Thiết kế và chế tạo đồ gá hàn - cắt tự động thép ống công suất vừa

= = 
Với mục đích giảm thiểu việc chế tạo nhiều bánh răng 
cycloid có kích thước khác nhau, đồng thời mang lại kết 
cấu nhỏ gọn cho hộp giảm tốc, tác giả tiến hành thiết kế bộ 
truyền bánh răng cycloid cấp nhanh và cấp chậm có kích 
thước giống nhau. 
Hình 3. Sơ đồ nguyên lý truyền động làm việc chính 
1-Động cơ; 2-Bánh răng cycloid; 3-Vành răng chốt; 4-Mâm kẹp 
Dựa trên số liệu ban đầu, thông qua các công thức tính 
toán, ta được các thông số của bộ truyền như thể hiện trong 
Bảng 1 và Bảng 2. 
Bảng 1. Thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng 
Cycloid (mm) 
Số 
răng 
zc 
Độ 
lệch 
tâm a 
Bán kính vòng 
tròn qua tâm các 
con lăn của vành 
răng chốt rp 
Đường kính 
của con lăn 
trên vành 
răng chốt drp 
Đường kính 
chốt trên 
vành răng 
chốt dsp 
Bề rộng 
bánh 
răng 
cycloid b 
19 4 150 26 20 15 
Bảng 2. Thông số hình học của bánh răng Cycloid (mm) 
Đường 
kính vòng 
chân bánh 
răng 
cycloid dfc 
Đường 
kính vòng 
đỉnh bánh 
răng 
cycloid dac 
Chiều 
cao 
răng h 
Đường kính 
vòng tròn 
qua tâm các 
lỗ chốt ra Dw 
Đường 
kính 
chốt ra 
dsw 
Đường 
kính con 
lăn chốt 
ra drw 
Đường 
kính lỗ 
chốt ra 
dw 
230 246 8 145 16 30 38 
2.1.3. Lựa chọn bộ truyền động điều khiển góc quay cụm 
công tác 
Trong thực tế khi gia công hàn, cắt chúng ta thường gặp 
các chi tiết dạng ống hoặc một số các chi tiết có biên dạng 
hình tròn như mặt bích, bánh đà Xuất phát từ yêu cầu 
đặc thù trong gia công, chế tạo một số chi tiết có thể thực 
hiện việc hàn, cắt theo phương nằm ngang cũng có một số 
chi tiết phải thực hiện theo phương thẳng đứng hoặc một 
12 Nguyễn Văn Chương, Nguyễn Thái Dương, Lưu Đức Bình, Đinh Minh Diệm 
góc bất kỳ náo đó trong phạm vi từ 0o÷90o. 
Phạm vi của bài báo đi sâu nghiên cứu và tạo ra đồ gá 
có tính tích hợp để thực hiện hàn, cắt các chi tiết ở nhiều vị 
trí khác nhau nhằm đáp ứng một số yêu cầu đặt ra như đã 
nêu ở trên, như thể hiện trong Hình 4. 
Hình 4. Các góc độ làm việc của cơ cấu công tác 
a) Hàn góc ở vị trí bằng theo phương ngang; b) Cắt bằng ống 
theo phương ngang; c) Hàn góc ở vị trí bằng theo phương 
nghiêng 45o; d) Hàn góc ở vị trí bằng theo phương đứng; 
e) Cắt ở vị trí bằng theo phương đứng 
Nhận thấy phương án điều khiển góc quay thông qua 
motor giảm tốc có sử dụng phanh từ là phù hợp với đặc 
điểm, kết cấu và nguyên lý làm việc chung của đồ gá. 
Bên cạnh đó, với đặc thù trục công tác nằm vuông 
góc với trục động cơ, kết hợp tốc độ đầu ra nhỏ, nên 
trong phần thiết kế cơ cấu điều khiển góc quay của trục 
công tác, ta chọn hộp giảm tốc mang bộ truyền bánh răng 
cycloid – kết hợp bộ truyền bánh răng nón như thể hiện 
trong Hình 5. 
Hình 5. Sơ đồ nguyên lý truyền động điều khiển góc quay 
1-Động cơ; 2-Bánh răng cycloid; 3-Vành răng chốt; 
4-Bánh răng côn 
Dựa theo số liệu ban đầu, tính chọn động cơ kí hiệu 
DK51-6 với Nđc = 2,8(kw) và số vòng quay nđc = 950 vg/ph 
[5]. Bên cạnh đó, tính được các thông số hình học của các 
bộ truyền bánh răng cycloid cấp nhanh như thể hiện trong 
Bảng 3 và Bảng 4. 
Bảng 3. Thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng Cycloid (mm) 
Số 
răng zc 
Độ 
lệch 
tâm a 
Bán kính vòng 
tròn qua tâm các 
con lăn của vành 
răng chốt rp 
Đường kính 
của con lăn 
trên vành 
răng chốt drp 
Đường kính 
chốt trên 
vành răng 
chốt dsp 
Bề rộng 
bánh 
răng 
cycloid b 
31 2 80 16 8 8 
Bảng 4. Thông số hình học của bánh răng Cycloid (mm) 
Đường kính 
vòng chân 
bánh răng 
cycloid dfc 
Đường kính 
vòng đỉnh 
bánh răng 
cycloid dac 
Chiều 
cao 
răng 
h 
Đường 
kính vòng 
tròn qua 
tâm các lỗ 
chốt ra Dw 
Đường 
kính 
chốt ra 
dsw 
Đường 
kính con 
lăn chốt 
ra drw 
Đường 
kính lỗ 
chốt ra 
dw 
140 148 4 90 10 20 24 
Đồng thời, sau khi tính toán thu được thông số của bộ 
truyền bánh răng nón cấp chậm như sau: 
+ Mô đun mặt nón lăn: ms = 1,5 mm 
+ Chiều dài nón: L = 75 mm 
+ Góc ăn khớp: o20= 
+ Góc mặt nón lăn (nón chia):  1= 15o;  2 = 74o 
+ Đường kính vòng lăn (vòng chia): 
d1 = 33 mm; d2 = 165mm 
+ Đường kính vòng đỉnh: 
De1 = 36 mm; De2 = 166 mm 
2.2. Lựa chọn phương án điều chỉnh vô cấp tốc độ động 
cơ 
Sự khác biệt giữa đồ gá hàn, cắt các chi tiết dạng ống 
so với các loại đồ gá hàn, cắt các chi tiết theo đường thẳng 
trên cùng mặt phẳng ở chổ: các chi tiết có thể có sự khác 
nhau về kích thước đường kính. Vậy nên khi thực hiện việc 
hàn, cắt mỗi chi tiết thì tương ứng với đó là có sự thay đổi 
về vận tốc quay của cơ cấu công tác. Nếu như xét trong 
điều kiện khi hàn, cắt một chi tiết nào đó có cùng chiều 
dày, nhưng khác nhau về đường kính, trong trường hợp này 
thì chi tiết nào có đường kính càng lớn thì vận tốc quay 
càng nhỏ và ngược lại. Vận tốc hàn, cắt được quy ước là 
(m/ph; mm/ph). 
Hình 6. Biến tần Invt Goodrive 10 
Như vậy đối với các loại động cơ giảm tốc việc tính 
toán chọn công suất động cơ cũng như vận tốc đầu ra chỉ 
được thực hiện một lần. Nếu như tỉ số truyền càng lớn điều 
đó cũng đồng nghĩa với việc kích thước và khối lượng 
chung của động cơ sẽ tăng lên, giá thành đầu tư sẽ cao. Mặt 
khác vận tốc đầu ra cũng chỉ cố đinh ở một giá trị. 
Trên cơ sở những phương pháp giảm tốc độ động cơ đã 
đề cập ở trên. Để đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ của đề tài đặt 
ra thì phương pháp thay đổi tốc độ động cơ thông qua việc 
thay đổi tần số vẫn là giải pháp có nhiều tính năng ưu việt 
hơn cả, như thể hiện trong Hình 6. 
Điểm đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần - động 
cơ là có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ. Tức là thông 
qua việc điều chỉnh tần số và có thể điều chỉnh tốc độ động 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 2 13 
cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng. 
Sử dụng biến tần, cũng có nghĩa là mặc nhiên được 
hưởng rất nhiều các tính năng thông minh, linh hoạt như là 
tự động nhận dạng động cơ; tính năng điều khiển thông qua 
mạng; có thể thiết lập được 16 cấp tốc độ; khống chế dòng 
khởi động động cơ giúp quá trình khởi động êm ái (mềm) 
nâng cao độ bền kết cấu cơ khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt, 
bảo trì; tiết kiệm không gian lắp đặt; các chế độ tiết kiệm 
năng lượng, 
Khi sử dụng biến tần sẽ không còn những nỗi lo về việc 
không làm chủ, khống chế được năng lượng quá trình 
truyền động bởi vì chúng ta có thể kiểm soát được nó thông 
qua các chế độ bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, 
thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha  của biến tần. 
3. Kết quả và thảo luận 
3.1. Mô hình thực nghiệm đồ gá hàn, cắt 
Hình 7. Mô hình thực nghiệm 
Hình 8. Kết cấu các bộ truyền động 
a. Bộ truyền động làm việc chính; 
b. Bộ truyền động điều khiển góc quay 
Sau khi gia công các chi tiết chính của thiết bị, tiến hành 
lắp ráp thu được kết cấu đồ gá như thể hiện trong Hình 7 
và Hình 8. 
Đồ gá sau khi lắp ráp xong, có thể gá chi tiết tại nhiều 
góc độ khác nhau, cho thấy sự chắc chắn của mô hình thực 
nghiệm, như thể hiện trong Hình 9. 
Hình 9. Các góc độ làm việc thiết bị 
3.2. Vận hành thực nghiệm 
3.2.1. Hàn liên kết mặt bích - ống 
Hình 10. Hàn liên kết mặt bích - ống 
a. Vị trí 450; b. Vị trí 900 
Hình 11. Sản phẩm sau khi hàn 
Với việc khi hàn ở vị trí 450, kim loại que hàn sẽ có xu 
hướng chảy dốc xuống vũng hàn tạo cho mối hàn có chất 
lượng tốt nhất (độ sâu ngấu được đồng đều) so với khi hàn 
tại các góc độ khác, như thể hiện trong Hình 10 và Hình 11. 
Ngoài ra, thiết bị hàn dễ dàng xoay được nhiều vị trí 
khác nhau sẽ thuận lợi hơn cho việc hàn các đối tượng vật 
liệu khác nhau (khối lượng, hình dạng, kết cấu). 
3.2.2. Cắt ống 
Hình 12. Cắt ống 
Hình 13. Sản phẩm cắt thủ công (a) và cắt tự động (b) 
Thiết bị làm việc với tốc độ vô cấp, dễ dàng lựa chọn 
phương án cắt tùy thuộc vào đường kính cũng như chiều 
dày chi tiết, tạo nên sự nổi bật của thiết bị gá trong việc cắt 
tự động, như thể hiện trong Hình 12. 
Bằng mắt thường, có thể quan sát thấy sản phẩm sau khi 
được cắt tự động có được chất lượng tốt (đường cắt đều) như 
thể hiện trong Hình 13. Bên cạnh đó, tốc độ cắt ổn định hơn 
so với việc cắt thủ công thông thường hiện nay. 
4. Kết luận 
Qua khảo sát thực tế trên thị trường, phân tích đặc điểm 
và phạm vi ứng dụng của các chủng loại đồ gá hàn cắt các 
a) b) 
14 Nguyễn Văn Chương, Nguyễn Thái Dương, Lưu Đức Bình, Đinh Minh Diệm 
chi tiết dạng ống, bài báo đã đề xuất một đồ gá mới để có 
thể phục vụ cho việc hàn, cắt tự động ứng với công suất 
vừa. Sau khi lựa chọn và tính toán các thông số hình học 
của các bộ phận chính của máy, tiến hành gia công và lắp 
ráp đã cho ra mô hình thực nghiệm của đồ gá mới này. Đồ 
gá chế tạo đã làm việc có độ tin cậy cao, các sản phẩm được 
tạo ra nhờ sự hỗ trợ của thiết bị này có chất lượng cao, kết 
cấu máy tinh gọn có thể di chuyển dễ dàng trên các công 
trường, có tính ứng dụng cao, giá thành thấp và dễ dàng 
vận hành. Từ đó, có thể đưa vào sử dụng tại các cơ sở hay 
phân xưởng gia công cơ khí trong lĩnh vực hàn cắt chi tiết 
dạng ống với công suất tầm trung. 
Lời cảm ơn 
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ phát triển tiềm lực 
Khoa học Công nghệ của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật 
- Đại học Đà Nẵng trong đề tài có mã số T2018-06-98. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Shinde S.N., Kshirsagar S., Patil A., Parge T. and Lomte R. , 
“Design of Welding Fixtures and Positiners”, International Journal 
of Engineering Research and General Science, Volume 2, Issue 5, 
2014, pp 681-689. 
[2] Naveen A.M., Girisha V.A. and Pruthvi H. M. , “Design and analysis 
of welding fixture for motor case assembly”, International Journal 
of Mechanical And Production Engineering, Volume 2, Issue 8, 
2014, pp 54-59. 
[3] https://vegatec.com.vn/san-pham/do-ga-han-ong-seri-zt-265/ 
[4]  
[5] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, Nhà 
xuất bản giáo dục, 2007. 
[6] 
chau-tu-dinh-tam-may-tien-90.html 
[7] https://vi.wikipedia.org/wiki/Biến_tần 
(BBT nhận bài: 18/8/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 17/10/2018)