Lý thuyết bền

CHƢƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.2 Cơ sở lý thuyết

3.2.6 Lý thuyết bền

a. Khái niệm

 Khi kiểm tra độ bền thanh chịu kéo, nén đúng tâm (trạngthái ứng suất đơn chỉ có

z ), ta có các điều kiện sau: max 1   k ; min  3   n

 Nếu muốn kiểm tra bền một điểm ở trạng thái ứng suất phức tạp (phẳng, khối) có cả 1 , 2 , 3 ta cũng phải có những kết quả thí nghiệm phá hoại mẫu thử ở trạng thái ứng suất tƣơng tự. Những thí nghiệm nhƣ thế khó thực hiện vì:

+ Số thí nghiệm phải nhiều mới đáp ứng đƣợc tỷ lệ giữa các ứng suất chính + Trình độ kỹ thuật chƣa cho phép (thí nghiệm nhƣ kéo theo 3 phƣơng).

Vì những nguyên nhân trên, nên khi kiểm tra ở những điểm có trạng thái ứng suất phức tạp ngƣời ta khơng thể dựa vào kết quả thí nghiệm trực tiếp mà phải đặt ra các giả thuyết về nguyên nhân phá hoại của vật liệu và dùng để đánh giá độ bền của mọi trạng thái ứng suất trong khi chỉ biết độ bền của vật liệu ở trạng thái ứng suất đơn (thí nghiệm kéo, nén).

18

b. Các thuyết bền cơ bản:

Thuyết bền ứng suất pháp cực đại (TB 1)

Nội dung thuyết bền: “Nguyên nhân vật liệu bị phá hoại là do ứng suất pháp cực đại của phân tố ở TTƢS phức tạp đạt đến ứng suất nguy hiểm của phân tố ở trạng thái ứng suất đơn.”

Gọi ok , on : là ứng suất nguy hiểm khi kéo, nén (Trạng thái ứng suất đơn ) n : là hệ số an tồn

Ta có cơng thức kiểm tra bền: ok  k

t  n  

 1 1

on  n

t    n  

1 3

Thuyết bền biến dạng dài tƣơng đối cực đại (TB 2)

Nội dung thuyết bền: “Nguyên nhân vật liệu bị phá hoại là do biến dạng dài tƣơng đối cực đại của phân tố ở trạng thái ứng suất phức tạp đạt đến biến dạng dài tƣơng đối ở trạng thái nguy hiểm của phân tố ở trạng thái ứng suất đơn.”

Ta có cơng thức kiểm tra bền :   ok  k

t      n  

 2 1 2 3

Khi biến dạng co ngắn :   on  n

t      n  

 2 3 1 2

 Ƣu điểm: Có xét đến 3 ứng śt chính.

 Nhƣợc điểm: Qua thí nghiệm thấy chỉ phù hợp với vật liệu giịn, khơng thích hợp với vật liệu dẻo.

Thuyết bền ứng suất tiếp cực đại (TB 3)

Nội dung thuyết bền: “Nguyên nhân vật liệu bị phá hoại là do ứng suất tiếp cực đại của phân tố ở TTƢS phức tạp đạt đến ứng suất tiếp nguy hiểm của phân tố ở trạng thái ứng suất đơn.

Gọi: maxlà ứng suất tiếp cực đại ở trạng thái ứng suất phức tạp (khối).

o

 ứng suất tiếp nguy hiểm khi kéo theo 1 phƣơng (trạng thái ứng suất đơn). n : là hệ số an toàn .

Ta có cơng thức: ok  k

t    n  

 3 1 3

− Ƣu điểm: Qua thực nghiệm thấy phù hợp với vật liệu dẻo

19

Thuyết bền thế năng biến đổi hình dáng cực đại (TB 4)

Nội dung thuyết bền: “Nguyên nhân vật liệu bị phá hoại là do thế năng biến đổi hình dáng của phân tố ở trạng thái ứng suất phức tạp đạt đến thế năng biến đổi hình dáng của phân tố ở trạng thái ứng śt đơn.”

