Nghiên cứu kết nối phần cứng hệ thống máy thử kéo nén đa chức năng và phụ kiện đi kèm phục vụ mục đích chuyên dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đỗ Thành Đạt NGHIÊN CỨU KẾT NỐI PHẦN CỨNG HỆ THỐNG MÁY THỬ KÉO NÉN ĐA CHỨC NĂNG VÀ PHỤ KIỆN ĐI KÈM PHỤC VỤ MỤC ĐÍCH CHUYÊN DỤNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử HÀ NỘI - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đỗ Thành Đạt NGHIÊN CỨU KẾT NỐI PHẦN CỨNG HỆ THỐNG MÁY THỬ KÉO NÉN ĐA CHỨC NĂNG VÀ PHỤ KIỆN ĐI KÈM PHỤC VỤ MỤC ĐÍCH CHUYÊN DỤNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Cán hướng dẫn: PGS TS Đào Như Mai Cán đồng hướng dẫn: ThS Hoàng Văn Mạnh HÀ NỘI - 2017 LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đào Như Mai ThS Hoàng Văn Mạnh, người thầy, người cô tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ em suốt thời gian vừa qua để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Em xin cảm ơn tới thầy Phạm Mạnh Thắng hướng dẫn, bảo nhiệt tình cho em trình thực hành góp phần quan trọng giúp em hoàn thành đồ án Cuối cùng, lời cảm ơn đến thầy cô khoa Cơ học kỹ thuật Tự động hóa – Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội Các thầy cô tận tình giảng dạy, truyền thụ kiến thức quý báu cho em suốt năm học vừa qua Do lực thời gian thực đề tài có hạn, nên trình thực đề tài không tránh khỏi thiếu xót, mong Quý thầy cô, bạn thông cảm đóng góp ý kiến để đề tài ngày hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên Đỗ Thành Đạt NGHIÊN CỨU KẾT NỐI PHẦN CỨNG HỆ THỐNG MÁY THỬ KÉO NÉN ĐA CHỨC NĂNG VÀ PHỤ KIỆN ĐI KÈM PHỤC VỤ MỤC ĐÍCH CHUYÊN DỤNG Đỗ Thành Đạt Khóa QH-2013-I/CQ, ngành Công Nghệ Kỹ thuật Cơ Điện Tử Tóm tắt khóa luận tốt nghiệp: Khóa luận nghiên cứu cách kết nối phận phần cứng máy thử kéo nén đa chức Instron 5969, hướng dẫn cách kết nối phận phần cứng Đồng thời nghiên cứu cấu tạo, chức cách lắp đặt phụ kiện kèm máy loại kẹp, đĩa nén, thiết bị kiểm thử độ uốn cong…, hướng dẫn lắp đặt cho phụ kiện Từ khóa: Instron 5969, máy thử kéo nén, phụ kiện, kết nối LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu hướng dẫn khoa học cô Đào Như Mai thầy Hoàng Văn Mạnh Các kết khóa luận trung thực số liệu, hình ảnh, bảng biểu phục vụ cho khóa luận thu thập từ nhiều nguồn khác có trích dẫn đầy đủ Nếu phát có gian lận xin hoàn toàn chịu trách nhiêm nội dung báo cáo Trường đại học Công Nghệ – ĐHQGHN không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây trình thực (nếu có) Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên Đỗ Thành Đạt MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CAT Số catalog hay số hiệu nhà sản xuất gắn cho sản phầm Bar Đơn bị đo áp suất không khí In Đơn vị đo dộ dài Kg, kgf Đơn vị đo trọng lượng Lb, Lbf Đơn vị đo trọng lượng Mm Đơn vị đo độ dài N, kN Đơn vị đo trọng lượng, đo lực Oz Đơn vị đo khối lượng Psi Đơn vị đo áp suất không khí DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Kích