MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Chương NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÁY CUỐN ỐNG GEN XOẮN PHỤC VỤ THI CÔNG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC 11 1.1 Tổng quan công nghệ bê tông dự ứng lực 11 1.1.1 Khái niệm bê tông dự ứng lực 11 1.1.2 Các kết cấu bê tông dự ứng lực điển hình 15 1.1.3 So sánh bê tông dự ứng lực với bê tông cốt thép 16 1.2 Các hệ thống dự ứng lực 19 1.2.1 Cốt dự ứng lực 19 1.2.2 Ống gen 20 1.2.3 Neo 21 1.3 Giới thiệu chung máy ống gen xoắn 23 1.4 Tổng quan tình hình khai thác máy ống gen Việt Nam 25 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH UỐN TẤM 27 2.1 Đặc điểm trình uốn kim loại 27 2.2 Uốn liên tục 29 2.2.1 Nguyên lý uốn liên tục 29 2.2.2 Áp lực uốn 37 2.2.3 Xác định chiều dài miền biến dạng 38 2.2.4 Điều kiện ăn phôi vào trục uốn 38 Chương TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH ỐNG GEN 41 3.1 Chi tiết ống ghen xoắn 41 3.2 Xác định chiều rộng dải phôi ban đầu 43 3.3 Xác định góc đàn hồi uốn 44 3.4 Bán kính uốn tối thiểu uốn 44 3.5 Thiết kế biên dạng phôi uốn 45 3.5.1 Nguyên tắc xác định biên dạng phôi uốn 45 3.5.2 Lựa chọn chế độ uốn 46 3.6 Lực uốn biên dạng sóng 52 3.7 Mô men uốn xoắn, lực uốn gấp mép, lăn nhám mép gấp 54 3.7.1 Mô men uốn xoắn 54 3.7.2 Xác định lực uốn trục cán gấp mép 56 Chương NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY CUỐN ỐNG GEN XOẮN 58 4.1 Lựa chọn cấu truyền động cho máy 58 4.2 Lựa chọn thông số kỹ thuật cho việc thiết kế máy 59 4.3 Tính chọn công suất động 64 4.3.1 Xác định công suất trục cán biên dạng 64 4.3.2 Tính công suất cho trục cán gấp mép, trục cán mối nối, trục cán băm gờ mép ống 66 4.3.3 Tính công suất cần thiết cho hệ thống dẫn hướng phôi 68 4.3.4 Tính toán công suất hệ thống cấp phôi: 69 4.3.5 Tính toán công suất hệ thống rửa phôi 70 4.3.6 Chọn động cho máy 73 4.4 Tính toán hệ thống cán biên dạng sóng ống gen xoắn 74 4.4.1 Kích thước lô cán biên dạng 75 4.4.2 Tính toán trục bánh cho hệ thống cán biên dạng 76 4.4.3 Thiết kế, kiểm nghiệm trục lắp lô cán 80 4.5 Tính toán thiết kế hệ thống gấp mép tạo ống 83 4.5.1 Kích thước lô cán gấp mép tạo ống 84 4.5.2 Tính toán thiết kế truyền bánh cho tay cán băm gờ 86 4.5.3 Tính trục cho tay cán mối nối 88 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết số liệu thuyết minh luận văn thân thực hướng dẫn PGS TS Phạm Văn Nghệ, Viện Cơ Khí, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả Nguyễn Văn Hưởng LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành với giúp đỡ PGS TS Phạm Văn Nghệ, toàn thể thầy cô môn Gia công áp lực, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ trình hoàn thành luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai sót, mong nhận đóng góp thầy cô giáo, nhà khoa học, bạn bè để đề tài hoàn thiện Tác giả Nguyễn Văn Hưởng DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 4.1: Đặc điểm truyền động khí 58 Bảng 4.2: Đặc điểm truyền động thủy lực 59 Bảng 4.3: Các thông số kỹ thuật để thiết kế máy 64 Bảng 4.4 - Hệ số ma sát ổ đỡ trục cán f' 65 Bảng 4.5 Các thông số hình học truyền 79 Bảng 4.6: Các thông số hình học truyền 87 Bảng 4.7 Các kết tính toán trục tay