Ta có cơng thức: t    2 12 23 31   k 3 2 2 2 1 4

 Ƣu điểm: Có tính đến 2. Phù hợp với vật liệu dẻo. Hiện nay áp dụng nhiều trong tính tốn xây dựng và cơ khí.

 Nhƣợc điểm: Không phù hợp với vật liệu giịn. Khơng giải thích đƣợc trƣờng hợp kéo theo 3 phƣơng với cùng giá trị ứng suất

Thuyết bền về các trạng thái ứng suất giới hạn ( TB Mor hay TB 5 )

Ta có cơng thức: 3  k on ok 1 5 t         

Trong đó: 1, 3 là ứng śt chính của phân tố ở trạng thái ứng suất phức tạp. ok,on là các giới hạn nguy hiểm của phân tố ở TTƢS đơn.

Ƣu điểm:

Thuyết bền này áp dụng cho vật liệu giịn (hay vật liệu có giới hạn bền kéo và nén khác nhau) và cả vật liệu dẻo. Thuyết bền này không cần đề ra những giả thuyết mà căn cứ trực tiếp vào các TTƢS khối biểu thị bằng những vịng trịn chính để xét độ bền của vật liệu.

Nhƣợc điểm:

+ Không kể đến ảnh hƣởng của 2 và đơn giản hoá đƣờng cong giới hạn bằng đƣờng thẳng

+ Cơng thức tính t Mor chỉ cho kết quả chính xác khi vịng trịn giới hạn của TTƢS đang xét nằm trong khoảng 2 vòng tròn giới hạn kéo và nén.

3.2.7. Phƣơng pháp lập trình điều khiển trình tự a. Giới thiệu

Trong công nghiệp, hầu hết các dự án điều khiển xảy ra một cách trình tự, khâu xử lý sau chậm hơn khâu xử lý trƣớc một khoảng thời gian xác định. Ví dụ nhƣ q trình chuyển động mới bắt đầu nếu nhƣ một quá trình khác đƣợc kết thúc.

Vấn đề này có thể đƣơc giải quyết bằng điều khiển liên kết , với việc kết nối cứng các điều kiện trong chƣơng trình. Nhƣng ở đây chỉ ra rằng từ một khuôn khổ điều khiển

20

đã biết thì việc giải quyết vấn đề bằngđiều khiển liên kết là rất khó đọc chƣơng trình và viêc tìm lỗi phải mất nhiều thời gian.

Nếu một dự án đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp điều khiển trình tự thì cấu trúc chƣơng trình có thể nhận biết một cách dễ dàng và dự án có thể đƣợc biểu diễn bằng hình ảnh. Điều khiển trình tự giúp cho ngƣời đọc đọc chƣơng trình một cách dễ dàng, chƣơng trình điều khiển đƣợc trình bày theo cấu trúc, ƣu điểm của nó là giúp cho việc lập trình, thay đổi và tìm lỗi các dự án một cách có hiệu quả.

Ƣu điểm của phƣơng pháp điều khiển trình tự là :

 Thiết kế lập trình nhanh và đơn giản

 Cấu trúc chƣơng trình rõ ràng

 Thay đổi dễ dàng trình tự thực hiện

 Nhận biết nhanh chóng các nguyên nhân gây ra lỗi

 Nhiều kiểu hoạt động khác nhau có thể thực hiện đƣợc.

Từ các ƣu điểm này mà trong thực tế rất nhiều bài toán điều khiển đƣợc giải quyết bằng phƣơng pháp điều khiển trình tự. Điều khiển trình tự có thể chia ra làm hai loại:

 Điều khiển trình tự theo thời gian:

Ở điều khiền trình tự theo thời gian thì điều kiện chyển tiếp chỉ phụ thuộc vào thời gian. Các khâu định thời , bộ đếm thời gian…. để tạo ra điều kiện chuyển tiếp.

 Điều khiển trình tự theo quá trình:

Ở điều khiển trình tự theo quá trình thì điều kiện chuyển tiếp phụ thuộc vào các tín hiệu của thiết bị đƣợc điều khiển. Các thông báo về từ các sự kiện của xử lý có thể là vị trí van các bộ giám sát hoạt động, lƣu lƣợng áp suất, nhiệt độ, độ dẫn , độ nhờn… Trong nhiều trƣờng hợp các thông báo về từ việc xử lý phải đƣợc biến đổi thành tín hiệu nhị phân.

Một dạng của điều khiển trình tự phụ thuộc vào quá trình xử lý của điều khiển theo hành trình, điều kiện chuyển tiếp của nó chỉ phụ thuộc vào các tín hiệu hành trình của thiết bị đƣợc điều khiển.

Cấu trúc chung của một chƣơng trình điều khiển

 Đoạn chƣơng trình điều khiển chế độ hoạt động Khởi tạo vị trí cơ bản:

Các thiết bị vật lý đƣợc điều khiển có vị trí cơ bản, ví dụ khi các cơ cấu tác động ở các trạng thái OFF và các công tắc hành trình ở vị trí hở. Tất cả các yếu tố này có thể đƣợc tổ hợp logic với nhau để báo hiệu và khởi tạo vị trí cơ bản, và đƣợc lập trình nhƣ một bƣớc trong chuỗi trình tự.

21

Hầu hết các điều khiển trong cơng nghiệp đều có nút khởi động(Start) và nút dừng (Stop) mà có thể lập trình cho hành vi của chúng. Các nút này đƣợc lập trình bằng các tiếp điểm logic thực hiện khởi động hay dừng toàn bộ hoạt động điều khiển của PLC. Cũng có thể có một cơng tắc bằng tay để cho phép hay không cho phép các ngõ ra, dùng khi kiểm tra chƣơng trình.

 Đoạn chƣơng trình xử lý điều khiển

Bao gồm việc thiết kế và lập trình các điều khiển dùng cơ chế trình tự hay logic tổ hợp, các kết quả của sự tổ hợp logic trên thƣờng khơng trực tiếp kích các cơ cấu chấp hành, mà thông qua các ô nhớ trung gian.

 Đoạn chƣơng trình kích các ngõ ra

Các tín hiệu ngõ ra dùng để kích cơ cấu tác động đƣợc khóa lẫn nhau bởi các ơ nhớ trung gian hình thành từ các đoạn chƣơng trình xử lý điều khiển.

 Đoạn chƣơng trình xuất các chỉ thị , chỉ báo

Các trạng thái của quá trình hoạt động thƣờng đƣợc biểu thị bằng đèn, chuông…. Để ngƣời vận hành máy có các quyết định thích hợp.

Việc lập trình theo cấu trúc nhƣ trên nhằm làm cho chƣơng trình điều khiển có độ tin cậy cao hơn, dễ hiểu hơn, cho phép xác định lỗi nhanh chóng và rút ngắn đƣợc thời gian bảo trì, sửa chữa.

22

CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 4.1 u cầu của hệ thớng: 4.1 Yêu cầu của hệ thống:

Hệ thống vận chuyển đƣợc thiết kế và lắp đặt tại trong môi trƣờng công nghiệp, khi khảo sát đo đạt và trao đối với công ty ta nhận đƣợc những thông số, yêu cầu nhƣ sau:

 Trong một khu vực làm việc gồm có 5 bàn, yêu cầu một hệ thống vận chuyển vật từ bàn 1 qua bàn 2, tƣơng tự bàn 2 qua bàn 3…Vật di chuyển từ bàn 1 qua bàn 2 khi tới giữa hai bàn thì dừng lại, chờ khi nào vật từ bàn 2 đƣợc vận chuyển qua bàn 3 thì mới đƣợc đi tiếp.

 Khoảng cách giữa các bàn làm việc, chiều cao của bàn, khoảng cách từ bàn lên tới hệ thống thanh treo của xƣởng là những thông số đã đo đạt đƣợc.

