉnh Cấu trúc đồ án tốt nghiêp a Phần lý thuyết + Giới thiệu sản phẩm, sở biến dạng dẻo kim loại trình cắt + Các loại máy cắt thép phƣơng án thiết kế b Phần tính tốn thiết kế + Lập sơ đồ động học máy, tính cơng suất lƣu lƣợng dầu thuỷ lực kích thƣớc cấu thuỷ lực + Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền, thiết kế truyền xích hộp giảm tốc + Thiết kế cấu truyền động máy, thiết kế truyền máy, thiết kế trục, tính then… + thiết kế mạch điều khiển + Yêu cầu lắp đặt, vận hành bảo dƣỡng máy SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang Thiết kế máy cắt thép tự động Tra bảng (7-3b) TKCTM cho đoạn trục có d = 30(mm) có rãnh then : W = 2320 (mm3) W0 = 4970 (mm3) M u 37437   16,14 w 2320 M x2 125016 a    12,58  w0  4970 (N/mm2) Do a  Tra bảng (7-4) TKCTM ta có  =0,88  = 0,77 Tra bảng (7-8) với trục có rãnh then ta có C K = 1,63  1 k   a     m    n  n D Suy n  270  8,72 1,63  16,14 0,85  LR k  a     U n   1 T- n  C k = 1,5 n  n 2   150 1,5  12,58  0,05  12,58 0,77  8,72  5,97 8,72  5,97  5,97  4,928  n  1,5 2,5 Tóm lại: qua kiểm nghiệm hệ số an tồn n mặt cắt nguy hiểm ta thấy trục thoả mãn yêu cầu 4.6.12 Tính then Để cố định bánh vít theo phƣơng pháp tuyến, nói cách khác để truyền mô men chuyển động cho bánh vít ta dùng mối ghép then Theo đƣờng kính lắp trục bánh vít 30 mm, tra bảng ta chọn then có khích thƣớc sau: b=8 (mm) h = (mm) t= 4; t1 = 3,1; k = 3,5 Chiều dài mayơ bánh vít: lm = 1,5 30 = 1,530 = 45 SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA (mm) GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 71 Thiết kế máy cắt thép tự động Do chiều dài then: l= 0,8 lm= 0,8 45 = 36 (mm) Theo bảng (7-20) (7-21) TKCTM ta có ứng suất dập cho phép ứng suất uốn cho phép: [ ]d= 150 (N/mm2) []c = 120 (N/mm2) Kiểm nghiệm sức bền dập điều kiện bền cắt then theo công thức  Mx  d dt l  Mx c   c dbl d  Trong đó: (N.mm) C Mx: momen xoắn cần truyền C d : đƣờng kính trục LR b : chiều rộng then t : biểu thị phần then lắp rãnh mayơ  125016  57,87   d 30   36 b=8 D U d  T- Kiểm nghiệm sức bền dập: h=7 (mm) (mm) t= 4; t1 = 3,1; k = 3,5 Kiểm nghiệm sức cắt c   125016  28,93   c 30   36 4.6.13 Thiết kế gối đỡ trục: Khi thiết kế gối đỡ trục cần ý dến yếu tố sau: trị số ,phƣơng,chiều, đặt tính tải trọng,vận tốc, thời gian phục vụ ổ,điều kiện bôi trơn, yêu cầu tháo lắp, điều kiện công nghệ chế tạo lỗ vỏ hộp tiêu kinh tế Thƣờng tiến hành theo bƣớc sau: + Trục vít : SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 72 Thiết kế máy cắt thép tự động Trục I có lực dọc trục lớn lực hƣớng tâm, ta chọn ổ bi đỡ chặn giá thành khơng đắt so với ổ bi đỡ nhƣng có độ cứng vứng lớn.Dùng ổ giảm độ võng độ nghiêng trục , thuận tiện tháo lắp Chiều