PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC MÁY

Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
CHƯƠNG 4:
PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC MÁY
4.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Một kết cấu được xem là có tính công nghệ khi nó thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật
đã được đặt ra khi thiết kế, đồng thời được chế tạo với chi phí ít nhất về lao động,
phương tiện và thời gian. Nói cách khác, một chi tiết máy có tính công nghệ nghĩa là
một mặt phải thoả mãn các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc, độ tin cậy, mặt khác
trong điều kiện sản xuất sẵn có phải dễ chế tạo, ít tốn nguyên vật liệu và thời gian.
Tính công nghệ của chi tiết máy và bộ phận máy là một trong những yếu tố quan
trọng nhất nhằm đảm bảo máy móc và thiết bị có các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật tối ưu.
Như vậy để chọn được một phương án máy hợp lý cần thoả mãn những yêu cầu
chủ yếu về tính công nghệ như sau:
+ Máy và chi tiết máy có hình dạng và kết cấu hợp lý theo quan điểm công nghệ
chế tạo và lắp ráp.
+ Vật liệu chế tạo chi tiết máy được chọn hợp lý, đảm bảo các yêu cầu liên qua
đến công dụng và điều kiện sử dụng máy.
+ Có thể sử dụng các phương pháp công nghệ phù hợp để đơn giản hoá quá trình
chế tạo từ khâu chuẩn bị phôi đến gia công chế tạo - kiểm tra, lắp ráp và nghiệm thu
sản phẩm.
+ Máy và chi tiết máy có khối lượng và kích thước nhỏ gọn.
+ Giá thành và chi phí cho sử dụng là thấp nhất ...
4.1.1. Sơ đồ nguyên lý toàn máy (Hình 4.1)
L
h
n
1
n
2
v
p

v
d
F
v
sp
n
2
1
4
5
3
7
8
2
6
9
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của toàn máy
1. Phôi thép tấm. 5. Dao trên.
2. Con lăn. 6. Dao dưới.
3. Cử chặn. 7. Sản phẩm.
4. Bộ phận kẹp phôi. 8. Bộ phận đỡ sản phẩm.
9. Lô cán phôi vào.
4.1.2. Nguyên lý hoạt động toàn máy
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang: 23
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
Phôi thép tấm (1) được bộ phận cấp phôi (gồm lô cán (9) chuyển động quay với
tốc độ n
1
và các con lăn đở (2)) đưa vào với tốc độ V
P

, cho đến khi đầu kia chạm vào
cử chặn (3) hoặc đã được lập trình sẵn với độ dài L của sản phẩm đã được định trước.
Lúc này theo chương trình đã định sẵn, bộ phận cấp phôi (2) ngừng chuyển động, bộ
phận kẹp phôi (4) hoạt động kẹp chặt phôi (1) với lực kẹp F. Sau khi phôi đã được kẹp
chặt thì đầu dao trên (5) chuyển động đi xuống với vận tốc V
d
phối hợp với đầu dao
dưới (6) đứng yên thực hiện quá trình cắt. Sau khi thực hiện xong quá trình cắt, đầu
dao trên (5) đi lên, tiếp đó là bộ phận kẹp phôi (4) nhả phôi và lúc này bộ phận cấp
phôi (2) lại tiếp tục hoạt động đẩy phôi vào, thực hiện lại chu trình. Sản phẩm (7) sau
khi cắt được bộ phận đỡ sản phẩm (8) ( là một hệ thống băng tải quay với tốc độ n
2
)
đưa đi với tốc độ V
SP
. Những sản phẩm này sẽ được công nhân sắp xếp, đóng gói hoặc
được đưa qua khâu tiếp theo của dây chuyền sản xuất. Tất cả mọi hoạt động đều được
thực hiện một cách tự động theo chương trình đã được viết sẵn.
4.2. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÁY
4.2.1. Một số phương án khả thi, ưu và nhược điểm
Chuyển động tịnh tiến của dao trên có thể nhờ vào chuyển động của các cơ cấu
sau:
+ Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tay quay con trượt
+ Chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu hình sin.
+ Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực hoặc khí nén .
Muốn cắt được thép tấm có chiều dày khá lớn a
max
= 20mm và chiều rộng B
max
=