 Vật cần vận chuyển là bộ dây điện trên xe ô tô đƣợc công ty sản xuất cho các công ty hãng xe lớn nhƣ Toyota, Mazda, Suzuki, Mitsubishi .v.v…

 Do vật là cụm dây điện có hình tua nhiều nhánh khơng có hình dáng khối vng, hộp, trụ thƣờng thấy trong công nghiệp, nên u cầu tính tốn thiết kế cơ cấu giữ vật tối ƣu nhất.

23

 Cụm dây có khối lƣợng từ 10-20kg qua mỗi bàn cho cơng nhân thao tác quấn băng keo, gắn các clip vào cụm dây và kiểm tra dây điện hỏng. Yêu cầu thời gian vận chuyển vật từ bàn này qua bàn kia là 5s.

4.2 Sơ đồ của hệ thống:

Từ những yêu cầu và thơng số đã khảo sát đƣợc ta có sơ đồ của hệ thống nhƣ hình vẽ:

Hình 4.2: Sơ đồ hệ thống

Cụm dây điện đƣợc cơ cấu giữ vật giữ chặt để cụm dây điện khơng bị ảnh hƣởng trong q trình di chuyển từ bàn đầu tiên qua các bàn còn lại. Việc di chuyển qua các bàn đƣợc thực hiện bởi cơ cấu vận chuyển.

Để thuận tiện cho việc di chuyển, tránh cho cụm dây điện không va chạm với các thiết bị có trên bàn thì cơ cấu nâng hạ có nhiệm vụ đƣa cụm dây điện lên một độ cao thích hợp.

24

4.3 Lựa chọn cơ cấu và tính tốn cơ cấu: 4.3.1 Chọn cơ cấu giữ vật:

Cơ cấu giữ vật có nhiệm vụ cố định cụm dây điện trong quá trình vận chuyển, tránh rơi rớt làm hƣ hỏng các chi tiết cũng nhƣ thuận tiện trong viêc di chuyển không ảnh hƣởng đến xung quanh.

Một số thiết bị dùng để giữ vật hiện nay:

 Tay gắp khí nén

 Các loại móc treo

Các thiết bị giữ vật cần phải đảm bảo độ bền và tuổi thọ vì thời gian làm việc liên tục, đảm bảo việc tháo lắp vật nhanh gọn tiện lợi để tiêt kiệm thời gian.Ngoài ra cần tiết kiệm chi phí chế tạo, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.Từ các yếu tố trên nhóm quyết định chọn các loại móc treo để giữ cụm dây điện trong quá trình vận chuyển.

25

4.3.2 Thiết kế móc treo

Kết hợp với yêu cầu là giữ đƣợc bộ dây điện, nhóm đã thiết kế móc treo nhƣ sau:

Hình 4.3: Thiết kế móc treo

Với các đặc điểm:

 Làm bằng mica 5mm nhƣng vẫn đáp ứng đƣợc tải trọng của bộ dây điện (10 – 20kg), chi phí thấp, chế tạo dễ dàng,trọng lƣợng nhẹ thuận tiện cho việc vận chuyển.

 Phần đầu móc đƣợc thiết kế nhƣ vậy dễ dàng cho việc tháo lắp cụm dây điện.

 Phần bụng đƣợc thiết kế ôm vào hai bên nhằm giữ chặt cụm dây điện với các chi tiết phức tạp.

 Bán kính trong là R = 43mm giúp giữ đƣợc cả nhánh dây lớn nhất (R = 40mm) trong số các nhánh.

26

4.3.3 Thanh treo móc

Do cụm dây điện có kích thƣớc dài, khơng gọn và nhiều chi tiết nên ta cần sử dụng nhiều móc treo để cố định cụm dậy điện gọn gang thuận lợi cho việc di chuyển.

Do việc sử dụng nhiều móc treo nên ta cần có một thanh treo để giữ các móc treo.Ngồi ra các móc treo cần bố trí, sắp xếp một cách hợp lý để giữ cụm dây di chuyển ổn định trong bị rơi rớt ra ngồi.

