TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài
Sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy nhu cầu tự động hóa trong sản xuất Sự xuất hiện của các máy đan lưới thép đã mang lại nhiều thành tựu đáng kể cho lĩnh vực khai thác khoáng sản phục vụ sản xuất.
Nhu cầu máy đan lưới tại Việt Nam ngày càng tăng cao, tuy nhiên, việc nhập khẩu từ các nước phát triển như Đức, Nhật Bản hay Trung Quốc thường gặp khó khăn do giá thành cao và khó bảo trì Điều này đã khuyến khích nhiều cá nhân đam mê nghiên cứu và chế tạo máy đan lưới với chi phí thấp, dễ bảo trì nhưng vẫn đảm bảo đáp ứng nhu cầu sản xuất trong nước.
Tại Việt Nam, nhu cầu khai thác khoáng sản và vật liệu đá phục vụ xây dựng, sản xuất và xuất khẩu đang gia tăng mạnh mẽ, đặc biệt khi Việt Nam là một trong những quốc gia xuất khẩu than đá hàng đầu Sản lượng khoáng sản lớn với nhiều kích thước khác nhau dẫn đến nhu cầu cao về lưới sàng đa dạng kích thước Tuy nhiên, sản phẩm hiện tại chủ yếu phụ thuộc vào sức lao động của người thợ, dẫn đến tiêu chuẩn không đạt, năng suất thấp và sản phẩm thường bị lỗi Do đó, nghiên cứu và hoàn thiện máy đan lưới thép để nâng cao chất lượng sản xuất là một yêu cầu cấp thiết.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu và chế tạo máy đan lưới thép yêu cầu sinh viên tích lũy kiến thức đa dạng về cơ khí, điện tử và tin học Đây là cơ hội để họ khám phá, kiểm nghiệm và hiểu rõ hơn về các loại máy đan lưới, từ đó phát triển máy đan lưới phù hợp với nhu cầu sử dụng Đề tài này không chỉ giúp nhóm củng cố kiến thức và kỹ năng mà còn tạo ra sản phẩm có khả năng phân loại vật liệu như khoáng sản (đá, than, cát) trong ngành khai thác và chế biến khoáng sản, phục vụ cho sản xuất tại các nhà máy nhiệt điện, xây dựng và xuất khẩu.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Hoàn thiện kết cấu thân máy, hệ thống điều khiển và các chức năng hỗ trợ gia công
- Gia công thử nghiệm máy với nhiều loại lưới để đánh giá độ ổn định
Tổng quan về ngành khai thác đá
1.4.1 Quy trình từ khai thác đến công đoạn cuối cùng trong các lĩnh vực xây dựng khác nhau dùng đến đá
Đá dùng làm bờ kè
Đá là vật liệu thiết yếu trong ngành xây dựng, được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau Hiện nay, có nhiều loại đá xây dựng như đá mi sàng, đá mi bụi và đá 1x2, thường được sử dụng để trộn bê tông, sản xuất gạch, làm tấm đan bê tông, cũng như để rải nền đường và nền nhà, hoặc san lấp các công trình.
Quá trình khai thác và chế biến đá để đạt được sự phân loại rõ ràng là một công việc gian nan, đòi hỏi nhiều công đoạn và quy trình nghiêm ngặt.
_Quy trình cơ bản sản xuất đá xây dựng:
Khai mỏ trong giai đoạn chuẩn bị bao gồm việc chuyển quân và máy móc đến công trường Các công trình cần thiết được xây dựng như đường công vụ, trạm điện, lán trại tạm, kho thuốc nổ, mặt bằng sản xuất và bãi chứa vật liệu Ngoài ra, còn thực hiện công tác bóc phong hoá để chuẩn bị cho quá trình khai thác.
Các bước khai thác gồm:
Để bắt đầu quá trình khai thác đá, bước đầu tiên là loại bỏ lớp đất đỏ phủ trên mỏ đá Sau đó, khoan tạo lỗ mìn trên vỉa đá và nạp thuốc mìn vào các lỗ khoan Tiếp theo, đấu nối mạng và thực hiện nổ mìn để phá đá thành đá hộc Nếu kích thước đá hộc sau khi nổ quá lớn, cần tiếp tục nổ phá để thu được đá nhỏ hơn Tuy nhiên, quá trình này tiềm ẩn nhiều rủi ro, vì người thợ khoan phải làm việc trên vỉa đá cao và chịu sự rung lắc mạnh trong thời gian dài, do đó, một sơ suất nhỏ có thể dẫn đến tai nạn nghiêm trọng.
Sau khi nổ mìn, đá sẽ bị phá vỡ thành nhiều mảnh với kích thước khác nhau Tiếp theo, công nhân sẽ sử dụng máy móc và sức người để thu gom đá và cho vào xe ô tô vận chuyển, sau đó chuyển đá vào dây chuyền nghiền sàng.
Bước 3: Sau khi đá được đổ vào dây chuyền với đủ kích cỡ, quá trình xay nghiền và sàng tách sẽ diễn ra để phân loại đá thành các loại khác nhau Công đoạn này đòi hỏi sự chính xác và tỉ mỉ cao, cần điều chỉnh dây chuyền và các lưới sàng phù hợp cho từng loại đá.
Với những loại đá nhỏ như mi sàng, mi bụi, đá 0x4, đá 1x2 sẽ cần phải sàng lại lần 2
Bước cuối cùng trong quy trình sản xuất đá xây dựng là bốc xúc và vận chuyển đá theo từng loại riêng biệt đến công trường hoặc bãi tập kết để bảo quản Quá trình khai thác và chế biến đá xây dựng đòi hỏi nhiều công sức và kỹ thuật, do đó giá thành của đá xây dựng luôn hợp lý so với chất lượng và công sức đã bỏ ra.
1.4.2 Các loại máy hổ trợ trong quá trình khai thác
Máy nghiền đá đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền nghiền sàng đá, chiếm tỷ trọng giá thành lớn trong toàn bộ hệ thống Với đặc tính bền, giòn và mài mòn cao của đá, việc sử dụng một hệ thống máy nghiền hiệu quả là cần thiết để đảm bảo quá trình nghiền diễn ra suôn sẻ.
Có bốn phương pháp chính để nghiền sàng phân đá thành các kích cỡ khác nhau, bao gồm ép vỡ, tách vỡ, uốn vỡ và miết vỡ Các phương pháp này thường được sử dụng trong quy trình nghiền đá để đạt được hiệu quả tối ưu.
Máy sàng đá là thiết bị quan trọng dùng để sàng và phân loại các loại đá, quặng, than, sỏi, cát Nguyên lý hoạt động của máy sàng dựa trên sự rung động trực tiếp lên nguyên liệu, giúp tách biệt các kích thước khác nhau: nguyên liệu nhỏ rơi xuống ống, trong khi nguyên liệu lớn hơn sẽ được đẩy ra ngoài Hiện nay, các loại máy sàng rung phổ biến bao gồm máy sàng tang quay, máy sàng rung lệch tâm, và máy sàng rung quán tính.
Dòng sàng liệu được cấu tạo từ các mắt sàng có kích thước lỗ khác nhau, giúp phân loại vật liệu theo kích thước tương ứng Các mắt sàng được làm từ sợi thép chịu lực và độ mòn cao, hoặc thông qua quá trình đột dập tấm tôn, bản mã, nhằm tạo ra những mắt sàng phù hợp với yêu cầu sử dụng.
