Để đáp ứng cho nhu cầu tự động hoá sản xuất trong các xưởng sản xuất nhỏ nhằm tăng năng suất, tăng chất lượng, hạ giá thành sản phẩm, chúng em chọn phương án thực hiện công đoạn cắt dán bằng máy.
Lựa chọn phương án thực hiện công đoạn cắt dán bằng máy nên ta lựa chọn phương án truyền động cho máy:
Dựa vào ưu nhược điểm của 3 phương án truyền động trên, và dựa vào yêu cầu của máy, chúng em lựa chọn phương án truyền động bằng khí nén do máy ko yêu cầu về độ chính xác cao vị trí khi bàn máy di chuyển, cần kích thước nhỏ gọn cho lực tác dụng lớn, thời gian đáp ứng nhanh, dễ dàng lắp đặt, ko đòi hỏi chế tạo các chi tiết phức tạp.
38
4.2. Lựa chọn phương án truyền động cho bệ đỡ Khuôn máy lưu hóa: 4.2.1. Truyền động vít me – đai ốc :
a. Sơ đồ nguyên lý:
b. Nguyên lý hoạt động:
Động qua các bộ truyền trung gian (đai hoặc xích, nối trục,…) dẫn động cho cặp bánh răng trụ như trên hình, lòng trong bánh bị động và trục đỡ cơ cấu di chuyển của thớt trên được chế tạo theo kiểu vít me- đai ốc. Khi động cơ quay cơ cấu vít me đai ốc này sẽ khiến thớt trên di chuyển lên xuống trong quá trình lưu hóa. ở đây có thêm đai ốc an toàn sẽ tăng thêm tính tự hãm cho phương pháp này.
39
Cơ cấu vít me-đai ốc làm việc theo nguyên lý ăn khớp của cặp ren (giữa ren trong trên đai ốc với ren ngoài trên vít me) để biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến.
c. Các Ưu điểm chính:
- Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn và dể chế tạo; khả năng tải lớn; độ tin cậy cao; làm việc êm và không ồn; lợi nhiều về lực; có thể chuyển động chậm với độ chính xác cao.
d. Tuy nhiên có các Nhược điểm: do ma sát lớn nên ren mòn nhanh; hiệu suất thấp.
e. Phạm vi sử dụng: Bộ truyền có tỷ số truyền cao và có thể tự hãm, do đó bộ truyền sử dụng để truyền tải trọng: trong con đội tay (), máy nâng với hệ thống cơ điện (), máy ép vít, trong các cơ cấu điều khiển, bàn dao, bàn máy, trong các cơ cấu truyền động cho người máy, máy điều khiển số… hoặc sử dụng để truyền chuyển động trong các cơ cấu hiệu chỉnh của dụng cụ đo.
41
4.2.2. Dẫn động bằng trục và tay quay con trượt:
a.Sơ đồ nguyên lý:
b. Nguyên lý hoạt động:
Trục quay được dẫn động bằng động cơ và các cơ cấu trung gian sẽ biến chuyển động quay của tay quay thành chuyển động tịnh tiến của con trượt mà lúc này là bệ đỡ của khuôn dưới và làm cho khuôn này tịnh tiến lên xuống, ghép với các khuôn khác trong quá trình lưu hóa.
c.Ưu điểm:
- Khả năng truyền lực lớn.
- Cấu tạo đơn giản, công nghệ chế tạo cơ cấu loại này tương đối hoàn hảo => dể đảm bảo độ chính xác yêu cầu.
- Không cần biện pháp bảo toàn khớp
- Có thể dể dàng thay đổi kích thước động giữa các khâu. d.Nhược điểm:
- Sai số tích lũy trong quá trình chế tạo lớn
42
4.2.3. Dẫn động bằng xy lanh thủy lực:
a.Sơ đồ nguyên lý:
b.Nguyên lý hoạt động:
Qua một thống thủy lực đơn giản như bơm dầu, hệ thống các van thì sẽ tạo cho piston truyền động các chuyển động của nó và truyền chuyển động đó thành chuyển động tịnh tiến lên xuống của bệ đỡ kéo theo khuôn dưới di động lên xuống, tách ghép với các khuôn còn lại trong quá trình lưu hóa
c.Ưu điểm:
- Có thể bố trí các linh kiện thủy lực một cách hợp lý làm cho hệ thống nhỏ gọn và thẩm mỹ.
- Có khả năng tạo lực lớn - An toàn
d.Nhược điểm:
- Đòi hỏi các linh kiện phải chế tạo chính xác cao - Độ nhạy thấp, dể nhiểm bẩn do rò rỉ dầu.
