Nghiên cứu thiết lập hệ điều khiển giám sát và tự động hoá các máy đột dập

Ngô kiên cường Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - Luận văn thạc sĩ khoa học Máy - tđh CN sinh học & cn thực phẩm Ngành: Máy tự động hóa công nghệ sinh học công nghệ thực phẩm Nghiên cứu thiết lập hệ điều khiển giám sát tự động hóa máy đột dập Ngô Kiên Cường 2004~2006 Hà Nội 2006 Hà nội 2006 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hµ néi - LuËn văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu thiết lập hệ điều khiển giám sát tự động hóa máy đột dập Ngành: Máy tự động hóa công nghệ sinh học công nghệ thực phẩm Ngô Kiên Cường Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: TS Ngun Minh HƯ Hµ néi 2006 Mơc lơc Trang Lêi cam ®oan Mơc lơc Danh mục ký hiệu viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Danh mục hình vẽ, đồ thị Phần mở đầu Chương Tổng quan 1.1 Lịch sử phát triển tự động hóa 1.2 Khảo sát phân tích số dạng máy dập điển hình 1.2.1 M¸y dËp 1.2.1.1 M¸y Ðp trơc khủu 1.2.2.2 Máy ép thủy lực 14 1.3 Phôi trình tự động hóa cấp phôi 17 1.3.1 Khái quát chung 17 1.3.2 Các nguyên tắc chung tự động hóa 18 1.4 Khảo sát tình hình sử dụng máy dập số sở sản xuất 22 1.5 Đặt vấn đề 25 Chương Cơ sở lý thuyết thực tiễn đề tài 27 2.1 Cơ sở lý thuyết 27 2.1.1 Khái niệm phương tiện tự động hóa khí hóa 27 2.1.2 Sơ đồ cấu trúc 28 2.1.2.1 Sơ đồ cấu trúc tự động hóa 28 2.1.2.1 Sơ đồ cấu trúc khí hóa 28 2.1.3 Cơ cấu cặp 29 2.1.3.1 Phân loại 29 2.1.3.2 Một số cấu cặp điển hình 29 2.1.4 Cơ cấu dẫn động 35 2.1.4.1 Phân loại 35 2.1.4.2 DÉn ®éng ®iƯn 36 2.1.4.3 DÉn ®éng thđy lùc 37 2.1.4.4 Dẫn động khí nén 38 2.1.5 Cơ cấu điều khiển 38 2.1.5.1 Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC 38 2.1.5.2 Các phần tử chuyển đổi tín hiệu ®iÖn – khÝ, khÝ – ®iÖn 45 2.1.5.3 ThiÕt kÕ mạch điều khiển điện khí nén 50 2.2 Những nghiên cứu thực nghiệm 56 2.2.1 Công ty Xích Líp Đông Anh 56 2.2.2 Công ty Cổ phần Khóa Việt Tiệp 59 Chương Tính toán, thiết kế 63 3.1 Tính toán thiết kế cấu cấp phôi (hình trụ) cho máy dập 110 Xích Líp Đông Anh 63 3.1.1 ThiÕt kÕ c¬ cÊu c¬ khÝ 63 3.1.2 TÝnh to¸n xilanh khÝ nÐn 69 3.1.2.1 TÝnh lùc xilanh khÝ nÐn 69 3.1.2.2 TÝnh vËn tèc lµm viƯc xilanh khí nén 72 3.1.2.3 Tính lưu lượng trung b×nh cho tõng xilanh 73 3.1.2.4 TÝnh tỉng thêi gian làm việc chu trình 74 3.1.2.5 Năng suất hệ thống 75 3.1.3 Nguyên lý hoạt động Bảng sơ đồ trạng thái 76 3.1.3.1 Nguyên lý hoạt động 76 3.1.3.2 Bảng sơ đồ trạng thái 77 3.1.3.3 Sơ đồ khí nén - điều khiển điện 77 3.1.3.4 Sản phẩm chế tạo ứng dụng vào thực tế 84 3.2 Tính toán thiết kế cấu cấp phôi (hình hộp) cho máy ép 80 Công ty Cỉ phÇn Khãa ViƯt TiƯp 87 3.2.1 ThiÕt kÕ cấu khí 87 3.2.2 Tính toán xilanh khí nÐn 90 3.2.2.1 TÝnh lùc xilanh khÝ nÐn 90 3.2.2.2 