nghiên cứu thiết kế chế tạo máy thử ma sát dây giày

Lĩnh vực vải tráng phủ ở VN đang có nhu cầu cao, và một trong những yếu tố chính đánh giá chất lượng của loại vải này là tính chống thấm nước.. TÓM TẮT NHIỆM VỤ Mục tiêu :  Nghiên cứu t

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

2010

1/ Cơ quan chủ trì:

Phân Viện Dệt-May Tại Thành phố Hồ Chí Minh

Địa chỉ : 345/128A Trần Hưng Đạo, Quận 1, Tp HCM

2/ Tên đề tài:

“Nghiên cứu chế tạo máy thử tính kháng thấm nước của vải dưới áp suất thuỷ

tĩnh”

Thực hiện theo hợp đồng KHCN số 99.10RD/HD-KHCN ký ngày 25 tháng 02

năm 2010 giữa Bộ công thương và Phân Viện Dệt May tại TP.Hồ Chí Minh

3/ Chủ nhiệm đề tài: KS Lê Đại Hưng

4/ Cán bộ phối hợp nghiên cứu đề tài:

Nguyễn Văn Chất Kỹ cơ khí chế tạo máy

Nguyễn Thanh Tuyến Kỹ sư cơ khí dệt

Lương Công Kiều ThS Dệt

Trịnh Thành Trung Kỹ sư cơ khí chế tạo máy

5/ TP Hồ Chí Minh – Tháng 12 năm 2010

LỜI NÓI ĐẦU

Vải chống thấm rất đa dạng và vô cùng phong phú và nhanh chóng thâm nhập vào hầu hết mọi lĩnh vực trong đời sống xã hội như may mặc, y tế , xe hơi, nông nghiệp, địa chất, môi trường, hàng không, vũ trụ và quân sự…

Trong các loại vải chống thấm thì vải tráng phủ là thông dụng nhất Vải tráng phủ là loại sản phẩm cho giá trị gia tăng cao, lợi nhuận trong sản xuất lớn hơn nhiều các sản phẩm dệt thông thường Chúng thường được dùng để may áo đi mưa, lều , ô dù, bạt … phục vụ con người che nắng, mưa và gió bụi Lĩnh vực vải tráng phủ ở VN đang có nhu cầu cao, và một trong những yếu tố chính đánh giá chất lượng của loại vải này là tính chống thấm nước

Hầu hết các thiết bị thử tính kháng thấm nước của vải dưới áp lực thuỷ tĩnh ở nước ta hiện nay là các thiết bị nhập ngoại các thiết bị này có giá thành rất cao

Do đó việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị thử nghiệm hiện đại trong nước là cần thiết, có ý nghĩ về cả mặt khoa học và kinh tế Phục vụ và đáp úng nhu cầu trên, chúng tôi đã chọn đề tài này

MỤC LỤC

TÓM TẮT NHIỆM VỤ……….……….……… …… 5

Mục tiêu đề tài……… ……….… ……5

Nội dung đề tài……… ……… ………5

Phương pháp nghiên cứu……… ……….……… ………5

MỞ ĐẦU……… ……… …….….……… ………6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU.……… ………….………6

I Tính kháng thấm nước của vải……… ………6

II Tính kỵ nước của vải……… ……,…….….6

III Tính chống thấm nước của vải……… ……….….……… ……,,,,……6

IV Các công nghệ tráng phủ vải ……… ……….,,,,……,,….……7

1 Các loại nhựa để tráng phủ ………,,,,,…….…… …… 7

2 Các phương pháp tráng phủ ……….……… ………9

V Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chống thấm nước .……….……… 11

VI Phương pháp xác định tính chống thấm nước .……….……… 13

1 Áp suất thủy tĩnh ……….……… 13

2 Áp suất thủy động ……….……… ………14

VII Các tiêu chuẩn thử tính chống thấm nước .……….……….…… 14

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM……… ………18

I Tìm hiểu các máy thử độ kháng thấm nước……….………….18

II Lựa chọn sơ đồ nguyên lý để thiết kế……….………23

III Triển khai thiết kế……….……… ….……24

1 Thiết kế phần cơ khí ……….… …………24

2 Thiết kế phần điều khiển ………….……… …….……… …………26

3 Lắp ráp và hiệu chuẩn………….……….……… ……… ………32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN……… ……… ………….………38

1 Thử nghiệm mẫu………38

1 So sánh kết quả ……… ……38

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……….……….………45

PHỤ LỤC……….……… ……….……… …47

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….……….….……….……….48

TÓM TẮT NHIỆM VỤ Mục tiêu :

 Nghiên cứu thiết kế chế tạo Máy đo tính chống thấm nước

 Thay thế hàng nhập khẩu và đáp ứng nhu cầu thử nghiệm chỉ tiêu tính chống thấm nước của các đơn vị sản xuất và các phòng thử nghiệm dệt

Nội dung:

1.Nghiên cứu lý thuyết

Tính kháng nước của vật liệu dệt

Tham khảo các phương pháp thử tính kháng nước của vật liệu dệt

Nghiên cứu và tìm hiểu các dạng thiết bị hiện có trong nước và trên thế giới Tìm hiểu các phương pháp thử tính kháng thấm nước của vải dưới áp suất thuỷ tĩnh

3.So sánh và đánh giá kết quả thử mẫu

Phương pháp nghiên cứu:

-Tiếp cận thông tin trên mạng, các tài liệu từ các hãng cung cấp thiết bị và những tiêu chuẩn cần thiết về thiết bị đo tính kháng nước của vật liệu dệt

-Lựa chọn nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật cần thiết cho việc thiết kế -Tiến hành thiết kế dựa trên các thông số đã được lựa chọn

MỞ ĐẦU Chương 1 TỔNG QUAN TÁI LIỆU

I Tính kháng nước của vải: Được xác định qua 2 tính chất :

-Tính kỵ nước của vải (water repellency)

-Tính kháng thấm hoặc tính chống thấm nước của vải (Waterproof)

II Tính kỵ nước của vải

Nguyên tắc làm vải có tính kỵ nước:

Tính kỵ nước là khả năng đẩy nước ở dạng giọt trên bề mặt vải Quá trình xử lý hoàn tất vải kỵ nước là tạo ra một màng mỏng bảo vệ vải khỏi bị ướt nhưng không bít kín các lổ xốp của vải làm mất đi khả năng thoáng khí của vải

Nước tinh khiết có sức căng bề mặt cao là 72 dyn/cm điều này có nghĩa là lực hút phân tử của bản thân nước cao hơn lực hút phân tử giữa nước và các chất tạo nên

bề mặt vải do đó tự nước sẽ hình thành những giọt hình cầu và không thấm vào vải

Để tạo cho vải có tính kỵ nước cần làm cho sức căng bề mặt của vải < sức căng bề mặt của nước, trong thực tế người ta phủ một lớp mỏng lên bề mặt vải các loại hợp chất như : xà phòng kim loại, sáp paraffin, muối kim loại như axêtat của nhôm, zirconi chì, hợp chất silicon, hợp chất Flocacbon để giảm sức căng bề mặt vảo tạo tính kỵ nước cho vải Xử lý vải bằng công nghệ nano hiện nay tạo ra nhiều loại vải

có đặc tính kỵ nước nhưng vẫn thoáng khí được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ quần áo thể thao, vải may áo sơmi, vải lều, bạt , vải may ô dù

III Tính chống thấm nước của vải :

Nguyên tắc :

Tạo nên một màng nhựa lien tục trên mặt vải để phủ kín mặt vải, tạo cho vải không thấm được chất lỏng hoặc chất lỏng không thấm được vào vải

Để tăng khả năng chống nhiễm bẩn cho vải, khi tráng phủ ngoài việc chống thấm nước thường bổ sung các chất phụ gia vào lớp nhựa có thể chống phóng xạ, chống

vi trùng, chống hóa chất… Công nghệ này chủ yếu sản xuất vải kỹ thuật

IV Công nghệ tráng phủ :

1 Các loại nhựa để tráng phủ vải :

1.1.Cao su thiên nhiên: được sản xuất từ isoprene CH2=C(CH3)CH=CH2

Màng cao su có cấu trúc mắt lưới tạo vải có khả năng chống thấm Tuy nhiên cao

su thiên nhiên có nhiều nhược điểm, nặng, không được dẻo, ỏ nhiệt độ cao dễ bị dính, nhiệt độ thấp dễ gây đứt Trước đây phần lớn sản phẩm tráng phủ bằng vật liệu này, chủ yếu làm vải che phủ kho bạt, làm vải phủ xe tải trong chiến tranh, dần dần được thay thế bằng cao su trùng hợp

1.2.Cao su styren-butađien (cao su tổng hợp)

Tính chất của cao su này tương tự cao su thiên nhiên, nhưng chịu được mài mòn, mền dẻo hơn cao su thiên nhiên Chống thấm nước tốt, hoà tan trong dung môi hữu

cơ Được sử dụng để tráng phủ lên vải kỹ thuật, vải địa kỹ thuật

1.3 Cao su Nitrin :

Từ nhựa đồng trùng hợp của Butadien và Acrylomitril

Đặc điểm của cao su này là bền nhiệt, bền ánh sáng , bền với chất oxy hóa và chậm lão hóa, đồng thời hoà tan được trong các dung môi hữu cơ Được sử dụng để làm vải kỹ thuật, địa kỹ thuật và vài loại cao su đồng trùng hợp khác

1.5 Nhựa Polytetra Fluoroethylen (PTEF):

Đặc điểm của màng nhựa này là rất bền hóa học, bền hóa chất, dung môi hữu cơ, bền với thời tiết, bền với vi sinh vật Khả năng cách nhiệt tốt và khó bám dính, nhất là khi them phụ gia vào, khả năng chống cháy cao Với những đặc tính này, các nhà khoa học nghiên cứu và ứng dụng chất này để sản xuất vải chống phóng

xạ, vải chống tia α, γ, X…

1.6 Poly Vinyliden Fluoxide ( PVDF )

Loại nhựa này kém bền hóa học , khả năng chịu lửa và nhiệt độ nóng chảy thấp hơn loại nhựa PTEF , nhưng lại dễ tráng phủ hơn

1.7 Nhựa PU

Có thành phần khá đa dạng do các hang chế tạo sử dụng các phương pháp và nguyên phụ liệu khác nhau, nhưng đều có cùng tính chất chung : độ đàn hồi cao Loại nhựa này thường được hòa tan Dimetyl formanmit thành dạng lỏng để tráng phủ trên vải Sau khi sấy khô, dung môi bay đi, nhựa đưa vào khoang gia nhiệt cho chảy lỏng thành màng phủ trên bề mặt vải nền

Nhựa PU có thể tráng phủ được những màng rất mỏng nhờ tính đàn hồi cao nên khi gấp lại không bị gẫy mặt ( rạn nứt )

2 Các phương pháp tráng phủ :

2.1.Tráng phủ bằng dao gạt :

Hình 1

.Trục tráng phủ

2,3 Đầu tráng phủ (Dao gạt , khe cấp nhựa )

4 Khoang sấy khô

5 Khoang gia nhiệt

2.2 Tráng phủ bằng trục lưới :

Khi máy hoạt động, vải được trải trên băng tải

Trục lưới ( có hình trụ, mặt ngoài bằng lưới nylon có mật độ rất cao, khoảng 100 sợi / 1cm theo cả 2 hướng dọc và ngang.Dao gạt đặt bên trong trục lưới, sẽ quét nhựa dạng lỏng xuống bàn Ra khỏi bộ phận tráng phủ, vải được đưa vào sấy khô rồi gia nhiệt cho chảy lỏng, rồi tiến hành làm nguội

2.4 Tráng phủ bằng hệ thống ép :

V Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chống thấm nước :

Độ bền và khả năng chống thấm tùy thuộc từng loại vật liệu phủ lên vải, độ dày của vật liệu và khả năng bám dính của vào vào vải

Độ bền cơ lý và các tính chất kỹ thuật của vải sau khi tráng phủ sẽ thay đổi :

Hình 5

Cho nước chảy đầy vào xilanh 1 kẹp mẫu và khóa van 2 lại

Lắp mẫu vải thử vào

Mở van 2 và van 6 để cho áp suất nước tăng dần, thể hiện qua áp kế 4

Theo dõi bề mặt mẫu vải, khi vừa xuất hiện giọt nước thứ 3 ở trên bề mặt thử của mẫu vải thì khóa ngay van 6 lại

Đọc giá trị chiều cao h của cột nước trên áp kế

Tiêu chuẩn Mỹ qui định :

khối lượng nước cho phép là 1 g ở điều kiện thử :

2 ft ( 600mm ), tương đương 30 giây ( vòi sen )

2ft ( 600mm), 2 phút ( trời mưa )

3ft ( 915 mm), 5 phút ( bão )

Hình 6

VII Các Tiêu Chuẩn Thử Độ Chống Thấm Nước

Có rất nhiều tiêu chuẩn thử tính chống thấm dưới áp suất thuỷ tĩnh với các điều kiện thử khác nhau được thống kê trong bảng dưới đây

Tiêu chuẩn Tốc độ tăng áp

suất (mbar/ Phút)

Diện tích thử (cm 2 )

Ghi chú

Testing and Materials/Mỹ

Disposablesand Nonwovens Association /Châu

Âu

Association of TexTile Chemists and Colorists/Mỹ

Institution/Anh

Tiêu chuẩn Tốc độ tăng áp

suất (mbar/ Phút)

Diện tích thử (cm 2 )

Ghi chú

Fur Normung/Đức

Organization for Standardization/Châu

âu

Association/Nhật

không đổi trong một khoảng thời gian

Francaise de Normalisation/Pháp

1 Tiêu chuẩn ISO 811

Phạm vi: Tiêu chuẩn quốc tế này chỉ rõ phương pháp dùng áp suất thủy tĩnh để

xác định độ kháng thấm nước của vải kỹ thuật, vải bạt, vải lều

Nguyên lý đo: Nguyên lý của phương pháp là đặt mẫu vải cần đo dưới áp suất của

nước lên một mặt vải, tăng đều áp suất này cho đến khi có sự xuyên thấm trong 3 nơi trên mặt vải Áp suất nước khi có sự xuyên thấm thứ 3 xuất hiện là áp suất cần

đo Áp suất này gọi là áp suất thủy tĩnh biểu diễn độ kháng thấm nước của vải, áp suất này càng lớn độ kháng thấm nước càng lớn

Yêu cầu về thiết bị thử:

-về kẹp mẫu: nằm ngang và không thay đổi kích thước khi chịu áp suất

-Diện tích thử 100 cm2 chịu áp suất nước tăng đều 10  0,5 cm H2O/phút hoặc 60 

3 cm H2O/phút tùy chọn

-Có gắn một đồng hồ đo áp suất

-Nước dùng trong thí nghiệm là nước cất có nhiệt độ 20 2C hoặc 27 2C tùy nhiệt độ môi trường nơi đặt thiết bị

Chọn mẫu thử: Sau khi nhận mẫu vải cần thuần hóa mẫu trong điều kiện môi

trường chuẩn sau đó lấy ít nhất 5 mẫu thử từ các vị trí khác nhau trên mẫu vải, tránh các nếp gấp

Qui trình thử mẫu: Làm sạch nước trên bề mặt kẹp mẫu bằng nước cất, kẹp chặt

mẫu tránh tạo ra áp suất không mong muốn trước khi bắt đầu thử Tăng áp suất nước và liên tục quan sát bề mặt vải tìm điểm xuyên thấm Ghi lại áp suất khi thấy xuất hiện giọt thứ 3 trên bề mặt vải

Chươn 2 THỰC NGHIỆM

I Tìm hiểu các máy thử độ kháng thấm nước

Trên thế giới hiện nay có rất nhiều hãng chế tạo máy đã chế tạo máy thử nghiệm độ chống thấm nước dưới áp suất thuỷ tĩnh với nhiều nguyên lý, kết cấu, thang đo khác nhau, mỗi loại đều có ưu khuyết riêng nhóm đề tài đã nghiên cứu kỹ các loại máy đó để chọn hướng thiết kế phù hợp nhất với mục tiêu của đề tài

Kích thước mẫu 12 x 12 cm

- Nguyên lý hoạt động: bơm khí bằng tay

- Ưu điểm: Máy kết cấu đơn giản, tăng áp suất bằng tay

- Khuyết điểm: tốc độ tăng áp suất khó kiểm soát chính xác, tuỳ vào người thao tác nên kết quả không có tính lặp lại

Hình 8

Máy thử tính chống thấm nước của vải

Hình 9

Máy Digital hydrostatic meter (YG812D)

Nguyên lý hoạt động: bơm khí tự động nén vào một bình trung gian

-Ưu điểm nhỏ gọn

-Nhược điểm: góc quan sát hẹp, khó quan sát mẫu khi thao tác

Hình 10

Automatic Hydrostatic Head Tester

Máy hoàn toàn tự động

• Model FX 3000-3L cho áp suất đo 1,000 mbar (10 m water column)

• Model FX 3000-3H cho áp suất đo 2,000 mbar (20 m water column)

Máy FX 3000-3L

Nguyên lý hoạt động: Bơm khí tự động điều khiển bằng điện tử vào bình chứa trung gian

-Tính năng rất hiện đại, Phù hợp tiêu chuẩn ISO 811, đo áp suất và kiểm soát tốc

độ tăng áp suất bằng hệ thống mạch điện tử kết quả chính xác và có tính lặp lại Góc quan sát mẫu rộng

II Lựa chọn sơ đồ nguyên lý để thiết kế

Từ việc nghiên cứu phân tích ưu khuyết điểm nguyên lý hoạt động của nhiều máy khác cùng chức năng nhóm đề tài đã chọn sơ đồ nguyên lý như sau:

VAN AN TÒAN

VAL XẢ KHÍ

MÁY BƠM KHÍ

ĐỒNG HỒ ĐO ÁP SUẤT

truyền không suy giảm đến mặt thoáng bình (C) nơi có mẫu vải

Có nhiều cách để điều chỉnh (tăng và giảm) áp suất ở bình (B) như:

-cach 1:dùng van điều áp tăng giảm áp suất từ một nguồn khí nén có sẳn

-cach 2:bơm thêm nước hoặc xả bớt nước ra

-cach 3:bơm thêm không khí và xả bớt không khí ra khi cần

Đối với cách 1 van điều áp tự động khá đắt tiền, khó mua hơn nữa hệ thống phụ thuộc vào chất lượng nguồn khí nén bên ngoài (có thể bị mất, bị yếu hoặc bẩn

Kẹp trên

Kẹp dưới Đệm cao su

Ống thông

với kẹp mẫu

Thiết kế thân máy thử tính chống thấm nước của vải dưới áp suất thuỷ tĩnh

Hình 12

Hình 13

Bảng vẽ thiết kế cơ khi

2 Thiết kế phần điều khiển

2.1 Sơ đồ tổng quát

LCD 240 X 128 MONO

PWM Motor driver

Bình trung gian

VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC30F6014

ADC 12 BIT

Key board

control button

RS232

Bộ kẹp mẫu

Máy bơm khí

-độ không tuyến tính 0.078 %

Ngoài ra bộ biến đổi tương tự sang số (ADC) 12 bit cũng gây sai số  2 LSB tương đương với 2/4096 = 0.048%

Để tính độ không đảm bảo đo cho hệ thống đo lường của máy cần tiến hàng xác định độ KĐB kiểu A và kiểu B sau đó tổng hợp hai thành phần lại để có độ KĐB chung

Để xác định độ KĐB kiểu A đề tài đã tiến hành đo 30 lần một vị trí

áp suất để tính được độ lệch chuẩn s=0.6566

2

2 1

2

uBnuB

-2 UART, 2 SPI, 1 I2C, 2 CAN

Analog

-16 ADC 12 bit 200 kps, sai số max 2 LSB

PWM

-8 kênh pwm (simple) -Và nhiều chức năng khác: WDT, PLVD tạo thuận lợi cho hoạt động của vi điều khiển trong môi trường công nghiệp

Đây là vi điều khiển có nhiều chân I/O tạo thuận lợi cho các thiết kế kiểm soát nhiều ngoại vi như việc giao tiếp trực tiếp với màn hình graphic LCD240x128 pixel, bàn phím và các công tắc hành trình cũng như các nút điều khiển máy DSPIC30F6014 có bộ biến đổi tương tự sang số 12 bít 16 kênh phù hợp để chuyển

số liệu đo dạng tương tự của nhiều cảm biến áp suất ra tín hiệu số để dùng trong tính toán kết quả ra là độ thoáng khí Mặt khác DSPIC30F6014 còn có các kênh phát độ rộng xung giúp điều khiển các động cơ bên ngoài, nhất là việc điều khiển động cơ quạt dùng thuật toán điều khiển PID nhằm ổn định áp suất chênh lệch qua mẫu vải trong suốt quá trình đo DSPIC30F6014 còn có sẳn các bus giao tiếp phổ biến hiện nay như RS232, SPI, I2C, CAN sẵn sàng giao tiếp với bộ nhớ mở rộng, thẻ nhớ SD, các cảm biến đo và máy vi tính DSPIC30F6014 có bộ nhớ lập trình lớn 144k flash đủ dùng cho các chương trình phức tạp

2.4 Sơ đồ và bo mạch chính

Hình 15