1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRẦN CÔNG HÙNG

THI ẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY L ƯU HÓA LỐP Ô TÔ

Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy Mã số : 60.52.04

TÓM T ẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

- Đà Nẵng, 2011 -

2

Công trình ñược hoàn 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 ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt ghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 08 năm 2011

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông 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 công nghiệp sản xuất

lốp Ô tô, việc hạ giá thành sản phẩm và nâng cao chất lượng ñóng

vai trò quyết ñịnh sự thành công của các doanh nghiệp. Trong bối

cảnh ñó, Công ty cổ phần cao su Đà Nẵng không ngừng ñầu tư

nghiên cứu, chế tạo thiết bị, cải tiến thiết bị, ñể hiện ñại hóa qui trình

sản xuất là ñiều tất yếu. Trước nhu cầu cấp thiết ñó nên việc nghiên

cứu chế tạo máy lưu hóa lốp và lập trình ñiều khiển PLC và ứng

dụng phần mềm WinCC Flexible ñể xây dựng hệ thống SCADA

(Supervisory Control And Data Acquisition) giám sát ñiều khiển thiết

bị thông qua máy vi tính, mà tại ñó ta có thể thay ñổi ñược chương

trình trên máy, tăng ñược vị thế cạnh tranh cho công ty. Với những

yêu cầu như vậy, tôi chọn hướng nghiên cứu của ñề tài là: “Thiết kế

và chế tạo máy lưu hoá lốp Ô tô”. Nội dung ñề tài mang tính khoa

học và thực tiễn, ñáp ứng yêu cầu luận văn thạc sĩ.

2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

- Mục ñích của ñề tài góp phần thúc ñẩy việc nghiên cứu, chế tạo

các thiết bị phục vụ cho sản xuất.

- Phát triển lĩnh vực ñiều khiển tự ñộng thiết bị, xây dựng hệ

thống SCADA giám sát ñiều khiển thiết bị thông qua máy vi tính vào

sản xuất nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, ñể giảm

thiểu những sự cố, làm ngưng trệ sản xuất.

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN C ỨU

Đối tượng: Máy lưu hoá lốp Ô tô.

Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu thiết bị và công nghệ qui trình sản xuất lốp Ô tô.

4

- Tính bền khung máy bằng phần mềm RDM và tính toán hệ

thống thuỷ lực.

- Hệ thống ñiều khiển tự ñộng sử dụng lập trình ñiều khiển PLC

loại S7-300 của hãng Siemens.

- Ứng dụng phần mềm WinCC Flexible xây dựng hệ thống

SCADA giám sát ñiều khiển thiết bị thông qua máy vi tính.

- Chế tạo mô hình thực nghiệm

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Dựa trên các thông số kỹ thuật yêu cầu của máy và công nghệ

lưu hóa lốp, kết hợp với lý thuyết ñể tính toán thiết kế máy.

5. Ý NGHĨA KHOA H ỌC VÀ THỰC TIỄN

- Thiết kế, chế tạo và lắp ñặt thiết bị phục vụ sản xuất, nghiên

cứu khoa học và ñào tạo.

- Phát triển lĩnh vực ứng dụng ñiều khiển tự ñộng vào thực tế sản

xuất.

6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Ngoài phần mở ñầu, 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 công nghệ sản xuất lốp Ô

tô” chủ yếu ñề cập ñến quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô.

Chương 2: “Tính toán thiết kế máy lưu hoá lốp Ô tô” bao gồm

chọn máy, tính toán thiết kế hệ thống thuỷ lực và tính toán bền

khung máy, giới thiệu hệ thống van màng.

Chương 3: “Thiết kế hệ thống ñiều khiển cho máy” Giới thiệu về

PLC SIEMENS họ PLC S7-300, lập trình PLC ñiều khiển thiết bị và

giới thiệu phần mềm WinCC Flexible, xây dựng hệ thống SCADA

giám sát ñiều khiển cho thiết bị.

5

Chương 4: “Thi ết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm” Xây

dựng mô hình thực nghiệm bằng khí nén.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LỐP Ô TÔ VÀ QUY TRÌNH CÔNG

NGHỆ SẢN XUẤT LỐP Ô TÔ 1.1. TỔNG QUAN VỀ LỐP Ô TÔ

1.1.1. Lịch sử ra ñời và phát tri ển của lốp Ô tô

1.1.2. Kết cấu và tác dụng của các thành phần lốp Ô tô

1.2. NGUYÊN VẬT LI ỆU 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 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LỐP

1.3.1. Quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô

Hình1.1: Sơ ñồ quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô.

