Cơ cấu càng dệt của máy dệt lọp tự động TSV2014-08 có kết cấu gồm 7 đôi càng, mỗi đôi càng rộng 5cm. Do độ mở rộng của càng không lớn nên việc phóng nang vào vẫn còn hạn chế, có nhiều nang không vào đúng khe dây dệt dẫn đến bị lỗi và góc căng dây dệt không lớn. Để có thể khắc phục khuyết điểm này, nhóm đã thiết kế cơ cấu càng động, có khả năng mở rộng càng tối đa lên 10cm khi ở trạng thái đứng và thu hẹp càng lại 5cm khi càng nằm ngang để đảm bảo khoảng cách giữa hai đường dây dệt là 5.5cm. Nhóm đã thiết kế và chế tạo nhiều phiên bản càng khác nhau, làm thí nghiệm về khả năng căng dây và co giãn linh hoạt trong quá trình hoạt động. Mục đích của việc thiết kế cơ cấu càng này là do bộ phận càng tĩnh ở đề tài nghiên cứu khoa học trước có độ hở của dây là 5cm tạo sự khó khăn khi nang được phóng vào máy dệt. Do đó việc cải tiến bộ phận càng này rất cần thiết nhằm tăng độ tin cậy cho máy dệt. Dưới đây là các phiên bản có độ tin cậy tương đối cao và bộ phận càng tối ưu nhất được lựa chọn.
3.1.2 Càng phiên bản 1
Hình 3.1 là bộ phận càng động phiên bản đầu tiên. Cấu tạo càng gồm một ống trụ đường kính 10mm, hai thanh sắt tròn có độ đàn hồi được hàn vào một đầu ống trụ tạo thành càng dệt hình chữ V. Độ rộng càng là 100mm khi càng nằm dọc, trên cơ cấu càng dệt còn có cử chặn để giới hạn độ rộng của càng còn 50mm khi càng nằm ngang để khi chuyển động các càng dệt không bị kẹt nhau vì khoảng cách giữa hai càng kế tiếp nhau là 55mm. Ở phiên bản này đơn giãn, dễ thiết kế, nhưng độ bền cơ học không cao, lực căng dây không lớn và không thể điều chỉnh lực căng dây. Ngoài ra khi chuyển động ma sát giữa càng và các cử chặn lớn, khó có thể thu phóng càng khi xoay 180 độ.
Hình 3.1 Bộ phận càng động phiên bản 1 3.1.3 Càng phiên bản 2
Hình 3.2 là bộ phận càng động phiên bản 2, dựa trên nguyên lý của càng ở thí nghiệm 1, nhóm đã thay đổi thanh sắt kim loại đàn hồi thành khớp bản lề và lò xo có thể linh động hơn trong việc co giãn kích thước của càng. Bộ phận càng có hình oval, được ghép với sắt mảnh và có khả năng chuyển động nhờ lực kéo của lò xo. Phiên bản này có ưu điểm là độ rộng càng mở rộng tương đối cao, lực căng dây lớn hơn thí nghiệm trước có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi lực lò xo, nhưng có nhược điểm lớn nhất là kích thước lớn, cồng kềnh khó chế tạo. Do cạnh của càng có hình oval, khả năng ma sát với hai cử chặn khá lớn nên càng rất khó thu nhỏ khi xoay 180 độ.
Hình 3.2 Bộ phận càng động phiên bản 2 3.1.4 Càng phiên bản 3
Hình 3.3 là bộ phận càng động phiên bản 3, từ những thí nghiệm 1 và 2 nhóm đã rút ra được một số kinh nghiệm và làm tiếp thí nghiệm để hoàn thành càng như sau: sử dụng khớp bản lề và lò xo để co giãn càng linh hoạt hơn như ở thí nghiệm 2. Ở thí nghiệm này nhóm đã thiết kế lại kết cấu của càng là thanh sắt tròn gắn vào khớp bản lề nhằm giảm ma sát với cử chặn giới hạng khi càng nằm ngang. Qua thí nghiệm càng có độ rộng tối đa là 100mm và khi xoay ngang thì thu lại 50mm đảm bảo yêu cầu và độ căng dây được điều chỉnh nhờ lò xo trên càng, phiên bản này đảm bảo được tính thẩm mỹ, đạt hiệu quả cao do đầu của càng là sắt hình trụ trơn nên ma sát với hai cử chặn ít giúp càng có khả năng phóng to và thu nhỏ dễ dàng.
Hình 3.3 Bộ phận càng động phiên bản 3
Nhóm đã thiết kế nhiều mẫu thực tế khác nhau và làm thí nghiệm về sức căng dây, độ bền, hiệu quả làm việc khi xoay... Các phiên bản khác cho hiệu quả không cao, vì thế nhóm quyết định lựa chọn cơ cấu càng dệt ở phiên bản 3 để chế tạo.
Hình 3.4 là hình ảnh của bộ phận càng động phiên bản 3, nhóm đã tiến hành chế tạo và gia công thực tế. Sau khi cân chỉnh độ cứng lò xo để càng co giãn tốt thì nhóm đã tiến hành chế tạo cơ cấu đánh dây dệt.
Hình 3.5 Bản vẽ 3D cơ cấu đánh dây dệt
Sau khi thiết kế và chọn được loại càng động thích hợp, nhóm đã thiết kế mô phỏng cơ cấu càng động trên phần mềm Inventor như hình 3.5. Cơ cấu gồm có 7 càng có khẳ năng co giãn độ rộng càng khi càng xoay quanh trục.
Hình 3.6 Cơ cấu càng khi xoay ngang
Hình 3.6 là càng động do nhóm thiết kế cải tiến, khi càng xoay ngang thì càng thu hẹp lại tối đa 50mm để xếp gọn càng lại không va chạm nhau, đảm bảo khoảng cách giữa hai trục của càng là 55mm.
Hình 3.7 Cơ cấu càng khi xoay dọc.
Hình 3.7 là cơ cấu càng động khi càng xoay dọc, độ rộng tối đa lên đến 100mm giúp tạo khoảng rộng giữa hai dây dệt khi nang phóng vào và tăng độ khít hơn so với phiên bản trước.
Bảng 3.1 bên dưới là bảng so sánh các tiêu chí khác nhau của các phiên bản càng dệt.
Bảng 3.1: Bảng so sánh các tiêu chí của các phiên bản càng dệt
Các phiên bản chính Độ bền Độ mở rộng Mức độ khó khi chế tạo Độ căng dây Phiên bản 1 Không cao 8 cm Dễ Không cao Phiên bản 2 Cao 12 cm Khó Cao Phiên bản 3 Cao 10 cm Khó Cao
Cơ cấu càng dệt động cải tiến khi đồng bộ vào máy dệt thì lực căng dây lớn, độ mở càng lên đến 100mm tăng gấp 2 lần so với càng tĩnh. Với cơ cấu càng dệt động đã
3.1.5 Cải tiến cơ cấu dập nang
Trong máy dệt lọp tự động TSV2014-08, cơ cấu dập nang có chức năng chính là dập cho nang khít và chặt hơn. Tuy nhiên khoảng cách giữa các nang ở phiên bản này còn thưa, vì vậy nhóm đã tiến hành thiết kế cải tiến cơ cấu dập nang nhằm tăng độ tin cậy của cơ cấu dập giúp cho nang được khít và chặt hơn.
Hình 3.8 Cơ cấu dập nang trong máy dệt TSV2014-08
Hình 3.8 cấu tạo của cơ cấu dập nang gồm có một cam kép và thanh dập nang của máy dệt lọp TSV2014-08 [9]. Nguyên lý hoạt động của cơ cấu khá đơn giản, động cơ bước truyền động xoay cam kép, gối cam kép tác động lên cánh tay đoàn của thanh dập nang và căng lò xo, khi gối cam trượt khỏi cánh tay đòn thì lực kéo lò xo tác động làm thanh dập di chuyển và dập vào nang. Do kích thước của thanh dập nang nhỏ và thưa nên diện tích thanh dập tiếp xúc với nang không lớn, ngoài ra lực kéo của lò xo dập còn nhỏ nên nang chưa được khít.
Để tăng độ khít giữa các nang nhóm đã tiến hành thiết kế lại thanh dập nang, tăng độ cứng lò xo trong cơ cấu và sử dụng động cơ bước hai pha để dẫn động cam kép chính xác hơn.
Hình 3.9 là thanh dập do nhóm thiết kế cải tiến, cấu tạo gồm có 6 thanh dập nang, mỗi thanh có bề rộng là 20mm tăng gấp 4 lần so với thanh dập trước, khoảng cách giữa hai thanh dập là 55mm. Cơ cấu thanh dập đã được nhóm gia công và đồng bộ vào cơ cấu dập nang trong máy dệt lọp tự động. Bên cạnh đó nhóm đã thay đổi lò xo trong cơ cấu, tiến hành chạy thử nghiệm kiểm tra để cân chỉnh lại cơ cấu để tăng độ tin cậy. Sau thời gian cân chỉnh cơ cấu dập đã hoạt động tốt độ khít giữa các nang đã đươc cải thiện, khoảng cách trung bình giữa các nang đạt 2mm, đáp ứng được độ khít như phương pháp dệt thủ công. Tuy nhiên trong cơ cấu do nhóm cải tiến có thể chỉnh độ thưa dày bằng cách điều chỉnh lò xo trên cơ cấu.
3.1.6 Cải tiến cơ cấu phóng nang và dẫn hướng
Máy phóng nang tự động là một trong những cơ cấu quan trọng của máy dệt lọp tự động TSV2014-08. Chức năng của máy phóng nang là cấp một lần duy nhất một thanh nang vào khung dệt với độ chính xác cao và tính liên tục trong mỗi chu kỳ dệt để quá trình dệt mình lọp không bị lỗi. Do vậy việc thiết kế và chế tạo các cơ cấu trong máy phóng nang đòi hỏi tính chính xác và tính ổn định. Tuy nhiên, trong đề tài TSV2014-08 thì cơ cấu phóng nang còn tồn tại những khuyết điểm như vẫn còn trường hợp rút 2 thanh nang một lần, dẫn hướng nang sai ảnh hướng đến độ chính xác khi rút nang và phóng vào khung dệt hình 3.10.
Để tăng độ tin cậy của máy phóng, nhóm đã khảo sát và phát hiện ra những khuyết điểm còn tồn tại trong máy phóng nang đó là:
- Trên thanh trượt rút nang có một khe lấy nang, khi thanh trượt tiếp xúc với nang thì nang sẽ rơi vào khe lấy nang và được rút xuống. Kích thước của khe hẹp này trên thanh trượt quá rộng, trong quá trình rút nang dễ bị thoát ra khỏi khe hẹp dẫn đến không có nang cấp vào quá trình dệt hoặc trường hợp hai thanh nang có kích thước nhỏ được khe rút xuống và phóng vào ống dẫn hướng làm nghẽn ống dẫn hướng.
- Ống dẫn hướng có kích thước 100mm nên chưa định hướng chính xác nang vào khung dệt.
Để khắc phục những khuyết điểm vừa nêu trên, nhóm đã tiến hành thiết kế lại thanh trượt với khe hẹp có kích thước bằng với khoảng giá trị kích thước đo được của các thanh nang. Để lấy được kích thước của các thanh nang, nhóm đã dùng thước kẹp để đo đường kính của 400 thanh nang giúp cho việc xác định kích thước khe rút nang chính xác hơn. Giá trị đường kính của nang đo được nằm trong khoảng từ 1.5mm đến 1.7mm như biểu đồ hình 3.11.
Hình 3.11 Biểu đồ đường kính nang
Từ khoảng giá trị trên nhóm đã thiết kế lại thanh trượt rút nang có khe rút nang rộng 1.75mm sâu 1.6mm để rút nang được chính xác hơn. Hình 3.12 là bản vẽ 2D thanh
16%
17%
47% 12%
8%
BIỂU ĐỒ ĐƯỜNG KÍNH NANG
Nang 1.5 mm Nang 1.55 mm Nang 1.6 mm Nang 1.65 mm Nang 1.7 mm
trượt rút nang do nhóm thiết kế cải tiến trên thanh trượt có khu rút nang có kích thước 1.75x1.6mm, qua chế tạo và chạy thử nghiệm thanh trượt hoạt động đúng như mong muốn của nhóm, trong một chu kỳ thanh trượt rút đúng duy nhất một thanh nang và không có trường hợp rút đồng thời hai thanh nang, cải tiến này đã giúp tăng độ tin cậy của máy phóng.
Hình 3.12 Bản vẽ 2D cơ cấu thanh trượt rút nang.
Để tăng thêm độ tin cậy khi phóng nang nhóm đã tiến hành cải tiến thêm ống dẫn hướng, thiết kế ống dẫn hướng có chiều dài 23cm nhằm dẫn hướng nang được chính xác hơn như hình 3.13.
3.2 CẢI TIẾN PHẦN ĐIỆN TỬ
Trong đề tài này, phần điện tử được cải tiến chủ yếu là việc chống nhiễu cho mạch relay ở TSV2014-08 và viết lại chương trình điều khiển của máy dệt giúp máy dệt tạo ra mình lọp dài 530mm đồng thời tạo được khoảng cách giữa hai mình lọp theo yêu cầu của người dân địa phương.
Việc chống nhiễu được thực hiện bằng cách thay thế mạch relay bằng mạch công suất dùng IC LMD18200, đây là IC công suất chuyên dụng cho việc điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ.
3.2.1 Mạch điện tổng quát điều khiển máy dệt lọp tự động
Hình 3.14 Sơ đồ mạch điện tổng quát
Sơ đồ mạch điện tổng quan của máy dệt lọp tự động được trình bày như hình 3.14. Nguồn 220V AC từ lưới điện được chỉnh lưu thành 24V DC, 24V DC được hạ áp thành 5V DC bằng IC LM2596 5V.
Nguồn 24V DC dùng để cấp cho động cơ I, động cơ II và ba động cơ bước Step 1, Step 2, Step 3. Đồng thời nguồn còn dùng để cung cấp điện áp cho hai mạch công suất LMD18200 điều khiển động cơ I và động cơ II. Nguồn 5V DC được hạ áp thành 3.3V DC bằng IC LM2596 3.3V dùng để cấp vào mạch MSP430G2553.
Để thực hiện việc xoắn dây, vi điều khiển sẽ xuất tín hiệu mức cao trong 15 giây tại chân 2.0 tác động vào mạch công suất LMD18200 I làm cho động cơ I ON thực hiện việc xoắn dây, sau 60 giây vi điều khiển sẽ chuyển tín hiệu từ cao sang thấp nên động cơ I OFF, ngưng việc xoắn dây.
Để thực hiện việc xả dây thì vi điều khiển sẽ nhận tín hiệu từ hai công tắc hành trình SW A và SW B, sau đó phát xung điều khiển ra chân 2.1. Khi SW A được chạm thì vi điều khiển sẽ phát ra tín hiệu mức cao tác động vào mạch công suất LMD18200 II làm cho động cơ II ON thực hiện việc xả dây. Khi SW B được chạm thì tín hiệu sẽ xuống mức thấp tác động mạch công suất II làm động cơ II OFF ngưng xả dây. Việc cấp nang, đánh dây và cuốn nang được thực hiện bằng ba động cơ bước Step 1, Step 2, Step 3. Vi điều khiển sẽ cấp xung theo quy trình tuần tự để Step 1 xoay 360° để thực hiện việc lấy nang, sau thời gian trễ 100us, Step 2 sẽ xoay 180° để thực hiện việc xoắn nang và cam đội sẽ dập nang ngay sau đó, Step 3 sẽ thực hiện việc xoay 0.9° để thực hiện việc cuốn nang.
3.2.2 Các mạch điện điều khiển các cơ cấu cải tiến 3.2.2.1 Mạch vi xử lý MSP430G2553 3.2.2.1 Mạch vi xử lý MSP430G2553
Để có thể điều khiển hoạt động của máy dệt, nhóm đã sử dụng vi điều khiển MSP430G2553 28 chân. Sơ đồ nguyên lý của mạch được thiết kế như hình 3.15.
Hình 3.16 MSP430G2553 28 chân
Mạch gồm có khối nguồn đầu vào sau đó qua IC ổn áp LM2596 3.3V dùng làm nguồn cung cấp cho IC MSP430G2553 làm việc. Các ngoại vi của IC được kéo ra các chân cắm thuận tiện cho việc lập trình điều khiển về sau (Hình 3.16).
3.2.2.2 Động cơ bước
Động cơ bước nam châm vĩnh cửu gồm có hai phần chính: phần quay (Rotor) và được bao xung quanh là phần tĩnh (Stator).
Stator: Hai bộ phận chính của Stator là lõi thép và dây quấn. Lõi thép được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dập theo khuôn rồi ghép lại dạng hình trụ rỗng, mặt trong có phay rãnh. Trong rãnh là dây quấn máy điện, có thể là dây quấn 2 pha, 3 pha, 4 pha hoặc 5 pha. Phía ngoài Stator có vỏ bằng nhôm hoặc hợp kim của nhôm, hai đầu Stator có hai nắp làm cùng vật liệu với vỏ, bắt chặt vào vỏ. Trên nắp có lắp ổ trục (ổ trượt hoặc vòng bi) để đỡ trục quay của Rotor.
Rotor: Rotor của động cơ bước nam châm vĩnh cửu có cấu tạo thường không có răng cực từ, được từ hoá vĩnh cửu vuông góc với trục (ngang trục) và được lồng vào phía trong của Stator. Cực từ của Rotor thường là 2 hoặc 6 cực từ (N-S) xen kẽ nhau. Nguyên lý làm việc:
Nguyên lý làm việc của loại động cơ này là dựa vào tác động của môi trường điện từ trên một mo-men điện từ, cụ thể là tác động của một trường điện từ lên một hoặc nhiều nam châm vĩnh cửu.
Rotor của động cơ tạo thành một hoặc nhiều cặp từ và mo-men điện từ của nam châm được đặt thẳng hàng trên từ trường quay do các cuộn dây tạo nên. Các cuộn dây của Stator gọi là các pha. Động cơ bước có thể có nhiều pha (2, 3, 4, 5 pha). Nó được cấp điện cuộn này sang cuộn khác với việc đảo chiều dòng điện sau mỗi bước quay. Trên phương diện dòng điện điều khiển, động cơ bước nam châm vĩnh cửu có thể phân làm hai loại: động cơ đơn cực (điều khiển bằng dòng điện đơn