dài trục vít (khoảng cách hai gối đỡ) < 250 (mm) ta chọn phƣơng án: ổ cố định chiều trục hai phía Sơ đồ trục nhƣ sau: B A Pa RA RB SB C SA C Dự kiến ổ trung bình với ký hiệu 46240,  = 26º, có hệ số tai trọng C làm việc: Hệ số khả C  Q  n  h LR Cbảng = 16700 RC Pa RD U Trong đó:  cbang T- 0, D D n = 880 (v/ph) SC SD Giả sử máy làm việc năm, năm hoạt động 310 ngày, ngày tiếïng h = 5 310 = 12400 (giờ) Q: tải trọng tƣơng đƣơng: Q = (kv R+m  At) kn  kt Với: Hệ số m tra bảng (8-2) TKCTM: m = 0,7 Hệ số tải trọng tĩnh: kt= Nhiệt độ làm việc dƣới 1000c: kn = Vòng ổ quay: kv = RA = R Ax  R Ay  145  110  182 (N) RB = RBx  RBy  145  396  422 (N) SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 73 Thiết kế máy cắt thép tự động SA= 1,3 R A tg  = 1,3.182.tg26º=115,4 (N) SB= 1,3 RB tg  = 1,3.422.tg26º = 267,57 (N) Tổng lực chiều trục: At  S A  S B  Pa1  115,4  267,57  1389  1236,83( N ) Nhƣ lực At hƣớng bên phải , nhƣ ta cần tính gối trục bên phải B, gối bên trái chọn theo gối bên phải QB = (1.422+0,7.1236,83).1.1=1155,78(N) = 115,578 (daN) C B  QB (n.h) 0,3  115,578.(880.12400) 0,3  14936 Thoả mãn Cbảng 16770 > C Các thơng số hình học chủ yếu ổ: d = 20 (mm) Đƣờng kính ngồi ổ: D = 47 (mm) Bề rộng ổ: B = 14 Đƣờng kính bi: 7,94 C Đƣờng kính ổ: C (mm) LR (mm) + Trục bánh vít U Sơ đồ chọn ổ cho trục T- Trên trục vừa có lực dọc trục vừa có lực hƣớng tâm nên ta chọn ổ bi đỡ chặn D D C Pa RC RD SC SD Dự kiến chọn trƣớc ổ đỡ chặn ký hiệu 46206, Cbảng = 33000,  = 260 Hệ số khả làm việc: C  Q  n  h  Cbang 0, Trong đó: n = 29 (v/ph) h = 12400 (giờ) SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 74 Thiết kế máy cắt thép tự động Tải trọng tƣơng đƣơng: Q = (kv R + m  At)  kn kt Tra bảng (8-2) TKCTM ta có : m = 0,7 Tra bảng (8-3) TKCTM ta có : kt = Tra bảng (8-4) TKCTM ta có : kn = Tra bảng (8-5) TKCTM ta có : kv = Tải trọng hƣớng tâm : RC  Rcx  Rcy  649,5  43,6  651 2 RD  RDx  RDy  649,5  549,6  850,8 (N) (N) SD= 1,3 RD tg  = 1,3.850,8.tg26º = 539,4 (N) At  S C  S D  Pa  412,76  539,4  290  163,36 (N) C SC= 1,3 RC tg  = 1,3.651.tg26º=412,76 LR C Nhƣ lực At hƣớng bên phải , nhƣ ta cần tính gối trục bên phải, gối bên trái chọn theo gối bên phải T- QD = (kv RD+m  At)  kn kt (N) = 96,515 (daN) C  QD  n  h  96,515  29  12400 0, D 0, U = (1  850,8 + 0,7  163,36)  1 = 965,15  4480,6 Tra bảng 17P ta chọn loại ổ có ký hiệu 46306,với Cbảng = 38000 > C Các thông số hình học chủ yếu ổ: Đƣờng kính ổ: d = 30 (mm) Đƣờng kính ngồi ổ: D = 72 (mm) Bề rộng ổ: B = 19 (mm) Đƣờng kính bi 12,3 (mm) SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 75 Thiết kế máy cắt thép tự động CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 5.