Nghiên cứu và ứng dụng thiệt bị đo số vòng quay di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG THIẾT BỊ ĐO SỐ VÒNG QUAY DI ĐỘNG GVHD: ThS TRẦN THANH LAM SVTH: CAO NGỌC MINH MSSV: 11943040 SVTH: NGUYỄN THÀNH LUÂN MSSV: 11943014 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời kỳ hội nhập kinh tế Đơng, Tây tồn cầu hóa, với công đổi đất nước, nước ta sức phát triển ngành công nghiệp mũi nhọn như: Cơng nghệ hóa chất, cơng nghệ luyện kim, khí, may mặc, hàng tiêu dùng,… đạt nhiều kết đáng khích lệ, phần nâng cao đời sống nhân dân, tạo công ăn việc làm cho hàng triệu người lao động Một ngành phát triển mạnh mẽ đó, ngành khí nói chung ngành chế tạo máy nói riêng Từ thành lập đến ngành chế tạo máy phần tạo sản phẩm có chất lượng tốt, suất cao xuất nhiều thị trường lớn như: EU, Châu Á, hay thị trường khắc nghiệt Mỹ, Ngày khoa học kỹ thuật ngày phát triển mà doanh nghiệp khí địi hỏi phải cải tiến phương thức sản xuất, thay thiết bị lạc hậu, cũ kỹ thiết bị công nghệ cao để đảm bảo chất lượng, độ xác gia cơng thẫm mỹ sản phẩm Thế kỷ XXI, kỷ phát triển khoa học kỹ thuật đại Các thiết bị đo phát minh sử dụng rộng rãi sống Trong đó, thiết bị đo số vịng quay khơng ngoại lệ Trong thời gian gần nhà khoa học tập trung nghiên cứu loại thiết bị đo số vòng quay, với ưu điểm : nhẹ, có độ bền cao, giá rẻ,… tương lai thiết bị đo số vịng quay có xu hướng ngày phát triển với tính ngày vượt trội Vì vây, việc kiểm tra thơng số kỹ thuật số vòng quay-vận tốc điều quan trọng Hiện nay, phịng thí nghiệm, trường học, viện nghiên cứu phân xưởng sản xuất sử dụng lượng nhỏ thiết bị đo số vịng quay Các thiết bị có từ lâu phần lớn khâu xử lý số liệu đo đánh giá kết đo làm thủ công, thời gian, hiệu suất độ xác khơng cao Hiện giờ, thị trường có bán thiết bị đo số vịng quay với độ xác cao giải khó khăn nêu Chính nhóm em chọn đề tài " Nghiên cứu, ứng dụng thiết bị đo số vòng quay di động " Với đề tài này, chúng em hy vọng góp phần giải khó khăn việc bảo trì-bảo dưỡng máy móc-thiết bị sử dụng hiệu có tuổi thọ cao Page TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đây là Đồ án tố t nghiê ̣p của Sinh viên Đa ̣i ho ̣c chuyên ngành Sư Ph ạm Cơng Nghệ Chế Tạo Máy Khoa Cơ Khí Ch ế Tạo Máy Trường Đa ̣i ho ̣c Sư pha ̣m Kỹ Thuâ ̣t Thành phố Hồ Chí Minh Đề tài đã nghiên c ứu ứng dụng thành cơng thi ết bị đo số vịng quay di động và hoàn tấ t viê ̣c ki ểm nghiệm số vòng quay số loại máy thường dùng như: Máy tiện, máy phay CNC, động pha, máy cân động Thiết bị đo số vòng quay di động đã đáp ứng các tiêu chí ban đầ u là đo đư ợc vận tốc loại máy từ ta tính số vòng quay để so sánh với số vòng quay thực để phục vụ cơng việc bảo trì, tái kiểm tra đo số vòng quay nhằm phát sai hỏng chi tiết máy góp phần gia tăng tuổi thọ máy Hình 1: Ứng dụng thiết bị đo mơ hình cân động Page CHƢƠNG 1: Ý TƢỞNG VÀ TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO SỐ VÒNG QUAY DI ĐỘNG 1.1 Ý TƢỞNG CHỌN ĐỀ TÀI 1.1.1 Lý chọn đề tài - Chúng ta bước qua kỷ XXI, kỷ phát triển khoa học kỹ thuật đại Trong phát triển kỹ thuật điện tử ngày nay, kỹ thuật số dần chiếm ưu số lượng ứng dụng nhiều thiết bị điện tử từ dân dụng chuyên dụng, nhiều lĩnh vực đo lường, điều khiển, v.v… nhờ vào nhiều ưu điểm Trong cơng nghiệp, phần lớn trường hợp đo vận tốc đo số vòng quay máy Độ an toàn chế độ làm việc máy phụ thuộc lớn vào tốc độ quay -Thiết bị đo tốc độ động dùng để đánh giá xác tốc độ quay hành động cơ, phục vụ thiết thực cho công việc sửa chữa, bảo dưỡng tái kiểm tra độ chuẩn xác động - Vì vậy, việc kiểm tra thơng số kỹ thuật số vòng quay di động điều quan trọng Những thí nghiệm minh họa cho đặc tính ổn định quan trọng việc đánh giá xác tốc độ quay Hiện nay, phịng thí nghiệm, trường học, viện nghiên cứu phân xưởng sản xuất sử dụng lượng lớn thiết bị đo số vòng quay di động Các thiết bị có từ lâu phần lớn khâu xử lý số liệu đo lường đánh giá kết đo làm thủ công, thời gian, hiệu suất độ xác khơng cao Hiện giờ, thị trường có bán thiết bị đo số vịng quay với độ xác cao giải khó khăn nêu Nhưng giá thành cao nên việc đầu tư mua sắm gặp nhiều khó khăn 1.1.2 Mục đích nghiên cứu - Mục đích đề tài chủ yếu nghiên cứu cấu hoạt động thiết bị tìm hiểu phương pháp để chế tạo thiết bị đo này, bên cạnh tìm hiểu số loại thiết bị đo số vòng quay di động nguyên lý hoạt động chúng - Tính tốn hồn chỉnh thiết kế cho thiết bị đo số vòng quay di động - Nghiên cứu, chế tạo thử thiết bị đo số vòng quay dị động Page 1.1.3 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu, thiết kế, tính tốn chế tạo thử thiết bị đo số vịng quay di động phạm vi phịng thí nghiệm, khu vực xưởng - Nghiên cứu tổng quan số vòng quay di động, phương pháp kiểm tra tốc độ thiết bị đo, nghiên cứu thiết bị đo thiết bị cảm biến Phân tích liệu, lọc liệu cần thiết cho phép thử Viết chương trình xử lý số liệu giao diện hình 1.1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu - Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm: + Phương pháp nghiên cứu lý thuyết : Nghiên cứu nguyên lý hoạt động cấu chuyển động, tính tốn lực từ, lực kẹp lên thiệt bị đế gá từ tạo nên Từ có nhìn nhận hướng việc tính tốn, thiết kế chế tạo thử thiết bị đo số vòng quay di động Nghiên cứu khả lập trình ghép nối máy tính, xử lý số liệu + Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: - Tiến hành thực nghiệm độ xác đo tốc độ Lấy làm sở việc tính tốn lực, thiết kế lựa chọn phận làm nên thiết bị đo Thiết kế thiết bị giao tiếp với máy tính đọc giá trị tốc độ, trao đổi liệu với thiết bị đo số vòng quay di động 1.1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Tạo điều kiện, tiền đề cho người nghiên cứu phát triển kỹ năng, vận dụng kiến thức học vào thực tế - Tạo sản phẩm mới, góp phần vào phát triển công nghiệp nước nhà - Đây tiền đề để cải tiến, phát triển sản phẩm ứng dụng vào lĩnh vực khác có liên quan - Dựa nguyên lý phương pháp đo tốc độ khả kết nối máy tính thiết bị để xây dựng phần mềm xử lý số liệu thiết bị đo số vòng quay di động Page - Thơng qua tín hiệu điện từ cảm biến lực từ chiều dài có độ xác cao, ta thu kết thử nghiệm tính tốn cách xác Đồng thời thể cách trực quan trình biến đổi vật liệu thông qua biểu đồ, đồng thời lưu lại kết quả, lập báo cáo kết xuất liệu theo yêu cầu - Với phần mềm này, ta theo dõi tồn q trình phép thử chương trình, giá trị đo từ máy tính có độ xác cao Cho phép chọn quan sát, phân tích giai đoạn thay đổi đường ảnh hưởng đến số vòng quay biểu đồ, thơng qua đánh giá sai số thiết bị chi tiết 1.2 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO SỐ VÒNG QUAY DI ĐỘNG 1.2.1 Tầm quan trọng đo tốc độ quay động cơ, máy - Trong trình sản xuất đại, chế tạo thiết bị đo tốc độ động việc làmkhơng thể thiếu, giúp cho trình giám sát sản xuất nhanh hơn, tốt hơn, cho sản phẩm ý, xác.Nếu ta khơng đo tốc độ động khơng thể điều khiển tốc độ xác được.Với máy móc đại ngày nay, q trình sản xuất chạy với nhiều tốc độ khác nhau, tùy theo giai đoạn làm việc nó, mà ta cần phải biết tốc độ động để điều chỉnh cho phù hợp Từ lâu người nghiên cứu chế tạo máy đo tốc độ vàđược sử dụng rộng rãi.Trong hệ truyền động kinh điển người ta dùng máy phát tốc đo tốc độ động cơ, máy phát tốc chiều hay xoay chiều thực chất máy phát điện cơng suất nhỏ, có suất điện động tỷ lệ với tốc độ cần đo Về sau sản xuất công nghiệp ngày phát triển đại người ta bắt đầu nghiên cứu cho đời máy đo tốc độ có độ xác cao máy đo góc tuyệt đối, máy đo sử dụng cảm biến quang tốc độ với đĩa giải mã … 1.2.2 Sơ lƣơ ̣c về thiết bị đo số vòng quay di động - Thiết bị đo tốc độ quay loại máy thí nghiệm dùng để kiểm tra, đo tốc độ động cơ, máy hay trục,1 đĩa quay đó, từ phục vụ thiết thực cho công việc sửa chữa, bảo dưỡng tái kiểm tra độ chuẩn xác động Page Hình 2: Thiết bị đo số vịng quay PCE-VT204 1.2.3 Lơ ̣i ích của thiết bị đo - Là máy dùng để kiểm tra hoạt động động cơ, máy, tạo điều kiện để giúp công việc bảo trì, sửa chữa máy móc 1.2.4 Các phƣơng pháp nguyên lý đo số vòng quay động 1.2.4.1 Các phương pháp: - Có phương pháp dùng để đo tốc độ vòng quay khác nhau, tùy vào mục đích sử dụng để đo tốc độ vịng quay động xác a Phương pháp đo tiếp xúc Đây phương pháp đo cũ phương pháp đo rpm Tốc độ vòng quay vật cần đo cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện, tín hiệu thiết bị phân tích hiển thị Phương pháp đo sử dụng thường xuyên chủ yếu dùng cho vật có vận tốc quay thấp từ 20 rpm đến 20.000 rpm Sự bất lợi phương pháp đo tốc độ quay tải phụ thuộc nhiều vào lực tiếp xúc Ngoài ra, phương pháp đo đo cho vật có kích thước nhỏ Nếu tốc độ vịng quay lớn cảm biến bị trượt Page b Phương pháp đo không tiếp xúc (đo rpm phản quang) Hình 3: Thiết bị đo số vịng quay CDT2000 - Tốc độ vòng quay đo cách đo thời gian chùm tia phản xạ vật cần đo Thiết bị phát chùm tia hồng ngoại, chùm tia ánh sáng bị phản xạ lại vật cần đo phản quang dán vật cần đo Chú ý khoảng cách lớn phản quang thiết bị đo không vượt 350 mm Phương pháp đo cao cấp phương pháp đo tiếp xúc Tuy nhiên, khơng phải lúc ta dán phản quang lên vật cần đo Dải đo: 20 rpm đến 100.000 rpm c Phương pháp đo rpm sử dụng tần số chớp Hình 4: Thiết bị đo số vòng quay Kimo-CT-100EO Page -Dựa vào nguyên lý tần số chớp, vật thể đứng yên mắt người quan sát tần số chớp tốc độ cao đồng với di chuyển vật Phương pháp đo có đặc tính bật phương pháp đo khác là: Phương pháp đo đo cho vật nhỏ đo nơi ta không chạm đến Không cần thiết phải dán phản quang lên vật cần đo Ví dụ ta khơng cần thiết phải dừng lại quy trình sản xuất Dải đo: 30 rpm đến 20.000 rpm Ngoài ra, phương pháp đo khơng đo rpm mà cịn đo rung theo dõi chuyển động ví dụ như: màng rung, màng loa ►Trong công nghiệp, phần lớn trường hợp đo vận tốc đo tốc độ quay máy Độ an toàn chế độ làm việc máy phụ thuộc lớn vào tốc độ quay Trong trường hợp chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài thường đượcchuyển đo tốc độ quay Bởi vậy, cảm biến đo vận tốc góc đóng vai trị quan trọng việc đo vận tốc 1.2.4.2 Các nguyên lý đo số vòng quay: - Trong kĩ thuật, số vòng quay thực thời gian phút gọi số vòng quay Mối liên hệ: 𝑛 ω=π× 30 (PT.1) Trong đó: ω: vận tốc góc n : số vịng quay - Đo số vòng quay dựa vào định luật FaRaDay: + E= - dϕ dt (PT 2): Suất điện động E xuất cuộn dây tỉ lệ thuận với biến thiên từ thơng ϕ qua + Chế tạo cac loại cảm biến hoạt động tương tự máy phát điện(1 chiều xoay chiều) Page + Loại thường tachomet máy phát, co thể loại chiều (tốc kế chiều) loại hai chiều đồng không đồng Các cảm biến dựa nguyên tắc máy phát điện Khi roto quay phần ứng tạo điện áp tỉ lệ thuận với vận tốc quay + Đo số vịng quay theo tần số tín hiệu phát từ vật quay - Cảm biến đo số vòng quay: Cảm biến gồm đĩa làm từ vật liệu sắt từ gắn với vật cần đo tốc độ quay, cuộn dây có lõi sắt nam châm vĩnh cữu - Cảm biến hoạt động sau : Khi đĩa quay đĩnh rãnh qua đầu cuộn dây làm cho từ thơng qua thay đổi theo chu kì Nhờ đó,trong cuộn dây xuất dịng cảm ứng dạng xung với tần số xuất tỉ lệ với tốcđộ quay đĩa Dòng điện đưa vào thiết bị xử lí để xác định tần số xuất xung từ tính số vòng quay vòng phút Loại cảm biến đc dùng phổ biến nhờ có độ tin cậy cao xác cao, viêc xử lý tín hiệu đơn giản, khơng địi hỏi thiết bị phức tạp đắt tiền (hình 5) Hình 5: Thiết bị đo số vịng quay sử dụng tần số chớp 1.2.5 Tình hình sử dụng thiết bị đo số vòng quaytrên giới Việt Nam 1.2.5.1 Tình hình sử dụng thiết bị đo số vòng quay giới - Hiện giới,thiết bị đo số vòng quay sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp với nhiều chủng loại khác giới thiết Page