Thiết kế và chế tạo máy lưu hóa lốp ô tô

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN CƠNG HÙNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY LƯU HĨA LỐP Ơ TƠ Chuyên ngành : Cơng nghệ chế tạo máy Mã số : 60.52.04 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT - Đà Nẵng, 2011 - 2 Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS.ĐINH MINH DIỆM Phản biện 1: TS. NGUYỄN XUÂN HÙNG Phản biện 2: PGS.TS. TĂNG HUY Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt ghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 08 năm 2011 * Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 3 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong sự cạnh tranh mạnh mẽ của ngành cơng nghiệp sản xuất lốp Ơ tơ, việc hạ giá thành sản phẩm và nâng cao chất lượng đĩng vai trị quyết định sự thành cơng của các doanh nghiệp. Trong bối cảnh đĩ, Cơng ty cổ phần cao su Đà Nẵng khơng ngừng đầu tư nghiên cứu, chế tạo thiết bị, cải tiến thiết bị, để hiện đại hĩa qui trình sản xuất là điều tất yếu. Trước nhu cầu cấp thiết đĩ nên việc nghiên cứu chế tạo máy lưu hĩa lốp và lập trình điều khiển PLC và ứng dụng phần mềm WinCC Flexible để xây dựng hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) giám sát điều khiển thiết bị thơng qua máy vi tính, mà tại đĩ ta cĩ thể thay đổi được chương trình trên máy, tăng được vị thế cạnh tranh cho cơng ty. Với những yêu cầu như vậy, tơi chọn hướng nghiên cứu của đề tài là: “Thiết kế và chế tạo máy lưu hố lốp Ơ tơ”. Nội dung đề tài mang tính khoa học và thực tiễn, đáp ứng yêu cầu luận văn thạc sĩ. 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Mục đích của đề tài gĩp phần thúc đẩy việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị phục vụ cho sản xuất. - Phát triển lĩnh vực điều khiển tự động thiết bị, xây dựng hệ thống SCADA giám sát điều khiển thiết bị thơng qua máy vi tính vào sản xuất nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, để giảm thiểu những sự cố, làm ngưng trệ sản xuất. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng: Máy lưu hố lốp Ơ tơ. Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu thiết bị và cơng nghệ qui trình sản xuất lốp Ơ tơ. 4 - Tính bền khung máy bằng phần mềm RDM và tính tốn hệ thống thuỷ lực. - Hệ thống điều khiển tự động sử dụng lập trình điều khiển PLC loại S7-300 của hãng Siemens. - Ứng dụng phần mềm WinCC Flexible xây dựng hệ thống SCADA giám sát điều khiển thiết bị thơng qua máy vi tính. - Chế tạo mơ hình thực nghiệm 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Dựa trên các thơng số kỹ thuật yêu cầu của máy và cơng nghệ lưu hĩa lốp, kết hợp với lý thuyết để tính tốn thiết kế máy. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - Thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị phục vụ sản xuất, nghiên cứu khoa học và đào tạo. - Phát triển lĩnh vực ứng dụng điều khiển tự động vào thực tế sản xuất. 6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN Ngồi phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục cấu trúc luận văn gồm 4 chương như sau : Chương 1: “Tổng quan về quy trình cơng nghệ sản xuất lốp Ơ tơ” chủ yếu đề cập đến quy trình cơng nghệ sản xuất lốp Ơ tơ. Chương 2: “Tính tốn thiết kế máy lưu hố lốp Ơ tơ” bao gồm chọn máy, tính tốn thiết kế hệ thống thuỷ lực và tính tốn bền khung máy, giới thiệu hệ thống van màng. Chương 3: “Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy” Giới thiệu về PLC SIEMENS họ PLC S7-300, lập trình PLC điều khiển thiết bị và giới thiệu phần mềm WinCC Flexible, xây dựng hệ thống SCADA giám sát điều khiển cho thiết bị. 5 Chương 4: “Thiết kế và chế tạo mơ hình thực nghiệm” Xây dựng mơ hình thực nghiệm bằng khí nén. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LỐP Ơ TƠ VÀ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT LỐP Ơ TƠ 1.1. TỔNG QUAN VỀ LỐP Ơ TƠ 1.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của lốp Ơ tơ 1.1.2. Kết cấu và tác dụng của các thành phần lốp Ơ tơ 1.2. NGUYÊN VẬT LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT LỐP 1.2.1. Cao su 1.2.2. Các chất phối hợp cho cao su 1.2.3. Vải mành 1.2.4. Vật liệu kim loại 1.2.5. Vật liệu phụ 1.3. QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT LỐP 1.3.1. Quy trình cơng nghệ sản xuất lốp Ơ tơ Hình1.1: Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất lốp Ơ tơ. 6 Quy trình cơng nghệ sản xuất lốp Ơ tơ sẽ qua các cơng đoạn như sau: 1.3.1.1. Ép đùn mặt lốp 1.3.1.2. Cán tráng vải 1.3.1.3. Gia cơng vịng tanh 1.3.1.4. Cắt vải 1.3.1.5. Dán cao su lên vải 1.3.1.6. Dán ống 1.3.1.7. Thành hình 1.3.1.8. Lưu hố 1.3.1.9. Kiểm tra chất lượng sản phẩm (KCS) và nhập kho CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY LƯU HĨA LỐP Ơ TƠ 2.1. CHỌN MÁY 2.1.1. Các phương án Dựa vào hệ thống truyền động và hệ thống tạo lực đĩng mở khuơn, ta đưa ra các phương án sau: 2.1.1.1. Máy lưu hố đĩng mở máy bằng cơ Sử dụng hộp giảm tốc truyền động qua cặp bánh răng và truyền qua dầm liên động thực hiện quá trình đĩng mở máy. Nguyên lý hoạt động: Khi động cơ điện (1) quay sẽ truyền chuyển động hộp giảm tốc trục vít bánh vít (2) và làm quay bánh răng nhỏ (3) gắn trên trục vít hộp giảm tốc, tiếp tục truyền động qua bánh răng lớn (4) và truyền động qua dầm liên động (5) để thực hiện quá trình đĩng mở máy. Kiểu máy này kết cấu phức tạp, yêu cầu độ chính xác gia cơng cao, chế tạo một số chi tiết địi hỏi phải cĩ thiết bị chuyên dùng để gia cơng. 7 Hình 2.1: Hình và sơ đồ máy lưu hố đĩng mở bằng cơ. 1.Động cơ điện 4.Bánh răng lớn 2.Hộp giảm tốc bánh vít trục vít 5.Dầm liên động 3.Bánh răng nhỏ 6.Dầm trên máy 7. Gối đỡ 2.1.1.2. Máy lưu hố đĩng mở máy bằng trục vít bánh vít Hình 2.2: Máy lưu hố đĩng mở máy bằng trục vít bánh vít Nguyên lý hoạt động: động cơ điện quay sẽ truyền chuyển động qua hộp giảm tốc và truyền chuyển động quay qua đai ốc làm cho vít me sẽ tịnh tiến lên xuống, thực hiện quá trình đĩng mở máy. 1 2 3 4 6 57 8 Kiểu máy này thiết kế đĩng mở máy bằng vít me đai ốc, kết cấu kiểu này rất dễ chế tạo, nhưng khi đĩng máy dễ gây ra hiện tượng quá tải cho động cơ (vì mơmen mở máy rất lớn). 