thước khung tiêu chuẩn Hình 2.2 Kích thước chiều rộng bổ sung Hình 2.3 Không gian kiểm thử thứ hai Hình 2.4 Kích thước không gian kiểm thử thứ hai Hình 2.5 Kích thước phụ kiện gắn base beam Hình 2.6 Kích thước phụ kiện gắn trượt (crosshead) Hình 2.7 Kích thước phụ kiện gắn giá cố định không gian thử nghiệm thứ hai Hình 2.8 Kích thước đỉnh Hình 2.9 Điều chỉnh chân định mức Hình 2.10 Bộ kết nối đầu vào điện áp với điện áp thiết lập Hình 2.11 Bảng điều khiển kết nối Hình 3.1 Load cell dòng 2580 Hình 3.2 Kích thước load cell dòng 2580 Hình 3.3 Thiết bị đo độ giãn dài phiên XL Hình 3.4 Kích thước thiết bị đo độ dãn dài Hình 3.5 Kẹp 30 kN (số Cat 2716-015) Hình 3.6 Kẹp Instron 2716 – 020 Hình 3.7 Các thành phần kẹp 2716 Hình 3.8 Kẹp hai chế độ đóng mở Hình 3.9 Kích thước kẹp Hình 3.10 Khớp nối ghim Hình 3.11 Khớp nối ren Hình 3.12 Lắp đặt bề mặt kẹp Hình 3.13 Lắp đặt miếng đệm lề kẹp Hình 3.14 Lắp đặt mẫu vật kẹp Hình 3.15 Đĩa nén dòng 2501 Hình 3.16 Kích thước đặc điểm đĩa nén Hình 3.17 Kẹp khí nén Instron 2712-045 Hình 3.18 Các thành phần kẹp Instron 2712 Hình 3.19 Van chuyển đổi khí Hình 3.20 Kích thước kẹp khí nén Hình 3.21 Sử dụng hộp đóng gói để lắp đặt kẹp kN 10 kN phía Hình 3.22 Lắp đặt mặt hàm kẹp khí nén Hình 3.23 Lắp đặt bảo vệ mặt hàm Hình 3.24 Lắp đặt thiết bị định tâm mẫu Hình 3.25 Kết nối lối vào khí Hình 3.26 Kết nối công tắc chân Hình 3.27 Kết nối điều khiển kẹp Hình 3.28 Lắp đặt mẫu vật kẹp khí nén Hình 3.29 Kiểm thử độ uốn cong ba điểm Hình 3.30 Kiểm thử độ uốn cong bốn điểm Hình 3.31 Các thành phần thiết bị kiểm tra độ uốn cong Hình 3.32 Thiết bị đo độ lệch Hình 3.33 Kích thước tổ hợp thiết bị ba điểm bốn điểm Hình 3.34 Lắp đặt đe Hình 3.35 Lắp đặt đe Hình 3.36 Lắp đặt chốt dừng mẫu vật DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.2 Thông số nguồn điện Bảng 2.3 Kích thước khung tiêu chuẩn Bảng 2.4 Kích thước chiều rộng bổ sung Bảng Kích thước không gian kiểm thử thứ hai Bảng 2.6 Kích thước bổ sung cấu hình không gian thử nghiệm thứ Bảng 2.7 Kích thước phụ kiện gắn đáy Bảng 2.8 Kích thước phụ kiện gắn trượt Bảng 2.9 Kích thước phụ kiện gắn giá cố định Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật số loại Load cell Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật thiết bị đo độ dãn dài Bảng 3.3 Thông số chung số loại kẹp Bảng 3.4 Kích thước số loại kẹp Bảng 3.5 Thông số số loại bề mặt kẹp Bảng 3.6 Thông số số loại đĩa nén Bảng 3.7 Thông số chung số loại kẹp khí nén Bảng 3.8 Kích thước số loại kẹp khí nén Bảng 3.9 Thông số số loại mặt hàm tương thích Bảng 3.10 Thông số chung thiết bị đo độ uốn cong Bảng 3.11 Trọng lượng thiết bị đo độ uốn cong Bảng 3.12 Kích thước thiết bị đo độ uốn cong mặt sau, sử dụng hai đinh vít M4x20 Khóa chặn lùi có chỗ để điều chỉnh lên xuống Sử dụng đinh vít M4x8 để gắn chặn lùi với khóa chặn lùi Có hai chặn lùi với hai độ dài khác Sử dụng loại phù hợp với thiết lập kiểm thử cụ thể hạn