Thiết kế và chế tạo máy lưu hóa lốp ô tô

Header Page 1 of 126.

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRẦN CÔNG HÙNG

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LƯU HÓA LỐP
Ô TÔ

Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy
Mã số : 60.52.04

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

- Đà Nẵng, 2011 Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

2

Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS.ĐINH MINH DIỆM

Phản biện 1: TS. NGUYỄN XUÂN HÙNG

Phản biện 2: PGS.TS. TĂNG HUY

Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn
tốt ghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng
vào ngày 27 tháng 08 năm 2011

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà
Nẵng
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.
Footer Page 2 of 126.


3

Header Page 3 of 126.

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong sự cạnh tranh mạnh mẽ của ngành công nghiệp sản xuất
lốp Ô tô, việc hạ giá thành sản phẩm và nâng cao chất lượng ñóng
vai trò quyết ñịnh sự thành công của các doanh nghiệp. Trong bối
cảnh ñó, Công ty cổ phần cao su Đà Nẵng không ngừng ñầu tư
nghiên cứu, chế tạo thiết bị, cải tiến thiết bị, ñể hiện ñại hóa qui trình
sản xuất là ñiều tất yếu. Trước nhu cầu cấp thiết ñó nên việc nghiên
cứu chế tạo máy lưu hóa lốp và lập trình ñiều khiển PLC và ứng
dụng phần mềm WinCC Flexible ñể xây dựng hệ thống SCADA
(Supervisory Control And Data Acquisition) giám sát ñiều khiển thiết
bị thông qua máy vi tính, mà tại ñó ta có thể thay ñổi ñược chương
trình trên máy, tăng ñược vị thế cạnh tranh cho công ty. Với những

yêu cầu như vậy, tôi chọn hướng nghiên cứu của ñề tài là: “Thiết kế
và chế tạo máy lưu hoá lốp Ô tô”. Nội dung ñề tài mang tính khoa
học và thực tiễn, ñáp ứng yêu cầu luận văn thạc sĩ.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
- Mục ñích của ñề tài góp phần thúc ñẩy việc nghiên cứu, chế tạo
các thiết bị phục vụ cho sản xuất.
- Phát triển lĩnh vực ñiều khiển tự ñộng thiết bị, xây dựng hệ
thống SCADA giám sát ñiều khiển thiết bị thông qua máy vi tính vào
sản xuất nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, ñể giảm
thiểu những sự cố, làm ngưng trệ sản xuất.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng: Máy lưu hoá lốp Ô tô.
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu thiết bị và công nghệ qui trình sản xuất lốp Ô tô.

Footer Page 3 of 126.


Header Page 4 of 126.

4

- Tính bền khung máy bằng phần mềm RDM và tính toán hệ
thống thuỷ lực.
- Hệ thống ñiều khiển tự ñộng sử dụng lập trình ñiều khiển PLC
loại S7-300 của hãng Siemens.
- Ứng dụng phần mềm WinCC Flexible xây dựng hệ thống
SCADA giám sát ñiều khiển thiết bị thông qua máy vi tính.
- Chế tạo mô hình thực nghiệm
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Dựa trên các thông số kỹ thuật yêu cầu của máy và công nghệ
lưu hóa lốp, kết hợp với lý thuyết ñể tính toán thiết kế máy.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
- Thiết kế, chế tạo và lắp ñặt thiết bị phục vụ sản xuất, nghiên
cứu khoa học và ñào tạo.
- Phát triển lĩnh vực ứng dụng ñiều khiển tự ñộng vào thực tế sản
xuất.
6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Ngoài phần mở ñầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục cấu
trúc luận văn gồm 4 chương như sau :
Chương 1: “Tổng quan về quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô
tô” chủ yếu ñề cập ñến quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô.
Chương 2: “Tính toán thiết kế máy lưu hoá lốp Ô tô” bao gồm
chọn máy, tính toán thiết kế hệ thống thuỷ lực và tính toán bền
khung máy, giới thiệu hệ thống van màng.
Chương 3: “Thiết kế hệ thống ñiều khiển cho máy” Giới thiệu về
PLC SIEMENS họ PLC S7-300, lập trình PLC ñiều khiển thiết bị và
giới thiệu phần mềm WinCC Flexible, xây dựng hệ thống SCADA
giám sát ñiều khiển cho thiết bị.