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển PLC: Ngày với phát triển vƣợt bậc khoa học kỹ thuật đem lại lợi ích to lớn cho ngƣời Việc khí hố, tự động hố sản xuất giúp ngƣời giải phóng đƣợc sức lao động, tăng xuất chất lƣợng sản phẩm Trong ngành sản xuất nói chung khí nói riêng điều khiển tự động PLC đƣợc sử dụng rộng rãi hiệu nhờ tính bậc nó: - Điều khiển xác, ổn định - Bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ sử dụng C - Giá thành không cao C - Thay đổi chƣơng trình diều khiển cách dễ dàng PLC t / h D t / h vaìo U T- LR 5.1.1 Sơ đồ khối điều khiển PLC: Giao dióỷn nhỏỷp Thióỳt bở lỏỷp trỗnh Bọỹ nhồù Bọỹ xổớ lờ trung tỏm Giao dióỷn xuỏỳt chổồng trỗnh Bäü ngưn Hình 5.1- Sơ đồ khối PLC a Bộ xử lý trung tâm: - Chức năng: Điều khiển, tính tốn quản lý tồn hoạt động PLC Trong bao gồm: + Bộ thuật tốn, logic: Xử lý số liệu, tính tốn phép tính số học logic + Bộ điều khiển : Điều khiển chuẩn thời gian thực phép tính + Bộ nhớ : Các ghi lƣu thông tin đến việc thực thi chƣơng trình b Bộ nhớ : - Bộ nhớ đọc : ROM - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM : Dành cho ngƣời sử dụng SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 76 Thiết kế máy cắt thép tự động - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM :Lƣu trữ thông tin thiết bị xuất nhập, chuẩn đến kiện lƣu trữ địa vào - Bộ nhớ đọc xố - lập trình lại EFROM c Giao diện xuất nhập: Làm tƣơng thích điện áp dịng vào thiết bị với PLC d Bộ nguồn: Dùng để chuyển điện áp AC thành DC để cung cấp cho PLC e Thiết bị lập trình : Là thiết bị dùng để viết chƣơng trình nhập chƣơng trình vào nhớ Có thể bàn phím tay lập trình máy tính Ngồi cịn có đƣờng dẫn để truyền tín hiệu gọi bit (các dây dẫn mạch dẫn), bao gồm: + Bit liệu: Dùng để tải liệu chƣơng trình xử lý CPU C + Bit địa chỉ: Dùng để tải địa CPU + Bit điều khiển: Dùng để truyền tín hiệu điều khiển CPU C + Bit hệ thống: Dùng để truyền thông tin thiết bị xuất - nhập cổng LR xuất - nhập 5.1.2 Lập trình thiết bị logic chuẩn T- Bao gồm việc lập trình cho thiết bị chuẩn sau: - Bộ định thời - Bộ đếm D - Thanh ghi U - Rơle Ở ta sử dụng PLC hãng Mitsubishi Nhật sản xuất a Lập trình rơle phụ trợ.(M : M0, M500 ) X001 X002 M100 X003 M101 M101 Y000 M100 X004 M101 M100 SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 77 Thiết kế máy cắt thép tự động b Lập trình ghi :D Việc lập trình sử dụng ghi quan trọng xử lý số liệu đƣợc nhập từ vào Các số liệu đƣợc đọc - ghi xử lý để xuất đến cổng c Lập trình đếm :C Dùng để đếm kiện Việc lập trình đếm đƣợc cài đặt theo giá trị cho trƣớc Khi nhận đƣợc số xung tín hiệu vào đếm vận hành thiết bị tƣơng ứng d Lập trình định thời : T Dùng để định thời gian cho xự kiện Độ phân giải 1ms, 10ms, 100ms 5.1.3 Nội dung chƣơng