cán mối nối 88 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Quan hệ ứng suất biến dạng cấu kiện bê tông không cốt thép, bê tông cốt thép, bê tông dự ứng lực chịu kéo tâm 13 Hình 1.2: Dự ứng lực kéo sau 14 Hình 1.3: Bê tông dự ứng lực kéo căng trước 14 Hình 1.4 Các tỷ số nhịp/chiều cao điển hình chiều dự ứng lực không dự ứng lực 15 Hình 1.5: Dầm I – kết cấu bê tông dự ứng lực đúc sẵn 16 Hình 1.6:Cầu Vĩnh Tuy với kết cấu dầm hộp bê tông dự ứng 16 Hình 1.7:Cầu Bãi Cháy – cầu dây văng có dầm bê tông dự ứng lực 16 Hình 1.8: Các dạng cáp dự ứng lực điển hình 20 Hình 1.9: Ống gen 21 Hình 1.10: Cấu tạo neo điển hình VSL 21 Hình 1.11: Các bước thực dự ứng lực kéo căng sau 22 Hình 1.12: Dùng ống gen xoắn thi công dầm bê tông 23 Hình 1.13: Máy ống xoắn LMS 24 Hình 1.14: Máy ống gen xoắn DFG 300 24 Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý máy ống gen 25 Hình 2.1: Một số dạng uốn 27 Hình 2.2: Sơ đồ uốn khuôn dập 27 Hình 2.3: Sự biến dạng đàn hồi uốn 29 Hình 2.4: Công nghệ uốn liên tục biên dạng sản phẩm 30 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý uốn liên tục 30 Hình 2.6: Hệ trục tọa độ không gian orzθ phôi trình uốn 31 Hình 2.7: Tiết diện ngang phân tố trước sau biến dạng 32 Hình 2.8: Sơ đồ trạng thái ứng suất biến dạng uốn phôi với chiều rộng b chiều dày s khác 32 Hình 2.9: Sơ đồ trạng thái ứng suất phôi uốn miền biến dạng vùng tiếp xúc 32 Hình 2.10: Miền biến dạng máy biến hình liên tục 37 Hình 2.11: Sơ đồ tác dụng lực phôi ăn vào trục uốn 39 Hình 3.1: Bản vẽ ống ghen xoắn 41 Hình 3.2: Kích thước biên dạng phôi 43 Hình 3.3: Sơ đồ uốn biên dạng sóng 44 Hình 3.4: Phôi chuẩn bị gấp mép 46 Hình 3.5: Biên dạng phôi trước vào gấp mép 47 Hình 3.6: Biên dạng phôi sau cán qua cặp lăn thứ 47 Hình 3.7: Biên dạng phôi sau qua giá thứ 49 Hình 3.8: Biên dạng phôi sau qua giá cán thứ 49 Hình 3.9: Sơ đồ phận cán dẫn hướng 49 Hình 3.10: Chuẩn bị gấp mép phôi 49 Hình 3.11: Mặt cắt thành ống sau gấp mép(mặt cắt A –A) 50 Hình 3.12: Mặt cắt thành ống sau cán mối nối (mặt cắt B-B) 50 Hình 3.13: Mặt cắt thành ống sau cán mối nối (mặt cắt C-C) 50 Hình 3.14: Sơ đồ gấp mép tạo ống gen 50 Hình 3.15: Sơ đồ uốn biên dạng sóng ống gen 51 Hình 3.16: Sơ đồ công nghệ tạo hình ống gen xoắn 52 Hình 3.17: Sơ đồ tính lực uốn 52 Hình 3.18: Xác định chiều dài đường uốn L 53 Hình 3.19: Biên dạng phôi qua giá cán 53 Hình 3.20: Biên dạng phôi qua cặp lô cán số 54 Hình 3.21: Sơ đồ nguyên lý uốn xoắn ống 54 Hình 3.22: Sơ đồ phân chia mặt cắt xác định mô men quán tính 55 Hình 3.23: Biên dạng phôi vào hệ thống gấp mép 56 Hình 3.24: Quá trình cán mối nối 57 Hình 4.1: Sơ đồ truyền động khí cho máy ống gen 58 Hình 4.2 Sơ đồ truyền động nhờ hệ thống thủy lực 59 Hình 4.3: Máy ống BKTF -1400A 60 Hình 4.4: Máy ống gen ATM – ZH150 61 Hình 4.5: Máy ống gen VSL 62 Hình 4.6: Máy ống gen BPT-300/500: 63 Hình 4.7: Sơ đồ lực tác dụng trình bôi trơn phẳng 68 Hình 4.8: Hệ thống cấp phôi 69 Hình 4.9: Sơ đồ lực cuộn phôi tác dụng lên trục đỡ hệ thống cấp phôi 69 Hình 4.10: Hệ thống rửa phôi máy ống gen 70 Hình 4.11: Sơ đồ lực tác dụng lên lăn 71 Hình 4.12: Sơ đồ lực tác dụng lên trục lăn 71 Hình 4.13: Kết cấu phận cán biên dạng 74 Hình 4.14: Biên dạng lô cán 75 Hình 4.15:Phân bố ứng suất biến dạng cặp lô cán giá cán 75 Hình 4.16: Các kích thước cặp lô cán 76 Hình 4.17: Sơ đồ tính với giá cán số 77 Hình 4.18: Chọn vật liệu chế tạo bánh 77 Hình 4.19: Nhập thông số truyền 78 Hình 4.20: Các thông số hình học truyền 79 Hình 4.21: Các thông số động học truyền bánh sau tính toán 79 Hình 4.22: Nhập thông số cho đoạn trục 80 Hình 4.23: Sơ đồ tính trục 80 Hình 4.25: Ứng suất uốn hai mặt phẳng yz xz 82 Hình 4.26: Ứng suất xoắn 82 Hình 4.27: Kết tính toán trục lắp lô cán 82 Hình 4.28: Bộ phận cuốn, gấp mép tạo ống 83 Hình 4.29: Chi tiết số hình 4.19 (định vi phôi) 84 Hình 4.30: Sơ đồ tính toán kích thước cán 85 Hình 4.31: Biên dạng lô hệ thống cán gấp mép tạo ống mặt cắt biên dạng theo hình 4.20 85 Hình 4.32: Đặc điểm vật liệu chế tạo bánh 86 Hình 4.33: Các thông số hình học truyền 86 Hình 4.34: Các thông số động học truyền bánh sau tính toán 87 Hình 4.35: Các kết tính toán trục cho tay cán mối nối 90 Hình 4.36: Tổng thể máy ống gen xoắn 91 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ống gen xoắn chi tiết quan trọng sử dụng công nghệ bê tông dự ứng lực nói chung xây dựng cầu nói riêng Hiện nay, nước, số đơn vị bước đầu thiết kế chế tạo máy ống gen phục vụ cho công nghệ bê tông cốt thép dự ứng lực Tuy nhiên, chất lượng thiết bị chưa tốt, sản phẩm ống gen chưa đạt yêu cầu Trong thiết bị sử dụng đơn vị thi công chủ yếu nhập ngoại Trung Quốc, Thụy Sỹ, thiết bị có hạn chế nặng, khó di chuyển, việc nhập thiết bị máy móc kèm theo mua công nghệ nên giá thành cao Do việc nghiên cứu công nghệ thiết kế máy cần thiết Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu:Tìm hiểu ống gen xoắn máy ống gen Thiết kế sơ đồ công nghệ máy từ làm sở để chế tạo nhằm thay máy ngoại nhập với giá thành cao Đối tượng nghiên cứu: - Ống gen xoắn dùng thi công dầm cầu bê tông dự ứng lực - Một số máy mẫu đơn vị thi công sửa chữa Phạm vi nghiên cứu: - Thiết kế tính toán sơ đồ công nghệ tạo hình ống gen xoắn - Tính toán thiết kế số phận máy ống gen Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan ống gen máy ống gen phục vụ công tác thi công dầm cầu bê tông dự ứng lực để so sánh đưa thông số cần thiết cho việc thiết kế máy - Nghiên cứu sở lý thuyết trình uốn để tính toán thiết kế công nghệ tạo hình ống gen xoắn - Từ sơ đồ công nghệ tính toán thiết kế máy ống gen xoắn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu tính toán thiết kế công nghệ máy ống gen xoắn từ đưa sơ đồ thiết kế sở cho việc chế tạo máy Ý nghĩa thực tiễn: Nước ta giai đoạn công nghiệp hóa nên việc xây dựng công trình giao thông cầu đường, nhà cao tầng chiểm tỷ trọng lớn.Việc nghiên cứu làm chủ công nghệ, máy móc có ý nghĩa thực tiễn kinh tế lớn cho phép giảm chi phí thời gian thi công 10 Hình 4.20: Các thông số hình học truyền Hình 4.21: Các thông số động học truyền bánh sau tính toán Như ta cócác thông số hình học chủ yếu truyền: Bảng 4.5 Các thông số hình học truyền Modun m = 1,5 (mm) Số Z1 = Z2 = 53 (răng) Góc ăn khớp αn = 20o Góc nghiêng β = 0o 79 Đường kính vòng chia dw1 = dw2= 80(mm) Khoảng cách trục aw = 80 (mm) Chiều rộng vành bw = 24 (mm) 4.4.3 Thiết kế, kiểm nghiệm trục lắp lô cán Định kết