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

5

Chương 4: “Thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm” Xây
dựng mô hình thực nghiệm bằng khí nén.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LỐP Ô TÔ VÀ QUY TRÌNH CÔNG
NGHỆ SẢN XUẤT LỐP Ô TÔ
1.1. TỔNG QUAN VỀ LỐP Ô TÔ
1.1.1. Lịch sử ra ñời và phát triển của lốp Ô tô
1.1.2. Kết cấu và tác dụng của các thành phần lốp Ô tô
1.2. NGUYÊN VẬT LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT LỐP
1.2.1. Cao su
1.2.2. Các chất phối hợp cho cao su
1.2.3. Vải mành
1.2.4. Vật liệu kim loại
1.2.5. Vật liệu phụ
1.3. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LỐP
1.3.1. Quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô

Hình1.1: Sơ ñồ quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô.

Footer Page 5 of 126.


Header Page 6 of 126.

6

Quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô sẽ qua các công đoạn như
sau:
1.3.1.1. Ép ñùn mặt lốp
1.3.1.2. Cán tráng vải
1.3.1.3. Gia công vòng tanh
1.3.1.4. Cắt vải

1.3.1.5. Dán cao su lên vải
1.3.1.6. Dán ống
1.3.1.7. Thành hình
1.3.1.8. Lưu hoá
1.3.1.9. Kiểm tra chất lượng sản phẩm (KCS) và nhập kho

CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY LƯU HÓA LỐP Ô TÔ
2.1. CHỌN MÁY
2.1.1. Các phương án
Dựa vào hệ thống truyền ñộng và hệ thống tạo lực ñóng mở
khuôn, ta ñưa ra các phương án sau:
2.1.1.1. Máy lưu hoá ñóng mở máy bằng cơ
Sử dụng hộp giảm tốc truyền ñộng qua cặp bánh răng và truyền
qua dầm liên ñộng thực hiện quá trình ñóng mở máy.
Nguyên lý hoạt ñộng: Khi ñộng cơ ñiện (1) quay sẽ truyền
chuyển ñộng hộp giảm tốc trục vít bánh vít (2) và làm quay bánh
răng nhỏ (3) gắn trên trục vít hộp giảm tốc, tiếp tục truyền ñộng qua
bánh răng lớn (4) và truyền ñộng qua dầm liên ñộng (5) ñể thực hiện
quá trình ñóng mở máy.
Kiểu máy này kết cấu phức tạp, yêu cầu ñộ chính xác gia công
cao, chế tạo một số chi tiết ñòi hỏi phải có thiết bị chuyên dùng ñể
gia công.

Footer Page 6 of 126.


Header Page 7 of 126.

7

6

7
1

2

Hình 2.1: Hình và sơ ñồ máy lưu hoá ñóng mở bằng cơ.
1.Động cơ ñiện

4.Bánh răng lớn

2.Hộp giảm tốc bánh vít trục vít

5.Dầm liên ñộng

3.Bánh răng nhỏ

6.Dầm trên máy
7. Gối ñỡ

2.1.1.2. Máy lưu hoá ñóng mở máy bằng trục vít bánh vít

Hình 2.2: Máy lưu hoá ñóng mở máy bằng trục vít bánh vít
Nguyên lý hoạt ñộng: ñộng cơ ñiện quay sẽ truyền chuyển ñộng
qua hộp giảm tốc và truyền chuyển ñộng quay qua ñai ốc làm cho
vít me sẽ tịnh tiến lên xuống, thực hiện quá trình ñóng mở máy.

Footer Page 7 of 126.

5

4

3


Header Page 8 of 126.

8

Kiểu máy này thiết kế ñóng mở máy bằng vít me ñai ốc, kết cấu
kiểu này rất dễ chế tạo, nhưng khi ñóng máy dễ gây ra hiện tượng
quá tải cho ñộng cơ (vì mômen mở máy rất lớn).
2.1.1.3. Máy lưu hoá ñóng mở bằng Xilanh pittiông dầu thuỷ lực
1

2

3

4
5

Hình 2.3: Hình và sơ ñồ Máy lưu hoá ñóng mở bằng thuỷ lực dầu
1: Xilanh pitông thủy lực

4: Bao hơi dưới

2: Khung máy

5: Cơ cấu trung tâm

3: Bao hơi trên
Nguyên lý hoạt ñộng: Dầu ñược cấp vào xilanh pitông (1) áp lực
dầu sẽ ñẩy pitông chạy lên chạy xuống, thực hiện quá trình ñóng mở
máy. Do ñóng mở máy bằng XiLanh pittông thuỷ lực nên kiểu máy
loại này kết cấu máy ñơn giản, dễ gia công chế tạo, nên giá thành
thấp. Phù hợp với ñiều kiện của Việt Nam.
Qua phân tích ba phương án ta chọn phương án “Máy lưu hoá
ñóng mở bằng Xilanh pittiông dầu thuỷ lực”.
2.1.2. Thông số kỹ thuật của máy Lưu Hóa Lốp Ô tô
- Quy cách lốp lưu hoá: 12”→16”, tương ñương với ñường kính
ngoài của lốp là Φ580→Φ740 mm
- Lực ñóng khuôn lớn nhất 210.000 Kg

Footer Page 8 of 126.


