Hình 3.21: Sơ đồ nguyên lý uốn xoắn ống
1,63 83,11° 98° 1,80 1,41 45° 3,50 R2,00 2 ,6 5 5,00
Theo công thức 4.18 [2] có:
Đường kính ống: D = B/πcosα từ đó cosα = B/πD
B = 27,13 (mm) (khoảng cách giữa 2 mép gấp trên ống gen) D = 110 → cosα = ,
, . = 0,079 →α = 85,43
Tốc độ ra của ống: vrô = vđph. cosα từ đó vđph = vrô/ cosα Theo công thức trang 264 tài liệu [2] có:
Mô men uốn xoắn Mu = + . = (1.5 + , )
Trong đó:
– ứng suất chảy của vật liệu phôi chọn = 280 (Mpa) = 900 – α = 90 – 85,43 = 4,570
R = 55 (mm)
Wu – mô men chống uốn của mặt cắt ngang phôi trước khi vào uốn xoắn Wu =
Hình 3.22: Sơ đồ phân chia mặt cắt xác định mô men quán tính
Jx mô men quán tính của mặt cắt ngang phôi đối với trục x
= + + 2 + + + + Jx1 = Ix1 + a2. F1( hình chữ nhật) Ix1= = . . = 0,23 ; F1 = bh =0,35. 2 = 0,7 ;a = 1 Jx1 = Ix1 + a2. F1 = 0,23 + 1. 0,7 = 0,3 (mm4) Jx2 = = , . , = 0,017 (mm4) 1 2 3 4 5 7 2 ,0 0 3,00 3,50 1,45 3,6 7 1,83 1,51 2 ,6 6 6 x 4,65 3 ,3 1
Jx3 = 0,025 ( - d4) (coi F3 là nửa vành khăn hình tròn D = 3 mm, d = 2,65 mm) Jx3 = 0,025 (3 – 2,654) = 0,79(mm4) Jx4 = = , . , = 0,013 (mm4) Jx5 = = , . , = 0,0052(mm4) Jx6 =Ix6 + b2. F6( coi F6 là hình chữ nhật thẳng đứng) Jx6 = . . , + 1,512. 3,67.0,35 = 4,37 (mm4) Jx7 =Ix7 + b2. F7( coi F7 là hình chữ nhật thẳng đứng) Jx7 = . . , + 2,66 2. 1,83.0,35 = 4,71 (mm4) = 0,3 + 0,017 + 2. 0,79 + 0,013 + 0,0052 + 4,37 + 4,7 = 10,99 (mm4) Wu = = , , = 3,32(mm3) ( ymax = 3,31 mm) Mu = (1.5 + , ) = 1,5.280 + , . , , = 7757 (Nmm) 3.7.2 Xác định lực uốn của trục cán gấp mép
Hình 3.23: Biên dạng phôi khi đi vào hệ thống gấp mép
Tương tự như trên a = 2,6 mm nên L = 14,5 mm
Trong công thức tính lực uốn ta thay S = 2. 0,35 = 0,7 (mm)
Theo [10] ta sử dụng công thức cho trường hợp uốn tự do công thức để xác định lực uốn như sau:
P = K. b. S. Trong đó:
K hệ số phụ thuộc vào r/S, r= 0,8 nên tra bảng 22 tài liệu [10] được K = 0,25 b chiều dài đường uốn
– giới hạn bền của vật liệu phôi. Với thép CT3 chọn = 380 (MPa) – hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến bước chuyển quy ước của kim loại ở trạng thái dẻo. Chọn = 1,15
P = K. L. S. = 0,25. 14,5. 0,7, 380 = 964,25 (N)
Lực uốn cho trục cán mối nối:
Hình 3.24: Quá trình cán mối nối
Pu = K. b. S.
b – chiều dài đường uốn b = 2.5 = 10 (mm); S= 2.0,35 = 0,7 Pu = 0,25. 10. 0,7. 380 = 665 (N)
Lực uốn cho trục lô cán băm gờ:
Quả lô cán băm gờ công dụng tương tự quả lô cán mối nối nên lực uốn và mô men uốn như nhau
Kết luận chương 3: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chương 3 đã đưa ra được sơ đồ công nghệ tạo ống gen xoắn đó là cơ sở cho việc tính toán, thiết kế các bộ phận của máy
- Tính toán được lực uốn cho mỗi giai đoạn tạo hình phôi đây là cơ sở để tính chọn động cơ của máy.