cấu đoạn trục Hình 4.22: Nhập thông số cho đoạn trục Đặt gối đỡ lực tác dụng lên trục: Hình 4.23: Sơ đồ tính trục 80 Mặt phẳng yz Mặt phẳng xz Hình 4.24 :Biểu đồ mô men uốn mặt phẳng yz xz Mặt phẳng yz 81 Mặt phẳng xz Hình 4.25: Ứng suất uốn hai mặt phẳng yz xz Hình 4.26: Ứng suất xoắn Hình 4.27: Kết tính toán trục lắp lô cán 82 4.5 Tính toán thiết kế hệ thống gấp mép tạo ống D-D ( : ) Ø8 Ø4 D B B-B ( : ) B D C-C ( : ) C C Hình 4.28: Bộ phận cuốn, gấp mép tạo ống Trục Tay cán băm gờ Tay cán gấp mép Tay cán mối nối Bộ phận định vị phôi Nguyên lý làm việc: Phôi sau cán qua phận cán biên dạng tiếp xúc với phận định vị phôi Góc vát phận phụ thuộc vào góc nghiêng α Với ống gen có đường kính 100 mm α = 85,430 ( tính mục 3.7.1).Sau phôi cuộn vòng để mép biên bên phải gặp mép biên bên trái Tay cán làm nhiệm vụ gấp mép sau mép biên phôi vào vị trí mô tả chương Tay cán có bề mặt xẻ rãnh làm nhiệm vụ ép mép biên phôi dính 83 chặt với Tay cán ép thêm lần để tạo kín khít cho mép gấp Trục tay cán 2,3,4 phải đặt nghiêng phụ thuộc vào góc α Hình 4.29: Chi tiết số hình 4.19 (định vi phôi) Chi tiết định vị phôi dùng để đảm bảo cho phôi hướng Góc xoắn chi tiết phụ thuộc vào α Với đường kính ống gen khác có chi tiết khác góc xoắn khác 4.5.1 Kích thước lô cán gấp mép tạo ống Tại điểm tiếp xúc trục cán trung tâm lô cán vận tốc dài phôi Bỏ qua trượt ta có: =  = (m/s) D1n1 = D2.n2 Trong đó: n1 n2 số vòng quay phút trục trung tâm tạo ống trục lô cán D1 – đường kính trục cuốn, D1 = 110 (mm) D2 – đường kính cán 84 n2 A D1 A D2 B n2 n1 B n2 C C Hình 4.30: Sơ đồ tính toán kích thước cán Tốc độ góc trục = đ = ô , , = 5,71 ( rad/s) Tốc độ quay trục n1 = = , , = 54,55 ( vòng/phút) Chọn đường kính cán D2 = 80 (mm) ta n2 = 74,96 ( vòng/ phút) Theo công thức 2.6 tài liệu [5] ta có mối liên hệ kích thước theo tỷ số: = (1,6 ÷ 4) Từ ta có = = = 20 (mm) Đường kính đường kính trung bình để tính toán Kích thước biên dạng lô cán gấp mép tạo ống sau: 20 Mặt cắt A-A Mặt cắt B-B Mặt cắt C- C Hình 4.31: Biên dạng lô hệ thống cán gấp mép tạo ống mặt cắt biên dạng theo hình 4.20 85 4.5.2 Tính toán thiết kế truyền bánh cho tay cán băm gờ Các thông số đầu vào: Công suất 0,022 kW; tỷ số truyền u = 1,375; số vòng quay n = 74,96 vòng/phút Đường kính lớn ống gen D = 110 (mm) Ta có tỷ số truyền = 110 80 = 1,375 Chọn vật liệu hai bánh EN C45 Dựa vào phần mềm Inventor ta tính chọn bánh có thông số hình vẽ: Hình 4.32: Đặc điểm vật liệu chế tạo bánh Hình 4.33: Các thông số hình học truyền 86 Hình 4.34: Các thông số động học truyền bánh sau tính toán Như ta có thông số hình học chủ yếu truyền: Bảng 4.6: Các thông số hình học truyền Modun m = 1,5 (mm) Số Z1 = 73; Z2 = 53 (răng) Góc ăn khớp αn = 20o Góc nghiêng β = 11,4o Đường kính vòng chia dw1 =111,7; dw2 = 81,1(mm) Khoảng cách trục aw = 96,4 (mm) Chiều rộng vành bw = 30 (mm) 87 4.5.3 Tính trục cho tay cán mối nối Bảng 4.7Các kết tính toán trục tay cán mối nối Chiều dài trục 228 Đơn vị Khối lượng 0,416 mm Ứng suất uốn lớn 52,667 Kg Ứng suất cắt lớn 9,517 Mpa Ứng suất xoắn lớn 3,482 Mpa Độ võng lớn 55,879 Góc xoay lớn 0,05 88 Độ Mô men uốn mặt phẳng yz Mô men uốn mặt phẳng xz Độ võng mặt phẳng yz 89 Ứng suất uốn mặt phẳng yz Hình 4.35: Các kết tính toán trục cho tay cán mối nối 90 1756 1475 6000 Hình 4.36: Tổng thể máy ống gen xoắn Cuộn phôi Bộ phận cán biên dạng Bộ phận rửa, phẳng phôi Bộ phận gấp mép Kết luận chương 4: Qua chương 4,tác giả tính chọn công suất động cho máy, tính toán thiết kế số phận máy ống gen phận cán biên dạng, phận gấp mép tạo ống, phận cấp phôi, phận rửa phôi Các tính toán hoàn toàn sử dụng kiến thức chi tiết máy 91 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ Kết luận - Luận văn tình bày nghiên cứu tổng quan máy ống gen xoắn phục vụ thi công dầm cầu bê tông dự ứng lực Qua cho thấy nhu cầu ông gen rât lớn nên cần thiết phải nghiên cứu công nghệ thiết kế máy để phù hợp với điều kiện nước thay máy nhập ngoại giá thành cao - Thông qua nghiên cứu vẽ chi tiết ống gen luận văn xây dựng sơ đồ công nghệ tạo hình ống gen tính toán yếu tố công nghệ tạo hình ống gen - Từ sơ đồ công nghệ luận văn tiến hành tính toán thiết kế máy Mức độ phức tạp máy phụ thuộc vào mức độ phức tạp việc thiết kế sơ đồ công nghệ Kiến nghị Các tính toán hoàn toàn sử dụng kiến thức tài liệu kỹ thuật.Nếu có điều kiện đưa kết tính toán kiểm nghiệm thực tế luận văn hoàn thiện 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Chất, Lê văn Uyển(2006), Hướng dẫn tính toán thiết kế hệ dẫn động khí tập 1,2, NXB Giáo dục Việt Nam, Hà Nội Trần Văn Dũng, Lê Thái Hùng (2015), Công nghệ thiết bị uốn thép hình ống, Nhà xuất Bách Khoa, Hà Nội Nguyễn Mậu Đằng (2004), Công nghệ tạo hình kim loại tấm, NXB Khoa học kỹ thuật,Hà Nội Trương Tất Đích (2001), Chi tiết máy tập 1, 2, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội Phan Văn Hạ (2005), Công nghệ cán kim loại hợp kim thông dụng, NXB Khoa học kỹ thuật,Hà Nội Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm(2008), Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất Giáo dục,Hà Nội M Lindgren (2007),“Cold roll forming of a U-channel made of high strength steel”,Journal of Materials Processing Technology 186, pp, 77–81 Phạm Văn Nghệ, Đỗ Văn Phúc (2004), Thiết bị dập tạo hình máy ép khí, NXB Khoa học kỹ thuật,Hà Nội Đỗ Hữu Nhơn (2006), Thiết kế chế tạo máy cán thép thiết bị nhà máy cán thép, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật,Hà Nội 10 Vũ Ngọc Pi (2010), Cơ sở thiết kế máy, NXB Khoa học kỹ thuật 11 Ngô Đăng Quang (2012), giảng Kết cấu bê tông dự ứng lực, Trường đại học Giao thông vận tải, Hà Nội 12 Schuler Springer (1998), Metal Forming Handbook, Verlag Berlin Heidelberg 13 V.L Martrenco,Võ Trần Khúc Nhã biên dịch (2005),Sổ tay thiết kế khuôn dập tấm, NXB Hải Phòng 93 ... gen máy ống gen phục vụ công tác thi công dầm cầu bê tông dự ứng lực để so sánh đưa thông số cần thi t cho việc thi t kế máy - Nghiên cứu sở lý thuyết trình uốn để tính toán thi t kế công nghệ. .. tạo hình ống gen xoắn - Từ sơ đồ công nghệ tính toán thi t kế máy ống gen xoắn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu tính toán thi t kế công nghệ máy ống gen xoắn từ đưa... vị thi công sửa chữa Phạm vi nghiên cứu: - Thi t kế tính toán sơ đồ công nghệ tạo hình ống gen xoắn - Tính toán thi t kế số phận máy ống gen Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan ống gen