Hình 4.4: Thiết kế thanh treo móc

Do trong q trình làm việc để đảm bảo độ bền cho các móc treo khi nâng hạ va chạm với mặt bàn ta không nên cố định các móc treo vào thanh treo mà nên sử dụng các loại dây để treo móc vào thanh treo.

27

4.3.4 Chọn cơ cấu nâng hạ:

Với trình độ khoa học kỹ thuật nhƣ hiện nay, chúng ta có nhiều lựa cho cơ cấu cơ khí để nâng hạ một vật nhƣ:

 Nâng hạ bằng vít-me

Hình 4.6: Cơ cấu vít me

Cơ cấu vít me có ƣu điểm là lực tác động theo cả hai chiều lên và xuống là tƣơng đƣơng nhau. Ngồi ra có thể điều chỉnh tốc độ dịch chuyển lên xuống của trục vít bằng điện hay quay tay.

 Nâng hạ bằng cáp

Hình 4.7: Nậng hà cáp sử dụng động cơ

Cơ cấu nâng hạ bằng cáp treo có nhiều chi tiết có cấu tạo phức tạp nhƣng nâng đƣợc vật có khối lƣợng lớn.

Hệ thống sử dụng động cơ điện, khi sử dụng thêm hộp giảm tốc, khả năng tăng tỷ số truyền là dễ dàng, khi tăng tỷ số truyền là tăng mômen kéo. Từ hai ƣu điểm trên làm cho khả năng kéo tải trọng lớn của tời đƣợc nâng cao.

28

 Cơ cấu hình bình hành:

Hình 4.8: cơ cấu nâng hạ hình bình hành

Cơ cấu hình bình hành có nhiều ƣu điểm về truyền động cũng nhƣ dẫn hƣớng. Ngồi ra nó cịn giúp tăng khoảng cách nâng hạ.

Các cơ cấu nâng hạ trên đều có ƣu điểm và nhƣợc điểm nhƣng do vật nâng có khối lƣợng nhỏ và nhà xƣởng đã đƣợc trang bị sẵn hệ thống khí nén nên để tiết kiệm chi phí nhóm đã chọn sử dụng hệ thống xy lanh khí nén và cơ cấu hình bình hành làm cơ cấu nâng hạ trong hệ thống.

4.3.5 Tính tốn và chọn xylanh nâng:

 Tính tốn đƣờng kính xylanh nâng Ta có các thơng số sau :

Áp suất khí nén trong xƣởng : P=5 bar= 500000 N/m2 Tải trọng đáp ứng : F= m.g=20x10=200 N Lƣu lƣợng khí nén : Q = 1,2-66 m3/min

Theo cơ sơ lý thuyết ta có cơng thức tính đƣờng kính xylanh nhƣ sau:

(1)

(2)

29

 Lựa chọn xylanh nâng

Để lựa chọn xylanh phù hợp cho cơ cấu ta phải dựa vào các bảng tra cứu xylanh sau:

Bảng 4.1: Hành trình của các xylanh

Bảng 4.2: Thơng số của các xylanh

Tuy nhiên với thực tế là công ty thƣờng xuyên thay đổi phƣơng án sản xuất, có thể khối lƣợng vật cần nâng sẽ lớn lơn dự kiến nên kết hợp các bảng trên nhóm chọn xylanh tác động hai chiều có các thơng số nhƣ sau:

Đƣờng kính xylanh : 32 mm Đƣờng kính cần xylanh : 12 mm Diện tích làm việc của xylanh : 803,8 mm2 Diện tích làm việc khoang cần : 690,8 mm2 Hành trình xylanh : 400 mm

30

Với yêu cầu thực tế độ cao ở nơi sản xuất

Hình 4.9: Sơ đồ khoảng cách lúc làm việc

Xylanh nâng có hành trình 400 mm đã chọn khơng đủ đáp ứng độ cao cần nhiết của thanh