Chương 4. NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY CUỐN ỐNG GEN XOẮN
4.1 Lựa chọn cơ cấu truyền động cho máy
Thông thường có hai phương thức truyền động cho máy đó là truyền động bằng cơ khí và truyền động bằng thủy lực.
+, Truyền động bằng cơ khí
Hình 4.1: Sơ đồ truyền động cơ khí cho máy cuốn ống gen
1 Động cơ liền hộp giảm tốc 4 Bộ phận gấp mép
2 Bộ truyền đai 5 Phôi
3 Bánh răng trụ răng nghiêng 6 Bộ phận cán biên dạng
Với máy truyền động bằng cơ khí có những đặc điểm sau:
Bảng 4.1: Đặc điểm của truyền động cơ khí
- Ưu điểm: - Nhược điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. + Khả năng tải lớn, vận tốc cao.
+ Bộ truyền cơ khí làm việc thường có tiếng ồn lớn. + Khó khăn trong việc điều khiển tự động, đảo chều chuyển động, chống quá tải...
+ Kích thước trọng lượng lớn, cồng kềnh. + Độ an toàn, tin cậy thấp.
+, Truyền động bằng thủy lực
Với máy truyền động bằng thủy lực có những đặc điểm sau:
Bảng 4.2: Đặc điểm của truyền động thủy lực
- Ưu điểm: - Nhược điểm:
+ Dễ dàng trong việc điều khiển tự động.
+ Kích thước gọn nhẹ hơn so với truyền động bằng cơ khí.
+ Mức độ an toàn, độ tin cậy cao, dễ đảo chiều, chống quá tải.
+ Hiệu suất truyền động cao.
+ Có khả năng điều khiển vô cấp tốc độ.
+ Trọng lượng, momen quán tính nhỏ, thuận tiện chho việc bố trí các cơ cấu phụ.
+ Truyền động êm.
+ Cấu tạo phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, các bộ phận khó chế tạo, giá thành cao.
+ Bố trí các cơ cấu phải chính xác. + Chi phí sản xuất cao.
+ Năng suất làm việc phụ thuộc vào chất lượng của dầu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhận xét và chọn phương án truyền động
Qua sự phân tích đặc điểm làm việc của các bộ phận truyền động chính cho máy và bộ phận phân lực ta thấy được ưu nhược điểm và hiệu quả đem lại của các bộ truyền trong quá trình làm việc. Căn cứ vào thực tế về sản lượng, yêu cầu làm việc ta chọn phương án truyền động cho máy là truyền động cơ khí.
4.2 Lựa chọn các thông số kỹ thuật cho việc thiết kế máy
Ta tham khảo một số máy cuốn ống gen đang được sử dụng:
a) Máy cuốn ống gen BKTF – 1400A:
Hình 4.2. Sơ đồ bộ truyền động nhờ hệ thống thủy lực.
1. Động cơ 2.Thùng chứa dầu 3. Bơm dầu 4. Van điều khiển 5. Mô tơ thủy lực 6. Khớp nối 7. Hộp giảm tốc
Hình 4.3: Máy cuốn ống BKTF -1400A
Các thông số kỹ thuật của máy: - Đường kính ống 80 – 1400mm - Chiều dày ống: 0,4 – 1,2 mm
- Vật liệu chế tạo ống: thép tấm mạ kẽm, thép chống gỉ, nhôm tấm - Bề rộng tấm: 137 +/- 0,5 mm
- Tốc độ phôi: 1,6 – 32 m/phút - Công suất động cơ: 5,5 kW - Động cơ cắt: 4 kW
- Điện áp: 400V/50Hz, 460 V/ 60Hz
- Kích thước tổng thể: 5150x3350x2670 mm - Trọng lượng: 2380 kg
Ưu điểm:
- Cuốn được ống có dải đường kính rất rộng - Tốc độ cuốn lớn
- Cuốn được ống bằng nhiều loại vật liệu khác nhau - Hệ thống điều khiển điện
- Kết cấu máy đơn giản, dễ chế tạo Nhược điểm:
- Kích thước máy lớn, cồng kềnh - Trọng lượng máy lớn
- Công suất động cơ lớn cần nguồn điện có điện thế cao
b) Máy cuốn ống gen ATM – ZH150:
Hình 4.4: Máy cuốn ống gen ATM – ZH150
Các thông số kỹ thuật của máy: - Đường kính ống: 35 –110 mm - Chiều dày ống: 0,2 – 0,35 mm - Công suất động cơ cuốn ống: 4 kW - Tốc độ làm việc: 3 – 5 (m/phút) - Động cơ cắt ống: 1,5 Kw
- Động cơ bơm dầu: 0,75 kW - Trọng lượng: 850 kg
- Kích thước máy: 1880 x 860 x 1280mm Ưu điểm:
- Máy được thiết kế đầy đủ hệ thống gá lắp trên khung máy - Điều khiển máy bằng hệ thống biến tần nhẹ nhàng, linh hoạt Nhược điểm:
- Cuốn được ống có dải đường kính nhỏ - Trọng lượng máy lớn
c) Máy cuốn ống gen VSL của Thụy Sỹ thuộc xưởng sửa chữa cơ khí Công ty cổ phần cầu 12 – Cienco1:
Hình 4.5: Máy cuốn ống gen VSL
Thông số kỹ thuật của máy:
- Đường kính ống gen: 50 – 110 - Chiều dày phôi: 0,2 – 0,35 mm - Tốc độ cuốn ống: 0 - 20 (m/ phút) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Kích thước tổng thể: 1800 x 1400 x 1350 mm - Trọng lượng: 780 kg
Ưu điểm:
- Máy được thiết kế nhỏ gọn từ hệ thống cấp phôi đến hệ thống cắt sản phẩm
- Hệ thống điều khiển bằng điện nhẹ nhàng, linh hoạt Nhược điểm:
- Tốc độ cuốn nhỏ - Trọng lượng máy lớn
d) Máy cuốn ống gen BPT-300/500:
Hình 4.6: Máy cuốn ống gen BPT-300/500:
Các thông số kỹ thuật của máy:
- Đường kính ống: 25 –300 mm - Chiều dày ống: 0,2 – 0,8 mm
- Công suất động cơ cuốn ống: 11 kW - Động cơ cắt ống: 1,5 Kw
- Tốc độ tạo hình: 0 –20 (m/ phút) - Trọng lượng: 800 kg
- Kích thước máy: 1450 x 1800 x 1360mm
Qua phân tích và đánh giá một số mẫu máy cuốn ống gen ta thấy mối hãng sản xuất đều có những dòng sản phẩm riêng biệt phù hợp với yêu cầu công nghệ thi công khác nhau. Trên cơ sở đócùng với việc nghiên cứu các quy định về thông số của ống gen tác giả lựa chọn các thông số kinh tế - kỹ thuật của máy sẽ thiết kế như bảng sau:
Bảng 4.3: Các thông số kỹ thuật để thiết kế máy STT Sản phẩm Đơn vị đo Thông số kỹ thuật cần đạt Ghi chú
1 Đường kính trong ống gen mm 50 ÷110
2 Đường kính ngoài ống gen mm 56 ÷116 3 Dung sai kích thước trong mm ±0,5 4 Dung sai kích thước ngoài mm -(0,5÷1)
5 Chiều dày phôi mm 0,2 ÷0,35
6 Độ kín khít của ống Không xuất hiện nước xi măng trên bề mặt ngoài thành ống gen
7 Tốc độ cuốn lớn nhất m/phút 1,5
4.3 Tính chọn công suất động cơ
4.3.1 Xác định công suất trục cán biên dạng
Theo phần tính toán trên ta thấy trục cán biên dạng thứ 1 chịu lực lớn nhất trong 3 trục cán. Do đó ta sẽ tính mô men cần thiết cho trục 1
Mô men cần thiết để quay trục: Mbd = Mc + Mms + M0
- Momen cán(công thức 5.30, [9]): Mc = 2P.a (Kg.mm) Trong đó: P - Lực cán; P = 5828 (N)
a - cánh tay đòn; a = (0,35 ÷ 0,45)l; Chọn a = 0,4 l = 0,4.14,6 = 5,84 (mm) (l – chiều dài phần phôi tiếp xúc với trục cán)
Vậy: Mc = 2P.a = 2. 5828. 5,84 = 68071,04 (N.mm)
- Momen ma sát (Mms) gồm momen do lực cán sinh ra tại cổ trục cán (Mms1) và momen ma sát giữa phôi và quả lô cán (Mms2)
Mms = Mms1 + Mms2
Trong đó: Mms1 = P.f'.d (công thức 5.32 - [9])
P - Lực cán; d - đường kính cổ trục cán (chon d = 30 mm) f' - hệ số ma sát của ổ đỡ trục cán chọn theo bảng 4.4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 4.4 - Hệ số ma sát của ổ đỡ trục cán f' Loại ổ đỡ trục cán f' Ổ đỡ ma sát lỏng Ổ đỡ ma sát nửa lỏng Ổ bi Ổ trượt có 2 loại + Loại trục làm bằng thép + Loại trục làm bằng sứ 0,003 ÷ 0,0005 0,006 ÷ 0,01 0,003 ÷ 0,005 0,04 ÷ 0,1 0,005 ÷ 0,01 Chọn f' = 0,04 (trục làm bằng thép) Mms1 = P.f'.d = 5828. 0,04. 30 = 6994(N.mm) Mms2 = (0,08 ÷ 0,12)(Mc + Mms1) = 0,1(68071 + 6994) = 7507 (Nmm)
- Momen không tải (Mo) sinh ra để thắng trọng lượng của các chi tiết quay khi máy chạy không tải. Momen không tải thường bằng (3 ÷ 6%)Mc (5.34 - [9]).