Hình 1.2: Máy sàng tang quay
Hình 1.3: Máy sàng rung quán tính
Hình 1.4: Máy sàng rung lệch tâm
- Máy làm lưới sàng đá:
Trong các ngành công nghiệp, việc tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác là rất quan trọng, và điều này thường phụ thuộc vào sự hỗ trợ của máy móc cùng các phụ kiện Đặc biệt, trong lĩnh vực công nghiệp nặng như khai thác than và đá, việc sử dụng máy sàng đá là cần thiết để nâng cao năng suất làm việc Máy sàng đá không chỉ giúp giảm bớt khối lượng công việc nặng nhọc mà còn đơn giản hóa quy trình và tiết kiệm thời gian cho người lao động.
Máy sàng đá đóng vai trò quan trọng trong quy trình công nghiệp, giúp tăng cường hiệu suất và đảm bảo hoạt động liên tục Lưới sàng được sản xuất từ vật liệu thép hợp kim, mang lại độ bền và hiệu quả cao trong việc phân loại đá.
Mặt lưới sàng quặng trong quá trình khai thác được chế tạo từ cacbon hoặc các vật liệu hợp kim khác, có khả năng chống mòn và chống va đập Mặt lưới này được lắp đặt với hệ thống rung để nâng cao hiệu quả sàng lọc quặng.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tìm hiểu về lưới sàng đá mắt vuông
Ngành khai thác đá và khoáng sản đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của Việt Nam, một quốc gia đang phát triển Đá được khai thác phục vụ cho nhiều công trình xây dựng khác nhau, với các loại đá phù hợp cho từng mục đích như đá làm bờ kè, đá trải nền, hay đá dùng trong bê tông cho nhà và cầu Ngoài ra, khoáng sản như than đá cũng được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện và có khả năng xuất khẩu ra thị trường quốc tế.
Quá trình khai thác khoáng sản bao gồm nhiều bước từ nghiên cứu, dò tìm đến khai thác, nghiền, sàng lọc và phân loại để sử dụng hiệu quả Mỗi loại đá, khoáng sản có kích thước và đặc tính riêng, phục vụ cho các mục đích như sản xuất và xuất khẩu Để phân loại vật liệu, lưới sàng ra đời, giúp chia vật liệu thành hai phần: phần lớn hơn lỗ lưới được giữ lại, trong khi phần nhỏ hơn sẽ rơi qua Tuy nhiên, việc đan lưới thủ công gặp nhiều khó khăn, ảnh hưởng đến năng suất sản xuất, đặc biệt là khi đan những tấm lưới lớn.
Để đáp ứng nhu cầu thực tế về kích thước đá và khoáng sản, cũng như tiêu chuẩn sử dụng và số lượng khai thác lớn, việc phát triển lưới sàng đa dạng, bền bỉ và chính xác về kích thước lỗ là rất cần thiết Máy đan lưới thép được thiết kế nhằm giải quyết những thách thức này, mang lại hiệu quả trong quá trình khai thác.
Hình 2.1: Một số máy đan lưới thép
Những lợi ích nó mang lại là vô cùng lớn như:
Máy đan lưới giúp tăng cao năng suất lao động, cho phép sản xuất nhiều sản phẩm hơn trong cùng một khoảng thời gian so với phương pháp thủ công trước đây.
Tiết kiệm thời gian: máy đan lưới giúp tận dụng tối đa thời gian hiện có của mình để thực hiện ước mơ một cách nhanh nhất có thể
Tiết kiệm chi phí nhân công: Khi có máy đan lưới thì chi phí thuê nhân công giảm đi một nửa
Giúp an toàn lao động được nâng cao
Nhóm đã nhận thức rõ tầm quan trọng của việc tối ưu hóa quy trình sản xuất lưới thép, vì vậy đã chọn đề tài “nghiên cứu và hoàn thiện máy đan lưới thép phục vụ sản xuất” Mục tiêu là cải thiện tốc độ và độ chính xác trong việc sản xuất các loại lưới, đặc biệt là các tấm lưới lớn được làm từ thép phi lớn, nhằm giảm thiểu thời gian và nâng cao chất lượng sản phẩm.
2.1.2 Tiêu chuẩn của lưới sàng công nghiệp
Dây thép carbon cao (≥ 0,82%) được sử dụng trong lưới sàng nhờ vào khả năng chịu va đập mạnh và chống mài mòn hiệu quả Chất liệu này đảm bảo độ bền trong môi trường làm việc khắc nghiệt, nơi lưới sàng phải chịu lực tác động từ rung lắc và trọng lượng của vật liệu, cùng với ma sát lớn.
Vì vậy người ta chọn mác thép SW-B theo tiêu chuẩn JIS G-3521
Bảng 2.1: Thành phần hóa học (wt%)
Bảng 2.2: Yêu cầu về độ bền kéo
STT Đường kính Độ bền kéo (MPa) STT Đường kính Độ bền kéo (MPa)
Tiêu chuẩn về kết cấu của lưới:
Bảng 2.3: Bảng quy cách chia lưới thép
STT Kích thước lỗ vuông (mm) Đường kính của sợi lưới (Φ mm)
STT Kích thước lỗ vuông (mm) Đường kính của sợi lưới (Φ mm)
Hệ thống thủy lực
2.2.1 Những ưu điểm và nhược điểm của truyền dẫn thủy lực
Truyền được công suất cao và lực lớn, hoạt động với độ tin cậy cao ít đòi hòi về chăm sóc và bảo dưỡng
Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh
Kết cấu gọn nhẹ, có khả năng giảm khối lượng và kích thước
Dễ biến đổi chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành
Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng
Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi
Do có những đặc điểm như vậy nên nhóm nhận thấy sử dụng hệ thống thủy lực để úng dụng cho máy là phù hợp
2.2.2 Các thành phần của hệ thống truyền dẫn thủy lực
Xi lanh thủy lực là một thiết bị chấp hành quan trọng, có chức năng chuyển đổi năng lượng từ áp suất dầu thủy lực thành cơ năng, giúp tạo ra chuyển động thẳng hoặc xoay.
Hình 2.3: Cấu tạo xi lanh thủy lực
3- Gioăng TPM làm kín piston và ống
4- Gioăng Oring làm kín cần và piston
8- Gioăng GDS làm kín chính giữa cổ và ống 9- Gioăng TTI làm kín cổ và cần
10- Gioăng Oring làm kín phụ giữa cổ và ống 11- Gioăng GHK gạt bụi
Phân loại xi lanh thủy lực
Xi lanh tác dụng đơn hoạt động bằng cách cho dầu thủy lực tác động chỉ vào một phía của piston Do đó, khi tính toán, cần lưu ý đến lực cần thiết để xi lanh có thể chuyển động ngược lại và hoàn thành toàn bộ hành trình.
Xi lanh chuyển động tịch tiến sử dụng áp lực dầu thủy lực để nâng hoặc đẩy vật, và sẽ lùi lại nhờ vào trọng lực của vật hoặc lực từ lò xo bên trong xi lanh.
+ Loại lùi về bằng ngoại lực
+ Loại lùi về bằng lo xo
Xi lanh tác dụng kép: Dầu thủy lực có thể tác động cả 2 phía của piston
Loại có giảm chấn được thiết kế ở cuối xi lanh, hoạt động như một van tiết lưu khi xi lanh di chuyển gần hết hành trình Chức năng của nó là giảm tốc độ của xi lanh, giúp hạn chế va đập và tăng độ bền cho hệ thống.
