Luận văn ThS Phạm Xuân Phú: Thiết kế tổ hợp máy hàn nắn dầm thép

Thiết kế tổ hợp máy hàn nắn dầm thép phục vụ công trình giao thông xây dựng, tối ưu quy trình gia công kim loại trong ngành cơ khí

• Tác giả: Phạm Xuân Phú
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Nghệ
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Tổ Hợp Máy Hàn-Nắn Đầm Thép Phục Vụ Các Công Trình Giao Thông Và Xây Dựng
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Máy Hàn Nắn Dầm Thép Công Trình

Máy hàn nắn dầm thép là tổ hợp máy hiện đại được thiết kế phục vụ các công trình giao thông và xây dựng. Luận văn này tập trung vào nghiên cứu và thiết kế tổ hợp máy hàn-nắn dầm thép cỡ lớn, một giải pháp công nghệ quan trọng trong ngành cơ khí xây dựng. Dầm thép hình chữ I được sản xuất thông qua quy trình chế tạo phức tạp, bao gồm các công đoạn cắt plasma, hàn tự động, và nắn định hình. Phạm vi ứng dụng rất rộng, từ các giàn khoan dầu khí đến nhà ga sân bay. Tình hình nghiên cứu trên thế giới cho thấy sự phát triển mạnh mẽ trong công nghệ cán và nắn thép, tuy nhiên tại Việt Nam vẫn còn nhiều khoảng trống cần nghiên cứu. Luận văn nhằm đóng góp vào việc nâng cao chất lượng thiết kế và tối ưu hóa quy trình sản xuất dầm thép cho các công trình hiện đại.

1.1. Phạm vi ứng dụng và tầm quan trọng

Dầm thép cỡ lớn được ứng dụng trong các công trình quan trọng như cầu, giàn khoan, nhà ga sân bay. Máy hàn nắn dầm giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, nâng cao hiệu suất lao động. Tầm quan trọng của công nghệ nắn tổ hợp dầm nằm ở khả năng xử lý các biến dạng phức tạp trong quá trình gia công, đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

1.2. Tình hình nghiên cứu hiện tại

Trên thế giới, công nghệ máy hàn tự động và máy nắn dầm đã phát triển đến mức độ cao. Tại Việt Nam, các doanh nghiệp xây dựng đang cần thiết kế tổ hợp máy hàn-nắn dầm thép hiệu quả để đáp ứng nhu cầu thị trường. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình nắn là hướng đi quan trọng.

II. Cơ Sở Lý Thuyết Tính Toán Máy Nắn Dầm

Cơ sở lý thuyết tính toán cho máy hàn nắn dầm thép bao gồm phân tích đặc điểm biến dạng của tổ hợp dầm cỡ lớn khi chịu tác động của lực ép và ma sát. Quá trình nắn phối dải bẹp và dài rộng tuân theo các nguyên lý uốn cơ bản, với sơ đồ tác dụng lực rõ ràng. Lý thuyết quá trình trên tâm giải thích cách các con lăn nắn tác động lên phôi, tạo ra biến dạng dần hài lòng. Mômen uốn và ứng suất được tính toán chi tiết để xác định lực ép cần thiết. Công nghệ uốn sử dụng để nắn tổ hợp dầm được tối ưu hóa thông qua mô phỏng số, cho phép dự đoán và điều chỉnh các thông số công nghệ. Các điều kiện ăn phôi vào trục được xác định dựa trên góc ăn của phôi vào con lăn, đảm bảo hiệu suất nắn cao nhất.

2.1. Đặc điểm biến dạng trong quá trình nắn

Biến dạng dần hời ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước sản phẩm sau khi nắn. Sự tác động của lực ép con lăn nắn và lực ép con lăn phụ tạo ra gradient ứng suất. Tệ số ma sát giữa phôi và con lăn quyết định hiệu quả truyền lực. Phân tích sơ đồ xác định mômen uốn giúp hiểu rõ cơ chế biến dạng.

2.2. Tính toán công nghệ nắn tối ưu

Tính toán công nghệ trên nắn tổ hợp dầm cỡ lớn yêu cầu xác định chính xác lực ép của con lăn nắn và gia tốc của phôi. Mô hình tính toán điều kiện ăn phôi vào trục dựa trên góc ăn và đặc tính ma sát. Tối ưu hóa thông qua mô phỏng giúp giảm thiểu biến dạng không mong muốn.

III. Kết Quả Nghiên Cứu Bằng Mô Phỏng Số

Mô phỏng số trong gia công áp lực sử dụng phần mềm ABAQUS để phân tích quá trình nắn tổ hợp dầm. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ cho thấy mối quan hệ phức tạp giữa lực ép, tốc độ nắn, và chất lượng sản phẩm. Mô hình lính toán điều kiện ăn phôi xác định những yếu tố tối ưu để phôi vào trục nhẵn nhịp. Khừng tru điểm của mô phỏng bao gồm mô hình hóa chính xác tính chất vật liệu, điều kiện biên, và tương tác tiếp xúc. Quá trình tối ưu hóa công nghệ thông qua mô phỏng cho phép dự đoán hành vi của vật liệu dưới các điều kiện nắn khác nhau. Các ứng dụng của phần mềm ABAQUS bao gồm phân tích ứng suất, biến dạng, và nhiệt độ. Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để xác nhận tính chính xác.

3.1. Phương pháp mô phỏng số ABAQUS

Mô phỏng số gia công áp lực sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô tả hành vi vật liệu. Khừng tru điểm bao gồm mô hình lực tiếp xúc, ma sát Coulomb, và tính phi tuyến. Mô hình tính toán được xây dựng dựa trên lực ép của con lăn, hình học phôi, và đặc tính vật liệu thép.

3.2. Tối ưu hóa và xác thực kết quả

Quá trình tối ưu hóa công nghệ nhờ mô phỏng giúp xác định thông số công nghệ tối ưu. Ứng dụng của ABAQUS cho phép phân tích nhiều kịch bản khác nhau. Xác thực kết quả thông qua thí nghiệm thực tế với máy nắn dầm đã lắp đặt xong.

IV. Thiết Kế Máy Hàn Nắn Dầm và Hệ Thống Thủy Lực

Thiết kế máy nắn dầm bao gồm nguyên lý hoạt động tổ hợp máy hàn-nắn dầm chi tiết. Các bộ phận chỉnh eta máy được thiết kế để đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình nắn. Tính toán và thiết kế máy dựa trên kết quả mô phỏng, bao gồm xác định lực ép con lăn, công suất động cơ, và kích thước các bộ phận. Sơ đồ cắn tạo hệ thống thủy lực gồm xylanh thủy lực, bơm bánh răng, van phân phối 4/3, van chống tụt áp, van an toàn, và van điện từ. Bản vẽ lắp tổng thể cho thấy khung giá đỡ, con lăn ép, con lăn phụ, và hộp số thủy lực được sắp xếp hợp lý. Máy nắn sau khi lắp đặt xong được hàn khung máy đảm bảo độ cứng vững. Lắp ráp chi tiết máy và bộ phận dẫn động được thực hiện theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Công nghệ nắn tổ hợp dầm thực tế được triển khai trên máy hoàn chỉnh.

4.1. Nguyên lý hoạt động và các bộ phận chính

Nguyên lý hoạt động máy hàn-nắn dầm dựa trên lực ép con lăn nắn tác động lên phôi. Các bộ phận chỉnh eta gồm cơ cấu điều chỉnh vị trí con lăn, hệ thống định tâm phôi. Khung giá đỡ cung cấp độ cứng cần thiết. Con lăn phụ hỗ trợ giữ phôi ổn định. Hộp số thủy lực truyền động mượt mà.

4.2. Hệ thống thủy lực và tính toán thiết kế

Sơ đồ hệ thống thủy lực bao gồm xylanh thủy lực cung cấp lực ép chính xác. Bơm bánh răng tạo áp lực cần thiết. Van phân phối điều khiển hướng chuyển động. Van an toàn bảo vệ hệ thống. Tính toán thiết kế xác định công suất, áp lực hoạt động tối ưu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG ĐẠI IIOC BACII KIIOA IIA NOL Tid X¥OX Wd PILAM XUAN PIU YOHL AM NGHIÊN CỨI), THIẾT KE TO HOP MAY HAN- NAN DAM THEP PHUC VU CAC CONG TRINH GIAO THONG VA XAY DUNG IHXĐ2 VAN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ HELOZ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG ĐẠI HỌC BÁC1II KIOA HÀ NỌI PHẠM XUÂN PHÚ NGHIÊN CỨU, THIẾT KE TO HOP MAY HAN- NANDAM THEP PHUC VU CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG VÀ XÂY DỰNG Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. Phạm Văn Nghệ Hà Nội - Făm 2016 LOI CAM DOAN DANII SACH HÌNH ẢNH DANH SACH BANG BIBU DANH SÁCH KÝ HIỂU, CHỮ VTẾT TẮT MO DAU. do chon dé i 2. Mục đích nghiên cửu của luận văn, đồi tượng, phạm vi nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu - 4. Tóm tắt nội đụng chính. Kết luận CHƯƠNG1. Giới thiệu về tổ hợp máy hân-nắn đầm thép 1.

Pham vi ứng dụng dầm thép. Tỉnh hình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam CHUONG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN. Đặc điểm biến dạng của lô hợp đầm cỡ lớn 2.

Lý thuyết quá trình trên tâm. Tỉnh toán công nghệ trên nắn tổ hop đảm cỡ lớn CHUGNG 3; CAC KẾT QUÁ NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHÒNG SỐ 3. Mô phông số ong gia công áp lực 39 3. Nghiên cửu ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong, quá trùsh nắn tỏ hợp đảm cỡ lớn.

THIẾT KẾ MÁY NAN DAM 63 4. Nguyên lý hoạt động của tổ hợp máy hản - nắn dâm. Các bộ phận chỉnh eta may 64 4. Tỉnh toán, thiết kế máy.

65 KÉT LUẬN CHUNG 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình 4. Sơ đỗ cấu tạo của máy nắn.272crriccczccc coc i SD Hình 4. Sơ đồ cắn tạo hệ thống thủy lực - 70 Hình 4.7, Kết cầu của xylanh thủy lực. Bom bánh răng, - - - - 72 Hình 4.

Các loại van phân phối thường gặp. Van phân phôi 4 của, 3 vị trí điển khiển bằng điện từ. Van chống tụt áp- van L chiều cỏ điểu khiển. Van an toản.13, Van dién diy.

Bản vẽ lắp tổng thể của hệ thông sản con lăn và máy. Sàn cơn lần; A-Khung, giá đỡ, B- Con lăn,,. Máy nắn, A- Bản vẽ lắp; A- Con lăn ép, B- Con lan phụ, C-11ộp số thủy lực - ¬9 (Tinh 4. May nắn sau khi lắp đặt xong.

Hàn khung may - - - - 800 Hình 4. Một số bộ phận của hệ thông thủy lục. Một số bê phận của sản con lăn Sil Hình 4. Bộ phận dẫn dộng,.

Hộp số thủy lục - - - 822 Hình 4. Lắp ráp chỉ tiết máy.đf3 DANH MUC KY HIEU, CHU VIET TAT ý hiệu nghĩa Don vị Pi Lực ép của con lần nắn lên phối INI f› — Lựcépcủacanlần phụ lênphổi IN] 1 Lue ma sái tại phân liễp xúc giữa cơn lần nắm và phôi [IN] Ta: Lực ma sát tại phần Hiếp xúc giữa con lắn phụ và phối. IN] HH TIệ số ma sát giữa phôi và oon lăn nắn. Hà Tệ số ma sát giữa phối va con lăn phụ m1 hỏi lượng của phôi ike] a Gia tốc của phối [m/s?] ae Gia tốc của phôi theo phương trục z [m/s?] + Góc vénh PT a Là 1⁄4 gốc ăn củaphối vào con lăn nàn, tính cho đường, In] +inh làm việc lớn nhất $ Là 1⁄2 góc ăn cửa phôi vào con lăn phụ, tính cho đường.

[rad] kinh lảm việc lớn nhất DANH MUC KY HIEU, CHU VIET TAT ý hiệu nghĩa Don vị Pi Lực ép của con lần nắn lên phối INI f› — Lựcépcủacanlần phụ lênphổi IN] 1 Lue ma sái tại phân liễp xúc giữa cơn lần nắm và phôi [IN] Ta: Lực ma sát tại phần Hiếp xúc giữa con lắn phụ và phối. IN] HH TIệ số ma sát giữa phôi và oon lăn nắn. Hà Tệ số ma sát giữa phối va con lăn phụ m1 hỏi lượng của phôi ike] a Gia tốc của phối [m/s?] ae Gia tốc của phôi theo phương trục z [m/s?] + Góc vénh PT a Là 1⁄4 gốc ăn củaphối vào con lăn nàn, tính cho đường, In] +inh làm việc lớn nhất $ Là 1⁄2 góc ăn cửa phôi vào con lăn phụ, tính cho đường. [rad] kinh lảm việc lớn nhất DANH MỤC HÏÌNH ẢNH, ĐÒ THỊ Hình 1.

Công nghệ cán thép hình dễ sản xuất thép hình chữ l; A, B- Sản phẩm. thép chữI, C-Công nghệ cán, D- Máy cán nóng, - - 12 Hình 1. Cắt plasuna; A, B- Mất cất; Ở- Nguyễn lý cắt bằng plasma 14 Tĩnh 1. Máy hàn đảm tự động.Quy trình chế tạo dằm thép.

sec Xesersses TẾ Hình 1. ccesceeeeeerrerrrrrrrrrrrrere TỒ Tĩnh 1. Máy hàn đảm liên tụe. ào, TỆ Hình 1.

Máy nắn dâm kiểu1. Máy nắn đảm kiéu I - - 21 Hình 1. Một số ứng dụng của các loại dâm thép cỡ lỏn. Giàn khoan đầu khi.

Nhà ga sân bay - 24 Tĩnh 2. Dặc điểm biến đạng của tổ hợp dâm cỡ lớn khi hàn 26 Hình 2. Sơ đỗ tác dụng lực khi uốn - 28 Hình 2. Sơ để uốn phôi dải bẹp va dai rong 29 Hình 2.

Biểu đồ phầm bó ứng suất theo chiêu ty của phối ở giai đoạn. Sơ đỗ xác định mômen uồn.6 Sự biến dang dan hỏi làm ảnh hưởng tới kích thước sản phẩm sau khi tốn. Công nghệ uốn sử đụng để nắn tả hợp dam oỡ lớn. Mô hình Lính toán điều kiện ăn phôi vào trục khi niin.

Khững tru điểm của mô phỏng.3 Quá trình tối ưu hóa công nghệ nhờ mnô phổng. Một số ứng đụng của phản mềm ABAQUS - - 41 Hình 3. Công nghệ nắn tổ hợp đàm thực tế. - - - - 44 DANH MUC KY HIEU, CHU VIET TAT ý hiệu nghĩa Don vị Pi Lực ép của con lần nắn lên phối INI f› — Lựcépcủacanlần phụ lênphổi IN] 1 Lue ma sái tại phân liễp xúc giữa cơn lần nắm và phôi [IN] Ta: Lực ma sát tại phần Hiếp xúc giữa con lắn phụ và phối.

IN] HH TIệ số ma sát giữa phôi và oon lăn nắn. Hà Tệ số ma sát giữa phối va con lăn phụ m1 hỏi lượng của phôi ike] a Gia tốc của phối [m/s?] ae Gia tốc của phôi theo phương trục z [m/s?] + Góc vénh PT a Là 1⁄4 gốc ăn củaphối vào con lăn nàn, tính cho đường, In] +inh làm việc lớn nhất $ Là 1⁄2 góc ăn cửa phôi vào con lăn phụ, tính cho đường. [rad] kinh lảm việc lớn nhất Hình 3. Kệt quả tỉnh toàn thực nghiệm xác dịnh cơ tính của vật liệu 55400, .A: Dường cong lực chuyên vị khi kéo, l3: Dường cong ứng xử chảy dếo của vật liệu 46 Hình 3.

Ứng suất tương đương Von-Mis@s. Biến đạng đẻo tương đương - - 48 Hình 3. Ủng suất tương dương Von-MIS@s. Biến dang déo lương đương, 50 Llinh 3.

Ung sudt tong duong Von-Mises ccc rveseseeenne SO Hình 3. Ứng suất trong duong Von-Mises 1 Hình 3. Biến dạng đẻo tương đương,. Ứng suất tương đương, Von-Mises 52 Hình 3.

Biến dạng đẻo tương đương,. Ung suat trong đương Von-Mises - %4 Hình 3. Biển dang đỏo lương đương,. Ứng suất trơng đương Von-Mises - - $ Hình 3.

Biến dạng đẻo tương đương,. Ứng suất tương đương Von-Mises. Biển dạng đếo lương đương, - - 37 Tinh 3. Ứng suất tương đương Von-Miises.

"¬ en SS Hình 3. Biển dạng déo tuong duong. Phân bỏ ứng suất uốn theo mặt cắt ngang A-A, (A) Giữ nguyên chiễu rộng, cánh dẫm và thay đổi góc vệnh y, (B) Ghữ nguyên góc vênh và thay chiều rộng cảnh đảm. Trường ứng suất, biến dang trén phéi khi nan 60 linh 3.

Trường ứng suất, biển dạng trên phôi khi nắn.ựe nỗn và mômen xoắn cân thiết để cùng cắp cho trục công lắc. Máy nắn dâm chữ 1, chữ IT cỡ lớn. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của tố hợp máy hàn-nắn dam 64 Hình 4. Hệ thống con lăn; A- Cou lăn, B- Khung giá đố;.

Vị trí các con lần trên máy nắn - - 65 MO PAU 1.Lý đo chọn dé tat Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội loài người, nhu cầu xây dựng cing tir đó mà tăng cao. Các công trình kỹ thuật được xây đựng ngày cảng nhiều, phát triển thêm cả về mặt chất lượng, số lượng và kích thước. Trong xây dựng thì kết cấu khung, dẫm cũng được sử dụng khá phổ biến do giảm được trọng, lượng, hưng vẫn đảm bảo độ bên, độ an toàn, thẳm mỹ của công trình. Trong công cuộc hiện đai hóa xây dựng đất nước ta thị việc sử dụng các loại đảm cỡ lớn là một trong những yêu cầu quan trọng.

Các sản phẩm thép đảm sỡ lén dược sử dụng phố biến trong, các ngành giao thông vận tải, dâu khi, hàng không, an xỉnh, quốc phòng. Trong quả trình thí công xây dựng người la phải chế tao các chủ tiết với độ chính xác cao và trong đó có các loại đảm thép cõ lớn. Các loại dâm thép chữ U, chữT có thế được sản suất bằng phương pháp cân nông hoặc phương pháp hàn ghép. Ngày này với sự phát triển của khoa học công nghệ thì công nghệ hàn cũng cỏ được sự tiến bộ phát triển vượt bậc, chính vì vậy công nghệ hàn ghép để chế tạo các đầm cỡ lớn được sử đụng ngày cảng phổ biến và rộng rãi hơn.

thép được chế tạo qua các công đoạn chính là cất phôi, hàn đính, hàn đường, nắn Hiện nay ở Việt Nam đã có cảo công ty sắn xuất áp dụng phương pháp nảy vào trong thục tiễn sân xuất. Các công ly ở Việt Nam nhập khẩu vẻ và phân phối hư công ty Tiến Dại Phát, công ty trách nhiệm Phạm Trung Dũng. Dông thời các tài liệu tính toán thiết kế cho máy hàn, nắn đảm tự động trong nước còn hạn chế, khan liểm đo đó việc nghiên cứu tỉnh toán thiết kế chế tạo máy là hết sức quan trọng. Bởi vậy trong nghiên cửu này nhỏm nghiên cửu quyết định thực hiện để tài:*Nghiễn cứu, thiết kế tỗ hựp mày hàn- nẵn dằm thép phục vụ các công trình giaa thông và xây dựng” DANH MUC KY HIEU, CHU VIET TAT ý hiệu nghĩa Don vị Pi Lực ép của con lần nắn lên phối INI f› — Lựcépcủacanlần phụ lênphổi IN] 1 Lue ma sái tại phân liễp xúc giữa cơn lần nắm và phôi [IN] Ta: Lực ma sát tại phần Hiếp xúc giữa con lắn phụ và phối.

IN] HH TIệ số ma sát giữa phôi và oon lăn nắn. Hà Tệ số ma sát giữa phối va con lăn phụ m1 hỏi lượng của phôi ike] a Gia tốc của phối [m/s?] ae Gia tốc của phôi theo phương trục z [m/s?] + Góc vénh PT a Là 1⁄4 gốc ăn củaphối vào con lăn nàn, tính cho đường, In] +inh làm việc lớn nhất $ Là 1⁄2 góc ăn cửa phôi vào con lăn phụ, tính cho đường. [rad] kinh lảm việc lớn nhất DANH MỤC BẰNG Bang 1.