Luận văn thạc sĩ: Tính toán và Thiết kế Hệ thống Cấp phôi Rung động

Luận văn thạc sĩ trình bày chi tiết phương pháp tính toán, thiết kế hệ thống cấp phôi rung động. Tài liệu hữu ích cho ngành cơ khí và tự động hóa.

• Tác giả: Nguyễn Văn Chiến
• Người hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Địch
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế Tạo Máy
• Đề tài: Tính Toán & Thiết Kế Hệ Thống Cấp Phôi Rung Động
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan về Hệ Thống Cấp Phôi Rung Động

Hệ thống cấp phôi rung động là một giải pháp tự động hóa hiệu quả trong quy trình sản xuất hiện đại. Đây là công nghệ quan trọng giúp cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm trong các ngành công nghiệp chế tạo máy. Cấp phôi tự động sử dụng rung động để vận chuyển các chi tiết phôi từ kho phôi đến máy công cụ, giảm thiểu can thiệp thủ công. Hệ thống này bao gồm các thành phần chính như phễu cấp phôi, máng chuyên phôi, cơ cấu định hướng và nam châm điện. Ứng dụng tính toán hệ thống cấp phôi rung động đòi hỏi kiến thức sâu về cơ học, điện tử và công nghệ tự động hóa. Việc thiết kế hệ thống cấp phôi cần phải xem xét các yếu tố như hình dạng phôi, khối lượng, tần số rung động và độ hiệu quả.

1.1. Định Nghĩa và Khái Niệm Cơ Bản

Hệ thống cấp phôi rung động là thiết bị tự động cấp liệu dùng sức rung để di chuyển các chi tiết. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý rung động với tần số và biên độ được tính toán chính xác. Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong các máy tiện, máy khoan và các máy công cụ khác để tự động hóa quy trình sản xuất.

1.2. Vai Trò trong Tự Động Hóa Sản Xuất

Cấp phôi rung động đóng vai trò then chốt trong tự động hóa quá trình sản xuất. Nó giúp loại bỏ công việc thủ công, tăng tốc độ sản xuất và cải thiện độ chính xác. Hệ thống này cũng giảm chi phí lao động và tăng an toàn lao động trong các nhà máy chế tạo.

II. Cấu Tạo và Các Thành Phần Chính của Hệ Thống

Cấu tạo hệ thống cấp phôi rung động bao gồm nhiều thành phần quan trọng phối hợp với nhau. Phễu cấp phôi là nơi chứa các chi tiết phôi ban đầu, được thiết kế với hình dạng đặc biệt để đảm bảo sự ổn định. Máng chuyên phôi có vai trò vận chuyển chi tiết từ phễu đến vị trí tiếp theo. Cơ cấu định hướng phôi giúp xác định đúng hướng của phôi trước khi đưa vào máy. Cơ cấu dẫn phôi điều khiển quỹ đạo chuyển động. Nam châm điện trong hệ thống rung động tạo ra lực hút để thực hiện chuyển động rung. Các bộ giảm chấn được lắp đặt để kiểm soát rung động và bảo vệ thiết bị.

2.1. Phễu Cấp Phôi và Máng Chuyên Phôi

Phễu cấp phôi rung động được thiết kế để chứa và cấp liệu hiệu quả. Hình dạng phễu ảnh hưởng đến hiệu suất cấp phôi. Máng chuyên phôi kết nối với phễu, có độ dốc và kích thước phù hợp để đảm bảo dòng chảy liên tục của chi tiết.

2.2. Cơ Cấu Định Hướng và Nam Châm Điện

Cơ cấu định hướng phôi sử dụng các vẫu, khe, rãnh và lỗ để xác định đúng hướng. Nam châm điện trong hệ thống cấp phôi cung cấp lực rung. Nó được kích hoạt bởi dòng điện xoay chiều để tạo sức rung động liên tục.

III. Phương Pháp Tính Toán và Thiết Kế Cấu Trúc

Tính toán hệ thống cấp phôi rung động yêu cầu phân tích kỹ thuật chi tiết về động lực học. Việc thiết kế hệ thống cấp phôi bắt đầu từ xác định các thông số như khối lượng phôi, hệ số ma sát và tần số rung tối ưu. Phân tích động học phôi trên mặt phẳng nằm ngang giúp xác định quỹ đạo chuyển động. Các công thức tính toán lực rung, gia tốc và biên độ phải được áp dụng chính xác. Việc mô hình hóa hệ thống bằng phần mềm thiết kế giúp dự đoán hiệu suất trước khi chế tạo. Tính toán cơ cấu giảm chấn là bước quan trọng để bảo vệ hệ thống khỏi rung động quá mức.