6

Quy trình công nghệ sản xuất lốp Ô tô sẽ qua các công đđđđoạn như

sau:

1.3.1.1. Ép ñùn mặt lốp

1.3.1.2. Cán tráng vải

1.3.1.3. Gia công vòng 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 hoá

1.3.1.9. Kiểm tra chất lượng sản phẩm (KCS) và nhập kho

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THI ẾT KẾ MÁY L ƯU HÓA LỐP Ô TÔ

2.1. CHỌN MÁY

2.1.1. Các phương án

Dựa vào hệ thống truyền ñộng và hệ thống tạo lực ñóng mở

khuôn, ta ñưa ra các phương án sau:

2.1.1.1. Máy lưu hoá ñóng mở máy bằng cơ

Sử dụng hộp giảm tốc truyền ñộng qua cặp bánh răng và truyền

qua dầm liên ñộng thực hiện quá trình ñóng mở máy.

Nguyên lý hoạt ñộng: Khi ñộng cơ ñiện (1) quay sẽ truyền

chuyển ñộng 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 ñộng qua

bánh răng lớn (4) và truyền ñộng qua dầm liên ñộng (5) ñể thực hiện

quá trình ñóng mở máy.

Kiểu máy này kết cấu phức tạp, yêu cầu ñộ chính xác gia công

cao, chế tạo một số chi tiết ñòi hỏi phải có thiết bị chuyên dùng ñể

gia công.

7

Hình 2.1: Hình và sơ ñồ máy lưu hoá ñóng mở bằng cơ.

1.Động cơ ñiện 4.Bánh răng lớn

2.Hộp giảm tốc bánh vít trục vít 5.Dầm liên ñộng

3.Bánh răng nhỏ 6.Dầm trên máy

7. Gối ñỡ

2.1.1.2. Máy lưu hoá ñóng mở máy bằng trục vít bánh vít

Hình 2.2: Máy lưu hoá ñóng mở máy bằng trục vít bánh vít

Nguyên lý hoạt ñộng: ñộng cơ ñiện quay sẽ truyền chuyển ñộng

qua hộp giảm tốc và truyền chuyển ñộng quay qua ñai ốc làm cho

vít me sẽ tịnh tiến lên xuống, thực hiện quá trình ñóng mở máy.

1

2 3

4

6

57

8

Kiểu máy này thiết kế ñóng mở máy bằng vít me ñai ốc, kết cấu

kiểu này rất dễ chế tạo, nhưng khi ñóng máy dễ gây ra hiện tượng

quá tải cho ñộng cơ (vì mômen mở máy rất lớn).

2.1.1.3. Máy lưu hoá ñóng mở bằng Xilanh pittiông dầu thuỷ lực

Hình 2.3: Hình và sơ ñồ Máy lưu hoá ñóng mở bằng thuỷ lực dầu

1: Xilanh pitông thủy lực 4: Bao hơi dưới

2: Khung máy 5: Cơ cấu trung tâm

3: Bao hơi trên

Nguyên lý hoạt ñộng: Dầu ñược cấp vào xilanh pitông (1) áp lực

dầu sẽ ñẩy pitông chạy lên chạy xuống, thực hiện quá trình ñóng mở

máy. Do ñóng mở máy bằng XiLanh pittông thuỷ lực nên kiểu máy

loại này kết cấu máy ñơn giản, dễ gia công chế tạo, nên giá thành

thấp. Phù hợp với ñiều kiện của Việt Nam.

Qua phân tích ba phương án ta chọn phương án “Máy lưu hoá

ñóng mở bằng Xilanh pittiông dầu thuỷ lực”.