2.1.1.3. Máy lưu hố đĩng mở bằng Xilanh pittiơng dầu thuỷ lực Hình 2.3: Hình và sơ đồ Máy lưu hố đĩng mở bằng thuỷ lực dầu 1: Xilanh pitơng thủy lực 4: Bao hơi dưới 2: Khung máy 5: Cơ cấu trung tâm 3: Bao hơi trên Nguyên lý hoạt động: Dầu được cấp vào xilanh pitơng (1) áp lực dầu sẽ đẩy pitơng chạy lên chạy xuống, thực hiện quá trình đĩng mở máy. Do đĩng mở máy bằng XiLanh pittơng thuỷ lực nên kiểu máy loại này kết cấu máy đơn giản, dễ gia cơng chế tạo, nên giá thành thấp. Phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Qua phân tích ba phương án ta chọn phương án “Máy lưu hố đĩng mở bằng Xilanh pittiơng dầu thuỷ lực”. 2.1.2. Thơng số kỹ thuật của máy Lưu Hĩa Lốp Ơ tơ - Quy cách lốp lưu hố: 12”→16”, tương đương với đường kính ngồi của lốp là Φ580→Φ740 mm - Lực đĩng khuơn lớn nhất 210.000 Kg 1 3 2 4 5 9 - Đường kính bao hơi 1100 mm - Chiều cao khuơn lưu hố 180→300 mm - Áp suất hơi tối đa trong màng 28 Kg/cm2 - Áp suất tối đa trong bao hơi 10 Kg/cm2 2.2. TÍNH TỐN HỆ THỐNG THUỶ LỰC 2.2.1. Sơ đồ hệ thống thủy lực của máy lưu hĩa Hinh 2.4: Sơ đồ hệ thống thủy lực Các phần tử trong sơ đồ thủy lực: 1-Bộ lọc 7-Van chặn lưu lượng 15-Van một chiều kích mở 2-Động cơ điện 8,9- Đồng hồ áp lực 16-Cụm Pittơng, xilanh ép 3-Bơm lưu lượng 10-Van một chiều 19-Van tiết lưu 4-Bơm cao áp 11-Van tiết lưu 20-Cụm Pittơng kẹp dưới 5-Bộ làm mát dầu 12,13,18-Van điện từ 6-Van chặn cao áp 14,17-Van tràn 2.2.3. Thiết kế các phần tử thủy lực của máy 2.2.3.1. Xi lanh thủy lực a. Tính chọn đường kính Xilanh và áp suất làm việc: Từ sơ đồ tính tốn ta viết phương trình cân bằng lực của cụm piston xét ở hành trình đĩng máy: 300 L/min 15 L/ m in PH PL T PH PL T PH PL T 24 3 1 6 79 8 12 13 14 16 20 18 17 19 15 5 11 10 C DBA E F 10 P1.A1-P2.A2-Fmsc-Fmsp-Ft=0 (2.1) Trong sơ đồ trên gồm cĩ các thành phần: P1: Áp suất dầu ở buồng đĩng máy P2: Áp suất dầu ở buồng mở máy A1: Diện tích Piston ở buồng đĩng máy; A1=pi.D2/4 A2: Diện tích Piston ở buồng mở máy; A2=pi.(D2-d2)/4 m: Khối lượng của khuơn và Piston, m = 400+520 = 920 Kg Fmsp: Lực ma sát của Phớt làm kín và xilanh Fmsc: Lực ma sát giữa Piston và vịng phớt làm kín. Trong bài tốn này vì tiết diện tiếp xúc của phớt làm kín với xilanh và piston nhỏ nên ta bỏ qua 2 lực ma sát này. Sơ đồ tính tốn Xilanh: Hình 2.5: Sơ đồ phân tích lực của máy Ft: Lực do áp suất nước quá nhiệt sinh ra trong quá trình lưu hĩa. Trong sơ đồ, như hình 2.6 Pnqn: Áp suất nước quá nhiệt, Pnqn=25 Kg/cm2 Dk: Đường kính bên trong của lốp Do ta thiết kế máy lưu hĩa này để lưu hĩa quy cách lốp nhất là 7.50-16 nên ta cĩ kích thước này là Dk=740 mm=74 cm Như vậy ta cĩ lực Ft sẽ được tính như sau: d D Q 1 Q 2 P 1 P 2 A 1 A 2 mF t F m sp F m s c 11 Ft= 2.pi.Rk2 .Pnqn= 2.pi.(Dk/2)2.Pnqn=2.3,1416.(74/2)2.25=215042 Kg Sơ đồ tính lực Ft như sau: Hình 2.6: Sơ đồ phân tích lực lúc lưu hĩa Ở hành trình đĩng máy, buồng mang cần Piston thơng với bể dầu nên P2 xem như ≈ 0. Thay vào phương trình (2.1) ta cĩ: P1.pi.D2/4 – 215042 = 0 Nếu ta chọn áp suất P1=200 Kg/cm2, ta tính được: D = 37 cm = 370 mm Ta chọn đường kính Xilanh là: D = 400 mm. Từ sơ đồ tính tốn ta viết phương trình cân bằng lực của cụm piston xét ở hành trình mở máy: P2.A2 – m.g = 0 (2.2) Do chỉ làm việc khơng tải, chịu áp lực nhỏ, để đảm bảo điều kiện làm việc ta chọn đường kính Piston d = 0,7 D = 0,7 . 