3.1. Các Thông Số Kỹ Thuật Chính

Các thông số tính toán bao gồm tần số rung động, biên độ rung, khối lượng phôi và hệ số ma sát. Tần số rung thường được chọn để tránh cộng hưởng. Biên độ rung ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ cấp phôi. Thiết kế hệ thống cấp phôi phải cân bằng giữa hiệu suất và độ ổn định.

3.2. Mô Hình Hoá và Phần Mềm Thiết Kế

Ứng dụng phần mềm thiết kế giúp mô phỏng hành vi của hệ thống cấp phôi rung động trước khi sản xuất. Các mô hình 2D và 3D được tạo để kiểm tra các chi tiết kỹ thuật. Mô phỏng động lực học xác nhận tính chính xác của các tính toán và giúp tối ưu hóa thiết kế.

IV. Ứng Dụng Thực Tế và Phát Triển trong Tương Lai

Hệ thống cấp phôi rung động được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp chế tạo máy như máy tiện, máy khoan và các máy công cụ khác. Việc tính toán và thiết kế hệ thống cấp phôi ngày càng được cải tiến để tăng năng suất. Quy trình lắp ráp hệ thống cấp phôi yêu cầu chính xác cao trong từng khâu. Các chỉ tiết như lò xo, nam châm và máng phải được chọn lựa kỹ lưỡng. Trong tương lai, tự động hóa quy trình sản xuất sẽ tiếp tục phát triển với công nghệ mới như điều khiển thông minh và cảm biến hiện đại để nâng cao hiệu suất.

4.1. Ứng Dụng trong Các Ngành Công Nghiệp

Cấp phôi rung động được sử dụng trong các máy tiện, máy khoan, máy gia công và máy lắp ráp. Hệ thống này giúp tự động hóa quá trình sản xuất hiệu quả, giảm thời gian chu kỳ sản xuất. Các nhà máy chế tạo máy hiện đại đều áp dụng công nghệ này để tăng cạnh tranh.

4.2. Hướng Phát Triển và Cải Tiến Tương Lai

Tương lai của hệ thống cấp phôi rung động hướng tới tích hợp công nghệ IoT và trí tuệ nhân tạo. Tính toán hệ thống cấp phôi sẽ được tự động hóa thêm với các cảm biến thông minh. Việc thiết kế hệ thống cấp phôi sẽ tối ưu hơn nhờ machine learning và dữ liệu lớn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1. Trang 9 LUẬN VĂN THAC SI - TINH TOAN HE THONG CAP PHOI RUNG DONG. CHUONG 1: TONG QUAN VE TU DONG HOA QUA TRINH SAN XUAT Trước hết ta xem sơ lược về tỉnh hình ngành cơ khí của nước nhả và sự phát triển của nó trong tương lai để thấy rõ sự cần thiết phải có tự động hoa như thé nảo? Việc áp dụng tự động hoá cho các nhà máy, xí nghiệp trong việc lắp ráp các chỉ tiết với nhau là cân thiết hay không ? Có được cải nhìn chung như thể, ta moi nắm vững, hiểu rõ và phát huy hết tác dụng của nó vả áp dụng một cách linh hoạt và phủ hợp với nên sản xuất nước nhà, từng bước cải tiền kỹ thuật, nâng cao chất lượng sản phẩm 1.1 Tình hình ngành cơ khí Việt Nam và triển vọng trong tương lai Những nét cơ bản vẻ sự hình thành: Đắt đầu từ năm 1956 có định hướng ở miền Bắc Nhà máy cơ khí trung, qui mô Hà Nội: Chế tạo máy công cụ. Nha may co khi cam Pha: Phục vụ khu mỏ Hỏn Gai Nhà máy cơ khí xe lửa Gia Lâm.

Nhà máy ô tô Trần Hưng Đạo, Hoà Bình, Diesel Sông Công: Phục vụ giao thông vận tải và sức kéo cho nông lâm nghiệp. Các nha may dong tau Bach Dang, Phà Rừng Các nhà máy cơ khí quốc phòng và ngảnh. Một loạt các nhà máy qui mô 500 triệu/năm sản phẩm cơ khí phục vụ công nghiệp địa phương vả chiến đầu tại chỗ. *Nhân lực Thợ bậc cao, từ bậc 6 trở lên: khoảng 7 nghìn nhưng tuổi bình quân trên 40 có hạn ché.