Mo = 3% Mc = 0,06.68071 = 4084 (N.mm)
- Momen động (Mđ = 0) vì khi cán không có sự tăng tốc hoặc giảm tốc. Vậy mô men cần thiết để quay trục là:
Mbd =Mc +Mms + M0 = 68071 + 6994 + 7507 + 4084 = 86656 (N.mm) = 86,656 (Nm)
Công suất cần thiết để quay trục cán biên dạng Nbd = Mbd.
Xác định tốc độ góc của trục cán biên dạng
Tốc độ ra của ống: vrô = vđph. cosα từ đó vđph = vrô/ cosα ( theo mục 3.7.1) vrô = 1,5 (m/phút) từ đó vđph = 1,5/ 0.07962 = 18,84 (m/phút)
đ = → = đ = ,
. , = 7,85 (rad/s) nên n1= 74,96 ( vòng / phút) Nbd = 86,656. 7,85 = 680 ( W) = 0,68 (kW)
Do đó công suất cần thiết cho bộ phận cán biên dạng N1 = 3Nbd = 3.0,68 = 2,04 (kW)
4.3.2 Tính công suất cho trục cán gấp mép, trục cán mối nối, trục cán băm gờ mép ống mép ống
Trục cán gấp mép
- Momen cán(công thức 5.30, [9]): Mc = P.a Trong đó: P - Lực cán; P = 964,25 (N)
a - cánh tay đòn; a = (0,35 ÷ 0,45)l; Chọn a = 0,4 l = 0,4.14,5 = 5,8 (mm) (l – chiều dài phần phôi tiếp xúc với trục cán)
Vậy: Mc = P.a = 964,25. 5,8 = 5593 (N.mm)
- Momen ma sát (Mms) gồm momen do lực cán sinh ra tại trục cán (Mms1) và momen ma sát tại các chi tiết quay (Mms2)
Momen ma sát được tính theo công thức 5.31-[9]: Mms = Mms1 + Mms2
Trong đó: Mms1 = P.f'.d (công thức 5.32 - [9]);P - Lực cán; d - đường kính cổ trục cán (d = 0,55D = 0,55.80 = 44 mm); f' - hệ số ma sát của ổ đỡ trục cán chọn theo bảng 4.4
Chọn f' = 0,04 (trục làm bằng thép)
Mms1 = P.f'.0,5d = 964,25. 0,04. 44 = 1697(N.mm)
Mms2 = (0,08 ÷ 0,12)(Mc + Mms1) = 0,1(5593 + 1697) = 729 (Nmm)
- Momen không tải (Mo) sinh ra để thắng trọng lượng của các chi tiết quay khi máy chạy không tải. Momen không tải thường bằng (3 ÷ 6%)Mc (5.34 - [9]).