43 .
4.2.3. Phân tích chọn phương án:
Như vậy với yêu cầu đối với máy cần chế tạo, qua thực tiễn và nghiên cứu 3 phương án ta thấy cả 3 đều đạt yêu cầu.
Phương án truyền động bằng xy lanh thủy lực kết cấu đơn giản, dễ tự động hóa hoàn toàn, có thêm ưu điểm ích ồn, thích hợp với hệ thống gia nhiệt bằng hơi trong quá trình lưu hóa, các linh kiện như van, ống,… dể dàng tìm mua được, an toàn.
Vì vậy trong khuôn khổ luận văn này ta sẽ chọn và tìm hiểu thiết kế phương án truyền động cho máy lưu hóa bằng thủy.
44
CHƯƠNG 5
THIẾT KẾ KỸ THUẬT MÁY CẮT-DÁN SĂM 5.1. Thông số đầu vào:
5.1.1 Kích thước săm (ruột xe):
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại xe máy của các hãng khác nhau, nhưng để tiện cho quá trình thay thế, sửa chữa khi gặp sự cố, lốp xe (vỏ xe) và săm xe (ruột xe) đã được tiêu chuẩn hoá theo một số kích thước nhất định.
Ý nghĩa kích thước lốp và săm xe: + Lốp xe:
x y
b
Hình chiếu và mặt cắt ngang lốp xe
Các loại lốp xe trên thị trường đều có kích thước theo dạng: b/c – x Trong đó: b là bề rộng lốp tiếp xúc với mặt đường – đơn vị mm
y là độ cao của lốp, y = b * c% – đơn vị mm x là đường kính mép trong của lốp – đơn vị inch
45 Ví dụ: trên lốp xe ghi 70/90 – 17 thì:
Bề rộng lốp tiếp xúc với mặt đường là 70mm Chiều cao lốp là 70mm * 90% = 63mm Đường kính mép trong lốp là 17 inch + Săm xe:
46
x a
với săm xe thì thông số được ghi theo dạng a/b– x Ví dụ: trên săm xe ghi 2.25/2.5 - 17 thì:
Săm sử dụng cho lốp 2.25 hoặc 2.5 inch và có đường kính 17 inch
Một số loại săm xe thông dụng trên thị trường mà dây chuyền có thể sản suất được: 2.25/2.5 – 17 2.75/3.00 – 17 2.25/ 2.5 – 16 2.75/3.00 – 14 3.50/4.00 – 10 5.1.2. Nhiệt độ cắt – dán săm
Để đạt được năng suất cao trong quá trình sản suất, 2 đầu đoạn ống cao su được nung mềm đến nhiệt độ khoảng 320-330 oF rồi được ghép nối lại với nhau .
47
5.1.3.Trọng lượng các cụm cơ cấu
Trong quá trình máy làm việc, các cụm cơ cấu trượt trên các rãnh mang cá nhờ lực đẩy của piston khí nén.
a. Cụm dao cắt săm:
Tổng khối lượng cần piston phải chịu trong quá trình nâng hạ cụm dao cắt là khoảng 11,4 kg (phần màu đỏ trên hình)
b. Cụm ngàm kẹp săm trên:
Tổng khối lượng cần piston phải chịu trong quá trình nâng hạ cụm ngàm kẹp
48
Tổng khối lượng mỗi bên của cụm ngàm kẹp săm dưới khoảng 52,65 Kg
49
5.2. Mô tả nguyên lý hoạt động của máy:
Cuối chu trình làm việc cũ, sau khi cụm ngàm kẹp săm bên phải được kéo ra, bàn cắt săm được nâng lên và 2 má của cụm ngàm kẹp săm dưới được xi lanh đẩy tì sát vào bàn cắt săm. Bắt đầu 1 chu trình làm việc mới, 2 đầu săm được đặt vào 2 ngàm kẹp săm dưới sao cho mép ngoài săm cách mép ngoài má kẹp săm dưới khoảng 5mm (để cắt bỏ phần lồi lõm ở 2 đầu săm trước khi dán nối lại). Sau khi nút Start được bấm, 2 má kẹp săm trên đi xuống giữ 2 đầu săm, sau đó dao cắt đi xuống và được giữ tại vì trí cuối trong vòng 3 giây để truyền nhiệt cho 2 đầu săm (dao cắt được gia nhiệt nhờ bộ điện trở). Sau khi 2 đầu săm được cắt phẳng và gia nhiệt, 2 cụm kẹp săm được xi lanh kéo ra; lúc đó, 1 luồng hơi được thổi nhanh (khoảng 1/4s) vào mép trong của 2 lưỡi dao đẩy 2 phần đầu săm thừa ra ngoài. Sau khi dao cắt được nâng lên và bàn cắt được hạ xuống cùng lúc, cụm kẹp săm bên phải được xi lanh đẩy vào, 2 đầu săm ép sát vào nhau và được giữ trong vòng 3 giây. Sau khi dán xong, ngàm kẹp săm trên được xi lanh kéo lên, cụm kẹp săm bên phải được kéo ra. Bàn cắt săm được đẩy lên và 2 má của cụm ngàm kẹp săm dưới được xi lanh đẩy tì sát vào bàn cắt săm để chuẩn bị cho 1 chu trình làm việc mới.