trình điều khiển Nội dung bao gồm: C - Chƣơng trình điều khiển chế độ hoạt động - Lập trình theo trình tự hay logic tổ hợp S - Kết thúc T- a Dạng chương trình điều khiển LR - Chƣơng trình thị, báo C - Chƣơng trình để kích cổng vào D + Dạng câu lệnh U Thƣờng đƣợc viết dƣới dạng: + Dạng Ledder (Dạng bậc thang) Ví dụ : Lệnh điều khiển dạng Ledder Kí hiệu: Vê dủ : t/âiãøm thỉåìng âọng t/âiãøm thỉåìng måí Thiãút bë nháûp Cäøng vaìo X001 Thiãút bë xuáút X004 Y000 X003 Y001 Hoàûc X004 Y002 Thiãút bë âàc biãût X005 END Kãút thuïc SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA END GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 78 Thiết kế máy cắt thép tự động 5.2 Phân tích chọn phƣơng án điều khiển: Một phƣơng án tối ƣu phƣơng án mà xét phƣơng diện kỹ thuật đảm bảo đƣợc yêu cầu kỹ thuật đặt thiết kế (làm việc ổn định, hiệu quả, xuất ), kinh tế phải đảm bảo thấp chi phí chế tạo điều kiện cụ thể đáp ứng đƣợc 5.2.1 Dùng cơng tắc hành trình *.Sơ đồ: Nhƣ hình vẽ sau: Hình 5.2 Meïp càõt vph C C L LR T- Thƣớt đo Vít hãm Phơi U Cơng tắc hành trình D Hình 5.2- Sơ đồ đo cơng tắc hành trình * Hoạt động: Phôi đƣợc phận cấp phôi đƣa vào với vận tốc Vph chạm cơng tắc hành trình ngắt điện động cấp phôi, phôi ngừng chuyển động, đồng thời tín hiệu đƣa từ công tắc qua điều khiển tác động làm đầu dao xuống, thực trình cắt Công tắc đƣợc gắn thƣớc đo chuyển động dọc theo thân thƣớc Ta cắt với cách L khác cách di chuyển công tắc theo thân thƣớc cố định vị trí mong muốn vít hãm 3.Để điều chỉnh khoảng cách L ta dùng động riêng dẫn động trục vít me, cơng tắc hành trình gắn cữ lắp đai ốc * Ƣu, nhƣợc điểm: - Ƣu điểm : + Chỉ dùng cơng tắc hành trình, tốn SVTH: Trần Xn Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 79 Thiết kế máy cắt thép tự động + Đơn giản cho phận điều khiển cho chƣơng trình điều khiển - Nhƣợc điểm : + Phải dùng thêm hệ thống cữ hành trình động diện dẫn động, làm máy phức tạp tốn nguồn lƣợng 5.2.2 Sử dụng cảm biến hồng ngoại * Sơ đồ: Hình 5.3 Chm tia häưng L vph -F u (V) PLC C C Cảm biến phát, Cảm biến thu, Thƣớt đo, Bộ điều khiển, Phơi LR Hình 5.3- Sơ đồ đo cảm biến hồng ngoại * Hoạt động: Hoạt động tƣơng tự trƣờng hợp (dùng cơng tắc hành T- trình), khác chỗ phơi tiến vào ngăn dịng ánh sáng phát từ cảm biến phát, cảm biến thu không nhận đƣợc ánh sáng Điều đƣợc chuyển U thành tín hiệu truyền PLC để điều khiển động Để cắt đƣợc độ dài D khác ta dịch chuyển cảm biến theo thân thƣớt cố định (2) 5.2.3 Dùng cảm biến đo độ dài * Sơ đồ: Hình 6.5 d L -F U (V) PLC Bánh ma sát Cảm biến độ dài Bộ điều khiển Phơi Hình 5.4- Sơ đồ đo cảm biến độ dài SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 80 Thiết kế máy cắt thép tự động * Hoạt động: Bề mặt bánh ma sat cảm biến đƣợc ép tiếp xúc với bề mặt phôi lăn không trƣợt bề mặt phôi chuyển động vào Cảm biến độ dài có nhiệm vụ đo độ dài phơi vào thơng qua số vịng quay góc quay đƣợc bánh ma sat, chuyển thành tín hiệu điện truyền điều khiển Ở PLC đƣợc lập trình sẵn tuỳ theo độ dài cần cắt mà điều khiển chu trình hoạt động 5.2.4 Kết luận: Qua phân tích phƣơng án đề nhƣ trên, ta chọn phƣơng án sử dụng cơng tắc hành trình ƣu điểm sau: - Điều khiển xác độ dài cần cắt - Thiết bị chƣờng trình điều khiển đơn giản 5.3 Hoạt động hệ thống điều khiển : C C 5.3.1 Sơ đồ nguyên lý: Y0 Y1 S0 U X1 B+ D M B- X0 T- A+ LR A- Hình 5.5- Sơ đồ điều khiển máy 5.3.2 Hoạt động: Phôi đƣợc động M dẫn động lăn đƣa vào vùng cắt Chiều rộng phôi đƣợc điều chỉnh sẵn, thép chạm vào cơng tắc hành trình S0( tức đạt chiều dài cần cắt), PLC xuất tín hiệu dừng động phanh hãm trục động cơ; đồng thời pít tơng xy lanh kẹp phơi A xuống Khi kẹp chặt, tức chạm vào công tắc hành trình X1 tác động làm pít tơng xy lanh cắt B xuống Đến cắt xong chạm cơng tắc hành trình Y1 lùi về, chạm Y0 tác động làm pít tơng xy lanh A lùi Khi pít tơng chạm X0 tác động làm động M quay tiếp tục chu trình Khi đếm đếm đủ số sản phẩm cần cắt xuất tín hiệu dừng hệ thống SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 81 Thiết kế máy cắt thép tự động 5.3.3 Biểu đồ trạng thái: Xilanh A Xilanh B 10 + + CTHT Y0 CTHT Y1 CTHT X0 LR C C CTHT X1 Cỉỵ S0 D K/â S N U ÂC T- Â Hình 5.6- Biểu đồ trạng thái hệ thống điều khiển SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 82 Thiết kế máy cắt thép tự động 5.3.4 Chƣơng trình điều khiển: X401 X400 Y430 X402 Y430 Y431 X401 Y431 Y432 X403 Y433 Y433 Y434 X404 C460 X407 C Y434 LR C X405 Y435 Y435 T- X406 RESET U C460 K(SP) D X405 OUT END Hình 5.7- Chƣơng trình điều khiển SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 83 Thiết kế máy cắt thép tự động AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY Trƣớc làm việc: - Trƣớc làm việc ngƣời cơng nhân vận hành máy phải kiểm tra tồn máy, tức kiểm tra phận truyền động, có làm việc an tồn hay khơng - Kiểm tra thiết bị điều khiển, nắp đậy che chắn đặc biệt vấn đề bôi trơn phận ổ đỡ, rãnh trƣợt - Kiểm tra hệ thống bơm dầu thuỷ lực (động cơ, dây dẫn, đồng hồ đo áp, van ) - Kiểm tra dao cắt không đƣợc mẽ, vỡ - Ấn nút khởi động động cơ, cho cho máy chạy thử chƣa có phơi cắt vài hành trình, kiểm tra lại dao hệ thống thuỷ lực an toàn hay chƣa C - Khi đảm bảo yêu cầu đƣợc vận hành máy C Trong làm việc: LR Quá trình làm việc ngƣời công nhân đứng máy phải mang bảo hộ lao động quy đinh, phải đặt phôi vào vị trí bàn cấp phơi, phải ý vật liệu cắt T- quy định cho phép đƣợc đƣa vào cắt U Ở vị trí làm việc phải