Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động cán nhíp ô tô

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG
CÁN NHÍP Ơ TƠ

Người hướng dẫn: ThS. HỒNG MINH CƠNG
Sinh viên thực hiện: HUỲNH TẤN PHÚC
NGUYỄN VĂN KÍNH

Đà Nẵng, 2019


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, các ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp ô tô đang không
ngừng phát triển ở Việt Nam song song với đó là sự phát triển của ngành cơ khí và tự
động hóa đang được chú trọng hơn. Khi áp dụng tự động hóa vào sản xuất ta có thể giảm
bớt được chi phí, công sức và quan trọng nhất là sức khỏe đối với con người.
Là sinh viên ngành Công nghệ chế tạo máy thuộc khoa Cơ khí- Trường đại học
Bách Khoa Đà nẵng, chúng em đang có những cơ hội và thách thức khi đang học ở năm
cuối của trường. Hiểu được tầm quan trọng của ngành cơ khí nên chúng em đang khơng
ngừng trao dồi kiến thức để có thể làm việc tốt nhất sau khi ra trường.

Được nhà trường tạo điều kiện cùng với sự đồng ý của “Công ty sản xuất nhíp ơ tơ
Trường Hải”, nhóm chúng em có cơ hội làm Đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ
thống cấp phơi tự động cán nhíp ơ tô” tại công ty, tiếp cận với môi trường làm việc
chuyên nghiệp và sau cùng là hoàn thành Đồ án tốt nghiệp. Với đề tài này chúng em đã
được học tập và vận dụng nhiều kiến thức đã học vào thực tế cũng như kỹ năng sử dụng
các phần mềm như Catia, Auto Cad... trong thiết kế, phân tích kết cấu, ngồi ra chúng em
được làm việc nhóm phân tích, đánh giá hiệu quả để hồn thiện mơ hình hơn.

C
C

R
L
T.

U
D

Chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới khoa Cơ Khí- Trường Đại học Bách
Khoa Đà Nẵng đã tạo điều kiện cho chúng em làm tốt nghiệp tại Công ty. Bên cạnh đó
chúng em xin cảm ơn sự chỉ dẫn tận tình của thầy Th.s Hồng Minh Cơng, anh Nguyễn
Văn Nhân, Trưởng bộ phận Kỹ thuật, cùng các anh, chị trong cơng ty sản xuất nhíp ơ tơ
Trường Hải và bạn bè đã giúp chúng em có thể hồn thành đồ án này. Trong q trình
thiết kế khơng thể thiếu những sai sót, rất mong sự chỉ dẫn của các thầy chỉ bảo để chúng
em có thể hồn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Tấn Phúc

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

Nguyễn Văn Kính

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

Lời cam kết: “ Chúng tôi xin cam đoan đề tài tốt nghiệp này là cơng trình do chúng
tơi, Huỳnh Tấn Phúc và Nguyễn Văn Kính nghiên cứu thực hiện. Chúng tôi không sao
chép hoặc lấy ý tưởng của ai mà khơng được sự cho phép hoặc trích dẫn nguồn gốc. Nếu
có bất kỳ sai phạm nào, chúng tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.”

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Tấn Phúc

R
L
T.

C
C

Nguyễn Văn Kính

U
D

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

MỤC LỤC
1

2

3

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÍP Ô TÔ ............................................................. 8
1.1

Giới thiệu về nhíp ơ tơ ............................................................................................ 8

1.2

Cơng nghệ sản xuất nhíp ơ tơ .................................................................................. 8

1.3

Các dây chuyền sản xuất ......................................................................................... 8

1.4

Nhu cầu về sản xuất nhíp ơ tơ ................................................................................. 9

1.5

Hệ thống cán côn .................................................................................................. 10

1.5.1

Hệ thống cán côn hiện tại ............................................................................... 10

1.5.2

Yêu cầu thiết kế:............................................................................................. 11

C
C

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ................................................................... 12
2.1

Phương án 1: Thiết kế hệ thống cơ khí và điều khiển PLC cấp phơi ................... 12

2.2

Phương án 2: Sử dụng cầu trục để cấp phôi ......................................................... 13

2.3

Phương án 3: Sử dụng robot gắp nhíp cấp phôi .................................................... 14

R
L
T.

U
D

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ THIẾT KẾ ............................................................................... 15
3.1

Sơ đồ bố trí các cụm máy trong hệ thống ............................................................. 15

3.2

Sơ đồ động của hệ thống ....................................................................................... 16

3.3

Nguyên lý hoạt động của hệ thống ....................................................................... 16

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CỤM 1 (CỤM GẮP PHÔI) .............................................. 17
4.1

Yêu cầu đặt ra ....................................................................................................... 17

4.2

Phương án thiết kế: ............................................................................................... 17

4.2.1

Chọn phương án cơ cấu kẹp phôi ................................................................... 17

4.2.2

Chọn phương án di chuyển phôi ra khỏi lị nung ........................................... 18

4.3

Sơ đồ động cụm gắp phơi ..................................................................................... 22

4.4

Tính tốn ............................................................................................................... 23

4.4.1

Tính lực kẹp cần thiết của má kẹp để di chuyển phơi .................................... 23

4.4.2

Tính chọn ray trượt và xi lanh cho cơ cấu gắp lá nhíp từ lị nung . ............... 26

4.4.3

Tính chọn xi lanh kéo ..................................................................................... 28

4.4.4

Tính chọn ray trượt và xi lanh cho cơ cấu định vị ......................................... 29

4.4.5

Thiết kế khung giàn cho cụm ......................................................................... 32

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
5

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ CỤM 2 (CỤM BĂNG TẢI CHUYỂN PHÔI) .................. 35
5.1

Yêu cầu ................................................................................................................. 35

5.2

Phương án thiết kế ................................................................................................ 35

5.3

Sơ đồ động ............................................................................................................ 37

5.4

Số liệu thiết kế ...................................................................................................... 38

5.5

Tính tốn bộ truyền ............................................................................................... 38

5.5.1

Tính chọn động cơ: ........................................................................................ 38

5.5.2

Tính bộ truyền xích con lăn: .......................................................................... 39

5.5.3

Bảng thơng số bộ truyền xích: ....................................................................... 41

5.6

Số liệu thiết kế:............................................................................................... 41

5.6.2

Thiết kế trục: .................................................................................................. 41

5.6.3

Thiết kế mối ghép then bằng: ......................................................................... 45

5.6.4

Tính chọn ổ lăn: ............................................................................................. 46

C
C

R
L
T.

U
D

Mơ hình thiết kế cụm băng tải .............................................................................. 48

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CỤM 3 (CỤM ĐỊNH VỊ).................................................. 50
6.1

Yêu cầu ................................................................................................................. 50

6.2

Phương án thiết kế ................................................................................................ 50

6.3

Sơ đồ động ............................................................................................................ 50

6.4

Tính bộ truyền vít – đai ốc .................................................................................... 52

6.4.1

Số liệu thiết kế:............................................................................................... 52

6.4.2

Thiết kế bộ truyền: ......................................................................................... 52

6.5

Tính chọn xi lanh .................................................................................................. 54

6.5.1

Tính xi lanh nâng phơi: .................................................................................. 54

6.5.2

Tính xi lanh kẹp phơi: .................................................................................... 55

6.6

7

Thiết kế trục .......................................................................................................... 41

5.6.1

5.7
6

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ơ TƠ

Mơ hình thiết kế cụm định vị ................................................................................ 56

CHƯƠNG 7: BIỂU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC PHẦN TỬ THỦY KHÍ ............... 58
7.1

Biểu đồ điều khiển ................................................................................................ 58

7.2

Các phần tử khí nén .............................................................................................. 60

7.2.1

Máy nén khí: .................................................................................................. 60

7.2.2

Bình chứa khí: ................................................................................................ 62

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
7.2.3

Bộ lọc khí nén: ............................................................................................... 62

7.2.4

Van khí nén 5/2: ............................................................................................. 63

7.2.5

Van tiết lưu khí nén: ....................................................................................... 64

7.2.6

Van một chiều: ............................................................................................... 64

7.3

8

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

Các phần tử thủy lực ............................................................................................. 65

7.3.1

Bơm thủy lực: ................................................................................................. 65

7.3.2

Van an toàn: ................................................................................................... 66

7.3.3

Bộ ổn tốc: ....................................................................................................... 66

7.3.4

Van phân phối thủy lực 4/3: ........................................................................... 67

CHƯƠNG 8: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG ........................................... 72
8.1

Lắp đặt................................................................................................................... 72

C
C

8.1.1

Lắp đặt cụm gắp phơi từ lị nung: .................................................................. 72

8.1.2

Lắp đặt cụm băng tải mang phôi: ................................................................... 74

8.1.3

Lắp đặt cụm định vị: ...................................................................................... 75

R
L
T.

U
D

8.2

Vận hành ............................................................................................................... 77

8.3

Bảo trì, bảo dưỡng................................................................................................. 78

8.3.1

Bảo trì phục hồi: ............................................................................................. 78

8.3.2

Bảo trì phịng ngừa: ........................................................................................ 78

8.3.3

Bảo dưỡng cơ hội ........................................................................................... 78

8.3.4

Bảo trì dựa trên tình trạng: ............................................................................. 79

8.3.5

Phương pháp bảo trì dự đốn: ........................................................................ 79

Danh mục hình ảnh...............................................................................................................6
Tài liệu tham khảo..............................................................................................................81

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ơ TƠ
DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1 Một góc nhà máy nhíp ơ tơ ................................................................................... 9
Hình 1-2 Quy trình sản xuất một bộ nhíp ơ tơ...................................................................... 9
Hình 1-3 Lị gia nhiệt và máy cán cơn hiện tại .................................................................. 10
Hình 1-4 Lị gia nhiệt cán cơn ............................................................................................ 11

Hình 1-5 Máy cán cơn ........................................................................................................ 11
Hình 2-1 Sơ đồ động phương án 1 ..................................................................................... 12
Hình 2-2 Cầu trục ............................................................................................................... 13
Hình 2-3 Robot gắp phơi .................................................................................................... 14
Hình 3-1 Sơ đồ bố trí các cụm máy trong hệ thống ........................................................... 15
Hình 3-2 Sơ đồ động tồn hệ thống .................................................................................... 16
Hình 4-1 Lị nung ............................................................................................................... 17
Hình 4-2 Nam châm điện hút phơi ..................................................................................... 17
Hình 4-3 Cơ cấu kẹp phơi................................................................................................... 18
Hình 4-4 Các phương pháp tạo phương chuyển động tịnh tiến cho cơ cấu ....................... 19
Hình 4-5 Cơ cấu gắp phơi ra .............................................................................................. 20
Hình 4-6 Cơ cấu vít me - đai ốc ......................................................................................... 20
Hình 4-7 Xi lanh thủy lực ................................................................................................... 21
Hình 4-8 Sơ đồ động cụm gắp phơi .................................................................................... 22
Hình 4-9 Sơ đồ phân tích lực kẹp lá nhíp ........................................................................... 23
Hình 4-10 Cơ cấu kẹp thực tế ............................................................................................. 24
Hình 4-11 Phân tích tính lực xi lanh .................................................................................. 24
Hình 4-12 Phân tích tính hành trình xi lanh ....................................................................... 25
Hình 4-13 Tính ứng suất và chuyển vị ............................................................................... 26
Hình 4-14 Ray trượt gắn lên cơ cấu kẹp............................................................................. 26
Hình 4-15 Cơ cấu ray trượt, con trượt ................................................................................ 27
Hình 4-16 Phân tích lực đặt lên các con trượt .................................................................... 27
Hình 4-17 Bảng thơng số của ray ....................................................................................... 28
Hình 4-18 Xilanh MDBT50-600Z...................................................................................... 29
Hình 4-19 Tính khối lượng và đặt lực ................................................................................ 29
Hình 4-20 Tính khối lượng và đặt lực ................................................................................ 30
Hình 4-21 Bảng thơng số ray.............................................................................................. 31
Hình 4-22 Kết cấu giàn đỡ ................................................................................................. 33
Hình 4-23 Tính ứng suất và chuyển vị dầm U20 ............................................................... 34
Hình 4-24 Tính ứng suất và chuyển vị dầm chữ H ............................................................ 34

Hình 5-1 Băng tải cao su .................................................................................................... 35
Hình 5-2 Băng tải xích ....................................................................................................... 36
Hình 5-3 Băng tải con lăn ................................................................................................... 36
Hình 5-4 Sơ đồ động cụm băng tải chuyển phơi ................................................................ 37

C
C

R
L
T.

U
D

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

Hình 5-5 Động cơ FV30 – 400 – 24S ................................................................................. 39
Hình 5-6 Biểu đồ mơ men .................................................................................................. 43
Hình 5-7 Kích thước chính xác của trục............................................................................. 45
Hình 5-8 Kích thước then bằng .......................................................................................... 46
Hình 5-9 Gối đỡ UCFC206 ................................................................................................ 47

Hình 5-10 Mơ hình thiết kế cụm băng tải........................................................................... 48
Hình 5-11 Chân đế cụm băng tải ........................................................................................ 48
Hình 5-12 Giá đỡ xích cụm băng tải .................................................................................. 49
Hình 6-1 Sơ đồ động cụm định vị ...................................................................................... 51
Hình 6-2 Xi lanh khí nén MGPM32R100 .......................................................................... 55
Hình 6-3 Xi lanh khí nén MGPM25R200 .......................................................................... 56
Hình 6-4 Mơ hình thiết kế cụm định vị .............................................................................. 56
Hình 6-5 Chân đế cụm định vị ........................................................................................... 57
Hình 6-6 Bộ phận nâng phôi và bộ phận kẹp phôi ............................................................. 57
Hình 7-1 Biểu đồ điều khiển Grafcet ................................................................................. 58
Hình 7-2 Máy nén khí ly tâm ............................................................................................. 61
Hình 7-3 Bình chứa khí ...................................................................................................... 62
Hình 7-4 Bộ lọc khí nén ..................................................................................................... 63
Hình 7-5 Van khí nén 5/2 ................................................................................................... 63
Hình 7-6 Van tiết lưu khí nén ............................................................................................. 64
Hình 7-7 Van một chiều ..................................................................................................... 64
Hình 7-8 Bơm thủy lực trục vít .......................................................................................... 65
Hình 7-9 Van an tồn ......................................................................................................... 66
Hình 7-10 Bộ ổn tốc ........................................................................................................... 66
Hình 7-11 Van phân phối 4/3 ............................................................................................. 67
Hình 8-1 Lắp đặt trụ và các dầm ........................................................................................ 72
Hình 8-2 Lắp xi lanh thủy lực và ray trượt dọc .................................................................. 72
Hình 8-3 Lắp xi lanh khí nén và ray trượt ngang ............................................................... 73
Hình 8-4 Lắp xi lanh kẹp và máng trượt ............................................................................ 73
Hình 8-5 Lắp chân đế băng tải ........................................................................................... 74
Hình 8-6 Lắp giá đỡ xích băng tải ...................................................................................... 74
Hình 8-7 Lắp trục, động cơ, các tấm đỡ, ổ bi và các đĩa xích ............................................ 75
Hình 8-8 Lắp chân đế cụm định vị ..................................................................................... 76
Hình 8-9 Lắp động cơ, ray trượt và vít me ......................................................................... 76
Hình 8-10 Lắp cụm nâng phơi, kẹp phơi và giá đỡ ............................................................ 77

C
C

R
L
T.

U
D

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

PHẦN I: LÝ THUYẾT
1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÍP Ơ TƠ
1.1 Giới thiệu về nhíp ơ tơ
Nhíp ơtơ là bộ phân giảm xóc cho ơtơ gồm nhiều tấm thép được ghép lại. Toàn bộ
tải trọng trọng của xe được đặt lên khung thơng qua các nhíp này. Nhờ vào khả năng đàn
hồi tốt nhíp được dùng giảm các chấn động lên xe (triệt tiêu các dao động) khi xe di
chuyển trên đoạn đường gồ ghề. Đồng thời, nhíp cũng phải chịu ứng suất chu kì (ứng suất
nén và kéo thay đổi theo chu kỳ).
1.2 Công nghệ sản xuất nhíp ơ tơ

Nhà máy được chuyển giao cơng nghệ sản xuất từ tập đoàn Daewon – Hàn Quốc và
được trang bị hệ thống thiết bị máy móc tiên tiến, hiện đại như máy cắt thủy lực, lò gia
nhiệt cuộn tai, thiết bị định hình tai bao/tai cuộn, lị gia nhiệt cán cơn, thiết bị định hình
đầu lá nhíp (lực nhấn 120 tấn), lị nung nhíp ngắn và nhíp dài, thiết bị uốn biên dạng lá
nhíp ngắn và lá nhíp dài, lò ram, hệ thống sơn nhúng, các thiết bị kiểm tra (độ cứng, thử
tải bộ nhíp, độ bền mỏi, đo độ song song tai nhíp) và các thiết bị khác như: máy này tai
nhíp, máy ép bạc, máy ép rive,…

C
C

R
L
T.

U
D

1.3 Các dây chuyền sản xuất
Dây chuyền cán côn: phôi thép được nhập khẩu từ Hàn Quốc được đưa qua máy cắt
thủy lực sau đó gia nhiệt phơi thép tại lị gia nhiệt và đưa qua cuộn đầu tai nhíp hoặc cán
cơn lá nhíp.
Dây chuyền nhiệt luyện: chức năng của chuyền này là uốn biên dạng lá nhíp và đột
lỗ tâm nhíp. Các phơi nhíp được chuyển từ chuyền cán cơn qua và được nung tại lị nung
nhíp ngắn hoặc nhíp dài tùy theo chiều dài phơi nhíp. Sau khi nung các lá nhíp được đưa
qua đột lỗ tâm và uốn biên dạng, sau đó được chuyển tới lị ram để ram. Ra khỏi lị ram là
kết thúc cơng đoạn tại chuyền nhiệt luyện.
Dây chuyền phun bi - sơn nhúng: trước khi sơn nhúng thì lá nhíp phải trải qua cơng
đoạn phun bi nhằm mục đích tăng độ bền mỏi cho lá nhíp, sau khi sơn nhúng xong thì
được sấy ngay tại lị sấy.

Dây Chuyền lắp ráp và sơn hồn thiện: các lá nhíp có thiết kế khác nhau thì được
cơng nhân tiến hành doa lỗ nhíp hoặc tán rive hoặc ép bạc lót, sau đó được đưa lên
chuyền lắp ráp. Sau khi lắp ráp nhíp bộ đưa qua máy thử tải, chuyển tới phịng sơn hồn
thiện và qua lị sấy.

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ơ TƠ

C
C

Hình 1-1 Một góc nhà máy nhíp ơ tơ

R
L
T.

1.4 Nhu cầu về sản xuất nhíp ơ tơ
Cơng suất nhà máy sản xuất nhíp ơ tơ đạt 6000 tấn/ năm, trong đó lượng nhíp sản
xuất tại nhà máy ln đạt trên 4000 tấn trên năm và đang mở rộng thị trường trong nước
và quốc tế.

U

D

Hình 1-2 Quy trình sản xuất một bộ nhíp ơ tơ
GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ơ TƠ

1.5 Hệ thống cán cơn
Hệ thống cán cơn nhíp thuộc dây chuyền cán cơn.

C
C

R
L
T.

Hình 1-3 Lị gia nhiệt và máy cán cơn hiện tại

U
D

Cơng đoạn cán cơn có 03 thiết bị chính: lị nung, thiết bị cán cơn, thiết bị
cắt đột định hình. Phơi nhíp đi từ lị nung => cán cơn => cắt, đột định hình.

1.5.1 Hệ thống cán côn hiện tại
- Công đoạn này được thực hiện thủ cơng, có 03 nhân cơng thực hiện (01
nhân sự cấp phơi vào lị nung, 02 nhân sự thực hiện gia cơng cán cơn và
cắt, đột định hình). Sản lượng 1.695 sản phẩm/8h (17 giây/1 sản phẩm).
- Môi trường làm việc gần lị nung có nhiệt độ cao, phơi nhíp nặng (max
30Kg) nên ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động.
- Cảm biến vị trí giúp cho khi nào cơng nhân lấy phơi thì băng chuyền mới tiếp tục
chuyển động.
- Máy sử dụng băng tải xích để đưa phơi vào lò gia nhiệt nhờ vào các cảm biến từ
đặt gần các bánh răng (bánh răng gắn trên trục động cơ) giúp cho động cơ quay
đúng góc.
- Thời gian nung lá thép có chiều rộng 50mm là 6 phút, chiều rộng 100mm là 12
phút
- Yêu cầu:
+ Đối với thép có bề dày 7 – 12 mm nhiệt độ lò là 1000 ± 10o C.
+ Đối với thép có bề dày > 12 mm nhiệt độ lò là 1100 ± 10o C (thép ở pha Austenit
có tính dẻo để dễ dàng gia cơng).

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ơ TƠ

Hình 1-4 Lị gia nhiệt cán cơn

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 1-5 Máy cán côn

1.5.2 Yêu cầu thiết kế:
- Sản lượng yêu cầu của cơ cấu tối thiểu là 2.060 sản phẩm/8h (14 giây/1 sản phẩm).
- Tiết kiệm được sức lao động và cải thiện điều kiện làm việc cho công
nhân.
- Các cơ cấu phải đảm bảo kẹp và gia công được phôi thép có chiều dài từ
300÷1800(mm), rộng 50÷100(mm), dày 8÷22(mm).

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

2 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Phương án 1: Thiết kế hệ thống cơ khí và điều khiển PLC cấp phôi

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 2-1 Sơ đồ động phương án 1
Nguyên lý hoạt động:
Cụm 1 có 3 xi lanh trong đó có 1 xi dùng để định vị kẹp giữa lá nhíp, 1 xi lanh di chuyển
vào trong lị và 1 xi lanh để kẹp phôi, sau khi kẹp phôi và rút ra sẽ đặt lên băng tải ở cụm
2 để di chuyển lá nhíp, sau đó đến cụm sẽ có xi lanh nâng lên để lá nhíp trượt vào cơ cấu
định vị để vít me di chuyển định vị đúng cử của lá nhíp vì nhíp có nhiều loại khác nhau.
Ưu điểm:
-

Có thể làm thành nhiều cụm hoạt động độc lập nên hệ thống có thể hoạt động liên
tục trong thời gian ngắn.

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

Thay đổi phương án điều khiển dễ dàng hơn.
Giá thành tương đối thấp.
Độ tin cậy cao.
Có thể làm việc trong mơi trường nhiệt độ cao và bụi.

Nhược điểm:
-

Độ chính xác thấp, độ ổn định của máy không cao.
Tốn nhiều diện tích khơng gian nhà máy.

2.2 Phương án 2: Sử dụng cầu trục để cấp phôi

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 2-2 Cầu trục
Nguyên lý hoạt động động:

Cầu trục sẽ lấy phơi từ lị nung và di chuyển sang máy cán côn.
Ưu điểm:
-

Cơ cấu đơn giản điều khiển dễ dàng hơn.

Nhược điểm:
-

Hoạt động khơng chính xác.
Phải lắp thêm cơ cấu tay gắp để gắp 1 lá nhíp.

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

2.3 Phương án 3: Sử dụng robot gắp nhíp cấp phơi
Ưu điểm:
-

Lá nhíp được xếp đồng đều.
Có thể dễ dàng thay đổi phương án sản xuất.
Độ ổn định cao chi phí bảo dưỡng thấp.

Nhược điểm:
-

Mức đầu tư ban đầu cao hơn, hiệu quả phải cần thời gian để kiểm chứng.
Thời gian đáp ứng liên tục không cao (7s).
Yêu cầu nhân viên vận hành có chun mơn cao điều khiển.
Nếu robot hỏng thì tồn bộ hoạt động sẽ phải dừng lại để sửa chữa.

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 2-3 Robot gắp phôi

Từ các ưu điểm và nhược điểm của mỗi phương án trên, ta chọn phương án 1 – cấp
phôi bằng hệ thống cơ khí và điều khiển PLC. Phương án này có độ chính xác tương đối
cao, dễ tiến hành tự động hóa, mức đầu tư khơng cao.

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

14

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ
PHẦN II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3 CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ THIẾT KẾ
3.1 Sơ đồ bố trí các cụm máy trong hệ thống
Dựa trên vị trí của lị nung và máy cán cơn hiện tại ta bố trí các cụm máy như sau:

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 3-1 Sơ đồ bố trí các cụm máy trong hệ thống
Phơi được nung nóng trong lị đến nhiệt đồ cần thiết đối với từng loại nhíp:
+ Đối với thép có bề dày 7 – 12 mm nhiệt độ lò là 1000 ± 10o C.
+ Đối với thép có bề dày > 12 mm nhiệt độ lị là 1100 ± 10o C (thép ở pha Austenit
có tính dẻo để dễ dàng gia công).
Hệ thống cấp phôi được chia ra thành 3 cụm chính:
Cụm 1: Cụm kẹp, gắp phơi từ lị nung.
Cụm 2: Cụm băng tải di chuyển phơi.
Cụm 3: Cụm định vị phơi.

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng

SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

3.2 Sơ đồ động của hệ thống

C
C

R
L
T.

Hình 3-2 Sơ đồ động toàn hệ thống

U
D

3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
- Khi có tín hiệu từ cảm biến của lị nung, cụm 1 sẽ gồm có 3 xi lanh, xi lanh thủy
lực sẽ định vị cơ cấu kẹp chính giữa lá nhíp ( vì phơi nhíp có chiều dài khác nhau
nên cần phải định vị bằng xi lanh lanh thủy lực) cơ cấu kẹp sẽ kẹp phôi và một xi
lanh khí nén sẽ rút ra, sau khi rút ra thì xi lanh kẹp nhả lên băng tải ở cụm 2.
- Cụm 2 sẽ hoạt động khi có tín hiệu cảm biến của lá nhíp đã được đặt lên từ cụm 1
sau đó băng tải sẽ chuyển phơi đến cuối băng tải ở đó sẽ có cảm biến nhận biết lá

nhíp và sẽ cho dừng băng tải.
- Sau khi có tín hiệu của cảm biên ở cuối băng tải cụm 3 sẽ có 1 xi lanh nâng lên
mang theo máng ngiêng và lá nhíp sẽ trượt vào 3 con lăn kẹp, sau khi trượt vào 3
con lăn kẹp, xi lanh sẽ đẩy để kẹp lá nhíp và cơ cấu vít me sẽ đẩy lá nhíp định vị
đúng cữ hành trình để định vị lá nhíp sau đó cơ cấu gắp sẽ gắp vào máy cán cơn.

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

4 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CỤM 1 (CỤM GẮP PHƠI)
4.1 u cầu đặt ra
- Gắp phơi từ lị nung (phơi có kích thước 300÷1800mm, rộng 50÷100mm, dày
8÷22mm) khối lượng tối đa của phôi là 31 kg, đặt lên cụm 2 và định vị sao cho tâm
của phôi nằm giữa cụm băng tải (cụm 2).
- Thời gian tối đa 1 lần gắp (cycle time) 8 giây.
- Gắp phôi được nung nóng ở nhiệt độ cao.
- Tự động hóa hồn tồn.
4.2 Phương án thiết kế:
4.2.1 Chọn phương án cơ cấu kẹp phơi
Kẹp phơi có nhiệm vụ kẹp cứng phơi ở trong lị để di chuyển phơi ra khỏi lị.

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 4-1 Lị nung
- Phương án 1: Sử dụng nam châm để hút phơi ( vì phơi ở đây là là nhíp bằng sắt nên có
thể sử dụng nam châm).

Hình 4-2 Nam châm điện hút phơi
Ưu điểm:
GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

Cơ cấu nhỏ gọn, dễ lắp đặt.
Có thể hút nhiều loại phơi khác nhau.

Nhược điểm:
-

Quy trình hút tốn nhiều thời gian do máy phải hoạt động liên tục và chỉ được phép
hút 1 phôi nên trong thời gian 9s không thể đủ thời gian để hoạt động.

Phương án 2: Sử dụng xi lanh khí nén để kẹp phơi

C
C

R
L
T.

Hình 4-3 Cơ cấu kẹp phôi
Ưu điểm:
-

U
D

Khi lắp đặt và vận hành có thể ngăn ngừa trượt tốt, góc gắn và gá vào các vị trí
khá linh hoạt.
Xi lanh có thể hoạt động ổn định trong mơi trường có áp suất, nhiệt độ thay đổi
liên tục, khả năng quá tải của động cơ khí.
Cơ cấu nhỏ gọn, có thể tạo nên lực kẹp lớn, độ tin cậy khá cao.
Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn
nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận tốc
rất cao.

Nhược điểm:

-

Khơng điều khiển được q trình trung gian giữa 2 ngưỡng.
Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử.
Tính nén được: khí nén khơng cho phép piston đạt được vận tốc đều bằng hằng số.

Ta thấy được ưu điểm vượt trội của phương án 2 và nó cũng hợp lý với lò nung và cơ cấu
máy hiện tại nên ta chọn phương án 2 là phương án thiết kế cơ cấu kẹp giữ phôi.

4.2.2 Chọn phương án di chuyển phơi ra khỏi lị nung
Cụm có nhiệm vụ di chuyển phơi từ lị nung đến cụm băng tải để di chuyển phơi.

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

C
C

R
L
T.

U

D

Hình 4-4 Các phương pháp tạo phương chuyển động tịnh tiến cho cơ cấu
Để tạo phương chuyển động tịnh tiến cho cơ cấu ta chọn ray trượt.
Ưu điểm:
-

Cơ cấu nhỏ gọn.
Làm việc êm, khơng cần điều chỉnh khi mịn do ma sát lăn nên ít bị mịn.
Giá thành hạ, ray trượt đã được tiêu chuẩn hóa nên có thể dễ dàng thay thế cho
nhiều cơ cấu trong nhà máy, quá trình bảo trì cũng đơn giản hơn.
Lắp đặt dễ dàng.

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

Nhược điểm:
-

Phải bôi trơn thường xuyên.

Phương án 1: Sử dụng xi lanh khí nén kéo ra.

Hình 4-5 Cơ cấu gắp phôi ra

C
C

Ưu điểm:
-

Nhược điểm:
-

R
L
T.

Cơ cấu nhỏ gọn dễ lắp đặt.
Vận tốc di chuyển lớn có thể kéo lực lớn độ tin cậy cao.
Hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ cao của lị nung.

U
D

Tính nén được: khí nén không cho phép piston đạt được vận tốc đều bằng hằng số.

Phương án 2: Sử dụng cơ cấu vít me với động cơ.

Hình 4-6 Cơ cấu vít me - đai ốc

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

Ưu điểm:
-

Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ.
Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài.
Mất mát do ma sát nhỏ.

Nhược điểm:
-

Khả năng tải kém.
Giá thành cao do việc chế tạo cần chính xác.

Ta chọn phương án 1 làm phương án để di chuyển phơi ra khỏi lị nung vì cơ cấu nhỏ gọn
dễ bố trí các cụm và có thể chịu tải trọng nặng.
Cơ cấu định vị phơi:
-Phương án 1: Sử dụng vít me kèm theo động cơ servo để di chuyển phôi và định vị phôi.
-Phương án 2: Sử dụng xi lanh thủy lực.

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 4-7 Xi lanh thủy lực
Ưu điểm:
-

Dễ sử dụng, mang đến hiệu quả cao.
Có khả năng truyền áp lực mạnh với cơng suất cao.
Thiết kế nhỏ gọn, mang tính ứng dụng cao cho nhiều loại máy móc cơng trình.
Độ tin cậy cao trong hoạt động, ít địi hỏi phảo bảo dưỡng thường xun.
Có thể làm việc ở tốc độ cao mà không sợ va đập mạnh.
Theo dõi dễ dàng bằng áp kế để điều chỉnh hệ số phù hợp ngay cả những hệ thống
phức tạp.

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ơ TƠ

Có thể điều chỉnh được vị trí di chuyển hành trình xi lanh nên có thể định vị đúng
vị trí.

Nhược điểm:
-

Khi mới hoạt động, nhiệt độ hệ thống khơng ổn định, vận tốc sẽ bị thay đổi khi độ
nhớt trên trong thay đổi gây ảnh hưởng đến hệ thống.
Tiêu hao chất lỏng trong quá trình dẫn ống và bị rị rỉ bên trong có thể làm giảm
hiệu suất.
Độ tỏa nhiệt cao khi q trình hoạt động nhanh, cơng suất lớn.

Ta chọn phương án dùng xi lanh thủy lực cho cụm định vị phơi vì, tải trọng ở đây nặng và
cần chuyển động chính xác nên dùng xi lanh thủy lực là hợp lý.
4.3 Sơ đồ động cụm gắp phôi
Cụm gắp phôi sử dụng cơ cấu di chuyển dọc và ngang để gắp phơi rút ra khỏi lị và định
vị phôi theo chiều ngang.

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 4-8 Sơ đồ động cụm gắp phơi
GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng

SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

1 - Xi lanh kẹp lá nhíp
- 5 - Hệ thống bơm khí nén
2 - Xi lanh rút nhíp ra khỏi lò
- 6 - Van 4/3
3 - Xi lanh thủy lực định vị lá nhíp
- 7 - Bơm thủy lực
4 - Van điện từ 5/2
4.4 Tính tốn
4.4.1 Tính lực kẹp cần thiết của má kẹp để di chuyển phôi
Ta có các lực tác dụng trên lá nhíp AE như sau:
-

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 4-9 Sơ đồ phân tích lực kẹp lá nhíp
Trong đó:
-

B, C là các điểm đặt tay kẹp của cơ cấu kẹp.
F1, F2 là lực kẹp cần thiết.
P là trọng lượng phơi (max=31kg→ P=310 N).
G là lực gây momen.

Lá nhíp được kẹp ở giữa nên lực kẹp để giữ lá nhíp F1  F2  K

P
310
 1.5
 233N
2
2

( với K là hệ số an toàn K= 1.5 – 2 ).
 Tính chọn xi lanh
Phân tích lực tại điểm O của cơ cấu kẹp bằng xi lanh để chọn đường kính xi lanh.

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TKHT CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG CÁN NHÍP Ô TÔ

Hình 4-10 Cơ cấu kẹp thực tế

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 4-11 Phân tích tính lực xi lanh

Tính lực xi lanh:

Xét phương trình cân bằng momen tại A:
Fxl .OA  Fk .OB  0
 Fxl 

Fk .OB 233.165

 592 N
OA
65

Tính đường kính trong xi lanh:

Với áp suất hiện tại của nhà máy là p=0.6 Mpa.
Suy ra:

D

4 Fxl
4.592

 35.4mm
.p
 .0, 6

Theo tiêu chuẩn ta chọn xi lanh có đường kính trong là 50 mm.
Tính chọn hành trình xi lanh:
Hành trình xi lanh được tính sao cho góc mở của kẹp phải lớn hơn 30

GVHD:Th.s Hồng Minh Cơng
SVTH: Huỳnh Tấn Phúc-Nguyễn Văn Kính

24