400 = 280 mm. Ta tính được P2 = (920 x 9.8)/[pi(D2-d2)/4] = 14,355 Kg/cm2 Chọn áp suất làm việc P2= 20 Kg/cm2 b.Tính lưu lượng cần thiết cung cấp cho xilanh: Phương trình lưu lượng: Q1 = vct.A1 + λ.P1 + (V/2B).(dP1/dt). Dk Pnqn Ft 12 Trong đĩ: Q1: Lưu lượng cần cung cấp Vct: Vận tốc làm việc 3~5 mm/s P1: Áp suất tác dụng lên bề mặt Piston λ: Hệ số tổn thất năng lượng B: Mơđun đàn hồi của dầu Với vận tốc lớn nhất vmax=5 mm/s, thì lưu lượng lớn nhất cung cấp cho xilanh là: Qmax = vmax.A1= 5 . 125663,7 = 628318,5 mm3/s = 37,7 lít/phút c. Tính tốn kiểm tra sức bền và ổn định của xilanh: Trong quá trình làm việc, các xilanh thủy lực truyền lực, chịu tác dụng của áp lực làm việc bên trong của dầu và tải trọng nên ngồi. Bề dày của thành xilanh t được tính theo cơng thức: t ≥ 0,5D C PCF CF +        − − 1 73.1.100 .100 σ σ Trong đĩ: P: áp suất chất lỏng làm việc Kg/cm2 D: Đường kính trong của xilanh mm c : Đại lượng bổ sung cho chiều dày tối thiểu của thành xilanh, chọn c=2mm. σCF : Ứng suất cho phép trên thành xy lanh, Kg/mm2 σCF = ησ n b Kg/mm2 σb : Giới hạn bền, đối với thép σb=70 Kg/mm2 n : Hệ số an tồn, thường n=3; η : Hệ số độ bền mối hàn, hàn tay cĩ đệm lĩt với thép: η = 0,9 Ta cĩ: σCF = 219,0.3 70 = Kg/mm2 Vậy bề dày thành xilanh t là: 13 t = =+        − − 21 200.73,121.100 21.100 .400.5,0 90,823 mm. Chọn t=100 mm, để đảm bảo Dn/D = 600/400=1,5>1,2 Biến dạng hướng kính của mặt trong xilanh ∆D ∆D =        − − − + 22 2 22 22 .. DD D DD DD E PD nn n µ mm Trong đĩ : E = 2,1.107(N/cm2) =2,1.106 Kg/cm2 µ : Hệ số Pốt xơng, thép µ = 0,29 Dn : Đường kính ngồi của xilanh Dn = 400 + 100.2 = 600 mm ∆D = = − − − +         240260 240 .29,0 240260 240260 . 610.1,2 40.200 0,009021 cm Biến dạng hướng kính của mặt ngồi Xilanh ∆Dn ∆Dn=        − − )2(.. 22 2 µ DD D E DP n n ∆Dn= =       − − )29,02( 4060 40 10.1,2 60.200 22 2 6 0,007817 cm Chiều dày xilanh cĩ đáy phẳng δ được tính theo cơng thức: c Pkd CF đ +≥ σ δ ..1,0min mm k : Hệ số phụ thuộc vào hình dạng của đáy, ở đây ta thiết kế đáy liền phẳng nên k=0,25 d : Đường kính của đáy, dđ = 600 mm =+≥ 2 21 200.25,0 .600.1,0minδ 94,582 mm Chọn δ = 100 mm 14 Lực tới hạn, được tính theo : Fth=ξ.Fa Với: ξ : Hệ số tính đến sự thay đổi của tiết diện xilanh, ta chọn ξ=0,4 Fa : Lực tới hạn đối với xilanh quy ước cĩ tiết diện khơng thay đổi Fa = c. l JE..2pi Trong đĩ: J: Mơmen quán tính của xilanh được tính theo cơng thức J= 8,510508)4060.( 64 1416.3)( 64 4444 =−=− DDn pi cm4 l : Chiều dài tồn bộ xilanh cùng với cần piston; l=2300 mm c : Hệ số tính đến sự ghép nối của xilanh cùng với cần Piston và đầu cần Piston, chọn c=0,5. Ta cĩ: Fa=c. l JE..2pi = =2 62 230 8,510508.10.1,2.1416.3 .5,0 100008429 Kg Fth=ξ.Fa=0,4.100008429 = 40003371,6 Kg Ta thấy rằng lực ép tối đa Ft= 215042 Kg < 40003371,6 Kg Nên xilanh lực làm việc hồn tồn ổn định Các thơng số của xilanh ép: Đường kính trong của xilanh: D=400 mm Đường kính ngồi của xilanh là : Dn=600 mm Đường kính cần Piston là: d=250 mm Hành trình ép là: L=1100 mm Diện tích bề mặt ở buồng cơng tác là: A1=125663,7 mm2 Thể tích lớn nhất khi làm việc : Vmax = 138230,077 cm3 2.2.3.2.Tính chọn bơm thủy lực và cơng suất động cơ: a. Chọn bơm và tính lưu lượng và áp suất của bơm: Lưu lượng lý thuyết lớn nhất mà bơm cĩ thể cung cấp cho xilanh ép: Qmax = vmax.A1= 5 . 