50
5.3. Thiết kế mạch khí nén:
Từ nguyên lý hoạt động của máy, sử dụng bộ tuần tự tích hợp với sơ đồ GRAFCET
Thứ tự tên các xi-lanh:
A : xi lanh nâng hạ 2 má kẹp săm trên
B : xi lanh nâng hạ dao cắt
C : xi lanh đẩy 2 bàn trượt
D : xi lanh nâng hạ bàn cắt săm
E : xi lanh dán săm 1 A+ 2 3 4 5 6 7 8 9 B+ C- B- E+ A- E- D- C+ D+ a1 t1/ 2/ 3s c0 b0 . d1 t3/ 5/ 3s a0 e0 d0 c1 . s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A+ B+ C- B- D+ E+ A- E- D- C+ A P R B T1 & T3 a1 t1 c0 b0 d1 t3 a0 e0 d0 c1 T1 =3s T3 =3s & s K+ K- t2/ 4/ 14s 10 K+ K- T2 t2 T2 =1/ 4s 10 A B
Từ đó ta thiết kế được mạch khí nén tổng quát của máy, sử dụng xi lanh khí nén và 2 loại van solenoid chính là 2/2 và 5/2.
51 R P S A B B- B+ R P S A B A- A+ R P S A B D- D+ R P S A B E- E+ R P S A B C- C+ P A K- K+ B A A C E C D
52
5.4. Tính toán thông số kỹ thuật của các chi tiết của mạch khí nén:
Chọn áp suất đầu vào của hệ thống là 8bar, do có tổn thất trong mạch khí nén khoảng 20% nên áp suất tác dụng lên xi lanh còn khoảng 5,6 bar
5.4.1. Tính toán và lựa chọn xi lanh khí nén:
Các xi lanh được tính toán các thông số cần thiết và được chọn mua trong catalog của hãng JELPC
(http://www.jelpc.com/sc---su-series-standard-cylinder.html)
53
Trong quá trình thực hiện công đoạn cắt săm, dao đã được gia nhiệt lên đến nhiệt độ 165oC, nên lực cắt cần thiết chỉ khoảng 2kgf/cm2 ~ khoảng 1,962 bar. Theo mạch khí nén, áp suất trong xi lanh cắt lúc làm việc là 5,6bar
Xi lanh – piston làm từ thép đúc có [σ] = 80÷100 MPa.
Tương tự như xi lanh - piston nâng hạ cụm má kẹp, ở cụm dao cắt, piston liên kết cứng với cụm dao, nên piston sẽ chịu tải bởi tác dụng của mômen do trọng tâm cụm dao cắt không trùng với đường tâm của trục piston. Điều này có thể dẫn đến sự mài mòn nhanh ống dẫn hướng và làm hỏng đệm kín.
Các xi lanh thường được chế tạo từ thép Cacbon 45 hoặc 60, bề mặt của chúng được tôi và đánh bóng cẩn thận (độ nhám bề mặt không quá 0.63 và độ chính xác tương đương cấp 2 khi lắp vào ống dẫn hướng). Cần piston thường được chế tạo từ thép hợp kim crôm – môlipden, độ cứng bề mặt công tác của piston bằng 48÷60HRC.
Cụm dao cắt trượt lên-xuống dọc theo rãnh mang cá thẳng đứng. Do cần piston đã chịu lực momen do trọng tâm cụm má kẹp ko trùng đường tâm cần piston nên lực ma sát trong trường hợp này tương đối nhỏ, để tiện cho quá trình tính toán có thể bỏ qua
Từ áp suất làm việc ta suy ra các thông số sơ bộ của xi lanh – piston theo mối quan hệ:
Cụm dao cắt có trọng lượng P = 11,4 * 9.81 =111,83 N 3 2 5 111,83 0, 2.10 5, 6 10 P A m p 4 4 0, 2.10 3 0, 016 lim 3,14 c x A D m
54
Hành trình cần thiết của xi lanh: trong quá trình máy hoạt động, dao cắt di chuyển lên xuống 1 đoạn 145mm.
