Thiết kế máy cắt thép tấm và hệ thống cấp phôi 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 VÀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG Người hướng dẫn: ThS CHÂU MẠNH LỰC Sinh viên thực hiện: NGUYỄN KHẮC CHÍ LINH Đà Nẵng, 2017 Thiết kế máy cắt thép hệ thống cấp phôi tự động MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI .1 I Giới thiệu sản phẩm II Nhận xét: CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ MÁY .4 I Phân tích phương án thiết kế Giới thiệu số phương pháp cắt thép tấm: 1.1 Phương pháp cắt thủ công: 1.2 Cắt hồ quang điện lửa khí: 1.3 Cắt tia laser: 1.4 Cắt máy cắt có lưỡi dao chuyển động tinh tiến: .7 1.5 Cắt máy cắt có lưỡi dao chuyển động quay: 1.6 Kết luận: Phân tích chọn phương án thiết kế máy : 10 2.1 Chuyển động tịnh tiến nhờ cấu tay quay trượt: 10 2.2 Chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thuỷ lực: 11 2.3 Kết luận: .12 C C R L T DU II Tính tốn động lực học tồn máy 13 Dao cắt: 13 1.1 Tính tốn sơ chiều dài lưỡi dao: .13 1.2 Xác định hành trình dao nghiêng .14 1.3 Xác định vận tốc thời gian cắt đầu dao : 14 1.4 Xác định thời gian xuống đầu dao : 15 Bộ phận kẹp chặt: 15 2.1 Kẹp phơi trọng lực khối kim loại 15 2.2 Kẹp chặt hệ thống thuỷ lực dầu ép khí nén 16 2.3 Kẹp chặt hệ thống lò xo chịu nén gắn lên lưỡi dao : .17 2.4 Kết luận : 19 Hệ thống cấp phôi: 19 3.1 Cấp phôi hệ thống xilanh - piston khí nén : 20 3.2 Hệ thống cấp phôi dùng băng tải: 21 3.3 Hệ thống cấp phôi dùng cặp lăn: 21 3.4 Động học hệ thống cấp phôi: 22 Cơ cấu đỡ phôi: .23 CHƯƠNG 3:TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY 24 I Tính tốn hệ thống thuỷ lực: 24 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Chí Linh Hướng dẫn:Th.S Châu Mạnh Lực i Thiết kế máy cắt thép hệ thống cấp phôi tự động II Tính tốn xy lanh tạo lực cắt: 25 2.1 Xác định lực cắt: 25 2.2 Tính tốn xy lanh: 25 2.3 Tính tốn phận kẹp chặt: 28 2.4 Tính tổn thất hệ thống 29 2.5 Tính tốn lựa chọn thơng số bơm 32 2.6 Xác định tiết diện ống dẫn dầu : 35 2.7 Phân tích chọn loại dầu hệ thống 35 2.8 Chọn phần tử thuỷ lực khác: 36 III Tính tốn thơng số lưỡi dao bàn trượt gá dao 38 3.1 Chọn vật liệu chế tạo dao cắt: 39 3.2 Các thông số dao bàn trượt gá dao 40 3.3 Kiểm nghiệm sức bền dao gá lên bàn dao 42 IV Tính tốn hệ thống cấp phôi: 43 4.1 Sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động phận cấp phôi 43 C C R L T 4.2 Tính lực kéo phơi thép tang dẫn động .44 4.3 Tính chọn động cơ: 45 V Tính tốn hệ thống sản phẩm .46 DU 5.1 Sàn lăn: .46 5.2 Cơ cấu đỡ phôi: 47 VI Thiết kế hộp giảm tốc: 48 6.1 Chọn vật liệu, cách chế tạo nhiệt luyện 48 6.2 Định ứng suất cho phép .49 6.3 Chọn số mối ren Z1 trục vít tính số Z2 bánh vít 49 6.4 Chọn sơ hiệu suất, hệ số tải trọng tính cơng suất bánh vít 49 6.5 Định mođun m hệ số đường kính q theo điều kiện sức bền tiếp xúc 50 6.6 Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất hệ số tải trọng .50 6.7 Kiểm tra sức bền uốn bánh vít 51 6.8 Định thơng số hình học chủ yếu truyền .51 6.9 Tính lực truyền tác dụng lên trục vít 