9

Header Page 9 of 126.
- Đường kính bao hơi 1100 mm

- Chiều cao khuôn lưu hoá 180→300 mm
- Áp suất hơi tối ña trong màng 28 Kg/cm2
- Áp suất tối ña trong bao hơi 10 Kg/cm2
2.2. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THUỶ LỰC
2.2.1. Sơ ñồ hệ thống thủy lực của máy lưu hóa
20

16

19
15
14

B

A

C

12

E

F
18

D
13

17

10

11

PH

PL
T
PH

PL

9

6

T

7

8

15 L/min

PH

PL

T

300 L/min

3

4

2
5

1

Hinh 2.4: Sơ ñồ hệ thống thủy lực
Các phần tử trong sơ ñồ thủy lực:
1-Bộ lọc

7-Van chặn lưu lượng 15-Van một chiều kích mở

2-Động cơ ñiện

8,9- Đồng hồ áp lực 16-Cụm Pittông, xilanh ép

3-Bơm lưu lượng 10-Van một chiều

19-Van tiết lưu

4-Bơm cao áp

20-Cụm Pittông kẹp dưới

11-Van tiết lưu

5-Bộ làm mát dầu 12,13,18-Van ñiện từ
6-Van chặn cao áp 14,17-Van tràn
2.2.3. Thiết kế các phần tử thủy lực của máy
2.2.3.1. Xi lanh thủy lực
a. Tính chọn ñường kính Xilanh và áp suất làm việc:

Từ sơ ñồ tính toán ta viết phương trình cân bằng lực của cụm
piston xét ở hành trình ñóng máy:

Footer Page 9 of 126.


10

Header Page 10 of 126.

P1.A1-P2.A2-Fmsc-Fmsp-Ft=0 (2.1)
Trong sơ ñồ trên gồm có các thành phần:
P1: Áp suất dầu ở buồng ñóng máy
P2: Áp suất dầu ở buồng mở máy
A1: Diện tích Piston ở buồng ñóng máy; A1=π.D2/4
A2: Diện tích Piston ở buồng mở máy; A2=π.(D2-d2)/4
m: Khối lượng của khuôn và Piston, m = 400+520 = 920 Kg
Fmsp: Lực ma sát của Phớt làm kín và xilanh
Fmsc: Lực ma sát giữa Piston và vòng phớt làm kín.
Trong bài toán này vì tiết diện tiếp xúc của phớt làm kín với
xilanh và piston nhỏ nên ta bỏ qua 2 lực ma sát này.
Sơ ñồ tính toán Xilanh:
A1

A2

D

d

F ms c

P1

m

Ft

P2
Q1

F m sp

Q2

Hình 2.5: Sơ ñồ phân tích lực của máy
Ft: Lực do áp suất nước quá nhiệt sinh ra trong quá trình lưu hóa.
Trong sơ ñồ, như hình 2.6
Pnqn: Áp suất nước quá nhiệt, Pnqn=25 Kg/cm2
Dk: Đường kính bên trong của lốp
Do ta thiết kế máy lưu hóa này ñể lưu hóa quy cách lốp nhất là
7.50-16 nên ta có kích thước này là Dk=740 mm=74 cm
Như vậy ta có lực Ft sẽ ñược tính như sau:

Footer Page 10 of 126.


11

Header Page 11 of 126.

