(TIỂU LUẬN) NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRẦN ĐẠI NGHĨA TRẦN VIỆT DŨNG KHÓA : 2015 - 2019 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG NĂM 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRẦN ĐẠI NGHĨA TRẦN VIỆT DŨNG KHÓA : 2015 - 2019 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ : 75.102.01 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG Cán hướng dẫn : TS Lê Công Danh NĂM 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TĐN KHOA KTCS PHÊ DUYỆT Ngày tháng năm 2020 CHỦ NHIỆM KHOA NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ThS Nguyễn Thanh Toàn Họ tên: Trần Việt Dũng Lớp: 15DDS0504108 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật khí Khóa: 2015 - 2019 Mã ngành: 75.102.01 Tên đồ án: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG Nội dung thuyết minh: Nghiên cứu tổng quan trình tự hoạt động máy quấn dây đồng cho biến áp vòng xuyến bán tự động Thiết kế hệ thống truyền động cấp dây quấn dây máy quấn dây đồng cho biến áp vòng xuyến bán tự động Xây dựng thuật toán lựa chọn thành phần hệ thống điều khiển 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 hệ thống điều khiển thành khối thống Số lượng, nội dung vẽ: - Bản vẽ A0: vẽ gồm vẽ lắp ráp vẽ nguyên công - Bản vẽ A4: vẽ gồm vẽ chi tiết Cán hướng dẫn: TS Lê Công Danh; Bộ môn: Nhiệt điện; Khoa: KTCS Ngày giao:……/……/2020 Ngày hồn thành: … /…./2020 TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020 Cnhiệ môn m hủ Cán hướng dẫn ThS Huỳnh Đức Thuận TS Lê Cơng Danh Sinh viên thực Đã hồn thành nộp khóa luận tốt nghiệp ngày … tháng … năm 2020 Trần Việt Dũng ~i~ LỜI CÁM ƠN Trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình từ phía thầy bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Công Danh, giảng viên Bộ môn Nhiệt Điện, khoa KTCS tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ em suốt q trình thực khóa luận tạo điều kiện cho em vận hành thao tác thiết bị xưởng khí nhà trường gia cơng chi tiết khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Văn Nhân hướng d ẫ n tận tình phần tính tốn máy thầy Phạm Tuấn Nghĩa hướng dẫn bả n vẽ Đến nay, khóa luận tốt nghiệp hồn thành tiến độ đảm bảo nội dung yêu cầu Song, q trình thực khóa luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót kinh nghiệm cịn hạn hẹp nên mong nhận đóng góp ý kiến thầy khoa để khóa luận ngày hoàn thiện ~ii~ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG vii LỜI MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG .1 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan đối tượng nghiên cứu 1.2.1 Các đặc trưng máy quấn dây 1.2.2 Phân loại máy quấn dây đồng có thị trường 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.4 Nhiệm vụ đề tài phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CỦA MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG CHO MÁY BIẾN ÁP VÒNG XUYẾN .7 2.1 Các đặc trưng biến áp vòng xuyến 2.2 Quy trình thiết kế biến áp vịng xuyến 2.2.1 Tổng quan q trình thiết kế máy biến áp vịng xuyến 2.2.2 Tính tốn thơng số hình học cho máy biến áp vòng xuyến 2.3 Các phương án thiết kế hệ thống máy quấn dây đồng 12 2.3.1 Phương án 12 2.3.2 Phương án 13 2.3.3 Phương án 14 2.3.4 Lựa chọn phương án thiết kế 15 ~iii~ CHƯƠNG : TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG CHO MÁY BIẾN ÁP VÒNG XUYẾN 17 3.1 Xây dựng mơ hình 3D máy 17 3.1.1 Mơ hình cấu truyền động máy 17 3.1.2 Mơ hình cấu chứa dây 18 3.1.3 Mơ hình hãm chuyển động vịng chứa dây 19 3.1.4 Mơ hình cấu truyền động phụ máy 20 3.2 Trình tự tính tốn hệ thống cấp dây 21 3.2.1 Xác định vận tốc quấn dây 21 3.2.2 Tính mật độ dây đồng 22 3.2.3 Tính lựa chọn thơng số động 22 3.2.4 Tính puly truyền động (thêm số) 23 3.2.5 Tính chiều dài dây đai 23 3.2.6 Tính lực giữ lị xo 24 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy quấn dây 26 3.3.1 Khối vi điều khiển 26 3.3.2 Khối nguồn 27 3.3.3 Khối LCD hiển thị 28 3.3.4 Khối điều khiển động bước 28 3.3.5 Sơ đồ giải thuật 30 CHƯƠNG : CHẾ TẠO MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG 33 4.1 Bố trí lịch trình công đoạn 33 4.2 Chuẩn bị vật tư 33 4.3 Quy trình cơng nghệ chế tạo cấu lăn 38 ~iv~ 4.3.1 Phân tích kết cấu 39 4.3.2 Phân tích vật liệu 39 4.3.3 Phân tích tính cơng nghệ 40 4.3.4 Chọn phôi phương án công nghệ 40 4.3.5 Lập quy trình thiết kế ngun cơng chế tạo lăn 40 4.4 Đánh giá 44 CHƯƠNG : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, KẾT LUẬN HỆ THỐNG CẤP VÀ QUẤN DÂY 44 5.1 Kết thực nghiệm 44 5.2 Kết luận hệ thống cấp quấn dây 45 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 ~v~ DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Một số loại máy quấn dây có thị trường Hình 1.2 Cấu trúc hình học số lõi thép máy biến áp Hình 1.3 Một số loại máy biến áp vịng xuyến thơng dụng Hình 1.4 Hình ảnh số máy quấn dây biến áp thủ cơng Hình 1.5 Hình ảnh số máy quấn dây biến áp bán tự động Hình 1.6 Hình ảnh số máy quấn dây biến áp tự động Hình 2.1 Kết cấu hình học máy biến áp hình xuyến Hình 2.2 Tổng quan thiết kế máy biến áp vịng xuyến Hình 2.3 Xác định giá trị cực đại vòng xuyến sau quấn dây nhờ phần mềm 12 Hình 2.4 Phương án máy quấn dây đồng 13 Hình 2.5 Cơ cấu dùng lị xo tạo lực căng dây cho vòng chứa dây đồng 13 Hình 2.6 Phương án máy quấn dây đồng 14 Hình 2.7 Phương án máy quấn dây đồng 15 Hình 3.1 Mơ hình tổng thể máy 17 Hình 3.2 Mơ hình vịng trịn truyền chuyển động 18 Hình 3.3 Khóa gài vịng trịn truyền chuyển động 18 Hình 3.4 Mơ hình vịng trịn chứa dây đồng 19 Hình 3.5 Cơ cấu hãm chuyển động vòng chứa dây 20 Hình 3.6 Cơ cấu truyền động phụ máy 21 Hình 3.7 Sự phân bố dây đồng vịng chứa dây .22 Hình 3.8 Giản đồ bố trí lực vịng chuyển động máy 25 Hình 3.9 Arduino Nano (Atmega328p) 27 Hình 3.10 Nguồn điện sử dụng cho hệ thống điều khiển 28 Hình 3.11 Màn hình LCD 20x4 28 Hình 3.12 Các linh kiện sử dụng cho khối điều khiển động bước 29 Hình 3.13 Cảm biến tiệm cận kim loại cách kết nối với vi điều khiển .30 36 a) b) Hình 4.1 Cụm vịng chuyển động khóa gài sau chế tạo, lắp ráp Hình 4.2 Cụm vịng chuyển động nạp, rải dây khóa gài sau chế tạo, lắp ráp 37 Hình 4.3 Thân máy đế sau chế tạo, lắp ráp a) b) Hình 4.4 Con lăn, bạc đỡ cho cụm vòng chuyển động sau chế tạo, lắp ráp 38 Hình 4.5 Cơ cấu hãm chuyển động vòng cấp rải dây sau chế tạo, lắp ráp Hình 4.6 Cơ cấu chuyển động phụ máy sau chế tạo, lắp ráp 4.3 Quy trình cơng nghệ chế tạo cấu lăn Con lăn sử dụng máy quấn dây biến áp vòng xuyến p hải đả m bảo độ bền, khả quay trơn Ngồi cịn phải có tính chống bụi, che kín, có khả chống gỉ… lăn làm việc môi trường bụi b ặ m, ẩm ướt … 39 Con lăn định vận hành ổn định hệ thống Vì yêu cầ u thiết kế, chế tạo lăn có chất lượng cao toán đặt xun su ốt tồn quy trình thiết kế 4.3.1 Phân tích kết cấu Con lăn mặt hình học chi tiết có dạng trụ trịn Đường kính ngồi 30mm, đường kính 14mm, dài 16mm Ổ lăn lắp vào hai mặt có đường kính 14mm, dài 5mm 4.3.2 Phân tích vật liệu Chi tiết gia cơng dạng trụ trịn, thép khơng gỉ Khi làm việc vật liệu phải thỏa mãn yêu cầu sau : ➢ Độ bền đảm bảo không bị biến dạng, gãy vỡ trình làm việc ➢ Phải lăn nhám để tăng độ bám dính với dây đai quấn ➢ Không gỉ sét Từ yêu cầu ta lựa chọn vật liệu lăn C45 có thành p hần sau: Bảng 4.2 Thành phần thép C45 Cacbon Si 0,45% 0,15% - 0,3 Ưu điểm thép C45 : ➢ Do có độ bền kéo từ 570-690Mpa, thép C45 có khả chống bào mịn, chống oxy hóa tốt chịu tải trọng cao ➢ Vì có độ bền kéo cao giới hạn chảy cao nên thép C45 có tính đàn hồi, khả 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 so với dòng thép nguyên liệu khác 40 4.3.3 Phân tích tính cơng nghệ Đối với bề mặt gia công khác chi tiết với yêu cầu ta lựa chọn phương án cơng nghệ khác nhau: + Đối với lỗ ren: Sử dụng phương án khoan + Đối với lỗ định vị: Khoan, kht + Đối với trụ trịn: tiện thơ, tiện bán tinh, tiện tinh 4.3.4 Chọn phôi phương án cơng nghệ ➢ Chọn phơi trụ trịn ➢ Phơi dạng ống ➢ Do số lượng sản xuất đơn chiếc, nguyên công chủ yếu tiện nên ta lựa chọn phương pháp tập trung nguyên công 4.3.5 Lập quy trình thiết kế ngun cơng chế tạo lăn Hình 4.7 Yêu cầu kỹ thuật chi tiết lăn 41 Hình 4.8 Ký hiệu bề mặt gia công Phương pháp gia công bề mặt 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 : Tiện khỏa mặt đầu (1), tiện bán tinh (2), (3), (4) - Bước : Tiện thô khỏa mặt đầu (1) L = 1mm Bước : Tiện bán tinh mặt (4) đạt kích thước Ø30, L = 16mm Bước : Tiện bán tinh mặt (2) đạt kích thước Ø27, L = 13mm Bước : Tiện rãnh mặt (3) đạt kích thước Ø20, L = 3mm Ngun cơng : Khoan mồi, khoan lỗ Ø12, tiện móc lỗ (7), (8) Bước : Khoan mồi lỗ Ø6 Bước : Khoan lỗ Ø12, L = 18mm Bước Bước Ngun cơng : Tiện cắt đứt, tiện móc lỗ (6) Bước Bước 42 Nguyên công : Kiểm tra - Kiểm tra chiều dài chi tiết - Kiểm tra đường kính ngồi Ø30 - Kiểm tra chiều dài mặt (4) - Kiểm tra đường kính ngồi Ø27 - Kiểm tra chiều dài mặt (2) - Kiểm tra đường kính lỗ Ø14 - Kiểm tra đường kính lỗ Ø16.1 Nguyên công Thiết bị Đồ gá ND bước công nghệ Tiện thô khỏa mặt đầu (1) Tiện bán tinh mặt (4) Tiện bán tinh mặt (2) Tiện rãnh mặt (3) Nguyên công Khoan mồi Khoan lỗ Tiện móc lỗ (7) Tiện móc lỗ (8) Ngun cơng Tiện cắt đứt 2.Tiện móc lỗ (6) 44 4.4 Đánh giá Trong chương phân tích đặc điểm chi tiết cần chế tạo Đã lựa chọn quy trình cơng nghệ thiết kế ngun cơng h ợp lý để chế t o thành công chi tiết cụm ổ lăn Sản phẩm sau chế tạo đạt yêu cầu kỹ thuật đề ra, lắp ráp vận hành thử nghiệm cho kết tốt CHƯƠNG : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, KẾT LUẬN HỆ THỐNG CẤP VÀ QUẤN DÂY 5.1 Kết thực nghiệm Sau chế tạo cụm thân đế máy, cụm vòng chuyển động chính, vịng quấn nạp dây, lăn, bạc đỡ hoàn chỉnh, tiến hành p hun sơn ch ống gỉ chi tiết toàn cụm Tiến hành hiệu chỉnh cụm chi tiết để chúng liên kết hoạt động đồng với Hình 5.1 Máy quấn dây biến áp vịng xuyến hồn chỉnh 45 Hình 5.2 Một số cuộn biến áp sau quấn thử nghiệm 5.2 Kết luận hệ thống cấp quấn dây Đối với đồ án, nhiệm vụ thực nghiên cứ, thiết kế, chọn phương p háp lập trình gia cụm chi tiết máy quấn dây đồng Thông qua đồ án, em nắm tư thiết kế, cách tìm hiểu, đặt vấn đề giải vấn đề Ngoài em cịn học hỏi nhiều hơn, tiếp xúc hoàn thiện kỹ làm việc với phần mềm CAD, CAM tính tốn thiết kế, ứng d ụng nh ững kiến thức học xưởng q trình liên hệ gia cơng thực tế đối v ới s ố chi tiết chế tạo xưởng thực hành nhà trường để chế tạo máy Ở mức độ đồ án tốt nghiệp, với khối lượng công việc tương đối nhiều kinh p hí có hạn nên khả làm việc máy sau đồng cụm có p h ầ n h n chế Sau bảo vệ khóa luận tốt nghiệp xong tiếp tục nghiên cứu để hồn thiện hệ thống khí cụm dẫn động phụ, hệ thống điều khiển máy để t o s ự dễ dàng cho người thao tác đạt hiệu suất tương đương máy thị trường 46 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Chương trình điều khiển máy quấn dây đồng viết p h ầ n mềm biên dịch Arduino cho dòng vi điều khiển hãng Atmel (Microchip) Chương trình file : “TORO.ino”, ngồi cịn hai file phụ là: “FlashLed.cpp” “FlashLED.h” thư viện kèm theo dùng để điều khiển động bước Giao diện chương trình Hình P1.1 Kết cấ u chương trình điều khiển chia làm đoạn chương trình Đầu tiên việc khai báo thông số làm việc 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 ngoại vi sử dụng đặt setup(); chương trình loop(); Hình P1 Giao diện chương trình điều khiển máy quấn dây đồng 47 Hình P1 Khai báo thông số hệ thống điều khiển Đoạn chương trình setup(); void setup() { Serial.begin(115200); // mở UART 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 Initialize_S(); // Khai bao Steper // Test_Steper(); / // Test_Steper Khai báo ngắt attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), flag, CHANGE); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2),isr,CHANGE); / khai báo 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); } 48 Đoạn chương trình loop(); Check_Bt_SW(); Check_Bt_SETUP_CO(); Serial.print("State: "); Serial.print(state); Serial.print(" State_set: "); Serial.print(time_step); Serial.print(" Turn: "); Serial.print(turn_c); Serial.print(" Counter: "); 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(0); } if(state_set == 1){ DC_Backward(speed_m_2); led_OUT1.Update(0, 22, 22); } } if (state == 1){ 49 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){ DC_Forward(0); } if(state_set == 1){ DC_Forward(speed_m_2); } } ////////// 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; } 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, NXB giáo dục Nguyễn Đắc Lộc, Sổ tay CNCTM, tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2007 [3] Nguyễn Đắc Lộc , Sổ tay CNCTM tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2007 [4] Nguyễn Đắc Lộc, Sổ tay CNCTM tập 3, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2007 Nguyễn Thuận, Xuân Hải, Kỹ thuật quấn dây, NXB Tổng hợp Đồng Nai, 2001 [6] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy, NXB giáo dục [7] Nguyễn Xuân Yến, Giáo trình chi tiết máy, NXB Giao Thơng Vận Tải [8] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, tập 1, NXB giáo dục, 2006 [9] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, tập 2, [5] NXB giáo dục, 2006 Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống ch ấ p hành cho máy quấn biến áp tự động”, sinh viên Lê Hữu Bách GVHD Vũ Thăng Long, môn Cơ điện tử - Đại học Nha Trang, 2012 [11] https://www.coilwindingmachines.eu/engineers_corner/toroidal_calculations.html [10] ... Tên đồ án: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY QUẤN DÂY ĐỒNG Nội dung thuyết minh: Nghiên cứu tổng quan trình tự hoạt động máy quấn dây đồng cho biến áp vòng xuyến bán tự động Thiết kế hệ thống... linh kiện Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy quấn dây đồng nội dung nghiên cứu đặt trước tiên nhằm xây dựng hoàn thiện khảo sát nhu cầu sử dụng tồn máy quấn dây phục vụ cho việc chế tạo biến áp... 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 máy công cụ sử dụng để quấn loại dây điện đồng thành cu ộn v ới chiều dài quấn,