Từ yêu cầu thực tế nhóm nghiên cứu đã khảo sát, phân tích thao tác thủ công từ đó lựa chọn ra cơ cấu phù hợp để tiến hành cải tiến máy. Sau khi chọn được phương án, kết cấu phù hợp nhóm sử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng, tính toán độ bền của các cơ cấu.
Máy cắt thép la.
Cụm cơ cấu đỡ thép la (1), Dao cắt (2), Cụm cơ cấu tăng áp thủy lực (3), Khung máy (4).
Hình 3.1: Máy cắt thép la.
1 2
3 4
19 Nhiệm vụ của từng cụm cơ cấu :
- Cơ cấu định vị thép la: Cố định thanh thép la. - Cơ cấu cắt: cắt đứt thép la.
- Cơ cấu tăng áp thủy lực: Gồm thùng chứa dầu thủy lực, bơm tăng và van. Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
- Máy cắt hoạt động là do sự kết hợp giữa dao cắt trên và gối đỡ bên dưới, dưới tác động của truyền động thủy lực dao cắt trên sẽ cắt một lực từ trên xuống làm đứt thép la.
- Các bước thực hiện: Đặt thép la vào vị trí định vị, máy có hai chế độ cắt nên sau khi bỏ thép la vào vị trí định vị và nhấn gạt công tắc sang chế độ cắt độc lập và nhấn nút lên xuống để cắt. Nếu muốn chuyển sang chế độ bán tự động thì ta gạt công tắc qua chế độ đó và tiến hành nhấn nút để cắt, sau khi nhấn nút thì xi lanh thủy lực đi ra cắt đứt thép la và gặp công tắc hành trình thì nó trở về vị trí ban đầu và cứ thế lặp lại quy trình cắt đứt.
3.3. Tính toán và thiết kế cơ khí.
3.3.1. Tính toán trọng lực, công suất, số vòng quay, lưu lượng. a)Trọng lực cắt khi chưa có góc vát . a)Trọng lực cắt khi chưa có góc vát .
- Trọng lực cắt = = 300.3. 310
1000 = 279 (KN)
Hình 3.2: Công thức tính chu vi.
𝐶ℎ𝑢 𝑣𝑖 𝑐ắ𝑡 (𝑚𝑚). độ 𝑑ầ𝑦 𝑡ấ𝑚 𝑝ℎô𝑖(𝑚𝑚). 𝑝ℎả𝑛 𝑙ự𝑐 𝑘ℎ𝑖 𝑐ắ𝑡(𝑁/𝑚𝑚) 1000
20
b)Trọng lực cắt khi có góc vát.
Trọng lực cắt khi có thêm góc vát = trọng lực cắt nhân với chỉ số góc vát Trường hợp vật liệu cắt mỏng hơn chiều cao của góc vát chỉ số góc vát = 0,5 Trường hợp vật liệu dày hơn chiều cao góc vát chỉ số góc vát:
= 1 - 0,5 x
Hình 3.3: Góc vát tại lưỡi dao.
Trọng lực cắt khi có thêm góc vát = 279.0.5= 139,5 (KN)
Khi có thêm góc vát thì trọng lực cắt sẽ giảm đi rất nhiều so với trọng lực cắt ban đầu.
Giảm tiếng ồn.
Tăng tuổi thọ và độ bền của dao cắt.
c) Công thức tính vòng quay: n = 60 x 𝑓 n = 60 x 𝑓 𝑝 - Trong đó: + n: là số vòng quay(v/ph). + f: là tần số(Hz). + p: là số cặp cực.
Chọn số cực là 2 bởi vì: loại 2 cực (2 Poles) thường được dùng cho các loại bơm/quạt cần lưu lượng lớn trong khi cột áp không cao. Loại 4 cực (4 Poles) là
Chiều cao góc vát độ dày phôi
21
loại phổ biến nhất được dùng trong đa số ứng dụng. Loại 6 cực (6 Poles) thì hay gặp trong các ứng dụng đòi hỏi moment lớn và tốc độ thấp như máy nghiền, máy băm, ...
Vì vậy số vòng quay: n = 60 . 𝑓
𝑝= 60 . 50
2 = 1500(v/ph). Sử dụng bơm piston 53 cc/v.
d) Công thức tính lưu lượng của bơm là: Q=qv.n/1000
- Q: Là lưu lượng của bơm (lít/ph). - qv: Là lưu lượng riêng của bơm (cc/v).