55
Theo kết quả tính toán sơ bộ kích thước xi lanh và theo catalog của nhà sản suất, ta chọn xi lanh có mã sản phẩm SC32x150 có:
56 Hành trình piston : 150mm Đường kính cần piston : 12mm
Áp suất làm việc từ 1-9kgf/cm2 (0,981 – 8,829 bar)
Vì piston liên kết cứng với cụm dao cắt, nên piston sẽ chịu tải bởi tác dụng của mômen do trọng tâm cụm dao cắt không trùng với đường tâm của trục piston. Do đó ta cần kiểm tra lại độ bền của cần piston.
Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor 2011 để tìm trọng tâm của cụm dao cắt. Vị trí đặt lực và trọng tâm của cụm dao cắt :
G : trọng tâm của cụm dao cắt A : vị trí đặt piston A G 6 2 .1 18
57 A G 62.118 12 0. 51 8 F P
Hình chiếu cạnh của cụm dao cắt ( phần đi động)
Khoảng cách đoạn AG:
2 2 62,118 120,518 135,58 AG L mm 120,518 tan 1,94 62,118 62, 73o
Momen uốn tác dụng lên đầu cần piston :
. AG 111,83.cos .135,58 6946,95
M P L Nmm
58 M A B C A B C RA RB 20 162 6946,95Nmm
Kiểm tra lại đường kính trục theo công thức:
3 0,1[ ] td M d Với td M = M 3 3 6946,95 8,85 0,1[ ] 0,1[100] td M d mm
59
5.4.1.2. Xi lanh nâng hạ bàn cắt săm:
F
P
Trong quá trình làm việc của máy, bàn cắt săm trên có tác dụng kê săm và làm điểm tì cho dao trong quá trình cắt. Khi bàn cắt săm đi lên, áp suất trong xi lanh khoảng 5,6 bar
Xi lanh làm từ thép đúc có [σ] = 80÷100 MPa.
Vì piston liên kết cứng với cụm nâng hạ bàn cắt, nên piston sẽ chịu tải bởi tác dụng của mômen do trọng tâm cụm nâng hạ bàn cắt không trùng với đường tâm của trục piston. Điều này có thể dẫn đến sự mài mòn nhanh ống dẫn hướng và làm hỏng đệm kín.
Các xi lanh thường được chế tạo từ thép Cacbon 45 hoặc 60, bề mặt của chúng được tôi và đánh bóng cẩn thận (độ nhám bề mặt không quá 0.63 và độ chính xác tương đương cấp 2 khi lắp vào ống dẫn hướng). Cần piston thường được chế tạo từ thép hợp kim crôm – môlipden, độ cứng bề mặt công tác của piston bằng 48÷60HRC.
Cụm nâng hạ bàn cắt săm, trượt lên-xuống dọc theo rãnh mang cá thẳng đứng. Do cần piston đã chịu lực momen do trọng tâm cụm nâng hạ
60
bàn cắt săm ko trùng đường tâm cần piston nên lực ma sát trong trường hợp này tương đối nhỏ, để tiện cho quá trình tính toán có thể bỏ qua
Từ áp suất làm việc ta suy ra các thông số sơ bộ của xi lanh – piston theo mối quan hệ:
Cụm bán cắt săm có trọng lượng P = 15,67 * 9.81 =153,72 N 3 2 5 153, 72 0, 274.10 5, 6 10 P A m p 4 4 0, 274.10 3 0, 019 3,14 c A D m
Đường kính xi lanh cần thiết : 19
c
D mm
Hành trình cần thiết của xi lanh: trong quá trình máy hoạt động, bàn cắt săm di chuyển lên xuống 1 đoạn 40mm.
62
Theo kết quả tính toán sơ bộ kích thước xi lanh và theo catalog của nhà sản suất, ta chọn xi lanh có mã sản phẩm SC32x50 có:
63 Đường kính piston : 32mm Hành trình piston : 50mm Đường kính cần piston : 12mm
Áp suất làm việc từ 1-9kgf/cm2 (0,981 – 8,829 bar)
Vì piston liên kết cứng với cụm bàn cắt săm nên piston sẽ chịu tải bởi tác dụng của mômen do trọng tâm cụm bàn cắt săm không trùng với đường tâm của trục piston. Do đó ta cần kiểm tra lại độ bền của cần piston.
Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor 2011 để tìm trọng tâm của cụm má kẹp. Vị trí đặt lực và trọng tâm của cụm má kẹp: G : trọng tâm của cụm má kẹp A : vị trí đặt piston