chế tối đa phần thừa chặn lùi Hình 3.24 Lắp đặt thiết bị định tâm mẫu [4] 3.5.6.5.Kết nối khí nén  Khi kết nối với phận cung cấp khí, vận hành kẹp cách sau: • Sử dụng van chuyển đổi van khí tích hợp (air valve toggle switch) • Sử dụng công tắc chân tủy chọn (foot switch) • Sử dụng thành phần điều khiển kẹp (controller unit)  Đầu vào không khí: Tất kẹp khí nén Instron có kết nối dạng giải phóng nhanh 62 Lối vào khí kẹp xoay để giúp giữ ống khí cách xa trình kiểm thử  Kết nối: Giữ khớp nối bên đẩy vào phía vòi phun Chắc chắn khớp nối trượt khe rảnh vòi phun hoàn thành kết nối  Ngắt kết nối: Giữ khớp nối vành đẩy phía vòi phun tách Nếu xuất áp suất không khí theo sát kẹp ngắt kết nối vòi phun, áp suất giải phóng Chú ý: Nếu không sử dụng bảo vệ mặt hàm, vận hành kẹp tốc độ chậm Nếu muốn vận hành tốc độ nhanh hơn, cần lắp đặt bảo vệ mặt hàm để bảo vệ ngón tay người vận hành Hình 3.25 Kết nối lối vào khí [4] 3.5.6.6.Kết nối công tắc chân thủ công điều khiển kẹp 63 Hình 3.26 Kết nối công tắc chân [4] Hình 3.27 Kết nối điều khiển kẹp [4] 3.5.6.7 Lắp đặt mẫu vật 64  Đóng mở kẹp Phương pháp đóng mở kẹp phụ thuộc vào cấu hình hệ thống khí nén • Van khóa  Để đóng kẹp, gạt van chuyển đổi khí sang bên phải  Để mở kẹp, gạt van chuyển đổi khí sang bên trái • Công tắc chân  Để đóng kẹp trên, nhấn bàn đạp khoảng nửa để đặt vị trí  Để đóng kẹp dưới, nhấn bàn đạp hoàn toàn khóa lại Vị trí trì áp lực cho hai kẹp  Để mở kẹp, đá ngón chân vào phía trước công tắc • Bộ điều khiển kẹp tự động  Trước lắp đặt mẫu vật, cần đảm bảo bước sau: • Các ghim khớp nối kẹp đảm bảo • Bộ phận cung cấp áp suất không khí bật áp suất cài đặt cung cấp lực giữ tối ưu cho mẫu vật mà không vượt áp suất không khí lớn kẹp chịu • Thanh trượt thiết lập để kiểm thử độ giãn dài • Chốt giới hạn dừng khung tải thiết lập để ngăn hai kẹp va chạm với va chạm với vật khác  Các bước lắp đặt mẫu vật: Đặt mẫu vào kẹp Chắc chắn mẫu vật đặt vuông góc tiếp xúc với toàn chiều dài mặt hàm Đóng kẹp Đóng kẹp Điều chỉnh áp suất không khí xuống mức nhỏ cần thiết để giữ mẫu vật trình kiểm thử mà không vượt áp suất cao kẹp chịu 65 Hình 3.28 Lắp đặt mẫu vật kẹp khí nén [4]  Các bước tháo mẫu vật: Mở kẹp Mặt hàm từ từ tách khỏi mẫu vật Mở kẹp Mặt hàm từ từ tách khỏi mẫu vật Tháo mẫu vật khỏi kẹp 3.6 Thiết bị kiểm tra độ uốn cong kN 3.6.1 Mô tả Là thiết bị kiểm tra độ uốn cong vật mẫu Với điều chỉnh thích hợp, cố định lắp đặt khung tải Instron có sức chịu tải lên đến kN Các đe uốn cho phép nhiều thử nghiệm liên kết dẻo độ dẻo dai, xác định module uốn, sức bền uốn sức uốn cong Dễ dàng cài đặt Thiết bị kiểm thử ba điểm dễ dàng chuyển đổi 66 chuyển đổi để tạo thiết bị kiểm thử bốn điểm Đe dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với nhiều vật mẫu có độ dài khác Để thực kiểm thử, cần thiết lập khoảng cách cho đe đặt mẫu vật dầm đe Hệ thống kiểm thử tác động tải vào mẫu vật thông qua đe trên, đo độ lệch tính toán tính uốn cong mẫu vật  Thiết bị kiểm thử uốn cong ba điểm Với hệ thống kiểm thử ba điểm, kết nốt đe đơn phía trên, tải đặt đặt vào trung tâm mẫu vật Hình 3.29 Kiểm thử độ uốn cong ba điểm [3]  Thiết bị kiểm thử độ uốn cong bốn điểm Với kiểm thử bốn điểm, kết nối đe đôi phía trên, tải đặt hai điểm mẫu vật 67 Hình 3.30 Kiểm thử độ uốn cong bốn điểm [3] 3.6.2 Các thành phần  Hệ thống gồm thành phần sau: • Bệ đỡ (base-secures) đe đặt khung tải, sử dụng kẹp 0.5 in kẹp an toàn • Bộ đe (lower anvil assembly), giúp đỡ vật mẫu, để vật mẫu đặt dầm Hai đe trượt theo chiều ngang để tạo khoảng cách khác chốt đinh vít mũ • Chốt cố định vật mẫu (specimen stop) - cố định vật mẫu đe • Bộ đe (upper anvil assembly) – tác dụng lực lên vật mẫu điểm với hệ thống kiểm thử ba điểm hai điểm với hệ thống kiểm thử bốn điểm • Cảm biến lực (Load cell)– giữ đe với khung tải • Tấm xếp (alignment plate) – cho phép xếp đe đe • Dụng cụ đo độ lệch (deflectometer) – pit-tông có lò xo sử dụng để đo độ lệch mẫu 68 Hình 3.31 Các thành phần thiết bị kiểm tra độ uốn cong [3] Hình 3.32 Thiết bị đo độ lệch [3] 69 3.6.3.Thông số kỹ thuật 3.6.3.1.Thông số chung Bảng 3.10 Thông số chung thiết bị đo độ uốn cong [3] Thông số Đặc điểm Tiêu chuẩn kiểm thử ASTM D790, ISO 178 Sức chịu tải kN (1000 lb) Chất liệu Thép mạ niken không dẫn điện Kết nối Cảm biến lực, đế, kết nối đòi hỏi chuyển đổi 3.6.3.2 Trọng lượng Bảng 3.11 Trọng lượng thiết bị đo độ uốn cong [3] Thành phần Trọng lượng N(lb) Bộ đe thiết bị kiểm thử điểm 2.97 (0.67) Bộ đe thiết bị kiểm thử điểm 13.9 (3.09) 32.5 Bộ đe (7.24) 3.6.3.3 Kích thước Hình 3.33 Kích thước tổ hợp thiết bị ba điểm bốn điểm [3] Bảng 3.12 Kích thước thiết bị đo độ uốn cong [3] 70 Ký hiệu Mô tả Kích thước mm (in) A Chiều cao thiết bị ba điểm đe đe nằm mặt phẳng nằm ngang 220 (8.66) B Chiều cao thiết bị bốn điểm đe đe nằm mặt phẳng nằm ngang 254 (10.0) C Chiều dài 234 (9.21) D Khoảng cách lớn hai đe 194 (7.64) Khoảng cách nhỏ hai đe E F 10 mm 10 (0.39) mm (0.16) Khoảng cách lớn hai đe (bốn điểm) 97 (3.82) Khoảng cách kiểm thử lớn G Đe 10mm 60 (2.36) Đe 4mm 57 (2.24) H Đường kính lỗ khoan 12.7 (0.5) I Đường kính lỗ khoan (9.236) M Chiều rộng lớn đế cố định 602.36) 3.6.4.Nguyên tắc hoạt động Mẫu đặt hai đe gia công xác (xoay tự cố đinh) Lực tác dụng đặt trung tâm mẫu (ba điểm) khoảng cách xác định hai bên tâm mẫu (bốn điểm) Dầm đỡ thiết kế theo chiều dọc với đơn vị đo cho vị trí xác đe, cách so với vị trí 3.6.5.Ứng dụng phù hợp Loại kiểm thử: Uốn tĩnh, uốn theo chu kỳ Vật liệu mẫu: Nhựa, kim loại, hợp kim, vật liệu tổng hợp, gốm sứ… loại vật liệu khác Hình dạng mẫu: dải, thanh… 3.6.6 Lắp đặt 3.6.6.1.Lắp đặt đe 71 Đặt đe vào lỗ điều chỉnh bệ đỡ Xoay mặt ghi đơn vị phía trước khớp với lỗ ghim Đặt ghim 0.5in qua lỗ ghim đảm bảo với kẹp an toàn Thắt chặt đai khóa để cố định bệ đỡ Hình 3.34 Lắp đặt đe [3] 3.6.6.2.Lắp đặt đe Lắp đe thích hợp với hoạt động kiểm thử (ba điểm bốn điểm) vào