Thiết kế hệ thống truyền động cấp dây và quấn dây của máy quấn dây đồng cho biến áp vòng xuyến bán tự động.. Dựa trên cơ sở của quy trình chế tạo một máy biến áp sẽ đưa ra phương án để t
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG
Đặt vấn đề
Hiện tượng cảm ứng điện – từ được sử dụng rộng rãi trong đời sống thông qua các ứng dụng cho các loại máy điện như máy biến áp, động cơ điện, máy p hát điện… Sự quan hệ qua lại giữa dòng điện chạy trong dây dẫn hoặc cuộn dây bằng đồng đặt trên các lá thép kỹ thuật điện hoặc các lõi ferit tạo ra từ trường làm truyền dẫn từ thông và sinh ra một suất điện động cảm ứng bên trong cuộn dây Mật độ và sự phân bố đều của từ trường là một yếu tố quan trọng giúp cho các máy điện hoạt động hiệu quả, đúng với yêu cầu đặt ra của người kỹ sư thiết kế Trong các loại máy biến áp được sử dụng trên thị trường thì máy biến áp kiểu vòng xuy ến được đánh giá là có nhiều ứng dụng và được sử dụng tốt nhất trong các ứng dụng liên quan đến xử lý tín hiệu như: tần số âm thanh, trong lĩnh vực vô tuyến điện, trong các mạch điện nhạy cảmvới yêu cầu nhiễu thấp do nó có cấu trúc nhỏ và giảm độ nhiễu dưới dạng của các cuộn dây ( Inductors ) Máy biến áp kiểu vòng xuyến có nhiều ưu điểm khi so sánh với một số thiết bị truyền thống như: kết cấu hình học của máy với các cuộn dây chồng lên nhau sẽ giúp giảm kích thước của thiết bị so với tách biệt các cuộn dây, từ thông thường được giới hạn ở lõi hình xuyến, nên máy biến áp xuyến có thể tự che chắn khỏi nhiễu điện từ (EMI - Electromagnetic interference), số vòng dây trên cuộn dây ít hơn, nên biến áp xuyến có tính t ự cảm cao hơn máy biến áp truyền thống có kích thước tương tự Ngoài ra chúng ta có thể nhận ra loại máy biến áp này trong các máy ổn áp nhằm đảm bảo duy trì sự ổn định điện áp cung cấp cho các hoạt động dân sự, sản xuất công nghiệp… Tuy nhiên, biến áp xuyến cũng có những nhược điểm riêng của nó Vì các cuộn dây phải đi qua lỗ trung tâm và tiết diện của chúng có sự khác biệt nên việc quấn dây thủ công đòi hỏi phải tốn nhiều thời gian dẫn đến giá thành cũng cao hơn so với các loại máy biến áp thông thường Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo một máy công cụ hỗ trợ người nghiên cứu, các kỹ sư chế tạo có thể tạo ra các máy biến áp vòng xuy ến nhanh hơn là tiền đề đặt ra khi em thực hiện đề tài nghiên cứu này Ngoài ra việc thiết kế chính là tiền đề cơ sở để kết hợp bài toán điều khiển vào với hệ thống cơ khí nhằm tối ưu hóa sự hoạt động của máy, giúp làm chủ công nghệ chế t ạo máy quấn dây đồng cho máy biến áp vòng xuyến mà hiện nay Việt Nam p hải nhập t ừ nước ngoài với giá thành cao hoặc các máy hiện có chỉ mới dừng lại ở mức độ sơ khai, thuần túy về cơ khí
Nội dung của đề tài được chia làm 5 chương Trong chương 1 trình bày tổng quan về đối tượng nghiên cứu chính trong đề tài để từ đó làm rõ mục tiêu, nhiệm vụ, phạm vi cũng như phương pháp nghiên cứu của đề tài Chương 2 và 3 chính là nội dung trọng tâm của đề tài với việc đưa ra phân tích từ yêu cầu thiết kế thực t ế một máy biến áp xuyến với các thông số kỹ thuật cho trước để t ừ đó đưa ra cơ sở thiết kế hệ thống truyền động và mạch điều khiển của hệ thống Chương 4 s ẽ cung cấp quy trình gia công, lắp ráp, thử nghiệm hệ thống với các loại vòng biến áp khác nhau Nội dung kết luận và hướng phát triển được tổng hợp trong chương 5 của đề tài này.
Tổng quan về đối tượng nghiên cứu
1.2.1 Các đặc trưng cơ bản của máy quấn dây
Máy quấn dây có nhiều chủng loại khác nhau, nếu phân loại theo chức năng ta có các loại máy điển hình sau: máy quấn dây cáp điện, máy quấn dây hàn (như dây chuyền H8A-VD, W49-VD ở nhà máy que hàn Việt Đức), máy quấn dây máy điện quay, máy quấn dây biến áp (Hình 1.1) Trong đó, máy quấn dây biến áp là máy công cụ được sử dụng để quấn các loại dây điện đồng thành cu ộn với chiều dài quấn, số vòng quấn điều chỉnh tùy theo yêu cầu Hiện nay, trên th ế giới đã có rất nhiều nước đã nghiên cứu và chế tạo máy quấn dây máy biến áp từ bán tự động đến tự động như Trung Quốc, Đài Loan, Ấn Độ, Đức Tuy nhiên giá thành của các máy này là rất cao Ví dụ: Máy do Đài Loan sản xuất có giá 13.500USD, máy do CHLB Đức sản xuất có giá 30.000USD Trong nước hiện nay cũng đã có một số đơn vị nghiên cứu chế tạo máy quấn dây máy biến áp có thể kể đến như Trung tâm nghiên cứu và phát triển thị trường khoa học công nghệ (viện IMI), Viện cơ khí, công ty TNHH sản xuất thương mại dịch vụ Thiết Bảo (Gò Vấp – TP Hồ Chí Minh)…
Qua tìm hiểu về các loại máy quấn dây máy biến áp thì các lo ại máy quấn dây máy biến áp thường có chung về nguyên lí hoạt động cũng như cấu tạo cơ bản Một máy quấn dây có thể chia làm những phần chính sau: phần cơ khí, p h ần điều khiển tự động, phần động cơ [10]
- Phần cơ khí gồm: Cơ cấu quấn dây, Cơ cấu rải dây, Cơ cấu nhả dây…
- Phần động cơ điện: Động cơ quấn dây, Động cơ rải dây
- Phần điều khiển: Các nút nhấn, màn hình hiển thị, bộ xử lý trung tâm điều khiển: gồm có card vi điều khiển có cài đặt chương trình điều khiển và giao diện giao sát, đo lường trên máy tính hoặc màn hình hiển thị, hệ thống này có chức năng cài đặt các thông số và giám sát quá trình ho ạt động của máy quấn dây
Ngoài ra ở những máy tự động còn có thêm các chức năng tự động cấp bọc giấy cách ly cho máy biến áp Để quấn dây đều, đẹp, không bị đứt ta phải phối hợp việc điều khiển tốc độ động cơ rải dây và động cơ quấn dây Nếu t ốc độ động cơ quấn chạy với tốc độ nhanh thì động cơ rải dây cũng phải nhanh Việc rải dây này diển ra liên tục trong một vòng quấn dây Còn để dây quấn không bị đứt nhưng vẩn đảm bảo độ căng cần thiết thì ta phải có cơ cấu tạo độ căng dây Như vậy các động cơ này phải có sự ràng buộc lẩn nhau, dưới sự giám sát của bộ điều khiển trung tâm thông qua vi xử lý