Ft= 2.π.Rk2 .Pnqn= 2.π.(Dk/2)2.Pnqn=2.3,1416.(74/2)2.25=215042 Kg
Sơ ñồ tính lực Ft như sau:
Dk

Pnqn
Ft
Hình 2.6: Sơ ñồ phân tích lực lúc lưu hóa
Ở hành trình ñóng máy, buồng mang cần Piston thông với bể dầu
nên P2 xem như ≈ 0.
Thay vào phương trình (2.1) ta có:
P1.π.D2/4 – 215042 = 0
Nếu ta chọn áp suất P1=200 Kg/cm2, ta tính ñược:
D = 37 cm = 370 mm
Ta chọn ñường kính Xilanh là: D = 400 mm.
Từ sơ ñồ tính toán ta viết phương trình cân bằng lực của cụm
piston xét ở hành trình mở máy:
P2.A2 – m.g = 0 (2.2)
Do chỉ làm việc không tải, chịu áp lực nhỏ, ñể ñảm bảo ñiều kiện
làm việc ta chọn ñường kính Piston d = 0,7 D = 0,7 . 400 = 280 mm.
Ta tính ñược P2 = (920 x 9.8)/[π(D2-d2)/4] = 14,355 Kg/cm2
Chọn áp suất làm việc P2= 20 Kg/cm2
b.Tính lưu lượng cần thiết cung cấp cho xilanh:
Phương trình lưu lượng:
Q1 = vct.A1 + λ.P1 + (V/2B).(dP1/dt).

Footer Page 11 of 126.


Header Page 12 of 126.

12

Trong ñó:
Q1: Lưu lượng cần cung cấp
Vct: Vận tốc làm việc 3~5 mm/s
P1: Áp suất tác dụng lên bề mặt Piston
λ: Hệ số tổn thất năng lượng
B: Môñun ñàn hồi của dầu
Với vận tốc lớn nhất vmax=5 mm/s, thì lưu lượng lớn nhất cung cấp
cho xilanh là:
Qmax = vmax.A1= 5 . 125663,7 = 628318,5 mm3/s = 37,7 lít/phút
c. Tính toán kiểm tra sức bền và ổn ñịnh của xilanh:
Trong quá trình làm việc, các xilanh thủy lực truyền lực, chịu tác
dụng của áp lực làm việc bên trong của dầu và tải trọng nên ngoài.
Bề dày của thành xilanh t ñược tính theo công thức:


100.σ
CF
t ≥ 0,5D 
− 1  + C
100.σ
− 1.73P
CF


Trong ñó:
P: áp suất chất lỏng làm việc Kg/cm2
D: Đường kính trong của xilanh mm

c : Đại lượng bổ sung cho chiều dày tối thiểu của thành xilanh,
chọn c=2mm.
σCF : Ứng suất cho phép trên thành xy lanh, Kg/mm2
σCF =

σb
n

η Kg/mm2

σb : Giới hạn bền, ñối với thép σb=70 Kg/mm2
n : Hệ số an toàn, thường n=3;
η : Hệ số ñộ bền mối hàn, hàn tay có ñệm lót với thép: η = 0,9
70
Ta có: σCF =
.0,9 = 21 Kg/mm2
3
Vậy bề dày thành xilanh t là:

Footer Page 12 of 126.


Header Page 13 of 126.

13



100.21
t = 0,5.400.

− 1  + 2 = 90,823 mm.
 100.21 − 1,73.200 

Chọn t=100 mm, ñể ñảm bảo Dn/D = 600/400=1,5>1,2
Biến dạng hướng kính của mặt trong xilanh ∆D
2
PD  Dn + D 2
D 2 
∆D =
.
−
µ
.
mm
2
E  Dn 2 − D 2
Dn − D 2 
Trong ñó :
E = 2,1.107(N/cm2) =2,1.106 Kg/cm2
µ : Hệ số Poát xông, thép µ = 0,29
Dn : Đường kính ngoài của xilanh
Dn = 400 + 100.2 = 600 mm

200.40  60 2 + 40 2
40 2
 = 0,009021 cm
∆D =
.
− 0,29.



6
2
2
2
2
2,1.10  60 − 40
60 − 40 
Biến dạng hướng kính của mặt ngoài Xilanh ∆Dn

P.Dn  D 2

∆Dn=
µ
.
(
2
−
)

E  Dn 2 − D 2

2

200.60  40
 2
(2 − 0,29)  = 0,007817 cm
∆Dn=
6 
2

2,1.10  60 − 40

Chiều dày xilanh có ñáy phẳng δ ñược tính theo công thức:
k .P
+ c mm
δ min ≥ 0,1.d ñ

σ CF

k : Hệ số phụ thuộc vào hình dạng của ñáy, ở ñây ta thiết kế
ñáy liền phẳng nên k=0,25
d : Đường kính của ñáy, dñ = 600 mm
0,25.200
δ min ≥ 0,1.600.
+ 2 = 94,582 mm
21
Chọn δ = 100 mm

Footer Page 13 of 126.


14

Header Page 14 of 126.