+ Loại không có giảm chấn
Loại 2 dầu cần xi lanh có khả năng thò ra cả hai đầu, thường được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển chính xác Với thiết kế này, tốc độ tiến và lùi của xi lanh đều giống nhau, nhờ vào việc cung cấp lưu lượng dầu đồng nhất.
Xi lanh tầng: Loại này chủ yếu được sử dụng ở các vị trí yêu cầu dao động hành lớn như nâng các thùng xe ô tô chuyên dụng …
+ Xi lanh tầng tác dụng kép
+ Xi lanh tác dụng đơn
Tính chọn xi lanh thủy lực Để tiến hành tính chọn xi lanh ta cần biết trước các thông số sau:
Xi lanh làm việc theo chiều đẩy hay kéo (ở đây ví dụ tính cho trường hợp thông dụng là xi lanh tác dụng kép làm việc theo chiều đẩy)
Lực đẩy xi lanh: F (kG)
Vận tốc làm việc khi xi lanh đẩy: v (cm/ph)
Hành trình của xi lanh: H (mm)
Bơm thủy lực là thiết bị chuyển đổi năng lượng, chuyển cơ năng thành năng lượng dầu Trong hệ thống thủy lực, bơm thể tích được sử dụng chủ yếu, hoạt động dựa trên việc thay đổi thể tích các khoang làm việc Khi thể tích khoang làm việc tăng, bơm sẽ hút dầu vào, còn khi thể tích giảm, bơm sẽ đẩy dầu ra Dựa vào lượng dầu mà bơm đẩy ra trong một chu kỳ, bơm thể tích có thể được phân loại thành hai loại khác nhau.
- Phân loại và chọn bơm thủy lực phù hợp
Bơm có lưu lượng cố định, hay còn gọi là bơm cố định, hoạt động với một tốc độ quay nhất định, đảm bảo lưu lượng bơm ra luôn ổn định Tuy nhiên, trong thực tế, lưu lượng này có thể thay đổi do sự tồn tại của tổn thất lưu lượng trong quá trình bơm hoạt động.
Bơm có lưu lượng thay đổi, hay còn gọi là bơm điều chỉnh, cho phép điều chỉnh lưu lượng trong một dải nhất định khi tốc độ quay của bơm được giữ cố định Tính năng này phụ thuộc vào cấu trúc cụ thể của từng loại bơm.
- Phân loại theo cấu tạo thì có một số loại bơm thông dụng như sau:
Hình 2.5: Phân loại tổng quát bơm thủy lực
Bơm có lưu lượng ổn định
Bơm bánh răng ăn khớp trong
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Bơm Pitton hướng trục Bơm Pitton hướng kính Bơm trục vit Bơm cánh gạt
Bơm có lưu lượng thay đổi
Những đại lượng đặc trưng cho bơm gồm có:
+ Lưu lượng riêng (lưu lượng vòng): là đại lượng đặc trưng quan trọng nhất, kí hiệu
V (cm3/vòng) là giá trị thể hiện lưu lượng mà bơm có thể đẩy ra sau mỗi vòng quay, và nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ của các cơ cấu chấp hành.
+ Số vòng quay n (vg/ph): Thường bơm được thiết kế trong dải số vòng quay tối ưu để bơm hoạt động tốt, đảm bảo hiệu suất
Áp suất p (Bar) bao gồm các loại như: áp suất làm việc liên tục lớn nhất, áp suất làm việc tức thời lớn nhất và áp suất lớn nhất mà bơm có thể chịu đựng.
+ Hiệu suất ƞ (%): Tùy từng kết cấu và hãng sản xuất thì bơm sẽ có hiệu suất khác nhau
Bơm bánh răng hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi thể tích: khi thể tích buồng hút A tăng, bơm sẽ hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; ngược lại, khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén Nếu có vật cản như van trên đường dầu bị đẩy ra, áp suất sẽ được tạo ra, phụ thuộc vào mức độ cản trở và cấu trúc của bơm.
Hình 2.6: Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng
- Phân loại bơm bánh răng
Bơm bánh răng là loại bơm dùng phổ biến nhất vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
Bơm bánh răng thường được sử dụng trong các hệ thống có áp suất nhỏ, chẳng hạn như trên máy khoan, doa, bào, phay, và các thiết bị nâng hạ nhỏ như bàn nâng và xe nâng Hiện nay, phạm vi áp suất hoạt động của bơm bánh răng dao động từ 10 đến 350 Bar.
Bơm bánh răng gồm có 2 loại: Loại bánh răng ăn khớp ngoài (Áp suất đến 270 Bar);
Bánh răng ăn khớp trong có khả năng chịu áp suất lên đến 350 Bar, trong khi bánh răng ăn khớp ngoài được sử dụng phổ biến hơn do quy trình chế tạo đơn giản và chi phí thấp hơn Tuy nhiên, bơm sử dụng bánh răng ăn khớp trong lại có kích thước gọn nhẹ hơn, mang lại lợi thế trong nhiều ứng dụng.
Hình 2.6: Phân loại bơm bánh răng a Bơm bánh răng ăn khớp ngoài b Bơm bánh răng ăn khớp trong c Ký hiệu
Kết cấu và những lưu ý chọn bơm bánh răng
Hình 2.7: Kết cấu bơm bánh răng ăn khớp ngoài
5 Phớt chắn dầu ở trục quay
7 Vòng chắn điều chỉnh độ hở Những lưu ý khi chọn mua bơm bánh răng:
+ Các lưu ý Hướng dẫn phân loại và chọn bơm thủy lực phù hợp
Khi cần sử dụng bơm áp suất thấp dưới 100 Bar với lưu lượng lớn, người tiêu dùng có thể lựa chọn bơm từ Trung Quốc hoặc Đài Loan vì giá thành hợp lý Tuy nhiên, bơm thường phát ra tiếng ồn lớn và nhiều nhà cung cấp không có chế độ bảo hành Do đó, loại bơm này phù hợp với các ứng dụng không yêu cầu tần suất hoạt động cao.
Khi cần sử dụng bơm áp suất trung bình từ 100 đến 250 Bar, người tiêu dùng nên lựa chọn bơm đến từ Hàn Quốc hoặc Italy Đồng thời, việc chọn đơn vị cung cấp uy tín với chế độ bảo hành tốt cũng rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Phân tích, chọn nguyên lý hoạt động của máy
3.1.1 Phân tích hoạt động đan lưới thủ công
- Các bước thực hiện đan lưới thủ công
Bước 1: Người công nhân sắp xếp các thanh dài vào vị trí Số lượng thanh và kích thước giữa các thanh sẽ dược quy định theo từng loại lưới
Bước 2: Công nhân sử dụng một thanh sắt để bẻ ngược các thanh lưới lên, thực hiện xen kẽ giữa các thanh Ví dụ, nếu đánh số các thanh lưới từ 1 đến n, ở lượt đầu tiên, công nhân sẽ bẻ các thanh chẵn (hoặc lẻ) Các thanh được bẻ lên sao cho tạo ra khe hở đủ lớn giữa thanh chẵn và thanh lẻ, nhằm thuận tiện cho việc đưa thanh ngang vào.