2.1.2. Thông số kỹ thuật của máy Lưu Hóa Lốp Ô tô

- Quy cách lốp lưu hoá: 12”→16”, tương ñương với ñường kính

ngoài của lốp là Φ580→Φ740 mm

- Lực ñóng khuôn lớn nhất 210.000 Kg

1

3

2

4

5

9

- Đường kính bao hơi 1100 mm

- Chiều cao khuôn lưu hoá 180→300 mm

- Áp suất hơi tối ña trong màng 28 Kg/cm2

- Áp suất tối ña trong bao hơi 10 Kg/cm2

2.2. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THUỶ LỰC

2.2.1. Sơ ñồ hệ thống thủy lực của máy lưu hóa

Hinh 2.4: Sơ ñồ hệ thống thủy lực

Các phần tử trong sơ ñồ thủy lực:

1-Bộ lọc 7-Van chặn lưu lượng 15-Van một chiều kích mở

2-Động cơ ñiện 8,9- Đồng hồ áp lực 16-Cụm Pittông, xilanh ép

3-Bơm lưu lượng 10-Van một chiều 19-Van tiết lưu

4-Bơm cao áp 11-Van tiết lưu 20-Cụm Pittông kẹp dưới

5-Bộ làm mát dầu 12,13,18-Van ñiện 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 ñường kính Xilanh và áp suất làm việc:

Từ sơ ñồ tính toán ta viết phương trình cân bằng lực của cụm

piston xét ở hành trình ñóng máy:

300 L/min

15

L/m

in

PHPLT

PH PL T

PH PL T

24 3

1

6 79

8

12 13

14

16 20

18

17

1915

5

11 10

C DBAE F

10

P1.A1-P2.A2-Fmsc-Fmsp-Ft=0 (2.1)

Trong sơ ñồ trên gồm có các thành phần:

P1: Áp suất dầu ở buồng ñóng máy

P2: Áp suất dầu ở buồng mở máy

A1: Diện tích Piston ở buồng ñóng máy; A1=π.D2/4

A2: Diện tích Piston ở buồng mở máy; A2=π.(D2-d2)/4

m: Khối lượng của khuôn và Piston, m = 400+520 = 920 Kg

Fmsp: Lực ma sát của Phớt làm kín và xilanh

Fmsc: Lực ma sát giữa Piston và vòng phớt làm kín.

Trong bài toán 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 ñồ tính toán Xilanh:

Hình 2.5: Sơ ñồ phân tích lực của máy

Ft: Lực do áp suất nước quá nhiệt sinh ra trong quá trình lưu hóa.

Trong sơ ñồ, 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 hóa này ñể lưu hóa quy cách lốp nhất là

7.50-16 nên ta có kích thước này là Dk=740 mm=74 cm

Như vậy ta có lực Ft sẽ ñược tính như sau:

d D

Q1

Q2

P1

P2

A1

A2

mFt

Fm

sp

Fm

sc

11

Ft= 2.π.Rk2 .Pnqn= 2.π.(Dk/2)2.Pnqn=2.3,1416.(74/2)2.25=215042 Kg

Sơ ñồ tính lực Ft như sau:

Hình 2.6: Sơ ñồ phân tích lực lúc lưu hóa

Ở hành trình ñóng máy, buồng mang cần Piston thông với bể dầu

nên P2 xem như ≈ 0.

Thay vào phương trình (2.1) ta có:

P1.π.D2/4 – 215042 = 0

Nếu ta chọn áp suất P1=200 Kg/cm2, ta tính ñược:

D = 37 cm = 370 mm

Ta chọn ñường kính Xilanh là: D = 400 mm.

Từ sơ ñồ tính toán 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 không tải, chịu áp lực nhỏ, ñể ñảm bảo ñiều kiện

làm việc ta chọn ñường kính Piston d = 0,7 D = 0,7 . 400 = 280 mm.

Ta tính ñược P2 = (920 x 9.8)/[π(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 ñó:

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: Môñun ñàn 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 toán kiểm tra sức bền và ổn ñịnh 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 ngoài.

Bề dày của thành xilanh t ñược tính theo công thức:

t ≥ 0,5D CPCF

CF +

−

−1

73.1.100

.100

σσ

Trong ñó:

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 = ησn

b Kg/mm2

σb : Giới hạn bền, ñối với thép σb=70 Kg/mm2

n : Hệ số an toàn, thường n=3;

η : Hệ số ñộ bền mối hàn, hàn tay có ñệm lót với thép: η = 0,9

Ta có: 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, ñể ñảm 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 ñó :

E = 2,1.107(N/cm2) =2,1.106 Kg/cm2

µ : Hệ số Poát xông, thép µ = 0,29

Dn : Đường kính ngoài của xilanh

Dn = 400 + 100.2 = 600 mm

∆D = =−

−−

+

240260

240.29,0

240260

240260.

610.1,2

40.2000,009021 cm

Biến dạng hướng kính của mặt ngoài Xilanh ∆Dn

∆Dn=

−

−)2(.

.22

2

µDD

D

E

DP

n

n

∆Dn= =

−

−)29,02(

4060

40

10.1,2

60.20022

2

60,007817 cm

Chiều dày xilanh có ñáy phẳng δ ñược tính theo công thức:

cPk

dCF

ñ+≥

σδ .

.1,0min mm

k : Hệ số phụ thuộc vào hình dạng của ñáy, ở ñây ta thiết kế

ñáy liền phẳng nên k=0,25

d : Đường kính của ñáy, dñ = 600 mm

=+≥ 221

200.25,0.600.1,0minδ 94,582 mm

Chọn δ = 100 mm

14

Lực tới hạn, ñược tính theo : Fth=ξ.Fa

Với: ξ : Hệ số tính ñến sự thay ñổi của tiết diện xilanh, ta chọn ξ=0,4

Fa : Lực tới hạn ñối với xilanh quy ước có tiết diện không thay ñổi

Fa = c.l

JE..2π

Trong ñó: J: Mômen quán tính của xilanh ñược tính theo công thức

J= 8,510508)4060.(64

1416.3)(

644444 =−=− DDn

π cm4

l : Chiều dài toàn bộ xilanh cùng với cần piston; l=2300 mm

c : Hệ số tính ñến sự ghép nối của xilanh cùng với cần Piston và

ñầu cần Piston, chọn c=0,5.

Ta có: Fa=c.l

JE..2π= =

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 ña Ft= 215042 Kg < 40003371,6 Kg

Nên xilanh lực làm việc hoàn toàn ổn ñịnh

Các thông số của xilanh ép:

Đường kính trong của xilanh: D=400 mm

Đường kính ngoài 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 công 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 công suất ñộng cơ:

a. Chọn bơm và tính lưu lượng và áp suất của bơm:

Lưu lượng lý thuyết lớn nhất mà bơm có 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 rò 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 ñạt khoảng η=70% do ñó lưu lượng thực tế

là: Qtt= 86,537,0

7,37max ==η

Q lít/phút

Do thiết kế trạm thủy lực này, ñể 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 ñã tính toán:

Chọn bơm lưu lượng với thông số:

Lưu lượng QLL =150 lít/phút và áp suất PLL= 20 Kg/cm2

Chọn bơm cao áp với thông số:

Lưu lượng QCA =20 lít/phút và áp suất PCA= 250 Kg/cm2

b. Tính công suất ñộng cơ truyền ñộng cho bơm:

Tính công suất cho bơm cao áp:

NCA= 612

. CACA Qp KW

Trong ñó: NCA: Công suất cần thiết ñể quay bơm, (tức là công suất

cần thiết thiết ñể ñảm bảo lưu lượng QCA và áp suất pCA của dầu.

NCA= 17,8612

20.250 = KW

Công suất ñộng cơ ñiện dẫn ñộng bơm:

NñcCA=bñc

CAN

ηη

Trong ñó : ηb: Hiệu suất của bơm, ηb=(0,6~0,9), chọn ηb=0,85

ηñc: Hiệu suất truyền ñộng từ ñộng cơ qua bơm, chọn

ηñc=0,985.

NñcCA= 7582,9985,0.85,0

17,8 = KW

Tính công suất cho bơm lưu lượng:

16

NLL=612

. LLLL Qp KW

NLL= 9,4612

150.20 = KW

Công suất ñộng cơ ñiện dẫn ñộng bơm Lưu Lượng:

NñcLL=bñc

LLN

ηη

Trong ñó : ηb: Hiệu suất của bơm, ηb=(0,6~0,9), chọn ηb=0,85

ηñc: Hiệu suất truyền ñộng từ ñộng cơ qua bơm, chọn

ηñc=0,985

NñcLL= 852,5985,0.85,0

9,4 = KW

Việc dẫn ñộng hai bơm bằng một ñộng cơ ñiện nhưng khi bơm

này làm việc thì bơm kia chạy không, nên chọn ñộng cơ ñiện có công

suất lớn: Nñc=10 KW

2.2.3.3. Một số van sử dụng cho hệ thống:

- Van tràn

- Van ñảo chiều

- Van tiết lưu

- Van một chiều kích

2.3.TÍNH TOÁN BỀN THÂN MÁY:

Dựa vào kết cấu của máy và lực tác dụng lên khung máy, ñể ñơn

gian cho việc tính toán ta chọn một bên ñể tính (vì hai bên giống

nhau) ta có mô hình tính bền của máy như hình 2.7.

