Thiết kế và chế tạo máy lưu hóa lốp ô tô

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN CÔNG HÙNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LƯU HÓA LỐP Ô TÔ Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy Mã số : 60.52.04 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT - Đà Nẵng, 2011 - 2 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS.ĐINH MINH DIỆM Phản biện 1: TS. NGUYỄN XUÂN HÙNG Phản biện 2: PGS.TS. TĂNG HUY Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt ghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 08 năm 2011 * 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. 3 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong sự cạnh tranh mạnh mẽ của ngành công nghiệp sản xuất lốp Ô tô, việc hạ giá thành sản phẩm và nâng cao chất lượng ñóng vai trò quyết ñịnh sự thành công của các doanh nghiệp. Trong bối cảnh ñó, Công ty cổ phần cao su Đà Nẵng không ngừng ñầu tư nghiên cứu, chế tạo thiết bị, cải tiến thiết bị, ñể hiện ñại hóa qui trình sản xuất là ñiều tất yếu. Trước nhu cầu cấp thiết ñó nên việc nghiên cứu chế tạo máy lưu hóa lốp và lập trình ñiều khiển PLC và ứng dụng phần mềm WinCC Flexible ñể xây dựng hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) giám sát ñiều khiển thiết bị thông qua máy vi tính, mà tại ñó ta có thể thay ñổi ñược chương trình trên máy, tăng ñược vị thế cạnh tranh cho công ty. Với những yêu cầu như vậy, tôi chọn hướng nghiên cứu của ñề tài là: “Thiết kế và chế tạo máy lưu hoá lốp Ô tô”. Nội dung ñề tài mang tính khoa học và thực tiễn, ñáp ứng yêu cầu luận văn thạc sĩ. 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Mục ñích của ñề tài góp phần thúc ñẩy việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị phục vụ cho sản xuất. - Phát triển lĩnh vực ñiều khiển tự ñộng thiết bị, xây dựng hệ thống SCADA giám sát ñiều khiển thiết bị thông qua máy vi tính vào sản xuất nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, ñể giảm thiểu những sự cố, làm ngưng trệ sản xuất. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng: Máy lưu hoá lốp Ô tô. Ph ạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu thiết bị và công nghệ qui trình sản xuất lốp Ô tô. 4 - Tính bền khung máy bằng phần mềm RDM và tính toán hệ thống thuỷ lực. - Hệ thống ñiều khiển tự ñộng sử dụng lập trình ñiều khiển PLC loại S7-300 của hãng Siemens. - Ứng dụng phần mềm WinCC Flexible xây dựng hệ thống SCADA giám sát ñiều khiển thiết bị thông qua máy vi tính. - Chế tạo mô hình thực nghiệm 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Dựa trên các thông số kỹ thuật yêu cầu của máy và công nghệ lưu hóa lốp, kết hợp với lý thuyết ñể tính toán thiết kế máy. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - Thiết kế, chế tạo và lắp ñặt thiết bị phục vụ sản xuất, nghiên cứu khoa học và ñào tạo. - Phát triển lĩnh vực ứng dụng ñiều khiển tự ñộng vào thực tế sản xuất. 6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN Ngoài phần mở ñầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục cấu trúc luận văn gồm 4 chương như sau : Chương 1: “Tổng quan về quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô” chủ yếu ñề cập ñến quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô. Chương 2: “Tính toán thiết kế máy lưu hoá lốp Ô tô” bao gồm chọn máy, tính toán thiết kế hệ thống thuỷ lực và tính toán bền khung máy, giới thiệu hệ thống van màng. Chương 3: “Thiết kế hệ thống ñiều khiển cho máy” Giới thiệu về PLC SIEMENS họ PLC S7-300, lập trình PLC ñiều khiển thiết bị và gi ới thiệu phần mềm WinCC Flexible, xây dựng hệ thống SCADA giám sát ñiều khiển cho thiết bị. 5 Chương 4: “Thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm” Xây dựng mô hình thực nghiệm bằng khí nén. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LỐP Ô TÔ VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LỐP Ô TÔ 1.1. TỔNG QUAN VỀ LỐP Ô TÔ 1.1.1. Lịch sử ra ñời và phát triển của lốp Ô tô 1.1.2. Kết cấu và tác dụng của các thành phần lốp Ô tô 1.2. NGUYÊN VẬT LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT LỐP 1.2.1. Cao su 1.2.2. Các chất phối hợp cho cao su 1.2.3. Vải mành 1.2.4. Vật liệu kim loại 1.2.5. Vật liệu phụ 1.3. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LỐP 1.3.1. Quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô Hình1.1: S ơ ñồ quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô. 6 Quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô sẽ qua các công đ đđ đoạn như sau: 1.3.1.1. Ép ñùn mặt lốp 1.3.1.2. Cán tráng vải 1.3.1.3. Gia công vòng tanh 1.3.1.4. Cắt vải 1.3.1.5. Dán cao su lên vải 1.3.1.6. Dán ống 1.3.1.7. Thành hình 1.3.1.8. Lưu hoá 1.3.1.9. Kiểm tra chất lượng sản phẩm (KCS) và nhập kho CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY LƯU HÓA LỐP Ô TÔ 2.1. CHỌN MÁY 2.1.1. Các phương án Dựa vào hệ thống truyền ñộng và hệ thống tạo lực ñóng mở khuôn, ta ñưa ra các phương án sau: 2.1.1.1. Máy lưu hoá ñóng mở máy bằng cơ Sử dụng hộp giảm tốc truyền ñộng qua cặp bánh răng và truyền qua dầm liên ñộng thực hiện quá trình ñóng mở máy. Nguyên lý hoạt ñộng: Khi ñộng cơ ñiện (1) quay sẽ truyền chuyển ñộng hộp giảm tốc trục vít bánh vít (2) và làm quay bánh răng nhỏ (3) gắn trên trục vít hộp giảm tốc, tiếp tục truyền ñộng qua bánh răng lớn (4) và truyền ñộng qua dầm liên ñộng (5) ñể thực hiện quá trình ñóng mở máy. Ki ểu máy này kết cấu phức tạp, yêu cầu ñộ chính xác gia công cao, chế tạo một số chi tiết ñòi hỏi phải có thiết bị chuyên dùng ñể gia công. 7 Hình 2.1: Hình và sơ ñồ máy lưu hoá ñóng mở bằng cơ. 1.Động cơ ñiện 4.Bánh răng lớn 2.Hộp giảm tốc bánh vít trục vít 5.Dầm liên ñộng 3.Bánh răng nhỏ 6.Dầm trên máy 7. Gối ñỡ 2.1.1.2. Máy lưu hoá ñóng mở máy bằng trục vít bánh vít Hình 2.2: Máy lưu hoá ñóng mở máy bằng trục vít bánh vít Nguyên lý ho ạt ñộng: ñộng cơ ñiện quay sẽ truyền chuyển ñộng qua hộp giảm tốc và truyền chuyển ñộng quay qua ñai ốc làm cho vít me sẽ tịnh tiến lên xuống, thực hiện quá trình ñóng mở máy. 1 2 3 4 6 5 7 8 Kiểu máy này thiết kế ñóng mở máy bằng vít me ñai ốc, kết cấu kiểu này rất dễ chế tạo, nhưng khi ñóng máy dễ gây ra hiện tượng quá tải cho ñộng cơ (vì mômen mở máy rất lớn). 2.1.1.3. Máy lưu hoá ñóng mở bằng Xilanh pittiông dầu thuỷ lực Hình 2.3: Hình và sơ ñồ Máy lưu hoá ñóng mở bằng thuỷ lực dầu 1: Xilanh pitông thủy lực 4: Bao hơi dưới 2: Khung máy 5: Cơ cấu trung tâm 3: Bao hơi trên Nguyên lý hoạt ñộng: Dầu ñược cấp vào xilanh pitông (1) áp lực dầu sẽ ñẩy pitông chạy lên chạy xuống, thực hiện quá trình ñóng mở máy. Do ñóng mở máy bằng XiLanh pittông thuỷ lực nên kiểu máy loại này kết cấu máy ñơn giản, dễ gia công chế tạo, nên giá thành thấp. Phù hợp với ñiều kiện của Việt Nam. Qua phân tích ba phương án ta chọn phương án “Máy lưu hoá ñóng mở bằng Xilanh pittiông dầu thuỷ lực”. 2.1.2. Thông số kỹ thuật của máy Lưu Hóa Lốp Ô tô - Quy cách lốp lưu hoá: 12”→16”, tương ñương với ñường kính ngoài c ủa lốp là Φ580→Φ740 mm - Lực ñóng khuôn lớn nhất 210.000 Kg 1 3 2 4 5 9 - Đường kính bao hơi 1100 mm - Chiều cao khuôn lưu hoá 180→300 mm - Áp suất hơi tối ña trong màng 28 Kg/cm 2 - Áp suất tối ña trong bao hơi 10 Kg/cm 2 2.2. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THUỶ LỰC 2.2.1. Sơ ñồ hệ thống thủy lực của máy lưu hóa Hinh 2.4: Sơ ñồ hệ thống thủy lực Các phần tử trong sơ ñồ thủy lực: 1-Bộ lọc 7-Van chặn lưu lượng 15-Van một chiều kích mở 2-Động cơ ñiện 8,9- Đồng hồ áp lực 16-Cụm Pittông, xilanh ép 3-Bơm lưu lượng 10-Van một chiều 19-Van tiết lưu 4-Bơm cao áp 11-Van tiết lưu 20-Cụm Pittông kẹp dưới 5-Bộ làm mát dầu 12,13,18-Van ñiện từ 6-Van chặn cao áp 14,17-Van tràn 2.2.3. Thiết kế các phần tử thủy lực của máy 2.2.3.1. Xi lanh thủy lực a. Tính ch ọn ñường kính Xilanh và áp suất làm việc: Từ sơ ñồ tính toán ta viết phương trình cân bằng lực của cụm piston xét ở hành trình ñóng máy: 300 L/m in 15 L/min PH PL T PH PL T PH PL T 2 4 3 1 6 7 9 8 12 13 14 16 20 18 17 19 15 5 11 10 C D B A E F 10 P 1 .A 1 -P 2 .A 2 -F msc -F msp -F t =0 (2.1) Trong sơ ñồ trên gồm có các thành phần: P 1 : Áp suất dầu ở buồng ñóng máy P 2 : Áp suất dầu ở buồng mở máy A 1 : Diện tích Piston ở buồng ñóng máy; A 1 =π.D 2 /4 A 2 : Diện tích Piston ở buồng mở máy; A 2 =π.(D 2 -d 2 )/4 m: Khối lượng của khuôn và Piston, m = 400+520 = 920 Kg F msp : Lực ma sát của Phớt làm kín và xilanh F msc : Lực ma sát giữa Piston và vòng phớt làm kín. Trong bài toán này vì tiết diện tiếp xúc của phớt làm kín với xilanh và piston nhỏ nên ta bỏ qua 2 lực ma sát này. Sơ ñồ tính toán Xilanh: Hình 2.5: Sơ ñồ phân tích lực của máy F t : Lực do áp suất nước quá nhiệt sinh ra trong quá trình lưu hóa. Trong sơ ñồ, như hình 2.6 P nqn : Áp suất nước quá nhiệt, P nqn =25 Kg/cm 2 D k : Đường kính bên trong của lốp Do ta thi ết kế máy lưu hóa này ñể lưu hóa quy cách lốp nhất là 7.50-16 nên ta có kích thước này là D k =740 mm=74 cm Như vậy ta có lực F t sẽ ñược tính như sau: d D Q 1 Q 2 P 1 P 2 A 1 A 2 m F t F msp F msc . 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN CÔNG HÙNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LƯU HÓA LỐP Ô TÔ Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy Mã số : 60.52.04. xuất lốp Ô tô. Chương 2: “Tính toán thiết kế máy lưu hoá lốp Ô tô bao gồm chọn máy, tính toán thiết kế hệ thống thuỷ lực và tính toán bền khung máy, giới