- n: Là số vòng quay của động cơ kéo bơm (v/ph). - Q = (53 x 1450)/1000 = 76.85 lít/phút
Hiệu suất 77% (100/77).
e) Tính công suất bộ nguồn của cầu nâng thủy lực:
+ Áp suất : 30 bar
- Công suất của máy bơm tính theo công thức : N= p.𝑄𝑣 trong đó : N (W), p (bar), 𝑄𝑣 (l/ph)
N= 30.76,85 = 2305 (W)= 2,3 KW
- Theo dải công suất tiêu chuẩn động cơ điện 1 pha, chúng ta có 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 11; 15; 18,5; 22, 30; 37; 45; 55; 75; 90 kW.
- Vậy bắt buộc chúng ta phải chọn loại 3,0 Kw để thỏa mãn.
3.3.2. Tính toán xilanh lực truyền. 3.3.2.1.Diện tích A và lực. 3.3.2.1.Diện tích A và lực.
- Chọn đường kính pittong là D= 8cm d= 5cm áp suất là 30 bar
(1) Hình 3.4: Hình xilanh (1). Tính diện tích pittong A= 𝜋.𝑑 2 4 .10−2= 𝜋.50 2 4 .10−2 = 19𝑐𝑚2
22 - Trong đó :
+ d đường kính pittong (mm) + A là diện tích pittong (𝑐𝑚2)
Khối lượng thép la lớn nhất m = 15kg. Áp xuất P = 30bar = 3000000Pa. Vận tốc xi lanh v = 0.03m/s. Vận tốc ban đầu u = 0m/s2. Hành trình xi lanh s = 250mm = 0,25m. Gia tốc trọng trường g = 9.81m/s2. Gia tốc: v2 = u2 + 2as (0,03)2 = 0 + 2.a.0,25 0,0009 = 0,5.a a = 0,0018m/s2 Lực gia tốc: Fa = m.a = 15.0,45 = 6,75N
Lực do gia tốc trọng trường gây nên: Fg = m.g Fg = 7.5.9,81 Fg = 75,57N
Lực 𝐹𝑡 =p.A = 30.19=570 KN - Trong đó:
+ p là áp suất (bar)
+ A là diện tích pittong (𝑐𝑚2)
Như vậy pittong bắt đầu di chuyển được , khi 𝐹𝑡> Fg+ Fa - Trong đó :
+ Fg là trọng lực + Fa là lực gia tốc
3.3.2.2 Quan hệ giữa lưu lượng Q , vận tốc v và diện tích A.
Xilanh 3s di chuyển được 10cm => v= S/T = 0,1/0,05= 2 (m/phút) - Trong đó :
23 + S là quãng đường di chuyển (m). + T là thời gian (phút). (2) Hình 3.5: Hình xilanh (2) Q=A.v = 19.0,2= 38 (l/phút) - Trong đó: + Q là lưu lượng (l/phút). + A là diện tích pittong (𝑐𝑚2). + v là vận tốc (m/phút).
3.3.2. Thiết kế cơ khí.
3.3.2.1. Cụm cơ cấu đỡ thép la.
Với yêu cầu kỹ thuật để chống lại sự biến dạng do lực tác dụng vào bề mặt gối đỡ. Thép đã sử dụng là thép làm khuôn D2 bởi vì “Thép D2’’ là loại thép có độ bền kéo rất tốt, có khả năng chống mài mòn cao, độ thấm tôi tuyệt vời, có sự cân bằng giữa độ cứng và độ dẻo. Thép D2 là loại thép có độ cứng đạt 58-60 HRC sau khi nhiệt luyện. Với những đặc điểm nêu trên, thép D2 nâng cao hiệu suất và kéo dài tuổi thọ cho sản phẩm.
Một số ứng dụng phổ biến của thép D2: Làm dao chấn tôn. Trục cán hình. Dao bẻ đai. Dao xả băng. Con lăn cán thép.
24
Hình 3.6: Cơ cấu đỡ la. 3.3.3.2. Dao cắt.
- Với đặc tính độ bền cao, chịu lực tốt, có khả năng uốn cong linh hoạt. Ngoài ra thép la còn ứng dụng nhiều trong lĩnh vực khác như: Đóng tàu, cơ khí, chế tạo máy, nội thất.
- Thép la có một đặc điểm chính là khả năng chịu lực tuyệt vời với độ bền kéo đứt lên tới 310 N/mm2, giới hạn chảy lên tới 210 N/mm2 và độ dãn tương đối đạt mức 32%, cùng với đó là khả năng uốn linh hoạt.
- Thép la được mạ phủ kẽm bên ngoài giúp khả năng chống mài mòn, không lo bị oxy hóa, rỉ sét, trước các tác nhân của bên ngoài. Với ưu điểm này giúp cho thép có tuổi thọ cao và bền bỉ.
Hình 3.7: Thép la.
Với những đặc điểm chính của thép la thì chúng ta sữ lựa chọn thép làm dao với độ cứng cao.
25
Vì vậy sau khi tham khảo thì nhóm em đựa ra lựa chọn là thép D2 với những ưu điểm tuyệt vời và sử dụng rất phổ biến để làm khuôn dập nguội, dao cắt, chi tiết chịu va đập,... Bởi các đặc điểm sau:
Giúp nâng cao hiệu quả và kéo dài tuổi thọ.
Bề mặt gia công cắt gọt mịn và đẹp hơn, chịu mài mòn cao. Độ thấm tôi tốt và ứng suất tôi là thấp nhất.
Độ cứng của thép D2 không bị biến dạng.
Khả năng nhiệt luyện giúp độ cứng thép D2 đạt từ 58HCR-60HCR. Đây là độ cứng tuyệt với để làm dao.
Hình 3.8: Thép D2
Chọn góc dao cắt.
Góc vát tại lưỡi dao là bộ phận quan trọng với tất cả các loại dao. Đối với mỗi loại dao và công dụng của nó thì góc dao sẽ đem lại các tác dụng khác nhau.
Với sự tác động va đạp liên tục thì việc tính toán góc dao và lựa chọn là vô cùng quan trọng đối với một con dao làm việc hiệu quả.
Tiêu chuẩn để lựa chọn chọn góc dao :
Đây là loại góc vát tại lưỡi dao phổ biến nhất.
Góc tiêu chuẩn cho góc vát tại lưỡi dao là 2º hoặc 5º(theo tiêu chuẩn của công ty conic Nhật Bản).
26
Hình 3.9: Dao cắt..
3.3.3.3. Cụm cơ cấu tăng áp thủy lực.
Hình 3.10: Bộ thủy lực.
Bộ thủy lực gồm: Bình chứa dầu. Đồng hồ đo áp. Van điều khiển.
27 Động cơ điện.
3.4. Thiết kế phần điều khiển. 3.4.1. Lựa chọn phương án. 3.4.1. Lựa chọn phương án.
- Với hệ thống đơn giản chỉ yêu cầu xi lanh thủy lực chỉ thực hiện co duỗi, nhóm đã lựa chọn phương pháp điều khiển Relay và công tắc hành trình.
- Để đảm bảo độ tin cậy hệ thống và hoạt động ổn định trong môi trường học tập hệ thống điều khiển sử dụng các relay của Omron.
3.4.2. Công tắc hành trình.
Hình 3.11: Sơ đồ kết nối công tắc hành trình.
Nguyên lý hoạt động công tắc hành trình là: Ở điều kiện bình thường, tiếp điểm giữa chân COM và chân NC được đấu với nhau. Khi có lực tác động lên cần tác động, tiếp điểm giữa chân COM và chân NC sẽ chuyển sang trạng thái hở và chuyển qua chân COM và chân NO.
Ưu điểm của công tắc hành trình.
- Có thể sử dụng ở trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp.
- Đáp ứng tốt các điều kiện đòi hỏi độ chính xác cao và có tính lặp lại. - Tiêu thụ năng lượng điện ít.
- Có thể điều khiển nhiều tải cùng lúc. Nhược điểm của công tắc hành trình.
28 - Phải tiếp xúc trực tiếp với loại thiết bị.
- Do phải tiếp xúc với nhiều loại thiết bị nên làm các bộ phận cơ khí bị mòn.
3.4.3. Relay trung gian
Hình 3.12: Sơ đồ kết nối relay trung gian.
Thông số kỹ thuật của Relay trung gian ECNKO HH64P:
- Dòng đóng cắt trên 1 tiếp điểm: 10A/220VAC – 10A/28VDC. - Bộ sản phẩm gồm: relay 14 chân dẹp + đế ra 14 chân.
- Số chân: 14 chân.
- Số cặp tiếp điểm: 4 cặp NC (thường đóng), 4 CẶP NO (thường mở). - Tiếp điểm: Silver alloy.
- Số lần đóng cắt: 100.000 lần.
- Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay.
Chức năng
- Trong sơ đồ điều khiển, relay trung gian thông thường được lắp đặt ở vị trí trung gian. Nó nằm giữa những thiết bị điều khiển công suất nhỏ và những thiết bị có công suất lớn hơn. làm cầu nối giữa module điều khiển và các thiết bị đóng cắt động lực.
29
- Relay kiếng, Relay trung gian thường được sử dụng chịu tải trung gian cho các cảm biến, làm các mạch tự giữ, on off, với thiết kế có nhiều tiếp điểm nhờ đó mà ta có thể chỉ cần sử dụng một tín hiệu có thể điều khiển được nhiểu thiết bị cùng một lúc.
- Relay kiếng, Relay trung gian cũng là thiết bị bảo vệ cho các thiết bị báo mức on off, thay vì sủ dụng ngõ ra các cảm biến để kích van hay đèn… thì thông qua relay trung gian nó sẽ giúp cảm biến được cách ly hoàn toàn, nếu có sự cố quá tải thì chỉ hư các tiếp điểm relay trung gian.
