ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY LỐC ỐNG 4 TRỤC

Người hướng dẫn: ThS. NGUYỄN THANH VIỆT
Sinh viên thực hiện: CAO HỮU THỊNH

Đà Nẵng, 2018


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU............................................................................................................. 3
CHƯƠNG I ................................................................................................................. 4
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÉP TRONG XÂY DỰNG ................. 4
1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: ....................................................................................... 4
1.2. TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐAI THÉP: .............................. 7
1.2.1 Lịch sử ngành sản xuất tự động ........................................................................... 7
1.1.1. Dây chuyền sản xuất đai thép ............................................................................. 9
1.2 XU THẾ PHÁT TRIỂN: ....................................................................................... 9
1.4. GIỚI THIỆU VỀ THÉP CUỘN: ......................................................................... 10
1.4.1. Thành phần thép kết cấu:................................................................................. 10
1.4.2. Sản phẩm thép cuộn: ....................................................................................... 11

C
C

1.4.3 Cơ sở lý thuyết uốn: .......................................................................................... 12

R
L
T.

1.4.3.1 Quá trình uốn: ............................................................................................... 12
1.4.3.2 Lớp trung hịa:................................................................................................ 12

DU

1.5 TIÊU CHUẨN VỀ ĐAI THÉP TRONG XÂY DỰNG: ....................................... 13
1.6 TỔNG QUAN VỀ MÁY UỐN ĐAI THÉP XÂY DỰNG: .................................. 13
CHƯƠNG II .............................................................................................................. 18
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ............................................... 18
2.1. PHÂN TÍCH CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG: ....................................... 18
2.1.1. Hoạt động duỗi thẳng thép : ............................................................................ 18
2.1.2. Hoạt động uốn đai ............................................................................................ 20
2.1.3. Hoạt động cắt thép và lấy sản phẩm ra: ............................................................ 21
2.2. CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG ................................................... 21
2.2.1. Các chuyển động chính: ................................................................................... 21
2.2.2. Các yêu cầu khi thiết kế: .................................................................................. 21
2.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ............................................................. 22
2.3.1. Cụm duỗi thẳng:............................................................................................... 22
2.3.2. Cụm quay đầu uốn: .......................................................................................... 23
2.3.3. Cụm đầu uốn:................................................................................................... 24
2.3.4. Cụm đầu cắt: .................................................................................................... 25

CHƯƠNG III ............................................................................................................. 26
TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ...................................................................... 26
SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

1


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC CƠ CẤU .......................................................... 26
3.1. MÔ PHỎNG KẾT CẤU TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG: .................................. 26
3.2. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CƠ CẤU DUỖI THÉP: ............................................ 27
3.2.1. Cơ cấu nắn thẳng thép: ..................................................................................... 27
3.2.1.1. Vị trí, vai trị của cơ cấu nắn:....................................................................... 27
3.2.1.2. Phương pháp nắn: ......................................................................................... 27
3.2.1.3. Phân loại cơ cấu nắn: .................................................................................... 30
3.2.2. Tính toán thiết kế bộ phận nắn thẳng thép ....................................................... 35
3.2.2.1. Quan hệ mômen nội lực và ứng suất: ........................................................... 35
3.2.2.2. Các giả thiết: ................................................................................................ 35
3.2.2.3. Mômen nội lực: ............................................................................................ 35
3.2.2.4. Lực nắn: ....................................................................................................... 36

C
C

3.2.2.5. Công suất dẫn động: ..................................................................................... 37
3.3. CƠ CẤU UỐN THÉP: ........................................................................................ 39


R
L
T.

3.3.1. Giới thiệu một số loại đai: ................................................................................ 39
3.3.2. Thiết kế cơ cấu:................................................................................................ 39

DU

3.3.3. Q trình uốn đai: ............................................................................................ 40
3.3.4. Tính tốn lực uốn đai: ...................................................................................... 40
3.4. THIẾT KẾ CƠ CẤU CẮT: ................................................................................. 41
3.5. CÁC THIẾT BỊ KHÁC DÙNG TRONG HỆ THỐNG:....................................... 42
3.5.1. Động cơ điện:................................................................................................... 42
3.5.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: .................................................................. 42
3.5.1.2. Phân loại: ..................................................................................................... 42
3.5.1.3. Động cơ điện xoay chiều 3 pha: ................................................................... 42
3.5.1.4. Động cơ điện xoay chiều 1 pha: ................................................................... 42
3.5.1.5. Phân tích lựa chọn động cơ: ......................................................................... 43
3.5.1.6. Tốc độ trục công tác: ..................................................................................... 43
3.5.2. Bộ truyền xích:................................................................................................. 43
3.6. Tính toán thiết kế cơ cấu cấp dây đai: ................................................................. 56

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

2



Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngày
càng địi hỏi trình độ tự động hố phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầu của
mình. Bởi vậy ngành tự động hoá đã được đào tạo kỹ lưỡng ở các trường Đại học, Cao
đẳng trên cả nước, và Đại Học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng cũng không ngoại lệ.
Sinh viên được đào tạo về các dây chuyền sản xuất tự động các cơ cấu chấp hành cũng
như các thiết bị điều khiển. Ngành Cơ khí là một trong những ngành như thế. Việc tạo
ra các sản phẩm tự động hố khơng những trong cơng nghiệp mà ngay cả trong đời
sống con người ngày càng được phổ biến.
Từ những thực tế trên là sinh viên của ngành Cơ khí máy sau 5 năm học, chúng
em đã tích lũy được một số kiến thức về tự động hoá. Để củng cố và bổ sung thêm

C
C

những kiến thức đã học và để áp dụng những kiến thức đó vào thực tế chúng em đã

R
L
T.

