3.3.2. Xây dựng sơ đồ hệ thống khí nén
Ta xây dựng sơ đồ hệ thống khí nén cho máy ép gạch theo sơ đồ tiêu chuẩn Din như sau:
Từ đĩ ta cĩ sơ đồ hệ thống khí nén như sau:
Van đảo chiều,Van tiết lưu….
Van logic,Role thời gian
Van đảo chiều,Cảmbiến
Máy nén khí và thiết bị xử lý Cơ cấu chấp hành Xylanh,động cơ
Phần tử điều khiển
Phần tử xử lý tín hiệu
Phần tử tạo tín hiệu
48 tc 40 10 -0 3 tr 3 000 -0 3 tg u 6 3 700 Kh u« n tr ¸ i tg u 6 3 800 Kh u« n ph ¶ i tg u 1 0 0 100 tr 3 000 -0 3 tg U 6 3 700 tg U 6 3 800 tg U 1 0 0 100 (SL:02 ) tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 tg 2531- 1 0 bes n-03 ( S l :0 6 ) tg 2531- 1 0
49
Nguyên lý làm việc:
- Khí được qua bộ lọc TC 4010 – 03 ( kiêm tiết lưu) - Qua van phân phối TG2531 -10 để đến khuơn trái
- Nhờ vào hệ thống điều khiển điện khí nén được đi vào xylanh TGS 60x800 để kéo xe khuơn vào vị trí làm việc.
- Sau khi thực hiện quá trình ép sản phẩm, thì khí nén được chuyến đến TGS 100x100 nâng thành khuơn dưới.
- Tiếp đến khí nén được chuyến đến TGS 60x700 để đẩy bệ dỡ sản phẩm ra và lấy sản phẩm, rồi được kéo về vị trí cũ, khí nén chuyển đến TGS 100x100 để hạ thành khuơn về vị trí cũ.
- Sau khi hạ thành khuơn, khí nén được đưa vào TGS 60x800 để đẩy xe khuơn về vị trí tiếp phơi liệu.
- Sau khi khuơn trái được về vị trí tiếp phơi liệu, van phân phối TG2531- 10 chuyển khí nén sang khuơn phải.
- Hệ phân phối khí của khuơn phải lúc này tương tự với hệ thống phân phối của khuơn trái ở trên.
3.3.3. Tính, chọn các phần tử khí nén
Tính chọn xy lanh khí nén
Lực đẩy:
Lực đẩy phát sinh khi xylanh hoạt động phụ thuộc vào nguồn áp suất, đường kính xylanh và lực ma sát của các đệm.
Lực đẩy lý thuyết được xác định theo cơng thức sau: = A.P
Trong đĩ:
– lực đẩy lý thuyết (N)
A – Bề mặt làm việc của piston (cm2)
P- Áp suất cung cấp (kPa, 105N/m2, bar, 14,5 psi)
Thực tế, lực đẩy lý thuyết cĩ sai số so với lực đẩy thật. Để xác định lực đẩy thật, cần tính đến các sai số do sức cản, ma sát. Trong các điều kiện làm việc bình thường (phạm vi áp suất 400 – 800 kPa, 4 – 8 bar), cĩ thể giả định lực ma sát bằng 3 ÷ 20% lực đẩy lý thuyết.
50
Lực đẩy thực tế như sau: + Xy lanh tác động kép:
- Hành trình thuận: = A.P – - Hành trình ngược: = A’.P – trong đĩ:
: lực đẩy thực tế (N)
A : bề mặt làm việc của piston ( ):A= . /4
A’ : bề mặt làm việc của piston, phía cĩ cần (cm2): A = π.( – )/4 : lực ma sát, bằng 3 ÷ 20% (N)
D : đường kính xylanh (cm) d : đường kính cần piston (cm).
Ta tính chọn cho xy lanh làm nhiệm vụ kéo và đẩy xe mang khuơn.