3000mm, vật liệu phôi thép tấm là thép CT38 thì ta cần phải xác lập một sơ đồ động
thích hợp cho máy để đảm bảo được tính công nghệ cũng như tính kinh tế.
4.2.1.1. Chuyển động tịnh tiến bằng cơ cấu tay quay con trượt
Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu tay quay con trượt
Cơ cấu này có tác dụng biến chuyển động quay của tay quay thành chuyển động
tịnh tiến của con trượt. Cơ cấu này có nguyên lý đơn giản, chuyển động không phức
tạp, tạo được lực lớn, độ cứng vững cao, dễ chế tạo. Khi tay quay quay làm cho đầu
trượt chuyển động cắt đi xuống hoặc đi lên.
4.2.1.2. Cơ cấu hình sin
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang: 24
c
n
v
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu hình sin
Khi tay quay quay tròn làm cho con trượt tịnh tiến lên xuống trong ống, làm cho
cần C tịnh tiến qua lại. Cơ cấu này có hành trình chuyển động tịnh tiến lớn nhưng kết
cấu cồng kềnh, đòi hỏi không gian làm việc của cơ cấu lớn, tạo lực không lớn, cơ cấu
kém vững do đó hiệu suất của nó kém.
4.2.1.3. Chuyển động tịnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực
Hiện nay trong ngành cơ khí chế tạo máy việc truyền động bằng lực của dầu ép
được dùng phổ biến, đặc biệt đối với các máy cắt kim loại như máy tổ hợp, máy điều
khiển theo chương trình, máy gia công kim loại bằng áp lực như máy dập, máy ép,
máy cắt thép tấm ...
d
Van phán phäúi.
V
Âæåìng dáöu vaìo
Âæåìng dáöu ra
Dao

Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thong thủy lực
* Hoạt động: đầu ép được các nguồn cung cấp dầu từ bể đưa qua các phần tử điều
khiển lưu lượng, áp suất rồi đến van phân phối. Từ van phân phối dầu sẽ được đưa vào
buồng trái hoặc buồng phải của hai xi lanh tạo chuyển động tịnh tiến của cần piston,
tạo lực cắt cho dao.
* Ưu điểm:
+ Thực hiện được truyền động vô cấp cho chuyển động của đầu dao, đảm bảo
chế độ cắt thích hợp nhất. Tạo được lực cắt lớn và công suất cắt lớn.
+ Dễ dàng đảo chiều chuyển động, chống quá tải, các chi tiết, các cơ cấu đã
được tiêu chuẩn hoá.
+ Dễ dàng thay đổi hành trình chuyển động của đầu dao.
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang: 25
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
+ Dễ điều khiển theo chương trình, tự động hoá quá trình làm việc.
* Nhược điểm:
+ Tuy trong thực tế coi dầu như chất lỏng không đàn hồi, điều này giúp đơn
giản việc tính toán và thiết kế nhưng thực chất dầu vẫn có tính đàn hồi do có các chất
khí hoà tan trong dầu, điều này làm cho việc đảm bảo sự làm việc ổn định, sự chuyển
động êm nhẹ cho các cơ cấu dầu ép khó khăn.
+ Trong quá trình biến đổi năng lượng, năng lượng đàn hồi của dầu hoàn toàn
biến thành nhiệt năng, thông qua dầu và các thiết bị truyền về bể mà không thực hiện
một công có ích nào cả. Hơn nữa sự cản nhiệt này còn làm cho độ nhớt của dầu bị thay
đổi, làm tăng khả bị rò dầu, chắn dầu khó khăn ...
+ Giá thành lắp đặt hệ thống thuỷ lực khá đắt tiền, phức tạp đòi hỏi phải chế tạo
chính xác.
4.2.1.4. Kết luận
Qua ba phương pháp tạo chuyển động tịnh tiến để tạo lực cắt cho dao ta thấy
phương pháp nào cũng có những ưu điểm riêng. Tuy nhiên xét về tính năng kỹ thuật,
công nghệ, khả năng tự động và làm giảm nhẹ công việc của công nhân thì cơ cấu tịnh
tiến bằng hệ thống thuỷ lực dầu ép phù hợp nhất khi cắt các loại thép cacbon, thép