được nhận và thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế máy uốn đai thép xây
dựng và chế tạo mơ hình”.

DU

Trong thời gian thực hiện đề tài chúng đã gặp không ít những khó khăn, bằng
khả năng của mình, sự chỉ dẫn tận tình của các thầy cơ giáo cũng như hỗ trợ và giúp

đỡ từ phía nhà trường em đã nỗ lực hết sức để hồn thiện sản phẩm của mình một cách
tốt nhất.Tuy nhiên trong quá trình thiết kế và chế tạo mơ hình khơng thể tránh được
nhiều mặt thiếu sót và hạn chế. Kính mong nhận được sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến
từ quý thầy để chúng em có thể thực hiện tốt hơn ý tưởng của mình. Chúng em xin
chân thành cảm ơn !
Đà Nẵng, Ngày 15 tháng 5 năm 2018
Sinh viên thực hiện

PHẠM VĂN DŨNG

NGUYỄN THÀNH ĐẠT

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

3


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÉP
TRONG XÂY DỰNG
1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Trong bối cảnh hiến nay, thị trường bất động sản, đặc biệt là các cơng trình xây
dựng đang phát triển rất mạnh mẽ. Những tịa nhà cao chọc trời, những cơng trình
phúc lợi hay những dự án lớn của quôc gia đang được triển khai thi công từng ngày
trên khắp đất nước. Những cơng trình xây dựng thể hiện sự giàu mạnh của đất nước,
sự khang trang của mỗi thành phố…Tuy nhiên, khí hậu ngày càng biến đổi khác nhiệt,

các thiên tai như bão lũ, động đất, sóng thần, lốc xốy thường xun xả ra và ảnh

C
C

hưởng đến các cơng trình xây dựng. Vì vậy, để đảm bảo được nhưng cơng trình xây

R
L
T.

dựng đạt kết cấu vững chắc và trường tồn với thời gian, chống chọi với thiên nhiên thì
kết cấu thép đóng vai trị vơ cùng quan trọng. Các thép dầm , giàn, sàn liên kết với

DU

nhau tạo thành một kết cấu vững chắc trong ruột các cơng trình xây dựng

Hình 1.1. Kết cấu thép dùng trong nhà cao tầng

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

4


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

. Bởi lẽ đó, nhu cầu sử dụng thép và các sản phẩm làm ra từ thép là rất lớn. Đai

thép xây dựng cũng vậy, với một công trình xây dựng nho nhỏ cũng đã cần sử dụng
đến hàng ngàn đai thép với các kích cỡ khác nhau.
Sự cần thiết của đai thép xây dựng là không thể chối cãi. Để có được những
cơng trình xây dựng, những tòa nhà cao lớn như vậy cần sử dụng một lượng đai thép
rất lớn. Những dầm ngang, dọc hay nhưng cột đứng đều cần sử dụng đến đai thép. Để
một cơng trình xây dựng đảm bảo độ bền thì kết cấu của dầm, trụ là quan trọng nhất.
với mỗi dầm trụ đều được tính toàn số lượng đai cần dùng và kích cở đai phù hợp với
dầm đó.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.2. Các kết cấu thép dùng trong nhà cao tầng
Như chúng ta đã biết, công việc duỗi và uốn đai thép là một công việc lặp đi lặp
lại nên không thể tránh được sự nhàm chán trong cơng việc. Ngồi ra, cơng việc duỗi
và uốn đai thép theo kích thước trong các cơng trình cịn là một cơng việc mất khá
nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn. Đây là vấn đề hết sức bất cập mà lâu nay chúng
ta chưa giải quyết được. Việc áp dụng đề tài này vào sản xuất chắc chắn sẽ giúp tạo
nhiều thuận lợi cho việc sản xuất đai và thi cơng cơng trình xây dựng. Và theo xu
hướng phát triển của khoa học, để nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng
SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm


5


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

và ổn định chất lượng sản phẩm, chúng ta cần tiến tới đưa vào các thiết bị trong cơng
trình xây dựng với hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc tồn bộ q trình sản
xuất. Ngày nay việc tự động hoá phục vụ các hoạt động xây dựng và sản xuất ngày
càng được ứng dụng rộng rãi hơn.Sau đây là một số hình ảnh cho thấy ứng dụng quan
trọng của đai thép xây dựng và công việc uốn đai một cách thủ cơng:

C
C

R
L
.

Hình 1.3. Ứng dụng của đai thép

T
U

Hình 1.4. Đai thép

Có thể tính tốn đơn giản về hiệu quả mà máy mang lại được như sau :
Làm thủ công: Để Sản xuất ra đai thép cần 2 người nắn thẳng thép cuộn, 1

D


người cắt và 1 người uốn. Nếu thợ uốn làm việc tối đa thì 1ca làm việc 8h có thể uốn
được 450 đến 500 đai.

