Nghiên cứu và chế tạo máy hàn cell pin

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Đề tài "Máy hàn cell pin" có thể được coi là cấp thiết vì các lý do sau đây:

Ngành công nghiệp pin, đặc biệt là pin lithium-ion, đang phát triển mạnh mẽ do nhu cầu ngày càng tăng từ thiết bị di động, xe điện và lưu trữ năng lượng Để đáp ứng nhu cầu này, quy trình sản xuất cell pin cần được cải tiến và tối ưu hóa, trong đó máy hàn cell pin đóng vai trò quan trọng.

Tăng cường hiệu suất và chất lượng pin là điều quan trọng, vì quá trình hàn cell pin ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của pin Sử dụng máy hàn cell pin tiên tiến và chất lượng cao giúp cải thiện sự kết nối và ổn định giữa các cell, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của pin Điều này rất cần thiết để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về hiệu năng và độ tin cậy trong các hệ thống sử dụng pin.

Máy hàn cell pin tiên tiến giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất với tính tự động hóa cao, độ chính xác và ổn định Điều này giảm thiểu lỗi và phụ thuộc vào nhân lực, từ đó nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất.

Máy hàn cell pin tiên tiến mang lại lợi thế cạnh tranh cho các doanh nghiệp trong ngành công nghiệp pin Việc áp dụng công nghệ hàn hiện đại giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng năng suất sản xuất, từ đó cải thiện khả năng cạnh tranh trên thị trường.

Đề tài "Máy hàn cell pin" đang trở nên cấp thiết trong bối cảnh ngành công nghiệp pin phát triển mạnh mẽ, với yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu và phát triển máy hàn cell pin không chỉ mở rộng kiến thức về kỹ thuật hàn và kết nối cell pin trong ngành điện tử, mà còn thúc đẩy những tiến bộ mới trong công nghệ hàn, vật liệu và thiết kế máy móc Sự cải tiến này sẽ góp phần quan trọng vào nền tảng kiến thức trong lĩnh vực pin, tạo ra những phát hiện có giá trị cho ngành công nghiệp.

Nghiên cứu và phát triển máy hàn cell pin sẽ tập trung vào tối ưu hóa quy trình sản xuất, nhằm cải thiện hiệu suất và chất lượng hàn Các phương pháp, công nghệ và thông số quan trọng sẽ được đưa ra để giảm thiểu lỗi và tăng năng suất Những hiểu biết này có thể áp dụng rộng rãi trong quy trình sản xuất pin và ngành công nghiệp điện tử.

Khám phá và thử nghiệm công nghệ mới là yếu tố quan trọng trong nghiên cứu, giúp phát triển các phương pháp hàn tiên tiến như hàn plasma và hàn đoạn Những công nghệ này không chỉ mở ra cơ hội mới trong ngành công nghiệp pin mà còn trong ngành công nghiệp điện tử, mang lại ý nghĩa thực tiễn to lớn cho sự phát triển bền vững của các lĩnh vực này.

Máy hàn cell pin tiên tiến nâng cao chất lượng sản phẩm bằng cách đảm bảo kết nối chính xác giữa các cell pin trong quá trình sản xuất Điều này tạo nền tảng vững chắc cho chất lượng và hiệu suất của pin cuối cùng Với một quá trình hàn ổn định, các lỗi kết nối được giảm thiểu, giúp các cell pin hoạt động hiệu quả và tránh sự cố trong suốt thời gian sử dụng.

Sử dụng máy hàn cell pin tiên tiến không chỉ cải thiện độ tin cậy mà còn kéo dài tuổi thọ của pin Kết nối chắc chắn và ổn định giữa các cell pin giúp giảm thiểu nguy cơ hỏng hóc và mất mát năng lượng trong quá trình sử dụng Nhờ đó, người dùng có thể tiết kiệm thời gian và chi phí thay thế pin, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.

Máy hàn cell pin hiện đại mang lại tính tự động hóa cao và độ chính xác trong quy trình hàn, giúp tối ưu hóa sản xuất bằng cách giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhân lực Sự tự động hóa này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn tăng khả năng sản xuất và giảm chi phí lao động, từ đó nâng cao năng suất tổng thể.

Sử dụng máy hàn cell pin tiên tiến giúp doanh nghiệp nâng cao khả năng cạnh tranh trong ngành công nghiệp pin Các công nghệ hàn hiện đại và quy trình sản xuất tiên tiến không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn nâng cao hiệu suất, từ đó thu hút nhiều khách hàng hơn.

Việc áp dụng máy hàn cell pin tiên tiến mang lại lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp, giúp họ nhanh chóng và linh hoạt tiếp cận thị trường, đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu các phương pháp hàn cell pin hiện có, bao gồm hàn laser, hàn điện trở và hàn siêu âm, đồng thời xác định ưu điểm và hạn chế của từng phương pháp Qua đó, nghiên cứu sẽ đánh giá và so sánh khả năng ứng dụng của các phương pháp này trong việc hàn cell pin, từ đó cung cấp cái nhìn tổng quan về hiệu quả và tính khả thi của từng kỹ thuật.

Mục tiêu chính là thiết kế và phát triển máy hàn cell pin tiên tiến bằng cách áp dụng công nghệ hiện đại nhằm nâng cao hiệu suất hàn và chất lượng kết nối Để đánh giá hiệu quả của máy hàn mới, nghiên cứu sẽ thực hiện các thử nghiệm trong môi trường thực tế, so sánh hiệu suất, chất lượng và độ tin cậy của máy hàn cell pin mới với các phương pháp hàn truyền thống Qua đó, nghiên cứu sẽ xác định tính khả thi và những ưu điểm của máy hàn cell pin mới, đồng thời đề xuất các cải tiến nếu cần thiết.

Nghiên cứu các thông số quan trọng như nhiệt độ và thời gian hàn là cần thiết để nâng cao hiệu suất và chất lượng kết nối trong quá trình hàn cell pin Bằng cách phân tích những yếu tố này, nghiên cứu sẽ cung cấp các khuyến nghị và phương pháp tối ưu nhằm đạt được kết quả tốt nhất.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Máy hàn cell pin" là phát triển và đánh giá các máy hàn cell pin tiên tiến nhằm nâng cao hiệu suất, chất lượng và độ tin cậy của cell pin.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Máy hàn cell pin đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các cell pin, là đối tượng chính trong nghiên cứu Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu suất hàn, chất lượng kết nối và độ tin cậy của các cell pin khác nhau, cùng với các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn.

Máy hàn cell pin là đối tượng nghiên cứu chính, với mục tiêu thiết kế, phát triển và đánh giá hiệu quả Nghiên cứu sẽ tập trung vào các yếu tố quan trọng như cấu trúc máy, công nghệ hàn, thông số kỹ thuật và tính năng nhằm cải thiện quy trình hàn cell pin.

Công nghệ hàn đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển cell pin, với nhiều phương pháp hàn khác nhau như hàn laser, hàn điện trở, hàn siêu âm và hàn plasma Nghiên cứu này nhằm so sánh và phân tích tính năng, ưu điểm và hạn chế của từng phương pháp, từ đó đánh giá khả năng áp dụng của chúng trong ngành công nghiệp năng lượng.

Thiết kế và phát triển máy hàn cell pin tiên tiến là một quá trình quan trọng, tập trung vào việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng hàn Các yếu tố cần xem xét bao gồm cấu trúc máy, hệ thống điều khiển, cảm biến và thiết bị đo, cùng với việc tích hợp tính năng tự động hóa và quản lý quy trình để đạt được hiệu quả tối ưu.

Đánh giá và cải thiện hiệu suất cũng như chất lượng kết nối của cell pin là rất quan trọng, bao gồm việc xác định các yếu tố như áp suất, nhiệt độ, thời gian hàn và tác động của chúng Nghiên cứu cũng nên tập trung vào ứng dụng của máy hàn cell pin trong các ngành công nghiệp như điện tử, ô tô và năng lượng tái tạo Việc phân tích yêu cầu và tiêu chuẩn của từng ứng dụng sẽ giúp tối ưu hóa cách sử dụng máy hàn cell pin để đáp ứng những yêu cầu cụ thể này.

Nghiên cứu về máy hàn cell pin cần mở rộng để đánh giá tính thương mại và khả thi, bao gồm các yếu tố kinh tế, tiếp cận thị trường, chi phí sản xuất và tiềm năng ứng dụng Những khía cạnh này sẽ giúp xác định khả năng thương mại hóa và ứng dụng thực tiễn của máy hàn cell pin.

Phương pháp nghiên cứu

Để hiểu rõ về công trình nghiên cứu trước đây, cần đọc các bài báo, tạp chí khoa học, sách và các nghiên cứu liên quan Qua đó, nghiên cứu có thể xác định được tình hình nghiên cứu hiện tại, những thành tựu đã đạt được và các hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai.

Xác định mục tiêu và câu hỏi nghiên cứu là bước quan trọng trong việc tìm hiểu, phát triển, đánh giá và cải tiến máy hàn cell pin Nghiên cứu có thể tập trung vào các khía cạnh kỹ thuật, hiệu suất, chất lượng kết nối, ứng dụng và khả năng thương mại của máy hàn cell pin.

Để thực hiện nghiên cứu hiệu quả, việc thu thập dữ liệu và tài liệu là rất quan trọng Các thông tin cần thiết bao gồm thông số kỹ thuật của máy hàn, dữ liệu về hiệu suất và chất lượng kết nối, cũng như thông tin về công nghệ hàn và nguyên liệu sử dụng trong quá trình hàn cell pin.

Phân tích và xử lý dữ liệu là bước quan trọng sau khi thu thập thông tin Nghiên cứu sử dụng các phương pháp thống kê, phân tích số liệu và công cụ mô hình hóa để hiểu rõ và đánh giá dữ liệu đã được thu thập.

Dựa trên phân tích và xử lý dữ liệu, nghiên cứu sẽ đánh giá kết quả và đưa ra kết luận về hiệu suất cũng như chất lượng kết nối của máy hàn cell pin So sánh với các công trình nghiên cứu trước, nghiên cứu này cũng đánh giá tính ứng dụng và khả năng thương mại của công nghệ hàn cell pin.

Trình bày và báo cáo kết quả: Cuối cùng, nghiên cứu sẽ trình bày và báo cáo kết quả nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Trước khi bắt đầu quá trình hàn, việc kiểm tra và chuẩn bị các thành phần cần thiết là rất quan trọng Cần đảm bảo rằng máy hàn, điện cực hàn, cell pin và các vật liệu hàn khác đã sẵn sàng và trong tình trạng tốt để đảm bảo hiệu quả của quá trình hàn.

Kiểm tra chất lượng cell pin và vật liệu hàn để đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn Đánh giá các thông số kỹ thuật như điện áp, dòng điện và thời gian hàn trước khi tiến hành.

Gá Pin là thiết bị quan trọng giúp giữ cell pin ở vị trí chính xác và ổn định trong quá trình hàn Để đạt được chất lượng hàn tốt nhất, cần điều chỉnh các tham số như điện áp, dòng điện và thời gian hàn phù hợp với từng loại cell pin Những thông số này có thể dễ dàng thiết lập trên máy hàn.

Để tiến hành hàn cell pin, đầu tiên, bạn cần đặt điện cực hàn vào vị trí chính xác và kích hoạt máy hàn Dòng điện sẽ được truyền qua vật liệu hàn, tạo ra nhiệt độ cao, giúp kết nối các bộ phận của cell pin một cách chắc chắn.

Kiểm tra sau hàn là bước quan trọng để đảm bảo sự kết nối và độ ổn định của cell pin Sau khi hoàn tất quá trình hàn, cần kiểm tra các thông số điện và hoạt động của pin nhằm xác nhận rằng quá trình hàn đã diễn ra thành công.

Để duy trì hiệu suất và độ tin cậy của máy hàn cell pin, việc bảo dưỡng và kiểm tra định kỳ là rất quan trọng Hãy đảm bảo thực hiện bảo trì thường xuyên cho máy hàn và các thành phần liên quan.

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể Đo lường hiệu suất hàn: Các thông số đo lường bao gồm điện áp hàn, dòng điện, thời gian hàn, nhiệt độ hàn, khả năng kết nối, sự đồng nhất và độ bền hàn Các phương pháp thường được sử dụng bao gồm đo điện trở, đo điện áp, đo nhiệt độ và đo lực

Mô phỏng và mô hình hóa là phương pháp quan trọng trong nghiên cứu quá trình hàn và hiệu suất hàn của máy hàn cell pin, sử dụng các công cụ trên Solidworks Những công cụ này giúp dự đoán và tối ưu hóa các yếu tố quan trọng như điện áp, dòng điện, thời gian hàn và vị trí điện cực hàn, từ đó nâng cao chất lượng và hiệu quả của quá trình hàn.

Phân tích độ tin cậy là phương pháp nghiên cứu tập trung vào tuổi thọ và độ bền của máy hàn cell pin Quá trình này bao gồm việc xác định các yếu tố gây hỏng hóc và tối ưu hóa quy trình hàn nhằm nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của cell pin.

Phân tích tính toán và mô phỏng là phương pháp quan trọng trong việc dự đoán và tối ưu hóa quá trình hàn cũng như hiệu suất hàn Phương pháp này sử dụng các công cụ như mô hình toán học, phương trình vi phân, phân tích số và phân tích hệ thống để đạt được kết quả chính xác và hiệu quả.

Kết cấu của ĐATN

ĐATN được cấu trúc thành 6 chương, trong đó chương 2 cung cấp cái nhìn tổng quan về nghiên cứu đề tài, chương 3 bàn luận về cơ sở lý thuyết, chương 4 nêu ra các phương hướng và giải pháp cho máy hàn cell pin, chương 5 tập trung vào tính toán thiết kế máy hàn cell pin, và chương 6 trình bày thực nghiệm cùng với đánh giá kết quả.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu

Máy hàn cell pin là thiết bị thiết yếu để kết nối các thành phần của cell pin thông qua quá trình hàn, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và bảo trì cell pin.

Máy hàn cell pin có thiết kế nhỏ gọn và dễ sử dụng, cho phép điều chỉnh các thông số hàn như điện áp, dòng điện, thời gian và nhiệt độ để đáp ứng yêu cầu cụ thể của từng loại cell pin Với khả năng hàn đơn và đa điểm, máy giúp kết nối nhiều ống nối hoặc đầu nối cùng lúc, nâng cao hiệu suất sản xuất Ngoài ra, máy còn linh hoạt trong việc thay đổi số lượng pin hàn và thực hiện hàn tự động với số lượng lớn Được thiết kế để đảm bảo hiệu suất cao và độ tin cậy, máy hàn cell pin cho phép hàn nhanh chóng và chính xác, giảm thời gian sản xuất và đảm bảo chất lượng kết nối ổn định.

Chúng thường được làm từ vật liệu chất lượng cao và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và chất lượng nghiêm ngặt

Để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy trong quá trình hàn cell pin, cần chú ý đến một số vấn đề quan trọng như chất lượng mối hàn kết nối giữa các cell, điều chỉnh thông số hàn, quản lý nhiệt độ, gá pin và giám sát quy trình hàn.

Đặc tính của máy hàn cell pin

Máy hàn cell pin có độ chính xác cao, đảm bảo kết nối đồng đều giữa các thành phần, đặc biệt quan trọng trong hàn pin lithium-ion cho thiết bị như máy khoan, quạt, sạc dự phòng, laptop và xe đạp điện Ngoài ra, máy còn có khả năng điều khiển tự động các thông số hàn như công suất, nhiệt độ, áp suất và thời gian, giúp quá trình hàn diễn ra nhất quán và chính xác.

Máy hàn cell pin có hiệu suất cao, đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt với tốc độ hàn nhanh, thời gian chuẩn bị ngắn và khả năng hoạt động liên tục mà không gặp trục trặc.

Máy hàn cell pin được thiết kế bền vững với tuổi thọ cao, giảm thiểu hỏng hóc và tiết kiệm chi phí bảo trì Ngoài ra, việc sử dụng các vật liệu hàn thân thiện với môi trường góp phần bảo vệ hành tinh.

Kết cấu của máy hàn cell pin

Máy hàn cell pin ba trục được thiết kế đặc biệt để hàn các cell pin trong không gian ba chiều Với khả năng di chuyển và hàn theo các trục x, y và z, máy mang đến độ chính xác cao trong việc định vị và hàn các cell pin.

Bàn làm việc của máy hàn cell pin ba trục cung cấp không gian lý tưởng để đặt và định vị các cell pin Được thiết kế với các kẹp và hệ thống giữ chắc chắn, bàn làm việc đảm bảo các cell pin được cố định an toàn trong suốt quá trình hàn.

Hệ thống trục chính của máy hàn cell pin ba trục bao gồm trục X, Y và Z, cho phép di chuyển và định vị cell pin trong không gian ba chiều Trục X và Y thường được điều khiển bởi động cơ bước hoặc servo để thực hiện di chuyển ngang và dọc, trong khi trục Z sử dụng động cơ bước hoặc servo để thực hiện di chuyển theo chiều dọc.

Hệ thống hàn trong máy hàn cell pin ba trục bao gồm các điện cực hàn và hệ thống điều khiển điện tử, tạo ra dòng điện cao tại các điểm tiếp xúc của cell pin để hình thành mối hàn chính xác Được tích hợp với các trục chính, hệ thống này đảm bảo quá trình hàn diễn ra chính xác trong không gian ba chiều Máy hàn cell pin ba trục được điều khiển và điều chỉnh thông qua các bộ điều khiển và phần mềm, cho phép người dùng tùy chỉnh các thông số quan trọng như vận tốc di chuyển, độ chính xác định vị và các tham số hàn khác.

Hệ thống an toàn cho máy hàn cell pin ba trục cần được trang bị các biện pháp bảo vệ hiệu quả, bao gồm công tắc hành trình, nhằm đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động và bảo vệ thiết bị khỏi các sự cố không mong muốn.

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước

Hiện nay, nghiên cứu về máy hàn cell pin đang diễn ra rộng rãi trên toàn cầu Nhiều quốc gia đang đầu tư vào công nghệ và nghiên cứu liên quan đến máy hàn cell pin, nhằm cải thiện hiệu suất và độ bền của pin Các ví dụ điển hình về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này từ nước ngoài cho thấy sự phát triển nhanh chóng và tiềm năng lớn trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

Máy hàn pin laser ba trục

Hình 2.4.1 1 Máy hàn laser 3 trục [10]

Bảng 2.4.1 1 Thông số kỹ thuật máy hàn pin laser ba trục

Hành trình Z 400mm Động cơ Động cơ bước hoặc servo

Hệ thống quan sát Hệ thống đèn đỏ và CCD Điện áp đầu vào 220V/50HZ 3pha 380V/50HZ

Phương pháp làm mát Nước làm mát 1P-3P

Tại Trung Quốc, các công ty như BYD, CATL và ATL đang tích cực đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ hàn cell pin tiên tiến, điển hình là máy hàn cell pin SUNKKO738AL.

Hình 2.4.1 2 Máy hàn cell pin SUKKO738AL [10]

Bảng 2.4.1 2 Thông số máy hàn cell pin SUNKKO738AL Điện áp đầu vào 110/220V

Phạm vi điều chỉnh cánh tay hàn 95-160mm

Sử dụng Hàn điểm Độ dày hàn bút 0.05-0.2mm (thép mạ niken) Độ dày hàn kim hàn cố định 0.05-0.3mm (thép mạ niken)

Trọng lượng 7.5kg Độ dày hàn tối đa 0.3mm (thép mạ niken)

Hình 2.4.1 3 Máy hàn LITH-IP-5000A [10]

Bảng 2.4.1 3 Thông số kỹ thuật máy hàn LITH-IP-5000A

Thông số mục LITH-IP-5000A Điện áp đầu vào AC 380V ± 10% 50/60Hz hoặc 220V ±

Hàn chế độ điều khiển Liên tục hiện tại Hàn

Biến tần tần số (kHz) 4KHZ

Máy hàn Cell Pin JST-IIS

Hình 2.4.1 4 Máy hàn cell pin JST-IIS [10]

Bảng 2.4.1 4 Thông số máy hàn Cell Pin JST-IIS

Nguồn điện cung cấp 220V~50/60Hz

Dòng hàn 01-99% (điều chỉnh được)

Cài đặt xung 01-06 (điều chỉnh được)

Thời gian hàn 01-99 (điều chỉnh được) Độ dày mối hàn tối đa tấm Nickel hoặc tấm thép dày tối đa

Trọng lượng 6kg ứng dụng Hàn cell pin 18650 và các loại pin tương tự

2.4.2 Các nghiên cứu trong nước

Máy hàn cell pin có trục Z:

Hình 2.4.2 1 Máy hàn cell có trục Z [10]

Bảng 2.4.2 1 thông số máy hàn có trục Z

Kẽm hàn Tối đa 0.2mm

Biến áp xung 800e Điện vào 220V-50HZ

Timer chỉnh công suất 30-99% Động cơ Step motor size 42

Máy hàn cell pin dùng biến áp 800e

Hình 2.4.2 2 Máy hàn biến áp 800E

Bảng 2.4.2 2 Thông số máy hàn biến áp 800E Điện áp vào 220V-50HZ

Các tồn tại của máy hàn cell pin

Máy hàn cell như SUNKKO738AL gặp khó khăn khi cần dùng tay để hàn từng điểm trên pin và căn chỉnh vị trí hàn Máy hàn LITH-IP-5000A sử dụng khí nén để kích hoạt trục Z nhưng vẫn cần canh vị trí pin trong quá trình hàn Máy hàn cell pin JST-IIS yêu cầu sử dụng bàn đạp để kích hoạt dòng điện hàn, đồng thời cần căn chỉnh vị trí pin Máy hàn cell sử dụng biến áp 800e cũng cần kích hoạt điểm hàn bằng tay và căn chỉnh vị trí hàn một cách thủ công Cuối cùng, máy hàn cân lực trục Z sử dụng động cơ để điều khiển quá trình hàn.

Để khắc phục vấn đề canh chỉnh vị trí pin thủ công trong quá trình hàn cell pin, nhóm đã thiết kế máy hàn sử dụng 3 trục (X, Y, Z) cho phép hàn và điều chỉnh vị trí pin một cách chính xác Bên cạnh đó, một bàn làm việc đã được phát triển, có khả năng chứa tối đa 60 viên pin (10x6 pin), với đồ gá cố định trên mặt bàn, giúp hàn đúng vị trí thông qua chương trình được cài đặt sẵn.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

SSR

SSR là một loại rơ le bao gồm biến áp, thiết bị chuyển mạch điện tử và cơ cấu khớp nối Rơ le này hoạt động bằng cách sử dụng chất bán dẫn, cho phép bật và tắt khi có điện áp bên ngoài nhỏ tác động lên mạch điều khiển.

Cấu tạo của SSR bao gồm ba mạch:

Mạch đầu vào hoạt động tương tự như cuộn dây trong rơ le điện cơ, được kích hoạt khi điện áp vượt quá mức điện áp đóng và sẽ ngừng hoạt động khi điện áp giảm xuống dưới mức điện áp ra tối thiểu của rơ le.

Mạch điều khiển xác định thời điểm cung cấp năng lượng cho các thành phần đầu ra, đồng thời ngừng cấp năng lượng khi không cần thiết Nó hoạt động như một cơ chế kết nối giữa các mạch đầu vào và đầu ra, đảm bảo sự hoạt động hiệu quả của toàn bộ hệ thống.

Mạch đầu ra: chuyển sang tải sẽ được thực hiện bởi các tiếp điểm trên EMR

Nguyên lý hoạt động của rơ le:

Khi tín hiệu điều khiển được áp dụng vào cuộn dây của rơ le, điện áp hoặc dòng điện sẽ chạy qua, tạo ra trường từ Trường từ này làm cho bộ chốt di chuyển, dẫn đến việc kết nối hoặc ngắt các tiếp điểm, từ đó điều khiển luồng điện trong mạch điện liên quan Nhờ đó, rơ le hoạt động như một công tắc điện tự động, cho phép điều khiển các thiết bị hoặc mạch điện khác một cách tự động.

Hình 3.1 1 Cấu tạo SSR Ưu nhược điểm của Relay SSR Ưu điểm:

• SSR tạo ra ít nhiễu điện từ hơn so với rơ le cơ học trong quá trình hoạt động

SSR có tuổi thọ cao hơn nhờ cấu tạo hoàn toàn từ linh kiện kỹ thuật số Khi được sử dụng đúng cách, chúng có khả năng hoạt động liên tục trong hàng triệu chu kỳ đóng – mở.

• SSR bật và tắt nhanh hơn so với rơ le cơ học (1ms so với 10ms)

• SSR ít bị rung động vật lý hơn so với rơ le cơ học

SSR có những nhược điểm như:

• Chi phí đầu tư thiết bị đắt hơn

• Sẽ tiêu tán nhiều năng lượng hơn dưới dạng nhiệt (1-2% năng lượng dự định cung cấp năng lượng cho tải)

Biến áp

Biến áp là thiết bị điện giúp chuyển đổi điện áp từ mức này sang mức khác mà không làm thay đổi tần số của nguồn điện.

Hình 3.2 1 Biến áp lò vi sóng 900E Cấu tạo của biến áp:

Hình 3.2 2 Cấu tạo, nguyên lý của biến áp

Cuộn dây sơ cấp là phần quan trọng của lò vi sóng, được kết nối với nguồn điện đầu vào Biến áp trong cuộn dây này nhận điện áp từ nguồn và biến đổi nó thành mức điện áp cao hơn hoặc thấp hơn, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng của lò vi sóng.

Cuộn dây thứ cấp là bộ phận kết nối với tấm từ hoặc tấm mạch điều khiển trong lò vi sóng, giúp chuyển đổi điện áp từ cuộn dây sơ cấp.

19 thứ cấp và từ đó tạo ra trường từ cao tần cần thiết để nấu nướng và hâm nóng thức ăn trong lò vi sóng

Lõi từ trong biến áp lò vi sóng thường được chế tạo từ vật liệu từ tính như sắt, tạo ra môi trường cho cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp Nó cung cấp đường dẫn từ tính cho dòng điện, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của biến áp.

Nguyên lý hoạt động của biến áp dựa trên việc chuyển đổi điện áp và dòng điện thông qua sự cộng hưởng điện từ Khi nguồn điện áp xoay chiều được áp dụng vào cuộn dây sơ cấp, dòng điện xoay chiều tạo ra một trường từ xung quanh cuộn dây Trường từ này truyền qua không gian, tạo ra dòng điện trong cuộn dây thứ cấp Điện áp thứ cấp có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ cuộn số giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp; nếu tỷ lệ cuộn số thứ cấp lớn hơn, điện áp thứ cấp sẽ cao hơn và ngược lại.

Biến áp có cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có khả năng tăng hoặc giảm điện áp tùy thuộc vào tỷ lệ số vòng của cuộn dây thứ cấp so với cuộn dây sơ cấp Chúng thường được ứng dụng trong các lĩnh vực như hạ thế, tăng áp, cách ly và chuyển đổi điện áp trong hệ thống điện.

Pin 18650 [9]

Pin 18650 là pin có kích thước 18mm x 65mm Đây là dòng pin lithium-ion có thể sạc lại

Trên thị trường hiện nay dòng pin 18650 có bốn loại chính là có đầu bịt, không có đầu bịt, đầu phẳng và đầu nút

Pin có đầu bịt và không có đầu bịt khác nhau ở chỗ pin có mạch bảo vệ tích hợp một mạch điện nhỏ, giúp ngăn ngừa các sự cố như quá dòng, quá áp, quá sạc, quá xả, ngắn mạch và quá nhiệt độ, từ đó giảm nguy cơ hư hỏng hoặc cháy nổ Trong khi đó, pin không có mạch bảo vệ tiềm ẩn nhiều rủi ro hơn, dễ dẫn đến cháy nổ, vì vậy cần được bảo quản cẩn thận và kiểm tra thường xuyên.

Pin đầu phẳng và pin đầu nút có sự khác biệt rõ rệt về hình dáng, với pin đầu nút có đầu nhô ra trong khi pin đầu phẳng hoàn toàn phẳng Tuy nhiên, về độ an toàn, cả hai loại pin này không có sự khác biệt đáng kể.

20 sử dụng loại pin nào cũng không có nhiều sự khác biệt như loại có đầu bịt và không có đầu bịt

Pin 18650 phân loại theo hóa chất ICR, IMR và INR:

Dòng pin ICR sử dụng hóa chất Lithium Cobolt Oxide (LCO - LiCoO2) với năng lượng riêng cao, vì vậy cần phải sử dụng mạch bảo vệ pin PCB khi sử dụng loại pin này Trong khi đó, pin IMR sử dụng hóa chất Lithium Mangan Oxide (LMO - LiMn2O4), có đặc điểm phóng điện nhanh và hiệu suất hoạt động rất ổn định.

Pin INR sử dụng hợp chất Niken mangan cobolt oxit (NMC: LiNiMnCoO2), một chất hóa học an toàn và bền Tuy nhiên, do pin có năng lượng riêng cao, cần trang bị thêm mạch bảo vệ PCB để đảm bảo tuổi thọ và an toàn trong quá trình sử dụng.

Cấu tạo của pin 18650 cơ bản gồm các phần sau:

• Ống bọc: là vỏ ngoài của pin, bảo vệ các thành phần bên trong khỏi tác động bên ngoài Thường là hợp kim nhôm hoặc thép không gỉ

• Anot (+): là điểm nơi các điện tử di chuyển ra khỏi pin khi pin đang hoạt động và phóng điện tích Anot thường được làm từ graphite

Cực (Cathode, -) là điểm nơi các điện tử vào pin trong quá trình hoạt động và tiêu thụ điện tích, thường được chế tạo từ các hợp chất của lithium.

Điện giải là một chất dẫn điện quan trọng, nằm giữa anot và cực trong ống bọc, giúp tạo điều kiện cho sự di chuyển của các ion lithium trong quá trình sạc và xả.

• Bộ bảo vệ (Protection Circuit): Một số pin 18650 có một bộ bảo vệ tích hợp để ngăn ngừa quá tải, quá dòng, quá nhiệt và ngắn mạch

• Kín khít (Separator): Là lớp phân cách giữa anot và cực trong ống bọc, ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai điện cực

Cách tính dung lượng pin: tính dung lượng pin 18650 thông qua các công thức tính dung lượng - Vol (V):

Vôn tính trên hiệu điện thế: U = I x R

Thanh ray trượt vuông

Hình 3.4 1 Thanh ray trượt vuông

Thanh trượt vuông là một thành phần quan trọng có mặt trong nhiều loại máy móc, bao gồm máy CNC khắc đá, máy plasma, máy CNC cơ khí, máy in 3D, máy CNC gỗ và các dòng máy CNC tự động hóa khác.

Cấu tạo thanh ray trượt vuông

Thanh trượt dẫn hướng vuông bao gồm hai bộ phận chính: thanh ray trượt và block con trượt, tạo thành một hệ thống chuyển động tịnh tiến Loại thanh trượt này có nhiều kiểu dáng khác nhau, phù hợp với nhiều thiết bị và máy móc công nghiệp Ưu điểm nổi bật của ray trượt vuông là tính linh hoạt và khả năng đáp ứng đa dạng nhu cầu sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp.

• Có độ cứng cáp, vững chắc cao

• Thanh ray và các bộ phận chi tiết được lắp đặt rất chính xác

• Có khả năng chịu tải trọng lớn

• Ray dẫn hướng và công suất hoạt động tối đa trong thời gian dài và không phải lo các phát sinh về nhiệt

• Có khả năng dẫn hướng chính xác với độ ma sát được giảm tối đa

• Hỗ trợ cân bằng lực cho các bộ phận của thiết bị máy móc động cơ

• Thanh ray trượt vuông dễ lắp đặt, tháo gỡ nên khi cần bảo trì, thay mới không mất nhiều thời gian

• Chuyển động êm ái, mượt mà

• Tuổi thọ sử dụng lâu dài

Động cơ bước [7]

Động cơ bước, hay còn gọi là Step Motor hoặc Stepping Motor, là thiết bị cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng Đây là loại động cơ điện không có chổi than và thuộc loại động cơ đồng bộ, có khả năng chia một vòng quay đầy đủ thành nhiều bước nhỏ.

Trục động cơ quay qua một góc cố định cho mỗi xung rời rạc Khi chuỗi xung hoạt động, trục động cơ sẽ được chuyển đến một góc nhất định, được gọi là góc bước, thường được tính bằng độ.

Hình 3.5 1 Động cơ bước-step motor [7]

Phân loại động cơ bước

Phân loại động cơ bước theo số pha:

Động cơ bước hai pha là loại động cơ bước phổ biến, bao gồm bốn dây, sáu dây hoặc thậm chí tám dây, mang lại sự linh hoạt trong ứng dụng và điều khiển.

• Loại 2: Động cơ bước ba pha là chính là loại động cơ bước ba dây hoặc có khi là động cơ bước bốn dây

• Loại 3: Động cơ bước năm pha chính là loại động cơ bước gồm có năm dây

Phân loại theo số lượng cực của động cơ bước như sau:

Động cơ đơn cực hoạt động với dòng điện luôn chạy qua cuộn dây theo một hướng duy nhất, điều này giúp đơn giản hóa mạch điều khiển So với động cơ lưỡng cực, động cơ đơn cực tạo ra mô men xoắn thấp hơn.

• Động cơ lưỡng cực: Dòng điện của động cơ có thể chạy qua cuộn dây theo một trong

Động cơ đơn cực yêu cầu một mạch điều khiển phức tạp hơn, nhưng lại tạo ra nhiều mô men xoắn hơn, mang lại hiệu suất cao hơn cho các ứng dụng cần sức mạnh lớn.

Phân loại động cơ bước tùy theo các Rotor như sau:

• Động cơ bước nam châm vĩnh cửu (tiếng Anh gọi là Permanent magnet stepper viết tắt là PM) chỉ sử dụng một nam châm vĩnh cửu bên trong rotor

• Động cơ bước có biến đổi điện trở (tiếng Anh gọi là Variable Reluctance Stepper Motor viết tắt VR) có một rotor sắt trơn

• Động cơ bước đồng bộ lai (còn gọi là Hybrid Synchronous Stepper Motor

Cấu tạo động cơ bước:

Motor step (động cơ bước) thường bao gồm có các bộ phận chính đó là stato, roto chính là nam châm vĩnh cửu

Hình 3.5 2 Cấu tạo của step motor [7]

Khi dòng điện chạy qua bobin, nó tạo ra một lực từ hút từ nam châm, tương tác với nam châm trong rotor và tạo ra lực xoay hoặc lực đẩy Quá trình này khiến rotor chuyển động từng bước nhất định Bằng cách thay đổi tần số và thứ tự các xung điện cung cấp vào bobin, động cơ bước có thể di chuyển theo các bước cố định hoặc chuyển động tuyến tính.

Các xung điện cung cấp cho bobin được tạo ra bởi bộ điều khiển hoặc vi điều khiển, cho phép kiểm soát chính xác vị trí và chuyển động của động cơ bước Bộ điều khiển phát ra các xung theo một chuỗi nhất định, với mỗi xung tương ứng với một bước di chuyển Động cơ bước được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và kiểm soát chuyển động đáng tin cậy, như trong robot, máy in 3D, và thiết bị y tế.

Máy CNC (Computer Numerical Control) sử dụng động cơ bước để điều khiển chuyển động của các trục, nhằm thực hiện cắt, gia công, mài và định vị chính xác trong quá trình chế biến kim loại, gỗ và nhiều vật liệu khác.

Máy in 3D sử dụng động cơ bước để kiểm soát chuyển động của các trục XYZ, đảm bảo xây dựng lớp và tạo hình 3D với độ chính xác cao Động cơ bước có nhiều ưu điểm như độ chính xác, tính ổn định, đáp ứng nhanh, thiết kế đơn giản và độ tin cậy cao, cùng với chi phí thấp, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho công nghệ in 3D.

Nhược điểm: mất bước, Động cơ nóng, khả năng tải, độ run và tiếng ồn, không linh hoạt.

Driver động cơ bước (TB6600) [8]

Driver động cơ bước là thiết bị điều khiển hoạt động của động cơ bước, nhận tín hiệu từ nguồn ngoại vi hoặc bộ điều khiển chính Nó chuyển đổi tín hiệu này thành các xung điện và dòng điện phù hợp, giúp điều chỉnh chuyển động và vị trí của động cơ bước.

Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước TB6600 sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho các loại động cơ bước: 42/57/86 2 pha hoặc bốn dây có dòng tải là 4A/42VDC

Bảng 3.6 1 Thông số kỹ thuật của driver TB6600:

Dòng dẫn điện cực đại 4A

Nguồn điện hoạt động tối đa 42V

Tần số xung dịch bước 15khz

Thiết lập chế độ hoạt động

Bảng 3.6 2 Bảng cài đặt vi bước

Micro Pulse/rev SW1 SW2 SW3

Bảng 3.6 3 Bảng cài đặt dòng điện

Bảng 3.6 4 Bảng cài đặt ghép nối

DC+ Nối nguồn điện từ 9-42DC

DC- Điện áp (-) âm của nguồn

A+ và A- Nối vào cặp dây của động cơ bước B+ và B- Nối vào cặp cuộn dây còn lại của động cơ

PUL+ và PUL- là tín hiệu điều khiển tốc độ với PUL+ cung cấp điện áp +5V và PUL- cung cấp điện áp âm DIR+ và DIR- là tín hiệu điều khiển đảo chiều, trong đó DIR+ cũng cung cấp điện áp +5V và DIR- cung cấp điện áp âm Khi tín hiệu ENA+ và ENA- được cấp, động cơ sẽ không còn lực mô men giữ và sẽ ngừng quay.

Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung

Giao tiếp i2c

Giao tiếp I2C (Inter-Integrated Circuit) là một giao tiếp serial đồng bộ, được phát triển bởi Philips Semiconductor (hiện nay là NXP Semiconductors), dùng để kết nối các thiết bị điện tử trong hệ thống Nó được sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng điện tử như vi điều khiển, cảm biến, bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi.

Giao tiếp I2C sử dụng hai dây chính: SDA (Dây Dữ Liệu Tuần Tự) và SCL (Dây Đồng Hồ Tuần Tự) Dây SDA truyền dữ liệu giữa các thiết bị, trong khi dây SCL đồng bộ hóa dữ liệu trên dây SDA Mỗi thiết bị trong mạng I2C có một địa chỉ duy nhất để giao tiếp hiệu quả.

Giao tiếp I2C có những đặc điểm nổi bật như khả năng kết nối đa thiết bị qua một đường truyền duy nhất Mỗi thiết bị trong hệ thống được gán một địa chỉ riêng, giúp xác định chính xác thiết bị mục tiêu để gửi hoặc nhận dữ liệu.

Giao tiếp hai chiều trong I2C cho phép truyền và nhận dữ liệu trên cùng một dây, tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi thông tin Dữ liệu được đồng bộ hóa thông qua tín hiệu xung trên dây SCL, giúp các thiết bị có thể đọc và ghi dữ liệu một cách đồng bộ và hiệu quả.

Tốc độ truyền thông trong giao tiếp I2C được xác định bởi tần số xung đồng hồ, với khả năng đạt tới các tốc độ khác nhau như 100 kHz, 400 kHz, 1 MHz và có thể cao hơn.

Giao tiếp I2C sử dụng kiểu truyền thông "open-drain" cho cả dây SDA và SCL, cho phép các tín hiệu chỉ kéo xuống mức logic thấp (0V) hoặc để float Để đưa tín hiệu lên mức logic cao (VDD), cần sử dụng điện trở kéo lên.

Aduino Mega2560

Arduino Mega 2560 là một board phát triển mạnh mẽ, mở rộng từ Arduino Uno, cung cấp nhiều cổng I/O hơn, bộ nhớ lớn hơn và khả năng xử lý cao hơn Board này rất phổ biến trong cộng đồng Arduino, thích hợp cho các dự án phức tạp đòi hỏi nhiều I/O và khả năng xử lý cao.

Các đặc điểm chính của Arduino Mega 2560 bao gồm: [11]

Arduino Mega 2560 được trang bị vi xử lý ATmega2560 với tốc độ xung nhịp 16 MHz và bộ nhớ Flash 256 KB, giúp xử lý nhanh chóng các nhiệm vụ phức tạp và lưu trữ chương trình cũng như dữ liệu lớn một cách hiệu quả.

Arduino Mega 2560 được trang bị 54 chân I/O kỹ thuật số, bao gồm 15 chân có khả năng hoạt động như đầu vào analog và 16 chân PWM Điều này cho phép người dùng kết nối và điều khiển đa dạng các thiết bị và cảm biến.

Board hỗ trợ giao tiếp qua các cổng UART, SPI và I2C, giúp kết nối dễ dàng với các thiết bị ngoại vi như cảm biến, màn hình LCD, module RF và nhiều thiết bị khác.

Bộ nhớ: Arduino Mega 2560 có 8 KB bộ nhớ SRAM và 4 KB EEPROM, cho phép lưu trữ và xử lý dữ liệu phức tạp

Board có thể được cấp nguồn qua cổng USB hoặc nguồn ngoại vi từ 7 đến 12V DC, cung cấp điện cho cả board và các thiết bị ngoại vi kết nối.

Arduino Mega 2560 sử dụng IDE Arduino, một môi trường lập trình phổ biến và dễ sử dụng Nó hỗ trợ ngôn ngữ lập trình C/C++ và đi kèm với thư viện phong phú, giúp lập trình các ứng dụng nhúng trở nên đơn giản hơn.

Bảng 3.8 1 Bảng đặc điểm kỹ thuật Arduino

Aduino Mega2560 Tính năng, đặc điểm

Vi điều khiển ARV ATmega2560(8bit)

Bộ timer 2 (8bit) +4 (16bit) =6timer

VIN Cung cấp điện áp(7-12V)

Nguồn 5V Đối với nguồn cung cấp thiết bj phần cứng bên ngoài

Nguồn 3.3V Đối với thiết bị phần cứng điện áp thấp bên ngoài

Truyền động vitme-đai óc

Vít me – đai ốc là cơ cấu chuyển động chuyển đổi từ quay sang tịnh tiến Có hai loại truyền động vít me – đai ốc, bao gồm vít me - đai ốc trượt và vít me - đai ốc bi.

3.9.1 Cơ cấu vít me- đai ốc trượt

Vít me đai ốc trượt

Vít me đai ốc trượt là cơ cấu truyền động quan trọng cho chuyển động trượt tuyến tính, bao gồm hai thành phần chính: vít me và đai ốc Vít me có bề mặt ngoài với các rãnh xoắn, trong khi đai ốc có bề mặt trong tương thích với các rãnh này, tạo ra sự ăn khớp và hiệu suất truyền động cao.

Cơ cấu vít me – đai ốc trượt thường có những đặc điểm như:

• Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn

• Truyền động êm, có khả năng tự hãm

• Khả năng chịu tải tốt, tính đồng nhất và độ bền cao

• Có thể truyền động nhanh với vít me có bước ren và số vòng quay lớn

Tuy nhiên, do chuyển động trượt, vitme còn có các nhược điểm như:

• Có thể tạo ra một lực ma sát lớn hơn so với vít me quay

• Đòi hỏi bảo dưỡng định kỳ để duy trì hiệu suất và tuổi thọ của cơ cấu

Kết cấu của vít me đai ốc trượt:

Dạng ren: Vít me thường có hai dạng ren chủ yếu:

Ren hình thang với góc 30 độ mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm quy trình gia công đơn giản và khả năng phay hoặc mài dễ dàng Sử dụng đai ốc bổ đôi giúp việc đóng mở ren trở nên thuận tiện và nhanh chóng.

Ren vuông thường được sử dụng trong các máy cắt ren chính xác và máy tiện hớt lưng Để đảm bảo hiệu suất lâu dài, vít me nên được chế tạo với hai cổ trục giống nhau, cho phép lắp đảo ngược sau một thời gian sử dụng, giúp bề mặt làm việc mòn đều Ổ đỡ vít me có vai trò quan trọng trong việc duy trì chuyển động trục với độ đảo hướng trục và độ hướng kính nhỏ, thường bao gồm nhiều loại khác nhau.

Ổ đỡ trục dài (Thrust bearing) được sử dụng cho các ứng dụng chịu lực tác động dọc trục của vít me Trong khi đó, Ổ đỡ trục ngang (Radial bearing) phục vụ cho các ứng dụng có lực tác động vuông góc với trục vít me Đối với các ứng dụng yêu cầu chịu lực tác động xiên, Ổ đỡ xiên (Angular contact bearing) là lựa chọn phù hợp Cuối cùng, Ổ đỡ trục côn (Tapered roller bearing) được thiết kế cho các ứng dụng cần chịu tải nặng và lực tác động lớn.

Đai ốc vít me là một thành phần quan trọng trong cơ cấu vít me – đai ốc, thường được sử dụng trong các ứng dụng có yêu cầu độ chính xác không cao và chế độ làm việc ít Đai ốc liền có ưu điểm nổi bật như thiết kế đơn giản, chi phí thấp và khả năng tự hãm ở mức độ nhất định Trong khi đó, đai ốc hai nửa được sử dụng để đóng hoặc tách đai ốc khỏi vít me, đặc biệt khi tiện vít me trên máy tiện vạn năng.

3.9.2 Cơ cấu vit me đai ốc bi

Cơ cấu vit me đai ốc bi

Vít me đai ốc bi là một hệ thống truyền động phổ biến trong nhiều ứng dụng công nghiệp và kỹ thuật Hệ thống này có cấu tạo đặc biệt với các ưu điểm như hiệu suất cao, độ chính xác trong chuyển động và khả năng tải trọng lớn Tuy nhiên, nó cũng có những nhược điểm như chi phí đầu tư ban đầu cao và yêu cầu bảo trì định kỳ.

Vít me đai ốc bi bao gồm hai thành phần chính là vít me và ốc bi Vít me có hình dạng xoắn ốc với rãnh V, trong khi ốc bi có dạng trụ với rãnh khớp chính xác Khi vít me quay, ốc bi di chuyển theo trục vít, tạo ra chuyển động truyền động hiệu quả.

Vít me đai ốc bi thường có những đặc điểm như :

• Tổn thất ma sát ít nên có hiệu suất cao, có thể đạt từ 90 – 95 %

• Lực ma sát gần như không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động nên đảm bảo chuyển động ở nhựng vận tốc nhỏ

• Hầu như không có khe hở trong mối ghép và có thể tạo ra lực căng ban đầu, đảm bảo độ cứng vững hướng trục cao

Vít me đai ốc bi nổi bật với độ chính xác cao trong chuyển động và truyền động Thiết kế tỉ mỉ cùng khớp nối chính xác giữa vít me và ốc bi đảm bảo khả năng di chuyển và định vị chính xác.

Vít me đai ốc bi có khả năng chịu lực kéo mạnh, nhờ vào thiết kế xoắn ốc đặc biệt Thiết kế này không chỉ cung cấp lực lớn mà còn giúp vận chuyển và giữ vị trí hiệu quả trong các ứng dụng truyền động.

Hệ thống vít me đai ốc bi có khả năng chịu tải trọng cao, cho phép sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền và khả năng chịu tải lớn.

Vít me đai ốc bi sở hữu khả năng tự khóa, cho phép hệ thống tự động giữ vị trí khi không có tải trọng hoạt động lên trục Điều này đảm bảo sự ổn định và ngăn ngừa hiện tượng trượt, mang lại hiệu quả cao trong quá trình sử dụng.

Vít me đai ốc bi được ưa chuộng trong các máy cần truyền động thẳng chính xác, như máy khoan và các thiết bị điều khiển chương trình số, nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.

Vít me đai ốc bi có tốc độ truyền động chậm hơn so với các hệ thống như truyền động bằng đai hoặc xích, điều này có thể hạn chế khả năng sử dụng của nó trong những ứng dụng cần tốc độ cao.

Vít me đai ốc bi có hạn chế khi truyền động trên chiều dài lớn, vì khi chiều dài tăng lên, độ lệch có thể xảy ra và độ chính xác sẽ giảm.

PHƯƠNG ÁN VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ MÁY HÀN CELL PIN

Yêu cầu của đề tài

Nghiên cứu phương án thiết kế hệ thống Lựa chọn cơ cấu truyền động phù hợp với hệ thống

Xây dựng bản vẽ 2D và 3D

Gia công mô hình cơ khí

Thiết kế và xây dựng mạch điều khiển

Thử nghiệm, đánh giá về độ chính xác và đa dạng về cell pin

Lập bản báo cáo đề tài

Hoàn thiện đề tài được giao.

Phương án và giải pháp thực hiện

Thiết kế khung có thể chứa các mạch điện và lắp đặt cơ cấu hàn bên phải thân máy

Cơ cấu hàn được kích bằng tay, điều chỉnh kim hàn bằng cờ lê, điều chỉnh chiều rộng của điện cực bằng vít hoặc cờ lê

Sử dụng mạch timer để thiết lập thời gian hàn, mạch công suất để điều chỉnh dòng hàn

Hình 4.2.1 1 Mạch Timer BTA100 [10] Đa dạng cell pin:

Dùng khung in 3D để thay đổi số pin cần hàn

Hiển thị thời gian và công suất trên led 7đoạn

Thiết kế khung có thể chứa các mạch điện và lắp đặt cơ cấu hàn bên phải thân máy

Cơ cấu hàn được kích bằng hệ thống khí nén, điều chỉnh kim hàn bằng cờ lê, điều chỉnh chiều rộng của điện cực bằng vít hoặc cờ lê

Sử dụng khí nén để kích hoạt cân lực để hàn

Sử dụng mạch time để thiết lập thời gian hàn, mạch công suất để điều chỉnh dòng hàn

Dùng khung in 3D để thay đổi số pin cần hàn, khung gỗ có thể thay đổi kích thước gá để thay đổi số pin mong muốn

Khung lắp đặt trục Z được thiết kế đặc biệt để kết hợp với cơ cấu hàn, giúp tối ưu hóa quá trình hàn Việc sử dụng vít me cho phép di chuyển cơ cấu hàn một cách chính xác và hiệu quả, đảm bảo cân bằng lực trong quá trình hoạt động Động cơ được sử dụng để điều khiển vít me, mang lại sự linh hoạt và tiện lợi trong việc điều chỉnh vị trí hàn.

Hình 4.2.3 1 Khung lắp và cơ cấu trục Z [10]

Sử dụng Driver TB6600 để điều khiển động cơ

Hình 4.2.3 2 Driver điều khiển động cơ TB6600 [8]

Sử dụng mạch time để thiết lập thời gian hàn, mạch công suất để điều chỉnh dòng hàn Đa dạng cell pin:

Dùng khung in 3D để thay đổi số pin cần hàn, khung gỗ có thể thay đổi kích thước gá để thay đổi số pin mong muốn

Sử dụng led 7 đoạn để hiển thị thời gian và công suất.

Lựa chọn giải pháp / Phương án

Máy hàn có khung chắc chắn để đảm bảo ổn định trong quá trình hoạt động

Sử dụng bộ truyền động ba trục để điều khiển chuyển động của máy, bao gồm trục X,

Các trục được trang bị động cơ bước và vít me bước để đạt được chính xác và độ ổn định cao

Hình 4.3 1 Cơ cấu trục vitme [7]

Thiết kế mặt bàn làm việc có thể điều chỉnh để phù hợp với kích thước và vị trí của các cell pin

Sử dụng hệ thống điều khiển tự động Arduino mega2560, mạch đo dòng, driver để điều khiển

Lập trình điều khiển vị trí để đảm bảo các chuyển động chính xác và đồng bộ của các trục X, Y và Z

Kết hợp các công tắc hành trình và lực để đảm bảo đúng vị trí và áp lực hàn phù hợp Đa dạng cell pin:

Thiết kế mặt bàn làm việc và các kẹp mẫu có thể điều chỉnh để phù hợp với các loại và kích thước cell pin khác nhau

Thiết kế giao diện người dùng cho phép người sử dụng cài đặt và kiểm soát quá trình hàn dễ dàng

Giao diện người dùng có thể bao gồm màn hình LCD và các nút điều khiển để điều chỉnh các thiết lập và theo dõi quá trình hàn.

Trình tự công việc tiến hành

Nghiên cứu và thu thập thông tin:

Tìm hiểu về công nghệ hàn cell pin, các phương pháp và tiêu chuẩn liên quan

Nghiên cứu các thiết bị và công nghệ hiện có liên quan đến máy hàn cell pin ba trục, đồng thời thu thập thông tin về các yêu cầu cụ thể của đề tài và các thông số kỹ thuật liên quan là bước quan trọng để đảm bảo hiệu quả trong quá trình phát triển sản phẩm.

Xác định cấu trúc và thiết kế khung máy hàn cell pin:

Lựa chọn và tích hợp các bộ truyền động ba trục và các cơ cấu cần thiết (sử dụng vitme cho cả ba trục)

Thiết kế mặt bàn làm việc và các kẹp mẫu có thể điều chỉnh cho việc định vị và hàn cell pin

Hệ thống điều khiển sử dụng Arduino Mega 2560 làm mạch điều khiển chính, cho phép lập trình để điều khiển các chuyển động thông qua động cơ kết nối với khớp nối mềm Đồng thời, quy trình hàn được điều khiển qua SSR và biến áp, đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong các ứng dụng công nghiệp.

Thiết lập giao tiếp giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị khác trong máy hàn thông qua nút nhấn, LCD và chiết áp

Lựa chọn đầu công tác là bước quan trọng trong việc cân lực chuyên dụng cho máy hàn cell pin Cần điều chỉnh nhiệt độ và thời gian hàn phù hợp với từng loại cell pin thông qua việc kiểm soát dòng điện và thời gian hàn Việc này giúp đảm bảo chất lượng hàn cho đa dạng các loại cell pin.

Thiết kế mặt bàn làm việc và các kẹp mẫu có thể điều chỉnh để đáp ứng các loại và kích thước cell pin khác nhau

Kiểm tra và hiệu chỉnh:

Kiểm tra toàn bộ hệ thống máy hàn để đảm bảo hoạt động đúng và chính xác

Hiệu chỉnh các tham số và thiết lập để đạt được chất lượng hàn tốt

Kiểm tra chất lượng các cell pin hàn bằng máy hàn ba trục là bước quan trọng để đánh giá độ chính xác và ổn định của máy hàn trong quá trình thử nghiệm.

Tối ưu hóa và điều chỉnh:

Dựa vào kết quả kiểm tra, tối ưu hóa các tham số và thiết lập của máy hàn để cải thiện hiệu suất và chất lượng hàn

Báo cáo và trình bày:

Tạo báo cáo chi tiết về quá trình thiết kế và thực hiện máy hàn cell pin ba trục

Trình bày kết quả và phân tích trong một bài thuyết trình hoặc báo cáo

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY HÀN CELL PIN

Hệ thống kết nối các thiết bị

Các thiết bị được kết nối với bộ điều khiển trung tâm là Arduino Mega 2560 Bao gồm 4 khối thiết bị chính:

Khối Điều Khiển sử dụng vi xử lý Arduino để nhận tín hiệu từ Khối Input, thực hiện tính toán và xử lý các thông số, sau đó xuất tín hiệu điều khiển cho các khối khác.

Khối Input: các thiết bị nhận tín hiệu đầu vào và gửi về Khối Điều Khiển

• Nhận tín hiệu từ người dùng: nút nhấn, biến trở, công tắc gạt

• Nhận tín hiệu từ cơ cấu máy: công tắc hành trình

Khối Hiển Thị: hiển thị các thông số máy qua LCD, đồng thời báo trạng thái hoạt động của máy qua các đèn báo

Khối Công Suất: SSR nhận tín hiệu điều khiển từ Khối Điều Khiển từ đó đóng cắt dòng điện 220V/50Hz qua biến áp để tạo ra nhiệt

Khối Động Cơ: Driver TP6600 nhận tín hiệu điều khiển từ Khối Điều Khiển để điều khiển tốc độ, vị trí của các động cơ

Hình 5.1 1 Sơ đồ khối thiết bị điện

Thiết kế khối mạch điện

Nguồn điện áp đầu vào 220V được chuyển đổi qua biến áp và mạch chỉnh lưu, sau đó được lọc bằng tụ điện Tiếp theo, nguồn này được điều chỉnh xuống 12V thông qua IC 7812 và 5V qua IC 7805.

Hình 5.2 1 Sơ đồ mạch giảm áp

Mạch báo hiệu sử dụng nguồn 5V với đèn báo đỏ và xanh cùng còi báo để phát tín hiệu khi máy hoạt động Đèn xanh được kết nối với chân 14 của Arduino, đèn đỏ kết nối với chân 15, và còi báo được kết nối với chân 23.

Hình 5.2 2 Sơ đồ mạch báo hiệu

Mạch hiển thị sử dụng màn hình LCD 20x4, với chân VSS kết nối nguồn 5V, chân VDD nối với GND của nguồn 5V Các chân RS, RW, E, D4, D5, D6, D7 được kết nối với I2C, trong đó SCL và SDA của I2C lần lượt kết nối với chân 21 và 20 của Arduino.

Hình 5.2 3 Sơ đồ mạch hiển thị

Sơ đồ mạch nút nhấn: BT_PHAI, BT_TRAI, BT_START, BT_RESET, nối vào các chân 29, 6, 25, 27 và các công tắc gạt: AUTO/MAN, X/Y AXIS nối vào các chân 4, 9

Thiết kế mạch công tắc hành trình: CTHT_KHOP_X, CTHT_KHOP_Y, CTHT _KHOP_Z, CTHT_HAN Với mục đích ngăn ngừa quá khớp nối vào chân 2, 3, 5, 19 Arduino

Hình 5.2 4 Sơ đồ mạch nút nhấn và công tắc hành trình

Sử dụng biến trở 10 KΩ kết nối với chân A1 của Arduino để điều chỉnh thời gian hàn Biến trở 10 KΩ ở chân A2 sẽ kiểm soát tốc độ của động cơ Đồng thời, biến trở 50 KΩ được gắn vào chân A4 của Arduino giúp điều chỉnh công suất hàn của biến áp.

Hình 5.2 5 Sơ đồ mạch biến trở

Mạch công suất sử dụng hai SSR (SSR VA và SSR DA) để điều khiển dòng điện và áp đầu ra SSR DA được điều khiển thông qua biến trở công suất, trong khi SSR VA cần được kích hoạt bằng chân tín hiệu của Arduino để cho phép dòng điện đi qua.

Hình 5.2 6 Sơ đồ mạch công suất

Mạch điều khiển động cơ sử dụng ba Driver TB6600 để điều khiển ba động cơ bước cho trục X, Y, Z Đối với driver trục X, các chân ENA-, DIR-, STEP- được nối chung và kết nối vào 0V của nguồn, trong khi các chân tín hiệu ENA+, DIR+, STEP+ được kết nối với chân điều khiển của Arduino lần lượt là 47, 45, 43 Tương tự, ở driver trục Y, các chân ENA-, DIR-, STEP- cũng được nối chung và kết nối vào 0V của nguồn, với các chân tín hiệu ENA+, DIR+, STEP+ được kết nối với chân điều khiển của Arduino lần lượt là 53, 51, 49 Cuối cùng, đối với driver trục Z, các chân ENA-, DIR-, STEP- được nối chung và kết nối vào 0V của nguồn, và các chân tín hiệu ENA+, DIR+, STEP+ được kết nối với các chân điều khiển của Arduino.

Hình 5.2 7 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ

Tính dòng điện ở cuộn thứ cấp

Kích thước biến áp: 110x80x100(mm)

Diện tích đồng thanh quấn 4 vòng A2 = 1.32 (m 2 )

Diện tích dây đồng quấn 125 vòng A1= 125 (m 2 )

Dòng điện cao nên có khả năng sinh nhiệt đốt cháy kẽm hàn.

Tính toán nhiệt độ

Công thức Joule Heating dùng để tính toán lượng nhiệt (Q) sinh ra khi dòng điện (I) đi qua một vật liệu dẫn điện có trở kháng (R) Công thức này có thể được biểu diễn một cách chính xác để hiểu rõ hơn về quá trình tạo ra nhiệt trong các mạch điện.

Q là lượng nhiệt được tạo ra, được đo bằng đơn vị joule (J) hoặc calorie (cal)

I là dòng điện, được đo bằng đơn vị ampere (A)

R là trở kháng của vật liệu dẫn điện, đo bằng ohm (Ω), trong khi t là thời gian dòng điện chảy qua vật liệu, được tính bằng giây (s).

Trở kháng của dây đồng có thể tính bằng công thức sau:

R là trở kháng của dây đồng, được đo bằng đơn vị ohm (Ω) ρ (rho) là điện trở riờng của đồng, được đo bằng đơn vị ohm x một (Ωãm)

L là độ dài của dây đồng, được đo bằng đơn vị mét (m)

A là diện tích tiết diện của dây đồng, được đo bằng đơn vị mét vuông (m²)

Tra bảng phụ lục (1) ta có điện trở kháng của dây đồng (R) R=1.7x10 -8 ohm Đường kính dây đồng m50 = 2 ⋅ √ 50 Π

 Trở kháng của dây = 4.1,7.10 −8 ⋅1 π⋅(7,979.10 −4 ) 2 =0.034 (Ωãm) Nhiệt lượng Q = I 2 ⋅ Rt t là thời gian mà dòng điện chảy qua vật liệu, được đo bằng đơn vị giây (s)

I là dòng điện thứ cấp (A) trong phần tính toán (mục 5.2)

Giả sử thời gian qua vật liệu kẽm hàn là 30ms

Nhiệt lượng để nóng chảy điểm hàn Q = m * ΔHf

Q là năng lượng cần (đơn vị: joule) m là khối lượng kẽm (đơn vị: kilogram) ΔHf là enthalpy nhiệt động chảy của kẽm (đơn vị: joule/kg)

Nhiệt lượng để nóng chảy điểm hàn Q = m * ΔHf

Vậy với dòng điện I2 thì đủ để nóng chảy ở điểm mối hàn.

Tính toán lựa chọn ray trượt

Hệ số an toàn tĩnh fS

C0: tải trọng tĩnh định mức(N)

P: tải trọng làm việc tính toán(N)

M0: momen tĩnh cho phép (Nm)

M: momen đư tính toán (Nm)

Các giá trị tham khảo của fs cho các máy công nghiệp thông thường và máy công cụ cho trong (bảng tra số 4)

Tính toán tải trọng làm việc

Hệ bàn máy nằm ngang, chuyển động đều hoặc không tải

Hình 5.5 1 Hệ mặt bàn nằm ngang

Hệ bàn máy ngang, có đặt phôi

Hình 5.5 2 Hệ máy nằm ngang có phôi

2l 1 Tính chọn rây dẫn hướng bàn Y

Sử dụng ray dẫn hướng cho bàn X có series: Model THK SSR15 (tra bảng phụ lục 5)

Hình 5.5 3 Kích thước con trượt vuông

Hình 5.5 4 Chiều dài con trượt vuông

Hệ số tải động: C = 14,7kN

Hệ số tải tĩnh: C0 = 16,5 kN

Bảng 5.5 1 Bảng khối lượng trục Y

Khối lượng bàn máy (kg) m2 = 0,5

Bảng 5.5 2 Bảng khoảng cách trục Y

Các khoảng cách định vị (mm) Bàn Y

Khoảng cách giữa hai con chạy trên cùng một ray là l1 120, trong khi khoảng cách giữa hai con chạy khác ray là l2 190 Theo phương z, tâm phôi trùng với tâm bàn máy, với khoảng cách l3 là 30 Khoảng cách từ tâm phôi tới tâm bàn máy là l4 15 Độ cao từ tâm trục vít-me tới mặt bàn máy là l5 23, và độ cao từ tâm trục vít-me tới mặt phôi là l6 39,5.

Hình 5.5 5 Sơ đồ phân bố lực kích thước

Các lực trong quá trình gia công:

Chuyển động đều, lực hướng kính Pn

Tính toán tải trọng tương đương

Kiểm tra hệ số tải tĩnh: f sx = c 0

P E1 la 1 = 5.5 Đạt yêu cầu chịu được tải trọng (Co).

Tính toán lựa chọn trục vitme

Tính toán lựa chọn cụm trục vít me

Các thông số đầu vào:

Khối lợng lớn nhất của chi tiết: M= 5,04KG

Trọng lợng bàn gá trục Y: Wx= 0,5N

Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V1= 15m/ph

Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công: V2 = 12m/ph

Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a=0,5g=5m/s

Tốc độ vòng động cơ: Nmax = 2000rpm Độ chính xác vị trí không tải: ±2/550mm Độ chính xác lặp: ±1mm Độ lệch truyền động: ±0,05mm

Hệ số ma sỏt trơn bề mặt: à =0,005

Vùng hoạt động lớn nhât Lmax = 300mm

Tính toán chọn đường kính trục vít me Y:

L = tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài đai ốc, bi/2 + chiều dài vùng thoát 300 + 130 + 200 = 630mm

Kiểu lăp ghép đỡ là lắp chặt cả hai đầu -> f = 21,9

Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có: n = 80% Nmax = 80% 2000 = 1600 vòng/ph

Từ các kết quả tính toán trên ta chọn:

Bước vít: 8mm Đường kính trục: d ≥ 5,799mm

Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V1 = 17m/ph

Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a = 0,5g = 5m/s

Hệ số ma sỏt trơn bề mặt: à = 0,005

Tính toán chọn đường kính trục vít me X:

L= tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài đai ốc, bi/2 + chiều dài vùng thoát 200 + 150 + 200 U0mm

Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có : n% Nmax = 80% 2000 = 1600 vòng/ph

Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V1 m/ph

Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a = 0,5g = 5m/s

Hệ số ma sỏt trơn bề mặt: à = 0,005

Tính toán chọn đường kính trục vít me Z:

L = tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài đai ốc, bi/2 + chiều dài vùng thoát 200 + 125 + 200 = 525mm

Chọn tốc độ quay cho động cơ khoảng 80% so với tốc độ quay giới hạn nên ta có: n = 80% Nmax = 80% 3000 = 2400 vòng/ph

Tính toán chọn động cơ

Mô men ma sát quy đổi (T fric ):

Mô men ma sát quy đổi từ trục đai ốc bi và ổ bi là không đáng kể và có thể bỏ qua Do đó, mô men ma sát quy đổi do ray dẫn hướng được sử dụng để tính toán.

2 ; à b = 0,005, rất bộ so với à = 0,1(ở trờn)

Do vậy T fric sẽ không thay đổi đáng kể khi kể thêm mô men quy đổi gây ra bởi trục đai ốc bi và ổ bi

Chọn động cơ để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục Y

Các dữ liệu cho tính chọn động cơ:

Chọn vit-me có bước h = 8mm

Hệ số ma sỏt lăn giữa thộp và gang ta chọn à = 0,1

Khối lượng của phần đầu dịch chuyển là m = 5,54 kg

Tỉ số truyền giảm tốc i = 1 (Do chọn phương án động cơ nối trực tiếp với vit-me không qua bộ truyền giảm tốc)

Hiệu suất của máy chọn ƞ = 0,9

Tốc độ quay lớn nhất của động cơ 2000 vg/ph

Momen trọng lực quy đổi:

Tính tính mô men chống trọng lực của kết cấu: [2]

Vì cơ cấu nằm ngang nên α = 0

Với đường kính trục vít được chọn là 8mm, ta có: [6] v max = π D n

Tính mô men ma sát: [6]

Mô men tĩnh đông cơ: [6]

T stat = T fric + T wz = 7,837 10 −3 N m Tính tốc độ quay của motor: [6] n noml = v max i h =0,837.1

 Dựa vào mô men tĩnh của động cơ và tốc độ của motor, ta chọn loại động cơ NEMA

Động cơ 17 42x48 (17HS8401B) của hãng Nidec có mô men khởi động 0,52N.m và tốc độ quay tối đa 2000rpm, hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu tính toán.

Chọn động cơ để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục X

Hệ số ma sỏt lăn giữa thộp và gang ta chọn à =0,1

Khối lợng của phần đầu dịch chuyển là m = 8,3 kg

2 π 1.0,9 = 0,0147N m Tính tính mô men chống trọng lực của kết cấu: [2]

2.π.i.ƞ = 0 Vì cơ cấu nằm ngang nên α = 0 Với đường kính trục vít được chọn là 10mm, ta có: [6] v max = π D n

Mô men tĩnh đông cơ: [6]

Tính tốc độ quay của motor: [6] n noml = v max i h =1,047.1

 Dựa vào mô men tĩnh của động cơ và tốc độ của motor, ta chọn loại động cơ NEMA

Động cơ 17 42x48 (17HS8401B) của Nidec có mô men khởi động 0,52N.m và tốc độ quay tối đa 2000rpm, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu tính toán.

Chọn động cơ để điều khiển quỹ đạo chuyển động theo trục Z

Hệ số ma sỏt lăn giữa thộp và gang ta chọn à = 0,1

Khối lợng của phần đầu dịch chuyển là m = 4,3kg

2 𝜋 1.0,9 = 0𝑁 𝑚 Tính tính mô men chống trọng lực của kết cấu: [2]

Với đường kính trục vít được chọn là 8mm,ta có: [6] v max = π D n

Mô men tĩnh động cơ: [6]

T stat = T fric + T wz = 6,08 10 −3 N m Tính tốc độ quay của motor: [6] n noml = v max i h =1,256.1

Dựa vào mô men tĩnh và tốc độ của động cơ, chúng tôi đã chọn động cơ servo SM-42XL từ hãng FASTECH Motor, với mô men khởi động 0,65 N.m và tốc độ quay tối đa 3000 rpm Động cơ này hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu tính toán đã đề ra.

Lưu đồ chương trình máy hàn cell pin

Ý tưởng xử lý hàn một khối pin dựa trên các thuật toán xử lý ma trận 2 chiều, trong đó mỗi cell pin được coi như một phần tử của ma trận Để điều chỉnh các thông số, chương trình được tích hợp thêm phần cài đặt có thể điều khiển thông qua các nút nhấn.

Hình 5.8 1 Lưu đồ chương trình chính

Hình 5.8 2 Lưu đồ chương trình cài đặt

Hình 5.8 3 Lưu đồ chương trình chạy máy

Hình 5.8 4 Lưu đồ chương trình AUTO

Hình 5.8 5 Lưu đồ chương trình MANUAL

Tổng thể máy hàn cell pin

Hình 5.9 1 Tổng thể máy hàn cell Pin Bảng 5.9 1 Thông số máy hàn cell pin

Phạm vi di chuyển Trục X: 200mm

Hệ thống điều khiển Arduino mega 2560

Nguyên lý hoạt động của máy hàn cell pin dựa vào cơ chế di chuyển của hệ thống trục để định vị và hàn các cell pin Hệ thống này bao gồm ba trục chính: trục X, trục Y và trục Z, mỗi trục đảm nhiệm chức năng và khả năng chuyển động riêng biệt.

Trục X: Đại diện cho chuyển động ngang, dọc theo hướng ngang

Trục Y: Đại diện cho chuyển động dọc, theo hướng dọc

Trục Z: Đại diện cho chuyển động theo chiều thẳng đứng

66 Điều khiển và lập trình: Máy hàn cell pin ba trục được điều khiển bởi Arduino mega

2560 Bằng cách lập trình và điều chỉnh các thông số, các chuyển động của các trục X, Y và

Z Định vị và hàn cell pin: Với hệ thống trục di chuyển, máy hàn cell pin ba trục có khả năng định vị chính xác vị trí của cell pin và thực hiện quá trình hàn

Trục X và trục Y: Chuyển động của trục X và trục Y sẽ định vị vị trí của cell pin trong mặt phẳng ngang

Trục Z: Chuyển động của trục Z sẽ định vị vị trí theo chiều dọc để đặt cell pin ở vị trí đúng trước khi bắt đầu quá trình hàn

Sau khi xác định vị trí chính xác của cell pin, máy sẽ tiến hành hàn bằng phương pháp hàn điện trở Các thông số như dòng điện và thời gian hàn được điều chỉnh thông qua nút nhấn chiết áp, nhằm đảm bảo chất lượng hàn tốt và đáng tin cậy.

Máy hàn cell pin ba trục sử dụng hệ thống trục để định vị và di chuyển cell pin theo các trục X, Y và Z, từ đó thực hiện quá trình hàn một cách chính xác và hiệu quả.

Qui trình hàn bắt đầu khi máy ở vị trí ban đầu đã được cài đặt sẵn Sau khi điều chỉnh vị trí thông qua hệ thống nút nhấn và lưu trữ vị trí của từng cell pin, máy sẽ hoạt động từ vị trí của pin gần đầu công tác Tiếp theo, trục Z sẽ đi xuống và kích hàn để thực hiện quá trình hàn.

Trục Z nâng lên và trục Y di chuyển đến vị trí hàn số 2 Sau khi hoàn tất quá trình hàn trong 1 phút, trục X sẽ tiếp tục di chuyển để hàn tại vị trí 2 phút, và quy trình này sẽ được thực hiện cho tất cả các pin đã được cài đặt trước đó.

So sánh các phương pháp hàn:

Bảng 5.9 2 Bảng so sánh ưu nhược điểm của ba phương pháp hàn

Hàn Điện Trở Hàn Plasma Hàn laser Ưu điểm

• Đơn giản và phổ biến

• Tính linh hoạt (sử dụng cho nhiều loại kim loại và độ dày khác nhau)

• Dễ dàng tự động hóa

• Hàn plasma giúp giảm biến dạng và ảnh hưởng tới cấu trúc của vật liệu

• Tiết kiệm vật liệu (Do tia laser được tập trung vào vùng hàn nhỏ)

• Phụ thuộc vào kỹ thuật và kỹ năng của người hàn

• Tốc độ chậm so với các phương pháp hàn khác

• Nhiễu và cặn kim loại

• Hàn plasma không phù hợp cho một số vật liệu dẫn điện

• Chi phí đầu tư ban đầu cao

• Chi phí đầu tư cao

• Yêu cầu kỹ thuật chuyên nghiệp

• Tác động của tia laser (Tia laser mạnh có thể gây ra tác động mạnh đến mắt và da)

Bảng 5.9 3 Bảng so sánh đặc điểm của ba phương pháp hàn

Phương pháp hàn Đặc điểm

Hàn điện trở Hàn laser Hàn plasma

Dòng điện được chạy qua vùng hàn để tạo ra nhiệt năng

Một tia laser tập trung năng lượng ánh sáng cao vào một điểm

Dòng khí được ion hóa thành plasma thông qua điện cực tungsten, mang lại độ chính xác cần thiết cho các ứng dụng yêu cầu tính chính xác cao.

Phương pháp ưu tiên trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao

Tốc độ hiệu quả Tốc độ hàn điện trở nhanh

Tốc độ hàn laser nhanh

Tốc độ hàn plasma nhanh Ứng dụng

Sử dụng trong việc kết nối các bộ phận kim loại lớn và dày

Sử dụng trong ngành công nghiệp hàng không, y học, điện tử

Thích hợp cho việc hàn các chi tiết nhỏ và phức tạp, chẳng hạn như trong ngành hàng không và y học

Hàn điện trở với giá thành thấp và kỹ thuật đơn giản

Hàn laser yêu cầu thiết bị đắt tiền và phức tạp với nhiều chi tiết

Hàn plasma yêu cầu thiết bị đắt tiền và phức tạp và nhiều chi tiết

Dựa trên bảng so sánh các ưu nhược điểm và đặc điểm của các phương pháp hàn, nhóm đã quyết định chọn phương pháp hàn điện trở sử dụng biến áp làm phương pháp hàn chính, phù hợp với nhu cầu trong nước.

Bảng 5.9 4 bảng so sánh ưu nhược điểm của các mạch hàn

SSR Timer BTA100 Ưu điểm

• Tuổi thọ cao và đáng tin cậy

• Không tạo ra tia nhiễu

• Không tiếp xúc cơ học

• Thiết bị timer dựa trên cơ sở triac

• Cần chú ý đến dòng điện định mức

• Sự tương thích với tải

• Tuổi thọ của BTA100 phụ thuộc vào điều kiện sử dụng và chất lượng của linh kiện

Dựa vào bảng so sánh ưu nhược điểm của các mạch hàn nhóm quyết định chọn sử dụng mạch SSR để làm mạch hàn chính

Nguyên lý hàn sử dụng Arduino cấp tín hiệu 5V để điều khiển SSR DA cho dòng điện 220V Chiết áp được dùng để điều chỉnh giá trị dòng điện qua SSR VA Dòng điện 220V đã được điều chỉnh đi vào cuộn sơ cấp của biến áp, tạo ra điện áp thấp hơn ở cuộn thứ cấp và dòng điện đầu ra lớn hơn Sự gia tăng dòng điện gây ra nhiệt tại vị trí kim hàn, làm nóng chảy tại vị trí tiếp xúc.

Hướng dẫn sử dụng máy hàn cell pin (MANUAL MAY HAN CELL PIN ở phần phụ lục được đính kèm file)

THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ

Tiêu chí đánh giá điểm hàn

Để đánh giá mối hàn đạt tiêu chuẩn, cần xem xét các yếu tố sau: Độ bền hàn, thể hiện khả năng chịu lực và duy trì tính chất cơ học trong điều kiện hoạt động; Độ ổn định, phản ánh khả năng chống trượt và lỏng lẻo của các thành phần hàn; Độ đồng nhất, cho biết mức độ liên kết giữa các vật liệu; và Điện trở, đo lường khả năng truyền dẫn điện của mối hàn, với điện trở thấp là chỉ số tốt, cho thấy khả năng truyền dẫn điện hiệu quả và giảm thiểu mất năng lượng.

Mối hàn được coi là thẩm mỹ khi có hình dạng đẹp, bề mặt mịn màng và không có dấu hiệu lỏng lẻo hay bong tróc Để đánh giá chất lượng, điều kiện thử nghiệm bao gồm kẽm dài 30mm, được đặt ở vị trí giữa pin và thực hiện thử nghiệm tại cực âm của pin.

Thang điểm: 5đ Điểm đánh giá dựa trên các tiêu chí: Độ cháy của mối hàn:

Cháy khét, lủng mối hàn (1đ)

Cháy 1 điểm, màu sắc của thiếc thay đổi nhẹ (2đ)

Không cháy, màu sắc không thay đổi (3đ) Độ bền của mối hàn:

Sau khi hoàn tất quá trình hàn, thiếc và pin không kết dính thành một khối duy nhất Bề mặt thiếc vẫn giữ lại hai dấu vị trí kim hàn, nhưng không đạt được hiệu quả nhiệt độ cần thiết để kết dính Thiếc không được cố định trên bề mặt pin.

Hình 6.1 1 Thiếc và pin không dính vào nhau

Để tách thiếc khỏi pin, bạn có thể dùng tay kéo ra, vì thiếc và pin đã đạt đủ nhiệt độ để kết dính Khi cố định thiếc trên bề mặt pin, bạn vẫn có thể dùng lực tay để tách thiếc ra mà không gặp quá nhiều khó khăn Sau khi tách, chỉ còn lại một phần nhỏ thiếc với tiết diện kim hàn dính lại pin.

Hình 6.1 2 Thiếc và pin có thể dùng tay tách ra

Sử dụng kìm kéo nhẹ có thể giúp kết dính thiếc và pin ở nhiệt độ phù hợp Dù không thể tách rời bằng tay không với lực mạnh, nhưng với kìm và lực vừa phải, việc tách rời vẫn có thể thực hiện được.

73 thể tách rời pin và thiếc, sau khi tách lượng thiếc bám lại bề mặt pin khá lớn do rách từ vụ xé kiểm nghiệm

Hình 6.1 3 Thiếc và Pin dung kìm tách ra với lực nhẹ

Sử dụng kìm kéo mạnh là cần thiết để tách thiếc khỏi pin, vì thiếc và pin được kết dính rất chặt Việc kiểm nghiệm bằng tay là không đủ, do đó cần dùng kìm với lực mạnh để có thể xé thiếc ra Sau khi tách, lượng kẽm bị rách và bám vào pin sẽ khá lớn.

Hình 6.1 4 Thiếc và Pin dùng kìm tách ra với lực mạnh

Kẽm có dính vào kim hàn không (1đ)

Bảng 6.1 1 Bảng tiêu chí đánh giá

Tiêu chí Độ cháy Độ bền Dính vào kim Điểm tổng

Vậy để có mối hàn đẹp đạt chất lượng thì cần 5đ và đạt những tiêu chí đủ như bảng đã nêu trên.

Thực nghiệm và nhận xét

Bảng 6.2 1 bảng thực nghiệm kẽm 0.1mm thời gian 10ms

Thời gian Công suất (10-100%) Đánh giá (0-5)

Hình 6.2.1 Thực nghiệm điểm hàn với kẽm 0.1mm và thời gian 10ms

Khi hàn kẽm 0.1mm trong thời gian 10ms với công suất từ 10-100%, kết quả khảo sát cho thấy ở công suất 10-80% không tạo được mối hàn dính giữa kẽm và pin Tại công suất 90%, mối hàn có dính nhưng rất lỏng lẻo, trong khi ở công suất 100%, mối hàn dính chắc với pin nhưng vẫn có thể dễ dàng tách kẽm ra khỏi pin bằng lực nhẹ.

Bảng 6.2 2 Bảng thực nghiệm kẽm 0.1mm thời gian 20ms

Công suất hàn ảnh hưởng đáng kể đến độ bền của mối hàn với pin Ở mức công suất từ 10-50%, mối hàn không dính vào pin, trong khi công suất 60-70% tạo ra mối hàn lỏng lẻo có thể dễ dàng tách ra bằng tay Khi nâng công suất lên 90%, mối hàn trở nên chắc chắn hơn, nhưng cần dùng kìm với lực mạnh để tách ra, và kẽm dính chặt vào pin Ở mức 90%, mối hàn có hiện tượng cháy nhẹ, làm thay đổi màu kẽm và không dính kim hàn Tại công suất 100%, kim hàn bị cháy dính vào pin, dẫn đến việc khi đưa về vị trí ban đầu sẽ làm thay đổi vị trí pin, gây cản trở quá trình tự động tiếp theo.

Công suất hàn ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng mối hàn kẽm và pin Ở mức công suất 10-30%, kẽm không dính vào pin, trong khi 40% mối hàn có thể lỏng và dễ tách Khi đạt công suất 50-60%, mối hàn chắc chắn hơn nhưng vẫn có thể tách ra bằng lực nhẹ Ở công suất 70%, mối hàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Tuy nhiên, ở công suất 80%, mối hàn có dấu hiệu cháy nhẹ, và ở 90%, kẽm bị cháy thủng Cuối cùng, ở công suất 100%, kẽm hàn bị cháy hoàn toàn.

Khi đánh giá công suất hàn kẽm, ở mức 10-30%, kẽm không dính vào pin Tại công suất 40%, mối hàn trở nên lỏng lẻo và không chắc chắn Ở mức 50%, người dùng có thể dễ dàng tách kẽm ra khỏi pin bằng kìm với lực nhẹ Khi đạt công suất 60%, mối hàn trở nên chắc chắn và cần lực mạnh để tách kẽm ra Tại mức công suất 70-90%, mối hàn có dấu hiệu cháy, khiến kẽm bị cháy một bên Cuối cùng, ở công suất 100%, kẽm bị cháy và thủng, gây ra hư hỏng nghiêm trọng.

Nhận xét về mối hàn ở các mức công suất khác nhau cho thấy rằng ở công suất 10-20%, kẽm và pin không dính với nhau Tại công suất 30-40%, mối hàn lỏng lẻo và không chắc chắn Ở mức công suất 50%, mối hàn đạt yêu cầu mà không có hiện tượng cháy kẽm và vẫn giữ được lực bám tốt Tuy nhiên, ở công suất 60%, mối hàn bị cháy nhẹ, và ở công suất 70%, tình trạng hàn cần được xem xét kỹ lưỡng hơn.

Khi hàn kẽm 0.2mm trong khoảng thời gian 10ms với công suất từ 10-100%, thực tế cho thấy rằng ở công suất từ 10-80%, mối hàn không dính chặt giữa kẽm và pin Ở công suất 90%, mối hàn dính nhưng rất lỏng lẻo, trong khi tại công suất 100%, mối hàn dính chặt hơn, tuy nhiên vẫn có thể dễ dàng tách kẽm ra khỏi pin bằng lực nhẹ.

Khi đánh giá công suất hàn, từ 10-50% mối hàn không dính vào pin Ở mức 60%, mối hàn trở nên lỏng lẻo và có thể dễ dàng tách ra bằng tay Tại công suất 70%, mối hàn có thể được tách ra bằng kìm với lực nhẹ, và lượng kẽm dính lại pin không nhiều Khi tăng lên 80%, việc tách mối hàn bằng kìm vẫn cần lực nhỏ Ở mức 90%, kẽm dính chặt vào pin và cần lực lớn để tách ra, dẫn đến việc kẽm có thể bị rách Cuối cùng, ở công suất 100%, mối hàn sẽ bị cháy.

Nhận xét về hiệu suất hàn kẽm cho pin cho thấy rằng ở công suất 10-30%, kẽm không dính vào pin; ở 40-50%, mối hàn lỏng lẻo; tại 60%, có thể tách kẽm khỏi pin bằng tay với lực nhẹ; ở 70%, cần kìm để tách với lực nhẹ; công suất 80% cho mối hàn chắc chắn, có thể tách bằng kìm với lực mạnh; tuy nhiên, ở công suất 90%, mối hàn bị cháy, và ở 100%, mối hàn bị thủng.

Nhận xét về công suất hàn cho thấy ở mức 10-30%, kẽm không dính vào pin; ở 40%, mối hàn lỏng lẻo và không chắc chắn Khi đạt 50%, mối hàn có thể dễ dàng tách ra bằng tay với lực nhẹ Tại công suất 60%, cần dùng kìm để tách ra nhưng vẫn với lực nhẹ Ở mức 70%, mối hàn chắc chắn và có thể tách ra bằng kìm với lực mạnh đạt yêu cầu Tại công suất 80%, mối hàn bắt đầu bị cháy nhẹ, trong khi ở 90%, mối hàn bị cháy và thay đổi màu sắc của kẽm Cuối cùng, ở công suất 100%, mối hàn bị thủng.

Khi sử dụng công suất 10-20%, kẽm không dính vào pin Ở mức 30%, mối hàn trở nên lỏng lẻo Tại công suất 40-50%, kẽm dính vào pin và có thể dễ dàng tách ra bằng tay Ở mức 60%, mối hàn đẹp và đạt yêu cầu Khi tăng lên 70-80%, mối hàn bị cháy nhẹ, trong khi ở công suất 90%, mối hàn bị cháy một bên Cuối cùng, ở công suất 100%, kẽm bị cháy thủng.

Nhận xét: công suất 10-100% mối hàn và pin không dính với nhau

Thời gian Công suất (10-100) Đánh giá (0-5)

Nhận xét: công suất 10-100% mối hàn và pin không dính với nhau

Nhận xét: công suất 10-90% mối hàn và pin không dính với nhau Công suất 100% mối hàn lỏng lẽo

Công suất hàn ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng mối hàn Ở mức công suất từ 10-70%, mối hàn không đạt yêu cầu và pin không dính chắc chắn Khi tăng lên 80%, mối hàn trở nên lỏng lẻo và không ổn định Tuy nhiên, ở công suất từ 90-100%, mối hàn có thể dễ dàng tách ra bằng kìm với lực nhẹ.

Công suất hàn ảnh hưởng lớn đến độ chắc chắn của mối hàn Ở mức công suất 10-70%, mối hàn và pin không dính chắc chắn với nhau Khi tăng lên 80%, mối hàn trở nên lỏng lẻo và không ổn định Tại công suất 90%, mối hàn có thể dễ dàng tách kẽm ra khỏi kẽm bằng tay Cuối cùng, ở mức công suất 100%, chỉ cần sử dụng kìm với lực nhẹ để tách kẽm ra khỏi pin.

Nhận xét chung cho thấy rằng, qua các thực nghiệm, nhóm đã xác định rằng mỗi loại kẽm cần có thời gian và công suất hàn nhất định để đạt tiêu chuẩn đánh giá Đặc biệt, đối với kẽm 0.3mm, để có được mối hàn đạt yêu cầu, cần điều chỉnh thời gian hàn lớn hơn.

Để tạo ra mối hàn chất lượng, cần cân nhắc giữa các yếu tố như thời gian, công suất và độ dày của kẽm Từ các thực nghiệm, chúng tôi đã rút ra bảng thông số cài đặt tối ưu.

Bảng 6.2 16 Bảng thông số cài đặt tối ưu đối với kẽm dày 0.1mm

Khuyến nghị đối với kẽm 0.1mm nên sử dụng công suất 80% thời gian 20ms là phù hợp nhất

Bảng 6.2 17 Bảng thông số cài đặt tối ứu đối với kẽm dày 0.2mm

Khuyến nghị đối với kẽm 0.2mm nên sử dụng công suất 80% thời gian 20ms là phù hợp nhất.

Kết quả

Kết quả mối hàn tại vị trí hàn với số lần hàn trên cell pin là k = 1 tương ứng với 2 chấm trên kẽm hàn

Hình 6.3 1 Với mối hàn trên một cell bằng 1

Kết quả mối hàn tại vị trí hàn với số lần hàn trên cell pin là k = 2 tương ứng với 4 chấm trên kẽm hàn

Hình 6.3 2 Mối hàn trên một cell bằng 2

Hình 6.3 3 Mối hàn trên một cell bằng 3

Hình 6.3 4 Mối hàn trên khối 2s3p với mối hàn bằng 2

Dựa trên thông số từ bảng 6.2.17, kết quả cho thấy mối hàn sáng bóng và kẽm lõm xuống không có hiện tượng thủng Điểm hàn không bị oxi hóa và đồng đều.

Đánh giá thời gian hàn so với các máy hàn trong nước hiện nay

Bảng 6.4 1 Bảng so sánh thời gian hàn với số lần hàn mỗi đầu cell pin là 1 (k = 1), số lượng pin là 60 viên

Tiêu chí so sánh Các loại máy

Thời gian gá, tháo gỡ (s)

Số viên pin hàn được trong 2 giờ (viên)

Máy hàn cell pin tự động (3 trục)

Máy hàn cell pin bán tự động

Máy hàn cell pin thủ công 50 615 649

Bảng 6.4 4 Bảng đánh giá máy hàn cell pin ba trục và máy hàn cell pin trong nước

Tiêu chí đánh giá Máy hàn cell pin ba trục

Máy hàn cell pin 1 trục (sản phẩm trong nước)

Cơ khí Ba trục X, Y, Z Trục Z Điện áp đầu vào 220V/50Hz 220V/50Hz

Loại kẽm hàn tối đa 0.2mm 0.2mm

Bộ nhớ Kích thước 10 loại pin không

Kích thước máy 380x500x611mm 300x300x360mm Động cơ Động cơ bước size 42 Động cơ bước size 42 Điều khiển Tự động Bán tự động

Chu kì máy 60 viên pin 1 viên

Phương pháp hàn Hàn điện trở Hàn điện trở

Phương pháp điều khiển Arduino mega2560 Timer BTA100

KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận

Nghiên cứu và chế tạo máy hàn cell pin đã đạt được nhiều thành công đáng kể, bao gồm khả năng thay đổi số lượng pin hàn theo yêu cầu, hàn tự động, tự hàn và cài đặt thời gian, công suất cùng vị trí hàn mong muốn.

Máy hàn cell pin 3 trục mang lại nhiều lợi ích nổi bật, bao gồm độ chính xác cao, năng suất được cải thiện, tính linh hoạt trong quá trình sử dụng, đảm bảo an toàn và tăng cường độ tin cậy cho sản phẩm.

Nhóm nghiên cứu và phát triển không ngừng cải tiến công nghệ máy hàn cell pin nhằm nâng cao hiệu suất, độ chính xác và tính linh hoạt Việc cải tiến liên tục này sẽ đáp ứng các yêu cầu sản xuất ngày càng khắt khe và mang lại lợi ích lớn cho ngành công nghiệp cell pin.

Phát triển giám sát quá trình hàn

Phát triển cơ cấu định vị kẽm hàn chính xác

Tích hợp kiểm tra và chẩn đoán: trang bị các công cụ kiểm tra và chẩn đoán để phát hiện các lỗi hoặc vấn đề trong quá trình hàn

Phát triển kỹ thuật hàn không dây: giảm thiểu dây cáp và đơn giản hóa quá trình lắp ráp

[1] Hà Văn Vui, Nguyễn Chi Sang, Phan Đăng Phong, Sổ tay thiết kế cơ khí-tập 1, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội-2006

[2] Hà Văn Vui, Nguyễn Chi Sang, Phan Đăng Phong, Sổ tay thiết kế cơ khí-tập 2, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội-2006

[3] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2016

[4] Trần Hữu Quế, Vẽ kỹ thuật cơ khí tập 1, NXB Giáo dục, 2012

[5] PGS.TS Ninh Đức Tốn, Giáo trình dung sai lắp ghép và kỹ thuật đo lường – NXB Giáo Dục

[6] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập 1), NXB Giáo dục

[7] Hồng Phúc, Động Cơ 3 Pha, Động Cơ Bước, link https://dongco3pha.com/dong-co- buoc.html , 07/2023

[8] DFRobot, TB6600 Stepper Motor Driver User Guide, link https://bom.so/b08ol1, 07/2023

[9] TDC, Pin 18650, link https://dientu5ngay.com/pin-18650-la-gi-hieu-ro-ve-pin-18650- trong-5-phut/, 07/2023

[10] Beecost, Máy Hàn Pin, link https://beecost.vn/may-han-cell-pin.html, 07/2023

[11] Điện Tử, Giới Thiệu Arduino Mega, link www.dientutuonglai.com ,07/2023

MANUAL MAY HAN CELL PIN (xem tài liệu được đính kèm)

Ga nang xy lanh 15 14 13 12 Inox 304

Nhom dinh hinh Cum truc Z

3 TT BAN VE MAY HAN CELL PIN DO AN TOT NGHIEP Trach nhiem Kiem tra Duyet Thiet ke

Ho va ten Dong Si Linh Chu ky Ngay Ti le 1:2 KL: 11.8kg To: 01 So to: 8

SL Ghi chu Dai Hoc Su Pham Ky Thuat TP.HCM Khoa Co khi Che Tao May Lop: 19146CL2B

TCVN 1766-1975 Tam sau Tam trai Tam phai

TCVN 12513-2:2018 TCVN 12513-2:2018 TCVN 12513-2:2018 Dau han

Nhom 6061 Nhom 6061 Nhom 6061 Nhom 6061 Thep C45 Thep C45 Nhom 6061 Nhom 6061 Nhom 6061 Thep C45 Thau

TCVN 1766-1975 TCVN 1766-1975 TCVN 12513-2:2018 TCVN 12513-2:2018 TCVN 12513-2:2018 TCVN 1766-1975 Thau TCVN 1766-1975 16 17 18 19 20 22 21 23 24 25

Thanh truot Cum do truc Goi do truc Thanh vitme

Thep C45 Thep C45 TCVN 1766-1975 TCVN 1766-1975 Dong co buoc Ga dong co A Ga dong co B Thep C45 TCVN 1766-1975 Goi truot mang ca Ke vuong Nhom 6061 TCVN 1766-1975 TCVN 12513-2:2018

SECTION E-E Nguyen Duc Duy Pham Van Thieu

May han Cell Pin BAN VE MAY HAN CELL PIN DO AN TOT NGHIEP Trach nhiem Kiem tra Duyet Thiet ke

Ho va ten Dong Si Linh

Chu ky Ngay Ti le 2:1 KL: 5.2kg To: 02 So to: 8 Dai Hoc Su Pham Ky Thuat TP.HCM Khoa Co khi Che Tao May Lop: 19146CL2B 27/07 25/07 30/06

Thau Thau Thep C45 Nhom 6061 Nhom 6061 Nhom 6061 ThepC45 Nhom 6061 4 1 1

1 TCVN 12513-2:2018 TCVN 12513-2:2018 TCVN 12513-2:2018 Goi nang

Ten goi Vat lieu Ghi chu SL TT 3

Ga nang xy lanh Ga do xylanh

Ga kep trai Kep kim loai trai Dau cong tac Kep kim loai phai Bulong M4

52 83.2 Nguyen Duc Duy Pham Van Thieu

27 /0 7 Lo p: 1 91 46 C L4 A Kh oa C o kh i C he T ao M ay D ai H oc S u Ph am Ky T hu at T P H C M So to : 8 To : 0 8

KL : 4 97 53 g Ti le 1 :5 N ga y C hu ky N gu ye n D uc D uy

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N Kh un g su on M ai b on g vi tr i h an Tra ch n hi em D on g Si L in h Th ep V 35 x3 5x 2 Va t l ie u: N ho m 6 06 1

Ph am V an T hi eu

Ye u ca u ky th ua t:

KL : 5 2g Ti le 1 :2 N ga y C hu ky N gu ye n D uc D uy

Ki em tra Tra ch n hi em

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N Ta m tru oc

Ye u ca u ky th ua t: C ac ca nh va t C 0 2 Va t l ie u: N ho m 6 06 1

Ph am V an T hi eu

Ki em tra Tr nh ie m

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N Ta m sa u

Ph am V an T hi eu

D on g Si L in h Ph am V an T hi eu

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N Ta m tra i

Ye u ca u ky th ua t: C ac ca nh va t C 0 2

Ph am V an T hi eu 30 /0 6

Ki em tra Tra ch n hi em

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N Ta m p ha i

D on g Si L in h Tra ch n hi em 30 /0 6

KL : 6 02 g Ti le 1 :2 N ga y C hu ky N gu ye n D uc D uy

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N Ma t b an

Ph am V an T hi eu

KL : 1 07 2g Ti le 1 :2 N ga y C hu ky N gu ye n D uc D uy

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N Tru c X

Ph am V an T hi eu

Ph am V an T hi eu D on g Si L in h Tra ch n hi em 30 /0 6

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N N ho m di nh h in h Va t l ie u: N ho m 6 06 1

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N Th an tr uc Z

Ph am V an T hi eu

Ph am V an T hi eu D on g Si L in h Tra ch n hi em 30 /0 6

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N Ta m ca n lu c

Ph am V an T hi eu

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N Ke p ki m lo ai p ha i

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N G a do ng c o A

Ye u ca u ky th ua t: C ac ca nh va t C 0 2 Va t l ie u: C 45

D on g Si L in h Ph am V an T hi eu

DO AN TOT NGHIEP MA Y H AN C EL L PI N G a do ng c o B

Ye u ca u ky th ua t: C ac ca nh va t C 0 2 Va t l ie u: C 45

Ph am V an T hi eu

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY HÀN CELL PIN

Sản phẩm của nhóm nghiên cứu thiết kế Trường Đại Học

Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Luôn đọc hướng dẫn trước khi sử sản phẩm (Máy Hàn Cell Pin)

Khi sử dụng hệ thống, luôn đọc tài liệu liên quan và cân nhắc cẩn thận đối với vấn đề an toàn

Trong phần này, cần chú ý đến những điểm sau và sử dụng sản phẩm thật cẩn thận

• Không chạm vào tiếp điểm khi vẫn đang cắm điện để tránh bị điện giật

• Không chạm vào bộ phận di chuyển

• Khi đặt pin và lấy pin cần tắt máy

• Làm theo chỉ dẫn của người hướng dẫn

• Tắt nguồn điện trước khi lắp vào hoặc tháo khối pin ra Không làm theo có thể dẫn đến sự cố hoặc điện giật

• Khi thiết bị động cơ (ví dụ như bảng X/Y/Z) phát ra những âm thanh bất thường, ấn vào “Power” hoặc “Emergency switch” để ngắt nguồn

• Khi có vấn đề xảy ra, thông báo cho người hướng dẫn sớm nhất có thể

Không tháo rời khung máy hoặc thay đổi đấu nối điện mà không có sự đồng ý từ hướng dẫn Hành động này có thể dẫn đến hỏng hóc, trục trặc, gây nguy hiểm cho bản thân và có nguy cơ gây ra hỏa hoạn.

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN THIẾT BỊ 3

I Hiển thị các chế độ cài đặt: 5

1 Cách thay đổi chế độ hoạt động: 5

2 Cách thay đổi kích thước khối pin, thời gian, số điểm hàn: 6

3 Cách thay đổi vị trí giữa các điểm hàn 7

II Hiển thị chế độ hoạt động Auto 9

III Hiển thị chế độ manual 10

CHƯƠNG 4 THÔNG SỐ CÀI ĐẶT 11

II Bảng thông số cài đặt tối ưu 11

CHƯƠNG 5: XỬ LÝ GỠ LỖI 12

Hướng dẫn sử dụng máy hàn cell pin trang 1/12

GIỚI THIỆU

TỔNG QUAN

Máy hàn cell pin là sản phẩm nghiên cứu và thiết kế của sinh viên trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, dựa trên nguyên lý nóng chảy vật liệu và thuật toán điều khiển vị trí đầu công tác Hệ thống điều khiển của máy được chia thành hai phần chính: điều khiển công suất và điều khiển vị trí, giúp thực hiện hiệu quả quá trình hàn các cell pin.

Phần điều khiển công suất hàn sử dụng xung kép 5V với thời gian kích xung 10ms, điều khiển việc đóng ngắt của SSR Phương pháp Zero Cross Trigger của SSR – 40DA giúp bắt điểm Zero của dòng điện xoay chiều, đảm bảo độ ổn định cho mối hàn Ngoài ra, công suất máy còn được hiệu chỉnh qua SSR – 40VA với phương pháp Phase Control, cho phép cắt xén phần điện xoay chiều, từ đó thay đổi dòng điện qua tải một cách chính xác.

Hệ thống điều khiển vị trí sử dụng ma trận để hoàn thành chu kỳ hàn với độ chính xác cao Các động cơ bước cho trục X, Y, Z được điều khiển bởi vi xử lý Arduino Mega 2560, đảm bảo sai số tối thiểu Chương trình cho phép người dùng điều chỉnh các thông số như khoảng cách giữa các cell pin, tốc độ máy, số lượng cell pin và thời gian thực hiện quá trình hàn.

Hình 1 Phương pháp Zero Cross Trigger

Hình 2 Phương pháp điều khiển Phase Control

TÍNH NĂNG ĐẶC BIỆT

CHƯƠNG TRÌNH HÀN: máy có 2 chế độ hoạt động bao gồm: Chế độ

AUTO và chế độ MANUAL

Chế độ AUTO cho phép máy tự động hàn một khối pin theo các thông số đã được cài đặt cho chiều dọc và chiều ngang Sau mỗi chu kỳ, đầu công tác của máy sẽ trở về vị trí ban đầu Người dùng có khả năng điều chỉnh và lưu lại khoảng cách cho 10 khối pin khác nhau.

Chế độ MANUAL: máy chỉ hàn 1 cell riêng lẻ theo sự điều khiển trực tiếp từ người dùng

TỔNG QUAN THIẾT BỊ

CẢNH BÁO AN TOÀN

Khi làm việc với các bộ phận sử dụng nguồn điện lưới 220V, cần cẩn thận trong việc đấu nối và thực hiện công việc Để đảm bảo an toàn, nên cách điện các bộ phận kết nối trực tiếp với nguồn điện Ngoài ra, việc đeo kính bảo hộ khi sử dụng máy là rất cần thiết.

SƠ ĐỒ MÁY

CÔNG SUẤT / THỜI GIAN / TỐC DỘ

Vận hành máy Chuyển đổi chế độ

Dừng khẩn cấp Điều chỉnh các thông số hàn

Nút reset Nút cài đặt các chế độ

Nút tăng, thay đổi vị trí trục

Nút nhấn bên trái: Điều chỉnh trục Y

Nút giảm, thay đổi vị trí trục

VẬN HÀNH

Hiển thị các chế độ cài đặt

Để vào chế độ cài đặt: Gạt công tắc qua chế độ Setup

1 Cách thay đổi chế độ hoạt động: Để vào chế độ hoạt động:

Bước 1: Di chuyển con trỏ (bằng nút Start) đến vị trí chế độ

Bước 2: Nhấn nút Set để chọn, màn hình hiển thị như sau:

Hiển thị cài đặt Chọn chế độ

Số cell, thời gian, số điểm hàn

2 Cách thay đổi kích thước khối pin, thời gian, số điểm hàn:

Số lần hàn trên mỗi cell (kí hiệu K)

Chạy với chế độ auto Chạy với chế độ manual

Bước 1: Gạt công tắc qua chế độ Setup

Bước 2: Di chuyển con trỏ (bằng nút Start) đến vị trí số cell, T, K

Bước 3: Nhấn Set để chọn, màn hình sẽ hiển thị như sau:

Bước 4: Di chuyển con trỏ bằng nút Start đến thông số cần cài đặt

Bước 5: Để tăng thông số nhấn Up, Giảm thông số nhấn Down

Bước 6: Gạt công tắc qua chế độ Run để lưu cài đặt

3 Cách thay đổi vị trí giữa các điểm hàn

P0, P1, P2: là 3 điểm cần xác định để máy lấy vị trí khi thay đổi kích cỡ pin (18650,28650)

Vị trí Cell pin trên trục X và Cell pin trên trục Y với X là số cell mắc song song (p) và Y là số cell mắc nối tiếp (s)

Ví dụ: để hàn khối pin 3s2p ta cần cài đặt thông số như sau: X=2; Y=3

Bước 1: Gạt công tắc qua chế độ Setup

Bước 2: Di chuyển con trỏ (bằng nút Start) đến vị trí

Bước 3: Nhấn Set để chọn

Bước 4: Nhấn Start để thay đổi loại pin

Bước 5: Nhấn Set để cài đặt thông số cho Pin loại 3

Bước 6: Di chuyển con trỏ bằng nút Start đến thông số cần cài đặt

Bước 7: Để tăng thông số nhấn Up, Giảm thông số nhấn Down

Bước 8: Gạt công tắc qua chế độ Run để lưu cài đặt.

Hiển thị chế độ hoạt động Auto

Chỉnh công suất bằng cách xoay chiết áp

Số lần hàn trên 1 cell Thời gian hàn

Chỉnh thời gian bằng cách xoay chiết áp

Nhấn Start để bắt đầu hàn.

Hiển thị chế độ manual

Thời gian hàn (10-50ms) Công suất hàn (0-100%)

THÔNG SỐ CÀI ĐẶT

Nguồn điện

Điện áp hoạt động (220V± 2%) /50Hz

Bảng thông số cài đặt tối ưu

Bảng thông số đối với kẽm 0.1mm

Bảng thông số đối với kẽm 0.2mm

XỬ LÝ GỠ LỖI

Vấn đề Nguyên nhân Giải pháp

Không nhận thông số cài đặt

Chưa lưu cài đặt Chuyển Switch về Run để lưu cài đặt

Mối hàn bị cháy có thể do công suất cao hoặc thời gian hàn quá lâu Để khắc phục, cần điều chỉnh thời gian và công suất theo bảng thông số tối ưu cho loại kẽm đang sử dụng, hoặc thay đổi hai thông số này cho phù hợp với từng loại kẽm.

Mối hàn không dính có thể do công suất thấp hoặc thời gian hàn quá nhanh Để khắc phục, cần điều chỉnh thời gian và công suất theo bảng thông số tối ưu cho loại kẽm đang sử dụng, hoặc thay đổi hai thông số này phù hợp với loại kẽm cụ thể.

Vị trí hàn không chính xác

Do sai số máy khi làm việc lâu

Nhấn Reset để khôi phục vị trí home

Mối hàn lún sâu, hiện tượng thủng đầu cell pin Đầu kim hàn nhọn hoặc khoản cách giữa kim hàn và bề mặt hàn chưa hợp lý

Mài kim hàn, chỉnh lại độ cao kim hàn so với bề mặt hàn

Phát hiện âm thanh lạ trong quá trình hàn, đầu công tác đứng yên

Lỗi phần cơ khí Nhấn nút dừng khẩn cấp và kiểm tra.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Và Chế Tạo Máy Hàn Cell Pin
Tác giả	Lê Khắc Đỉnh, Phạm Văn Thiệu, Nguyễn Đức Duy
Người hướng dẫn	KS. Đồng Sĩ Linh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	145
Dung lượng	10,75 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[6] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập 1), NXB Giáo dục [7] Hồng Phúc, Động Cơ 3 Pha, Động Cơ Bước, link https://dongco3pha.com/dong-co-buoc.html , 07/2023	Link
[8] DFRobot, TB6600 Stepper Motor Driver User Guide, link https://bom.so/b08ol1, 07/2023	Link
[9] TDC, Pin 18650, link https://dientu5ngay.com/pin-18650-la-gi-hieu-ro-ve-pin-18650-trong-5-phut/, 07/2023	Link
[10] Beecost, Máy Hàn Pin, link https://beecost.vn/may-han-cell-pin.html, 07/2023	Link
[1] Hà Văn Vui, Nguyễn Chi Sang, Phan Đăng Phong, Sổ tay thiết kế cơ khí-tập 1, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội-2006	Khác
[2] Hà Văn Vui, Nguyễn Chi Sang, Phan Đăng Phong, Sổ tay thiết kế cơ khí-tập 2, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội-2006	Khác
[3] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2016	Khác
[4] Trần Hữu Quế, Vẽ kỹ thuật cơ khí tập 1, NXB Giáo dục, 2012	Khác
[5] PGS.TS. Ninh Đức Tốn, Giáo trình dung sai lắp ghép và kỹ thuật đo lường – NXB Giáo Dục	Khác
[11] Điện Tử, Giới Thiệu Arduino Mega, link www.dientutuonglai.com ,07/2023	Khác