thường với kích thước phôi lớn.
4.2.2. Sơ đồ nguyên lý máy và nguyên tắc làm việc
4.2.2.1. Sơ đồ nguyên lý máy
6 5
10
11
12
13141
3
2
9
4
A B
P
T
78
Hình 4.5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực bộ phận cắt bộ phận cắt
1.Lọc thô; 2.Van an toàn; 3.Bơm dầu; 4.Van tiết lưu; 5.Van phân phối;
6.Đường ống; 7.Buồng trên xi lanh; 8. Pit tong; 9. Ắc quy dầu;
10. Đồng hồ đo áp suất; 11. Van một chiều;12. Bộ lọc tinh; 13.Động cơ14. Bể dầu.
4.2.2.2. Nguyên lý làm việc
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang: 26
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Máy Cắt Thép Tấm
Khi động cơ bơm quay, bơm hút dầu từ bể qua bộ lọc (1), qua các thiết bị như bộ
lọc (12), van an toàn (2), bộ ắc quy dầu (9) đến van tiết lưu (4), nhờ van này ta hiệu
chỉnh được lưu lượng qua nó để vào xilanh, do đó làm thay đổi được vận tốc của
piston theo yêu cầu. Sau khi dầu qua van tiết lưu thì qua van phân phối (5) để vào
buồng trên hoặc buồng dưới của xilanh để thực hiện chuyển động đi xuống cắt thép
hoặc chuyển động chạy không quay về.
4.2.3. Xác định các thông số máy

4.2.3.1 Xác định chiều dài lưỡi dao, hành trình vận hành
a. Tính sơ bộ chiều dài lưỡi dao
Theo kinh nghiệm chiều dài của lưỡi dao L:
L = b + ( 50
÷
150 ) (mm)
Trong đó: b - chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt: b
max
= 3000(mm).
Do đó: L = 3000 + 80 = 3080 (mm)
Chiều dài cần thiết của dao tương đối dài, do đó để đảm bảo được độ chính xác,
độ thẳng lưỡi dao và độ nhiệt luyện tốt, thông thường ta chế tạo từng đoạn ngắn rồi
ghép lại, ta chọn chiều dài của dao chia làm 4 đoạn, do đó chiều dài của mỗi đoạn dao
là: L
0
=
)(770
4
3080
mm
=
.
4.2.3.2. Xác định độ vận hành của dao nghiêng
Hình 4.6. Sơ đồ xác định độ vận hành của dao nghiêng
*Gọi:
y: là chiều cao mở cực đại từ phía dưới của lưỡi dao trên tới mặt trên của tấm
thép đem cắt. Chọn y = 30 mm.
b: Chiều rộng lớn nhất của tấm thép đem cắt. b
max
= 3000(mm).

∆
: Độ trùng dao để đảm bảo cắt hết chiều rộng tấm thép.
∆
= (10
÷
20 ) mm , chọn
∆
= 15 (mm).
L: Chiều rộng dao: L = 3080 (mm).
h
max
: Chiều dày lớn nhất của tấm thép.
do đó chiều dài hành trình cắt H:
H = y + h
max
+ b
max
.tg
ϕ
+
∆
.
SVTH: Hoàng Văn Thùy – Lớp 03C1C Trang: 27
h
max
H
ϕ
Y
∆

b
max
L