Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Chế Tạo Mô Hình Cắt Tuốt Dây Điện Đơn Tự Động Phục Vụ Doanh Nghiệp Nhỏ.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀOTẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTrường Đại học GTVTĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬSinh viên: Ho

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬBỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS TrịnhLương Miên

HÀ NỘI, 01/2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬBỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS TrịnhLương Miên

HÀ NỘI, 01/2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO

TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAMTrường Đại học GTVTĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬSinh viên: Hoàng Thái Sơn

Tên và tóm tắt yêu cầu, nội dung đề tài:THIẾT KẾ BỘ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ

HÌNH CẮT TUỐT DÂY ĐIỆN ĐƠN TỰ ĐỘNG PHỤC VỤ

DOANH NGHIỆP NHỎSố liệu cần thiết để thiết kế:

- Số liệu kỹ thuật mô hình không quá 200W - Thiết bị hiển thị tham số khi vận hành - Thiết bị công suất , bộ chuyển đổi- Thiết bị điều khiển vi xử lý (Arduino)

Nội dung của bản thuyết minh, yêu cầu giải thích tínhtoán của thiết kế tốt nghiệp:

- Tổng quan về quá trình cắt tuốt dây điện - Tổng quan về máy cắt tuốt dây điện- Thiết kế phần cứng mô hình cắt tuốt dây điện đơn

- Xây dựng giao diện giám sát thông số vận hành trên mànhình LCD

- Kết quả thử nghiệm

Các bản vẽ chính:

- Sơ đồ cấu tạo mô hình cắt tuốt dây điện đơn- Sơ đồ các thành phần của mô hình cắt tuốt dây điện đơn- Sơ đồ khối cấu trục mô hình cắt tuốt dây điện đơn- Bản vẽ mạch điện điều khiển,mạch động lực mô hình cắttuốt dây điện đơn

- Giao diện giám sát thông số vận hành

Những yêu cầu bổ sung thêm trong nhiệm vụ thiết kếtốt nghiệp hoặc chuyên đề:

………Cán bộ hướng dẫn:

Giáo viên của trường: PGS.TS Trịnh Lương Miên Cán bộ ngoài sản suất:

- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp: 27/09/2023 - Ngày bắt đầu thiết kế tốt nghiệp: 27/09/2023 - Ngày nộp bản thiết kế tốt nghiệp: 25/12/2023

Ngày tháng … năm 2023 Đã giaonhiệm vụ TKTN

T/L HIỆUTRƯỞNGTRƯỞNG KHOA

CHỦ NHIỆM BỘ MÔNPGS.TS Nguyễn Văn Tiềm

GIÁO VIÊN HƯỚNGDẪN

PGS.TS.Trịnh LươngMiên

Đã nhận nhiệm vụTKTN

Sinh viên: Hoàng Thái SơnLớp: Tự động hóa 2Khóa: K60

Ký tên: Sơn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG

LỜI CÁM ƠN

Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại trường đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Điện – Điện tử của Trường Đại học Giao thông Vận tải đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian qua học tập tại trường

Và đặc biệt trong học kỳ này, các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện để em có được chỗ thực tập tốt nghiệp lý tưởng Từ đó giúp em củng cố thêm cả về mặt kiến thức lẫn chuyên môn của ngành mình Cùng với sự hướng dẫn và chỉ dẫn của thầy Trịnh Lương Miên, em em đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trịnh Lương Miên đã tận tình hướng dẫn em thực hiện đồ án này Mặcdù em đã cố gắng thực hiện đề tài một cách tốt nhất song do bước đầu làm quen với nghiên cứu và tiếp cận thực tế, kiến thứcvà kinh nghiệm còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được Em rất mong được sự góp ý của Thầy Cô giáo và các bạn để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2024

Sinh viên

HoàngThái Sơn

LỜI MỞ ĐẦU

Khi nói đến máy cắt dây thì đa số những người làm về kỹthuật chúng ta thường nghĩ ngay đến 1 loại máy gia công cácloại vật liệu có độ cứng cao trong các ngành công nghiệp hiệnnay Tuy nhiên trong khuân khổ bài thuyết minh này em muốngiới thiệu tới quý thầy cô một loại máy cắt dây khác và chứcnăng chính của nó là cắt các loại dây theo ý muốn của ngườiđiều khiển

Loại máy này được giới thiệu lần đầu tiên vào đầu thậpniên 90 tại Nhật Bản Ngày đó, nó là công nghệ mang tính độtphá và bước đầu tạo ra được sự “cạnh tranh” với những ngườilàm thủ công Tuy nhiên, tại thời điểm đó, máy chưa cắt đượcnhiều loại dây cũng như độ chính xác không thực sự vượt trội sovới con người, cho dù nó thể hiện được sự tiềm năng trongtương lai Do vậy, phương pháp gia công này không thu hútđược nhiều sự quan tâm

Nhưng khi công nghiệp hóa bùng nổ thì các yêu cầu vềviệc đưa máy móc vào thay thế con người ngày càng nhiều lên.Chính vì lẽ đó Máy cắt dây bắt đầu có chỗ đứng, cũng như đượcquan tâm nhiều hơn, có nhiều tính năng mới và ngày càng hoànthiện hơn để đáp ứng và phục vụ nhu cầu ngày càng cao củacác doanh nghiệp Nhưng rào cản lớn nhất khiến cho các doanhnghiệp phải cân nhắc đó là giá thành của máy thường cao hơnkhả năng cho phép của 1 doanh nghiệp vừa và nhỏ đến rất nhỏ.Chính vì lý do này mà máy cắt dây cỡ nhỏ được ra đời để tối ưu

về chi phí Nắm bắt được điều này và với sự tư vấn của thầyMiên thì em đã chủ động xin nhận đề tài này, với mục tiêu: Tạora máy cắt dây cỡ nhỏ để đáp ứng cho các doanh nghiệp nhỏtrên cả nước.

Để xây dựng và thiết kế được đề tài này, đồ án sẽ trình bàyquá trình thực hiện qua các chương sau:

1 Chương I: Tổng quan về quá trình cắt tuốt dâyđiện.

2 Chương II: Các phương pháp thiết kế máy cắttuốt dây điện.

3 Chương III: Thiết kế phần cứng và chế tạo mạchđiều khiển cho mô hình.

4 Chương IV: Tổng hợp thiết kế và hoàn thiện môhình

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT TUỐT DÂY

ĐIỆN

Hiện nay công nghiệp và đời sống hầu như không thể tách rờidây điện Trong quá trình sử dụng điện, chúng ta không thểtránh khỏi việc phải nối các đoạn dây điện vào với nhau Và khiđó thì bạn phải cần loại bỏ 1 đoạn lớp vỏ cách điện vừa đủdùng Trong quá trình sử dụng, không thể tránh khỏi những tìnhhuống cần dấu nối và phân nhánh dây điện Hầu hết dây điệnđược sản xuất và đóng gói thành dạng cuộn, có kích thước nhấtđịnh Khi cần thiết, chúng ta cần cắt tuốt hai đầu dây điện mộtkhoảng cách phù hợp để phục vụ yêu cầu sử dụng của từngmục đích khác nhau: dẫn nguồn điện với thiết bị, thay thế đoạndây điện đứt, hỏng hoặc liên hết các mạch điện với nhau Hằngngày tại các nhà máy sản xuất dây điện phục vụ công nghiệpôtô chế tạo hàng trăm bộ dây điện các chủng loại Nếu thực

hiện việc cắt và tuốt dây bằng tay có năng suất thấp, chấtlượng sản phẩm không đảm bảo Vì vậy cần thiết phải tiến hànhcơ khí hóa và tự động hóa quá trình cắt tuốt dây để nhằm nângcao năng suất lao động và đảm bảo chất lượng của sản phẩm.Trước đây, việc đo đạc và cắt tuốt dây được thưc hiện bằng tay.Công việc này đòi hỏi nhiều nhân công nhưng năng suất thấp,chất lượng sản phẩm không đồng đều, đặc biệt là gây ra lãngphí dây Vì vậy việc sử dụng các máy “Cắt và tuốt dây điện tựđộng” là rất cần thiết để nhằm nâng cao năng xuất lao động,nâng cao chất lượng sản phẩm.

1 Các phương pháp cắt tuốt dây.1.1 Phương pháp cắt tuốt dây điện thủ công

Phương pháp cắt tuốt dây điện thủ công là phương pháp dùngdao để cắt dây điện Phương pháp này tương đối đơn giản và dễtiếp cận để người cắt tuốt dây điện có thể xử lý nhanh nhất vấnđề gặp phải khi không có các dụng cụ, công cụ chuyên dụng đểhỗ trợ

Hình 1.1 Dùng dao để cắt tuốt dây điện

- Ưu điểm:+ Dễ dàng thực hiện việc cắt tuốt dây điện đơn giản+ Công cụ cắt tuốt dây đơn giản, dễ tìm thấy+ Thưc hiện được trong tất cả trường hợp, không gian chậthẹp

+ Cắt tuốt được tất cả các dây có đường kính và kích thướckhác nhau

- Nhược điểm:+ Dây điện cắt tuốt còn bị đứt nhiều lõi+ Kích thước dây điện cắt tuốt không đồng đều+ Cắt tuốt dây điện chậm, mất nhiều thời gian để làm sốlượng lớn

Phạm vi sử dụng:+ Sử dụng trong hoạt động bình thường đấu nối dây điện+ Sử dụng trong sản xuất nhỏ lẻ

1.2 Phương pháp dùng kìm cắt để cắt tuốt dây điện

Phương pháp dùng kìm cắt để cắt tuốt dây điện là phương phápsử dụng các loại kìm đa năng để thực hiện việc cắt tuốt dâyđiện Phương pháp này thường được áp dụng cho các công việcko cần độ chính xác cao trong việc cắt tuốt dây điện hoặcthường thấy đối với những người thợ bán chuyên nghiệp Thôngthường các bước để thực hiện phương pháp này như sau:- B1: Đặt dây điện cần tuốt dây vào phần lưỡi của kìm cắt Độdài đoạn tuốt tùy thuộc vào người sử dụng

- B2: Bóp kìm lực vừa đủ để làm đứt phần vỏ dây nhưng khônglàm đứt lõi đồng bên trong (Lưu ý: không nên bóp quá mạnh sẽgây ảnh hưởng đến chất lượng lõi đồng bên trong: gây hằn vếtcắt, xước lõi … dẫn đến tình trạng hư hại, nếu vết cắt sâu có thểgây ra gãy lõi đồng)

- B3: Giữ và xoay kìm xung quanh sợi dây điện để làm đứt toànbộ phần vỏ dây

- B4: Sau khi xoay xong, dùng ngón cái của tay cầm dây điện từtừ đẩy kéo ra xa, đồng thời kéo sợi dây điện về phía ngược lạiđể loại bỏ phần vỏ dây đã được cắt

- B5: Kiểm tra lại chất lượng lõi của đoạn dây vừa mới tuốt Ngoài ra, đối với phương pháp này cần lưu ý 1 số điều như sau:

- Không cắt dây cứng trừ khi kìm của bạn được thiết kế để cắtloại dây này Lưu ý về đường kính tối đa mà kìm của bạn có thểcắt được với từng loại.

- Không dùng kìm cỡ nhỏ để uốn cong, bẻ dây cứng Vì khi đóbạn sẽ làm hư hại mũi kìm Bạn nên dùng kìm cỡ lớn cho cácloại dây cứng

- Không dùng búa đóng vào kìm để tạo lực cắt dây cứng hoặccắt đai ốc

- Không dùng ống nối vào cán kìm để tăng lực cắt Nếu bạn cầncắt vật cứng có độ dày lớn thì nên dùng kìm cắt cộng lực.- Không dùng bao cán kìm như vật cách điện trừ trường hợp kìmcủa bạn là loại chuyên dụng có cách điện (VDE) Bao cán kìmtạo sự thoải mái cho bạn khi sử dụng chứ không phải là vật cáchđiện hoàn hảo trừ loại kìm chuyên dụng

Hình 1.2 Một số loại kìm có thể cắt tuốt đây điện

- Ưu điểm:+ Nhỏ gọn, có nhiều chủng loại cho người sử dụng.+Có thể cắt tuốt được nhiều loại dây: quá to hoặc quá nhỏ.- Nhược điểm:

+ Đòi hỏi kỹ thuật của người sử dụng.+ Khi cắt tuốt dây với số lượng lớn cần phải kẻ vạch trêndây, sản phẩm không đẹp, không đồng đều

+ Dễ gây ra đứt gẫy lõi dây.+ Mất nhiều thời gian để làm việc.- Phạm vi áp dụng:

+ Phương pháp này áp dụng trong các trường hợp khôngyêu cầu cao trong việc cắt tuốt dây

+ Áp dụng cho các thợ điện bán chuyên nghiệp

1.3 Phương pháp dùng kìm chuyên dụng để cắt tuốt dâyđiện.

Hình 1.3: một số loại kìm cắt tuốt dây điện chuyên dụng

Phương pháp dùng kìm chuyên dụng để cắt tuốt dây điện làphương pháp thường thấy đối với thợ điện chuyên nghiệp Vớiphương pháp này thì thường có các bước như sau:

Bước 1: Đặt sợi dây muốn tuốt vỏ vàoŒkìm Nếu bạn muốn đoạntuốt dài hơn thì bạn tháo chốt đỏ rồi đẩy thêm dây vào

Hình 1.4 Các bước tuốt dây bằng kìm chuyên dụng 1

Bước 2: Bóp mạnh kìm, lưỡi cắt sẽ tự động tách vỏ dâyđiện ra cho bạn với những dây điện bé hơn (ruột của đoạn dâyđiên bên trên chẳng hạn) làm tương tự như thế cũng không hềgây đứt dây điện của bạn Ngoài raŒkìmŒcòn có thể dùng để cắtdây điện với vết cắt rất sắc và gọn

Hình 1.5 Các bước tuốt dây bằng kìm chuyên dụng

Ưu điểm: - Vết cắt có độ chính xác cao hơn so với kìm cắt thôngthường

- Có khả năng tùy chỉnh độ dài tuốt theo ý muốn.Nhược điểm:

- Khả năng tùy biến trong sử dụng không cao.- Bị giới hạn về đường kính dây và chiều dài cần tuốt

1.4 Phương pháp cắt tuốt dây điện bằng máy tự động.

1.4.1 Ưu và nhược điểm

Phương pháp cắt tuốt dây điện bằng máy chuyên dụng đượcbiết đến là một phương pháp thường dùng trong sản xuất côngcông nghiệp Các loại máy được sử dụng để lọc bỏ lớp vỏ cáchđiện bên ngoài của dây điện Đối với loại máy này thì việc cắttuốt 2 đầu trở nên nhanh, chuẩn xác và dễ dang hơn rất nhiều.Phương pháp này có thể đáp ứng được nhiều loại kích thướckhác nhau, giúp tiết kiệm nhiều thời gian và công sức lao động.- Ưu điểm của máy tuốt dây điện

+ Phù hợp với mọi kích thước của dây điện.+Tốc độ làm việc của máy tuốt dây điện rất nhanh chóngvà độ chính xác cao

+ Có thể điều chỉnh tốc độ tuốt dây của máy theo yêu cầucủa người sử dụng

+ Lưỡi dao của máy tuốt dây điện hoạt động rất hiệu quảnhờ quay với tốc độ cao

+ Chiều dài của lớp tuốt dây điện còn có thể điều chỉnh tùytheo yêu cầu

+ Nguyên lý làm việc của máy tuốt dây điện dễ dàng, antoàn, chính xác và có độ bền cực kỳ cao.

+ Để đáp ứng nhu cầu sử dụng, trên thị trường có 2 dạngmáy thủ công: máyŒcầm tay và máy cố định

+ Thành phẩm của máy tuốt dây điện vừa có tính thẩmmỹ, vừa sạch đẹp mà không gây ảnh hưởng đến lõi dâyđiện

- Nhược điểm của máy tuốt dây điện:+ Trong suốt quá trình làm việc, máy vẫn còn phát ratiếng ồn

+ Chi phí của máy tuốt dây điện vẫn cao hơn so với cácloại máy tuốt khác

1.4.2 Giới thiệu một số loại máy cắt tuốt dây điện trênthị trường

a Máy cắt tuốt dây điện tự động thương hiệu KINGSING

Hình 1.6 máy cắt tuốt dây điện tự động thương hiệu KINGSINGBảng 1.1: Thông số kỹ thuật máy cắt tuốt dây điện thương hiệu KINGSING

nguyênGiá trị

3 ŒĐường kính cápthích hợp

Công nghệ phát triển hoàn thiện cộng với bộ phận thiết kế chophép năng suất tối đa và thời gian phục vụ lâu dài

Máy KS-W102 cắt và tuốt dây điện hoàn toàn tự động, hoạtđộng đơn giản, linh hoạt

Cắt và tuốt dây điện/cáp 2 lõi và 3 lõi, tuốt một nữa hoặc tuốttoàn bộ Có thể điều chỉnh được chiều dài cắt và tuốt dâyđiện/cáp

Bộ nhớ có chức năng lưu giữ được 40 em chương trình, đơn giảnhóa quá trình hoạt động và cải thiện hiệu quả làm việc

Thiết lập chiều dài cắt, chiều dài tuốt vỏ ngoài và lõi bên trongthông qua màn hình LCD cảm ứng.

Máy cắt và tuốt dây điện KS-W102 chất lượng tốt, đạt hiệu quảcao, giá cả hợp lý và là một trong những máy tuốt phổ biếntrong và ngoài nước

b Máy cắt tuốt dây điện tự động thương hiệu Schleuniger

Hình 1.7: máy cắt tuốt dây điện tự động thương hiệu

SchleunigerBảng 1.2 Thông số kỹ thuật máy cắt tuốt dây điện thương hiệu Schleuniger

3 Bước tăng kích thước

tuốt

0.1 mm(0.01")

4 Bước tăng đường

kính

0.01 mm(0.001")

5 Đường kính tối đa

6 Chiều dài tuốt tối đa 34 mm

Máy tuốt vỏ bán tự động của Schleuniger được thiết kế để xử lýcác dây và cáp với tiết diện từ 32 - 6 AWG (0,03 - 16 mm2).Tính linh hoạt và đa dạng

ŒƯu điểm

Máy cắt tuốt dây điện thương hiệu Schleuniger là máy tuốt vỏgâyŒấn tượng với người dùng bởi nóŒcó thể lập trình được với độchính xác cao và tính linh hoạt Dây có kích thước từ 0,013 - 6mm² (36 - 10 AWG) có thể được xử lý mà không cần phải điềuchỉnh cơ học Máy có thể tuốt dây với các loại vỏ khác nhau baogồm Kapton, sợi thủy tinh và Teflon RotaryStrip 2400 cũng cókhả năng tuốt và xoắn dây có kích thước từ 0,14 mm - 2,5 mm²(26 - 13 AWG)

• Màn hình cảm ứng màu sắc trực quan• Không cần điều chỉnh cơ khí khi thay đổi kích cỡ dây• Bộ cảm biến kích hoạt rất nhạy - hoạt động tốt cho các dâynhỏ, dây dẻo

• Người vận hành có thể bao quát toàn bộ khu vực làm việc• Kiểm soát xoắn lõi dây bên trong

2 Tổng quan về máy cắt tuốt dây

2.1 Cấu tạo chính cuả máy cắt tuốt dây điệnHầu hết các loại máy cắt tuốt dây điện tự động hiện nay đều cónhững cấu tạo chung giống nhau Cụ thể như sau:

2.1.1 Động cơ:

Động cơ này thường được gắn vào các trục dây đai (belt) đểthông qua trục quay để truyền chuyển động cho các con lăn,dây băng tải (belt), con quay (rulo), ròng rọc (Pulley)

Tuỳ vào tư duy của các nhà thiết kế/hãng sản xuất mà cơ cấuchuyển động sẽ được lắp động cơ servo và động cơ bước đểđiều khiển

con lăn, sử dụng loại ống đúc hay ống hàn, và các thông số trụccon lăn, sử dụng loại vòng bi thích hợp.

- Các loại con lăn này thường có độ bền cao, cấu tạo đơn giảnbao gồm ổ bi, vỏ con lăn, trục con lăn và một số linh kiện đikèm Con lăn được lắp vào trục với một ổ bi, và vòng ngoài ổ biđược gắn chặt với con lăn, vòng trong của ổ bi được gắn vớitrục

CácŒcon lănŒchủ yếu là làm việc ở bề mặt ngoài, nên bề mặtngoài của nó được gia công có độ nhám nhất định để không làmảnh hưởng đến quá trình con lăn làm việc

Hình 1.9 Các dạng con lăn

2.1.3 Vít điều chỉnh độ cao thấp, độ rộng

Vít dùng để điều chỉnh độ mở dao hoặc con lăn

Hình 1.10 Vít điều chỉnh