Mô hình hóa và mô phỏng số dây chuyền máy may khẩu trang y tế

MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG SỐ DÂY CHUYỀN MÁY MAY KHẨU TRANG Y TẾ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 8520103 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS... MỤC TIÊU NGHIÊN C

Trang 1

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ KIM HỢI

MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG SỐ DÂY CHUYỀN

MÁY MAY KHẨU TRANG Y TẾ

Trang 2

MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG SỐ DÂY CHUYỀN

MÁY MAY KHẨU TRANG Y TẾ

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 8520103

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS BÙI HỆ THỐNG

Đà Nẵng – Năm 2022

Trang 3

Lưu hành nội bộ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Lê Kim Hợi

Trang 4

Học viên: Lê Kim Hợi Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã số: 8520103 Khóa: 41KCK Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt – Ngày nay, việc nâng cao năng suất, giảm giá thành và giảm các ô nhiễm là ưu tiên

hàng đầu cho các doanh nghiệp sản xuất Trong năm 2020, đại dịch Covid-19 xuất hiện đe dọa sức khỏe con người Dây chuyền khẩu trang y tế là dây chuyền tạo ra sản phẩm khẩu trang y tế: 3 lớp,

4 lớp… có chức năng chống virus xâm nhập trực tiếp qua đường thở Các máy móc sản xuất khẩu trang y tế trước đây đa phần sử dụng xilanh khí, chỉ dùng một ít động cơ Thực tế cho thấy chi phí cho máy nén khí và hạ tầng khí nén quá lớn, cần phải giảm chi phí này xuống Yêu cầu về năng suất của mỗi dây chuyền càng lớn để phục vụ cho nhu cầu của thị trường và xuất khẩu dẫn đến cần năng suất cao hơn, máy móc cần độ chính xác cao, độ cứng vững và tốc độ di chuyển nhanh… để nâng cao năng suất của dây chuyền sản xuất Để đáp ứng được yêu cầu trên, ta phải nghiên cứu phát triển, áp dụng các công nghệ mới vào sản xuất nổi bật trong số đó là công nghệ CAD (Computer-aided design)/CAM (Computer-aided manufacturing) / CNC (Computer Numerical Control) / CAE (Computer Aided Engineering) Việc sử dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số trước khi chế tạo là giải pháp tối ưu có thể giải quyết vấn đề trước khi đưa ra chế tạo thực tế

Từ khóa: Khẩu trang, mô hình hóa, mô phỏng số, hàn siêu âm

MODELING AND NUMBERRICAL SIMULATION FACEMASK PRODUCTION

LINE

Abstract - Nowaday, improving productivity, reducing costs and pollution are top priorities

for manufacturing enterprises In 2020, the Covid-19 pandemic appeared to threaten human health The medical mask line is a production line for medical masks: 3 layers, 4 layers with the function

of preventing viruses from entering directly through the airways Previously, most of the machines used to produce medical masks used gas cylinders, using only a few engines The reality shows that the cost for air compressors and compressed air infrastructure is too large, it is necessary to reduce this cost The higher the productivity requirement of each line to serve the needs of the market and export, leading to the need for higher productivity, machines needing high precision, rigidity and fast moving speed to improve the productivity of the production line To meet the above requirements, we must research, develop, and apply new technologies to production, among which are CAD (Computer- aided design) / CAM (Computer - aided manufacturing) / CNC ( Computer Numerical Control) / CAE (Computer Aided Engineering.) Using numerical modeling and simulation methods before manufacturing is the optimal solution that can solve problems before actual manufacturing

Keywords: Facemask, 3D modeling, numerical simulation, ultrasonic welding

Trang 5

ii

Lưu hành nội bộ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

MỞ ĐẦU 1

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

V Ý NGHĨA THỰC TIỄN 4

VI DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 5

VII DÀN Ý NỘI DUNG CHÍNH 5

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT KHẨU TRANG Y TẾ 7

1.1 Lịch sử phát triển 7

1.2 Một số ứng dụng 10

1.3 Các dây chuyền trong nước và trên thế giới: 12

1.4 Các công nghệ trong dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế 14

1.4.1 Công nghệ hàn siêu âm 14

1.4.2 Bộ gấp nếp và bộ gập quai 16

1.5 Quy trình hàn quai khẩu trang y tế: 19

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ MÔ HÌNH HOÁ 20

2.1 Khái niệm về phương pháp 20

2.2 Các cơ cấu chính trong dây chuyền máy may khẩu trang y tế 23

2.2.1 Cơ cấu cấp phôi 23

2.2.2 Cơ cấu hàn quai 26

Trang 6

Lưu hành nội bộ 2.3.1 Mô hình hóa từng chi tiết cụ thể 32

2.3.2 Ưu điểm của kết hợp 2 phương pháp thiết kế 33

2.3.3 Ứng dụng của mô hình hóa: 34

2.3.4 Mô hình hóa các chi tiết 35

2.3.5 Mô hình hóa các cụm 37

2.4 Lý thuyết về động cơ Servo 39

2.4.1 Giới thiệu về động cơ Servo 39

2.4.2 Ưu điểm của động cơ Servo 39

2.4.3 Cấu tạo động cơ servo 40

2.4.4 Ảnh hưởng của các yếu tố đến động cơ Servo 41

2.5 Bộ truyền đai răng 44

2.5.1 Giới thiệu 44

2.5.2 Các thành phần của đai răng 45

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ CỦA CÁC CỤM CƠ CẤU CỦA MÁY HÀN QUAI KHẨU TRANG 47

3.1 Phân tích nguyên lý, thời gian của toàn máy 47

3.2 Tính toán thiết kế các cụm chính của máy quai khẩu trang 50

3.2.1 Cụm cấp phôi 50

3.2.2 Cụm cấp thun 57

3.2.3 Cụm kéo cắt 62

3.2.4 Cụm hàn quai 70

3.2.5 Cụm gập quai 73

3.2.6 Cụm ra hàng 74

3.3 Lắp ráp thực tế triển khai tại nhà máy 78

Trang 7

iv

Lưu hành nội bộ CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG SỐ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 81

4.1 Tổng quan về mô phỏng số 81

4.1.1 Lý thuyết về phương pháp phần tử hữu hạn 81

4.1.2 Các giai đoạn của bài toán phần tử hữu hạn 84

4.1.3 Trình tự mô phỏng số dựa trên phần mềm CAE 84

4.2 Mô phỏng số cụm hàn quai trên phần mềm Inventor CAE 85

4.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm Inventor CAE 85

4.2.2 Một số chức năng của Inventor: 86

4.2.3 Mô phỏng số cụm hàn quai 86

4.3 Mô phỏng số cụm siêu âm trên phần mêm NX CAE 94

4.3.1 Giới thiệu về phần mềm NX CAE 94

4.3.2 Cụm hàn siêu âm 94

4.3.3 Mô phỏng số cụm hàn siêu âm 95

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

PHỤ LỤC 92

Trang 8

1 Ước tính thời gian thực hiện, các thao tác chính và thao

3 Thời gian và năng suất theo mục tiêu và thực tế 42

5 Bảng tra thông số kỹ thuật của con trượt và ray trượt

Trang 9

vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH

1.1 Khẩu trang mỏ chim phòng bệnh dịch hại năm 6

1.2 Khẩu trang của bác sĩ hồi cuối thế kỷ 19 6

1.3 Khẩu trang ngừa cúm chỉ che phần miệng, năm

1.6 Hình ảnh Bác sỹ, y sỹ sử dụng khẩu trang y tế

1.7 Công nhân nhà máy tôm Minh Phú - Hậu Giang sử

1.10 Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế 4 lớp 11

1.11 Dây chuyền sản xuất khẩu trang N95 12

1.12 Dây chuyền sản xuất khẩu trang KF94 12

1.18 Bộ gập quai khẩu trang thiết kế trên phần mềm

1.19 Quy trình hàn quai khẩu trang tạo thành phẩm 17

2.1 So sánh quy trình thiết kế thuận và thiết kế ngược 18

2.2 Mô hình hóa cụm máy may khẩu trang y tế trên

phần mềm Autodesk Inventor 19 2.3 Mô phỏng số cụm kết cấu máy sử dụng phần mềm

Trang 10

2.4 Đĩa xích đôi tiêu chuẩn 35 (ANSI) 21

2.5 Thiết kế 3D đĩa xích đôi tiêu chuẩn 35 (ANSI) 21

2.17 Lắp ráp cụm hàn quai trên Autodesk Inventor 31

2.18 Lắp ráp cụm kéo cắt trên Autodesk Inventor 32

2.19 Lắp ráp cụm ra hàng trên Autodesk Inventor 32

2.22 Ảnh hưởng của hệ số khuếch đại đến momen động

2.24 Quan hệ giữa đường cong đáp ứng và thời gian 37

2.25 Ảnh hưởng của biến điều khiển đến momen động

Trang 11

viii

2.29 Đồ thị biểu thị lực ở các nhánh dẫn phụ thuộc vào

3.2 Biểu đồ phân bố thời gian theo tính toán 42

3.11 Động cơ và hộp giảm tốc cụm kéo thun 53

Trang 12

4.1 Các phương pháp giải quyết vấn đề kỹ thuật 70

4.2 Các dạng biên chung của các phần tử 71

4.8 Biểu đồ trường ứng suất Von Mises Stress 76

4.9 Biểu đồ trường biến dạng (Translational

4.10 Biểu đồ trường ứng suất chính (Stress Princeipal

4.11 Chuyển vị của tấm đỡ dày T = 16 mm 80

4.16 Chuyển vị (Biên độ dao động) của súng hàn và đe

4.17 Ứng suất dao động của súng hàn và đe hàn 20kHz 85

Trang 13

1

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

- Ngày nay, việc nâng cao năng suất, giảm giá thành và giảm các ô nhiễm là ưu tiên hàng đầu cho các doanh nghiệp sản xuất Trong năm 2020, đại dịch Covid-19 xuất hiện đe dọa sức khỏe con người Các loại sản phẩm bảo vệ sức khỏe con người như khẩu trang

y tế, máy trợ thở, máy tạo oxy… giúp đỡ rất nhiều cho việc bảo vệ và chăm sóc sức khỏe con người

- Dây chuyền khẩu trang y tế là dây chuyền tạo ra sản phẩm khẩu trang y tế: 3 lớp, 4 lớp… có chức năng chống virus xâm nhập trực tiếp qua đường thở Các máy móc sản xuất khẩu trang y tế trước đây nhập từ các nước như Đài Loan, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức,… các máy này đa phần sử dụng xilanh khí, chỉ dùng một ít động cơ

- Khi số lượng dây chuyền càng nhiều, một nhà máy sản xuất với số lượng dây chuyền lớn, yêu cầu về giảm tiền đầu tư, giảm giá thành sản phẩm, đảm bảo giảm ô nhiễm tiếng ồn… thì xilanh khí trong một dây chuyền quá nhiều nên tiếng ồn của máy nén khí rất lớn Thực tế cho thấy chi phí cho máy nén khí và hạ tầng khí nén quá lớn, cần phải giảm chi phí này xuống Khi sử dụng động cơ thì không cần sử dụng máy nén khí, giúp giảm tiếng ồn, và giảm tiếng ồn từ xilanh khí nén

- Yêu cầu về năng suất của mỗi dây chuyền càng lớn để phục vụ cho nhu cầu của thị trường và xuất khẩu dẫn đến cần năng suất cao hơn, máy móc cần độ chính xác cao, độ cứng vững và tốc độ di chuyển nhanh… để nâng cao năng suất của dây chuyền sản xuất Khi sử dụng động cơ thì độ chính xác cao hơn vì sử dụng cấp xung cho động cơ

để động cơ hoạt động, tốc độ di chuyển nhanh hơn

- Nhu cầu về thiết kế phát triển sản phẩm mới, chép mẫu và thiết kế lại từ các sản phẩm

đã có cũng như nhu cầu về sản xuất, chế tạo các bộ phận có độ chính xác và độ phức tạp cao là rất lớn Để đáp ứng được yêu cầu trên, ta phải nghiên cứu phát triển, áp dụng các công nghệ mới vào sản xuất nổi bật trong số đó là công nghệ CAD (Computer-aided design)/CAM (Computer-aided manufacturing) /CNC (Computer Numerical Control)/CAE (Computer Aided Engineering)

Trang 14

khả năng làm việc của dây chuyền sử dụng hoàn toàn động cơ, việc sử dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số trước khi chế tạo là giải pháp tối ưu có thể giải quyết vấn đề trước khi đưa ra chế tạo thực tế

- Với các lý do trên, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Mô hình hóa và mô phỏng số dây chuyền máy may khẩu trang y tế”

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu cấu trúc, thiết kế của dây chuyền khẩu trang y tế

- Phân tích lực tác dụng lên các cụm cơ cấu để tối ưu hóa hình dáng hình học

- Tính toán động học của từng cụm, sau đó tính toán thiết kế cơ cấu cơ khí cho từng cụm

cơ cấu

- Tính toán, phân tích động học, động lực học của các cụm cơ cấu để lựa chọn động cơ Servo, động cơ bước

- Sử dụng các phần mềm CAE để mô phỏng số của các chi tiết, cụm chi tiết quan trọng

- Xây dựng được số xung của các động cơ

- Triển khai thực tế tại nhà máy

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1 Đối tượng nghiên cứu:

- Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế

- Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số

- Phần mềm Inventor

- Phần mềm NX CAE

2 Phạm vi nghiên cứu:

- Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế

- Địa điểm: Công ty TNHH Tập Đoàn Phú Bảo

- Lô C21, đường D2, Khu công nghiệp Cầu Tràm, Ấp Cầu Tràm, Xã Long Trạch, Huyện Cần Đước, Tỉnh Long An, Việt Nam

Trang 15

3

Trang 16

Kết hợp phương pháp nghiên cứu giữa lý thuyết, mô hình hóa, mô phỏng số và triển khai lắp ráp tại nhà máy

- Nghiên cứu lý thuyết:

o Tổng hợp và nghiên cứu tài liệu để giải bài toán động học, động lực học, trường làm việc của dây chuyền sản xuất

o Tổng hợp và nghiên cứu tài liệu về các phương pháp tối ưu hóa hình học trong thiết kế cơ khí

o Tổng hợp và nghiên cứu tài liệu về phương pháp chọn động cơ

o Tổng hợp và nghiên cứu tài liệu về các phương pháp điều khiển động cơ

- Mô hình hóa và mô phỏng số, công nghệ CAD/ CAM/ CAE

o Mô hình hóa và thiết kế tối ưu hóa hình học cho cụm cơ cấu sử dụng phần mềm Inventor 2020

o Mô phỏng số cụm cơ cấu chịu tải trọng và chuyển động nhiều nhất trên phần mềm Inventor 2020

o Mô phỏng số cụm hàn siêu âm hoạt động đúng tần số yêu cầu sử dụng NX CAE

- Nghiên cứu triển khai tại nhà máy:

o Chế tạo các cụm cơ cấu theo nghiên cứu thiết kế

o Lắp ráp hoàn chỉnh toàn bộ dây chuyền

- Từ kết quả theo dõi quá trình sản xuất thực tế, so sánh với kết quả lý thuyết, mô phỏng,

từ đó đưa ra các thông số tối ưu trong quá trình sản xuất sau này

V Ý NGHĨA THỰC TIỄN

- Ý nghĩa khoa học:

o Đề tài nghiên cứu về ứng dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số trong thiết kế, nâng cấp dây chuyền từ xylanh sang sử dụng động cơ, góp phần cải thiện ưu điểm của dây chuyền trước đó

o Ý nghĩa khoa học của việc sử dụng động cơ Servo, động cơ bước dưới sự điều khiển của PLC để tăng năng suất và độ chính xác

o Tối ưu hóa thiết kế nhờ mô phỏng số trên các phần mềm chuyên dụng

Trang 17

VI DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

- Bản vẽ thiết kế dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế sử dụng phương pháp mô hình hóa

và mô phỏng số

- Dây chuyền đã được tối ưu hóa hình học;

- Ứng dụng phần mềm Inventor, NX để mô phỏng quá trình hàn siêu âm, xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của quá trình

- Thiết kế, chế tạo dây chuyền sử dụng tại nhà máy Phú Bảo

VII DÀN Ý NỘI DUNG CHÍNH

MỞ ĐẦU

Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế

1.1 Lịch sử phát triển

1.2 Một số ứng dụng

1.3 Các dây chuyền trong nước và trên thế giới

1.4 Các công nghệ trong dây chuyền sẵn có

1.4.1 Hàn siêu âm khẩu trang

1.4.2 Bộ gập nếp và gập quai

1.5 Quy trình hàn quai khẩu trang y tế

Chương 2: Phương pháp thiết kế và mô hình hóa

2.1 Khái niệm về phương pháp

2.2 Các cơ cấu chính trong dây chuyền máy may khẩu trang y tế

2.2.1 Cơ cấu cấp phôi

2.2.2 Cơ cấu hàn quai

2.3 Mô hình hóa trên phần mềm Autodesk Inventor

2.4 Lý thuyết về động cơ Servo

2.5 Bộ truyền bánh răng

Trang 18

3.1 Phân tích nguyên lý, thời gian của toàn máy

3.2 Tính toán thiết kế các cụm chính của máy quai khẩu trang

3.3 Lắp ráp thực tế triển khai tại nhà máy

Chương 4: Mô phỏng số sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn

4.1 Tổng quan về mô phỏng số

4.2 Mô phỏng số cụm hàn quai sử dụng Inventor CAE

4.3 Mô phỏng số cụm hàn siêu âm sử dụng NX CAE

KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG CỦA ĐỀ TÀI

Trang 19

Theo ghi chép của nhà thám hiểm người người Italy là Marco Polo, thì khẩu trang

đã xuất hiện từ thời nhà Nguyên ở Trung Quốc.Tuy nhiên đến đầu thế kỷ 17, sau khi chiếc khẩu trang y tế đầu tiên ra đời Collin Mayer bác sĩ người Mỹ đã may một cái túi bằng vải, có khoét 2 lỗ cho 2 con mắt Và trùm cái “khẩu trang” này vào đầu cùng với một cặp kính để khám chữa bệnh thủy đậu

Hình 1.1: Khẩu trang mỏ chim phòng bệnh dịch hại năm 1619 [22]

Cho đến năm 1827, bác sĩ người Tây Ban Nha Fernandez Carlos thiết kế chiếc khẩu trang khác Dựa theo hình dáng của Hijab mà phụ nữ Hồi giáo dùng để che mặt

Trang 20

Năm 1899, chiếc khẩu trang tiến thêm một bước nhưng lần này đơn giản hơn Mỗi khi khám bệnh, các bác sĩ người Mỹ dùng một miếng băng vết thương để che mặt Dài khoảng 40 cm, ngang 10 cm, chính giữa có thêm 04 gạc Cuốn quanh miệng và mũi rồi buộc lại ở phía sau gáy

Đến Đại dịch cúm 1918, các bác sĩ Anh quốc chế ra loại khẩu trang chỉ che kín phần miệng Nó gồm một cuộn băng vết thương, buộc túm 2 đầu rồi buộc dây vòng qua gáy Tất cả mọi người dù nhiễm bệnh hay không, mỗi khi ra đường đều phải đeo Đó cũng là chiếc khẩu trang phổ thông đại chúng đầu tiên Lúc bấy giờ, khẩu trang may bằng hai lớp vải cotton, còn màu sắc thì tùy theo ý thích của người dùng

Hình 1.3: Khẩu trang ngừa cúm chỉ che phần miệng, năm 1918 [23]

Những năm 1930, khi ngành Nhựa phát triển, khẩu trang được làm bằng nhựa trong suốt Chiếc khẩu trang y tế này ra đời đã ngăn được bụi Nhưng người đeo sẽ thấy khó thở vì nó quá kín và khá nặng nề Để cải tiến, các nhà chế tạo để hở phần dưới cằm cho không khí dễ dàng lưu thông nhưng nó lại hạn chế việc ngăn ngừa vi khuẩn xâm nhập qua đường hô hấp Năm 1947, Vải không dệt ra đời Từ loại vải không dệt này, chiếc khẩu trang y tế có cấu tạo và hình dạng như ngày nay

Trang 21

âm cho khẩu trang càng làm cho ngành công nghiệp sản xuất này trở nên mạnh hơn Tại Nhật Bản, khẩu trang được sử dụng rất nhiều cho việc tránh các dị ứng từ Hoa Anh Đào Tại các khu công nghiệp sản xuất thực phẩm thì khẩu trang y tế cũng được sử dụng rất nhiều, vì chúng có thể chắn giọt bắn cũng như là đảm bảo vệ sinh an toàn cho thực phẩm

Từ năm 2004, sử dụng hàn siêu âm cho hàn khẩu trang, và sử dụng loại vải không dệt

để sử dụng làm khẩu trang y tế Ưu điểm là sản lượng cao, chống được giọt bắn từ 2 phía, giảm nhân công khi làm việc, chi phí nguyên liệu thấp Nhược điểm của loại này

là chi phí máy móc cao, cần có nhân công có kỹ thuật, vật liệu phải đáp ứng được nhu

cầu của máy [16]

Vì nhu cầu của thị trường, những ứng dụng và ưu điểm của máy may khẩu trang y

tế bằng phương pháp hàn siêu âm nên thị trường hiện nay rất phát triển các dòng máy này Vì vậy, nhu cầu thiết kế, chế tạo, lắp ráp dây chuyền mới cũng như nâng cấp, cải tiến dây chuyền cũ ngày càng được đặt ra nhiều hơn tại các nhà máy sản xuất khẩu trang Đây là một điều đặt ra cho các công ty chế tạo máy cần nắm rõ công nghệ, sản phẩm, dây chuyền lắp ráp, chế tạo hàng loạt để đáp ứng nhu cầu của thị trường

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp vải sợi và ngành công nghiệp may mặc, các sản phẩm khẩu trang y tế đua nhau ra đời với đa dạng về chủng loại Đặc biệt, trong đại dịch Covid-19, khẩu trang là một phần bắt buộc trong công cuộc chống dịch, vì vậy máy móc, dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế cũng phát triển rất mạnh mẽ

Trang 22

Trang 23

11

Hình 1.6: Hình ảnh Bác sỹ, y sỹ sử dụng khẩu trang y tế trong công việc

- Ứng dụng trong ngành sản xuất thực phẩm: Công nhân trong các nhà máy sản xuất thực phẩm sử dụng khẩu trang y tế để tránh giọt bắn, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm

Hình 1.7: Công nhân nhà máy tôm Minh Phú - Hậu Giang sử dụng khẩu trang y tế

Trang 24

- Ứng dụng trong ngành sản xuất khác: Ngành sản suất thép, luyện kim, sản xuất vật dụng…

Hình 1.9: Công nhân nhà máy thép Hòa Phát sử dụng khẩu trang y tế

- Vì đại dịch Covid-19 nên khẩu trang y tế được sử dụng như là vật thiết yếu để đáp ứng công cuộc phòng và chống dịch

1.3 Các dây chuyền trong nước và trên thế giới:

- Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế:

Trang 25

13

Hình 1.10: Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế 4 lớp [24]

- Dây chuyền sản xuất khẩu trang N95:

Hình 1.11: Dây chuyền sản xuất khẩu trang N95 [25]

- Dây chuyền sản xuất khẩu trang KF94:

Trang 26

Hình 1.12: Dây chuyền sản xuất khẩu trang KF94 [26]

1.4 Các công nghệ trong dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế

1.4.1 Công nghệ hàn siêu âm

Là công nghệ mới nhất để hàn khẩu trang hiện tại Trong dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế, thì thiết bị hàn siêu âm đóng vai trò chủ đạo Sử dụng năng lượng bằng điện năng chuyển sang sóng siêu âm – Ultrasonic Welding Tần số cao (chủ yếu là 20 kHz) Độ ma sát của chất liệu làm khẩu trang y tế và đầu hàn, đe hàn của máy khi phát siêu âm sinh ra nhiệt, làm nóng chảy vật liệu tại vị trí ma sát, giúp các vật liệu dính chặt

với nhau (vải không dệt và vải không dệt; vải không dệt và dây thun) [27]

Trang 27

15

Bộ phận siêu âm có đầu hàn khuếch đại booster, giúp quá trình hàn siêu âm diễn

ra nhanh hơn và vô cùng đơn giản Hiệu quả năng suất sản xuất rất cao

Một bộ hàn siêu âm bao gồm:

- Máy phát siêu âm: Phát ra dòng điện

- Súng hàn: Biến đổi dòng điện thành sóng siêu âm

- Đe hàn: Tăng diện tích tiếp xúc, chịu lực dập của đầu hàn

Trang 28

- Ba lựa chọn chế độ làm việc: Kiểm soát bên ngoài / Thời gian / Năng lượng

- Màn hình LCD để theo dõi trạng thái làm việc

- Truyền thông RS485 MODBUS RTU

- Tự bảo vệ, ví dụ Bảo vệ quá nhiệt, Bảo vệ quá dòng, Nhiệt độ quá áp…

1.4.2 Bộ gấp nếp và bộ gập quai

Để sản xuất thân khẩu trang y tế, các cuộn vải không dệt và giấy lọc kháng khuẩn meltblown được trải chồng lên nhau theo thứ tự Sau đó, bốn lớp vải sẽ được tạo nếp

Trang 30

sản phẩm hoàn thiện Bộ phận này làm cho quai đeo không bị thừa ra ngoài, giúp dễ dàng cho công nhân đóng gói sản phẩm nhanh hơn, hoàn thiện hơn và tiết kiệm không gian cho bao bì đóng gói

Hình 1.17: Bộ gập quai khẩu trang [29]

Trang 31

19

Hình 1.18: Bộ gập quai khẩu trang thiết kế trên phần mềm Autodesk Inventor

Bộ gập quai sử dụng nhiệt để làm nóng đầu gập, làm cho vải thun khẩu trang định hình gập vào phôi khẩu trang

1.5 Quy trình hàn quai khẩu trang y tế:

Để tạo ra khẩu trang y tế hoàn chỉnh thì từ máy thân, phôi khẩu trang sẽ được hàn quai qua máy thân, quá trình được biểu thị như sau:

Phôi khẩu trang

Cụm hàn quai trái

Cụm hàn quai phải

Cụm ra khẩu trang Cụm gập quai

Khẩu trang hoàn chỉnh

Cụm cấp dây quai

Cụm cắt dây Nguồn hàn siêu âm

Cụm cấp dây quai

Cụm cắt dây

Nguồn hàn siêu âm

Nguồn nhiệt

Trang 32

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ MÔ HÌNH HOÁ

2.1 Khái niệm về phương pháp

Mô hình hóa hình học xuất hiện cuối những năm 60 và đầu những năm 70 của thế kỷ 20, thời gian phát triển nhanh chóng của Đồ họa điện toán, CAD (Computer-aided design) và công nghệ chế tạo Ở nước ta, mô hình hoá hình học được áp dụng từ

những năm 1990 trong một số Trường Đại học [5] Từ đó, phương pháp mô hình hóa

được sử dụng rất nhiều trong thiết kế cơ khí Sử dụng các phần mềm thiết kế 2D, 3D để thiết kế, tạo ra các mô hình ra máy móc, sản phẩm giống như mô hình thực tế dưới sự trợ giúp của máy tính, cho biết vị trí trực quan, cấu trúc, cấu tạo của từng cụm lắp, toàn

bộ về biểu linh kiện lắp ráp của sản phẩm, máy móc

Có 2 quy trình thiết kế: thuận và nghịch Thiết kế thuận từ ý tưởng để tạo ra sản phẩm thực tiễn Đối với thiết kế nghịch thì từ sản phẩm, chúng ta sẽ tạo ra bản thiết kế đáp ứng rồi cho sản xuất đại trà Mỗi quy trình đều có đặc điểm riêng Tùy vào điều kiện thiết kế của sản phẩm để chọn quy trình phù hợp

Trang 33

21

Hình 2.1: So sánh quy trình thiết kế thuận và thiết kế ngược

Sau khi thiết kế ra máy móc, sản phẩm cụ thể, phương pháp mô phỏng số sẽ cho biết về các phân tích động học, động lực học, khả năng chịu tải của chi tiết, bộ phận cũng như tối ưu hóa về thiết kế cho các nhà thiết kế

Ngày nay, phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số được sử dụng phổ biến trong các công ty thiết kế, chế tạo máy móc Các phần mềm cũng giúp người thiết kế ứng dụng được các tính năng, thư viện… để có thể lựa chọn các chi tiết lắp ghép cũng như các linh kiện mua vào Mô phỏng số sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cũng cho phép biết được tình trạng chịu tải của cụm hoặc chi tiết, chuyển vị, ứng suất bền…

Mô hình hóa: sử dụng các phần mềm 3D CAD để thiết kế các chi tiết, lắp ráp các chi tiết trên máy tính Các quá trình thiết kế được thực hiện thông qua các công cụ hỗ trợ từ máy tính giúp xác định vị trí tương quan, hỗ trợ bản vẽ chế tạo, bản vẽ lắp cho người thiết kế

Trang 34

áp suất, biến dạng, chuyển vị, nhiệt độ… Trên cơ sở đó, giúp tìm ra được những vị trí nguy hiểm, không an toàn, có khả năng gây hư hỏng thiết bị, chi tiết máy…, hoặc các

vị trí có chỉ số an toàn quá cao (thừa bền), có thể thay đổi kích thước kết cấu để có thể làm giảm khối lượng, tiết kiệm vật liệu, nâng cao hiệu quả cho thiết kế và gia công

Trang 35

23

Hình 2.3: Mô phỏng số cụm kết cấu máy sử dụng phần mềm Autodesk Inventor

2.2 Các cơ cấu chính trong dây chuyền máy may khẩu trang y tế

2.2.1 Cơ cấu cấp phôi

Cơ cấu cấp phôi là cơ cấu để đưa phôi khẩu trang vào vị trí cần hàn quai khẩu trang Sử dụng 1 bộ truyền xích để dẫn khay chứa phôi khẩu trang đến vị trí hàn quai

Cơ cấu cấp phôi bao gồm:

- 4 đĩa xích đôi kiểu xích 35Z33 (gia công theo yêu cầu)

- 2 dây xích kiểu 35 (tiêu chuẩn ANSI)

- Khay chứa phôi

Đĩa xích được làm từ thép C45, phần răng đĩa được tôi đạt độ cứng 55HRC

Trang 36

Hình 2.4: Đĩa xích đôi tiêu chuẩn 35 (ANSI)

Hình 2.5: Thiết kế 3D đĩa xích đôi tiêu chuẩn 35 (ANSI)

Khay chứa phôi làm từ Inox (SUS304) giúp tránh Oxi hóa trong quá trình làm việc, khi tiếp xúc khẩu trang

Trang 37

25

Hình 2.6: Khay chứa khẩu trang

Xích được sử dụng loại xích 35(tiêu chuẩn ANSI) có tai gá 1 bên, dùng để lắp các khay di chuyển phía trên Loại xích này là xích tải, giúp mang các

Hình 2.7: Xích tai gá 1 bên

Trang 38

Cơ cấu hàn quai là cơ cấu dùng để hàn dây thun vào phôi khẩu trang, giúp trở thành 1 khẩu trang hoàn chỉnh

Cơ cấu hàn quai bao gồm: cấp dây thun, cắt dây thun, hàn quai

- Cơ cấu cấp dây thun:

Là cơ cấu dùng để chuẩn bị dây thun trước khi cắt, hàn Dây thun được xếp theo từng cuộn, sau đó cơ cấu này sẽ kẹp đúng yêu cầu chiều dài của dây thun Sử dụng bích xoay để kẹp phôi Chiều dài của dây thun đáp ứng nhu cầu được quấn theo bán kính của bích xoay Sử dụng bộ kẹp xoay để có thể giữ vị trí của dây thun trên bích xoay

Hình 2.8: Bích xoay quân dây thun

Với mỗi loại dây thun khác nhau thì độ co giãn cũng khác nhau, do đó cần yêu cầu thiết kế thêm 1 bộ căng dây để có thể điều chỉnh chiều dài, và đảm bảo bích xoay

có thể quấn thun liên tục Bộ điều chỉnh này sử dụng 1 động cơ thường, dây thun được kéo bởi con lăn kéo (vật liệu PU) và con lăn dẫn bằng Inox (SUS304)

Dây thun có tính co giãn khác nhau nên thiết kế bộ điều chỉnh loại này có chức năng giúp cho dây thun khử được tính co giãn khác nhau

Trang 39

27

Hình 2.9: Bộ điều chỉnh chiều dài dây thun

Khi dây thun đủ quấn vào bích xoay, cảm biến sẽ nhận tín hiệu để cho động cơ kéo dây dừng lại, đảm bảo chiều dài theo quy định của từng loại khẩu trang

- Cơ cấu cắt dây thun:

Yêu cầu của toàn dây chuyền là sử dụng động cơ và thời gian cắt đáp ứng tốc độ cao, nên sử dụng 2 động cơ Servo Động cơ thứ nhất sử dụng để dẫn động cụm cắt, động

cơ thứ 2 dùng để truyền động cho kéo cắt Ưu điểm của bộ truyền là nhanh, chính xác, phối hợp tốt với các cơ cấu trong hệ

Khi động cơ dẫn động cụm cắt đưa kéo đến vị trí cần cắt, động cơ kéo cắt sẽ hoạt động để cắt dây thun Sau đó, kéo sẽ lùi về, và động cơ dẫn động cụm cắt cũng lùi về

Trang 40

Hình 2.10: Cơ cấu cắt dây thun

Cơ cấu của cụm cắt gồm bộ truyền vít me bi - con trượt, thanh truyền Cơ cấu của kéo cắt gồm bộ truyền vít me bi con trượt, bộ truyền đai răng Độ chính xác trong kết hợp cơ cấu cao

- Cơ cấu hàn quai:

Giúp cho đính quai khẩu trang vào phôi khẩu trang Sử dụng hàn siêu âm để làm nóng chảy vải không dệt (nhựa PP) và quai, sau đó tạo thành mối hàn cứng chắc

Tiêu đề	Mô Hình Hóa Và Mô Phỏng Số Dây Chuyền Máy May Khẩu Trang Y Tế
Tác giả	Lê Kim Hợi
Người hướng dẫn	TS. Bùi Hệ Thống
Trường học	Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Kỹ thuật cơ khí
Thể loại	luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	139
Dung lượng	7,64 MB