Lực tới hạn, ñược tính theo : Fth=ξ.Fa
Với: ξ : Hệ số tính ñến sự thay ñổi của tiết diện xilanh, ta chọn ξ=0,4
Fa : Lực tới hạn ñối với xilanh quy ước có tiết diện không thay ñổi
π 2 .E.J
Fa = c.

l
Trong ñó: J: Mômen quán tính của xilanh ñược tính theo công thức
π
3.1416
4
.(60 4 − 40 4 ) = 510508,8 cm4
J= ( Dn − D 4 ) =
64
64
l : Chiều dài toàn bộ xilanh cùng với cần piston; l=2300 mm
c : Hệ số tính ñến sự ghép nối của xilanh cùng với cần Piston và
ñầu cần Piston, chọn c=0,5.
Ta có: Fa=c.

π 2 .E . J
l

= 0,5.

3.1416 2.2,1.106.510508,8
= 100008429 Kg
230 2

Fth=ξ.Fa=0,4.100008429 = 40003371,6 Kg
Ta thấy rằng lực ép tối ña Ft= 215042 Kg < 40003371,6 Kg
Nên xilanh lực làm việc hoàn toàn ổn ñịnh
Các thông số của xilanh ép:
Đường kính trong của xilanh: D=400 mm
Đường kính ngoài của xilanh là : Dn=600 mm
Đường kính cần Piston là: d=250 mm

Hành trình ép là: L=1100 mm
Diện tích bề mặt ở buồng công tác là: A1=125663,7 mm2
Thể tích lớn nhất khi làm việc : Vmax = 138230,077 cm3
2.2.3.2.Tính chọn bơm thủy lực và công suất ñộng cơ:
a. Chọn bơm và tính lưu lượng và áp suất của bơm:
Lưu lượng lý thuyết lớn nhất mà bơm có thể cung cấp cho xilanh
ép: Qmax = vmax.A1= 5 . 125663,7 = 628318,5 mm3/s =37,7 lít/phút
Trong thực tế, do sự rò rỉ qua khe hở giữa các khoang, nên lưu
lượng thực tế của bơm nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết, ta chọn bơm

Footer Page 14 of 126.


Header Page 15 of 126.

15

bánh răng, nên hiệu suất ñạt khoảng η=70% do ñó lưu lượng thực tế
là: Qtt=

Qmax

η

=

37,7
= 53,86 lít/phút
0,7

Do thiết kế trạm thủy lực này, ñể cấp cho 2 xilanh piston, nên
chọn lưu lượng bơm là 150 lít/phút.
Tính áp suất làm việc: theo trên ta chọn áp suất làm việc của bơm là
200 Kg/cm2
Như vậy ta chọn bơm theo các số liệu ñã tính toán:
Chọn bơm lưu lượng với thông số:
Lưu lượng QLL =150 lít/phút và áp suất PLL= 20 Kg/cm2
Chọn bơm cao áp với thông số:
Lưu lượng QCA =20 lít/phút và áp suất PCA= 250 Kg/cm2
b. Tính công suất ñộng cơ truyền ñộng cho bơm:
Tính công suất cho bơm cao áp:
p .Q
NCA= CA CA KW
612
Trong ñó: NCA: Công suất cần thiết ñể quay bơm, (tức là công suất
cần thiết thiết ñể ñảm bảo lưu lượng QCA và áp suất pCA của dầu.
250.20
NCA=
= 8,17 KW
612
Công suất ñộng cơ ñiện dẫn ñộng bơm:
N
NñcCA= CA

η ñcηb

Trong ñó : ηb: Hiệu suất của bơm, ηb=(0,6~0,9), chọn ηb=0,85
ηñc: Hiệu suất truyền ñộng từ ñộng cơ qua bơm, chọn
ηñc=0,985.
NñcCA=

8,17
= 9,7582 KW
0,85.0,985

Tính công suất cho bơm lưu lượng:

Footer Page 15 of 126.


Header Page 16 of 126.

16

pLL .QLL
KW
612
20.150
= 4,9 KW
NLL=
612
Công suất ñộng cơ ñiện dẫn ñộng bơm Lưu Lượng:
N
NñcLL= LL

NLL=

η ñcηb

Trong ñó : ηb: Hiệu suất của bơm, ηb=(0,6~0,9), chọn ηb=0,85

ηñc: Hiệu suất truyền ñộng từ ñộng cơ qua bơm, chọn
ηñc=0,985
NñcLL=

4,9
= 5,852 KW
0,85.0,985

Việc dẫn ñộng hai bơm bằng một ñộng cơ ñiện nhưng khi bơm
này làm việc thì bơm kia chạy không, nên chọn ñộng cơ ñiện có công
suất lớn: Nñc=10 KW
2.2.3.3. Một số van sử dụng cho hệ thống:
- Van tràn
- Van ñảo chiều
- Van tiết lưu
- Van một chiều kích
2.3.TÍNH TOÁN BỀN THÂN MÁY:
Dựa vào kết cấu của máy và lực tác dụng lên khung máy, ñể ñơn
gian cho việc tính toán ta chọn một bên ñể tính (vì hai bên giống
nhau) ta có mô hình tính bền của máy như hình 2.7.
Từ sơ ñồ tính bền, ñể việc tính toán ñơn giản, ta phân tích thành 2
sơ ñồ ñơn giản ñể tính như hình 2.8 và hình 2.9

Footer Page 16 of 126.


17

Header Page 17 of 126.
1545

1 3 2 7 .5
1110

Ft

600

3435

2000

t

Hành trình=1100

F

Hình 2.7: Khung máy lưu hóa

Hình 2.8: Sơ ñồ phân tích lực

2.3.1.Kéo ñúng tâm:
Ta có sơ ñồ tính như hình 2.9, Với: Ft= 215042 Kg , h=2000 mm.
Ta chọn vật liệu thép là CT31 với các thông số của vật liệu là:
Ứng suất cho phép của thép: [σ]th =310 Mpa = 31 kN/cm2.
Môñun ñàn hồi: E=2.104 kN/cm2,
Trọng lượng riêng của thép: γ = 7800 Kg/m3 = 0,0078 Kg/cm3
Hệ số dãn nở thép: αth =12,5.10-6, Vì khi làm việc trong môi
trường nóng, kiểm tra thực tế nhiệt ñộ trên khung máy là 500C, như
vậy so với nhiệt ñộ tính ở 300C, thì nhiệt ñộ tăng lên : ∆T=200C

Đầu tiên ta ñi tính chọn mặt cắt của khung thẳng ñứng:
Gọi F là tiết diện của mặt cắt ta có:
Lực dọc trục: Nmax = Ft/2 + γ.h.F = 215042/2 + 0,0078.200.F
N
F
Với:
σmax= max = t + γ .h ≤ [σ ]th
F
2 .F

Footer Page 17 of 126.


Header Page 18 of 126.

18

F t /2

Hình 2.9: Sơ ñồ tính bền kéo ñúng tâm
Ta chọn hệ số an toàn: n=3
N
F
[σ ]th
Ta có: σmax= max = t + γ .h ≤
F
2 .F
n
Rút F ra ta có:
n.Ft

3.215042
=
= 135,5 cm2
F≥
2.([σ ]th − γ .h.n) 2.(3100 − 0,0078.200.3)
Dựa vào giá trị F, do vật liệu làm việc trong môi trường nhiệt gia
tăng 200C ta chọn mặt cắt F có kích thước lơn hơn so với tính, chọn
mặt cắt là hình chữ nhật có chiều rộng là 45 cm và tầm dày là 5 cm,
như vậy:
F=45 x 5 =225 cm2
Tính chuyển vị:
Ta có : ∆l =

Ft .h
215042.200
=
= 0,04778 cm =0,4778 mm
2.E.F 2.200.10 4.225

Tính ñến chuyển vị do gia tăng nhiệt lên 200C ta có:
∆lT = α.h.∆T=12,5.10-6 . 200.20=0,05 cm = 0,5 mm
Như vậy chuyển vị tổng cộng là:
Σ∆l =∆l + ∆lT =0,4778 + 0,5 = 0,9778 mm
Dùng phần mềm RDM tính kiểm tra lại và kết qủa:

Footer Page 18 of 126.


Header Page 19 of 126.

19

Kết quả tính chuyển vị bằng RDM lớn nhất là: 0,4779 mm
2.3.2.Dầm chịu uốn:
Dùng phần mềm RDM tính

Ft

Hình 2.10: Sơ ñồ tính bền dầm chịu uốn
2.4. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG VAN MÀNG
2.4.1. Một số van màng
- Van màng hai ngã: là loại van có một ngã vào và một ngã ra.
- Van màng ba ngã: là loại van có 2 ngã vào và một ngã ra.
- Van màng chỉnh áp: là loại van ñiều chỉnh ñược áp lực ngã ra.
2.4.2. Quy trình hoạt ñộng của hệ thống van màng khi lưu hóa

CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY
Chương này giới thiệu về PLC SIEMENS họ S7-300 và lập trình
ñiều khiển PLC trên CPU314 FM, giới thiệu phần mềm WinCC
Flexible, xây dựng dự án (Scada) ñiều khiển máy.
3.1. GIỚI THIỆU VỀ PLC SIEMENS HỌ S7-300
3.1.1. Giới thiệu chung về PLC S7_300
3.1.1.1. Cấu trúc chung của một PLC
Khối ñiều khiển trung tâm (CPU) gồm 3 phần: bộ xử lý, hệ
thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp.