lỗ điều chỉnh load cell Xoay tổ hợp đến đe song song với đe khớp với lỗ ghim Đặt ghim 6mm qua lỗ khóa lại kẹp an toàn Thắt chặt đai khóa để cố định với load cell 72 Hình 3.35 Lắp đặt đe [3] 3.6.6.3.Lắp đặt chốt cố định vật mẫu Chốt cố định đảm bảo vị trí mẫu vật không bị xê dịch vị trí chúng đe Nâng trượt lên Trượt chốt dừng qua lỗ mặt sau đe Đảm bảo chốt dừng mẫu đặt vị trí mong muốn với đinh vít chốt M3 đặt bên cạnh đe Hình 3.36 Lắp đặt chốt dừng mẫu vật [3] 73 3.6.6.4.Lắp đặt thiết bị đo độ lệch Đặt thiết bị đo độ lệch vào lỗ trung tâm, vị trí khe chữ T Gắn thiết bị đo độ dãn dài vào thiết bị đo độ lệch Kết nối thiết bị đo độ dãn dài với khung tải 74 KẾT LUẬN Khóa luận tốt nghiệp thực nội dung sau • Giới thiệu thành phần hệ thống thử nghiệm kéo nén Instron 5969 Để từ giúp người đọc có khái niêm cấu tạo hệ thống, thành phần chính, nguyên tắc hoạt động giới thiệu phần mềm chuyên dụng máy • Trình tự lắp đặt kết nối phần cứng hệ thông trình bày từ yêu cầu kỹ thuật chung đến chi tiết kết nối lắp đặt hướng dẫn cho lần khởi động • Các phụ kiện phần cứng kèm cảm biến lực, cảm biến đo độ giãn dài gá kép để thực loại thử nghiệm kéo, nén uốn mô tả chi tiết chức năng, cấu tạo thành phần, thông số kỹ thuật, tính năng, đặc diểm, nguyên tắc hoạt đông, chế độ, cách lặp đặt ứng dụng phù hợp Khóa luận cố gắng trình bày hướng dẫn chi tiết để lắp đặt kết nối phụ kiên phần cứng thực thử nghiệm kéo, nén uốn Hy vọng khóa luận hướng dẫn ban đầu tiến hành thử nghiệm kéo nén giảng môn Sức bền Vật liệu Khoa Cơ học Kỹ thuật tự động hóa, đồng thời kiểm thử nhiều vật liệu phục vụ mục đích dân dụng khoa học 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] Instron, 5960 series dual column table frames, M10-16247-EN Revision B [2] Instron, Instron series 2716 and 2736 kN, and 50 kN wedge grips, M10-14052EN Revision A [3] Instron, kN flexure fixture, Reference Manual-Equipment M10-82810-11 Revision C [4] Instron, 2712 series pneumatics side-action grips, M10-16235-EN Revision D Trang web [5] http://www.instron.us/en-us/products/testing-accessories/extensometers/longtravel [6] http://www.instron.us/en-us/products/testing-accessories/load-cells/static/2580series-static [7] http://www.instron.us/en-us/products/testing-accessories/grips/compressionplatens-anvils-spherical-seating/compression-platens-anvils 76 ... NGHỆ Đỗ Thành Đạt NGHIÊN CỨU KẾT NỐI PHẦN CỨNG HỆ THỐNG MÁY THỬ KÉO NÉN ĐA CHỨC NĂNG VÀ PHỤ KIỆN ĐI KÈM PHỤC VỤ MỤC ĐÍCH CHUYÊN DỤNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ... thử kéo nén Instron 5969, hệ thống thư nghiệm kéo nén hệ với hỗ trợ máy tính phần mềm chuyên dụng phụ kiện kèm Chính đề tài: Nghiên cứu kết nối phần cứng hệ thống máy thử kéo nén đa chức phụ kiện. .. Thành Đạt NGHIÊN CỨU KẾT NỐI PHẦN CỨNG HỆ THỐNG MÁY THỬ KÉO NÉN ĐA CHỨC NĂNG VÀ PHỤ KIỆN ĐI KÈM PHỤC VỤ MỤC ĐÍCH CHUYÊN DỤNG Đỗ Thành Đạt Khóa QH-2013-I/CQ, ngành Công Nghệ Kỹ thuật Cơ Đi n Tử