Dang kẻ có 10 nghìn từ kỹ sư trở lên: Nhưng chưa phát huy tốt tiềm năng, Tổng tải sản có định toản ngành khoảng 300 triệu USD là hết sức nhỏ bẻ. *Đặc điểm chung: - Tiếp nhận từ một ngảnh cơ khi non yêu chỉ làm dịch vụ sửa chữa và sản xuất một số phụ tùng đơn giản. - Từ sau năm 1975 chưa có một nha may co khi nao được đầu tư thiết bị - công, Trang 10 LUAN VAN THAC SI - TINH TOAN HE THONG CAP PHOI RUNG DONG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỎ THỊ STT | Hinh | Nội dung Trang 2.1 __ | Sơ đồ tông quát của hệ thống cấp phôi tự động 18 2.2 _ | Cấu tạo hệ thông cấp phôi dạng cuộn 20 23 | Cơ cấu kẹp bằng chấu kẹp đàn hôi 21 2.4 _ | Hệ thông cấp phôi cho máy tiện định hình 21 3.5 _ | Hệ thống cấp phôi cho máy tiện đọc 22 26 _ | Hệ thông cấp phôi thanh 22 3.7 _ | Cấu tạo hệ thống cấp phôi rời 23 2.8 | Phân tích động học của phôi 25 3.9 _ | Sơ đồ di chuyên phôi trên mặt phang nằm ngang 27 10 |210 | Phẫu cấp phôi rung động 29 2.11 | Sơ đồ kết cấu phễu cấpphôi rung động 30 12 |2.12 | Các máng được sử dụng đề vận chuyên phôi 31 13 |213 | Sơ đồ nguyên lý định hướng phôi 32 14 |214 | Định hướng phôi bằng vẫu và móc 33 15 |2.15 | Định hướng phôi bằng khe và rãnh 33 16 |2.16 | Định hướng phôi dùng lỗ định hình hoặc túi 34 2.17 | Định hướng phôi bằng ông 35 18 |2.18 | Phương pháp loại bỏ phôi sai hướng. 36 19 |219 | Phương pháp sửa phôi sai hướng 36 20 |2.20 | Một số cơ cấu dẫn phôi 37 2.21 | Một số cơ cấu chuyên hướng phôi 38 22 |222 | Sơ đồ động lực học đề tỉnh cơ cầu giảm chấn 39 23 |31 |Phễu 4I 24 |32 | Chiết 43 25 | 41 | Mô hình hệ thông cấp phôi rung động 49 26 |42 | Bảnvẽ2D.

51 2T [43 | Bản vẽ phân rã 52 28 [44 | Cau mic hé thong cap phéi 53 39 |45_ | Sơ đồ lắp đặt 54 30 |46 | Chỉ niết 55 4.7 | Để chỗng rung 55 2 [48 | La thép lo xo 56 3 | 4.9 | Tam gan lo xo trên 56 Trang 6 LUẬN VĂN THAC SI - TINH TOAN HE THONG CAP PHOI RUNG DONG. Năm 1873 Spender da che tao duoc may tiên tự đông cé 6 cap phôi và trục phan phối mang các cam đĩa và cam thủng. Nam 1880 nhiều hãng trên thể giới như Pittler Ludiig Lowe( Đức), RSK(Anh) đã chế tạo được máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh. Chỉnh sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết chặt chế công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện một loạt các thiết bị và hệ thông tự động hoá hoàn toàn mới như các loại máy điều khiển số, các trung tâm gia công, các hệ thông điều khiên theo chương trình logie PLC (Programmable logic control), các hệ thông sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing systems), các hệ thống sản xuất tich hop CIM (Computer Integrated Manufacturing) cho phép chuyén déi nhanh sản phẩm gia công với thời gian chuân bị sản xuất it nhật, rút ngắn chu kỳ sản xuat sân phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh của sản xuất hiện đại.

Hệ thống cấp phôi tự động là một trong hệ thông không thẻ thiểu được trong hệ thông gia công tự động hóa hoàn toàn. Mục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Để tài tập trung nghiên cứu tỉnh toán và thiết kế hệ thông cấp phôi tự dong bằng rung động, Trọng tâm của đề tài khảo sát, nghiên cứu lý thuyết vả tính toán hệ thông cấp phôi tự đông bằng rung động. Đưa ra một phương pháp phân tích, tỉnh toán, thiết kế hệ thông cấp phôi bang rung động cho chỉ tiết hình dạng đơn giản. Trên cơ sở đỏ, đưa ra giải pháp va tu vấn cho các máy móc thiết bị cần tự động hóa hoàn toàn trong gia công.

Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của luận văn - Để tài đánh giá được tính hiệu quả vẻ thời gian, năng suất, tính ôn định và tỉnh chính xác trong gia công. - Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho các hướng nghiên cửu mở rộng, nâng, cao trong các mô hình sản xuất cụ thể muốn tự động hóa hoàn toàn. Từ bài toán này có thể nghiên cửu với nhiều các hình dạng phôi, chỉ tiết có hình dạng khác nhau cản áp dụng tự đông hoa hoản toản. - Các kết quả nghiên cửu của đề tải có thể sử dụng trong giảng dạy, thực hanh va Trang 8 LUẬN VĂN THAC SI - TINH TOAN HE THONG CAP PHOI RUNG DONG.