Footer Page 19 of 126.

Header Page 20 of 126.

20

3.1.1.2. Cấu trúc, chức năng PLC S7_300
3.1.1.3. Module CPU
3.1.1.4. Module mở rộng
3.1.1.5. Ngôn ngữ lập trình
Có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản sau: Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký
hiệu là STL, ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD, Ngôn ngữ
“hình khối”, ký hiệu là FBD.
3.1.2. Giới thiệu PLC S7_300 CPU314
3.1.2.1. Cấu trúc bộ nhớ
3.1.2.2. Tập lệnh (sử dụng dạng STL)
3.1.3. Giải pháp mạng
3.2. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC
3.2.1. Yêu cầu công nghệ
Cài ñặt các thông số theo yêu cầu, cấp bán thành phẩm (BTP)
vào máy, sau ñó ấn ñịnh hình và ấn nút ñóng máy tự ñộng máy sẽ
ñóng máy tự ñộng và ñạt áp lực dầu theo thông số cài ñặt, quá trình
lưu hóa ñầu thực hiện theo chế ñộ thời gian cài ñặt trong chương
trình như: hơi vào bao hơi, hơi vào màng, nước quá nhiệt vào màng,
nước lạnh vào màng làm mát, hút chân không, sau khi hết chế ñộ
thời gian lưu hóa cài ñặt, máy sẽ tự ñộng mở máy, mở ñến công tắc
hành trình mở máy, kẹp màng sẽ nâng lốp lên, lấy lốp ñã lưu hóa ra
và thực hiện chu trình tiếp theo.
3.2.2. Các cụm ñiều khiển của máy
Các cụm ñiều khiển của máy lưu hóa lốp Ô tô bằng thủy lực,
ñược xây dựng như sơ ñồ, như hình 3.2.

Footer Page 20 of 126.


Header Page 21 of 126.

21

Hình 3.2: Các cụm ñiều khiển của máy
3.2.3. Các biến ñịa chỉ ngõ vào ra
3.2.4. Các bước lập trình trên S7-300
3.3. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC FLEXIBLE
WinCC Flexible viết tắt của Windows Control Center, là phần
mền của hãng Siemens dùng ñể quan sát, ñiều khiển và thu thập dữ
liệu trong quá trình sản xuất.
3.3.1. Chức năng của WinCC Flexible
- Chức năng giám sát.
- Chức năng ñiều khiển.
- Chức năng trao ñổi dữ liệu.
3.3.2. Một số phần trong WinCC Flexible
3.3.2.1. Thiết lập giao thức kết nối
3.3.2.2. Tags và Tags group
3.3.2.3. Thiết kế giao diện (Screen)
3.3.2.4. Tạo mã (Script)
3.3.2.5. Một số hàm hay sử dụng trong chương trình
3.4. XÂY DỰNG DỰ ÁN (SCADA) ĐIỀU KHIỂN MÁY
3.4.1. Khởi ñộng WinCC Flexible

Footer Page 21 of 126.

Header Page 22 of 126.

22

3.4.2. Tạo một Project
3.4.3. Trình tự thiết kế giao diện, thiết lập ñiều khiển cho project
3.4.3.1. Thiết lập kết nối
3.4.3.2 .Tạo các biến (Tag)
3.4.2.3. Thiết kế giao diện và thiết lập ñiều khiển
Giao diện ñiều khiển chính (hình 3.3): thực hiện thao tác cho
máy và hiện thị trạng thái của các ñầu vào ra.
Ở giao diện này ta có thể
ñiều khiển ñược các thao tác
của máy trực tiếp trên máy
tính gòm các công tắc chế ñộ
tay tự ñộng, ñóng mở máy,
ñịnh hình, kẹp màng lên
xuống và thể hiện các trạng
thái làm việc của máy.

Hình 3.3: Giao diện khởi ñộng
Giao diện hệ thống van màng (hình 3.4)
Ở giao diện này khi máy ñang
ở chế ñộ lưu hóa (hấp lốp) nó
sẽ biểu hiện trạng thái ON (có
nén cấp lên van) hoặc OFF
(cắt nén cấp lên van) cho các
van màng theo thời gian nhập
vào, tại các vị trí van màng ở
trạng thái ON nó còn thể hiện

thời gian làm việc.

