Tính cấp thiết đề tài
Trong quá trình sản xuất, việc lựa chọn vật liệu thiết kế bồn chứa hóa chất là rất quan trọng do các chất hóa học có tính ăn mòn cao Những hóa chất này không chỉ cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn ảnh hưởng đến chất lượng bồn chứa Do đó, doanh nghiệp cần chú trọng đến việc sử dụng vật liệu phù hợp để đảm bảo an toàn và độ bền cho bồn chứa hóa chất.
Trước đây, bồn chứa hóa chất thường được làm từ thép cacbon, nhưng do tuổi thọ thấp và dễ bị ăn mòn, chất liệu này ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng và hiệu suất làm việc Nhằm khắc phục những hạn chế này, các chuyên gia đã nghiên cứu và phát hiện ra vật liệu gia cường sợi thủy tinh (FPR), hay còn gọi là Composite, là lựa chọn thay thế tốt nhất cho bồn chứa hóa chất tại Việt Nam.
Chất liệu composite mang lại nhiều ưu điểm vượt trội như nhẹ, không cần dây điện, không cháy, không hút ẩm, không thấm nước và khả năng chịu ăn mòn cao, chính vì vậy mà nhiều nhà sản xuất đã lựa chọn nó để làm bồn chứa hóa chất, đặc biệt là các loại axit ăn mòn mạnh Việc sử dụng composite không chỉ giảm chi phí bảo trì, vận chuyển mà còn có giá thành mua sắm hợp lý, giúp người dùng tiết kiệm chi phí đầu tư mà vẫn đảm bảo chất lượng Thực tế, chi phí và bảo trì bồn composite còn rẻ hơn so với bồn chứa bằng thép hợp kim hay bồn chứa hóa chất Hitachi Hiện nay, composite không chỉ được sử dụng để làm bồn chứa hóa chất mà còn được ứng dụng trong việc bọc phủ FRP, làm hầm biogas, bồn xử lý nước thải và nhiều sản phẩm khác.
Hình 0.1 Bồn hóa chất bằng vật liệu composite (nguồn Internet)
Hiện nay, Việt Nam vẫn thiếu các nghiên cứu và chế tạo máy quấn bồn hóa chất bằng vật liệu composite Do đó, việc nghiên cứu và phát triển mô hình máy quấn dây sản xuất bồn composite theo công nghệ đan chéo là rất cần thiết Đây sẽ là nền tảng cho việc chế tạo máy quấn bồn hóa chất bằng vật liệu composite trong tương lai.
Tình hình nghiên cứu
Các kết quả nghiên cứu trong nước
1 Đề tài: “Nghiên cứu công nghệ quấn ống sợi và chế tạo máy quấn ống sợi composite” năm 2007 – ĐH SPKT TPHCM
Đề tài nghiên cứu, do TS Lê Hiếu Giang chủ trì, tập trung vào vật liệu nền polymer nhiệt rắn và polymer nhiệt dẻo Nghiên cứu này bao gồm việc quấn ống composite bằng sợi vải và thực hiện các thử nghiệm trên ống composite sợi vải.
• Đề tài cho biết về một số phương pháp quấn ống composite trên thế giới
Đề tài này trình bày biểu thức liên hệ về tốc độ giữa hai động cơ, nhằm tối ưu hóa quá trình quấn ống Qua đó, mô hình máy quấn ống composite hai trục được chế tạo hoạt động một cách trơn tru, mang lại sản phẩm đạt yêu cầu.
2 “Ứng dụng vật liệu composite” - Trần Hữu Vinh- Công ty cổ phần đầu tư chuyển giao WORDTECH
Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về các phương pháp quấn sợi composite, bao gồm nguyên liệu sử dụng và quy trình sản xuất sản phẩm Quy trình này bao gồm các bước chuẩn bị, các giai đoạn quấn và những phương pháp quấn khác nhau Ngoài ra, bài viết cũng giới thiệu các kiểu quấn bình thông dụng như helical, hoop và polar.
Các kết quả nghiên cứu ngoài nước
In 1973, William D Goldsworthy and John A Bummell were granted a United States Patent for an innovative apparatus designed to wind filament around three axes of a mandrel This patent outlines a machine model that incorporates several fundamental winding methods, where the winding process is executed in conjunction with simple movements such as rotation and oscillation.
The study examines the impact of winding angle on the strength and deformation characteristics of filament-wound composite tubes when subjected to both uniaxial and biaxial loading conditions Published in Composites Science and Technology, volume 46, issue 4, the research spans pages 363 to 378 and highlights the critical relationship between winding angles and the mechanical performance of composite materials under different stress scenarios.
• Bài báo đưa ra kết quả thử nghiệm trên các góc quấn thay đổi từ 150 đến 850
• Đưa ra kết quả độ chịu lực trên các phương, tùy trường hợp mà sử dụng các góc quấn khác nhau
In 2001, Andrew Pivacek from Arizona State University conducted research on a computer-controlled filament winding technique for manufacturing cement-based composite laminates The study highlights the parameters involved in the processes of soaking, impregnation, pressing, and the use of additives.
4 Finite element modeling of the filament winding process- Composite structures, volume 52, issues 3- 4, May – June 2001, pages 499- 510: đề tài nghiên cứu về quá trình quấn bằng sợi filament
Nhiệm vụ nghiên cứu
Do đề tài nghiên cứu có phạm vi rộng và khối lượng lớn, liên quan đến nhiều lĩnh vực không chuyên cũng như nguyên vật liệu sản xuất bình composite, luận văn này sẽ chỉ tập trung vào những nội dung cụ thể sau đây.
• Nghiên cứu, tìm hiểu về hệ thống máy quấn dây sản xuất bồn composite
• Tính toán, thiết kế bộ trục xoay cho máy
• Tính toán thiết kế bộ di chuyển dọc trục cho máy quấn dây
• Thiết kế, thi công điện điều khiển và lập trình điều khiển máy
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích tài liệu và xử lý thông tin bao gồm việc tham khảo từ sách báo, giáo trình, tạp chí, Internet và các bài báo liên quan Dựa trên lý thuyết về composite, quá trình này giúp tập hợp và xử lý thông tin một cách hiệu quả.
Phương pháp tổng hợp bao gồm việc thu thập thông tin, phân tích và xử lý dữ liệu, đề xuất phương án, thực hiện tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình máy quấn bình Đồng thời, cần phân tích và xử lý các lỗi phát sinh trong quá trình thực hiện để đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Mục đích nghiên cứu
Kết quả của công trình bước đầu đã tạo ra máy quấn bồn, là bước đầu cho việc chế tạo bồn hóa chất bằng vật liệu composite
Kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng vào lĩnh vực khoa học, nhằm phát triển sản phẩm phục vụ nhu cầu trong nước, giảm thiểu sự phụ thuộc vào hàng nhập khẩu từ nước ngoài.
Kết quả đạt được của đề tài
• Thiết kế và lắp đặt tủ điều khiển
• Hoàn thành chương trình điều khiển và giao diện HMI
Kết cấu của đồ án
• Chương 1: Tổng quan đề tài
• Chương 2: Phương án thiết kế
• Chương 3: Phương án thiết kế tối ưu
• Chương 4: Tính toán thiết kế máy quấn dây sản xuất bồn composite
• Chương 5: Thi công sản phẩm
• Chương 6: Kết luận và định hướng phát triển
TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
Vật liệu composite đã trở thành một phần quan trọng trong đời sống hiện đại, xuất hiện rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hàng không, ô tô và thể thao Sự nghiên cứu và phát triển các loại vật liệu composite mới đang ngày càng gia tăng, phản ánh nhu cầu ngày càng cao trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Vật liệu composite, với khả năng chịu lực tốt và chống ăn mòn, ngày càng thu hút sự chú ý của các nhà khoa học Sự gia tăng đáng kể trong việc áp dụng vật liệu này trong công nghệ sản xuất bồn hóa chất đã chứng tỏ tiềm năng vượt trội của nó.
Ứng dụng công nghệ quấn sợi composite trong sản xuất bồn hóa chất, ống và bình chịu áp lực đã được phổ biến rộng rãi ở nước ngoài, nhưng vẫn còn khá mới mẻ tại Việt Nam Nhận thấy tầm quan trọng của công nghệ này, nhóm chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu và thực hiện đề tài nhằm nâng cao nhận thức về nó.
Yêu cầu sản phẩm thiết kế
- Sợi được rải đều trên bình
- Tính chất sản phẩm tốt, bề mặt nhẵn, láng
- Có khả năng chống va đập, chịu lực tốt
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Các phương án thiết kế
2.1.1 Phương án 1: Máy quấn nằm ngang
Hình 2.1 Sơ đồ máy quấn sợi nằm ngang
Máy quấn nằm ngang là thiết bị phổ biến trong ngành sản xuất, chuyên dùng để chế tạo các bồn có đường kính từ 1 đến 4 mét Thiết kế của máy cho phép bộ phận cấp sợi di chuyển theo phương ngang, có khả năng tạo góc quấn từ 45 đến 90 độ, với độ dài tối đa lên đến 12 mét.
2.1.2 Phương án 2: Máy quấn đứng
Hình 2.2 Sơ đồ máy quấn đứng
Máy quấn đứng hoạt động tương tự như máy quấn nằm ngang, với bộ phận cấp sợi di chuyển theo phương dọc Thiết bị này được sử dụng để sản xuất các loại bồn có kích thước lớn, với đường kính lên đến 25m.
Kết luận: Qua phân tích, máy quấn đứng không phù hợp cho sản xuất bồn lớn với chi phí cao tại Việt Nam Do đó, chúng ta quyết định chọn máy quấn nằm ngang để tiến hành nghiên cứu và chế tạo.
Phương pháp quấn
Công nghệ quấn là phương pháp sử dụng sợi composite để quấn lên khuôn với hình dạng đã định sẵn, có thể dùng sợi đã pha tẩm hoặc chưa pha tẩm Phương pháp này thường được áp dụng trong chế tạo các chi tiết có kết cấu hình dáng của vật thể quay, và được phân loại thành nhiều phương pháp khác nhau tùy thuộc vào điều kiện cụ thể.
Quấn khô là công nghệ sử dụng sợi composite đã được pha tẩm, quấn vào trục khuôn và gia nhiệt để đóng rắn, tạo ra sản phẩm nhanh chóng mà không cần thời gian chờ Phương pháp này mang lại hiệu quả cao trong quá trình sản xuất.
9 phẩm Nhưng phương pháp này có nhược điểm là sau quá trình quấn này phải qua một số công đoạn gia công, lắp ráp mới hoàn thành sản phẩm
Hình 2.3 Phương pháp quấn khô (nguồn Internet)
Quấn ướt là một công nghệ tiên tiến sử dụng sợi composite chưa được xử lý, được ngâm trong bể resin trước khi quấn quanh trục khuôn Sau khi hoàn tất quá trình quấn, vật liệu sẽ được để tự nhiên để đóng rắn mà không cần gia nhiệt.
Hình 2.4 Phương pháp quấn ướt (nguồn Internet)
Công nghệ quấn tiên tiến được sử dụng để sản xuất ống và bình chứa với sợi cao cấp, đảm bảo hàm lượng cao nhằm đạt cường độ chịu kéo lớn Các sản phẩm này bao gồm ống dẫn, bồn chứa dầu, hóa chất và bình chịu áp lực, đáp ứng nhu cầu công nghiệp hiện đại.
Công nghệ này hoạt động dựa trên nguyên lý quấn sợi thủy tinh filament quanh phôi bằng máy, sau đó thấm resin hòa xúc tác và đóng rắn, tạo ra bình chịu lực cao Phương pháp quấn này có ưu điểm là sử dụng khuôn đã được chuẩn bị sẵn, cho phép sản phẩm sau khi đóng rắn có thể sử dụng ngay mà không cần qua gia công lắp ráp.
Ngoài hai phương pháp quấn khô và quấn ướt, còn có một phương pháp quấn khác, trong đó cốt sợi được quấn lên khuôn theo yêu cầu định sẵn Sau đó, nhựa nền được tẩm lên khuôn bằng cách phun hoặc quét tay Phương pháp này thường được sử dụng để chế tạo các khung của cấu trúc vỏ dạng lưới, mang lại chất lượng sản phẩm tốt hơn so với hai phương pháp trước.
Kết luận: Qua phân tích, công nghệ quấn khô mang lại năng suất cao nhưng yêu cầu đầu tư thiết bị máy móc tốn kém, và sản phẩm cần gia công, lắp ráp trước khi sử dụng Ngược lại, sản phẩm từ công nghệ quấn ướt có thể sử dụng ngay sau khi đóng rắn, với chi phí đầu tư thiết bị thấp hơn Do đó, để đáp ứng yêu cầu và điều kiện thực tế, chúng tôi quyết định chọn phương pháp quấn ướt cho nghiên cứu và chế tạo máy.
Các kiểu quấn sợi thông dụng
2.3.1 Quấn đan chéo (Helical winding)
Mô hình quấn sợi theo kiểu Helical winding:
Hình 2.5 Phương pháp quấn đan chéo (nguồn Internet)
Kỹ thuật quấn chuyển động qua lại song song là phương pháp phổ biến nhất để tạo ra các cấu trúc hình ống Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ giữa tốc độ quay và tốc độ đổi hướng, người ta có thể kiểm soát góc quấn của sợi.
Phương pháp helical winding hiện đang chiếm ưu thế trong sản xuất ống, đặc biệt là cho các hình dạng dài và mỏng như ống áp lực và ống thở dưới nước Góc quấn lý tưởng cho phương pháp này dao động từ 20-90 độ, với hầu hết các loại ống được quấn ở góc 54-70 độ.
Mô hình quần sợi theo cách thức Hoop winding như sau:
Hình 2.6 Phương pháp quấn ngang (nguồn Internet)
Vòng quấn trong quy trình này không thay đổi mà chỉ di chuyển dọc theo chiều dài của lõi quấn, với tỷ lệ giữa độ rộng của sợi và số vòng quấn Lõi quấn sẽ quay quanh trục Hoop winding là một trường hợp đặc biệt của Helical winding, trong đó góc quấn được thiết lập ở mức 90°.
Hoop winding là phương pháp quấn thường được sử dụng kết hợp với Helical và Polar winding Đối với máy Polar, hoop winding được thực hiện thông qua việc lõi quấn di chuyển, tạo ra cấu trúc quần theo kiểu Hoop Trong khi đó, máy Helical có ưu điểm hơn vì chế độ cài đặt Helical cho phép tích hợp thêm chế độ hoop winding Mục đích của hoop winding là chống lại ứng suất tròn của hình trụ, một loại ứng suất chủ yếu xảy ra theo chiều dọc ở các thùng chứa khí và chất lỏng Đồng thời, các lớp quấn theo kiểu hoop winding cũng giúp nén chặt các lớp Helical hoặc Polar winding khi chúng được quấn trên cấu trúc sản phẩm.
Sản phẩm tạo thành có những hình dạng như sau: vòng tròn, dẹt (tròn hình đĩa), lọại ống ngắn, khúc nối hoặc một vài dạng khảc
Mô hình quần sợi theo kiểu Polar winding:
Hình 2.7 Phương pháp quấn Polar (nguồn Internet)
Kiểu quấn Polar bao gồm nhiều quy trình quấn khác nhau và có những chuyển động tương tự như kiểu quấn Helical, với trục ngắn nhất là trục chuyển động Kỹ thuật này sử dụng hai chuyển động quay, trong đó lõi quấn quay quanh trục của nó, trong khi vòng quấn vuông góc với trục thẳng đứng Hệ thống cấp sợi quay theo một hướng, cho phép phân bố sợi theo chiều dọc hoặc ngang, trong khi lõi quấn tiếp tục quay trong mặt phẳng Máy quấn kiểu Polar cơ bản đơn giản hơn so với máy quấn kiểu Helical, với hai mức độ chuyển động: sự di chuyển của lõi quấn và sự di chuyển xung quanh lõi quấn của cánh tay thẳng đứng.
Quy trình quấn Polar sử dụng sợi quấn gần kề với dải sợi đã quấn trước, tạo thành cấu trúc dạng kim cương như quấn Helical Điểm bắt đầu quấn nằm trên toàn bộ mặt lồi của đầu hoặc cuối lõi quấn, trong khi đối với quấn Helical, điểm bắt đầu nằm trong vùng hình trụ Dải sợi được quấn theo hướng tiếp tuyến với mặt lồi ở hai đầu lõi quấn Quá trình này có thể tạo ra hai mặt lồi với kích thước khác nhau, nhưng điều kiện tối ưu là hai mặt lồi có kích thước đồng nhất.
Nhược điểm của kiểu quấn này là khung đựng cuộn sợi không thể cố định trong quá trình quấn, dẫn đến việc dải sợi có nguy cơ xoắn lại và cánh tay quay quanh chiều dọc của lõi quấn Để khắc phục, khung chứa cuộn sợi cần được đặt trên khung với cánh tay, giới hạn chiều rộng dải quấn khoảng 25mm (1 inch) với 8 cuộn sợi Hơn nữa, máy quấn không phù hợp cho kiểu quấn Hoop winding Để tối ưu hóa quy trình, tốt nhất là đặt cánh tay nằm ngang và di chuyển chậm trục cánh tay lên vị trí thẳng đứng, giúp tạo ra những bình chứa có kích thước hai đầu khác nhau.
Polar winding có ưu điểm là chịu được lực tác dụng theo phương ngang tốt nhưng lại yếu khi có lực tác dụng theo phương dọc
Ngược lại Hoop winding lại chịu lực theo phương dọc tốt nhưng lại yếu theo phương ngang
Để đáp ứng yêu cầu chịu lực theo cả hai phương của bồn, kiểu quấn đan chéo là lựa chọn tối ưu nhất Do đó, chúng ta sẽ sử dụng kiểu quấn này cho quá trình tính toán và thiết kế.
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TỐI ƯU
Nguyên lý hoạt động
Hình 3.1 Nguyên lý hoạt động máy quấn sợi 2 trục
Trục khuôn chuyền động xoay tròn với tốc độ n1 (vòng/ phút) và đầu rải sợi thực hiện chuyển động dọc trục theo phương ngang S (mm/phút) Sau khi đầu rải sợi hoàn thành hành trình từ trái sang phải hoặc ngược lại, sẽ có khoảng thời gian nghỉ t (s) để tạo ra một góc lệch Tất cả các thông số như góc quấn, góc lệch và tốc độ quay của trục khuôn cùng đầu rải sợi đều có thể được điều chỉnh thông qua HMI.
Sơ đồ động của máy
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY QUẤN DÂY SẢN XUẤT
Thiết kế cơ khí
4.1.1 Tính toán động học hệ dẫn động
- Số vòng quay của trục quấn: n= 8 (v/p)
- Khối lượng lõi quấn: 1500 kg
- Tính moment xoắn cần để khởi động lõi quấn đứng yên:
- Công suất làm việc của lõi quấn: P = T n
- Hiệu suất hệ thống: 𝜂 =𝜂 1 𝜂 2 𝜂 3 … (công thức 2.9/tr20 tài liệu tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1)
Trong đó: Theo bảng 2.3/19 liệu tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1
+ Hiệu suất hộp giảm tốc: 𝜂 ℎ = 0,96
+ Hiệu suất bộ truyền trục cardan: 𝜂 𝑐𝑎𝑟𝑑𝑎𝑛 = 0,96
𝜂 (công thức 2.8/tr20 tài liệu tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1)
=> Chọn động cơ servo delta: ECMA-L11845RS có:
- Chọn hộp giảm tốc có tỉ số truyền 180
4.1.2 Thiết kế bộ quấn sợi
4.1.2.1 Tính toán bộ truyền Cardan:
❖ Đường kính trục D theo số vòng quay nguy hiểm:
- Số vòng quay cực đại của trục: 𝑛 𝑚𝑎𝑥 = 1500 (vòng/phút)
- Số vòng quay nguy hiểm của trục: 𝑛 𝑡 = (1,2÷2).𝑛 𝑚𝑎𝑥
𝑛 𝑡 = 2.1500= 3000 (vòng/phút) Đối với trục rỗng đặt tự do trong các điểm tựa:
𝛿= (1,85÷2,5) mm (bề dày thành ống)
Đường kính trục Cardan D cm d = 10-0,4= 9,6 (cm)
Khi làm việc, trục hai sẽ trải qua các tác động như xoắn, uốn, kéo hoặc nén Trong số này, ứng suất xoắn thường lớn hơn nhiều so với các loại ứng suất khác, vì vậy chúng ta chỉ cần tập trung tính toán trục dựa trên giá trị M2max.
- Ứng suất uốn cực đại của trục cardan: τ = 𝑀 2𝑚𝑎𝑥
𝜔 𝑥 𝑐𝑜𝑠𝛼 (MN/m 2 ) Trong đó: α = 20 0 : là góc lệch giữa các trục
- Momen chống xoắn nhỏ nhất của trục Cardan:
𝑚 2 ) τ = 25,53 (MN/m 2 ) < [τ]= 100 : 300 (MN/m 2 ) thỏa điều kiện bền.
4.1.2.2 Tính toán thiết kế trục quấn
Các chi tiết dạng trục là thành phần phổ biến trong ngành chế tạo máy, được phân loại dựa trên kết cấu, điều kiện làm việc và nhu cầu sử dụng Chúng thường được sử dụng để truyền chuyển động trong các chi tiết máy.
18 moment từ các chi tiết lắp trên nó đến các chi tiết khác Ta tính toán trục dựa trên những bước sau:
- Vật liệu làm trục là thép C45 Tính sơ bộ đường kính trục: d ≥ C √ 𝑃 𝑙𝑣
𝑃 𝑙𝑣 = 0,56 (kW) là công suất trên trục quấn n= (v/p) là số vòng quay thực tế trên trục quấn
C= 130 ÷ 110 (thép C45) là hệ số tính toán Chọn C = 135 d ≥ 135 √ 0,56
- Ta chọn trục có đường kính 200 mm
Lõi quấn được thiết kế với cơ cấu nâng hạ bằng truyền động vit-me, cho phép điều chỉnh đường kính lõi quấn Chức năng này hỗ trợ hiệu quả trong việc lấy bình composite ra khỏi lõi quấn.
4.1.2.3 Tính toán kiểm nghiệm ổ bi:
- Gối đỡ ổ bi là cơ cấu cơ khí giúp giảm thiểu lực ma sát bằng cách chuyển ma sát trượt của
Ma sát lăn giữa các con lăn hoặc viên bi trong khung hình khuyên là kết quả của hai bộ phận tiếp xúc khi chuyển động Độ bền của ổ lăn đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của máy.
Hình 4.2 Gối đỡ lõi quấn
Gối đỡ được thiết kế với cấu tạo gồm 4 rulo quay có đường kính 100 mm, nhằm hỗ trợ trục lõi quấn có đường kính lớn 200 mm, giúp ngăn chặn hiện tượng văng ra trong quá trình làm việc do lực ly tâm Cấu trúc gối đỡ bao gồm hai nửa kết nối bằng bu lông, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo lắp lõi quấn dễ dàng khỏi máy.
4.1.3 Tính toán thiết kế xe cấp sợi
- Công suất làm việc trên trục công tác:
- Chọn động cơ AC servo Delta: ECMA-K11320ES
+ Tốc độ định mức: 2000 (vòng/phút)
4.1.3.2 Lựa chọn hộp giảm tốc:
- Xác định tỉ số truyền: 𝑢 𝑐ℎ = 𝑛 𝑑𝑐
- Chọn hộp giảm tốc có tỉ số truyền 50
Bộ truyền bánh răng – thanh răng được sử dụng để dẫn động cho xe cấp sợi di chuyển tịnh tiến từ L1 đến L2 Nguyên lý hoạt động của bộ truyền này là biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến Khi thanh răng và bánh răng kết hợp, chúng tạo ra chuyển động ăn khớp khép cứng, giúp loại bỏ trượt và độ rung trong quá trình vận hành.
Xe cấp sợi sử dụng cơ chế lắp ráp thanh răng cố định, cho phép bánh răng gắn trên xe vừa quay vừa di chuyển tịnh tiến, giúp xe di chuyển dọc theo thanh răng một cách hiệu quả.
- Sử dụng bộ truyền thanh răng thẳng ăn khớp với bánh răng thẳng
- Ta sử dụng hệ thanh răng - bánh răng có modun m = 1,25
- Thông số thanh răng thẳng:
+ Chiều cao đầu răng: ℎ 1 = m = 1.25 mm
+ Chiều cao chân răng: ℎ 2 = 1,25.m = 1,25.1,25 = 1,5625 mm
+ Chiều cao phần làm việc của răng: C = 0,25.m = 0,25.1,25 = 0,3125 mm
+ Chiều rộng (mặt răng): 22 mm
=>Với hành trình của xe cấp sợi dài 9000 mm ta sử dụng 14 thanh răng ghép với nhau
Thanh răng được tôi nhiệt và mài phẳng, đảm bảo độ cứng và chính xác cao Sản phẩm có răng nhất quán, truyền tải thông suốt, không phát sinh tiếng ồn, đồng thời giảm thiểu hao mòn và gãy vỡ.
- Thông số bánh răng thẳng:
+ Đường kính vòng đỉnh: da = m.(z+2) = 1,25.( 25+2 ) = 33,75 mm
+ Đường kính vòng chia: d = m.z = 1,25.25 = 31,25 mm
+ Đường kính lỗ trong: 14 mm
- Bánh răng đã được tôi mài đảm bảo độ chính xác cao, độ cứng cao, tải truyền tải thông suốt, tuổi thọ lâu dài
Thiết kế điện – điều khiển
Hình 4.3 Sơ đồ mạch điện
4.2.1.1 Khối điều khiển trung tâm
PLC là một loại máy tính công nghiệp chuyên giám sát các tín hiệu đầu vào và đầu ra, đồng thời đưa ra quyết định dựa trên logic để điều khiển các quy trình tự động và máy móc.
PLC có khả năng hoạt động mạnh mẽ trong các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, lạnh, bụi và độ ẩm Ngôn ngữ lập trình của PLC dễ hiểu, cho phép lập trình nhanh chóng và hiệu quả Với thiết kế mô-đun, PLC có thể được tích hợp vào nhiều hệ thống khác nhau Việc sử dụng rơle chuyển mạch dưới tải có thể gây ra phóng điện không mong muốn, dẫn đến sự cố do hồ quang tạo ra nhiệt độ cao Điều này làm hỏng các tiếp điểm và giảm chất lượng thiết bị Thay thế rơle bằng PLC giúp ngăn ngừa tình trạng quá nóng và hoạt động sai lệch của các tiếp điểm.
Giới thiệu về PLC Delta DVP 12SA2
PLC Delta DVP-12SA2 là một dòng PLC Delta Slim, nổi bật với thiết kế mỏng và nhỏ gọn So với dòng PLC Delta DVP-14SS2, PLC DVP-12SA2 không chỉ sở hữu các chức năng cơ bản mà còn có những ưu điểm vượt trội riêng.
Bộ đếm tốc độ cao 100 Khz của dòng PLC 24 cho phép phát xung ngõ ra với tốc độ lên tới 100 Khz, làm cho nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng yêu cầu phát xung tốc độ cao, chẳng hạn như điều khiển Servo.
Hình 4.4 PLC Delta DVP 12SA2 (nguồn Internet)
- Điện áp nguồn cung cấp: 24 Vdc
- Bộ nhớ chương trình: 8k bước lệnh
- Kết nối truyền thông: RS232/RS485 theo chuẩn chuẩn MODBUS ASCII / RTU
- Tích hợp bộ đếm tốc độ cao: 100 Khz
- Loại ngõ ra: Relay hoặc Transistor
- Phát xung tốc độ cao: max = 100 KHz
HMI, viết tắt của Human-Machine Interface, là thiết bị giúp giao tiếp giữa người điều hành và máy móc Nó đại diện cho mọi phương thức mà con người tương tác với thiết bị, từ các màn hình hiển thị đến các bảng điều khiển HMI đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và an toàn trong quá trình vận hành máy móc.
“giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện thì đó là một HMI
Giới thiệu HMI Delta Dop107BV
Màn hình HMI DOP-107BV Delta là sản phẩm 7 Inch trong Seri DOP-100, thay thế cho các màn hình cũ thuộc Seri DOP-B như DOP-B07SS411 và DOP-B07S410 Với kích thước 215x161x35.5mm và phạm vi hiển thị lớn 154.08×85.92mm, màn hình này cung cấp hình ảnh sắc nét và chất lượng cao.
Với bộ vi xử lý Cortex A8 800MHz mạnh mẽ, DOP-107BV Delta hỗ trợ truyền thông RS232/RS485/RS422 qua cổng COM, cùng với bảng màu đa dạng 65535 màu, mang đến hình ảnh sống động và chân thực.
Màn hình HMI DOP-107BV của Delta cho phép kết nối với biến tần, bộ lập trình PLC và nhiều thiết bị khác, giúp điều khiển máy móc dễ dàng Hiện nay, màn hình HMI Delta chiếm thị phần lớn tại Việt Nam, được ưa chuộng bởi các đơn vị chế tạo máy và nhà máy sản xuất nhờ vào cấu hình mạnh mẽ, chất lượng hiển thị tốt và giá cả cạnh tranh so với các dòng màn hình HMI khác.
Hình 4.5 HMI Delta Dop107BV (nguồn Internet)
Vùng nhớ RAM: 256 MB RAM
Vùng nhớ ROM: 256 MB ROM
USB dữ liệu: USB Host
USB lập trình: USB Client
Chứng chỉ: CE / UL certified
Nhiệt độ làm việc: Operation Temperature: 0℃ ~ 50℃
Số lần nhấn cảm ứng: Pressing times: >10,000K times
Kích thước lỗ khoét tủ: 196.9 x 142.9 (mm) (tương tự các dòng 7″ DOP khác)
Hình 4.6 Bộ driver servo Delta 4.5kW và 2kW
Thông số kỹ thuật AC Servo Delta ASDA-A2 4.5kW
- Điện áp nguồn cấp: 3pha 380 - 400VAC
- Loại động cơ: có phanh
- Đường kính đầu trục: 35mm
Thông số kỹ thuật AC Servo Delta ASDA-A2 2kW
- Điện áp nguồn cấp: 3pha 380 - 400VAC
- Loại động cơ: có phanh
- Đường kính đầu trục: 22mm
- Cảm biến mức Home (cảm biến tiệm cận)
Hình 4.8 Cảm biến tiệm cận (nguồn Internet)
Hình 4.9 Công tắc hành trình (nguồn Internet)
Chương trình chính của máy quấn sợi composite tự động được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn về gốc (home), giai đoạn cài đặt thông số tính toán và giai đoạn quấn sợi.
Khi khởi động máy, xe cấp sợi sẽ tự động di chuyển về vị trí gốc (home) Trong suốt quá trình này, máy sẽ liên tục kiểm tra tín hiệu từ công tắc giới hạn bên trái để đảm bảo hoạt động an toàn và chính xác.
29 Hình 4.10 Lưu đồ thuật toán
Chú thích bước cài đặt thông số tính toán
Hình 4.11 Sơ đồ giải thích các thông số Tần số phát xung của động cơ 1 f 1 =pp 1 n
60 f 1 : Tần số phát xung động cơ 1 (Hz) n : Tốc độ quay của động cơ 1 (vòng/phút) pp1 : Số xung động cơ 1 quay được 1 vòng ( xung )
Vì động cơ 1 quay được 1 vòng thì động cơ 2 phải quay được quãng đường P nên ta có tần số phát xung của động cơ 2 là f 1 =pp 2 p n
60 s f 2 : Tần số phát xung động cơ 2 (Hz)
Khoảng cách di chuyển của xe khi động cơ 1 quay được 1 vòng là một yếu tố quan trọng, trong đó n là tốc độ quay của động cơ 1 tính bằng vòng/phút, s là bước tiến bánh răng của động cơ 2 tính bằng mm, và pp2 là số xung mà động cơ 2 quay được trong 1 vòng tính bằng xung.
Số xung cần phát để động cơ 2 đạt khoảng cách L1
Pu1 : Số xung cần phát để đạt khoảng cách L1 (Xung)
L1 : Khoảng cách cần di chuyển (mm) pp2 : Số xung động cơ 2 quay được 1 vòng ( xung ) s : Bước tiến bánh răng của động cơ 2 (mm)
Số xung cần phát để động cơ 2 đạt khoảng cách L
Pu2 : Số xung cần phát để đạt khoảng cách L2 (Xung)
L : Khoảng cách cần di chuyển (mm) pp2 : Số xung động cơ 2 quay được 1 vòng ( xung ) s : Bước tiến bánh răng của động cơ 2 (mm)
Số xung cần phát để động cơ 2 đạt khoảng cách L2
Pu3 : Số xung cần phát để đạt khoảng cách L3 (Xung)
L2 :Khoảng cách cần di chuyển (mm) pp2 : Số xung động cơ 2 quay được 1 vòng ( xung ) s : Bước tiến bánh răng của động cơ 2 (mm)
Thời gian để tạo góc lệch α t α =t n α 360 t α : Thời gian để tạo góc lệch α tn : Thời gian động cơ 1 quay 1 vòng α : Góc lệch α
Lưu đồ được thực hiện theo các bước
Bước 1: Đưa 2 động cơ về vị trí gốc ( Home )
Bước 2: Cài đặt thông số về tốc độ, góc lệch, góc quấn,…
Bước 4: Động cơ 2 quay theo chiều thuận làm bộ phận rải sợi di chuyển theo phương dọc từ trái sang phải tiến hành rải sợi trên phần trụ
Bước 5: Sau khi bộ phận rải sợi đi hết quãng đường L1 – L2, động cơ 2 dừng khoảng thời gian t (s) tạo nên 1 góc lệch để sợi không bị trùng với sợi trước
Bước 6: Động cơ 2 quay theo chiều nghịch làm bộ phận rải sợi di chuyển theo phương dọc từ phải sang trái tiến hành rải sợi trên phần trụ
Bước 7: Sau khi bộ phận rải sợi đi hết quãng đường L2 – L1, động cơ 2 dừng khoảng thời gian t (s) tạo nên 1 góc lệch để sợi không bị trùng với sợi trước
Nếu bộ phận rải sợi di chuyển vượt quá phạm vi cho phép, công tắc hành trình sẽ được kích hoạt, dẫn đến việc ngắt hai động cơ và dừng hệ thống.
Hình 4.12 Thay đổi giá trị biến
36 Hình 4.13 Chương trình tính toán
Hình 4.14 Chương trình tính toán
37 Hình 4.15 Chương trình tính toán
Hình 4.16 Chương trình hoạt động
38 Hình 4.17 Chương trình hoạt động
39 Hình 4.18 Chương trình hoạt động
Hình 4.19 Nút dừng khẩn cấp và công tắc hành trình
THI CÔNG SẢN PHẨM
Thi công tủ điều khiển
Hình 5.1 Thi công tủ điện điều khiển chưa hoàn thiện
41 Hình 5.2 Tủ điều khiển kết nối với động cơ
42 Hình 5.3 Giao diện HMI màn hình điều khiển
Hình 5.4 Giao diện HMI cài đặt thông số cơ khí