125663,7 = 628318,5 mm3/s =37,7 lít/phút Trong thực tế, do sự rị rỉ qua khe hở giữa các khoang, nên lưu lượng thực tế của bơm nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết, ta chọn bơm 15 bánh răng, nên hiệu suất đạt khoảng η=70% do đĩ lưu lượng thực tế là: Qtt= 86,537,0 7,37max == η Q lít/phút Do thiết kế trạm thủy lực này, để cấp cho 2 xilanh piston, nên chọn lưu lượng bơm là 150 lít/phút. Tính áp suất làm việc: theo trên ta chọn áp suất làm việc của bơm là 200 Kg/cm2 Như vậy ta chọn bơm theo các số liệu đã tính tốn: Chọn bơm lưu lượng với thơng số: Lưu lượng QLL =150 lít/phút và áp suất PLL= 20 Kg/cm2 Chọn bơm cao áp với thơng số: Lưu lượng QCA =20 lít/phút và áp suất PCA= 250 Kg/cm2 b. Tính cơng suất động cơ truyền động cho bơm: Tính cơng suất cho bơm cao áp: NCA= 612 . CACA Qp KW Trong đĩ: NCA: Cơng suất cần thiết để quay bơm, (tức là cơng suất cần thiết thiết để đảm bảo lưu lượng QCA và áp suất pCA của dầu. NCA= 17,8612 20.250 = KW Cơng suất động cơ điện dẫn động bơm: NđcCA= bđc CAN ηη Trong đĩ : ηb: Hiệu suất của bơm, ηb=(0,6~0,9), chọn ηb=0,85 ηđc: Hiệu suất truyền động từ động cơ qua bơm, chọn ηđc=0,985. NđcCA= 7582,9985,0.85,0 17,8 = KW Tính cơng suất cho bơm lưu lượng: 16 NLL= 612 . LLLL Qp KW NLL= 9,4612 150.20 = KW Cơng suất động cơ điện dẫn động bơm Lưu Lượng: NđcLL= bđc LLN ηη Trong đĩ : ηb: Hiệu suất của bơm, ηb=(0,6~0,9), chọn ηb=0,85 ηđc: Hiệu suất truyền động từ động cơ qua bơm, chọn ηđc=0,985 NđcLL= 852,5985,0.85,0 9,4 = KW Việc dẫn động hai bơm bằng một động cơ điện nhưng khi bơm này làm việc thì bơm kia chạy khơng, nên chọn động cơ điện cĩ cơng suất lớn: Nđc=10 KW 2.2.3.3. Một số van sử dụng cho hệ thống: - Van tràn - Van đảo chiều - Van tiết lưu - Van một chiều kích 2.3.TÍNH TỐN BỀN THÂN MÁY: Dựa vào kết cấu của máy và lực tác dụng lên khung máy, để đơn gian cho việc tính tốn ta chọn một bên để tính (vì hai bên giống nhau) ta cĩ mơ hình tính bền của máy như hình 2.7. Từ sơ đồ tính bền, để việc tính tốn đơn giản, ta phân tích thành 2 sơ đồ đơn giản để tính như hình 2.8 và hình 2.9 17 Hình 2.7: Khung máy lưu hĩa Hình 2.8: Sơ đồ phân tích lực 2.3.1.Kéo đúng tâm: Ta cĩ sơ đồ tính như hình 2.9, Với: Ft= 215042 Kg , h=2000 mm. Ta chọn vật liệu thép là CT31 với các thơng số của vật liệu là: Ứng suất cho phép của thép: [σ]th =310 Mpa = 31 kN/cm2. Mơđun đàn hồi: E=2.104 kN/cm2, Trọng lượng riêng của thép: γ = 7800 Kg/m3 = 0,0078 Kg/cm3 Hệ số dãn nở thép: αth =12,5.10-6, Vì khi làm việc trong mơi trường nĩng, kiểm tra thực tế nhiệt độ trên khung máy là 500C, như vậy so với nhiệt độ tính ở 300C, thì nhiệt độ tăng lên : ∆T=200C Đầu tiên ta đi tính chọn mặt cắt của khung thẳng đứng: Gọi F là tiết diện của mặt cắt ta cĩ: Lực dọc trục: Nmax = Ft/2 + γ.h.F = 215042/2 + 0,0078.200.F Với: σmax= [ ]tht hF F F N σγ ≤+= . .2 max 1 5 4 5 60 0 34 35 H àn h tr ìn h= 11 00 20 00 1 3 2 7 . 