Hình 3.4: Giao diện hệ thống van màng
lưu hóa cấp nhiệt vào màng

Footer Page 22 of 126.


Header Page 23 of 126.

23

CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
4.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH
4.1.1. Giới thiệu về mô hình
Ở mô hình ñể tiện cho việc chế tạo tôi sử dụng ñóng mở bằng
khí nén, ở mô hình này chủ yếu thể hiện phần ñiều khiển máy trên
WinCC Flexible.
4.1.2. Nguyên lý hoạt ñộng của mô hình

Hình 4.1: Sơ ñồ kết cấu mô hình thực nghiệm
1: PLC S7_300 CPU314
5.Lốp
2: Pittông khí nén ñóng mở máy
6. Pittông khí nén nâng hạ kẹp màng
3: Sensor
7: Sơ ñồ van màng
4. Bao hơi
8: Máy tính

Footer Page 23 of 126.


Header Page 24 of 126.

24

Nguyên lý làm việc của mô hình thực nghiệm, như hình 4.1,
ban ñầu ta nhập các thời gian lưu hóa cho quy cách lốp Ô tô tương
ứng từ máy tính (8), các thông số ñược nhập vào chương trình PLC
thông qua cổng kết nối MPI, ñầu tiên ñưa bán thành phẩm vào
khuôn, sau ñó ấn nút ñóng máy ở chế ñộ tự ñộng từ máy tính, tức là
Xilanh Pittông khí nén (2) ñóng mở máy sẽ ñi xuống ñến tác ñộng
vào sensor ñóng máy và kết hợp ñủ áp lực ép khuôn theo tính toán,
quá trình lưu hóa lốp bắt ñầu thực hiện, hệ thống van màng sẽ mở ñể
cấp nhiệt, theo thời gian ta tính toán nhập vào, quá trình này ñược thể
hiện trên sơ ñồ hệ thống van màng (7) và trạng thái các van màng
ñược thể hiện bằng các ñèn Điốt gắn lên nó, khi ñèn Điốt ñỏ nghĩa là
van màng này ñang ñược cấp nén ñể thực hiện quá trình mở hơi
nóng, nước quá nhiệt vào màng, ñể làm chín lốp. Sau khi hoàn thành
thời gian lưu hóa máy sẽ tự mở ñến giới hạn sensor (3) mở máy thì
máy sẽ dừng và lúc này pittông nâng hạ kẹp màng (6) sẽ nâng lốp
lên, lấy lốp ra, chu kỳ lưu hóa kết thúc và tiếp tục lưu hóa xuất tiếp
theo.
4.2. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CHO MÔ HÌNH
4.2.1. Các cụm ñiều khiển của mô hình
Trong mô hình thực nghiệm ñóng mở máy sử dụng bằng khí nén,
ñã giới thiệu ở mục 4.1.2, các cụm ñiều khiển của mô hình ñược xây
dựng như sơ ñồ như hình 4.2, Nguyên lí làm việc của các cụm ñiều

khiển, ñầu tiên nhập các thông số từ bàn phím máy tính, dữ liệu này
ñược tải vào PLC thông qua cáp MPI, các công tắc thao tác ñiều
khiển ñược xây dựng trên phần mền WinCC Flexible như ở mục
3.4.3 và PLC có nhiệm vụ xuất ra các ñầu ra ñể ñiều khiển cụm van
khí nén, cụm van màng và nhận tín hiều từ máy tính, các sensor và
rơle áp lực và thực hiện theo chương trình ñã ñược lập trên PLC.

Footer Page 24 of 126.


Header Page 25 of 126.

25

Hình 4.2: Sơ ñồ cụm ñiều khiển mô hình máy lưu hóa lốp Ô tô
4.2.2. Lập trình PLC và xây dựng hệ thống SCADA giám sát và
ñiều khiển hệ thống
Chương trình PLC ñược xây dựng ở chương 3 mục 3.2, phần
giám sát ñiều khiển thiết bị ñược xây dựng trên phần mềm WinCC
Flexible ñược trình bày cụ thể ở chương 3.
4.3. CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
Mô hình ñược chế tạo và làm việc tốt theo ñúng nguyên lý hoạt
ñộng của máy ñã trình bày ở mục 4.1.2, như hình 4.3.

Hình 4.3: Ảnh tổng quát của mô hình thực nghiệm

Footer Page 25 of 126.