Mo = 6% Mc = 0,06.5593 = 336 (N.mm)
- Momen động (Mđ = 0) vì khi cán không có sự tăng tốc hoặc giảm tốc. Vậy mô men cần thiết để quay trục là:
Mgm = Mc + Mms + M0 = 5593 + 1697 + 729 + 336 = 8355 (N.mm) =8,355 (Nm)
Công suất cần thiết để quay trục cán gấp mép:Ngm = Mgm. Ngm = 8,355. 7,85 = 65,6( W) = 0,0656 (kW)
Trục cán mối nối:
- Momen cán(công thức 5.30, [9]): Mc = P.a (Kg.mm) Trong đó: P - Lực cán; P = 665 (N)
a - cánh tay đòn; a = (0,35 ÷ 0,45)l; Chọn a = 0,4 l = 0,4.5 = 2 (mm) (l – chiều dài phần phôi tiếp xúc với trục cán) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vậy: Mc = P.a = 665.2 = 1330 (N.mm)
- Momen ma sát (Mms) gồm momen do lực cán sinh ra tại trục cán (Mms1) và momen ma sát tại các chi tiết quay (Mms2)
Momen ma sát được tính theo công thức 5.31-[9] : Mms = Mms1 + Mms2
Trong đó: Mms1 = P.f'.0,5d (công thức 5.32 - [9]); P - Lực cán; d - đường kính cổ trục cán (d = 0,55D = 0,55.80 = 44 mm); f' - hệ số ma sát của ổ đỡ trục cán chọn theo bảng 4.4
Chọn f' = 0,04 (trục làm bằng thép)
Mms1 = P.f'.d = 665. 0,04. . 44 = 1170(N.mm)
Mms2 = (0,08 ÷ 0,12)(Mc + Mms1) = 0,1(1330 + 1170) = 250 (Nmm)
- Momen không tải (Mo) sinh ra để thắng trọng lượng của các chi tiết quay khi máy chạy không tải. Momen không tải thường bằng (3 ÷ 6%)Mc (5.34 - [9]).
Mo = 6% Mc = 0,06.1330 = 80 (N.mm)
- Momen động (Mđ = 0) vì khi cán không có sự tăng tốc hoặc giảm tốc. Vậy mô men cần thiết để quay trục là:
Mmn = Mc + Mms + M0 = 1330 + 1170 + 250 + 80 = 2830 (N.mm) =2,83 (Nm) Công suất cần thiết để quay trục cán mối nối:
Nmn = Mmn.
Nmn = 2,83. 7,85 = 22,22 ( W) = 0,022 (kW) Công suất cần thiết cho trục cán băm gờ tạo sóng:
Nbg = 0,022 (kW)( do 2 trục này có công dụng như nhau)
Công suất cần thiết cho trục cuốn:
Ntc = Mu. = 7,757. 5,71 = 44,3 (W)
Vậy công suất cần thiết cho trục cán gấp mép, mối nối, băm gờ, trục cuốn tạo ống là:
4.3.3 Tính công suất cần thiết cho hệ thống dẫn hướng phôi
+ Xác định lực ma sát sinh ra trong quá trình bôi trơn và là phẳng.
Hình 4.7: Sơ đồ lực tác dụng trong quá trình bôi trơn và là phẳng 1. Bộ công tác của máy
2. Phôi
3. Mặt phẳng tỳ 4. Lò xo đàn hồi
Từ sơ đồ ta thấy cả hai bề mặt trên, dưới của phôi đều tiếp xúc với bộ công tác của máy phát sinh ra ma sát, do được ngâm qua dung dịch trơn nguội nên hệ số ma sát fms là rất nhỏ.
F = 2P .fms
Trong đó: P là trọng lượng của phôi khi đi qua bộ công tác. P = Vp .γ
Vp thể tích của phôi, Vp = 0.35 .36 . 30 = 378 (mm3) = 378.10-9 (m3) γ: Tỷ trọng riêng của thép: γ = 78500N/m3
P = 378.10-9.78500 = 0.0297 (N)
fms hệ số ma sát giữa thép với thép trong môi trường dung dịch trơn nguội.
Chọn fms = 0.17
4.3.4 Tính toán công suất hệ thống cấp phôi: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.8:Hệ thống cấp phôi.
Hình 4.9: Sơ đồ lực của cuộn phôi tác dụng lên trục đỡ của hệ thống cấp phôi.
P Tổng khối lượng của phôi và vành tròn tác dụng lên trục.
Tính cho khối lượng lớn nhất của phôi thép mạ kẽm có chiều rộng 36mm, dày 0.35mm là:Gphôi = 150 (kG). Khối lượng vành tròn lấy xấp xỉ bằng 15% Gphôi = 20kg
P= 150+ 20 = 170 (kG)
Chiều rộng phôi là 36mm, chọn chiều rộng khe hở giữa 2 vành là 40mm,bề rộng vành là 10mm, chọn khoảng cách giữa 2 gối AB là 120 (mm)
Mô men cần thiết để quay trục của hệ thống cấp phôi chính là mô men để thắng ma sát ở cổ trục( Chọn sơ bộ d = 40 mm) Mms = P.f.0,5d = 1700.0,04. 0,5.40 = 1360 ( Nmm) ( f= 0,04 hệ số ma sát trong ổ lăn) A-A ( 1 : 6 )