52 6.10 Kiểm nghiệm sức bền độ cứng uốn thân trục vít 54 6.11 Thiết kế trục: 55 6.12 Tính then 63 6.13 Thiết kế gối đỡ trục: 65 CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 68 I Giới thiệu hệ thống điều khiển PLC: .68 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Chí Linh Hướng dẫn:Th.S Châu Mạnh Lực ii Thiết kế máy cắt thép hệ thống cấp phôi tự động 1.1 Sơ đồ khối điều khiển PLC: .68 1.2 Lập trình thiết bị logic chuẩn .69 II Phân tích chọn phương án điều khiển: 71 2.1 Dùng công tắc hành trình 71 2.2 Sử dụng cảm biến hồng ngoại 72 2.3 Dùng cảm biến đo độ dài 72 2.4 Kết luận: .73 III Hoạt động hệ thống điều khiển : 73 3.1 Sơ đồ nguyên lý: 73 3.2 Hoạt động: 73 3.3 Biểu đồ trạng thái: 74 3.4 Chương trình điều khiển: .75 CHƯƠNG 5: AN TOÀN VÀ VẬN HÀNH MÁY 76 Trước làm việc: 76 2.Trong làm việc: 76 C C R L T Sau làm việc: .76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 DU Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Chí Linh Hướng dẫn:Th.S Châu Mạnh Lực iii Thiết kế máy cắt thép hệ thống cấp phôi tự động CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI I Giới thiệu sản phẩm Ngày nhu cầu đời sống người nâng cao kinh tế cần phải kịp thời đáp ứng đầy đủ nhu cầu Trong ngành cơng nghiệp, mà đặc biệt cơng nghiệp khí nắm vai trò 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 Hơn nữa, số phương pháp tạo phôi cán, kéo, cắt kim loại khơng thể thiếu góp phần tạo sản phẩm, vật dụng cho ngành công nghiệp khác như: Công nghiệp hàng không, công nghiệp điện, cơng nghiệp ơtơ, đóng tàu thuyền, xây dựng, nơng nghiệp Cán thép tiến hành trạng thái nóng trạng thái nguội, loại có ưu điểm nhược điểm khác Cán trạng thái nóng cho ta sản phẩm có độ dày từ 1,5mm đến 60mm, cịn trạng thái nguội cho sản phẩm mỏng cực mỏng độ dày từ 0,007mm đến 1,25mm Các sản phẩm thép phân loại theo độ dày thép: + Thép mỏng: Chiều dày: S = 0,2  3,75 mm  Chiều rộng: b = 600 2.200 mm +Thép dày : S =  60 mm; b = 600  5.000 mm L = 4.000  12.000 mm + Thép dải : S = 0,2  mm; b = 200  1.500 mm L = 4.000  60.000 mm Từ phân loại ta có dạng phơi thép khác như: dạng phôi hay dạng phôi cuộn, phôi dải Hình dạng kích thướt phơi tạo q trình cán tiêu chuẩn hố, việc sử dụng thép để tạo sản phẩm như: thùng, sàn xe ôtô, khung, sườn xe máy, thiết bị nghành điện, kết câu nghành xây dựng cầu, nhà cửa, sử dụng nghành khí chế tạo, nghành tàu thuyền phải qua quá trình cắt thép kích thướt hình dạng khác phù hợp với yêu cầu nghành, công việc cụ thể: - Trong nghành điện: Thép dùng để tạo sản phẩm thép stato máy bơm nước hay quạt điện, thép dùng làm cánh quạt cỡ lớn, thép mỏng dùng làm thép để ghép lại chấn lưu đèn ống, máy biến thế, lĩnh vực điện chiếu sáng dùng làm cột điện đường C C R L T DU Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Chí Linh Hướng dẫn:Th.S Châu Mạnh Lực Thiết kế máy cắt thép hệ thống cấp phôi tự động C C R L T DU Hình 1.1 Sản phẩm thép nghành điện - Trong xây dựng: thép hình cỡ lớn dầm cầu tạo thành từ thép dày cắt nhỏ, hay thép dùng để liên kết với mối hàn, bulơng đinh tán để tạo nên kết cấu thép bền vững Rỏ rang thép sử dụng làm lợp… - Trong nghành khí: Thép sử dụng thân máy máy cắt kim loại, vỏ hộp giảm tốc kết cấu hàn, khung, sườn xe, máy, Hình 1.2 Vỏ máy cắt thép Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Chí Linh Hướng dẫn:Th.S Châu Mạnh Lực Thiết kế máy cắt thép hệ thống cấp phôi tự động Trong nghành khí ơtơ: C C Hình 1.3 Vỏ ôtô làm từ thép R L T Việc sử dụng thép khơng thể thiếu Nó sử dung làm khung, sườn, gầm ơtơ, lót sàn ơtơ, che kín thùng xe, phận che chắn khác - Trong chế biến thực phẩm: Thép sử dung rộng rãi khơng kém, dùng để chế tạo thùng chứa, bể chứa, hộp đóng gói, - Trong nghành nghề khác: Thép dùng để chế tạo thùng đồ dùng dân dụng phục vụ đời sống hay nghành hàng không thép dùng để che chắn, làm cửa máy bay, nắp đậy thân máy bay, tên lửa, II Nhận xét: Với nhu cầu sử dụng thép rộng lớn vậy, cần thiết phải có máy cắt DU thép với suất cao, với độ xác cao, điều khiển tự động bán tự động đủ khả để đáp ứng nhu cầu ngày cao cơng nghiệp nói riêng kinh tế nói chung, góp phần vào nghiệp cơng nghiệp hố đại hóa đất nước Sản phẩm thép đa dạng, song hầu hết sản phẩm sau cắt bán thành phẩm phục vụ cho q trình cơng nghệ Để thuận lợi cho công đoạn sản xuất đảm bảo chất lượng thiết bị hoàn thành, thép cắt phải đảm bảo số yêu cầu sau: + Mép cắt phải trơn, thẳng + Sự biến dạng nằm giới hạn cho phép + Đảm bảo yêu cầu kích thước Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Chí Linh Hướng dẫn:Th.S Châu Mạnh Lực Thiết kế máy cắt thép hệ thống cấp phôi tự động CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY Trong thực tế có nhiều phương pháp cắt thép : Cắt thủ công, cắt lửa hàn khí, cắt chùm tia laser, plasma hay phương pháp cắt máy cắt có lưỡi dao Tùy theo hình dạng, kích thước phơi, u cầu kỹ thuật sản phẩm qui mô sản suất mà ta áp dụng phương pháp cắt khác Mặt khác phương pháp cắt ảnh hưởng lớn đến suất sản xuất Ta tiến hành phân tích số phương pháp cắt thép phổ biến nay, từ chọn phương án thích hợp I Phân tích phương án thiết kế Giới thiệu số phương pháp cắt thép tấm: C C 1.1 Phương pháp cắt thủ công: R L T Cắt thép phương pháp thủ cơng có nhiều cách, chẳng hạn phương pháp chặt ve, tốn nhiều thời gian, vết cắt không thẳng sản phẩm tạo DU không đảm bảo yêu cầu độ xác Phương pháp áp dụng cho phân xưởng thủ công, cắt thép có chiều dày bé tiết diện nhỏ Máy cắt thép thủ công: gồm hai lưỡi cắt cấu cánh tay đòn đòn bẩy để tạo lực cho lưỡi cắt Máy áp dụng cắt thép có chiều dày diện tích bé, chủ yếu dùng xưởng sản xuất vừa nhỏ 1.2 Cắt hồ quang điện lửa khí: Cắt đứt kim loại đen, kim loại màu kim loại hồ quang lửa khí phương pháp đốt cháy làm cho vật cắt đạt tới điểm nóng, bị đẩy mạnh bị tách rời Cắt đứt hồ quang: q trình nóng chảy cắt đứt kim loại nhiệt lượng hồ quang điện, điện cực hồ quang than kim loại Phương pháp không kinh tế, khó thuận tiện chiều dày thép lớn, đường cắt khơng Cắt khí phương pháp cắt sử dụng nhiệt lứa sinh đốt cháy khí cháy dịng oxy để nung kim loại tạo thành oxit thổi chúng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Chí Linh Hướng dẫn:Th.S Châu Mạnh Lực Thiết kế máy cắt thép hệ thống cấp phôi tự động khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt Sơ đồ trình cắt kim loại khí trình bày hình 2.1 C C R L T Hình 2.1- Sơ đồ cắt khí Khi bắt đầu cắt, kim loại mép cắt nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ DU nhiệt độ lửa nung, sau cho dịng oxy thổi qua, kim loại bị oxy hoá mãnh liệt tạo thành oxit Sản phẩm cháy bị nung chảy dòng oxy thổi khỏi mép cắt, phản ứng cháy kim loại toả nhiệt mạnh, lớp kim loại bị nung nóng nhanh tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt Để cắt khí, kim loại cắt phải thoả mãn số yêu cầu sau : + Nhiệt độ cháy kim loại phải thấp nhiệt dộ nóng chảy + Nhiệt độ nóng chảy oxit kim loại phải thấp nhiệt độ nóng chảy kim loại + Nhiệt toả kim loại cháy phải đủ lớn để nung mép cắt tốt đảm bảo q trình cắt khơng bị gián đoạn +Oxit kim loại nóng chảy phải loãng tốt, dễ tách khỏi mép cắt + Độ dẫn nhiệt kim loại không cao, tránh toả nhiệt nhanh dẫn đến mép cắt bị nung nóng kém, làm gián đoạn q trình cắt Thép bon có nhiệt cháy 13500C, nhiệt độ nóng chảy 15000C, nhiệt cháy đạt tới 70% lượng nhiệt cần để nung nóng nên thuận lợi cắt khí Thép cacbon cao nhiệt độ chảy thấp nên khó cắt hơn, cắt thường nung nóng trước tới 300- 6000C Thép hợp kim crôm hợp kim niken cháy tạo thành Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Chí Linh Hướng dẫn:Th.S Châu Mạnh Lực Thiết kế máy cắt thép hệ thống cấp phôi tự động oxit crôm nhiệt độ chảy tới 20000C phải dùng thuốc cắt cắt , mặt khác để đảm bảo chất lượng phôi, nâng cao suất hạ giá thành cắt cần phải chọn chế độ cắt hợp lý khác áp suất khí cắt, lượng tiêu hao khí cắt , tốc độ cắt, khoảng cách cần khống chế từ mỏ cắt tới vật cắt việc dùng phương pháp để cắt thép không mang lại hiệu kinh tế cao suất thấp, khó chuyển sang tự động hố 1.3 Cắt tia laser: Trong năm gần người ta bắt đầu sử dụng laser để cắt tất vật liệu với độ cứng Nguyên lý chung cắt laser phương pháp tạo rãnh cắt lỗ nhờ vào nguồn nhiệt xạ lớn laser làm vật liệu vùng cắt cháy lỏng bốc C C R L T DU Hình 2.2- Sơ đồ nguyên lý cắt tia laser Nguồn xạ laser tạo chùm tia laser thẳng đổi hướng nhờ gương phẳng hội tụ nhờ thấu kính hội tụ có tiêu cự f Nguồn lượng laser tập trung diện tích nhỏ với mật độ dòng nhiệt tạo vùng tiếp Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khắc Chí Linh Hướng dẫn:Th.S Châu Mạnh Lực ... Châu Mạnh Lực 23 Thiết kế máy cắt thép hệ thống cấp phôi tự động CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY I Tính tốn hệ thống thuỷ lực: Truyền động thuỷ lực hệ thống truyền động dùng môi chất... Mạnh Lực Thiết kế máy cắt thép hệ thống cấp phôi tự động Tuy nhiên trường hợp I lực cắt nhỏ so với II Do cơng suất dẫn dộng máy cắt dao nghiêng nhỏ so với máy cắt dao song song 1.5 Cắt máy cắt có... hệ thống cấp phôi tự động 3.1 Cấp phôi hệ thống xilanh - piston khí nén : a Sơ đồ bố trí sau: C C R L T Hình 3.5 -Hệ thống cấp phôi dùng xy lanh thuỷ lực DU b Hoạt động : Trình tự hoạt động hệ thống