3.4.4. Van 5/3.
- Việc sử dụng các Van 5/3 thủy lực nhằm đáp ứng đòi hỏi hệ thống khi đang hoạt động dừng khẩn cấp cơ cấu cắt hoặc trong quá trình hoạt động bị mất điện sau khi khởi động lại vẫn không ảnh hưởng đến chu trình hoạt động và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
- Quy trình điều khiển được kiểm soát bằng các tín hiệu công tắc hành trình. Các công tác hành trình lần lượt xác nhận vị trí của lưỡi cắt khi xi lanh co, duỗi khi đó máy mới điều khiển.
- Các tác động xi lanh được thực hiện bằng thủy lực. Việc sử dụng thủy lực nhằm đảm bảo lực tác động mạnh. Áp lực dầu thủy lực đủ để các xi lanh vận hành dứt khoát. Van 5/3 sử dụng là loại 220VAC.
30 Chức năng và nguyên lý van thủy lực
- Chức năng: các loại van thủy lực đều thực hiện chức năng điều khiển chất lỏng và dầu bên trong hệ thống thủy lực hướng tới một mục đích nhất định.
- Nguyên lý van thủy lực: dựa trên việc cho dòng chảy đi qua hoặc không đi qua. Mỗi loại van thủy lực sẽ cho nó đi qua một cách khác nhau, dầu thủy lực sẽ được đưa từ bồn chứa đến bộ phận cần để tạo lực nén sinh công cho hoạt động của máy.
- Van thủy lực sẽ đảm bảo 3 chức năng chính: + Đóng mở cho dầu đi qua hoặc không.
+ Điều tiết lưu lượng dầu ra theo ý muốn, theo lượng và tỷ lệ đặt trước. + Phân chia, điều hướng dòng chảy của dầu.
3.4.5. Sơ đồ thiết kế phần cứng
- Sơ đồ kết nối phần cứng của hệ thống:
Hình 3.14: Sơ đồ khối biểu diễn mối quan hệ các thiết bị trong hệ thống.
- Sơ đồ kết nối thủy lực điều khiển xi-lanh:
31 - Sơ đồ kết nối mạch động lực.
Hình 3.16: Sơ đồ kết nối mạch động lực.
- Sơ đồ điều khiển:
32
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP 4.1.Tính mới và tính sáng tạo.
- Máy cắt được nghiên cứu, thiết kế và chế tạo dựa theo mục đích sử dụng tại phòng I311 Hàn nguội.
- Tính ổn định cao, làm việc không biết mệt mỏi, tăng tính an toàn trong học tập.
4.2. Khả năng áp dụng.
- Sau khi chế tạo và đưa vào sử dụng, máy hoạt động ổn định trong suốt quá trình làm việc, giảm ồn, loại bỏ khả năng cháy, giảm nguy cơ vỡ lưỡi khi cắt...
- Phôi sau khi cắt không bavia.
Hình 4.1: Phôi sau khi cắt.
4.3. Hiệu quả kinh tế.
- Tạo ra phôi chất lượng, không có bavia, không có phần kim loại bị loại bỏ trong quá trình cắt.
- Thép la sau khi chấn độ chính xác cao hơn cắt máy. - Thời gian hoàn thành 3-5s/1 sản phẩm.
- Hệ thống thực hiện chấn thép la có chiều dài kích thước khác nhau. - Hệ thống bán tự động.
33
Hình 4.2: Máy chấn được ứng dụng vào quá trình học tập.
4.4. Hiệu quả kỹ thuật.
- Máy sau khi hoàn thành đã tiến hành thử nghiệm và đánh giá trên nhiều loại kích thước chiều dài thép la khác nhau.
- Đánh giá chất lượng sản phẩm giữa vào các tiêu chí như: cắt không bắn phôi, không có bavia, phôi cắt ra đồng đều.
Hình 4.3: Cắt bẳng máy dùng lưỡi cắt. Hình 4.4: Cắt bằng máy chấn.
- Dựa vào Hình 4.4, cho thấy phôi chấn bằng máy chấn không có bavia dư ra. Hơn nữa sản phẩm sau khi chấn không phụ thuộc vào kỹ năng, tâm trạng, sức khoẻ và thể chất của người thao tác.
34
4.5. Ưu nhược điểm của các cơ cấu 4.5.1. Cơ cấu gối đỡ 4.5.1. Cơ cấu gối đỡ
Ưu điểm :
- Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo hoặc lựa chọn mua. - Dễ thay đổi khi bị hư hỏng.
Nhược điểm:
- Cấp phôi vào hơi khó khăn.
- Cần giữ và lực đẩy của người điều khiển.
4.5.2 Cơ cấu xilanh