Năm 1873 Spender da che tao duoc may tiên tự đông cé 6 cap phôi và trục phan phối mang các cam đĩa và cam thủng. Nam 1880 nhiều hãng trên thể giới như Pittler Ludiig Lowe( Đức), RSK(Anh) đã chế tạo được máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh. Chỉnh sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết chặt chế công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện một loạt các thiết bị và hệ thông tự động hoá hoàn toàn mới như các loại máy điều khiển số, các trung tâm gia công, các hệ thông điều khiên theo chương trình logie PLC (Programmable logic control), các hệ thông sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing systems), các hệ thống sản xuất tich hop CIM (Computer Integrated Manufacturing) cho phép chuyén déi nhanh sản phẩm gia công với thời gian chuân bị sản xuất it nhật, rút ngắn chu kỳ sản xuat sân phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh của sản xuất hiện đại. Hệ thống cấp phôi tự động là một trong hệ thông không thẻ thiểu được trong hệ thông gia công tự động hóa hoàn toàn.

Mục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Để tài tập trung nghiên cứu tỉnh toán và thiết kế hệ thông cấp phôi tự dong bằng rung động, Trọng tâm của đề tài khảo sát, nghiên cứu lý thuyết vả tính toán hệ thông cấp phôi tự đông bằng rung động. Đưa ra một phương pháp phân tích, tỉnh toán, thiết kế hệ thông cấp phôi bang rung động cho chỉ tiết hình dạng đơn giản. Trên cơ sở đỏ, đưa ra giải pháp va tu vấn cho các máy móc thiết bị cần tự động hóa hoàn toàn trong gia công. Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của luận văn - Để tài đánh giá được tính hiệu quả vẻ thời gian, năng suất, tính ôn định và tỉnh chính xác trong gia công.

- Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho các hướng nghiên cửu mở rộng, nâng, cao trong các mô hình sản xuất cụ thể muốn tự động hóa hoàn toàn. Từ bài toán này có thể nghiên cửu với nhiều các hình dạng phôi, chỉ tiết có hình dạng khác nhau cản áp dụng tự đông hoa hoản toản. - Các kết quả nghiên cửu của đề tải có thể sử dụng trong giảng dạy, thực hanh va Trang 8 LUẬN VĂN THAC SI - TINH TOAN HE THONG CAP PHOI RUNG DONG. nghiên cửu của sinh viên trong các môn học tự động hỏa quả trinh sản xuất, hệ thông sản xuất linh hoạt FMS & CIM.

Phương pháp nghiên cứu ~ Nghiên cửu tải liệu, các thiết bị và sản phẩm ứng dụng liên quan đền đề tài ~ Nghiên cửu cơ sở lý thuyết vẻ hệ thông cấp phôi tự động bằng rung động, - Trên cơ sở lý, ứng dụng tính toản, thiết kế vả chẻ tạo mô hinh cap phôi tự động bang rung động điện chỉ tiết hình dạng phôi trụ đơn giản. Qua đó, thiết kể và chế tạo. hệ thông quản lý số lượng sản phẩm trên hệ thông cấp phôi. Trước khi đi chuyên sâu vào nội dung chỉnh của đẻ tải nghiên cửu, chúng ta phải nắm được tổng quan về tự động hóa quả trinh sản xuất được trình bảy trong chương 1.

Trang 9 LUẬN VĂN THAC SI - TINH TOAN HE THONG CAP PHOI RUNG DONG. LOI CAM DOAN Tôi xin cam đoan các tính toán kết quả nêu trong Luận Lăn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Quá trình tính toán thiết kế hệ thông có sử dụng một số tài liệu tham khảo của một số tác giả và các tài liệu nghiên cứu liên quan. Tác giả NGUYÊN VĂN CHIẾN Trang 4 LUẬN VĂN THAC SI - TINH TOAN HE THONG CAP PHOI RUNG DONG.

LOI CAM ON Tác giả xin chân thành cam on GS.TS Tran Văn Địch đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, đến quá trình làm, thiết kế mô hình và hoàn chỉnh luận văn. Tác giả bảy tỏ lòng biết ơn các thây cô trong bộ môn Công nghệ chế tạo máy, viên Cơ khi trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Xin cảm ơn Ban lãnh đạo Viện đào tạo Sau đại học và Viện Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi đề tác giã hoàn thành bài luận văn này.