Làm bằng máy: Chỉ cần 1 người thợ đứng máy, mỗi ca làm việc 8h máy có thể
uốn được 1920 đai, tức là một phút có thể uốn được 4 đai.
Như vậy, với sự hỗ trợ của máy uốn đai, một người thợ có thể làm gấp 11 lần so
với những người thợ uốn đai thủ cơng khác.
Ta có bảng số liệu sau :
Bảng 1.1: So sánh năng suất giữa sản xuất thủ công và sản xuất tự động:
Phương thức sản xuất

Nhân công/1 ca

Sản phẩm/1h

Sản xuất thủ công

3

56

Áp dụng máy sx tự động

1

240

 Ta có thể nhận thấy rằng 1 máy uốn và bẻ đai thép có thể thay thế cho
khoảng từ 9 -12 nhân cơng.
Vì vậy việc đưa máy uốn đai thép vào áp dụng thực tế là một vấn đề hết sức cấp

thiết và mang lại nhiều ý nghĩa thực tiễn trong công việc.
SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

6


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

1.2. TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐAI THÉP:
1.2.1 Lịch sử ngành sản xuất tự động
Ngày nay, việc tự động hoá trong sản xuất là một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao
năng xuất lao động. Hệ thống sản xuất tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi
trong các phân xưởng, nhà máy. Sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn điện tử,cùng với
việc ra đời của các linh kiện điện tử, chúng đã được áp dụng trong hệ thống cơ khí và
từ đó các loại máy móc tự động ra đời.
Chiếc máy tự động đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp do một thợ cơ khí
người Nga, ông Pôdunôp chế tạo vào năm 1765. Nhờ nó mà mức nước trong nồi hơi
được giữ cố định không phụ thuộc vào lượng tiêu hao hơi nước. Để đo mức nước trong
nồi, Pôdunôp dùng một cái phao. Khi mức nước thay đổi phao sẽ tác động lên cửa van,

C
C

thực hiện điều chỉnh nước trong nồi. Nguyên tắc điều chỉnh của cơ cấu này được sử
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, nó được gọi là

R
L

T.

nguyên tắc điều chỉnh theo sai lệch hay nguyên tắc Pôdunôp - Giôn Oat. Đầu thế kỷ 19,
nhiều cơng trình có mục đích hồn thiện các cơ cấu điều chỉnh tự động của máy hơi

DU

nước đã được thực hiện. Cuối thế kỷ 19 các cơ cấu điều chỉnh cho tuabin hơi nước bắt
đầu xuất hiện. Năm 1712 ông Narrtôp, một thợ cơ khí người Nga đã chế tạo được máy
tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình. Việc chép hình theo mẫu đã được thực
hiện. Chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng - thanh răng thực hiện. Cho đến năm
1798 ông Henry Nandsley người Anh mới thay thế chuyển động này thành chuyển
động của vitme - đai ốc. Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ cấp
phơi và trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng. Năm 1880 nhiều hãng trên thế
giới như Pittler Ludnig Lowe (Đức), RSK (Anh) đã chế tạo được máy tiện rơvônve
dùng phôi thép thanh. Năm 1887 Đ.G Xtôlepôp đã chế tạo được phần tử cảm quang
đầu tiên, một trong những phần tử hiện đại quan trọng nhất của kỹ thuật tự động hoá.
Cũng trong giai đoạn này, các cơ sở của lý thuyết điều khiển và điều chỉnh hệ thống tự
động bắt đầu được nghiên cứu, phát triển. Một trong những cơng trình đầu tiên về lĩnh
vực này thuộc về nhà tốn học nổi tiếng P.M.Chebưsep. Có thể nói, ơng tổ của các
phương pháp tính toán kỹ thuật của lý thuyết điều chỉnh hệ thống tự động là I.A.
Vưsnhegratxki, giáo sư tốn học nổi tiếng của trường đại học cơng nghệ thực nghiệm
Xanh Pêtecbua. Năm 1876 và 1877 ông đã cho đăng các cơng trình “ Lý thuyết cơ sở
SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

7



Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

của các cơ cấu điều chỉnh” và “ Các cơ cấu điều chỉnh tác động trực tiếp”. Các phương
pháp đánh giá ổn định và chất lượng của các q trình q độ do ơng đề xuất vẫn dùng
cho tới tận bây giờ.
Khơng thể khơng kể tới đóng góp to lớn trong sự nghiệp phát triển lý thuyết điều
khiển hệ thống tự động của các nhà bác học A.Xtôđô người Sec, A.Gurvis người Mỹ,
A.K.Makxvell và Đ.Paux người Anh, A.M.Lapunôp người Nga và nhiều nhà bác học
khác.
Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hoá đã cho phép trong những thập
kỷ đầu của thế kỷ 20 chế tạo các loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp và các
đường dây tự động liên kết cứng và mềm dùng trong sản xuất loạt lớn và hàng khối.
Cũng trong thời gian này, sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học, một môn khoa

C
C

học về các quy luật chung của các quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống
có tổ chức đã góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hố các q

R
L
T.

trình sản xuất vào cơng nghiệp.

Trong những năm gần đây, các nước có nền cơng nghiệp phát triển tiến hành rộng rãi

DU


tự động hoá trong sản xuất loạt nhỏ. Điều này phản ánh xu thế chung của nền kinh tế
thế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ và hàng khối
thay đổi. Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các ngành khoa học
khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những năm cuối của thế kỷ 20
đã có sự thay đổi sâu sắc. Sự xuất hiện hàng loạt các công nghệ mũi nhọn như kỹ thuật
linh hoạt (Agile engineering), hệ thống điều hành sản xuất qua màn hình (Visual
Manufacturing), kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) và công nghệ Nanô đã
cho phép thực hiện tự động hố tồn phần khơng chỉ trong sản xuất hàng khối mà cả
trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc. Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết
chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện hàng loạt các
thiết bị và hệ thống tự động hố hồn tồn mới như các loại máy điều khiển số, các
trung tâm gia công,các hệ thống điều khiển bằng lôgic PLC, các hệ thống sản xuất linh
hoạt FMS…

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

8


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

1.1.1. Dây chuyền sản xuất đai thép
Dây chuyền sản xuất đai thép được thực hiện bởi ba quá trình nắn thẳng thép cuộn,
uốn đai, cắt đai và dẩy đai ra ngồi. Mỗi cơng doạn thực hiện một nhiệm vụ khác nhau
và được lắp trên khung máy tạo thành dây chuyền sản xuất đai.

Hình 1.5. Mơ tả hoạt động của dây chuyền nắn thẳng và tạo ra đai thép
1.2 XU THẾ PHÁT TRIỂN:


C
C

Tự động hố là một q trình cho phép giảm giá thành sản phẩm, giảm sức lao

R
L
T.

động của con người, nâng cao năng xuất lao động. Trong mọi thời đại, một sản phẩm
làm ra vấn đề giá thành sản phẩm là một trong những vấn đề rất được quan tâm bởi lẽ

DU

nếu cùng một loại sản phẩm của hai nhà sản xuất đưa ra nếu giá thành sản phẩm nào rẻ
hơn nhưng với chất lượng như nhau thì dĩ nhiên người ta sẽ lựa chọn sản phẩm rẻ hơn.
Chính vì lẽ đó mà con người ln tìm tòi mọi phương pháp để giảm giá thành sản
phẩm và đó là cơ sở cho ngành tự động hố ra đời. Một trong những động lực cho sự
phát triển của tự động hố đó là giảm sức lao động của con người, nâng cao chất lượng
sản phẩm và năng xuất lao động. Người ta từ lâu đã nhận ra rằng lao động của con
người khơng thể sánh bằng máy móc kể cả về năng suất và chất lượng đặc biệt là các
loại máy móc tự động.Vì vậy việc ra đời của ngành tự động hố khơng những giảm
bớt lao động của con người mà còn nâng cao được năng suất và chất lượng sản phẩm.
Q trình tự động hố đã làm cho việc quản lí trở nên rất đơn giản, bởi vì nó
khơng những thay đổi điều kiện làm việc của cơng nhân mà cịn có thể giảm số lượng
cơng nhân đến mức tối đa. Ngồi ra tự động hố cịn cải thiện được điều kiện làm việc
của cơng nhân, tránh cho công nhân những công việc nhàm chán,lặp đi lặp lại,có thể
thay cho con người lao động ở những nơi có điều kiện làm việc nguy hiểm, độc hại…
Tự động hố có thể áp dụng cho nhiều loại hình sản xuất hàng loạt và đơn chiếc

với một trình độ chun mơn hố cao cũng chính vì thế mà năng suất cũng như chất

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

9


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

lượng sản phẩm rất cao. Ngày nay để đánh giá mức độ của một nền sản xuất, người ta
đánh giá vào mức độ tự động hoá của nền sản xuất đó.
Ngày nay, với một trình độ chun mơn hố cao một sản phẩm được làm ra có
thể được lắp từ nhiều chi tiết của các nhà sản xuất khác nhau trên thế giới. Chính vì lẽ
đó mà buộc con người phải tiêu chuẩn hoá các chi tiết cũng như các sản phẩm chế tạo
ra.Tự động hoá rất thích hợp với ngành sản xuất theo tiêu chuẩn như thế.
Với tầm quan trọng như thế, ngành tự động hoá rất được các quốc gia trên thế
giới quan tâm bởi đó không những là bộ mặt của nền sản xuất mà trong thời buổi kinh
tế thị trường việc cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường là rất khó khăn, nó địi hỏi
khơng những về chất lượng sản phẩm mà cịn cả về giá thành.
Trong thời gian gần đây, tự động hoá được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh

C
C

vực của đời sống từ kinh tế đến chính trị - xã hội. Có thể cụ thể hố các ứng dụng của
tự động hố như sau, nói chung là nó được dùng ở mọi nơi như: Trong công nghiệp, y

R

L
T.

tế, ngân hàng, thư viện… Nói chung ngày nay hầu như ở tất cả các lỉnh vực đều cần
thiết sự có mặt của tự động hoá.

DU

1.4. GIỚI THIỆU VỀ THÉP CUỘN:
1.4.1. Thành phần thép kết cấu:

Thép kết cấu chủ yếu được sản xuất từ thép CT3.Thành phần của loại vật liệu
này có các tính chất có lợi cho xây dựng: cường độ lớn, độ dẻo và độ chống mỏi cao.
Nhờ đó mà kim loại được sử dụng rộng rãi trong xây dựng và các ngành kĩ thuật
khác. Ở dạng nguyên chất, do cường độ và độ cứng thấp, độ dẻo cao, kim loại có
phạm vi sử dụng rất hạn chế. Chúng được sử dụng chủ yếu ở dạng hợp kim với kim
loại và á kim khác, thí dụ như cacbon. Sắt và hợp kim của nó (thép và gang) gọi là
kim loại đen; những kim loại còn lại (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, v.v...) và
hợp kim của chúng gọi là kim loại màu. Kim loại đen được sử dụng trong xây dựng
nhiều hơn cả, giá kim loại đen thấp hơn kim loại màu.
Tuy nhiên kim loại màu lại có nhiều tính chất có giá trị: cường độ, độ dẻo, khả
năng chống ăn mòn, tính trang trí cao. Những điều đó đã mở rộng phạm vi sử dụng
kim loại màu trong xây dựng, phổ biến là các chi tiết kiến trúc và các kết cấu nhôm.
Nguyên liệu để chế tạo kim loại đen là quặng sắt, mangan, crôm, mà các khống
đại diện cho chúng là nhóm các oxit: macnetit (Fe3O4), quặng sắt đỏ (Fe2O3),
SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

10



Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

piroluzit (MnO2), crơmit (FeCr2O4). Để sản xuất kim loại màu người ta sử dụng
boxit chứa các hidroxit: hidracgilit (Al(OH)3, diasno (HAlO2); các loại quặng sunfua
và cacbonat đồng, niken, chì v.v... với các khống đại diện là chancopirit (CuFeS2),
sfalêit (ZnS), xeruxit (PbCO3), magiezit ( MgCO3) v.v...
1.4.2. Sản phẩm thép cuộn:
- Cỡ loại, thơng số kích thước:
Trịn, nhẵn có đường kính từ 6mm đến 8mm. Được cung cấp ở dạng cuộn, trọng
lượng khoảng 200kg đến 450kg/cuộn, trường hợp đặc biệt có thể cung cấp với trọng
lượng 1.300 kg/cuộn, (hình 1.5). Các thông số kích thước, diện tích mặt cắt ngang,
khối lượng 1m chiều dài, sai lệch cho phép và các đại lượng cần tính toán khác theo
quy định cụ thể trong tiêu chuẩn.

C
C

- Yêu cầu kỹ thuật:

R
L
T.

Tính cơ lý của thép phải đảm bảo về các yêu cầu giới hạn chảy, độ bền tức thời,
độ dãn dài, xác định bằng phương pháp thử kéo, thử uốn ở trạng thái nguội. Tính chất

DU


cơ lý của từng loại thép và phương pháp thử được quy định cụ thể trong tiêu chuẩn.

Quy cách
Thép cuộn:
Ø6, Ø8

Loại
hàng
Cuộn

Tiêu chuẩn sản
phẩm
TCVN 1651 – 85

Bảng 1.2: Tiêu chuẩn mác thép

Mác thép
CT32
CT42

Độ bền kéo
(N/mm²)
Từ 380 ÷ 480
–
Tùy theo từng
mác thép

Hình 1.6: Thép cuộn
SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt


Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

11


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

1.4.3 Cơ sở lý thuyết uốn:
1.4.3.1 Q trình uốn:
Uốn là một trong những nguyên công thường gặp nhất trong dập nguội.Uốn tức
là biến phôi phẳng(tấm) dây hay ống thành những chi tiết có hình cong đều hay gấp
khúc. Khối lượng vật uốn trong ngành chế tạo máy và dụng cụ không ngừng tăng lên.
Phụ thược vào kích thước và hình dáng vật uốn, dạng phơi ban đầu, đặc tính q trình
uốn trong khn. Uốn có thể tiến hành trến máy ép trục khuỷu lệch tâm, ma sát hay
thủy lực. Đơi khi có thể tiến hành trên các dụng cụ uốn bằng tay hoặc trên máy uốn
chuyên dùng.
Đăc điểm của quá trình uốn là dưới tác dụng ép cảu chày và cối , phôi bị biến
dạng dẻo từng vùng để tạo thành hình dáng cần thiết. Quá trình biến dạng cũng bao

C
C

gồm quá trình biến dạng đàn hồi và q trình biến dạng dẻo.

R
L
T.

1.4.3.2 Lớp trung hịa:


thành của phơi trước khi uốn ta kẻ những ô vuông. Sau khi uốn ta thấy những ô

DU

ở phần thẳng không thay đổi, cịn những ơ ở phần cong thì bị biết thành hình
thang(xem hình 1.7). Các vách ngang tính từ tâm uốn ra,các vách ở phía ngồi dài ra,
cịn các vạch ở phía trong ngắn lại. Chỉ có đường 00 là chiều dài khơng thay đổi, đó là
lớp trung hịa.Phần ngồi lớp trung hòa chịu kéo, còn phần trong chịu nén. Lớp trung
hào không chụi kéo hay nén,nên giữ được độ dài ban đầu. Đó là căn cứ tốt nhất để xác
đinh phôi uốn.
Sơ đồ bố trí lực tại tại tiết diện bị uốn được trình bày trên (hình 1.8)

0

0

0

a

a

0
b

b
r
R

Hình 1.7: Biểu hiện của lớp

trung tính

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hình 1.8: Sơ đồ phân bố
lực tại tiết diện bị uốn
Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

12


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

Quan sát tiết diện cắt ra trên cung uốn,ta thấy có dạng hình quạt. Phần dưới lớp
trung hịa thì co lại, phần trên phình ra. Lớp trung hịa giữa nguyên được bề rộng ban
đầu của phôi. Hiện tượng này cảng rõ rệt khi bề rộng vật uốn càng hẹp bà bán kính
uốn càng nhỏ.
Người ta đã chứng minh rằng lớp trung hòa đi qua trọng tâm cảu mặt phẳng tiết
diện. Trong quá trình uốn, bán kính uốn càng nhỏ dần thì hình dáng tiết diện cũng thay
đổi dần. Do đó trọng tâm của tiết diện cũng di chuyển dần về trọng tâm của vật uốn
1.5 TIÊU CHUẨN VỀ ĐAI THÉP TRONG XÂY DỰNG:
Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 356 năm 2005 ta sơ lược một số tiêu chuẩn
về đai thép xây dụng như sau:

C
C

+ Ở tất cả các mặt của cấu kiện có đặt các thanh cốt thép dọc, cần phải bố trí các cốt
thép đai bao quanh các thanh cốt thép dọc ngoài cùng, đồng thời khoảng cách giũa các


R
L
T.

thanh cốt thép đai ở mỗi mặt cấu kiện phải không lớn hơn 600mm và không lớn hơn 2
lần chiều rộng cấu kiện.

DU

+ Tại các vị trí cốt thép chịu lực nối chồng không hàn, khoảng cách giữa các cốt thép
đai của cấu kiện chịu nén lệch tâm không lớn hơn 10d.
+ Chiều dài của neo đai là chọn bằng 7,5 đường kính thép làm đai.
1.6 TỔNG QUAN VỀ MÁY UỐN ĐAI THÉP XÂY DỰNG:
Máy uốn đai thép xây dựng là một phát minh rất thông minh và tiện lợi khi nó
tích hợp được các cơng việc từ nắn thẳng thép, uốn thép thành đai và cắt thép. Sản
phẩm làm ra có đủ các kích thước to nhỏ với hai hình dạng chính là hình vng và
hình chữ nhật. Sản phẩm có độ chính xác cao và không làm biến đổi cơ tính của đai
thép. Máy uốn được thép cuộn có đường kính Ø6 và Ø8, máy có sử dụng thiết bị điều
khiển PLC và các mạch rơle điện, cảm ứng từ và hệ thống khí nén để cắt và uốn thép.
Có một động cơ chính, một bình khí nén và hệ thống cắt thép. Máy được điểu khiển
bằng bảng điều khiển và có hai chế độ, chế độ tự động và chế độ điều khiển bằng tay.

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

13


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình


Hình 1.9. Cụm cơ cấu nắn thẳng
Cơ cấu nắn thẳng có nhiệm vụ nắn thẳng thép cuộn, đồng thời nó cũng là cơ
cấu cấp phơi thép cho cơ cấu uốn đai:

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.10. Cụm cơ cấu cắt

Hình 1.11: Cụm cơ cấu uốn đai

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

14


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

Khi hoạt động, thép được cấp từ giá đỡ thép đi qua cơ cấu duỗi thẳng rồi đi qua
các cảm biến từ được gắn trên một thước đó để điều chỉnh kích thước. Các cảm biến từ
nhận nhận biết thép mà truyền cơ PLC để điều khiển các mạch khí nén để uốn và cắt

thép….

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.12. Kết cấu tổng thể của máy uốn đai thép xây dựng
TÌM HIỂU MỘT SỐ LOẠI MÁY:
-

Máy uốn ống bán tự động NC sử dụng động cơ thủy lực:
Máy dùng để uốn sản phẩm có độ chính xác cao, kích thước tương đối lớn, máy

được sử dụng động cơ thủy lực vì vậy tạo ra lực uốn tác dụng lên ống đồng đều ít sinh
ra khuyết tật trong khi uốn, điều khiển máy tương đối đơn giản sử dụng bằng bàn đạp
chân, máy uốn có thể sử dụng đầu phân độ vì vậy ống có thể được xoay theo hình
dạng khác nhau để uốn những ống có nhiều đoạn cong.

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

15



Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

Hình 1.13. Máy uốn sử dụng động cơ thủy lực
-

Máy uốn bán tự động sử dụng động cơ điện:
Máy được điều khiển bằng bàn đạp chân hay nút điều khiển cho phép bạn uốn cong

C
C

đến 190o, máy sử dụng puli và cử chắn dưới giúp cho ống uốn khơng bị bẹp, đạt độ

R
L
T.

chính xác cao. Máy có thiết kế thêm bộ phận tay dẫn ống phía sau giúp cho phần ống
uốn cong không bị biến dạng. Tay uốn của máy có cữ chắn linh hoạt giúp cho việc

DU

điều chỉnh góc uốn dễ dàng, máy làm việc với độ ổn định cao, linh kiện thay thế đơn
giản.

Hình 1.14. Máy uốn bán tự động có sử dụng động cơ điện

-

Máy uốn sử dụng truyền động điện thủy lực:


SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

16


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

Máy hoạt động theo ngun lý khác nhau là không quay khuôn để uốn cong chi tiết
mà dùng pittông thủy lực đẩy khuôn để uốn cong chi tiết đó là máy uốn ống thủy lực
được dẫn động bằng động cơ được lắp hộp giảm tốc điện thủy lực, điều khiển từ xa
bằng bộ phân phối 2 chiều, là thiết bị được thiết kế cho độ chính xác đặc biệt. Hộp
giảm tốc bao gồm các pittông với van giới hạn cho phép xả dầu tự động để đạt ứng
suất làm việc lớn nhất và duy trì áp lực làm việc. Một trong những model này được
lắp ráp với một bàn gia công 2 tầng chắc chắn. Hộp số thủy lực được ở tầng dưới,
trong khi máy uốn ống được lắp ở tầng trên. Loại máy RAPID T10/M là loại máy mới
trên thị trường có thể vận hành bằng tay khi cần thiết.
Máy uốn có các chốt thay đổi vì vậy có thể thay đổi khn uốn một cách dễ dàng,
máy uốn được dùng để uốn ống có kích thước lớn vì chế tạo khn uốn tương đối đơn

C
C

giản hơn các loại khn uốn kiểu quay.

R
L
T.


DU

Hình 1.15. Máy uốn sử dụng điện thủy lực RAPID T10/M

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

17


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

CHƯƠNG II
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. PHÂN TÍCH CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG:
2.1.1. Hoạt động duỗi thẳng thép :
Thép cuộn sau khi ra khỏi khn lị thì khơng được nắn thẳng mà được cuộn trịn
thành từng cuộn vì thế người ta gọi đó là thép cuộn. Sở dĩ loại thép này được cuộn tròn
là vì nó có kích thước nhỏ và chiều dài rất lớn, nên để thuận tiện trong quá trình luyện
thép và vận chủn thép đến nơi thi cơng thì phải cuộn thép thành từng cuộn trịn. Để
thép cuộn có thể sử dụng được thì người cơng nhân phải tiến hành duỗi thằng thép.
Duỗi thép có nhiều cách,có thể là dùng búa đập thẳng, dùng thép buộc vào gốc cây rồi
dùng xe tải kéo để duỗi thẳng, dùng các móc để bẻ…

C
C

Đó chỉ là các cách người ta thường sử dụng ngày xưa. Còn bây giờ người ta


R
L
T.

thường sử dụng các máy nắn để làm cho sản phẩm thép cuộn trở thành các đoạn thép
thẳng dài, thuận tiện khi sử dụng thép vào các mục đích khác nhau, đảm bảo được yêu
cầu.

DU

Hình 2.1. Máy duỗi thép
Ở đây, với hệ thống chủ yếu dùng để duỗi và uốn loại thép €4 vật liệu CT38 là
tương đối mềm nên ta có thể sử dụng cơ cấu bánh kéo và bánh lăn để duỗi thằng thép
cuộn thành thép sợi thẳng. Với ưu điểm hoạt động hầu như không gây ra rung động, cơ

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

18


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

cấu bánh kéo bánh lăn rất phù hợp với các loại máy uốn thép có đường kính nhở và
địi hỏi độ ổn định, chính xác của sản phẩm.

C
C


R
L
T.

Hình 2.2. Các con lăn của cơ cấu nắn thẳng

DU

Hình 2.3. Nắn thẳng thép thủ công
Trong bản thiết kế này, thép được nắn thẳng bằng máy nắn thẳng thép tự động
gắn trên hệ thống máy uốn đai.

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

19


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

2.1.2. Hoạt động uốn đai
Trong thực tế sản xuất ở Việt Nam hiện nay, thép sợi xây chủ yếu vẫn đang là
uốn bằng tay. Với cách thức này, người công nhân phải trải qua công đoạn duỗi thép
và cắt thép ra từng đoạn théo kích thước lường trước. Tiếp đến, công nhân phải dùng
càng và đồ gá để ngồi uốn từng đai thép một theo hình dang định sẵn.
Với phương thức này, hoạt động hồn tồn thủ cơng nên độ chính xác và tốc độ
hoàn toàn phụ thuộc vào tay nghề của công nhân và chất lượng của công đoạn duỗi và
cắt thép. Độ bền của của sản phẩm khơng được đảm bảo vì cơng nhân thường uốn sai

rồi duỗi ra uốn lại.
Vì vậy, ở đây hệ thống sẽ thiết kế sao cho thép sau khi duỗi lập tức được đưa vào hệ
thống uốn được vận hành hoàn toàn tự động. Hệ thống sẽ lần lượt uốn sắt định hình

C
C

theo dạng hình được nhập thơng số cho trước một cách khép kín. Sau khi hồn thành
cơng đoạn uốn, hệ thống cắt sẽ hoạt động để cắt rời đai thép ra khỏi cuộn và đưa ra

R
L
T.

ngoài. Để làm được cơng việc này, hệ thống sẽ được lập trình cùng với các thiết bị
cảm biến để nhận biết thép và uốn tự động, vì vậy độ chính xác của đai là rất cao.

DU

Hình 2.4: Cơ cấu uốn thép tự động

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hình 2.5: Uốn thép thủ công

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

20



Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

2.1.3. Hoạt động cắt thép và lấy sản phẩm ra:
Thay vì cắt thép bằng kéo như đời thường thì cơng việc cắt thép hồn tồn tự
động. Khi thép đã được uốn, bánh đĩa quay gạt cơ cấu đòn bẩy để đẩy dao cắt đi xuống
để cắt sắt.
Thép sau khi được uốn thành thành hình dạng mong muốn và cắt rời ra khỏi cuộn
dây thép thì sẽ tự động rơi xuống máng chứa sản phẩm.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.6. Cắt thép thủ công

2.2. CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.2.1. Các chuyển động chính:
✓ Chuyển động quay của cơ cấu duỗi bánh kéo bánh lăn dùng để duỗi thép cuộn
thành thép thẳng. Cơ cấu này dược dẫn động bằng động cơ thông qua hệ thống
giảm tốc.
✓ Chuyển động quay của cụm đầu uốn để quay đầu uốn nhằm tạo được góc bẻ 3D.
Cơ cấu được dẫn động bằng động cơ thông qua hệ thống giảm tốc.
✓ Chuyển động quay của đầu uốn nhằm uốn.Cơ cấu được dẫn động trực tiếp từ
động cơ.
2.2.2. Các yêu cầu khi thiết kế:

Nhìn chung, khi xây dựng phương án bố trí cho các hệ thống tự động cần phải
đảm bảo các điều kiện như sau:
✓ Hệ thống đơn giản, dễ điều khiển và đáng tin cậy.
SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

21


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

✓ Cơng nhân làm việc được thoải mái, khơng phải chịu áp lực lao động.
✓ Ngồi ra phải đảm bảo được tính an toàn và tính kinh tế.
2.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.3.1. Cụm duỗi thẳng:
PHƯƠNG ÁN 1:
Ở phương án 1 ta sử dụng thiết bị duỗi thẳng thông thường với các con lăn
được dẫn động quay bằng động cơ DC thông thường.
Ưu và nhược điểm của phương án 1:
Ưu điểm: Có bán sẵn với nhiều kích cỡ phù hợp với nhu cầu sử dụng.
Chất lượng sản phẩm thép sau khi duỗi thẳng tốt đảm bảo độ thăng và
tiết diện tròn đề.

C
C

Nhược điểm: Cơ cấu tương đối phức tạp, gây rung động lớn làm ảnh hưởng ít
nhiều đến công đoạn uốn.


R
L
T.

PHƯƠNG ÁN 2:

DU

Ở phương án này, ta sử dụng cơ cấu bánh kéo bánh lăn. Thông qua hệ thống
bánh lăn, thép được nắn thẳng theo 2 phương dọc và ngang .
Ưu điểm: Ít gây rung động.

Kết cấu gọn nhẹ đơn giản.
Nhược điểm: Tốc độ chậm.Chỉ nên sử dụng với các loại thép đã qua ngun
cơng kéo.

Hình 2.7. Cơ cấu nắn thẳng theo phương đứng và phương ngang

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

22


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

LỰA CHỌN: Với hệ thống này, ta thiết kế sử dụng chủ yếu cho các loại thép
nhỏ có đường kính từ 3-6 mm, sản phẩm có các góc uốn được chính xác. Vì vậy, ta
chọn PHƯƠNG ÁN 2 để làm phần nắn thẳng.

2.3.2. Cụm quay đầu uốn:
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ:
PHƯƠNG ÁN 1:
Ở đây ta sử dụng cơ cấu kiểu cam thông qua cần gạt để tạo biên dạng củng như
kích thước của đai thép.
Với phương án này,ta sử dụng động cơ và hệ truyền động giảm tốc. đảm bảo
cụm quay đầu uốn quay đúng góc độ cần quay để đạt được góc của chi tiết trong

C
C

khơng gian.
Ưu và nhược điểm của phương án :

R
L
T.

Ưu điểm: Gía thành rẻ, thông qua hệ thống giảm tốc, giảm được momen xoắn
trên trục, giúp thiết bị động cơ có thể hoạt động ở chế độ dòng điện thấp. Tăng độ bền

DU

của thiết bị điện. Dễ dàng sửa chửa thay thế. Hoạt động chính xác, cứng vững.
Nhược điểm: Muốn thay đổi kiểu đai ta phải thay đổi biên dạng cam.
PHƯƠNG ÁN 2:
Ở đây ta sử dụng xylanh thủy lực để tạo lực làm quay đầu uốn thơng qua bộ
điều khiển được lặp trình sẵn.

Hình 2.8. Cơ cấu uốn bằng xy lanh

SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

23


Thiết kế máy uốn đai thép xây dựng và chế tạo mơ hình

Ưu và nhược điểm của phương án :
Ưu điểm: Thay đổi được kích thước đai, biên dạng dai.
Nhược điểm: Gía thành cao.
LỰA CHỌN: Phương án 2 là phương án tốt nhất và được áp dụng rộng rãi
nhưng do khả năng tài chính hạn chế và là đồ án tốt nghiệp nên chọn phương án 1 vẫn
đảm bảo tạo ra được một loại đai.
2.3.3. Cụm đầu uốn:
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ:
Sử dụng động cơ thông qua bộ truyền xích truyền chuyển động đến cơ cấu uốn
để uốn.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2.9. Kết cấu cụm đầu uốn và cụm đầu cắt


SVTH: Phạm Văn Dũng, Nguyễn Thành Đạt

Hướng dẫn: PGS-TS Đinh Minh Diệm

24