nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình máy quấn bình composite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM QUÂN ANH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY QUẤN BÌNH COMPOSITE NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SỸ PHẠM QUÂN ANH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY QUẤN BÌNH COMPOSITE NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/ 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SỸ PHẠM QUÂN ANH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY QUẤN BÌNH COMPOSITE NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ HIẾU GIANG Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/ 2015 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Phạm Quân Anh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/03/1986 Nơi sinh: Lâm Đồng Quê quán: Nam Định Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: An Hiệp- Đức Trọng- Lâm Đồng Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Cao đẳng: Hệ đào tạo: Cao đẳng Thời gian đào tạo từ : 2005 đến 2008 Nơi học: Cao đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng TP HCM Ngành học: Kỹ thuật khí Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ 2009 đến 2011 Nơi học : Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM Ngành học : Kỹ thuật khí Tên đồ án tốt nghiệp : Tính toán, thiết kế máy sấy, nghiền bột bơ Bảo vệ đồ án tốt nghiệp : Năm 2011 Ngƣời hƣớng dẫn : TS GVC Đặng Thiện Ngôn ii Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ 2012 đến 2014 Nơi học : Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Tên luận văn: “Thiết kế, chế tạo mô hình máy quấn bình composite” Ngày bảo vệ luận văn: 18 / 04 /2015 Trƣờng ĐHSPKT.TpHCM Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Lê Hiếu Giang Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh, B1 (khung Châu Âu) Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 10/2011- Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM Giảng viên IV CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày 20 tháng 03 năm 2015 Ngƣời khai ký tên Phạm Quân Anh iii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 03 năm 2015 Học viên (Ký tên ghi rõ họ tên) Phạm Quân Anh iv LỜI CẢM TẠ Qua trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn, chân thành bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc đến:  Thầy PGS.TS Lê Hiếu Giang- thầy hƣớng dẫn tận tình, dạy, tạo điều kiện động viên học trò suốt trình thực đề tài  Quý thầy, cô giáo tham gia công tác giảng dạy, hƣớng dẫn học trò toàn khóa học  Thầy Ths Nguyễn Việt Thắng cán giảng dạy khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh  Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, môn Thực Hành Nghề, khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành đề tài  Kính gởi lời cảm tạ tới Ban giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh cho phép tạo điều kiện cho học tập, nghiên cứu Kính chúc Quý thầy, cô dồi sức khỏe Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 03 năm 2015 Phạm Quân Anh v TÓM TẮT Bình áp lực đƣợc sử dụng rộng rãi phổ biến, đa phần bình áp lực thị trƣờng bình vỏ thép, nguy phát nổ cao xảy hỏa hoạn Vì bình composite dần đƣợc thay đem vô sử dụng với tính ƣu việt mà vật liệu khác đƣợc Đề tài “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY QUẤN BÌNH COMPOSITE” đƣợc định hƣớng tiến hành nghiên cứu, thực thời gian cho phép trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Đề tài đƣợc triển khai tập trung giải số vấn đề sau:  Nghiên cứu công nghệ quấn bình  Nghiên cứu, thiết kế mô hình máy quấn bình composite  Nghiên cứu, chế tạo mô hình máy quấn bình composite  Thiết kế mạch điều khiển máy  Viết chƣơng trình điều khiển máy  Thực quấn mẫu Sau thời gian thực hiện, tác giả chế tạo đƣợc mô hình máy hoạt động ổn định với kích thƣớc 1200 x 600 x 400 (mm) Đây sở tạo tiền đề chế tạo bình composite phƣơng pháp quấn Tác giả Phạm Quân Anh vi SUMMARY Pressure bottles are used widely and popular on the market nowaday Most of them are made of castings steel which are in high risk of explosion in case of fire So they are replaced with composite bottles with prominent features that other materials can not have Thesis “ RESEARCH, DESIGN, MANUFACTURE MODELING THE COMPOSITE WINDING MACHINE” has been oriented and researched at University Of Technical Education Ho Chi Minh city The thesis was deployed and focus on solving some of the following issues:  Research in polar winding technology  Research, design modeling the composite winding machine  Research, manufacture modeling the composite winding machine  Design on the machine controller  Write a program to control the machine  Wind on model After implementation, the author have manufactured a model machine that works quite stably with size 1200 x 600 x 400 (mm) This is the basis for making composite bottle with winding method Author Pham Quan Anh vii MỤC LỤC TRANG TỰA QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM TẠ v TÓM TẮT vi SUMMARY vii MỤC LỤC viii CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Tình hình sử dụng vật liệu composite giới: 1.1.2 Tình hình sử dụng vật liệu composite Việt Nam: 1.2 Tổng quan hƣớng nghiên cứu 1.2.1 Các kết nghiên cứu nƣớc 1.2.2 Các kết nghiên cứu nƣớc 1.4 Nội dung nghiên cứu, phƣơng pháp nghiên cứu đối tƣợng nghiên cứu 1.4.1 Nội dung nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.5.1 Ý nghĩa khoa học 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Vật liệu composite 10 2.1.1 Khái niệm 10 2.1.2 Cấu tạo vật liệu composite 10 2.1.3 Tính chất vật liệu composite 18 2.1.4 Phân loại vật liệu composite 18 viii PHỤ LỤC 2: SO SÁNH ĐỘNG CƠ BƢỚC VÀ ĐỘNG CƠ SERVO 2.1 Động bƣớc 2.1.1.Góc quay: động bƣớc quay góc xác định ứng với xung kích thích Góc bƣớc θ nhỏ độ phân giải vị trí cao Số bƣớc s thông số quan trọng s 360  2.1.2.Tốc độ quay tần số xung động bƣớc : Tốc độ quay động bƣớc phụ thuộc vào số bƣớc giây Đối với hầu hết động bƣớc, số xung cấp cho động số bƣớc (tính theo phút) nên tốc độ tính theo tần số xung f Tốc độ quay động bƣớc tính theo công thức sau: n 60s f Trong đó: n tốc độ quay (vòng/phút) f tần số xung (Hz hay bƣớc/phút) s số bƣớc vòng quay (bƣớc/vòng) Ngoài ra, có thông số quan trọng khác nhƣ độ xác vị trí, mô men, quán tính động 2.1.3 Các loại động bƣớc: Tùy theo kiểu roto, động bƣớc đƣợc chia thành loại nhƣ sau: - Động bƣớc kiểu từ trở biến đổi (VR: Variable Resistance) - Động bƣớc nam châm vĩnh cửu (PM: Permanent Magnet) - Động bƣớc kiểu lai (Hybrid) Tùy theo số cuộn dây độc lập stato động bƣớc chia thành loại: hai pha, ba pha, bốn pha 64 Roto động bƣớc có nhiều cực Số cực roto phối hợp với số cực stato xác định giá trị góc bƣớc θ Góc bƣớc lớn 90° ứng với động có số bƣớc s = bƣớc/vòng Phần lớn động bƣớc có số bƣớc s = 200 nên θ= 1,8° Số bƣớc lớn độ phân giải cao định vị xác Nhƣng thực tế tăng số bƣớc lên cao Tuy nhiên dùng công nghệ tạo bƣớc nhỏ để chia bƣớc thành hai bƣớc từ 10 đến 125 bƣớc nhỏ Công nghệ tạo bƣớc nhỏ gọi vi bƣớc đơn giản mở rộng phƣơng pháp nói cho nhiều vị trí trung gian cách cung cấp giá trị dòng khác cho cuộn dây Động đƣợc tạo bƣớc nhỏ có độ phân giải tinh nhiều 2.1.4 Nguyên tắc hoạt động: Sơ đồ động bƣớc loại đơn giản dùng nam châm vĩnh cửu gồm stato có bốn cực roto có hai cực Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động động bƣớc (phụ lục 2) Nếu cấp điện cho cuộn dây αα’ roto dừng vị trí mà dòng từ qua cuộn dây lớn Nếu cấp điện qua cuộn dây ββ’ roto quay ±90° (phụ thuộc vào chiều dòng điện cấp vào) Khi đồng thời cấp điện cho hai cuộn dây α β roto dừng vị trí 0° 90°, dòng điện vào hai cuộn dây hoàn toàn nhƣ roto dừng vị trí 45° Nhƣ vậy, vị trí roto phụ thuộc vào số cực đƣợc cấp điện stato chiều dòng điện cấp vào 2.2 Động servo Động servo đƣợc thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu động đƣợc nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí đƣợc hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay 65 động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chƣa đạt đƣợc vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt đƣợc điểm xác Các động servo điều khiển liên lạc vô tuyến đƣợc gọi động servo RC (radiocontrolled) Trong thực tế, thân động servo đƣợc điều khiển vô tuyến, nối với máy thu vô tuyến máy bay hay xe Động servo nhận tín hiệu từ máy thu 2.3 So sánh ƣu, nhƣợc điểm động bƣớc động servo 2.3.1 Động bƣớc Ƣu điểm: - Có thể điều khiển xác góc quay - Khi dùng động bƣớc không cần mạch phản hồi cho điều khiển vị trí vận tốc - Thích hợp với thiết bị điều khiển số Với khả điều khiển trực tiếp, động bƣớc trở thành thông dụng thiết bị điện tử đại - Giá thành thấp Nhƣợc điểm: - Dòng từ driver tới cuộn dây động không tăng giảm lúc hoạt động Do đó, bị tải động bị trƣợt bƣớc gây sai lệch điều khiển - Phạm vi ứng dụng động bƣớc vùng công suất nhỏ trung bình Việc nghiên cứu nâng cao công suất động bƣớc vấn đề quan tâm 2.3.2 Động servo: Ƣu điểm: - Nếu tải đặt vào động tăng, điều khiển tăng dòng tới cuộn dây động giúp tiếp tục quay Tránh tƣợng trƣợt bƣớc nhƣ động bƣớc - Có thể hoạt động tốc độ cao Nhƣợc điểm: - Đông servo hoạt động không trùng khớp với lệnh điều khiển động bƣớc - Giá thành cao - Khi dừng lại, động servo thƣờng dao động vị trí dừng gây rung lắc 66 Cả hai loại động có ƣu khuyết điểm riêng Việc lựa chọn loại động tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể Bảng 1: Bảng so sánh ƣu nhƣợc điểm động bƣớc động servo Động bƣớc Mạch driver Động servo Đơn giản Ngƣời dùng có Mạch phức tạp Thông thể tự chế tạo chúng thƣờng ngƣời sử dụng phải mua mạch driver từ nhà sản xuất Nhiễu rung động Đáng kể Rất Tốc độ Chậm (tối đa 1000-2000 Nhanh (tối đa 3000- rpm) 5000 rpm) Hiện tƣợng trƣợt bƣớc Phƣơng pháp điều khiển Giá thành Có thể xảy (Nếu tải lớn) Khó xảy (Động chạy trơn tru tải đặt vào tăng) Vòng hở (không encoder) Vòng kín (có encoder) Rẻ Đắt Bảng 2.1: Bảng so sánh ƣu nhƣợc điểm động bƣớc động servo (phụ lục 2) 67 Bảng 2.2: Bảng loại động bƣớc hãng NEMA (phụ lục 2) 68 PHỤ LỤC 3: CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN int led = 13; int PinChay[5]; int PinChieu[5]; int Chieu[5] ={0,0,0,0,0}; int Chay[5] = {0,0,0,0,0}; int t = 0; int i,j; int t1, t2, t3, t4; int v1, v2, v3; float alpha = 15; int chayNguoc = 0; int dc3 = 0; long T = 10000; int D = 66; int buoc = 5; int R = 38; float S2, S3old, S3new, S2old, S2new, S3, goc; float res = 20.0; int Nut1 = 30, Nut2 = 31, Nut3 = 32, Nut4 = 33; int Nut5 = 38, Nut6 = 39; int Started = 0; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(led, OUTPUT); for (int i =1; i