Các đặc điểm cơ bản cần có của một máy quấn dây đồng là [1]:
- Máy quấn dây điện áp dụng cho tất cả các loại dây điện hoặc dây đồng có kích thước khác nhau
- Điều chỉnh các thông số như tốc độ, số vòng quấn, chiều dài quấn dễ dàng
- Máy quấn dây điện tự động, nhanh, đều, đẹp và chính xác
- Có chức năng lưu giữ nhiều chương trình đã được cài đặt
- Có máy quấn được nhiều cuộn cùng lúc mang lại năng suất cao
- Máy quấn dây điện tự động rất dễ sử dụng, chất lượng cao và độ bền lâu
1.2.2 Phân loại các máy quấn dây đồng hiện có trên thị trường
Máy quấn dây đồng chủ yếu dùng để chế tạo ra các loại máy biến áp với nhiều vòng dây được sắp xếp đều trên lõi sắt từ hoặc các t ấm thép kỹ thuật điện được ghép nối với nhau theo cấu trúc hình chữ nhật lõi UI, cấu trúc lõi EI hoặc lõi hình trụ tròn nhằm mục đích thay đổi điện áp đầu ra của máy dựa trên mối quan hệ số vòng dây của cuộn dây sơ cấp với số vòng dây của các vòng dây trên cu ộn thứ cấp Trong các loại lõi của máy biến áp vừa liệt kê ở trên thì biến áp hình xuyến có những tính năng đặc biệt như: Mạch từ được chế tạo bằng quấn tròn giải lá tôn liên tục hoặc đúc liền khối bằng ferit Do mạch từ kín không mối ghép nên không p hát sinh từ thông tản, tiếng ù, nhiễu điện từ đến các linh kiện điện tử bố trí gần [5] trong mạch điện Biến áp hình xuyến có hiệu suất sử dụng cao hơn biến áp tr ụ lõi chữ E-I từ 10% đến 15% (Hình 1.2) Biến áp hình xuyến được ứng dụng trong nhiều thiết bị máy móc công nghiệp và dân dụng như: Biến áp tự động ổn áp , biến áp tự ngẫu, biến áp công tắc đo dòng, biến áp nguồn Các loại máy biến áp vòng xuyến nêu trên chỉ khác nhau về kích thước lõi, công suất, điện áp vào và ra, còn cấu trúc hình học của chúng thì giống nhau (Hình 1.3)
Có nhiều cách để đưa vòng dây đồng vào bên trong lõi của các máy biến áp Một cách cơ bản nhất ta có thể phân loại các máy quấn dây đồng cho máy biến áp thành các loại sau: 1 Máy quấn dây biến áp thủ công (Hình 1.4); 2 Máy quấn dây biến áp bán tự động (Hình 1.5); 3 Máy quấn dây biến áp tự động (Hình 1.6) a) b) c) d)
Hình 1.1 Một số loại máy quấn dây hiện có trên thị trường a) máy quấn cuộn dây chữ nhật DMB 1005; b) máy quấn cuộn dây tròn AM3175; c) máy quấn dây cáp điện của hãng ABM; d) Máy quấn dây biến áp RX13-5020
Hình 1.2 Cấu trúc hình học của một số lõi thép máy biến áp a) b) c) d)
Hình 1.3 Một số loại máy biến áp vòng xuyến thông dụng a) Biến áp tự động ổn áp; b) biến áp tự ngẫu; c) biến áp công tắc đo dòng d) biến áp nguồn
Hình 1.4 Hình ảnh một số máy quấn dây biến áp thủ công
Hình 1.5 Hình ảnh một số máy quấn dây biến áp bán tự động
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nguyên cứu, tính toán và thiết kế ra một máy quấn dây đồng cho máy biến áp vòng xuyến là việc làm rất cần thiết đối với đội ngũ cán bộ kĩ thuật chuyên ngành chế tạo máy vì đây là cơ sở thực tiễn bổ sung các hạn chế về lĩnh vực điện – điện tử và điều khiển tự động Ngoài ra máy khi được chế tạo thành công sẽ giúp các cơ sở nghiên cứu trong nước, các cơ sở sản xuất với quy mô vừa và nhỏ có thể đưa vào triển khai thử nghiệm, sản xuất nhanh các mẫu máy biến áp với giá thành rẻ hơn rất nhiều so với việc sử dụng các thiết bị ngoại nhập nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu sản xuất
Ngoài ra, việc xây dựng nền tảng về phần cứng cơ khí sẽ hỗ trợ việc phát triển hệ thống điều khiển bằng cách tích hợp một số cảm biến khác vào nhằm kiểm soát quá trình hoạt động của máy một cách tối ưu hơn Điều đó cũng kh ẳng định được trình độ kĩ thuật công nghệ của sinh viên chuyên ngành công ngh ệ kỹ thuật cơ khí hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu linh hoạt trong thực tế sản xuất.
Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy quấn dây đồng cho máy biến áp vòng xuyến cần phải đạt được những mục tiêu sau:
- Nghiên cứu tổng quan về trình tự hoạt động của máy quấn dây đồng cho biến áp vòng xuyến bán tự động
- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền động cấp dây và q uấn dây của máy quấn dây đồng cho biến áp vòng xuyến bán tự động
- Xây dựng thuật toán và lựa chọn các thành phần trong hệ thống điều khiển của máy quấn dây đồng cho biến áp vòng xuyến bán tự động
- Chế tạo, lắp ráp thử nghiệm hệ thống truyền động cấp dây, quấn dây cùng hệ thống điều khiển thành một khối thống nhất.
Phương pháp nghiên cứu
Dựa vào thực tiễn phân tích các máy quấn dây biến áp vòng xuy ến t ự động hiện có trên thị trường trong nước và nước ngoài để làm nền tảng cho việc nghiên cứu lập luận, đưa ra hướng giải quyết đề tài
Nguyên cứu các nguyên lý cơ học áp dụng vào việc phân tích, tính toán khi thiết kế và điều khiển hệ thống Tham khảo các tài liệu có liên quan đ ến việc tính toán, thiết kế hệ thống truyền động cho hệ thống Cụ thể ở đây là hệ thống truyền động bánh ma sát và truyền đai răng
Nguyên cứu phần mềm mô phỏng việc tháo lắp, xây dựng quy trình sử dụng.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CỦA MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG CHO MÁY BIẾN ÁP VÒNG XUYẾN
Các đặc trưng cơ bản của biến áp vòng xuyến
Về mặt hình học, biến áp hình xuyến là một lõi ferrit hình trụ (Hình 2.1) gồm có các kích thước sau: OD – kích thước ngoài biến áp [mm];
ID – Kích thước trong [mm]; và chiều cao H [mm]
Hình 2.1 Kết cấu hình học của máy biến áp hình xuyến
Về đặc điểm điện – từ thì máy biến áp hình xuyến là một máy điện, vì thế giá trị về công suất P W , điện áp đầu vào U IN V , điện áp đầu ra U OUT V , là các giá trị cần được quan tâm đầu tiên cho quá trình thiết kế máy biến áp Do nội dung của đồ án chỉ tập trung vào thiết kế hệ thống quấn dây cho máy biến áp vòng xuyến, nên các thông số khác của máy trong các chế độ như: không tải, ngắn mạch hiệu suất cũng như tính chất của lõi thép sẽ không được đề cập đến trong nội dung của đồ án này.
Quy trình thiết kế một biến áp vòng xuyến
2.2.1 Tổng quan về quá trình thiết kế máy biến áp vòng xuyến
Máy biến áp là thiết bị điện vì thế quá trình thiết kế của máy bắt đầu từ công suất định mức mà máy làm việc, các giá trị điện áp vào và ra Trên cơ s ở của các thông số trên sẽ giúp xác định các thông số hình học của máy, s ố vòng dây cũng như tiết diện của dây quấn trên các cuộn sơ cấp, thứ cấp Sau khi có được các thông số hình học sẽ là quá trình quấn dây vào vòng xuyến do máy quấn dây đảm nhiệm Các giai đoạn về quá trình thiết kế máy biến áp vòng xuyến được trình bày trên hình 2.2
SỐ HÌNH HỌC CỦA BIẾN ÁP
Hình 2.2 Tổng quan về thiết kế máy biến áp vòng xuyến
2.2.2 Tính toán các thông số hình học cho máy biến áp vòng xuyến a Xác định tổng thể công suất lõi máy biến áp
Tổng thể công suất lõi của máy biến áp P W là giá trị ban đầu cho trước khi thiết kế bất kỳ một máy biến áp nào Công thức lõi của máy biến áp vòng xuy ến được xác định theo công thức (1) [6]
Trong đó: S – Tổng thể diện tích lõi cuộn dây máy biến áp, mm 2 b Tính tổng thể diện tích lõi cuộn dây máy biến áp
Tổng thể diện tích lõi S mm [ 2 ] của máy biến áp vòng xuy ến được xác định theo công thức (2) [6]
Trong đó: OD – kích thước ngoài lõi biến áp vòng xuyến, mm
ID – kích thước trong lõi biến áp vòng xuyến, mm
Ht – chiều cao lõi biến áp vòng xuyến Đối với mỗi loại máy quấn dây của máy biến áp vòng xuyến thì tùy thuộc vào thiết kế cơ khí của máy mà các giá trị P W , OD, ID và Ht s ẽ nằm trong một giới hạn được xác định Mục tiêu đặt ra của loại máy quấn dây đang thiết kế nhằm phục vụ để chế tạo ra các biến áp vòng xuyến có giá trị công suất định mức
P = W Đây là các máy biến áp cỡ trung bình và thường được sử dụng trong các máy ổn áp cỡ nhỏ, các ampli…Từ giá trị ban đầu của công su ất và công th ức
(1), (2) ta có thể xác định tổng quát về kích thước hình học của lõi biến áp vòng xuyến như trong bảng 2.1 Các giá trị trong bảng 2.1 chính là căn cứ để thiết kế lên khung cơ khí của máy quấn dây trong phần 3 của đồ án này
Bảng 2.1 Thông số điện và hình học của máy biến áp đang thiết kế
Stt Thông số Giá trị
2 Điện áp đầu vào U IN V (AC) 220
3 Điện áp đầu ra U OUT V (AC) 12 – 0 – 12
4 OD – kích thước ngoài lớn nhất của biến áp [mm] 90
5 ID – Kích thước trong nhỏ nhất của biến áp [mm] 50
6 H – chiều cao, [mm] 12 - 18 c Xác định cường độ dòng điện và xác định tiết diện dây quấn trên các cuộn dây máy biến áp
Cường độ dòng điện I [ ] A và tiết diện dây quấn d mm [ ] trên các cu ộn dây của máy biến áp được xác định lần lượt theo công thức (3) và (4) core i i
Trong đó: I A i [ ] và U i [V] là cường độ dòng điện và điện áp của các cuộn dây với: i = 1 - dùng cho cuộn sơ cấp; i = 2 - dùng cho cuộn thứ cấp;
Tiết diện dây quấn trên cuộn sơ cấp và thứ cấp được xác định bởi (4)
Trong đó: I A i [ ] là cường độ dòng điện của các cuộn dây được xác định bởi
(3) với i = 1 - dùng cho cuộn sơ cấp i = 2 - dùng cho cuộn thứ cấp; d Xác định số volt trên một vòng dây Đây là thông số quan trọng có đơn vị là V turn đặc trưng cho giá tr ị điện áp trên một vòng dây của máy biến áp và được xác định bởi (5)
Trong đó: K = 32 50 - là hệ số của máy biến áp và phụ thuộc vào tính ch ất hình học của máy Đối với biến áp có cấu trúc hình chữ nhật lõi UI hoặc lõi EI thì
K , Đối với biến áp có cấu trúc lõi hình trụ tròn hoặc biến áp xuyến thì K 40 Thông thường biến áp xuyến được thiết kế với K = 42[6, 7] e Xác định số vòng dây trên các cuộn dây máy biến áp
Số vòng dây trên các cuộn dây được xác định dựa trên công thức (6) i i unit
Trong đó: + U i [V] là và điện áp của các cuộn dây với: i = 1 - dùng cho cuộn sơ cấp; i = 2 - dùng cho cuộn thứ cấp;
+ U unit - số volt trên một vòng dây (5) Sau khi đã xác định để lựa chọn các loại dây quấn cũng như số vòng dây cho các cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp ta có thể xác định được kích thước thực tế của máy biến áp sau khi quấn dây Ngoài ra, các thông số về kích thước của máy sau khi đã quấn dây còn có thể được tính nhờ phần mềm [11] dựa trên các d ữ kiện đã được xác định qua các công thức từ (1) đến (6) Đây là kích thước cuối cùng thu được của biến áp với các kích thước cực đại đã cho trong bảng 1 (Hình
Hình 2.3 Xác định các giá trị cực đại của vòng xuyến sau quấn dây nhờ phần mềm
Các phương án thiết kế hệ thống máy quấn dây đồng
Qua quá trình tìm hiểu về các dòng máy quấn biến áp hiện đang được sử dụng trên thị trường thì tạm thời phân loại ra được 3 phương án chế tạo máy quấn dây sau
2.3.1 Phương án 1 Đây là phương án mà máy có vòng chứa dây đồng nằm bên trong của vòng quấn dây (Hình 2.4) Phương án này được sử dụng cho các máy quấn dây biến áp có công suất nhỏ hoặc các cuộn dây cảm kháng với số lượng dây qu ấn ít và được áp dụng cho các cơ sở sản xuất nhỏ hoặc các cá nhân có mục đích tự chế ra các máy biến áp cho quá trình nghiên cứu, thử nghiệm các sản phẩm có liên quan đ ến biến áp vòng xuyến Nguyên tắc hoạt động chính của phương án này d ựa trên sự quay của động cơ DC 2 sẽ làm dây đai 3 quay, d ẫn đến vòng dẫn động chính 4 quay theo dựa trên sự ma sát của vòng với dây đai Vòng dẫn động chính 4 mang theo cuộn chứa dây đồng 5 quay quanh cuộn biến áp vòng xuyến 8 và lần lượt nhả dây lên biến áp vòng xuyến [10] Trên cuộn chứa dây đồng 5 có gắn một lò xo để tạo lực căng cho dây (Hình 2.5)
Hình 2.4 Phương án 1 của máy quấn dây đồng
Hình 2.5 Cơ cấu dùng lò xo tạo lực căng dây cho vòng chứa dây đồng
Vòng quấn và rải dây được dùng chung Khi đó dây đồng được quấn thẳng vào trong vòng dẫn động chính 3 và bị dây đai 2 đè lên Động cơ DC 1 quay dẫn theo các ròng rọc quay bởi dây đai 2, lúc này dây đồng quấn quanh cuộn biến áp 6 được căng dây bởi trục chống tâm 4 Động cơ bước 5 hoạt động làm 3 trục quay quanh cuộn biến áp 6 (Hình 2.6)
Hình 2.6 Phương án 2 của máy quấn dây đồng
Phương án 3 tách biệt quá trình dẫn động chính của máy, nạp dây và xả dây để quấn các dây đồng vào lõi biến áp vòng xuyến Máy quấn dây theo p hương án này gồm hai vòng, một vòng truyền động, một vòng rải dây Khi nạp dây thì bánh răng liên kết với vòng nạp, khi quấn chỉ bánh răng quay vòng nạp được tháo khớp liên kết nó tự quay theo bánh răng nhờ dây đồng được gài vào tấm đỡ dây và con lăn Động cơ DDC quay khiến các ròng rọc quay bởi dây đai, lúc này ta cấp dây đồng vào vòng dây đồng Sau đó bắt đầu quấn dây bằng việc nhập thông số tại bảng điều khiển, động cơ DDC quay khiến vòng quấn dây quanh quanh vòng biến áp, trên vòng quấn dây có cảm biến sẽ tự động đếm vòng để động cơ bước có cơ sở quay dẫn theo con lăn quay vòng biến áp theo từng lớp dây đồng (Hình 2.7) Các máy quấn dây đồng của Trung Quốc và Đức hiện đang hoạt động chủ yếu dựa trên phương án này [11] Dựa trên các phương án đã tổng hợp Bảng 2.2 trình bày khái quát các ưu điểm và nhược điểm đối với từng phương án a) b) Hình 2.7 Phương án 3 của máy quấn dây đồng a của Trung Quốc, b của Đức
Bảng 2.2 Ưu điểm và nhược điểm của các phương án Ưu điểm Nhược điểm
+ Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ
+ Các thông số được nhập tự động
- Cuộn biến áp vòng xuyến phải đủ to để cuộn dây đồng có thế chui lọt
- Khoảng cách giữa các vòng quấn không đồng đều
- Không thể canh chỉnh độ đồng tâm của loại biến áp cần quấn
- Chưa đáp ứng yêu cầu đảm bảo độ căng dây
+ Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ
+ Có độ chính xác cao
- Không có hệ thống ngắt tự động khi gặp sự cố đứt lỏi dây biến áp cần quấn
- Cần sử dụng thủ công để căng dây giai đoạn đầu
- Ít có tính thẩm mỹ
+ Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ
+ Có giao diện và kết cấu thuận tiện cho người dùng
+ Tương đối dễ dàng trong quá trình chế tạo
+ Dễ điều khiển, linh động
+ Dễ dàng tháo lắp và bảo dưỡng
- Vẫn còn là bán tự động
- Không có hệ thống ngắt tự động khi gặp sự cố
- Cần sử dụng thủ công để căng dây giai đoạn đầu
2.3.4 Lựa chọn phương án thiết kế
Căn cứ vào ưu điểm, nhược điểm của ba phương án trên (Bảng 2.2), nhóm thiết kế quyết định chọn phương án 3 vì các lý do sau đây : phương án 3 giúp quá trình vận hành dễ dàng với việc tách riêng cơ cấu truyền động với vòng nạp và r ải dây, tránh hiện tượng đứt dây khi thao tác; trên máy có sử dụng thêm cơ cấu hãm chuyển động của vòng nạp và rải dây nhằm đảm bảo độ căng dây khi quấn; có thể quấn được nhiều loại dây với tiết diện khác nhau; số lượng cuộn dây quấn nhiều do vòng nạp dây có tiết diện chứa được nhiều dây quấn Thông số thiết kế sơ bộ của máy được trình bày trong bảng 3
Bảng 2.3 Thông số thiết kế sơ bộ của máy quấn dây biến áp vòng xuyến
Hệ thống dẫn động điều khiển + Dẫn động chính sử dụng động cơ DC 150W + Động cơ bước sử dụng để quay biến áp vòng xuyến
[mm] 0.05 – 1.1 Đường kính ngoài lớn nhất, [mm] 8 – 75 Đường kính trong nhỏ nhất, [mm]
[vòng/phút] 1500 rpm (depending on winding head)
Kích thước tổng quát 350 x 250 x 180 mm
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG CHO MÁY BIẾN ÁP VÒNG XUYẾN
Xây dựng mô hình 3D của máy
Phần mềm Solid Works được sử dụng trong quá trình thiết kế mô hình 3D của máy quấn dây biến áp vòng xuyến
Mô hình tổng thể của máy
Về tổng quát, máy quấn dây biến áp vòng xuyến được chia ra làm 4 cụm chi tiết chính: cơ cấu truyền động chính của máy; cơ cấu chứa dây; cơ cấu hãm chuyển động của vòng chứa dây và cơ cấu truyền động phụ của máy (Hình 3.1)
Hình 3.1 Mô hình tổng thể của máy
3.1.1 Mô hình cơ cấu truyền động chính của máy
Cơ cấu truyền động chính của máy (Hình 3.3) được đặt sát với thân máy và được truyền động nhờ hệ thống dây đai và các bạc dẫn hướng (Hình 3.2) Trên vòng chuyển động chính được bố trí khóa gài nhằm giúp người sử dụng đặt lõi của biến áp vòng xuyến khi thao tác
Hình 3.2 Mô hình vòng tròn truyền chuyển động chính
Hình 3.3 Khóa gài trên vòng tròn truyền chuyển động chính
3.1.2 Mô hình cơ cấu chứa dây
Cơ cấu chứa dây được kết nối với các bạc dẫn hướng trên thân máy (Hình
3.2) và được đặt liền kề với vòng tròn truyền chuyển động chính của máy Khi máy hoạt động ở chế độ nạp dây, cơ cấu hãm chuyển động của vòng ch ứa dây (Hình
3.5) được tách rời với vòng chứa dây Vòng chứa dây khi đó liên kết với vòng tròn truyền chuyển động chính qua ốc M5 (Hình 3.4b) và có vận tốc chuyển động cùng vận tốc chuyển động của vòng tròn truyền chuyển động chính a) b)
Hình 3.4 Mô hình vòng tròn chứa dây đồng a vòng tròn chứa dây và khóa gài; b liên kết giữa vòng tròn chứa dây đồng và vòng tròn truyền chuyển động chính
3.1.3 Mô hình hãm chuyển động của vòng chứa dây
Cơ cấu hãm chuyển động của vòng chứa dây (Hình 3.5a) có tác dụng giữ vòng chứa dây không chuyển động khi máy hoạt động ở chế độ quấn dây và t ạo lực căng dây khi quấn dây đồng vào lõi của biến áp vòng xuyến Cơ cấu hãm chuyển động của vòng chứa dây liên kết với vòng chứa dây và thân máy như trên hình 3.5b, c a) b) c)
Hình 3.5 Cơ cấu hãm chuyển động của vòng chứa dây
3.1.4 Mô hình cơ cấu truyền động phụ của máy
Cơ cấu truyền động phụ của máy gồm 3 cụm chi tiết nhỏ: cụm bạc đỡ cố định (Hình 3.6b); cụm bạc đỡ di động gắn với động cơ bước (Hình 3.6a) và cụm tạy quay nhằm điều chỉnh khoảng cách tương đối giữa các bạc đỡ cố định và di động nhằm giúp người sử dụng có thể linh hoạt trong việc điều chỉnh các loại lõi biến áp với các đường kính khác nhau a) b)
Hình 3.6 Cơ cấu truyền động phụ của máy a cụm bạc đỡ di động; b cụm bạc đỡ cố định
Trình tự tính toán hệ thống cấp dây
Việc tính toán cơ cấu truyền động của máy bao gồm việc giải quyết các vấn đề có liên quan để xác định kết cấu các phần tử quay của vòng chứa dây xuất p hát từ năng suất yêu cầu Q yc [ unit h / ] Giá trị năng suất này chính là số máy biến áp phải tạo ra trong 1 giờ Khi đó thời gian để quấn một máy biến áp (giả sử chỉ quấn một cuộn dây sơ cấp hoặc thứ cấp bất kỳ) tính theo phút là :
3.2.1 Xác định vận tốc quấn dây
Công thức (6) có thể xác định số vòng dây phải quấn T turn i [ ] Giá trị lớn nhất đối với loại máy biến áp được đặt ra chế biến (Bảng 1) nằm trong kho ảng t ừ
350 đến 400 vòng Vận tốc quấn dây trong một phút được xác định theo công thức
Vận tốc quấn dây chính là số vòng dây phải quấn được trên lõi biến áp vòng xuyến trong một phút và cũng chính là vận tốc chuyển động của vòng tròn chuy ển động chính m 1 [kg] cùng với vòng chứa dây m 2 [kg] và tổng khối lượng của dây đồng bên trong vòng chứa dây m 3 [kg] Khi đó tổng khối lượng của các vòng chuyển động là :
M = m + m + m = 0,5 + 0,4 + 0,1 = 1 (kg) (9) Vận tốc dài của vòng quấn dây được xác định theo công thức :
Trong đó: D – đường kính vòng chứa dây (mm)
3.2.2 Tính mật độ dây đồng
Mật độ dây đồng là số vòng dây đồng chứa được trên vòng chứa dây (Hình
3.7) và được xác định bởi công thức : yc Q yc T i
Hình 3.7 Sự phân bố dây đồng trong vòng chứa dây
3.2.3 Tính và lựa chọn thông số các động cơ
Dưới tác động của trọng trường, lực tác động lên cơ cấu chuyển động của máy [2, 3, 4]
+ M - Tổng khối lượng vòng quay (kg) + g - Gia tốc trọng trường (m/s 2 ) = 9,8 m/s 2
Công suất của động cơ truyền động chính được xác định bởi :
Ngoài ra, trong máy sử dụng động cơ bước để làm quay lõi vòng xuy ến để từ đó đưa dây đồng vào lõi Động cơ bước được cho hoạt động ở chế độ full step Đối với động cơ NEMA 17 thì mỗi bước của động cơ là 1,8 độ Khi đó, căn cứ vào số vòng dây phải rải T turn i [ ] , tốc độ rải dây yc 60 i yc
= và góc rải dây degree ta có thể xác định thời gian tạo xung nhịp cho mạch điều khiển động cơ bước theo biểu thức sau
Các giá trị T turn i [ ], yc 60 i yc
= , degree , OD là các giá trị thay đổi được và được thiết lập trước bởi người thao tác khi tiến hành quấn dây Giá trị d puly là giá trị mặc định của máy (15)
3.2.4 Tính puly truyền động (thêm số)
+ D – đường kính vòng ngoài (mm) + N – số vòng quay vòng tròn to (rpm) + n – số vòng quay của mô tơ (rpm)
3.2.5 Tính chiều dài dây đai
Mô đun m xác định theo công thức thực nghiệm:
Suy ra bước răng đai : p = m.π = 1,5.3,14 = 4,71 (mm) => Chọn p = 4,7 (mm)
+ n1 – Số vòng quay bánh dẫn (vg/ph)
+ Cr = 1 : Hệ số tải trọng động
Chiều rộng b đai răng xác định theo công thức :
Cr = 1 : Hệ số tải trọng động
Cc = 1 : Hệ số xét đến việc có sử dụng con lăn căng hoặc con lăng dẫn hướng
[p]z = 0,5 : Áp lực cho phép MPa z0 = 17 : Số răng ăn khớp trong bánh đai nhỏ h = 1 : Chiều cao của đai ψ = 1 : Hệ số phân bố tải trọng không đều giữa các răng
Chọn số răng của đai : zp = 130
Chọn chiều rộng đai : b = 6 (mm)
Chọn chiều dài đai : Lp = π.m.zp = 3,14.1,5.130 = 612,3 => Chọn 610 (mm)
3.2.6 Tính lực giữ lò xo
Việc xác định lực giữ của lò xo nhằm đảm bảo vòng chuyển động chính của máy lăn không trượt trên các con lăn [6, 7] Quá trình phân tích chuyển động của vòng cho ta giản đồ phần bố lực như trên Hình 3.8 Bài toán đặt ra là phải xác định được lực căng tối thiểu 𝐹 𝑛
Hình 3.8 Giản đồ bố trí lực trên vòng chuyển động chính của máy Điều kiện để vòng quay không trượt trên đai :
+ P – Công suất ( kW ) + v – Vận tốc vòng quay nhỏ ( m/s )
+ f – Hệ số ma sát tĩnh giữa thép và cao su = 0,7
Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy quấn dây
Hệ thống điều khiển của máy quấn dây đồng cho biến áp vòng xu yến về cơ bản phải đáp ứng các yêu cầu như đã phân tích trong chương 1 Vì thế, về sơ bộ hệ thống điều khiển của máy gồm có các khối chức năng sau: khối nguồn, khối vi điều khiển, khối hiển thị, khối động lực và khối cảm biến Các khối trên có quan hệ mật thiết với nhau Trong nội dung thiết kế hệ thống điều khiển trước tiên s ẽ tập trung vào việc giải thích chức năng của từng khối để từ đó đưa ra sơ đồ khối nguyên lý, lưu đồ thuật toán của cả hệ thống
Hệ thống điều khiển sử dụng vi điều khiển để xử lý việc nhập các giá trị đầu vào của lõi biến áp vòng xuyến như:
1 Đường kính vòng ngoài lõi biến áp: OD [mm]
2 Vận tốc rải dây: n vong phut [ / ];
3 Số vòng phải rải: N vong [ ];
4 Số độ phải rải: [degree];
Dựa trên công thức (14) giúp xác định thời gian tạo xung nhịp để làm quay động cơ bước, truyền chuyển động quay lõi biến áp vòng xuyến Ngoài ra vi điều khiển còn phải thực hiện chức năng: kiểm soát số vòng dây đã quấn, hiển thị thông số của máy Dựa trên các yêu cầu trên em lựa chọn vi điều khiển Atmega328p của hãng Atmel làm vi điều khiển chính của hệ thống điều khiển (Hình 3.9) Thông s ố kỹ thuật của vi điều khiển được trình bày trong Bảng 3.1
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của
Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V
Chân Digital I/O 14 (Với 6 chân PWM output)
Chân đầu vào Analog 8 (thêm A6, A7) so với UNO
Dòng sử dụng I/O Pin 20 mA (tối đa 40mA)
Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328)
Công suất của cả hệ thống được xác định bằng tổng công suất của các p hần tử điện – điện tử có trong hệ và dao động trong khoảng 200W Do đó, ta sẽ sử dụng nguồn tổ ong 220V AC/ 12V DC – 20A có điện áp ra ổn định và ít gây nhiễu cho mạch vi điều khiển (Hình 3.10)
Hình 3.10 Nguồn điện sử dụng cho hệ thống điều khiển
Khối LCD đảm nhận vai trò hiển thị các thông s ố, các thông tin cần nhập vào khi máy quấn dây làm việc Loại LCD được sử dụng là loại SD-DM1602A (Hình 3.11), có 4 hàng, mỗi hàng có 20 kí tự Khối LCD giao tiếp với vi điều khiển qua mạng I2C thông qua 2 chân SCL và SDA
3.3.4 Khối điều khiển động cơ bước Động cơ bước là một loại động cơ mà có thể quy định chính xác số góc quay nhờ vào số xung nhịp được cung cấp cho mạch điều khiển của động cơ bước Trong máy quấn dây, động cơ bước được sử dụng để truyền chuyển động quay của con lăn liên kết với lõi biến áp vòng xuyến, làm lõi này chuyển động giúp dây đồng được đưa tuần tự vào lõi Yêu cầu đặt ra là động cơ bước p hải quay với tốc độ đều với tốc độ quấn dây nhằm giúp khoảng giản cách giữa các vòng dây đều nhau, tạo ra từ trường đều Mối quan hệ giữa tốc độ quấn dây, số vòng dây quấn và góc cần quấn đã được trình bày trong 2.3.4 Động cơ bước được sử dụng trong máy quấn dây này là Nema17 với các thông số như trong Bảng 5 Module được sử dụng cho động cơ bước là module CNC Shield v2 với khả năng điều khiển cùng lúc 3 driver động cơ bước A4988 (Hình 3.12) cùng lúc Tuy nhiên do máy chỉ cần
1 động cơ bước nên chỉ sử dụng trục Z với hai chân điều khiển DIR – D4, STEP – D7 để kiểm soát hoạt động của động cơ
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật NEMA 17
Kích thước mặt bích 42×42 mm
Hình 3.12 Các linh kiện sử dụng cho khối điều khiển động cơ bước a CNC shield V2; b Nema 17; c A4988
3.3.5 Khối đếm số vòng quấn dây
Số vòng quấn dây được xác định là căn cứ để điều chỉnh vận tốc của cơ cấu xoay lõi biến áp Để xác định số vòng dây đã được quấn sẽ sử dụng cảm biến tiệm cận kim loại với điện áp 5V (Hình 3.13) được gá trên thân máy Chân tín hiệu của cảm biến này sẽ sử dụng chân D2 của vi điều khiển cùng chức năng ngắt (Interrupt) để nhận biết khi có kim loại tiếp xúc với mặt trên của cảm biến Đồng thời trên vòng tròn tạo chuyển động sẽ bố trí một điểm có miếng kim loại đưa ra
Khoảng cách giữa miếng kim loại và cảm biến là khoảng 2 – 4 mm Thông s ố kỹ thuật của cảm biến được cho như trong Bảng 3.3
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận kim loại LJ12A3-4-Z/BX
Cung cấp điện áp DC 6-36 V
Ngõ ra NPN cực thu để hở Đường kính của đầu dò 12mm
Chất liệu bên ngoài Nhựa, Hợp Kim
Hình 3.13 Cảm biến tiệm cận kim loại và cách kết nối với vi điều khiển
Máy quấn dây đồng hiện đang được thiết kế là dòng máy bán tự động để quấn dây đồng cho lõi các biến áp vòng xuyến do máy quấn dây có các khâu như: đặt lõi biến áp vào vị trí quấn, đưa dây đồng vào vòng cấp dây, kết nối vòng chuyển động và vòng cấp dây, kết nối dây đồng với lõi biến áp là các khâu còn cần phải có sự can thiệp của con người nên tính chất tự động của máy được xác định dựa trên các yếu tố sau:
- Tự động tính toán số vòng quấn dây;
- Tự động xác định trạng thái làm việc của máy dựa trên việc xác định số vòng dây đã quấn;
- Tự động đưa ra lệnh để điều khiển, phối hợp chuyển động của 2 động cơ;
Sơ đồ khối nguyên lý các phần tử điện – điện tử, hộp điện thực tế và sơ đồ giải thuật của máy như trên hình 3.14, 3.15 và 3.16 Chương trình điều khiển được trình bày trong phụ lục của đồ án này
KHỐI ĐỘNG LỰC - ĐỘNG CƠ BƯỚC
KHỐI ĐỘNG LỰC – DC MOTOR
Hình 3.14 Sơ đồ khối nguyên lý các phần tử điện – điện tử của máy
Nhập các thông số của lõi biến áp xuyến
+ đường kính OD + số vòng quấn + góc quấn
Các thông số đã xác định
Vđk tính toán sơ bộ tốc độ rải dây
- Nối dây với lõi biến áp xuyến
Hình 3.16 Sơ đồ giải thuật máy quấn dây biến áp vòng xuyến
CHẾ TẠO MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG
Bố trí lịch trình các công đoạn
Dựa vào kiến thức có được từ cơ sở lý thuyết và quan sát máy thật ta có thể chia các công việc thiết kế, chế tạo máy quấn dây biến áp vòng xuyến thành 5 nhóm công việc chính như sau
1 Thiết kế mô hình tổng quát và lên danh sách thiết bị
3 Gia công cơ (cắt laser, khoan, hàn, mài,…)
5 Soạn thuyết minh, làm báo cáo.
Chuẩn bị vật tư
Máy quấn dây đồng cho biến áp vòng xuyến gồm nhiều chi tiết, cụm chi tiết được ghép nối với nhau Vật tư để chế tạo máy quấn dây đồng được chia thành các nhóm chính và sử dụng các phương pháp gia công khác nhau để chế tạo Bảng 4.1 trình bày vắn tắt các phương pháp đã sử dụng để chế tạo các chi tiết Để tiết kiệm chi phí trong quá trình chế tạo và phù hợp với điều kiện khai thác các máy hiện có trong xưởng thực hành em sử dụng phương pháp gia công đối với các cụm vòng quấn dây, vòng chuyển động chính, đế máy, thân máy bằng cách bóc tách các chi tiết thành các lớp có độ dày đồng nhất để tiến hành cắt laser các chi tiết ấy Sau đó dùng đinh ốc để lắp ghép tạo thành chi tiết hoàn chỉnh Các chi tiết có hình dạng trụ như con lăn thì em sử dụng phương pháp tiện để gia công Sau quá trình chu ẩn bị vật tư, các chi tiết để lắp ráp đã được chuẩn bị như trên hình 4.1
Hình 4.1 Tổng hợp các vật tư chế tạo máy quấn dây biến áp vòng xuyến
Bảng 4.1 Các nhóm chi tiết chính của máy quấn dây và phương pháp gia công
Nhóm Chi tiết Phương pháp gia công Nơi gia công
Cụm vòng chuyển động chính và khóa gài (Hình
4.2) thiết kế bản vẽ, cắt laser, lắp ráp ốc
- đặt hàng gia công cắt laser bên ngoài
- lắp ráp tại xưởng thực hành cơ khí khoa KTCS
Cụm vòng chuyển động nạp, rải dây và khóa gài (Hình 4.3) thiết kế bản vẽ, cắt laser, lắp ráp ốc
- đặt hàng gia công cắt laser bên ngoài
- lắp ráp tại xưởng thực hành cơ khí khoa KTCS
3 Đế máy (Hình 4.4) thiết kế bản vẽ, cắt laser, lắp ráp ốc
- đặt hàng gia công cắt laser bên ngoài
- lắp ráp tại xưởng thực hành cơ khí khoa KTCS
4 Thân máy (Hình 4.4) thiết kế bản vẽ, cắt laser, phay , hàn
- đặt hàng gia công cắt laser bên ngoài
- lắp ráp tại xưởng thực hành cơ khí khoa KTCS
Con lăn, bạc đỡ cho các cụm vòng chuyển động (Hình 4.5) thiết kế bản vẽ, tiện xưởng thực hành cơ khí khoa KTCS
Cơ cấu hãm chuyển động vòng cấp và rải dây (Hình 4.6) thiết kế bản vẽ, cắt laser, lắp ráp ốc phòng thực hành điện-điện tử - khoa KTCS
7 Cơ cấu chuyển động phụ của máy (Hình 4.7) thiết kế bản vẽ, In 3D, tiện phòng thực hành điện-điện tử - khoa KTCS
8 Hệ thống điện – điều khiển lắp ráp, hàn dây, lập trình vận hành, kiểm tra phòng thực hành điện-điện tử - khoa KTCS a) b)
Hình 4.1 Cụm vòng chuyển động chính và khóa gài sau khi chế tạo, lắp ráp
Hình 4.2 Cụm vòng chuyển động nạp, rải dây và khóa gài sau khi chế tạo, lắp ráp
Hình 4.3 Thân máy và đế sau khi chế tạo, lắp ráp a) b)
Hình 4.4 Con lăn, bạc đỡ cho các cụm vòng chuyển động sau khi chế tạo, lắp ráp
Hình 4.5 Cơ cấu hãm chuyển động vòng cấp và rải dây sau khi chế tạo, lắp ráp
Hình 4.6 Cơ cấu chuyển động phụ của máy sau khi chế tạo, lắp ráp
Quy trình công nghệ chế tạo cơ cấu con lăn
Con lăn sử dụng trong máy quấn dây biến áp vòng xuyến p hải đảm bảo độ bền, khả năng quay trơn Ngoài ra còn phải có tính năng chống bụi, được che kín, có khả năng chống gỉ… do con lăn làm việc trong môi trường bụi bặm, ẩm ướt…
Con lăn quyết định sự vận hành ổn định của cả hệ thống Vì thế yêu cầu thiết kế, chế tạo con lăn có chất lượng cao là bài toán đặt ra đầu tiên và xuyên su ốt trong toàn bộ quy trình thiết kế
Con lăn về mặt hình học chi tiết có dạng trụ tròn Đường kính ngoài là 30mm, đường kính trong là 14mm, dài 16mm Ổ lăn lắp vào hai mặt có đường kính 14mm, dài 5mm
Chi tiết gia công dạng trụ tròn, thép không gỉ
Khi làm việc vật liệu phải thỏa mãn yêu cầu sau :
➢ Độ bền đảm bảo không bị biến dạng, gãy vỡ trong quá trình làm việc
➢ Phải được lăn nhám để tăng độ bám dính với dây đai quấn
Từ những yêu cầu trên ta lựa chọn vật liệu con lăn là C45 có thành p hần như sau:
Bảng 4.2 Thành phần của thép C45
➢ Do có độ bền kéo từ 570-690Mpa, thép C45 có khả năng chống bào mòn, chống oxy hóa tốt và chịu được tải trọng cao
➢ Vì có độ bền kéo cao và giới hạn chảy cao nên thép C45 có tính đàn hồi, khả năng chịu va đập mạnh tốt
➢ Sức bền kéo cao giúp cho việc nhiệt luyện, chế tạo chi tiết máy, khuôn mẫu
➢ Mức giá thành thường thấp hơn so với các dòng thép nguyên liệu khác
4.3.3 Phân tích tính công nghệ Đối với mỗi một bề mặt gia công khác nhau của chi tiết cùng với yêu cầu của nó ta lựa chọn phương án công nghệ khác nhau:
+ Đối với các lỗ ren: Sử dụng phương án khoan
+ Đối với các lỗ định vị: Khoan, khoét
+ Đối với trụ tròn: tiện thô, tiện bán tinh, tiện tinh
4.3.4 Chọn phôi và phương án công nghệ
➢ Do số lượng sản xuất là đơn chiếc, các nguyên công chủ yếu là tiện nên ta lựa chọn phương pháp tập trung nguyên công
4.3.5 Lập quy trình và thiết kế nguyên công chế tạo con lăn
Hình 4.7 Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết con lăn
Hình 4.8 Ký hiệu các bề mặt gia công
Phương pháp gia công các bề mặt của con lăn :
- Gia công bề mặt (2), (3), (4), (6), (8) : Bề mặt làm việc tiện bán tinh
- Gia công bề mặt (1), (5), (7): Bề mặt không làm việc nên tiện thô
Nguyên công 1 : Tiện khỏa mặt đầu (1), tiện bán tinh (2), (3), (4)
Bước 1 : Tiện thô khỏa mặt đầu (1) L = 1mm
Bước 2 : Tiện bỏn tinh mặt (4) đạt kớch thước ỉ30, L = 16mm Bước 3 : Tiện bỏn tinh mặt (2) đạt kớch thước ỉ27, L = 13mm Bước 4 : Tiện rónh mặt (3) đạt kớch thước ỉ20, L = 3mm
Nguyờn cụng 2 : Khoan mồi, khoan lỗ ỉ12, tiện múc lỗ (7), (8)
Bước 3 : Tiện múc lỗ (7) đạt kớch thước ỉ14, L = 18mm
Bước 4 : Tiện múc lỗ (8) đạt kớch thước ỉ16.1, L = 5mm
Nguyên công 3 : Tiện cắt đứt, tiện móc lỗ (6)
Bước 1 : Tiện cắt đứt phôi kích thước L = 16mm
Bước 2 : Tiện múc lỗ (6) đạt kớch thước ỉ16.1, L = 5mm
- Kiểm tra chiều dài chi tiết
- Kiểm tra đường kớnh ngoài ỉ30
- Kiểm tra chiều dài mặt (4)
- Kiểm tra đường kớnh ngoài ỉ27
- Kiểm tra chiều dài mặt (2)
- Kiểm tra đường kớnh lỗ ỉ14
- Kiểm tra đường kớnh lỗ ỉ16.1
Bảng 4.3 Bảng nguyên công, chế độ cắt
Nguyên công 1 Tiện khỏa mặt đầu (1), tiện bán tinh (2), (3), (4)
Thiết bị Máy tiện Đồ gá Mâm cặp ba chấu
Dụng cụ Chế độ cắt t mm s mm/vg n vg/ph
1 Tiện thô khỏa mặt đầu (1)
Nguyờn cụng 2 Khoan mồi, khoan lỗ ỉ12, tiện múc lỗ (7), (8)
Nguyên công 3 Tiện cắt đứt, tiện móc lỗ (6)
1 Tiện cắt đứt Dao tiện hợp kim
2.Tiện móc lỗ (6) Dao tiện hợp kim
Đánh giá
Trong chương 4 đã phân tích được đặc điểm chi tiết cần chế tạo Đã lựa chọn được quy trình công nghệ và thiết kế nguyên công h ợp lý để chế tạo thành công chi tiết cụm ổ lăn Sản phẩm sau chế tạo đạt được các yêu cầu kỹ thuật đề ra, lắp ráp và vận hành thử nghiệm cho kết quả tốt.
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, KẾT LUẬN HỆ THỐNG CẤP VÀ QUẤN DÂY
Kết quả thực nghiệm
Sau khi chế tạo cụm thân đế của máy, cụm vòng chuyển động chính, vòng quấn và nạp dây, các con lăn, bạc đỡ hoàn chỉnh, đã tiến hành p hun sơn ch ống gỉ các chi tiết và toàn bộ cụm Tiến hành hiệu chỉnh các cụm chi tiết để chúng liên kết và hoạt động đồng bộ với nhau
Hình 5.1 Máy quấn dây biến áp vòng xuyến hoàn chỉnh
Hình 5.2 Một số cuộn biến áp sau khi quấn thử nghiệm
Kết luận về hệ thống cấp và quấn dây
Đối với đồ án, nhiệm vụ thực hiện là nghiên cứ, thiết kế, chọn phương p háp và lập quá trình gia các cụm chi tiết của máy quấn dây đồng Thông qua đồ án, em đã nắm được tư duy thiết kế, cách tìm hiểu, đặt vấn đề và giải quyết vấn đề Ngoài ra em còn có thể học hỏi được nhiều hơn, tiếp xúc và hoàn thiện kỹ năng làm việc với các phần mềm CAD, CAM tính toán thiết kế, cũng như ứng dụng những kiến thức khi học ở xưởng và quá trình liên hệ gia công thực tế đối với một số chi tiết không thể chế tạo được tại xưởng thực hành của nhà trường để chế tạo máy Ở mức độ của một đồ án tốt nghiệp, với khối lượng công việc tương đối nhiều và kinh p hí có hạn nên khả năng làm việc của máy sau khi đồng bộ các cụm còn có p hần hạn chế Sau khi bảo vệ khóa luận tốt nghiệp xong sẽ tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện hệ thống cơ khí của cụm dẫn động phụ, hệ thống điều khiển của máy để tạo sự dễ dàng cho người thao tác cũng như đạt được hiệu suất tương đương các máy trên thị trường
PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Chương trình điều khiển của máy quấn dây đồng được viết bằng p hần mềm biên dịch Arduino cho các dòng vi điều khiển của hãng Atmel (Microchip) Chương trình chính là file : “TORO.ino”, ngoài ra còn hai file phụ là:
“FlashLed.cpp” và “FlashLED.h” là thư viện kèm theo dùng để điều khiển động cơ bước Giao diện chính của chương trình như trên Hình P1.1 Kết cấu của chương trình điều khiển được chia làm 3 đoạn chương trình chính Đầu tiên là việc khai báo các thông số làm việc của hệ thống bao gồm đường kính cu ộn dây máy biến áp, tốc độ quay vòng quấn dây, đường kính puly… (Hình P1.2) Khai báo các ngoại vi sử dụng được đặt trong setup(); và chương trình chính trong loop();
Hình P1 1 Giao diện chính của chương trình điều khiển máy quấn dây đồng
Hình P1 2 Khai báo các thông số của hệ thống điều khiển Đoạn chương trình trong setup(); void setup() {
Display_LCD_Test(); // Hiển thị LCD
Initialze_DC(); // Khai báo DC Motor
//Test_DC(); // Test chuyển động DC (chỉ dùng ban đầu)
Initialize_E(); // Khai báo Rotatory Encoder
// Khai báo các ngắt attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), flag, CHANGE); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2),isr,CHANGE);
// khai báo các nút nhấn pinMode(SETUP_CO, INPUT_PULLUP); pinMode(START, INPUT_PULLUP); time_step = 1000*(turn*60/speed_sys)/(rotation*OD/d_puly/1.8*2); } Đoạn chương trình trong loop();
Serial.println(counter_e); lcd.setCursor(5, 0); lcd.print (state);
// Giai đoạn chuẩn bị ban đầu
// Đưa vòng xuyến vào vị trí if (state == 0){ led_OUT1.Update(0, 500, 500); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print ("Put Coil to machine"); if(state_set == 0){
DC_Backward(speed_m_2); led_OUT1.Update(0, 22, 22);
} if (state == 1){ led_OUT1.Update(0, 1000, 1000); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print ("Loading Wires ");
DC_Backward(speed_m_1); led_OUT1.Update(0, 22, 22); state_set = 0;
} if (state == 2){ led_OUT1.Update(0, 22, 22); // this number is calculated to work with N and R lcd.setCursor(0, 0); lcd.print ("Step 3:"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print ("Connect to Toroid "); if(state_set == 0){
////////// Hand made ///////////// if (state == 3){ lcd.setCursor(0, 0); lcd.print ("Step 4:"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print ("Running "); led_OUT1.Update(1, time_step, time_step);
DC_Forward(speed_m_1); state_set = 0;