Tính vận tốc làm việc xilanh khí nén 91 3.2.2.3 Tính lưu lượng trung bình cho xilanh 92 3.2.2.4 TÝnh tỉng thêi gian lµm viƯc mét chu trình 93 3.2.2.5 Năng suất hệ thống 94 3.2.3 Nguyên lý hoạt động Bảng sơ đồ trạng thái 95 3.2.3.1 Nguyên lý hoạt động 95 3.2.3.2 Bảng sơ đồ trạng thái 96 3.2.3.3 Sơ đồ khí nén - điều khiển điện 96 3.2.3.4 Sản phẩm chế tạo ứng dụng vào thực tế 102 Chương Kết bàn luận 105 4.1 Kết luận 105 4.2 Kiến nghị 105 Tài liệu tham khảo 106 Phụ lục1 Phụ lục2 Tóm tắt luận văn Phần mở đầu Bao bì kim loại đóng vai trò quan trọng chế biến bảo quản thực phẩm Sau 20 năm đổi mới, đà có thành tựu khởi sắc ban đầu, ngành gia công áp lực Việt nam nói chung, doanh nghiệp sản xuất bao bì kim loại nói riêng có yếu khó khăn lớn Số vốn đầu tư doanh nghiƯp nµy chđ u tõ thêi kú bao cÊp Tình trạng đầu tư lại phân tán dàn trải, với 95% thiết bị đơn lẻ không đồng bộ, hầu hết có tuổi thọ 30 40 năm, lạc hậu so với công nghiệp Các doanh nghiệp hình thành vốn đầu tư khó khăn, chủ yếu đầu tư nhỏ lẻ, hàm lượng công nghệ không cao, giá trị gia tăng thấp Với trang thiết bị trên, qui trình sản xuất thường gián đoạn, thủ công, suất thấp, chất lượng sản phẩm không ổn định, nguy hiểm cho người vận hành Trên giới số công ty 100% vốn nước có trang bị số máy đại, khả tự động hóa cao Tuy nhiên thiết bị có giá thành cao, đòi hỏi sản phẩm có số lượng lớn, dây chuyền tự động khép kín sản xuất loại sản phẩm Trước tình hình thực tế trên, nhu cầu khí hóa tự động hóa trình sản xuất đòi hỏi cấp bách Ngay từ năm 1994, Đảng Nhà nước ta đà xác định Cơ khí hóa Tự động hóa khâu then chốt trình Công nghiệp hóa (CNH) Hiện đại hóa (HĐH) Nghị Hội nghị Trung ương khóa VII đà cụ thể hoá khái niệm CNH, HĐH: Là trình chuyển đổi bản, toàn diện hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ quản lý kinh tế, xà hội từ sử dụng lao động thủ công sang sử dụng cách phổ biến sức lao động với công nghệ, phương tiện phương pháp tiên tiến, đại dựa phát triển công nghiệp tiến khoa học công nghệ, tạo suất lao động xà hội cao Trên tinh thần đó, thành phố Hà Nội đà xây dựng chương trình Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến vào thực tiễn sản xuất nhằm tạo sản phẩm chủ lực có sức cạnh tranh cao Chương trình đà Sở Khoa học Công nghệ, Sở Công nghiệp triển khai tới sở nghiên cứu, trường Đại học nhà máy sản xuất đề tài cụ thể Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống giám sát điều khiển tự động máy dập – M· sè: 01C - 01/06 – 2006 – TiÕn sÜ Ngun Minh HƯ lµm chđ nhiƯm lµ đề tài năm 2006-2007 thuộc chương trình nêu Nội dung luận văn thuộc phần đề tài Đối tượng đề tài nghiên cứu ứng dụng tiến kỹ thuật vào tự động hóa cấp phôi cho máy dập, đặc biệt ép máy đột dập chi tiết nhỏ, hình dáng đa dạng phi tiêu chuẩn, Công ty Xích líp Đông Anh Công ty Khóa Việt Tiệp, nhằm làm tăng suất lao động, kiểm soát số lượng chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quản lý doanh nghiệp, giảm thiểu nguy tai nạn lao động người vận hành Trên sở ứng dụng cho việc cấp liệu, cấp phôi trình sản xuất bao bì, chế biến thực phẩm, (sản xuất lương khô, đường viên, bao bì kim loại ) lĩnh vực khác có yêu cầu Chương I: Tổng quan 1.1 Lịch sử phát triển tự động hóa (TĐH) Ngày TĐH coi phương hướng quan trọng tiến kỹ thuật ý nghĩa TĐH thể mặt: kỹ thuật giải mâu thuẫn khả hạn chế người với tốc độ máy qua tăng khả làm việc máy; kinh tế cho phép nâng cao suất lao động, kiểm soát số lượng, chất lượng, hạ giá thành sản phẩm kết làm cho sản xuất phát triển; xà hội làm thay đổi đặc tính lao động, gắn lao động chân tay lao động trí óc, giảm thiểu nguy tai nạn lao động Quá trình phát triển kỹ thuật ngành chế tạo máy chia làm ba thời kỳ: Thời kỳ đầu sáng chế máy công tác đơn sơ, chức khác nhau, chạy sức người, đạp chân, quay tay, kéo tay Thời kỳ sau phát minh chế tạo máy động lực: máy nước, máy nổ, máy điệndùng để truyền động cho máy công tác Và sau thời kỳ tự động hóa trình sản xuất, chế tạo cấu tự động, máy tự động để giảm bớt sức lao động người, nâng cao suất lao động Quá trình tự động hóa chia làm giai đoạn: Giai đoạn 1: Tự động hóa nguyên công cần thiết để đảm bảo yêu cầu làm việc máy Trong giai đoạn người có nhiệm vơ theo dâi vµ kiĨm tra sù lµm viƯc cđa máy Quá trình tự động giai đoạn khả ghi chép, phát sai lệch sửa chữa sai lệch Giai đoạn 2: Tự động hóa sử dụng hệ thống phản hồi vào hệ thống điều khiển để tự động điều chỉnh sai lệch nhằm trì chế độ làm việc bình thường máy Nhờ có hệ thống phản hồi người có nhiệm vụ lập chương trình ban đầu gá lắp ban đầu Giai đoạn 3: Tự động hóa có khả thực hàng loạt tính toán logic để xác định điều kiện làm việc tối ưu máy có nhiều tín hiệu từ nhiều phận điều khiển phản hồi Nghiên cứu lịch sử phát triển ngành chế tạo máy cần phân biệt khác tự động hóa khí hóa Theo khí hóa biện pháp nhằm chuyển phần toàn thao tác tay sang thực phận khí người công nhân điều khiển, đặc điểm lao động người công nhân phải thao tác nhịp nhàng với nhịp điệu máy; tự động hóa trình thao tác sản xuất thực cấu máy, sức lao động người giải phóng khỏi việc thực trực tiếp chức thao tác, điều khiển trình sản xuất TĐH điều hành phận TĐH toàn trình sản xuất Trong TĐH phận, người công nhân phải thực số thao tác đơn giản, không tốn sức không nguy hiểm Trong TĐH toàn bộ, khâu TĐH phận tạo hình nguyên công, kiểm tra, điều chỉnh cần liên hệ với tạo thành hệ thống điều khiển thống nhất, đảm bảo làm việc liên tục hệ thống tự động 1.2 Khảo sát phân tích số dạng phôi máy dập điển hình 1.2.1 Máy dập Trong nhà máy gia công khí, nguyên công gia công áp lực (rèn, dập) chiếm khoảng 60 70% sản phẩm khí Các máy móc, thiết bị phần lớn từ thời bao cÊp cã xt xø tõ c¸c n­íc XHCN nh­: Liên Xô (cũ), Trung Quốc, Ba Lan số từ nước khác như: Nhật Bản, Hàn quốc, Đài Loan (hầu hết đà qua sử dụng) Những năm gần phát triển kinh tế thị trường, nhiều công ty nước đầu tư vào Việt Nam nên xuất nhiều máy móc, thiết bị đại nước phát triển Nhật, Mỹ, Hàn Quốc, Đài Loan nước thuộc khối EU Các thiết bị ứng dụng công nghệ đại, trình độ tự động hoá cao, nhập theo dây chuyền chuyên sản xuất một nhóm sản phẩm Nhược điểm thiết bị loại giá thành cao khó thay đổi dạng sản phẩm Một số hình ảnh dây chuyền dạng máy dập đại Thế giới (xem phụ lục 1) Hình 1.1 ảnh máy dập đại Với số vốn trung bình khoảng 20 tỉ đồng/doanh nghiệp công ty nước khó nhập dây chuyền thiết bị tự động hoàn toàn kể Theo giáo trình môn Gia công áp lực Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, thiết bị dập tạo hình chia làm hai loại sau: máy ép khí (máy ép trục khuỷu) máy ép thủy lực 1.2.1.1 Máy ép trục khuỷu Máy ép trục khuỷu (METK) sử dụng rộng rÃi nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp chế tạo máy dụng cụ, công nghiệp xây dựng, công nghiệp chế biến thực phẩm, sản xuất bao bì kim loại Một chi tiết quan trọng phổ biến máy trục khuỷu Vì tên gọi máy máy ép trục khuỷu Thông số quan trọng máy ép lực ép (hoặc cỡ chi tiết gia công máy) Lực ép thể phần kích thước công suất máy Máy ép trục khuỷu cã thÓ cã lùc Ðp danh nghÜa tõ rÊt nhá, d­íi 25 kN, ®Õn rÊt lín, 100.000 kN, chđ u dùng để dập tấm, dập thể tích nóng, nguội, cắt phôi tấm, phôi nhiều nguyên công khác 114 Cấu tạo máy dập trục khuỷu hÃng Eumuco 115 M¸y dËp trơc khủu 110 tÊn cđa h·ng KOMATSU 116 M¸y dËp trơc khủu 150 tÊn cđa h·ng AIDA 117 M¸y dËp trơc khủu 400 tÊn cđa h·ng KSP Máy ép thủy lực 118 Trạm thủy lực 119 M¸y Ðp thđy lùc cđa h·ng Schuler - C.H.L.B §øc 120 M¸y Ðp thđy lùc mét trơ 121 M¸y Ðp thủ lùc trơ 1500 tÊn M¸y dËp với hệ thống cấp phôi tự động 122 Máy dập liên hoàn bốn đầu công tác 123 Phụ Lục Một số hình ảnh cấp phôi tay 124 Công nhân dập đáy hộp bánh Công nhân dập nắp hộp bánh 125 Công nhân dập nắp hộp bánh 126 Cấp ph«i b»ng tay Cơt ngãn trá cÊp ph«i b»ng tay 127 Làng "mất ngón" 06:30' 09/10/2006 (GMT+7) (VietNamNet) - Hơn 80% người lao động bị đốt ngón tay Có người hẳn nửa bàn tay, có người bàn tay bị xén thành hình tam giác Đó chuyện thường xã làng nghề truyền thống kim khí Thanh Thuỳ (huyện Thanh Oai, Hà Tây) Bàn tay năm ngón ba Đến Thanh Thuỳ, cách trăm mét nghe vang vang hợp xướng “cắt… thụt….đột dập” phát từ hàng trăm xưởng kim khí gia đình Mỗi nhà xưởng nhỏ, khơng giống với hàng trăm nghề khác như: làm vỏ mơtơ, móc áo, long đen tơ, xe máy, lề… Ở hai làng Rùa thượng Rùa hạ, không nhà khơng làm nghề kim khí Cứ nhà xưởng nhỏ với tối thiểu máy “ cóp, phanh, đột, dập” Trẻ - tuổi Ơng Nguyễn văn Gốt với bàn kiếm - 500 nghìn đồng/tháng từ nghề tay bị máy chém Trung bình người dân kiếm - triệu đồng/năm, đổi lại, nhiều người phải " hiến" cho máy đốt ngón tay, vài ba giọt máu PV VietNamNet đến thăm ông Nguyễn Văn Gốt, người bị máy “ngoạm” đốt ngón tay làm việc Người đàn ông 50 tuổi mang vẻ mặt khắc khổ kể cho chúng tơi nghe “chứng tích” đời Tháng 6/2000, lần trèo lên đầu máy cán tơn, ơng vơ tình để tay vào khe guồng máy chạy Chờ máy chạy hết vòng tua, ơng rút tay ba ngón tay bị dập nát, lủng lẳng “Cũng may có em dâu đứng gần dập cầu dao, khơng hậu khơng biết đến mức nào” Lần ơng Gốt phải nghỉ làm tháng Còn anh Nguyễn Văn Đức, bàn tay lại bị cắt thành hình tam giác anh sửa máy dập khuôn Chiếc máy lớn với trọng lượng 70 bao trùm thân hình anh nên người làm với anh khơng nhìn thấy, sập cầu dao Máy chạy kéo theo bàn tay anh, dập nát Đó nhiều trường hợp điển hình xã Thanh Thuỳ Cịn nhiều trường hợp ối oăm khác tóc quấn vào máy, máy vỡ chém ngang 128 cằm người làm trường hợp anh Đức ơng Gốt Cịn người bị máy xén cụt đốt ngón tay khơng kể hết “Bây xoè bàn tay ối người bị đốt, người nhiều, người " - ơng Gốt nói Mất ngón: Chuyện thường ngày nhà Công nhân thực công đoạn cắt Ở trạm y tế xã Thanh Thuỳ, ngày có khoảng - người đến cấp cứu tai nạn lao động Khái niệm "giữ nguyên vẹn bàn tay" với dân xã xa vời, mà máy móc yêu cầu thao tác tay “Máy chạy nhanh vòng quay quay liên tục, sơ ý chút, ngón tay chuyện thường” - Thìn, Phó thôn Rùa Hạ cho biết Trưởng thôn Rùa Hạ, chị Nguyễn Thị Xuân bảo: “Những người nơi khác đến làm không quen nên hay bị tai nạn, người làng bị sơ ý, nghĩ ngẩn ngơ, buồn ngủ…” Theo chị Xuân, dân xã Thanh Thuỳ mua bảo hiểm thân thể Mỗi lần ngón tay, kịp cấp cứu nhận trợ cấp Nhưng ngón tay vĩnh viễn khơng cịn; số ngườiôsau tai nạn lao động xe, không làm việc nặng, đành bắt bỏ học nhà giúp việc gia đình, trường hợp ơng Gốt Tai nạn ngón tay ngày trở thành thường suy nghĩ người dân Thanh Thuỳ, nên bệnh đau đầu, nguy mắc ung thư nhiễm tiếng ồn, khơng khí nơi họ sống chưa để ý Không biết đến bao giờ, dân Thanh Thuỳ mở mang khái niệm an tồn lao động • Dương Sinh ... dụng - Máy đơn động máy ép vạn năng, máy uốn hay máy dập vuốt - Máy song động: máy dập rèn ngang - Máy tam động: máy dập tấm, máy cắt phôi - Máy bán tự động: máy rèn hướng kính - Máy tự động: máy. .. Máy ép có công dụng chung để dập gồm có: - Máy cắt - Máy ép vạn loại - Máy ép dập vuốt tạo hình - Máy ép đột lỗ máy uốn Máy ép tự động dập gồm có: - Máy ép tự động dập nhiều vị trí - Máy ép tự. .. - Luận văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu thiết lập hệ điều khiển giám sát tự động hóa máy đột dập Ngành: Máy tự động hóa công nghệ sinh học công nghệ thực phẩm Ngô Kiên Cường Người h­íng