gọn gàng tạo điều kiện cho việc thao tác tay với D sản phẩm đƣợc dễ dàng nhanh chóng an tồn Khi phát có cố phải cho dừng máy, ngắt cầu dao máy báo với ngƣời có trách nhiệm Sau làm việc: Tuổi thọ máy đƣợc kéo dài thêm hỏng hóc đƣợc loại trừ nhờ vào việc bảo dƣỡng thƣờng xuyên lúc Nghỉ làm việc phải ngắt cầu dao điện an toàn Sau làm việc, phải thu gọn phôi sản phẩm cắt vào nơi quy định, lau chùi dao dầu mỡ bề mặt trƣợt Phải có chu kỳ bảo dƣỡng hợp lý : xem xét- tiểu tu- trung tu- đại tu Đặt biệt ngừng máy để sửa chữa phải treo biển báo SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 84 Thiết kế máy cắt thép tự động TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Cẩn, Truyền động dầu ép máy cắt kim loại, ĐHBK Hà Nội 1974 [2] Hồng Minh Cơng, Cơng nghệ tạo phơi, ĐHĐN (1998) [3] Đinh Minh Diệm, Công nghệ Laser, ĐHĐN 1999 [4] Lê Công Dƣỡng, Vật liệu học, NXB Khoa học & kỹ thuật 2000 [5] Nguyễn Mậu Đằng, Công nghệ tạo hình kim loại tấm, NXB Khoa học & kỹ thuật 2006 [6] Lê Viết Giảng- Phan Kỳ Phùng, Sức bền vật liệu (tập1), NXB Giáo dục 1997 [7] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy tập (2 tập), NXB Giáo dục 2000 C [8] Nguyễn Trọng Hiệp-Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, NXB Giáo dục 2000 C [9] Phạm Xuân Mão- Nguyễn Tiến Trƣờng-Đỗ Văn Thi-Hà Văn Vui, Truyền dẫn thuỷ LR lực chế tạo máy, NXB Khoa học & kỹ thuật 2002 [10] Đỗ Hữu Nhơn, Thiết kế chế tạo máy cán thép thiết bị nhà máy cán T- thép, NXB Khoa học kỹ thuật U [11] Nguyễn Ngọc Phƣơng- Huỳnh Nguyễn Hoàng, Hệ thống điều khiển thuỷ D lực, NXB Giáo dục 2001 [12] Trần Hữu Quế- Nguyễn Văn Tuấn, Vẽ kĩ thuật khí (2 tập), NXB Giáo dục 2000 [13] Nguyễn Thu Thiên- Mai Xuân Vũ, Sổ tay hƣớng dẫn lập trình PLC, NXB Trẻ 2004 [14] Lê Trung Thực- Hoàng Phƣơng-Thái Sơn, Hƣớng dẫn thực hành Pro/ENGINEER 200, NXB Lao động- Xã hội 2002 [15] Trần Xuân Tuỳ tác giả khác, Hệ thống truyền động thuỷ khí, ĐHBK Đà Nẵng [16] Đinh Gia Tƣờng- Tạ Khánh Lâm, Nguyên lý máy [17] Trịnh Chất- Lê Văn Uyển, Tính tốn hệ thống dẫn động khí SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 85 ... 10 Thiết kế máy cắt thép tự động CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY Trong thực tế sản xuất có nhiều phƣơng pháp cắt thép nhƣ : Cắt phƣơng pháp thủ cơng, cắt lửa hàn khí, cắt. .. cấp phơi tự động cho máy móc thiết bị phục vụ sản xuất SVTH: Trần Xuân Quốc – Lớp 13C1VA GVHD: PGS.TS Trần Xuân Tùy Trang 29 Thiết kế máy cắt thép tự động Trên thực tế nhiều máy cắt thép sử dụng... Tùy Trang 21 Thiết kế máy cắt thép tự động b Nguyên tắc hoạt động: Tay quay đƣợc dẫn động động điện chuyển động quay tròn, truyền chuyển động cho truyền Thanh truyền đẩy trƣợt chuyển động tịnh tiến