Bước 3: Đưa thanh ngang số 1 vào Sau đó dùng búa đập những thanh vừa bị bẻ lên để kẹp chặt thanh ngang mới đưa vào
Bước 4: Bẻ thanh lẻ lên để tạo khe hở đưa thanh ngang số 2 vào
Bước 5: Đưa thanh ngang vào, dùng búa đóng thanh ngang số 2 sát vào thanh ngang số 1 sao cho khoảng cách giữa 2 thanh bằng kích thước tiêu chuẩn của ô lưới
Tiếp tục lặp lại quá trình đến khi đan đủ chiều dài lưới
(chẵn hoặc lẽ) Đưa thanh ngang vào giứa khe hở Đóng thanh ngang vào vị trí Đập thanh dọc xuống
Lặp lại đến khi đủ kích thước
Hình 3.1: Đan lưới thủ công
Hình 3.2: Dụng cụ đan lưới bằng tay
Hình 3.3: Đóng thanh ngang vào lưới
Hình 3.4: Các thanh dọc bị bẻ cong
Hình 3.5: Mô hình tấm lưới sau khi đan hoàn chỉnh
3.1.2 Đề xuất các phương án hoạt động của máy
Dựa vào các hoạt động để đan lưới thủ công của người công nhân nhóm chia máy ra làm các cụm:
- Cụm số 1: là cụm chia lưới, có nhiệm vụ chia các thanh dọc thành 2 nhóm chẵn, lẽ
Cụm số 2 là bộ phận có chức năng bẻ thanh để tạo ra khe hở Sau khi các thanh được phân chia bởi cụm số 1, nhiệm vụ của cụm số 2 là bẻ các thanh lẻ hoặc chẵn lên.
Cụm số 3 có vai trò quan trọng trong việc đưa thanh ngang vào đúng vị trí, giúp tạo thành các mắt lưới với kích thước chính xác theo yêu cầu.
Phương án 1: Sơ đồ động
Hình 3.6: Sơ đồ động cho phương án 1
Nguyên lý hoạt động của hệ thống lưới được thực hiện qua các bước sau: công nhân đan mồi một đoạn ngắn khoảng 3 thanh ngang và đặt lên bàn trượt dọc (2) Bàn trượt dọc có khả năng di chuyển theo phương X nhờ vào piston ngang (3) Tất cả các chi tiết như piston ngang (3) và bàn trượt dọc (2) được kết nối với bàn trượt ngang (7) thông qua hệ thống thanh răng (4) và bánh răng (5), cho phép di chuyển theo phương Y Nhờ vào hệ thống bánh răng và thanh răng, các thanh dọc có thể điều chỉnh theo các phương x, y, z.
Các thanh di chuyển theo phương Y để khớp với các răng trên thanh lược cố định và thanh lược di động, giúp phân loại và đặt đúng vị trí các thanh chẵn, lẻ Khi các thanh dọc đã vào đúng vị trí, piston đứng sẽ đẩy xuống theo phương Z, tạo khe hở để đưa thanh ngang vào Khi thanh ngang được đưa vào khe hở, piston ngang sẽ đẩy tấm lưới vào thanh ngang, và thanh ngang sẽ gặp thanh lược cố định, giúp đưa thanh ngang vào đúng mắt lưới.
Máy sử dụng toàn bộ bằng thủy lực mang lại ưu điểm vượt trội với khả năng chịu quá tải tốt Các cơ cấu chấp hành của máy có khả năng tạo ra lực lớn, giúp tăng hiệu suất làm việc Ngoài ra, việc thiết kế 3 cụm tách biệt cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí và chế tạo.
- Nhược điểm: Phần chia lưới còn chậm, người công nhân phải canh chỉnh thủ công qua hện thống bánh răng thanh răng
Thích hợp hơn làm việc với các loại lưới có sợ lưới lớn, cần nhiều lực Với sợi lưới lớn người công nhân sẽ căn chỉnh dễ hơn
Phương án 2: Sơ đồ động
Hình 3.7: Sơ đồ động phương án 2 x z y
Nguyên lý hoạt động của tấm lưới bắt đầu với việc công nhân đan mồi một đoạn ngắn khoảng 3 thanh ngang, sau đó đặt lên bàn đỡ lưới Lưới được kẹp chặt nhờ lực đẩy của piston đứng Các sợi lưới dọc được chia thành sợi chẵn và lẻ; sợi chẵn được xỏ vào lưới chia, trong khi sợi lẻ được xỏ vào lưới chia khác Lưới chia được gắn trên hai nhánh xích của bánh xích, tạo ra sự kết nối và ổn định cho toàn bộ hệ thống.
Khi động cơ quay, pulley (1) và (2) cũng quay, với pulley (2) gắn đồng trục với bánh xích (2) Sự quay của bánh xích tạo ra chuyển động cho lưới chia (5) đi lên và lưới chia (10) đi xuống, tạo ra khe hở giữa các sợi chẵn và lẻ, giúp công nhân đưa thanh ngang vào đúng vị trí Khi thanh ngang được đưa vào, piston ngang (8) sẽ đẩy tấm lưới vào thanh ngang, và thanh ngang sẽ gặp thanh lược cố định (9), giúp định vị chính xác thanh ngang vào mắt lưới.
- Ưu điểm: Thao tác chia lưới nhanh
Động cơ phải đảo chiều liên tục là một nhược điểm đáng chú ý, khiến lực kéo phụ thuộc vào công suất của động cơ Hơn nữa, việc sử dụng động cơ điện làm giảm khả năng chịu quá tải Bên cạnh đó, hành trình lên xuống của sợi lưới cũng bị giới hạn, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động.
Bộ chia này rất phù hợp cho các loại lưới có sợi nhỏ, giúp giảm lực cần thiết khi đan Đặc biệt, khi làm việc với lưới nhỏ, việc chia chẵn lẻ thường gặp khó khăn, nhưng với bộ chia này, thao tác chia trở nên nhanh chóng và dễ dàng hơn.
Nhóm quyết định lựa chọn phương án 1 do máy có nguyên lý hoạt động linh hoạt, cho phép sử dụng cụm chia lưới đa năng, từ đó có khả năng đan được nhiều kích thước lưới khác nhau với các loại sợi lưới từ nhỏ đến lớn.
Thiết kế kết cấu của máy
Dựa trên sơ đồ hoạt động của phương án 1 nhóm tiến hành thiết kế máy, chia máy thành các cụm cụ thể sau:
Hình 3.8: Mô hình 3D kết cấu cụm bàn trên
Vật liệu: Thép kết cấu, mác thép CT3
- Các thành phần chính trong cụm:
- Các thanh thép hình I, H, U được hàn ghép với nhau tạo thành kết cấu giúp máy đứng vững và gá đặt các cụm khác
- Các thanh răng và thanh dẫn hướng hỗ trợ cụm chia lưới di chuyển lên xuống
3.2.2 Kết cấu cụm chia lưới
Hình 3.9: Mô hình kết cấu cụm chia lưới
Các thành phần chính trong cụm:
- Hệ thống thanh lược di động: chuyển động tịnh tiên nhờ xylanh truyền lực và bánh răng dẫn hướng
Nhiệm vụ chính là tạo ra khe hở giữa các thanh lưới dọc, trong đó các thanh được cố định bằng thanh lược cố định và thanh lược di động được bẻ lên và xuống một cách xen kẽ Điều này giúp lưới sau khi đan có các sợi đan xen nhau một cách hiệu quả.
3.2.3 Kết cấu cụm trượt ngang
Hình 3.10: Mô hình cụm trượt ngang
- Các thành phần trong cụm:
Các thanh thép kết cấu U100 được hàn ghép lại thành phần khung
Các con lăn, ổ bi giúp cho lưới có thể di chuyển theo phương ngang
- Nhiệm vụ: Tạo ra chuyển động tinh tiến theo Phuong ngang với hệ thống 4 con lăn
3.2.4 Kết cấu cụm trượt dọc
Hình 3.11: Mô hình kết cấu cụm trượt dọc
- Xy lanh thủy lực được gắn phía dưới tấm đỡ lưới
- Các thanh thép được hàn tạo thành phần khung và các con lăn
Nhiệm vụ chính là truyền lực để định vị tấm lưới vào đúng vị trí của thanh lưới ngang, từ đó tạo ra các mắt lưới với kích thước chính xác Sau khi hoàn thành việc đan, phần lưới sẽ được lùi về sau nhờ vào các con lăn, cho phép tiếp tục quá trình đan đoạn lưới mới.
Kết cấu của máy khi lắp các cụm lại với nhau:
Hình 3.8: Kết cấu của máy
Sau khi hoàn thành thiết kế sơ bộ kết cấu máy và các cụm, bước tiếp theo là tính toán và chọn lựa các thành phần trong từng cụm Đặc biệt, do máy sử dụng hệ thống thủy lực để hoạt động dựa trên thao tác đan lưới bằng tay của công nhân, cần tính toán lực cần thiết để từ đó lựa chọn bơm, động cơ và xylanh thủy lực phù hợp.
Khung máy Cụm chia lưới
Cụm chia lưới Cụm chia lưới
Tính chọn các thành phần trong hệ thống thủy lực
3.3.1 Tính lực công tác của cụm chia lưới, chọn piston của cụm chia lưới
Hình 3.9: Sơ đồ chuyển vị của thanh lưới dọc
Do lưới 1 đầu bị giữ và 1 đầu tự do nên xem như trường hợp thanh bị ngàm 1 đầu đầu còn lại tự do
Hình 3.10: Sơ đồ chuyển vị của 1 thanh dọc
Các lực tác động lên thanh:
P1: lực ép P1 gây nên chuyển vị y1
P: trọng lực (lực phân bố đều P trên thanh) gây ra chuyển vị y2
(y được chọn sao cho khoảng cách đủ lớn để ép thanh ngang vào)
Xét lực P 1 gây ra chuyển vị y 1 :
Hình 3.11: Sơ đồ chuyển vị y 1 của thanh
Chiều dài L' ta tính tại vị trí ngắn nhất (vì khi đó lực ép lớn nhất) nên:
Monent uốn tại mặt cắt có hoành độ z là:
Thay biểu thức trên vào phương trình vi phân đường đàn hồi
J x là momen quán tính (thép tiết diện tròn nên
Tích phân lần 1 ta được phương trình góc xoay:
Tích phân lần 2 ta được phương trình chuyển vị:
Điều kiện biên: z =L', y’=0, y=0 thay vào (3.3), (3.44) ta được x x x x
Thay C, D vào (3.3), (3.4) ta được phương trình góc xoay và chuyển vị sau: x x x x x
Với lực P 1 đặt ở đầu (tức z = 0) khi đó:
Dây thép lò xo có E 0GPa 0x10 9 (N/m 2 )
Thép 12 có A(mm), D(mm), Zt răng
Trọng lực P 2 gây chuyển vị y2:
Ban đầu khi ta chưa tác dụng lực dây thép đã võng xuống 1 đoạn(vì dây thép có khối lượng nên nó chịu tác dụng của trọng lực)
Do là lực phân bố đều nên ta thay thế bằng lực tập trung với điểm đặt ở giữa thanh đang xét
Hình 3.12: Sơ đồ chuyển vị y 2 của thanh
Chuyển vị y2 tính tương tự như y1 với '
Dây thép tròn có khối lượng riêng: 7850 (kg/m 3 )
=> Chuyển vị do trọng lượng dây thép gây ra nhỏ không đáng kể nên có thể bỏ qua y 2 và khi đó ta lấy yy 1
Từ (*) và (**) =>Lực ép của lược trên: F 21165 N
Chọn sơ bộ Đường kính ty demm
Đường kính ngoài D5mm => đường kính nòng 110 mm
Hình 3.13: Xylanh thủy lực 2 chiều
3.3.2 Tính lực công tác của cụm trượt dọc, chọn piston của cụm trượt dọc
Khi đẩy thanh thép ngnag vào thì cần phải có 1 lực đủ để thắng được lực ma sát giữa các thanh dọc và các thanh ngang
Lực ma sát của 1 dây thép dọc và dây ngang: Fms= k N
Trong đó k: hệ số ma sát giữa thép với thép (k=0,17) N: phản lực
Hình 3.14: Mô hình tính lực đẩy thanh ngang
D: là đường kính dây thép
L1 lấy tại vị trí lực ép lớn nhất tức L1=A+2D
- Thép 15 lưới 130x130mm 2 , Zt = 8(răng)
- Tương tự (3) với chuyển vị lúc này bằng D
- So sánh 2 lực ép của dây thép 12 và 15 ta thấy dây thép 12 lực ép lớn hơn nên ta chọn để tiến hành tính toán
Đường kính ngoài Dxmm , đường kính nòng 63mm
Trong quá trình làm việc chỉ có một trong 2 pittong đứng hay ngang hoạt động nên ta chỉ cần chọn pittong mà lực ép lớn để tính toán
Dựa vào kết quả tính toán, lực ép của pittong là 21 kN, lớn hơn lực đẩy của pittong ngang là 13 kN Do đó, chúng ta sẽ chọn lực lớn để tính áp suất p và quyết định mua máy bơm.
Công thức: Áp lực pittong (F) tác dụng lên khối khí có áp suất p là:
F: áp lực tác dụng tìm được ở trên (N) p: áp suất trong khối khí (N/m 2 )
Hình 3.15: Bơm thủy lực cánh gạt
Kiểu bơm (Type): Bơm thủy lực cánh gạt
Lưu lượng riêng (Displacement): 25 (cc/vg) Áp suất làm việc max p: 160 (Bar)
Tốc độ làm việc max: 1800 (vg/ph)
Tốc độ làm việc min: 750 (vg/ph)
Lưu lượng của bơm: Q=qv.n%.1800E000 (ml/p) = 45 (l/p)
-Q-Là lưu lượng của bơm (lít/ph)
-qv-Là lưu lượng riêng của bơm (cc/v)
-n-Là số vòng quay của động cơ kéo bơm (v/ph)
-Pđc-Là công suất động cơ điện (KW)
-p-Là áp suất của bơm (kG/cm 2 )
-Q–Là lưu lượng riêng của bơm (lít /ph.)
-ŋ -Là hiệu suất của động cơ kéo bơm (%)
-612-Là hệ số chuyển đổi giữa các đơn vị
Thông số kỹ thuật chính:
Công suất động cơ: 15 kw
Tốc độ động cơ: 1460 vg/ph
Kiểu lắp ghép: Chân đế
3.3.6 Điều khiển hệ thống thủy lực
Sơ đồ mạch thủy lực
Hình 3.17: Sơ đồ mạch thủy lực
_Thông số van: ta chọn van 4/3 có cần gạt D1VL
- Chọn van an toànvà giảm áp: BUCG
Hình 3.19: Van an toàn trực tiếp BUCG
- Đặc điểm: Áp lực cao, lưu lượng lớn, độ ồn thấp, vận hành êm
Thiết kế đường dầu tối ưu, giảm ma sát,hiệu suất cao
Bảng 3.20: Thông số kỹ thuật
Model Number Max Operating Press
Hoàn thành hệ thống thủy lực
3.4.1 Lắp đặt hệ thống cấp dầu
- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín
- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình áp suất dầu làm việc
- Lắng đọng các chất cặn bả trong quá trình làm việc
Chọn kích thước bể dầu: Đối với các bể dầu cố định thì V chọn như sau:
Trong đó: V (lít) Qv (lít/phút)
Sơ đồ bố trí bể dầu
Hình 3.21: Sơ đồ bố trí thùng dầu
Khi động cơ được kích hoạt, nó sẽ truyền động cho bơm dầu, hút dầu từ bể qua bộ lọc đến các van và cơ cấu chấp hành Dầu sau đó được trả về bể qua một ngăn khác Dầu được bổ sung vào bể qua cửa sổ bố trí trên nắp lọc, và lượng dầu trong bể được kiểm tra bằng mắt dầu Nhờ vào bộ lọc và màng lọc, dầu được bơm lên sẽ đảm bảo sạch sẽ.
3.4.2 Lắp đặt động cơ, bơm bánh răng
Mô hình thùng dầu với hệ thống bơm, động cơ, van trên thiết kế:
Hình 3.22: Thùng dầu, bơm, động cơ trong thiết kế
Hình 3.23: Thùng dầu trong thực tế
HOÀN THIỆN KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA MÁY
Sử dụng phần mềm SolidWorks mô phỏng, kiểm bền kết cấu của máy
Máy đan lưới thép hoạt động dựa trên hệ thống thủy lực, cho phép các xilanh truyền động tạo ra lực lớn Tuy nhiên, lực phản tác động cũng rất mạnh, ảnh hưởng đến kết cấu và các chi tiết của máy Do đó, việc kiểm tra, mô phỏng và phân tích các thành phần phản lực trước khi gia công là rất cần thiết.
4.1.1 Kiểm bền cụm trượt dọc
Hình 4.1: Mô hình 3D cụm bàn trên và lưới
Hình 4.2: Mô hình 3D cụm bàn trên
Cụm máy có nhiệm vụ nâng đỡ toàn bộ lưới đã được đan, đồng thời hỗ trợ việc đưa các thanh chẵn và lẽ vào đúng vị trí Hệ thống được trang bị 2 xilanh thủy lực, giúp định vị thanh ngang chính xác vào mắt lưới.
Kết cấu của cụm: Kết cấu trong cụm sử dụng chủ yếu các thanh thép chữ I và các tấm thép hàn lại với nhau
Vật liệu: Thép CT3 với: σb = 585 (MPa) ; σc = 282 (MPa)
Phân tích các lực tác động lên cụm:
- Trọng lượng của tấm lưới: F1
Ta chọn tấm lưới có khối lượng lớn nhất là lưới khổ 1,5x3 (m) với đường kính sợi là
Khối lượng của tấm lưới: m = 𝜋.𝑑
𝜌: khối lượng riêng của thép: 𝜌 = 7850 (kg/m 3 )
Zn: số sợi ngang Zn ( sợi) Ln: chiều dài sợi ngang Ln=1,5 (m)
Zd: số sợi dọc Zd = 16 (sợi ) Ld: chiều dài sợi dọc Ld = 3 (m)
Phản lực sinh ra khi 2 piston ngang đẩy thang ngang vào đúng mắt lưới: F2
Phản lực xuất hiện khi piston đẩy tấm lưới đến vị trí mà thanh ngang khớp với mắt lưới, tại thời điểm này, phản lực có độ lớn tương đương với lực đẩy của piston Áp suất dầu tối đa trên máy là p = 150 (kG/cm²) = 0.014709 (kN/mm²).
4 = 4417.86 (mm 2) : tiết diện làm việc của xi lanh khi đẩy
- Gá đặt cụm trong không gian
Trong quá trình kiểm bền, toàn bộ các chi tiết hàn ghép được coi như một chi tiết duy nhất, với cụm được ngàm tại bốn điểm để đảm bảo chắc chắn khi gá trên khung máy.
Hình 4.3: Cụm được ngàm tại 4 điểm
Hình 4.4 Các mũi tên màu tím là lực phân bố đều F 1
Hình 4.5: Các mũi tên chỉ phản lực F 2
- Kết quả kiểm bền phương án 1:
Hình 4.6: Sơ đồ phân bố ứng suất
Sơ đồ phân bố ứng suất cho thấy rằng ứng suất tác dụng lên thanh dao động từ 26 đến 428,6 MPa, trong đó hầu hết ứng suất tập trung ở mức 25 đến 71,446 MPa, thấp hơn ứng suất cho phép của cụm Tuy nhiên, tại các điểm chịu tác động của lực F2, đặc biệt là ở vị trí đầu gá xilanh, ứng suất đạt mức cao gấp đôi so với giới hạn cho phép, trong khi ứng suất do lực F1 hầu như luôn nhỏ hơn mức cho phép.
- Sơ đồ phân bố chuyển vị của cụm: mức chuyển vị lớn nhất là 1,23 (mm) tập trung ở chính giữa thanh trượt dọc
Hình 4.7: Sơ đồ phân bố chuyển vị
Kết luận, với cấu trúc như trên, hầu hết các thành phần trong cụm đều có khả năng chịu đựng lực tác động từ lực F2 Tuy nhiên, do ứng suất mà lực F2 gây ra, cụm không đạt được độ bền cần thiết.
Thiết kế, kiểm bền lại kết cấu:
Chọn thép CT3 làm vật liệu cho thanh và gia cố thêm 3 thanh chữ I giữa 2 thanh ngang Đối với các điểm có góc vuông và góc giao giữa các mặt phẳng, cần phải mài hoặc bo tròn để giảm ứng suất tập trung.
Vật việu của thanh: Thép CT3 với : σb = 585 (MPa) ; σc = 282 (MPa)
Hình 4.8: Kết cấu của cụm
Hình 4.9: Mô hình cắt giữa thanh trượt dọc được thiêt kế lại
Hình 4.10: Các vị trí đặt lực (Mũi tên màu tím)
Ta thấy lực F1 qua lần kiểm bền hầu như không gây ảnh hưởng gì lên cụm nên ta bỏ qua, chỉ xét lực F2
- Kết quả kiểm bền sau khi đã thay đổi kết cấu:
Hình 4.11: Sơ đồ phân bố ứng suất
Sơ đồ phân bố ứng suất cho thấy rằng ứng suất tác dụng lên thanh dao động từ 0,623 đến 109,615 MPa, với các vị trí quan trọng đều có ứng suất nhỏ hơn một nửa mức cho phép của cụm (282,685 MPa) Nơi tập trung ứng suất lớn chủ yếu ở các vị trí ngàm giữa thanh và các chi tiết, nhưng không ảnh hưởng đáng kể đến kết cấu tổng thể của toàn cụm.
Hình 4.12: Sơ đồ phân bố chuyển vị
Mức chuyền vị trong cụm tập trung chủ yếu từ 0.164 đến 1.96(mm) Chuyển vị lơn nhất là 1.96 mm tập trung ở thanh đỡ lưới
Kết luận: Sau khi điều chỉnh thiết kế và thay đổi một số cơ cấu của cụm bàn, kết cấu của cụm đã trở nên chắc chắn hơn, đảm bảo các cơ tính, giúp giảm thiểu chuyển vị trên thanh xuống mức rất nhỏ và nằm trong giới hạn cho phép trong quá trình thao tác đan lưới của máy.
Nhóm quyết định chọn phương án 1 cho gia công vì thanh trượt dọc được nối giữa hai đầu của hai piston ngang, giúp cải thiện hiệu quả đẩy và đỡ lưới Hệ thống ổ bi nằm hai bên thanh trượt cũng dễ dàng thay thế hoặc sửa chữa khi hư hỏng, mang lại lợi ích vượt trội so với phương án ban đầu.
4.1.2 Kiểm bền cụm trượt ngang
Kết cấu cụm bàn trượt ngang
Hình 4.13: Mô hình 3D cụm trượt ngang
Khi máy hoạt động, cụm này chịu trách nhiệm đỡ toàn bộ lưới đã được đan và hỗ trợ trượt dọc, giúp đưa các thanh chẵn (lẽ) vào đúng vị trí với hệ thống tay quay và bánh răng.
Kết cấu của cụm: Kết cấu trong cụm sử dụng chủ yếu các thanh thép chữ I và các tấm thép hàn lại với nhau
Vật liệu: Thép CT3 với: σb = 585 (N/mm 2 ) ; σc = 282 (N/mm 2 )
Phân tích các lực tác động lên cụm:
- F1: Khối lượng của cụm trượt dọc
Hình 4.14: Khối lượng của cụm trượt dọc cân bằng phần mềm SolidWorks Độ lớn của lực F1 = (m1+m2).g = 438,4.9,8 = 4300.7(N)
Vị trí đặt lực: Khối lượng của bàn trược dọc được đặt lên vị trí của các con lăn
Hình 4.15: Các vị trí đặt lực
Hình 4.16: Sơ đồ phân bố ứng suất trong cụm trượt ngang Ứng suất phân bố trên cụm tập trung chủ yếu từ 0 đến 9.6 (MPa) Ứng suất lớn nhất
56 (MPa) tập trung ở vị trí các góc vuông và mối hàn giữa các thanh sắt
Hình 4.17: Sơ đồ phân bố chuyển vị trong cụm trượt ngang
Sơ đồ phân bố chuyển vị trên cụm: chuyển vị trong cụm giao động ở mức 0.13 đến
Kết cấu trên đạt yêu cầu về độ bền, mức chuyển vị cho phép
Khung máy đóng vai trò quan trọng trong việc đỡ và cố định các cụm của máy, đảm bảo toàn bộ kết cấu hoạt động ổn định trên nền xưởng Để máy hoạt động hiệu quả, khung máy cần có độ cứng vững cao, đặc biệt là đối với các máy sử dụng hệ thống thủy lực.
Kết cấu của cụm: Kết cấu trong cụm sử dụng chủ yếu các thanh thép chữ I và các tấm thép hàn lại với nhau
Vật liệu: Thép CT3 với: σb = 585 (N/mm 2 ) ; σc = 282 (N/mm 2 )
Phân tích các lực tác động lên cụm:
F1: Khối lượng của cụm trượt ngang và cụm trượt dọc tác dụng lên khung
Sử dụng phần mềm SolidWorks cân khối lượng của cụm trượt ngang và cụm trượt dọc
Khối lượng của cụm trượt ngang : m16,2 (kg)
Hình 4.18: Khối lượng của cụm trượt ngang cân bằng phần mềm SolidWorks
- Khối lượng của cụm trượt dọc: m2= 438,4(kg)
Hình 4.19: Khối lượng của cụm trượt dọc cân bằng phần mềm SolidWorks
Điểm đặt của hệ thống bao gồm bàn trượt ngang và bàn trượt dọc được gắn tại hai góc của khung, treo vào cụm chia lưới, do đó có thể coi một phần trọng lượng được đặt lên tấm gá của xi lanh đứng.
- Phương chiều: Phương vuông góc với mặt đất và hướng xuống
- F2: Phản lực sinh ra khi xi lanh đứng trong cụm chia lưới tác động lên thanh lược cố định
- Độ lớn: phản lực sinh ra có độ lớn bằng với lực tác dụng của xi lanh:
4 2 p = : Áp suất lớn nhất truyền đi
63 d = 110 (mm) : Đường kính nòng xilanh
2 (mm 2 ): Diện tích làm việc của nòng xi lanh khi đẩy
Khi xi lanh đạt đến điểm cuối của hành trình, phản lực sinh ra có độ lớn bằng với lực tác dụng và ngược chiều với lực tác dụng của xi lanh, lúc này xi lanh được coi như một chi tiết rắn Phản lực này sẽ được đặt tại mặt bích gá xi lanh với giá trị F2 = 139,78 kN.
Hình 4.21: Điểm đặt của lực F 2
Phương chiều: Vuông góc với mặt bích và hướng lên trên( như hình)
F3: Phản lực sinh ra khi 2 xi lanh ngang trong cụm trượt dọc tác động lên thanh lược cố định
64 Độ lớn: phản lực sinh ra có độ lớn bằng với lực tác dụng của xi lanh: F2 = p.S = p.𝜋 𝑑
4 2 p = 150bar : Áp suất lớn nhất truyền đi d = 63 (mm) : Đường kính nòng xilanh
2 = (mm 2 ): Diện tích làm việc của nòng xi lanh khi đẩy
Khi xi lanh đạt đến điểm cuối của hành trình, phản lực sinh ra có độ lớn bằng với lực tác dụng và ngược chiều với lực tác dụng của xi lanh Lúc này, xi lanh được xem như một chi tiết rắn, và phản lực sẽ được đặt tại mặt bích gá xi lanh với giá trị F2 = 45kN.
Hình 4.22: Điểm đặt của lực F 2
Phương chiều: Vuông góc với mặt bích và hướng lên trên( như hình)
- Tiến hành mô phỏng kiểm bền
Khi máy hoạt động, xylanh đứng và xylanh ngang hoạt động riêng biệt với nhau nên ta xét 2 trường hợp
Hình 4.23: Mô hình phân bố ứng suất khi xylanh đứng hoạt động
Hình 4.24: Mô hình phân bố chuyển vị khi xylanh đứng hoạt động
- Khi xylanh ngang hoạt động
Hình 4.25: Sơ đồ phân bố ứng suất khi xylanh ngang hoạt động
Hình 4.26: Sơ đồ phân bố chuyển vị khi xylanh hoạt động
- Khi xylanh đứng hoạt động: Ứng suất phân bố từ 0,797 đến 63,146 MPa Chuyển vị từ 0 đến 1,208 mm chuyển vị lớn nhất tập trung ở vị trí đặt xylanh đứng
THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ
Tiến hành đan lưới ỉ15mm
Để đánh giá độ cứng vững của khung máy và khả năng hoạt động của các xylanh, chúng tôi tiến hành thử nghiệm đan lưới với sợi lưới có đường kính lớn nhất là 15mm Sau đó, chúng tôi sẽ tiến hành phân tích và thử nghiệm với các sợi lưới có đường kính nhỏ hơn để có cái nhìn toàn diện hơn về hiệu suất và độ bền của khung máy.
Vật liệu: thộp lũ xo tiờu chuẩn JIS G3521, đường kớnh ỉ15mm
Kích thước lưới: 2mmx3mm
Kích thước lỗ vuông: 145mm
Hình 5.1: Tiến hành đan trên máy
Hỡnh 5.2: Sản phẩm lưới với sợi thộp ỉ15mm, lỗ vuụng 145mm
Trong quá trình đan lưới, nhóm rút ra kết luận:
- Khi xylanh cụm ngang chạy vào, máy rung nhẹ, đôi lúc bị kẹt do đặt sợi thép chưa đúng vị trí
- Cụm xylanh đứng hoạt động ổn định
- Trong suốt quá trình, máy hoạt động ổn định, ít rung lắc
- Tốc độ đan nhanh, tuy nhiên cần hai người phối hợp điều khiển hoạt động của máy.
Phương án cải tiến và phát triển đề tài
Sau khi hoàn thành chế tạo và thử nghiệm máy, nhóm đã đạt được một số mục tiêu quan trọng và đồng thời nhận diện được một số vấn đề gặp phải trong quá trình đan lưới.
Máy có khả năng đan lưới với nhiều kích thước khác nhau, tuy nhiên, khi làm việc với lưới có khổ nhỏ, công nhân cần tốn nhiều thời gian để căn chỉnh sợi lưới vào thanh lược.
Cụm trượt ngang với 2 xilanh có hành trình 800mm gây ra giới hạn cho việc đan các khổ lưới dài, buộc người công nhân phải tháo và gá lưới lại liên tục, dẫn đến việc tiêu tốn thời gian.
Nhóm quyết định phát triển một phương án thiết kế máy đan lưới chuyên dụng nhằm tăng tốc độ đan và giảm thiểu số lượng lao động cần thiết.
Mục tiêu
- Tăng năng suất cho quá trình đan lưới
- Giảm khối lượng lao động khi vận hành máy
- Giảm chi phí đơn giản hóa các kết cấu, tiện cho việc bảo trì, sửa chữa
Để đạt được những mục tiêu trên thì với mỗi xưởng sản xuất lưới sàng nên trang bị hai loại máy đan lưới chuyên dụng:
- Máy đan lưới sợi lớn với sợi từ Φ4 (mm) tới Φ15 (mm)
- Máy đan lưới sợi nhỏ với sợi từ Φ2.5 (mm) đến Φ3.5 (mm)
Nguyên lý hoạt động của máy đan lưới sợi nhỏ
Dựa trên nguyên lý hoạt động của phuơng án 2
Nguyên lý hoạt động của tấm lưới bắt đầu khi công nhân đan mồi một đoạn ngắn khoảng 3 thanh ngang và đặt lên bàn trượt dọc Các sợi lưới dọc được chia thành sợi chẵn và lẻ, trong đó sợi chẵn được xỏ vào Khung chia lưới (1) và sợi lẻ vào khung chia lưới (8) Lưới chia gắn trên 2 nhánh xích của bánh xích (5) Khi xi lanh (6) đẩy ra, khung chia lưới (8) đi xuống và khung chia lưới (1) đi lên, tạo ra khe hở giữa các sợi chẵn và lẻ để công nhân có thể đưa thanh ngang vào đúng vị trí Sau khi thanh ngang được đưa vào, piston ngang (3) đẩy tấm lưới vào thanh ngang, và thanh ngang sẽ gặp thanh lược cố định (2) để đưa vào đúng mắt lưới.
- Ưu điểm: Thao tác chia lưới nhanh
- Nhược điểm: bố trí các cụm phức tạp, chế tạo phần khung chia lưới phức tạp
Bộ chia này rất phù hợp cho các loại lưới có sợi nhỏ, giúp giảm lực cần thiết khi đan Đặc biệt, với lưới nhỏ, việc chia chẵn lẻ thường gặp khó khăn, nhưng với giải pháp này, thao tác chia trở nên nhanh chóng và dễ dàng hơn.
Đưa ra thiết kế các cụm của máy
Nhóm đã sử dụng phần mềm SolidWorks để tạo ra bản vẽ mô hình 3D của máy, giúp thể hiện rõ ràng kết cấu và mối liên hệ giữa các cụm và chi tiết Việc ứng dụng phần mềm thiết kế 3D này sẽ hỗ trợ hiệu quả trong quá trình gia công.
Nhiệm vụ: gá đặt toàn bộ kết cấu của máy trên nền xưởng, giúp máy đứng vững khi hoạt động, cố định các cụm khác khi hoạt động
Phương pháp lắp ghép: Sử dụng phương pháp hàn ghép
Hình 5.3: Kích thước bao của khung máy
Các thanh lưới chẵn và lẻ được xỏ vào các mắt lưới trên khung chia lưới theo thứ tự Hai khung chia lưới được treo trên thanh I150 tại khung máy, mỗi khung gắn với một đầu của nhánh xích Khung phía ngoài còn được gá vào đầu của xi lanh đứng.
Với kết cấu như vậy, khi ta điều khiển xi lanh đứng đi lên đi xuống thì các sợi lưới lần lượt được chia theo đúng thứ tự
Các chi tiết trong cụm
Hình 5.4: Mô hình 3D khung chia lưới
Hình 5.5: Thanh chia lưới với lỗ để xỏ sợi lưới dọc qua
Hình 5.6: Mô hình cắt ngang cụm chia lưới được gắn lên khung với hệ thống xylanh, xích, ổ bi
Sau khi các thanh lưới dọc được chia thành hai nhóm chẵn và lẻ, công nhân sẽ đưa sợi lưới vào giữa khe hở Tiếp theo, cụm trượt dọc sẽ đẩy thanh ngang vào đúng vị trí của mắt lưới.
Hình 5.7: Kết cấu cụm trượt dọc
Hình 5.8: Cụm trượt dọc khi lắp lên khung máy
Hình 5.9: Mô hình máy cải tiến lắp ghép hoàn chỉnh
Tính chọn các thành phần trong hệ thống thủy lực
Dựa trên công thức và mô hình tính ở Chương 3 ta có:
Pittong đứng Đường kính ty d5mm Đường kính ngoài D`mm => đường kính nòng ALP mm
Hình 5.10: Xylanh thủy lực 2 chiều
Chọn pittong ngang: Đường kính ty dPmm Đường kính ngoài Dmm, đường kính nòng AL
Chọn pittong kẹp Đường kính ty dmm Đường kính ngoài D5mm => đường kính nòng AL5 mm
Hình 5.11: Bơm thủy lực cánh gạt
Kiểu bơm (Type): Bơm thủy lực cánh gạt
Lưu lượng riêng (Displacement): 47,7(cm 3 /rev) Áp suất làm việc max p: 70 (Bar)
Tốc độ làm việc max: 1500 (vg/ph)
Tốc độ làm việc min: 600(vg/ph)
Loại động cơ: JUNGLONG 3 PHA 9KW 12HP 6P S60%
Công suất động cơ: 9 kw
Tốc độ động cơ: 1460vg/ph
Kiểu lắp ghép: Chân đế
Sử dụng phần mềm SolidWorks mô phỏng, kiểm bền kết cấu của máy
Các thành phần tác dung lực lên khung:
F1: Phản lực sinh ra khi xylanh ngang đẩy thang ngang tới đúng vị trí mắt lưới:
F2: Trọng lượng của 2 khung chia lưới khi được treo lên khung máy:
Hình 5.13 Khối lượng của cụm chia lưới
F3: Trọng lượng của cụm trượt ngang khi đặt lên thanh răng F3= m3.g!465.1 (N)
Hình 5.14: Khối lượng của cụm trượt dọc
Hình 5.15: Mô hình gắ đặt và đặt lực của khung máy
Mũi tên màu hồng chỉ các lực tác dụng.Mũi tên màu xanh chỉ các vụ trí ngàm khung
Hình 5.16: Sơ đồ phân bố ứng suất
Hình 5.17: Sơ đồ phân bố chuyển vị
Ứng suất tập trung trong cụm dao động từ 0.56 MPa đến 63 MPa, thấp hơn nhiều so với mức ứng suất cho phép của cụm Điều này cho thấy kết cấu đạt tiêu chuẩn về độ bền.