5 F t 1 1 1 0 F t 18 Hình 2.9: Sơ đồ tính bền kéo đúng tâm Ta chọn hệ số an tồn: n=3 Ta cĩ: σmax= [ ] n h F F F N tht σγ ≤+= . .2 max Rút F ra ta cĩ: [ ] 5,135)3.200.0078,03100.(2 215042.3 )...(2 . = − = − ≥ nh FnF th t γσ cm2 Dựa vào giá trị F, do vật liệu làm việc trong mơi trường nhiệt gia tăng 200C ta chọn mặt cắt F cĩ kích thước lơn hơn so với tính, chọn mặt cắt là hình chữ nhật cĩ chiều rộng là 45 cm và tầm dày là 5 cm, như vậy: F=45 x 5 =225 cm2 Tính chuyển vị: Ta cĩ : ∆l = == 225.10.200.2 200.215042 ..2 . 4FE hFt 0,04778 cm =0,4778 mm Tính đến chuyển vị do gia tăng nhiệt lên 200C ta cĩ: ∆lT = α.h.∆T=12,5.10-6 . 200.20=0,05 cm = 0,5 mm Như vậy chuyển vị tổng cộng là: Σ∆l =∆l + ∆lT =0,4778 + 0,5 = 0,9778 mm Dùng phần mềm RDM tính kiểm tra lại và kết qủa: F t/2 19 Kết quả tính chuyển vị bằng RDM lớn nhất là: 0,4779 mm 2.3.2.Dầm chịu uốn: Dùng phần mềm RDM tính Hình 2.10: Sơ đồ tính bền dầm chịu uốn 2.4. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG VAN MÀNG 2.4.1. Một số van màng - Van màng hai ngã: là loại van cĩ một ngã vào và một ngã ra. - Van màng ba ngã: là loại van cĩ 2 ngã vào và một ngã ra. - Van màng chỉnh áp: là loại van điều chỉnh được áp lực ngã ra. 2.4.2. Quy trình hoạt động của hệ thống van màng khi lưu hĩa CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY Chương này giới thiệu về PLC SIEMENS họ S7-300 và lập trình điều khiển PLC trên CPU314 FM, giới thiệu phần mềm WinCC Flexible, xây dựng dự án (Scada) điều khiển máy. 3.1. GIỚI THIỆU VỀ PLC SIEMENS HỌ S7-300 3.1.1. Giới thiệu chung về PLC S7_300 3.1.1.1. Cấu trúc chung của một PLC Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm 3 phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp. F t 20 3.1.1.2. Cấu trúc, chức năng PLC S7_300 3.1.1.3. Module CPU 3.1.1.4. Module mở rộng 3.1.1.5. Ngơn ngữ lập trình Cĩ 3 ngơn ngữ lập trình cơ bản sau: Ngơn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL, ngơn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD, Ngơn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD. 3.1.2. Giới thiệu PLC S7_300 CPU314 3.1.2.1. Cấu trúc bộ nhớ 3.1.2.2. Tập lệnh (sử dụng dạng STL) 3.1.3. Giải pháp mạng 3.2. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC 3.2.1. Yêu cầu cơng nghệ Cài đặt các thơng số theo yêu cầu, cấp bán thành phẩm (BTP) vào máy, sau đĩ ấn định hình và ấn nút đĩng máy tự động máy sẽ đĩng máy tự động và đạt áp lực dầu theo thơng số cài đặt, quá trình lưu hĩa đầu thực hiện theo chế độ thời gian cài đặt trong chương trình như: hơi vào bao hơi, hơi vào màng, nước quá nhiệt vào màng, nước lạnh vào màng làm mát, hút chân khơng, sau khi hết chế độ thời gian lưu hĩa cài đặt, máy sẽ tự động mở máy, mở đến cơng tắc hành trình mở máy, kẹp màng sẽ nâng lốp lên, lấy lốp đã lưu hĩa ra và thực hiện chu trình tiếp theo. 3.2.2. Các cụm điều khiển của máy Các cụm điều khiển của máy lưu hĩa lốp Ơ tơ bằng thủy lực, được xây dựng như sơ đồ, như hình 3.2. 