Dạng thứ nhất là phôi chạy tới đúng chiều dài cần cắt sau đó dừng lại trong thời
gian t để cắt, sau đó phôi tiếp tục chạy tới để cho quá trình cắt tiếp theo.
Dạng thứ hai là phôi chạy tới liên tục, dao chạy theo phôi, khi đúng chiều dài cần
cắt thì dao sẽ cắt đứt và trở về vị trí ban đầu để tiếp tục quá trình cắt tiếp theo.
5.1.4.1: Sơ đồ máy cắt tấm mà phôi phải dừng trong 1 khoảng thời gian để cắt Sơ đồ 1:
Tham khảo tại Công ty Epic Engineering, LLC,
http://www.epicengineering.com/index.htm. Email: sales@epicengineering.com.
Hình 5.6. Sơ đồ dây chuyền cắt thép tấm phôi dừng lại để cắt
Giải thích sơ đồ : Từ cụm xả, phôi được đưa vào dàn nắn nhằm là phẳng tấm thép,
khử ứng suất dư ban đầu, sau đó phôi tiếp tục được dưa tới dàn cắt, khi xác định đúng chiều dài cần cắt bằng encoder thì cuộn xả, dàn nắn và trục đo dừng lại và dao cắt sẽ di chuyển theo phương đứng để cắt trong thời gian t. Sau khi đã cắt dứt hoàn toàn thì cụm xả, dàn nắn và trục đo mới hoạt động trở lại, thực hiện quá trình cắt tiếp theo.
Sơ đồ 2:
Tham khảo tại công ty Georg Automatic Feed;
http://www.gaf-ltd.com/index.html.
Đây là một dạng dây chuyền cắt thép tấm mà cuộn xả không phải dừng lại trong thời gian t để cắt tấm, nhưng ở đây có thêm sự hỗ trợ của hố bù nên được xem như là dây chuyền cắt thép tấm bán tự động. Ta tham khảo hình 5.7
Hình 5.7. Sơ đồ dây chuyền cắt thép tấm bán tự động
Giải thích sơ đồ : Thép từ cuộn xả thông qua trục kéo đầu vào đi vào dàn nắn nhằm
loại bỏ ứng suất ban đầu. Lúc này hố bù chưa hoạt động, cuộn thép đi vào trục kéo đầu ra. Trục kéo đầu ra có tác dụng kéo cuộn thép vào cụm cắt. Khi xác định đúng chiều dài cần cắt bằng encoder thì trục kéo đầu ra giữ cho cuộn thép không di chuyển tiếp để cắt, còn cụm xả, dàn nắn và trục kéo đầu vào vẫn tiếp tục hoạt động nhằm đưa các phần đã nắn vào hố bù (lúc này hố bù đã mở nắp đậy) để chuẩn bị cho quá trình cắt tiếp theo. Khi đã cắt xong tấm thứ nhất thì trục kéo đầu ra tiếp tục hoạt đông nhắm đẩy các phần thép đã nắn từ hố bù vào dàn cắt.
5.1.4.2: Sơ đồ máy cắt tấm liên tục (phôi di chuyển liên tục, cụm cắt chạy theo phôi để cắt đứt)
Tham khảo tại công ty SGC, http://www.sgc.com.vn/aboutus/home.php
Hình 5.8. Sơ đồ dây chuyền cắt thép tấm tự động
Giải thích sơ đồ : tương tự như sơ đồ hình 5.6 điểm khác biệt là không sử dụng hố
bù, cụm xả vẫn xả liên tục, phôi sẽ di chuyển liên tục từ dàn nắn qua dàn cắt, vì thế cụm cắt phải di chuyển theo phương của phôi và cắt đứt phôi, sau đó trở về vi trí ban đầu để chuẩn bị cho quá trình cắt tiếp theo.
5.2.Thiết kế cụm máy cắt tấm trong dây chuyền sản xuất thép tấm
5.2.1. Các yêu cầu kỹ thuật cho cụm cắt
Cắt được thép dày tới 3 mm, rộng 1,6 m.
Phôi di chuyền liên tục, máy phải đạt năng suất là 40 ÷ 100 nhát/ phút Vật liệu phôi có
Dung sai cho phép là: ± 0,3 mm
Cụm cắt và dàn nắn phải điều chỉnh đồng bộ với nhiều cấp tốc độ khác nhau.
5.2.2. Nhận xét
Ta thấy dây chuyền sản xuất thép tấm bán tự động, sử dụng hố bù, mặt dù có thể đạt được năng suất cao nhưng đòi hỏi diện tích nhà xưởng lớn (để thiết kế hố bù). Với mục đích vẫn đạt được năng suất cắt cao nhưng tiết kiệm điện tích nhà xưởng, ta chọn thiết kế theo sơ đồ dây chuyền cắt thép tấm liên tục như đã tham khảo ở phần 5.1.4.2.
5.2.3. Đặc tính kỹ thuật của cụm cắt
Phôi di chuyển liên tục từ dàn nắn qua trục đo rồi vào cụm cắt, do vậy cụm cắt phải chạy theo phôi để cắt đứt.
Cụm cắt phải có cơ cấu điều chỉnh chính xác để sau khi cắt thì cụm cắt phải trở lại đúng vị trí ban đầu.
Cụm cắt có khả năng điều chỉnh vô cấp để khi thay đổi tốc độ di chuyển của phôi, hoặc thay đổi chiều dài cần cắt thì tốc độ cụm cắt phải thay đổi cho phù hợp.
5.2.4. Các phương án cắt thép tấm tự động (phương án thiết kế cụm cắt chạy theo phôi để cắt tấm)
5.2.4.1: Phương án 1 : Phôi đẩy dao khi cắt
Giải thích sơ đồ : Ở vị trí ban đầu bàn dao trên và bàn dao dưới đều không di
chuyển, cách nhau 1 khoảng là y, phôi di chuyển với vận tốc v0 (hình a). Khi bộ đếm có tín hiệu, bàn dao dưới di chuyển theo phương đứng 1 đoạn y với vận tốc v1 trong thời gian t1 để ăn vào phôi (hình b). Phôi đẩy cả bàn dao trên và dưới di chuyển theo với cùng vận tốc v0 của phôi. Bàn dao dưới tiếp tục di chuyển lên theo phương đứng với vận tốc v2 để cắt đứt (hình c). Sau khi cắt đứt (hình d) thì bàn dao dưới di chuyển xuống theo phương đứng với vận tốc v2, cả 2 bàn dao di chuyển theo phương ngang trở về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho quá trình cắt tiếp theo.
Hình 5.9.Nguyên lý cắt thép tấm dạng phôi đẩy dao chạy Ưu – Nhược điểm của phương án :
Phôi muốn đẩy cả 2 bàn dao di chuyển với cùng vận tốc phôi thì phôi phải tạo được 1 lực đẩy thắng được lực quán tính của 2 bàn dao. Theo công thức:
, do dt rất nhỏ nên lực quán tính sinh ra sẽ rất lớn. Do đó, để phôi có thể đẩy cả 2 bàn dao cùng chuyển động thì vận tốc phôi phải bé và chiều dày phôi phải đủ lớn.
Ta không sử dụng phương án này đề thiết kế cụm cắt, vì không thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật.
5.2.4.2: Phương án 2: Dao chạy theo phôi nhờ cơ cấu tác động bên ngoài khi cắt
Hình 5.10. Nguyên lý cắt thép tấm dạng dao chạy theo phôi
Giải thích sơ đồ : Ở vị trí ban đầu, bàn dao trên và bàn dao dưới đều không di
chuyển, cách nhau 1 khoảng là y, phôi di chuyển với vận tốc v0 (hình a). Khi bộ đếm có tín hiệu, 2 bàn dao bắt đầu di chuyển cùng chiều với phôi dưới tác động của cơ cấu bên ngoài (2 bàn dao tăng tốc từ 0 đến v0 trong thời gian t0), đồng thời bàn dao dưới di chuyển theo phuơng đứng với vận tốc v1 trong thời gian t1 hết đoạn đường y để cắt (t0 < t1) (hình b). Sau khi cắt đứt bàn dao dưới di chuyển xuống theo phương đứng với vận tốc
Bộ đếm
v2, cả 2 bàn dao di chuyển theo phương ngang trở về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho quá trình cắt tiếp theo.
Ưu – Nhược điểm của phương án:
Có thể cắt dứt nhiều loại thép có chiều dày khác nhau (từ rất mỏng tới dày).
Tốc độ di chuyển của dao được điều chỉnh nhơ cơ cấu bên ngoài nên có thể phù hợp với nhiều tốc độ phôi.
5.2.4.3. Nhận xét:
Do phương án 2 thỏa mãn được đầy đủ các yêu cầu và đặc tính kỹ thuật mà ta đặt ra nên ta chọn sử dụng phương án số 2 để thiết kế.
5.2.5. Sơ đồ cụm cắt theo phương án dao chạy theo phôi để cắt
Hình 5.11.b. Sơ đồ cụm cắt
1. Bàn dao dưới 4. Bàn dao trên
2. Cơ cấu trục khuỷu 5. Cơ cấu trượt ngang
3. Động cơ 6. Khớp nối
7. Cơ cầu trượt dọc
5.2.5.1. Mô tả sơ đồ:
Động cơ thông qua cơ cấu trục khuỷu (2) nối với bàn dao dưới (1).
Bàn dao dưới (1) nằm trong cụm cắt, thông qua cơ cấu trục khuỷu (2) và cơ cấu trượt dọc (7) tạo ra chuyển động cắt.
Bàn dao trên (4) được gắn cố định với cụm cắt, thông qua cơ cấu trục khuỷu (2) và cơ cấu trượt ngang (5) tạo ra chuyển động chạy theo phôi.
Vậy khi động cơ (3) quay thông qua khớp nối (6) làm cơ cấu trục khuỷu (2) quay, làm bàn dao dưới (1) di chuyển theo phương đứng bằng cơ cấu trượt dọc (7) nhằm tạo chuyển động cắt, đồng thời cụm cắt cũng di chuyển qua lại theo phương ngang nhờ các cơ cấu trượt ngang (5) tạo chuyển động chạy theo phôi của cụm cắt.
5.2.5.2. Quỹ đạo chuyền động của cụm cắt:
Theo hình 5.11.a thì quỹ đạo chuyển động của bàn dao dưới là đường tròn tâm O bán kính OA.
Quỹ đạo chuyển động của bàn dao trên là đường thẳng song song với trục x, đây cũng là quỹ đạo chuyển động của cụm cắt.
Vậy dùng cơ cấu trục khuỷu có thế đồng thời tạo chuyển động cắt và chuyển động chạy theo phôi cho cụm cắt.
5.2.6. Xác định hành trình cắt, lực cắt lớn nhất và công suất cần thiết để cắt: 5.2.6.1. Hành trình cắt:
Hình 5.12. Sơ đồ xác định hành trình cắt
Với: y là chiều cao mở cực đại từ phía dưới của lưõi dao trên tới mặt trên của tấm thép đem cắt có chiều dày a. Chọn y là 150 mm
B là chiều rộng lớn nhất của tấm thép cắt.
∆ là độ trùng dao để đảm bảo cắt hết chiều dày tấm thép. Chọn ∆ = 5 mm.
Theo hình 5.12 thì chiều dài hành trình cắt H = y + a + Btgα’ +∆ (mm) (α’ là góc cắt của dao hình chữ V, chọn α’ =30).
Khi dẫn động máy cắt bằng trục khuỷu và bánh lệch tâm thì độ lệch tâm là: R = H/2. Khe hở biên γ giữa 2 dao là: γ = (0,04 ÷ 0,05)t.
Ở đây ta tính cho thép có bề dày là 3mm và rộng là 1600mm, ta xác định được hành trình cắt H là: 216,16 mm
Chọn hành trình cắt là 220 mm. Độ lệch tâm e của trục khuỷu= R là 110 mm. Khe hở biên γ giữa 2 dao là 0,15 mm (cân chỉnh bằng thước lá)
5.2.6.2. Lực cắt lớn nhất:
Hình 5.13: Sơ đồ lực cắt của dao cắt chữ V
Theo công thức 3.5 tài liệu [2], trang 85 thì lực cắt lớn nhất cho dao cắt chữ V là:
Ta có được kết quả sau:
Lực đầy ngang:
5.2.6.3. Công cắt cần thiết:
Công của máy cắt:
5.2.7. Tính toán động học dàn cắt:
Từ hình 5.11 ta xác định được quỹ dạo chuyển động của bàn dao dưới như hình 5.14
Hình 5.14. Quỹ đạo chuyển động của bàn dao dưới
Ta chia quỹ đạo chuyển động của bàn dao dưới thành bốn giai đoạn như sau: Giai đoạn tăng tốc chậm (A-B), trục động cơ quay nhanh dần với gia tốc góc nhỏ ε0 nhằm thắng được lực quán tính ban đầu của cả cụm cắt.
Giai đoạn tăng tốc nhanh (B-C), trục động cơ quay nhanh dần với gia tốc góc ε1 > ε0 nhằm tạo vận tốc theo phương ngang của cụm cắt tại điểm C gần bằng với vận tốc phôi (tại C thì Vc theo phương X ≈ Vphôi )
Giai đoạn ồn định (C-D), lúc này trục động cơ quay đều với vận tốc góc ω2 không đổi, tại D thì VD = Vphôi = ω2.lOA.
Giai đoạn giảm tốc (D-E-A), khi qua điểm E phôi và dao cắt tách rời nhau. Lúc này trục động cơ quay chậm dần đều với gia tốc góc ε3 để đưa cụm cắt về đúng vị trí ban đầu.
Ta có biểu đồ vận tốc động cơ theo thời gian như hình 5.15.
Hình 5.15. Biếu đồ vận tốc động cơ theo thời gian
Cụ thế trong trường hợp này là:
Với vận tốc phôi tối đa là 80 m/ph, OA = R = 110 mm thì vận tốc tại VC theo phương ngang ≈ (70÷72 m/ph), VD = 80m/ph và thời gian để cụm cắt di chuyển từ C đến D phải rất bé.
5.2.7.1. Tính toán động học cho cơ cấu trục khuỷu:
Nhận xét: Cơ cấu trục khủy xét về mặt động học thì hoàn toàn tương tự cơ cấu hình sin.
Xét cơ cấu hình sin như hình 5.16
Xét chuyển động của cơ cấu hình sin: khi khâu 1 quay với vận tốc ω quanh điểm
A thì con trượt 2 sẽ di chuyển theo phương Y trên khâu 3, đồng thời khâu 3 sẽ di chuyển thep phương X. Nếu xem con trượt 2 là bàn dao dưới, khâu 3 là cụm cắt thì cơ cấu hình sin cũng tạo ra được chuyển động chạy theo phôi và cắt đứt như cơ cấu trục khuỷu đã trình bày ở phần trên. Vậy tính toán động học cho cơ cấu trục khuỷu cũng chính là tính toán động học cho cơ cấu hình sin.
5.2.7.2. Tính toán động học cho cơ cấu hình sin:
Khâu 3 chuyển động tịnh tiến nên vận tốc khâu 3 chính là vận tốc điểm nào đó trên khâu 3.Ta chọn điểm B3 trên khâu 3 trùng với điểm B trên khâu 2 để xác định vận tốc và gia tốc.
Phương trình vận tốc tại điểm B3
Ta giải bằng cách vẽ họa đồ như hình 5.20.a chọn p làm gốc của họa đồ, từ p vẽ đoạn pb2 biểu diễn cho vB2 , từ b2 vẽ dường thẳng vuông góc trục x biểu diễn cho vB3B2, từ p vẽ đường thẳng song song trục x biểu diễn cho vB3. Hai đường thẳng giao nhau cho ta điểm p3.
Hình 5.17.a. Biểu đồ vận tốc
Từ cách vẽ ta có:
Ta giải bằng cách vẽ họa đồ như hình 5.20.b chọn p’ làm gốc của họa đồ, từ p’ vẽ đoạn p’ b’2 biểu diễn cho aB2 , từ b’2 vẽ dường thẳng vuông góc trục x biểu diễn cho aB3B2, từ p’ vẽ đường thẳng song song trục x biểu diễn cho aB3. Hai đường thẳng giao nhau cho ta điểm p’3.
Hình 5.17.b. Biểu đồ gia tốc
Từ cách vẽ ta có:
Xét gia tốc tại điểm B trên hình 5.17 ta có:
> 0 nên chuyển động từ A dến B là cuyển động nhanh dần đều.
Tương tự tại C cũng là chuyển động nhanh dần đều, tại E là chuyển động chậm dần đều.
Xét vận tốc tại D, với lAB = 110 mm, , vB3 = vphôi = 80 m/ph. Từ đây ta xác định được ω1 = 12.12 rad/s. Nếu xét đến hiệu suất là 90% thì số nhát cắt tối đa trong một phút là 104,78 nhát/phút. Phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dàn nắn.
- Với ω1 = 12,121 rad/s, ta xác định lại vận tốc tại điểm C, , ta xác định được vB3 = 71,68 m/ph (phù hợp với yêu cầu đã nêu ra ở phần 5.2.7).
5.2.7.3. Thiết kế động học cho cơ cấu truyền động từ động cơ qua trục khuỷu: Phương án 1: dùng 1 động cơ và 1 cơ cấu trục khuỷu:
Hình 5.18. Phương án truyền động 1 Ưu – nhược điểm:
Kết cấu đơn giản, dễ lắp ráp. Đòi hỏi không gian lớn. Độ cứng vững kém.
Phương án 2: dùng 1 động cơ thông qua hộp giảm tốc nối với 2 cơ cấu trục khuỷu để truyền động
Hình 5.19. Phương án truyền động 2 Ưu – nhược điểm:
Làm việc ổn định, ít hư hỏng, độ cứng vững cao. Kết cấu phức tạp.
Khớp nối trục phải không có khe hở nhằm đảm bảo cho 2 trục khuỷu phải cùng chuyển động tại 1 thời điểm với cùng 1 tốc độ.
Do công suất của động cơ khá lớn (do lực cắt lớn Pcắt=80kN), tốc độ quay nhanh và chiều dài trục khủy lớn (≈1800 mm), nên để đảm bảo độ cứng vững và tính ổn định khi hoạt động, ta chọn thiết kế theo phương án truyền động thứ 2.
5.2.7.4. Lựa chọn cơ cấu trượt dọc và trượt ngang cho cụm cắt:
Ta dùng rãnh vuông để tạo chuyển động cắt cho cụm cắt.
Ta sử dụng cơ cấu thanh trượt bi nhằm tạo chuyển động chạy theo phôi cho cụm cắt (do cơ cấu trượt ngang chỉ có nhiệm vụ là dẫn hướng chứ không chịu tác dụng của lực cắt mà chỉ chịu tác dụng của trọng lượng dàn cắt.)
Trong quá trình làm việc thì các cơ cấu trượt thường dễ bị mòn nên ta cần thiết kế thêm các cơ cấu hiệu chỉnh.
Ta có kết cấu sơ bộ dàn cắt như hình 5.20:
Hình 5.20. Kết cấu sơ bộ dàn cắt 1.Thân dàn cắt 2.Then 3.Trục khuỷu 4.Hộp giảm tốc 5.Thanh trượt bi 6.Đế dàn cắt
7. Cơ cấu hiệu chỉnh
7 Bàn dao Bàn dao Bàn dao 5 2 1 3 4 6
5.2.8. Tính toán động lực học dàn cắt 5.2.8.1.Công suất cắt cần thiết:
Công suất cắt cần thiết bao gồm: công suất cắt đứt và công suất cần thiết để di chuyển cụm cắt theo phôi.
Từ các yêu cầu kỹ thuật của dàn cắt (mục 5.2.1), ta có vận tốc qua tối đa của trục khủy là ωmax = 100 vòng/phút. Khi đó, thời gian ngắn nhất để trục khủy qua hết 1 vòng là tmin = 0,6 s. Lực quán tính lớn nhất của cụm cắt là khi trục khủy quay với vận tốc VB’ = 0 m/s (theo phương chuyển động của phôi, hình 5.14, trang 87), và đạt được vận tốc lớn nhất tại D: VDmax = 80m/phút = 1,33 m/s, trong thời gian ngắn nhất t, chọn t = 0,1 s.