Từ sơ ñồ tính bền, ñể việc tính toán ñơn giản, ta phân tích thành 2

sơ ñồ ñơn giản ñể tính như hình 2.8 và hình 2.9

17

Hình 2.7: Khung máy lưu hóa Hình 2.8: Sơ ñồ phân tích lực

2.3.1.Kéo ñúng tâm:

Ta có sơ ñồ tính như hình 2.9, Với: Ft= 215042 Kg , h=2000 mm.

Ta chọn vật liệu thép là CT31 với các thông số của vật liệu là:

Ứng suất cho phép của thép: [σ] th =310 Mpa = 31 kN/cm2.

Môñun ñàn 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 môi

trường nóng, kiểm tra thực tế nhiệt ñộ trên khung máy là 500C, như

vậy so với nhiệt ñộ tính ở 300C, thì nhiệt ñộ tăng lên : ∆T=200C

Đầu tiên ta ñi tính chọn mặt cắt của khung thẳng ñứng:

Gọi F là tiết diện của mặt cắt ta có:

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

343

5

Hà

nh

trìn

h=

11

00

20

00

1 3 2 7 . 5

F t

1 1 1 0

F t

18

Hình 2.9: Sơ ñồ tính bền kéo ñúng tâm

Ta chọn hệ số an toàn: n=3

Ta có: σmax= [ ]

nh

F

F

F

N tht σγ ≤+= ..2

max

Rút F ra ta có:

[ ] 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 môi trường nhiệt gia

tăng 200C ta chọn mặt cắt F có kích thước lơn hơn so với tính, chọn

mặt cắt là hình chữ nhật có chiều rộng là 45 cm và tầm dày là 5 cm,

như vậy:

F=45 x 5 =225 cm2

Tính chuyển vị:

Ta có : ∆l = ==225.10.200.2

200.215042

..2

.4FE

hFt 0,04778 cm =0,4778 mm

Tính ñến chuyển vị do gia tăng nhiệt lên 200C ta có:

∆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 ñồ tính bền dầm chịu uốn

2.4. GIỚI THI ỆU HỆ THỐNG VAN MÀNG

2.4.1. Một số van màng

- Van màng hai ngã: là loại van có một ngã vào và một ngã ra.

- Van màng ba ngã: là loại van có 2 ngã vào và một ngã ra.

- Van màng chỉnh áp: là loại van ñiều chỉnh ñược áp lực ngã ra.

2.4.2. Quy trình hoạt ñộng của hệ thống van màng khi lưu hóa

CHƯƠNG 3 THI ẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHI ỂN CHO MÁY Chương này giới thiệu về PLC SIEMENS họ S7-300 và lập trình

ñiều khiển PLC trên CPU314 FM, giới thiệu phần mềm WinCC

Flexible, xây dựng dự án (Scada) ñiều khiển máy.

3.1. GIỚI THI ỆU VỀ PLC SIEMENS HỌ S7-300

3.1.1. Giới thi ệu chung về PLC S7_300

3.1.1.1. Cấu trúc chung của một PLC

Khối ñiều 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. Ngôn ngữ lập trình

Có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản sau: Ngôn ngữ “li ệt kê lệnh”, ký

hiệu là STL, ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD, Ngôn ngữ

“hình khối”, ký hiệu là FBD.

3.1.2. Giới thi ệu 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 KHI ỂN PLC

3.2.1. Yêu cầu công nghệ

Cài ñặt các thông số theo yêu cầu, cấp bán thành phẩm (BTP)

vào máy, sau ñó ấn ñịnh hình và ấn nút ñóng máy tự ñộng máy sẽ

ñóng máy tự ñộng và ñạt áp lực dầu theo thông số cài ñặt, quá trình

lưu hóa ñầu thực hiện theo chế ñộ thời gian cài ñặt trong chương

trình như: hơi vào bao hơi, hơi vào màng, nước quá nhiệt vào màng,

nước lạnh vào màng làm mát, hút chân không, sau khi hết chế ñộ

thời gian lưu hóa cài ñặt, máy sẽ tự ñộng mở máy, mở ñến công tắc

hành trình mở máy, kẹp màng sẽ nâng lốp lên, lấy lốp ñã lưu hóa ra

và thực hiện chu trình tiếp theo.

3.2.2. Các cụm ñiều khiển của máy

Các cụm ñiều khiển của máy lưu hóa lốp Ô tô bằng thủy lực,

ñược xây dựng như sơ ñồ, như hình 3.2.

21

Hình 3.2: Các cụm ñiều khiển của máy

3.2.3. Các biến ñịa chỉ ngõ vào ra

3.2.4. Các bước lập trình trên S7-300

3.3. GIỚI THI ỆU PHẦN MỀM WINCC FLEXIBLE

WinCC Flexible viết tắt của Windows Control Center, là phần

mền của hãng Siemens dùng ñể quan sát, ñiều 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 ñiều khiển.

- Chức năng trao ñổi 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 KHI ỂN MÁY

3.4.1. Khởi ñộng WinCC Flexible

22

3.4.2. Tạo một Project

3.4.3. Trình tự thiết kế giao diện, thiết lập ñiều 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 ñiều khiển

Giao diện ñiều khiển chính (hình 3.3): thực hiện thao tác cho

máy và hiện thị trạng thái của các ñầu vào ra.

Hình 3.3: Giao diện khởi ñộng

Giao diện hệ thống van màng (hình 3.4)

Hình 3.4: Giao diện hệ thống van màng

lưu hóa cấp nhiệt vào màng

Ở giao diện này ta có thể ñiều khiển ñược các thao tác của máy trực tiếp trên máy tính gòm các công tắc chế ñộ tay tự ñộng, ñóng mở máy, ñịnh hình, kẹp màng lên xuống và thể hiện các trạng thái làm việc của máy.

Ở giao diện này khi máy ñang ở chế ñộ lưu hóa (hấp lốp) nó sẽ biểu hiện trạng thái ON (có 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 nó còn thể hiện thời gian làm việc.

23

CHƯƠNG 4 THI ẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TH ỰC NGHIỆM

4.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH

4.1.1. Giới thi ệu về mô hình

Ở mô hình ñể tiện cho việc chế tạo tôi sử dụng ñóng mở bằng

khí nén, ở mô hình này chủ yếu thể hiện phần ñiều khiển máy trên

WinCC Flexible.

4.1.2. Nguyên lý hoạt ñộng của mô hình

Hình 4.1: Sơ ñồ kết cấu mô hình thực nghiệm 1: PLC S7_300 CPU314 5.Lốp 2: Pittông khí nén ñóng mở máy 6. Pittông khí nén nâng hạ kẹp màng 3: Sensor 7: Sơ ñồ van màng 4. Bao hơi 8: Máy tính

24

Nguyên lý làm việc của mô hình thực nghiệm, như hình 4.1,

ban ñầu ta nhập các thời gian lưu hóa cho quy cách lốp Ô tô tương

ứng từ máy tính (8), các thông số ñược nhập vào chương trình PLC

thông qua cổng kết nối MPI, ñầu tiên ñưa bán thành phẩm vào

khuôn, sau ñó ấn nút ñóng máy ở chế ñộ tự ñộng từ máy tính, tức là

Xilanh Pittông khí nén (2) ñóng mở máy sẽ ñi xuống ñến tác ñộng

vào sensor ñóng máy và kết hợp ñủ áp lực ép khuôn theo tính toán,

quá trình lưu hóa lốp bắt ñầu thực hiện, hệ thống van màng sẽ mở ñể

cấp nhiệt, theo thời gian ta tính toán nhập vào, quá trình này ñược thể

hiện trên sơ ñồ hệ thống van màng (7) và trạng thái các van màng

ñược thể hiện bằng các ñèn Điốt gắn lên nó, khi ñèn Điốt ñỏ nghĩa là

van màng này ñang ñược cấp nén ñể thực hiện quá trình mở hơi

nóng, nước quá nhiệt vào màng, ñể làm chín lốp. Sau khi hoàn thành

thời gian lưu hóa máy sẽ tự mở ñến giới hạn sensor (3) mở máy thì

máy sẽ dừng và lúc này pittông nâng hạ kẹp màng (6) sẽ nâng lốp

lên, lấy lốp ra, chu kỳ lưu hóa kết thúc và tiếp tục lưu hóa xuất tiếp

theo.

4.2. THIẾT KẾ ĐIỀU KHI ỂN CHO MÔ HÌNH

4.2.1. Các cụm ñiều khiển của mô hình

Trong mô hình thực nghiệm ñóng mở máy sử dụng bằng khí nén,

ñã giới thiệu ở mục 4.1.2, các cụm ñiều khiển của mô hình ñược xây

dựng như sơ ñồ như hình 4.2, Nguyên lí làm việc của các cụm ñiều

khiển, ñầu tiên nhập các thông số từ bàn phím máy tính, dữ liệu này

ñược tải vào PLC thông qua cáp MPI, các công tắc thao tác ñiều

khiển ñược xây dựng trên phần mền WinCC Flexible như ở mục

3.4.3 và PLC có nhiệm vụ xuất ra các ñầu ra ñể ñiều 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 ñã ñược lập trên PLC.

25

Hình 4.2: Sơ ñồ cụm ñiều khiển mô hình máy lưu hóa lốp Ô tô

4.2.2. Lập trình PLC và xây dựng hệ thống SCADA giám sát và

ñiều khiển hệ thống

Chương trình PLC ñược xây dựng ở chương 3 mục 3.2, phần

giám sát ñiều khiển thiết bị ñược xây dựng trên phần mềm WinCC

Flexible ñược trình bày cụ thể ở chương 3.

4.3. CHẾ TẠO MÔ HÌNH TH ỰC NGHIỆM

Mô hình ñược chế tạo và làm việc tốt theo ñúng nguyên lý hoạt

ñộng của máy ñã trình bày ở mục 4.1.2, như hình 4.3.

Hình 4.3: Ảnh tổng quát của mô hình thực nghiệm

26

KẾT LUẬN 1. KẾT QỦA ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI:

- Nghiên cứu thiết bị và công nghệ qui trình sản xuất lốp Ô tô.

- Tính toán hệ thống thủy lực, ứng dụng phần mền RDM, ñể tính

toán thiết kế máy.

- Lập trình chương trình ñiều khiển S7-300 và ứng dụng phần mềm

WinCC Flexible, xây dựng hệ thống SCADA giám sát ñiều khiển

máy thông qua mạng nội bộ, hạn chế ñược người vận hành máy tiếp

xúc trực tiếp với môi trường ñộc hại, giảm thiểu sự cố do các yếu tố

chủ quan, ñáp ứng nhu cầu cấp thiết sản xuất công nghiệp.

- Trên cơ sở tính toán thiết kế và chế tạo thành công máy lưu hóa

lốp Ô tô ñóng mở bằng thủy lực ñáp ứng ñược các thông số kỹ thuật

thiết kế ñặt và ñã ñưa vào sử dụng tại Công ty cổ phần cao su Đà

Nẵng.

- Chế tạo mô hình, mô phỏng ñược toàn bộ quá trình hoạt ñộng của

máy lưu hóa lốp Ô tô trên máy tính, mô hình hoạt ñộng ổn ñịnh theo

các yêu cầu kỹ thuật ñặt ra, có thể áp dụng trong giảng dạy.

2. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI:

- Đề tài ñược ứng dụng vào sản xuất thực tế, thiết bị này hoạt ñộng

theo các yêu cầu về thiết kế ñặt ra, ổn ñịnh, ñảm bảo các yêu cầu về

công nghệ, năng suất và chất lượng sản phẩm.

- Làm tài liệu phục vụ cho nghiên cứu và giảng dạy.

3. HƯỚNG PHÁT TRI ỂN CỦA ĐỀ TÀI:

- Nghiên cứu ứng dụng ñiều khiển tự ñộng và giám sát ñiều khiển

bằng phần mền WinCC Flexible không chỉ với máy lưu hóa Ô tô mà

còn phát triển với nhiều thiết bị khác.

- Sử dụng phần mềm WINCC Flexible ñể ñiều khiển toàn bộ hệ

thống các máy lưu hóa.

- Thông qua mạng Internet ñể kiểm tra và giám sát hệ thống thiết

bị, báo lỗi qua tin nhắn ñiện thoại khi hệ thống bị sự cố.