21 Hình 3.2: Các cụm điều khiển của máy 3.2.3. Các biến địa chỉ ngõ vào ra 3.2.4. Các bước lập trình trên S7-300 3.3. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC FLEXIBLE WinCC Flexible viết tắt của Windows Control Center, là phần mền của hãng Siemens dùng để quan sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất. 3.3.1. Chức năng của WinCC Flexible - Chức năng giám sát. - Chức năng điều khiển. - Chức năng trao đổi dữ liệu. 3.3.2. Một số phần trong WinCC Flexible 3.3.2.1. Thiết lập giao thức kết nối 3.3.2.2. Tags và Tags group 3.3.2.3. Thiết kế giao diện (Screen) 3.3.2.4. Tạo mã (Script) 3.3.2.5. Một số hàm hay sử dụng trong chương trình 3.4. XÂY DỰNG DỰ ÁN (SCADA) ĐIỀU KHIỂN MÁY 3.4.1. Khởi động WinCC Flexible 22 3.4.2. Tạo một Project 3.4.3. Trình tự thiết kế giao diện, thiết lập điều khiển cho project 3.4.3.1. Thiết lập kết nối 3.4.3.2 .Tạo các biến (Tag) 3.4.2.3. Thiết kế giao diện và thiết lập điều khiển Giao diện điều khiển chính (hình 3.3): thực hiện thao tác cho máy và hiện thị trạng thái của các đầu vào ra. Hình 3.3: Giao diện khởi động Giao diện hệ thống van màng (hình 3.4) Hình 3.4: Giao diện hệ thống van màng lưu hĩa cấp nhiệt vào màng Ở giao diện này ta cĩ thể điều khiển được các thao tác của máy trực tiếp trên máy tính gịm các cơng tắc chế độ tay tự động, đĩng mở máy, định hình, kẹp màng lên xuống và thể hiện các trạng thái làm việc của máy. Ở giao diện này khi máy đang ở chế độ lưu hĩa (hấp lốp) nĩ sẽ biểu hiện trạng thái ON (cĩ nén cấp lên van) hoặc OFF (cắt nén cấp lên van) cho các van màng theo thời gian nhập vào, tại các vị trí van màng ở trạng thái ON nĩ cịn thể hiện thời gian làm việc. 23 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 4.1. XÂY DỰNG MƠ HÌNH 4.1.1. Giới thiệu về mơ hình Ở mơ hình để tiện cho việc chế tạo tơi sử dụng đĩng mở bằng khí nén, ở mơ hình này chủ yếu thể hiện phần điều khiển máy trên WinCC Flexible. 4.1.2. Nguyên lý hoạt động của mơ hình Hình 4.1: Sơ đồ kết cấu mơ hình thực nghiệm 1: PLC S7_300 CPU314 5.Lốp 2: Pittơng khí nén đĩng mở máy 6. Pittơng khí nén nâng hạ kẹp màng 3: Sensor 7: Sơ đồ van màng 4. Bao hơi 8: Máy tính 24 Nguyên lý làm việc của mơ hình thực nghiệm, như hình 4.1, ban đầu ta nhập các thời gian lưu hĩa cho quy cách lốp Ơ tơ tương ứng từ máy tính (8), các thơng số được nhập vào chương trình PLC thơng qua cổng kết nối MPI, đầu tiên đưa bán thành phẩm vào khuơn, sau đĩ ấn nút đĩng máy ở chế độ tự động từ máy tính, tức là Xilanh Pittơng khí nén (2) đĩng mở máy sẽ đi xuống đến tác động vào sensor đĩng máy và kết hợp đủ áp lực ép khuơn theo tính tốn, quá trình lưu hĩa lốp bắt đầu thực hiện, hệ thống van màng sẽ mở để cấp nhiệt, theo thời gian ta tính tốn nhập vào, quá trình này được thể hiện trên sơ đồ hệ thống van màng (7) và trạng thái các van màng được thể hiện bằng các đèn Điốt gắn lên nĩ, khi đèn Điốt đỏ nghĩa là van màng này đang được cấp nén để thực hiện quá trình mở hơi nĩng, nước quá nhiệt vào màng, để làm chín lốp. Sau khi hồn thành thời gian lưu hĩa máy sẽ tự mở đến giới hạn sensor (3) mở máy thì máy sẽ dừng và lúc này pittơng nâng hạ kẹp màng (6) sẽ nâng lốp lên, lấy lốp ra, chu kỳ lưu hĩa kết thúc và tiếp tục lưu hĩa xuất tiếp theo. 4.2. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CHO MƠ HÌNH 4.2.1. Các cụm điều khiển của mơ hình Trong mơ hình thực nghiệm đĩng mở máy sử dụng bằng khí nén, đã giới thiệu ở mục 4.1.2, các cụm điều khiển của mơ hình được xây dựng như sơ đồ như hình 4.2, Nguyên lí làm việc của các cụm điều khiển, đầu tiên nhập các thơng số từ bàn phím máy tính, dữ liệu này được tải vào PLC thơng qua cáp MPI, các cơng tắc thao tác điều khiển được xây dựng trên phần mền WinCC Flexible như ở mục 3.4.3 và PLC cĩ nhiệm vụ xuất ra các đầu ra để điều khiển cụm van khí nén, cụm van màng và nhận tín hiều từ máy tính, các sensor và rơle áp lực và thực hiện theo chương trình đã được lập trên PLC. 25 Hình 4.2: Sơ đồ cụm điều khiển mơ hình máy lưu hĩa lốp Ơ tơ 4.2.2. Lập trình PLC và xây dựng hệ thống SCADA giám sát và điều khiển hệ thống Chương trình PLC được xây dựng ở chương 3 mục 3.2, phần giám sát điều khiển thiết bị được xây dựng trên phần mềm WinCC Flexible được trình bày cụ thể ở chương 3. 4.3. CHẾ TẠO MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM Mơ hình được chế tạo và làm việc tốt theo đúng nguyên lý hoạt động của máy đã trình bày ở mục 4.1.2, như hình 4.3. Hình 4.3: Ảnh tổng quát của mơ hình thực nghiệm 26 KẾT LUẬN 1. KẾT QỦA ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI: - Nghiên cứu thiết bị và cơng nghệ qui trình sản xuất lốp Ơ tơ. - Tính tốn hệ thống thủy lực, ứng dụng phần mền RDM, để tính tốn thiết kế máy. - Lập trình chương trình điều khiển S7-300 và ứng dụng phần mềm WinCC Flexible, xây dựng hệ thống SCADA giám sát điều khiển máy thơng qua mạng nội bộ, hạn chế được người vận hành máy tiếp xúc trực tiếp với mơi trường độc hại, giảm thiểu sự cố do các yếu tố chủ quan, đáp ứng nhu cầu cấp thiết sản xuất cơng nghiệp. - Trên cơ sở tính tốn thiết kế và chế tạo thành cơng máy lưu hĩa lốp Ơ tơ đĩng mở bằng thủy lực đáp ứng được các thơng số kỹ thuật thiết kế đặt và đã đưa vào sử dụng tại Cơng ty cổ phần cao su Đà Nẵng. - Chế tạo mơ hình, mơ phỏng được tồn bộ quá trình hoạt động của máy lưu hĩa lốp Ơ tơ trên máy tính, mơ hình hoạt động ổn định theo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra, cĩ thể áp dụng trong giảng dạy. 2. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI: - Đề tài được ứng dụng vào sản xuất thực tế, thiết bị này hoạt động theo các yêu cầu về thiết kế đặt ra, ổn định, đảm bảo các yêu cầu về cơng nghệ, năng suất và chất lượng sản phẩm. - Làm tài liệu phục vụ cho nghiên cứu và giảng dạy. 3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI: - Nghiên cứu ứng dụng điều khiển tự động và giám sát điều khiển bằng phần mền WinCC Flexible khơng chỉ với máy lưu hĩa Ơ tơ mà cịn phát triển với nhiều thiết bị khác. - Sử dụng phần mềm WINCC Flexible để điều khiển tồn bộ hệ thống các máy lưu hĩa. - Thơng qua mạng Internet để kiểm tra và giám sát hệ thống thiết bị, báo lỗi qua tin nhắn điện thoại khi hệ thống bị sự cố.