Theo catalog của hãng STNC (chuyên sản xuất các thiết bị khí nén và thủy lực) ta chọn các xy lanh cĩ ký hiệu :
TGU 63x 800(cĩ D = 63 mm,d =20 mm) TGU 63x700(cĩ D = 63 mm,d =20 mm) TGU 100x100(cĩ D = 100 mm,d =24 mm)
51
Ta xác định lực đẩy lý thuyết:
Lực đẩy lý thuyết là lực phải thắng được trọng lượng xe khuơn. Dựa vào phần mềm AutoDesk Inventor sau khi đã vẽ 3D mơ hình cụm xe khuơn ta cĩ thể xác định được khối lượng của cụm xe khuơn như hình sau:
Hình 3.13. Khối lượng xe khuơn Khối lượng xe mang khuơn 270 (kg)
Từ đĩ ta cĩ P = 270x10= 2700(N)
Lực đẩy lý thuyết phải thắng được trọng lượng của xe mang khuơn nên ta cĩ > P
52
Từ đĩ ta chọn : = 4500 (N) Tiết diện bề mặt làm việc của piston là :
2 6,3 3,1416. 31,2 4 A ( ) =3120( )
Để xylanh cĩ thể đẩy được xe khuơn thì lực đẩy cần lớn hơn trong lượng xe. Nên ta cĩ thể tính áp suất tối thiểu cần cung cấp cho xylanh khí nén là:
p = Với = Flt.k = 4500.0,01 = 45(N) (k=0,01 hệ số ma sát lăn) Áp suất cần thiết : 45 2 p 14423(N / m ) 0,00312 =0,145 bar
Tiết diện bề mặt làm việc của piston phía cĩ cần là: = π.( - )/4
=3,1416.( - )/4 = 28,03 ( )
Lực ma sát : = (3÷20%) ta chọn = 20% = 0,2.4500 = 900 (N) Từ đĩ ta tính được:
Lực đẩy thực tế của hành trình tới (thuận): = A.P – = 4500 – 500 = 3600(N)
- Lực đẩy lý thực tế của hành trình về (ngược):
= A’.P – = 0,00283.12,82. –900 = 3182 (N)
Kết luận: Lực đẩy thực tế ở cả hành trình thuận và hành trình ngược đều đảm bảo lớn hơn trọng lực P nên cĩ thể làm việc dễ dàng.
b) Chọn máy nén khí
Áp suất và lưu lượng khơng khí cung cấp là những tiêu chuẩn chính để chọn máy nén khí. Máy nén khí cĩ thể phân theo các loại như sau:
53
- Máy thể tích: khơng khí được dẫn vào buồng chứa, ở đĩ thể tích của buồng chứa sẽ thay đổi. Như vậy theo định luật Boyle - Mariotte áp suất trong buồng chứa thay đổi theo, ví dụ : như máy nén khí kiểu Piston, bánh răng, cánh gạt.
- Máy động năng: khơng khí được dẫn vào buồng chứa, ở đĩ áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra khí nén với lưu lượng và cơng suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lí này, ví dụ : như máy nén kiểu li tâm.
Chọn máy nén khí kiểu piston nhiều cấp với nguyên lý làm việc như sau:
Hình 3.14. Cấu tạo máy nén khí
Khơng khí sau khi qua bộ phận lọc khí (1) được nén ở thân máy nén khí (2), sau đĩ khí nén được đẩy vào bình chứa trung gian (3). Sau khi được làm mát ở bộ phận làm mát (4), khí nén vào bình chứa khí nén (5).Bình chứa khí nén (5).Van điện từ (6) làm thơng khí bằng ống dẫn nằm ở giữa thân máy nén khí (2) và van một chiều gắn trước bình chứa khí nén (5), sau khi áp suất trong bình
54
chứa (5) đã đạt mức quy định. Truyền động cho thân máy nén khí (2)là truyền động đai (7) từ động cơ điện (8) với quạt giĩ (9).Quạt giĩ (9) cùng với bánh đai truyền (10) cĩ tác dụng như là bộ phận tạo ra luồng khơng khí làm mát. Động cơ điện (8) và thân máy nén khí (2) được đặt trên khung giảm chấn (11), giàn khung (12) cùng với bộ phận giảm chấn (13). Độ căng của đai truyền được điều chỉnh bằng bộ phận (14). Cơng tắc tự chọn (15) cĩ thể thực hiện được 2 chức năng điều khiển ngừng hoạt động khi đạt được phạm vi của áp suất yêu cầu và ngừng hoạt động khi chạy khơng tải.Trường hợp ngừng hoạt động khi đạt được phạm vi áp suất yêu cầu bằng rơ le áp suất (16), trong đĩ phạm vi áp suất yêu cầu.
Ưu nhược điểm của máy nén khí kiểu Piston Ưu điểm:
Kết cấu gọn, trọng lượng máy nhỏ, chiếm diện tích lắp đặt khơng lớn, tiện lợi khi tháo lắp các cụm chi tiết, cĩ thể tạo ra áp suất lớn từ 2-1000 kg/cm2 và cĩ thể lớn hơn nữa. Do vậy máy nén khí kiểu piston trong thực tế sử dụng rộng rãi.
Nhược điểm:
Do cĩ các khối lượng tịnh tiến qua lại nên máy nén khí piston hoạt động khơng cân bằng, làm việc cịn khá ồn và rung động.
Khí nén cung cấp khơng được liên tục, do đĩ phải cĩ bình chứa khí nén đi kèm.
Căn cứ vào các đặc điểm trên ta chọn mua loại máy cĩ kí hiệu: Fusheng HVA-65
55
Bảng 3.2
Loại máy Máy nén khí kiểu piston
Hãng sản xuất Fusheng
Chức năng Nén khí
Cơng suất máy(w) 750 lưu lượng khí nén( 154 Áp suất khí (bar) 7
Kích thước (mm) 300x910 Trọng lượng (kg) 60
Xuất xứ Đài Loan
Giá bán(VND)ngày 19/05/10 6.500.000
c) Chọn các thiết bị xử lý khí nén
+) Bộ lọc:Làm nhiệm vụ loại trừ tất cả các phần tử tạp chất và ngưng tụ hơi nước. Khơng khí được nén vào trong bình chứa, qua cửa xoắn phát sinh ra một chuyển động xoắn và lực ly tâm cĩ tác dụng làm lắng các phần tử nhỏ chất lỏng, chất rắn. Các tạp chất được thải ra ở đáy bình chứa và cần phải được xả ra khỏi bình trước khi đạt tới mức cao nhất (nhìn vạch chỉ thị trên bình chứa). Những phần tử rắn cĩ kích thước lớn hơn lỗ lọc sẽ bị giữ lại, chúng gây nguy cơ lấp kín vịng lưới lọc làm cản trở quá trình lọc, cho nên cần làm sạch hay thay vịng lưới lọc theo định kỳ. Kích thước lỗ lọc thường trong khoảng từ 30 đến 70 micromet, đặc biệt cĩ thể đạt 0,01 micromet. Khi lượng nước ngưng tụ đến vạch mức giới hạn thì thải ra bằng vít hoặc xả tự động.
56
Hình 3.15. Các loại bộ lọc
Tra theo Catalog của hãng NTSC (Trung Quốc) ta chọn loại bộ lọc cĩ ký hiệu: TC 4010-03
+)Bộ điều chỉnh áp suất: Bộ điều chỉnh áp suất dùng để duy trì áp suất làm việc (áp suất thứ cấp) ở một giá trị khơng đổi khi cĩ sự thay đổi áp suất trong mạng phân phối (áp suất sơ cấp) hoặc nơi làm việc, áp suất sơ cấp phải luơn luơn cao hơn áp suất thứ cấp, áp suất được giữ ổn định bởi màng, màng này bị tác động ở một phía bởi áp suất thứ cấp, phía kia bởi lị xo (2). Lực lị xo cĩ thể điều chỉnh được nhờ vít chỉnh. Khi áp suất sơ cấp tăng thì con trượt (6) đi xuống làm giảm tiết diện dịng khí, nhờ đĩ giữ cho áp suất thứ cấp vẫn khơng đổi. Khi áp suất sơ cấp giảm, lị xo đẩy con trượt đi lên làm tăng tiết diện dịng khí, kết quả là áp suất thứ cấp vẫn khơng đổi. Nếu như áp suất phía thứ cấp tăng mạnh, màng sẽ bị nén mạnh ngược với lực lị xo, bộ phận chính giữa của màng hình thành lối đi qua và khí nén cĩ thể thốt qua ở 2 lỗ bên dưới.
+) Chọn các phần tử điều khiển khí nén
Các phần tử điều khiển gồm các van phân phối và van tiết lưu. Chọn theo catalog cua hãng NTSC ta chọn loại van phân phối cĩ ký hiệu là: TG2531- 10 cĩ cấu tạo như hình sau:
57
Hình 3.16.Các loại van phân phối
3.4. Tính tốn, thiết kế kiểm nghiệm phần khung thân
3.4.1. Thiết kế khung thân theo phương pháp hàn 3.4.2. Chuẩn bị phơi trước khi hàn 3.4.2. Chuẩn bị phơi trước khi hàn
Tuỳ theo kiểu lắp ghép giữa các chi tiết với nhau mà ta cần chuẩn bị phơi khác nhau sao cho mối hàn các mối hàn đảm bảo được sự chắc chắn đồng thời cũng đảm bảo được thẩm mỹ cho chi tiết sau khi hàn. Trong phần khung máy ép do em thiết kế chủ yếu là các mối hàn liên kết chữ T nên ta cĩ các cách hàn như hình vẽ dưới đây: s s 1 k g (a) (b) b m c k g s s s m m b (c) Hình 3.17. Mối hàn chữ T
58
Các trị số trên hình vẽ đều được tra trong bảng của “Sổ tay hàn”.
3.4.3. Một số cơng nghệ hàn hiện nay
Thực chất hàn là phương pháp cơng nghệ nối hai hay nhiều phần tử thành một liên kết vững chắc khơng tháo rời. Việc nối này được thực hiện bằng nguồn nhiệt (hoặc nhiệt và áp lực) để nung chỗ nối đến trạng thái hàn (trạng thái lỏng hoặc dẻo). Sau đĩ kim loại kết tinh (ứng với trạng thái lỏng) hoặc dùng áp lực ép (ứng với trạng thái dẻo) để các phần tử liên kết với nhau cho ta mối hàn.
Hiện nay hàn được chia thành 2 nhĩm chính đĩ là: hàn nĩng chảy và hàn áp lực. Trong hai nhĩm này lại được phân ra thành rất nhiều loại khác nhau ta cĩ thể điểm qua một số kiểu hàn như sau:
- Hàn đắp: Là phủ lên trên lớp bề mặt của chi tiết một lớp kim loại.
- Hàn chảy: Là phương pháp hàn mà trạng thái chỗ hàn kim loại được làm chảy để nối các phần tử liên kết.
- Hàn hồ quang bằng que hàn: Là sử dụng nhiệt hồ quang để làm chảy kim loại phụ (điện cực nĩng chảy – que hàn) và mép hàn kim loại cơ bản.
- Hàn hồ quang điện cực khơng nĩng chảy: Là phương pháp hàn hồ quang, nhưng điện cực là loại khơng nĩng chảy (như điện cực vonfram). Điện cực này dùng để gây hồ quang và duy trì sự cháy của hồ quang trong quá trình hàn.
- Hàn hồ quang trong mơi trường khí bảo vệ: Là phương pháp hàn hồ quang mà hồ quang cháy trong vùng khí bảo vệ (như khí argon) được đưa vào hồ quang nhìn thấy. Trong loại hàn này cĩ kiểu hàn TIG, MIG, MAG.
3.4.4. Kết cấu khung thân
Kết cấu chung: Khung thân máy gồm cĩ bệ máy ngang, bệ máy đứng, các tấm đỡ.Chúng được chế tạo bằng cách hàn và bắt ốc từ các tấm thép.Sau khi chế tạo xong chúng được kiểm nghiệm bền.
Các chi tiết trước khi hàn đảm bảo khơng bị cong, vênh, được làm sạch, làm vát mối hàn và gá hàn theo tiêu chuẩn AASHTO. Mối hàn phải đạt các tiêu chuẩn về hàn kết cấu dầm chịu lực đồng thời cũng phải đạt các yêu cầu về mặt
59
thẩm mỹ, các mối hàn 10 và phải đảm bảo khơng bị rỗ xỉ và khí bên trong mối hàn, sau khi hàn phải kiểm tra bằng siêu âm để kịp thời phát hiện khuyết tật để xử lý. Sau khi hàn xong phải nắn phẳng, để ngồi trời để ổn định tổ chức tế vi, sau đĩ gia cơng tinh các bề mặt lắp ghép.
Mơ hình 3D tổng thể phần khung thân được mơ phỏng bằng phần mền AutoDesk Inventer như sau:
Hình 3.18. Khung thân máy
3.4.5. Bệ máy nằm ngang
Phần bệ máy nằm ngang được chế tạo từ các tấm thép CT3, độ dày là 10 và được hàn lại với nhau.Gồm các tâm thép được hàn với các tấm đế tạo thành khung bệ máy.
60
61
3.4.6. Thân máy đứng
Hình 3.20. Mơ hình 3D thân máy đứng
Thân máy đứng gồm 2 tấm đứng sau khi được gia cơng tạo hình rồi được hàn lại với các vách máy cùng với gân tăng cứng.
62
3.4.7. Kiểm nghiệm độ bền mối hàn chịu lực
Ta tiến hành kiểm nghiệm độ bền mối hàn giữa bệ đỡ xe khuơn và khung máy.Xe khuơn chạy trên các thanh ray và các thanh ray được đỡ bởi các gối đỡ.Các gối đỡ được hàn gắn vào khung máy như hình sau:
63
Số lượng gối đỡ thanh ray là 8 cái được hàn vào thân máy và cĩ nhiệm vụ đỡ xe khuơn.Ta tiến hành kiểm tra độ bền của mối hàn các gối đỡ.Coi gối đỡ là dầm với sơ đồ đặt lực như sau:
Các gối đỡ sẽ chịu lực P chính là tải trọng của xe khuơn.Tổng trọng lượng của 2 xe khuơn tính được như sau:
= 270x2=540 (kg) lấy ≈ 600(kg) (tính cả khối lượng các thanh ray) Mà chúng ta cĩ 8 gối đỡ như vậy 1 gối đỡ sẽ chịu lực P trung bình là: P = 600/8 = 75(kg) = 750 (N)
Lực P sẽ gây ra mơnen uốn M và làm xuất hiện ứng suất tiếp trên mặt cắt nguy hiểm: ' ' x M w
Trong đĩ: τ : Ứng suất tiếp trên mặt cắt nguy hiểm. M:mơmen uốn do ngoại lực gây ra. '
X
w :momen chống uốn tính tốn của chu vi đường hàn. '
:Ứng suất cho phép của mối hàn tra theo vật liệu hàn. Ta cĩ : ' ' X X max J w y ; ' X . X J J
64
Với Jx là momen quán tính của chu vi đường hàn. :hệ số liên quan đến phương pháp hàn. Theo sách tài liệu kết cấu hàn ta cĩ cơng thức tính Jx như sau: 2 3 3 x 2K h 2K h K K h J 2Kb 2 2 12 12
Các kích thước K,b,h được xác định từ mặt cắt mối hàn như sau:
K là cạnh mối hàn gĩc K= 6mm Từ đĩ ta tính được :JxJx12Jx2 Với : 2 3 3 x1 2.0,6. 6 2.0,6 6 0,6 0,6.6 2.0,6.1. 2. J 2 12 12 =50,61 )
65 2 3 3 x 2 2.0,6. 3 2.0,6 3 0,6 0,6.3 2.0,6.1. 2. J 2 12 12 =11,41 ) 2 JxJx1 Jx2 = 50,61+2.11,41 = 73,42 )
Do ta chon phương pháp hàn bán tự động trong mơi trường khí hoạt tính nên ta cĩ β=0,8.Từ đĩ ta tính được: