Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển số cho máy dệt jacquard

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hiện nay, ngành dệt Việt Nam vẫn còn sử dụng loại máy dệt Jacquard cơ khí dùng bìa đục lỗ dẫn đến : + Kéo dài thời gian thiết kế, thu hẹp năng lực thiết kế, khôn

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN MINH MẪN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ

CHO MÁY DỆT JACQUARD

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S KC 0 0 0 3 0 6

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KS NGUYỄN MINH MẪN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ

KS NGUYỄN MINH MẪN

ĐỀ TÀI :

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN SỐ CHO MÁY DỆT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH-QHQT-SĐH

Tp Hồ Chí minh , ngày tháng năm 2005

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SIÕ

I – Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển số cho máy dệt Jacquard”

II – Nhiệm vụ luận văn :

1 Nghiên cứu đầu máy dệt Jacquard nhằm cải tiến thế hệ máy dệt Jacquard cơ khí

hiện có tại Việt Nam

2 Thiết kế cấu hình hệ thống điều khiển số

3 Thiết kế bộ điều khiển số cho máy dệt Jacquard cơ khí

4 Chế tạo mô hình thử nghiệm

III – Ngày giao nhiệm vu :Ï

IV – Ngày hoàn thành nhiệm vụ :

Cán bộ hướng dẫn Phòng QLKH-QHQT-SĐH Chủ nhiệm ngành

PHẠM NGỌC TUẤN

TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Địa chỉ liên lạc: 223/10 Phường Phước Bình , Quận 9

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Từ 1999 đến 2003: Học đại học chuyên ngành Cơ Khí Chế Tạo tại trường Đại Học Sư

Phạm Kỹ Thuật TPHCM

Từ 2003 đến 2005: Học Cao học chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy - Khoa Cơ khí -

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Thầy PHẠM NGỌC TUẤN đã tận tình hướng dẫn,

giúp đỡ để em có thể hoàn thành luận văn này Thầy đã dành cho Em sự giúp đỡ hết sức

nhiệt tình trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Em cũng xin cảm ơn các thầy cô là Phản Biện và Uûy Viên Hội Đồng đã dành thời

gian để đọc, nhận xét và cho ý kiến đóng góp để luận văn được hoàn thiện

Cuối cùng, Em xin cảm ơn các Thầy Cô trong Khoa Cơ Khí, Trường Đại học

SPKT-TPHCM đã trang bị cho chúng Em những kiến thức hết sức quí báu và cần thiết để

tiếp bước con đường nghiên cứu khoa học

Chân thành cảm ơn các Thầy Cô

Tp Hồ Chí minh , ngày tháng năm 2005

Học viên

Nguyễn Minh Mẫn

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hiện nay, ngành dệt Việt Nam vẫn còn sử dụng loại máy dệt Jacquard cơ khí dùng

bìa đục lỗ dẫn đến :

+ Kéo dài thời gian thiết kế, thu hẹp năng lực thiết kế, không thể thiết kế các hoa

văn phức tạp

+ Chi phí mua bìa ,thời gian thiết kế và đục lỗ bìa cao

Bởi vì, nếu mẫu hoa văn phức tạp thì số lượng bìa đục lỗ tăng lên, khi đó vấn đề

diện tích trở nên khó giải quyết, hơn nữa thời gian và chi phí tạo ra sản phẩm sẽ lâu và

cao hơn nhiều

Vì vậy, một nhu cầu cấp thiết là phải đổi mới và nâng cấp thiết bị theo hướng

không sử dụng bìa đục lỗ bằng cách ứng dụng công nghệ CAD/CAM và điều khiển số cho

máy dệt Jacquard cơ khí

Luận văn này nghiên cứu giải pháp số hóa các máy dệt Jacquard cơ khí nói trên

Để thực hiện được điều này thì luận văn cần phải giải quyết các vấn đề sau :

+ Nghiên cứu đầu máy dệt Jacquard nhằm cải tiến thế hệ máy dệt Jacquard cơ khí

hiện có tại Việt Nam

+ Thiết kế cấu hình hệ thống điều khiển số

+ Thiết kế bộ điều khiển số cho máy dệt Jacquard cơ khí

+ Chế tạo mô hình thử nghiệm

SUMMARY

Nowadays, mechanical Jacquard power-looms with punched cards are still used in the

Vietnamese textile , this results :

+ Extend time-design, reduce design ability , complex patterns can not design

+ Spending to buy cards, design time and punched cards are expensive

Because, if complex patterns are going to increase the number of punched card, then the

area problems become difficulty Furthermore , time and make product cost will be more

long and hight price

Hence, a necessary demand is have to innovate and upgrade devices , according to the

way reject punched cards by apply CAD/CAM technology and numerical control

This essay research solution to digitalize mechanical Jacquard power-looms

To obtain the above objectives , the following problems have to be solve in this essay :

+ Research mechanical Jacquard power-looms to innovate it

+ Design numerical control system configuration

+ Design numerical controler for mechanical Jacquard power-looms

+ Create model to test

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Chương 1: Tổng quan

1.1.Ngành dệt của Việt Nam và nhu cầu hiện đại hóa 08

1.2 Giới thiệu về công nghệ dệt Jacquard 09

1.3 Các giải pháp về dệt Jacquard 11

1.3.1.Công nghệ dệt Jacquard tại các nước phát triển .13

1.3.2.Công nghệ dệt Jacquard tại Việt Nam hiện nay 20

1.4 Nhu cầu phát triển 22

1.5 Mục tiêu của đề tài 24

Chương 2: Thiết kế cấu hình hệ thống điều khiển số 2.1 Giải pháp thay thế bìa đục lỗ 26

2.2 Cấu hình của hệ thống điều khiển số 26

2.3 Bộ phần mềm CAD/CAM 27

2.4 Phần mềm điều khiển 27

2.5 Bộ điều khiển trung tâm 28

2.6 Bộ khuyếch đại công suất 29

2.7 Bộ tác động 29

Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển số cho máy dệt Jacquard cơ khí 3.1 Nhiệm vụ của bộ điều khiển số 38

3.2 Phân tích và lực chọn phương án truyền dữ liệu 39

3.3 Thiết kế bộ điều khiển trung tâm 43

3.4 Thiết kế bộ khuếch đại công suất .48

3.5 Công suất tiêu thụ .48

3.6 Phần mềm điều khiển 49

3.6.1 Giải thuật chương trình điều khiển 49

3.6.2 Giao diện chương trình điều khiển 51

3.7 Thiết kế bộ tác động .52

Chương 4: Chế tạo mô hình thử nghiệm 4.1.Mục đích 53

4.2 Bo mạch điều khiển 53

4.3 Thử nghiệm mô hình 56

4.4 Kết quả vận hành mô hình .58

Kết luận 59

Tài liệu tham khảo 60

Tóm tắt lý lịch trích ngang 61

Phụ lục Phụ lục 1 Code của chương trình điều khiển 62

phụ lục 2 Máy dệt Jacquard cơ khí dùng bìa đục lỗ 79

Phụ lục 3 Solenoid 87

Phụ lục 4 Truyền thông nối tiếp 94

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 NGÀNH DỆT CỦA VIỆT NAM VÀ NHU CẦU HIỆN ĐẠI HÓA

Dệt may là ngành công nghiệp quan trọng tại các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam

Ở Việt Nam trong thời gian qua, giá trị xuất khẩu hàng dệt may tăng khoảng 25%/ năm, chiếm 13-14% tổng kim ngạch xuất khẩu cả nước và tạo việc làm cho 1,6 triệu lao động Sản phẩm dệt may Việt Nam thâm nhập vào nhiều thị trường Quốc tế, kể cả những thị trường khó tính nhất như Nhật Bản, EU và Canada

20-Theo mục tiêu chiến lược tăng tốc phát triển ngành dệt may Việt Nam đã được Thủ Tướng phê duyệt thì ngành này cần đầu tư 35.000 tỉ đồng đến năm 2005 và thêm 30.000 tỉ đồng đến năm 2010

Theo chương trình mục tiêu phát triển ngành dệt may TP.HCM thì cần đầu tư 18.000 tỉ đồng đến năm 2005 và 15.000 tỉ đồng đến năm 2010

Năm 2003 kim ngạch xuất khẩu của ngành dệt may vào khoảng 3,6 tỉ USD, đứng hàng thứ hai sau ngành dầu khí và dự kiến sẽ là 5 tỉ USD trong năm 2005, 10 tỉ USD vào

năm 2010

Tuy đã là một trong những ngành xuất khẩu chủ yếu của đất nước nhưng nếu so với các nước khác trong khu vực thì ngành dệt may nước ta vẫn còn nhỏ bé về nhiều mặt, còn nếu so với trình độ công nghệ của thế giới thì ngành dệt may nước ta cũng đã lạc hậu hơn 20 năm

Từ 1-1-2005 hạn ngạch của việc xuất khẩu dệt may sẽ được bãi bỏ trên toàn thế giới, cạnh tranh sẽ vô cùng khốc liệt Con số 53 quốc gia và vùng lãnh thổ sản xuất hàng

dệt may (2002) sẽ chỉ còn lại 26 (2005) Đó là những thông tin đưa ra từ hội thảo ”Tìm

kiếm nguồn nguyên liệu cho ngành dệt may Việt Nam” do Hiệp hội Dệt may Việt Nam và

Trung tâm Thương mại quốc tế (ITC) thuộc WTO phối hợp tổ chức 7/12/2004 Vì vậy ngành dệt may Việt Nam sẽ phải gặp nhiều thách thức, đặc biệt là ngành dệt Hiện nay ngành dệt Việt Nam đang gặp khó khăn về nhiều mặt:

- Trình độ công nghệ quá thấp, năng lực sản xuất, chủng loại mẫu mã hàng hóa nghèo nàn, năng suất lao động thấp dẫn đến giá thành sản phẩm cao

- Thiết bị công nghệ ngành dệt hiện nay chỉ mới đổi mới được 45%, trình độ tự động hóa ở mức trung bình, lạc hậu hơn so với các nước trong khu vực khoảng 15 năm

Hình 1.1: Joseph Marie Jacquard

- Sản phẩm của ngành dệt chưa đáp ứng được tốc độ tăng trưởng của ngành may

cả về số lượng lẫn chất lượng, như năm 2003 ngành may của Việt Nam phải nhập hơn 500

triệu mét vải

Điều đó dẫn tới giá cả hàng dệt may Việt Nam cao hơn các sản phẩm cùng loại

của ASEAN khoảng 10-15%, cao hơn hàng Trung Quốc 20% Khi EU bỏ chế độ quota cho

Trung Quốc, sản lượng mặt hàng Jacket của Việt Nam xuất vào thị trường này giảm ngay

60% - 70% Có thể coi đây là minh chứng hùng hồn nhất nhắc nhở các doanh nghiệp Việt

Nam phải tăng sức cạnh tranh trước sức ép cạnh tranh trực tiếp

Như vậy, để tăng sức cạnh tranh của hàng dệt may thì giải pháp cần thiết là hiện

đại hoá công nghệ và thiết bị dệt Cho đến nay hầu hết các máy móc của ngành dệt đều

nhập từ nước ngoài Trong tình hình này việc đầu tư, đổi mới công nghệ và thiết bị trong

tương lai có lẽ cũng sẽ chủ yếu nhập từ nước ngoài nếu không có những nỗ lực thiết kế và

chế tạo thiết bị dệt trong nước

Luận văn này giới hạn trong lĩnh vực máy dệt Jacquard

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT JACQUARD

Tên của máy dệt Jacquard có nguồn gốc từ người phát minh ra nó là Joseph Marie Jacquard

Jacquard sinh ngày 7 tháng 7 năm 1752 ở Lyon, nước Pháp Đương thời, ông chế tạo nó để dùng dệt các vải có hoa văn Chính vì thế mà tên của ông đã được đặt cho máy dệt vải hoa văn - máy dệt Jacquard - như một sự xác nhận ông là người đã phát minh và trong tự điển tiếng Anh ngày nay, Jacquard còn có nghĩa là vải

có hoa văn

Jacquard là công nghệ dệt các sản phẩm có hoa văn phức tạp bằng cách phối hợp

từng sợi Có nhiều loại sản phẩm Jacquard: 1 lớp, 2 lớp… nhưng nguyên lý điều khiển nói

chung không khác biệt lớn

Hình 1.2a : Vải dệt bằng công nghệ dệt Jacquard

Hình 1.2b : Logo dệt bằng công nghệ dệt Jacquard

1.3 CÁC GIẢI PHÁP VỀ DỆT JACQUARD

Cho đến nay máy dệt Jacquard đã trải qua ba thế hệ ( hình 1.3):

- Thế hệ thứ nhất: Hình thành và phát triển máy dệt Jacquard cơ khí (còn gọi là

máy dệt Jacquard thế hệ thứ nhất)

- Thế hệ thứ hai: Máy dệt Jacquard cơ khí được hiện đại hóa bằng cách đưa vào

ứng dụng hệ thống CAD/CAM và điều khiển số liên kết với đầu Jacquard cơ khí (còn gọi

là máy dệt Jacquard thế hệ thứ hai)

- Thế hệ thứ ba: Phát triển các máy dệt Jacquard điện tử (còn gọi là máy dệt

Jacquard thế hệ thứ ba)

Hiện nay trên thế giới, tại các nước càng phát triển thì các máy dệt Jacquard thế

hệ thứ hai, thứ ba càng được sử dụng nhiều, đồng thời số lượng các máy dệt Jacquard thế

hệ thứ nhất giảm dần

 Máy dệt Jacquard thế hệ thứ nhất:

Mẫu dệt được carô hóa, sau đó chuyển thành các bìa đục lỗ rồi liên kết các bìa trên

máy dệt Jacquard để điều khiển từng sợi

Nguyên lý hoạt động của máy dệt Jacquard cơ khí:

HỆ THỐNG CAD/CAM

Mẫu hoa văn

Vẽ bằng tay

Thiết kế trên máy tính

Máy đục bìa

(điều khiển bằng tay)

Bìa được xâu

thành chuỗi

Máy đục bìa (tự động)

Máy dệt Jacquard cơ khí

(Thế hệ thứ nhất)

Máy dệt Jacquard cơ khí được hiện đại hóa

(Thế hệ thứ hai)

1.3.1.CÔNG NGHỆ DỆT JACQUARD TẠI CÁC NƯỚC PHÁT TRIỂN

Chuyển động của máy dệt Jacquard cơ khí gồm 3 chuyển động chính (phụ lục 2),

đó là:

- Chuyển động lên xuống của dao nâng

- Chuyển động quay của lăng trụ để thay đổi bìa đục lỗ

- Chuyển động qua lại của lăng trụ để tác động bìa đục lỗ lên kim

Nguyên lý hoạt động của máy Jacquard cơ khí dựa trên cơ sở điều khiển riêng biệt

từng sợi dọc hoặc một nhóm rất ít sợi dọc (được mô tả ở hình 1.5) Móc (17) của máy

Jacquard được đặt thẳng đứng và tựa trên bảng đỡ móc (19) Ở dưới mỗi móc tại bảng đỡ

có một lỗ, qua lỗ đó có một dây xà (20) nối với chân móc

Phía trên các móc có một hàng dao (14) Có bao nhiêu hàng móc sẽ có bấy nhiêu

dao Các dao được đặt trong giá dao Ở giữa mỗi móc đều có kim ngang (13) vòng qua

Bên phải của kim được đặt vào một lò xo (16) Lò xo đẩy kim về bên trái, giữ đầu móc

nằm chính xác trên dao Đầu trái của kim được luồn qua lỗ của bảng kim (12) Cạnh bảng

kim có lăng trụ (3) Trên mỗi mặt của lăng trụ có số lỗ tương ứng với số kim hoặc số móc

của máy Jacquard

Lăng trụ có chuyển động quay và chuyển động qua lại (theo phương ngang)

chuyển động quay để thay đổi bìa đục lỗ, chuyển động qua lại để tác động bìa đục lỗ lên

kim Khi lăng trụ và bìa đập ép vào kim tại chỗ bìa không đục lỗ thì chân kim bị đẩy sang

phải, kết quả là các móc không nằm trên đường tác dụng của dao nâng, móc đứng yên

Chỗ bìa có đục lỗ, khi lăng trụ đập vào kim, kim chui qua lỗ của bìa và của lăng

trụ, do đó kim được giữ yên và móc nằm trên đường tác dụng của dao nâng

Muốn mở miệng vải, các móc phải được nâng lên, kéo các dây (21) và các mắt go

lên trên, đồng thời sợi dọc cũng được nâng Các dây (20) được luồn vào các lỗ của bảng

luồn dây (1) Khi dao hạ xuống thì móc cũng hạ theo là nhờ tải trọng (22) treo ở phía dưới

của dây kéo Trong cơ cấu này, bìa đục lỗ chính là sự mã hoá các kiểu dệt khác nhau để

điều khiển móc nâng Khi lăng trụ mang bìa đục lỗ đi vào để ép vào kim dệt thì mỗi vị trí

Hình 1.5a : Sơ đồ nguyên lý máy dệt Jacquard cơ khí

Hình 1.5b : Các móc dệt đang được bàn dao nâng lên

 Máy dệt Jacquard thế hệ thứ hai:

Đây là máy dệt Jacquard cơ khí thế hệ thứ nhất được hiện đại hóa bằng cách lắp

thêm hệ thống điều khiển số Hệ thống này gồm : phần mềm điều khiển, máy tính điều

khiển, bộ điều khiển trung tâm, bộ khuếch đại công suất, bộ tác động liên kết với đầu

Jacquard cơ khí để điều khiển trực tiếp các móc thực hiện quá trình dệt mà không cần đầu

đọc bìa và các bìa đục lỗ

Những ưu điểm của việc hiện đại hóa này so với máy dệt Jacquard thế hệ thứ nhất

như sau:

+ Nhờ liên kết với hệ thống CAD/CAM nên rút ngắn thời gian thiết kế, mở rộng

năng lực thiết kế, nhờ vậy có thể thiết kế các hoa văn hết sức phức tạp

+ Không còn bị lỗi thiết kế nhờ chức năng kiểm lỗi tự động của phần mềm

+ Giảm đáng kể thời gian từ lúc có ý tưởng thiết kế hoặc nhận đơn hàng đến lúc

giao hàng

+ Tăng tính linh hoạt của các thiết bị và tăng hiệu suất sử dụng thiết bị nhờ điều độ

sản xuất tốt hơn

+ Rất thuận lợi khi sản xuất sản phẩm với số lượng nhỏ

+ Tăng năng suất, giảm chi phí sản xuất, đáp ứng tốt hơn nhu cầu của khách hàng,

nâng cao năng lực cạnh tranh và hiệu quả kinh tế lâu dài của doanh nghiệp dệt

Một số nhà cung cấp hệ thống điều khiển số để hiện đại hóa máy dệt Jacquard cơ khí

hiện nay là: SUNG DO (Hàn Quốc), TAKEMURA (Nhật)

Hình 1.6 :Đầu máy dệt Jacquard CNC cải tiến của hãng Sung Do (Hàn Quốc)

 Công nghệ dệt với máy Jacquard thế hệ thứ 3:

Với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi xử lý, các loại đầu máy dệt

Jacquard điện tử lần lượt ra đời cho phép giảm nhẹ công đoạn thiết kế mặt hàng cũng như

chuẩn bị bìa đục lỗ rất tốn kém theo công nghệ truyền thống

Đầu máy dệt Jacquard điện tử cho phép điều khiển trực tiếp hoạt động của các

móc dệt tương ứng với hoa văn cần dệt mà không dùng bìa đục lỗ Đầu máy dệt Jacquard

điện tử này đã tỏ ra có nhiều ưu thế trong sản xuất các loại mặt hàng cao cấp, thay đổi

kiểu dệt nhanh chóng như dệt nhãn hiệu, chân dung…

Dệt vải bằng đầu Jacquard điện tử được thực hiện theo các bước sau: