4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.Thiết kế kết cấu mỏ hàn TIG tự động cấp dây [7]
2.1.1. Yêu cầu của kết cấu mỏ hàn TIG tự động cấp dây
- Đơn giản, gọn nhẹ.
- Đảm bảo cứng vững, chắc chắn không rung lắc khi hoạt động. - Có tính cơ động cao, tuổi thọ cao.
- Dễ chế tạo, dễ gá lắp, dễ vận hành. - Đảm bảo tính thẩm mỹ cao.
Để đạt những yêu cầu đặt ra ở trên tác giả tiến hành nghiên cứu thực tế, tìm hiểu các loại vật liệu và các dạng liên kết các chi tiết lại với nhau. Từ các điều kiện trên ta thấy có nhiều loại vật liệu có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu của kết cấu. Từ những kết quả khảo sát thực tế tác giả quyết định chọn vật liệu chế tạo kết cấu mỏ hàn TIG tự động cấp dây gồm 2 loại:
- Inox SUS 304 dầy 1mm. - Đồng (dạng ống).
2.1.2. Thiết kế
a. Thiết kế cơ cấu kẹp chặt
Vật liệu để chế tạo kết cấu kẹp chặt bộ cấp dây trên mỏ hàn TIG là Inox SUS 304 dạng tấm có chiều dày 1mm. Bản vẽ kỹ thuật của kết cấu kẹp chặt đƣợc thể hiện trên hình 2.1.
Kết cấu đƣợc chế tạo thành 2 nửa, mỗi nửa có kích thƣớc nhƣ trên hình vẽ, sau khi cắt thành biên dạng chữa U và uốn cong ở hai đầu với bán kính trong là 10mm, bán kính ngoài là 11mm. Để kẹp chặt 2 nửa của kết cấu với mỏ hàn TIG ở bốn góc của kết cấu đƣợc khoan 4 lỗ Ф5 và đƣợc ghép với nhau bằng mối ghép bulông.
Trong khi hàn tốc độ cấp dây vào vũng hàn không đổi, để kẹp chặt đƣợc cơ cấu dẫn hƣớng dây hàn tự động đến mỏ hàn TIG, tác giả đã chế tạo một cơ cấu có hình dạng và kích thƣớc nhƣ hình 2.2.
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh Học viên: Nguyễn Hải Duy Hình 2.1: Bản vẽ kỹ thuật kết cấu kẹp chặt bộ cấp dây tự động trên mỏ hàn TIG
Hình 2.2: Bản vẽ kỹ thuật kết cấu kẹp chặt bộ dẫn hướng dây hàn tự động trên mỏ hàn TIG
4 lỗ Ф5
2 lỗ Ф5
Người vẽ Kiểm tra
Nguyễn Hải Duy
Trường Đại học bách khoa Hà Nội KẾT CẤU KẸP CHẶT 1:1 Bùi Văn Hạnh SUS 304 Người vẽ Kiểm tra
Nguyễn Hải Duy
Trường Đại học bách khoa Hà Nội
KẾT CẤU KẸP CHẶT
1:1 Bùi Văn Hạnh Bùi Văn Hạnh
Cơ cấu này đƣợc ghép với cơ cấu kẹp chặt bộ cấp dây hàn bằng mối ghép bulông, nhiệm vụ của cơ cấu này là giữ cho cơ cấu dẫn hƣớng dây hàn đƣợc cố định đúng theo góc độ đã điều chỉnh và đảm bảo chắc chắn, cứng vững trong suốt quá trình hàn. Đảm bảo cho dây hàn luôn luôn đƣợc cấp vào vùng hàn ổn định.
b. Thiết kế cơ cấu dẫn hƣớng dây hàn tự động trên mỏ hàn TIG
Từ nguyên lý và đặc điểm của quá trình hàn TIG cho thấy, nguồn nhiệt hồ quang sinh ra tại mỏ hàn TIG là rất lớn, để đảm bảo dây hàn luôn đƣợc cấp tự động từ cuộn dây qua cơ cấu dẫn hƣớng tại mỏ hàn vào vùng hàn ổn định trong suốt quá trình hàn thì việc lựa chọn đƣợc vật liệu để chế tạo cơ cấu dẫn hƣớng dây hàn tự động cho mỏ hàn TIG đáp ứng đƣợc các yêu cầu dẫn điện, dẫn nhiệt và tản nhiệt tốt là rất quan trọng. Qua tìm hiểu, khảo sát thực tế tác giả lựa chọn đồng là vật liệu thích hợp để chế tạo cơ cấu dẫn hƣớng dây hàn cho mỏ hàn TIG tự động. Cơ cấu dẫn hƣớng dây hàn tự động gồm 6 chi tiết. Hình dạng, kích thƣớc của các chi tiết thể hiện nhƣ hình 2.3.
Người vẽ Kiểm tra
Nguyễn Hải Duy
Trường Đại học bách khoa Hà Nội
CƠ CẤU DẪN HƯỚNG DÂY HÀN
1:1 Bùi Văn Hạnh
ĐỒNG (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.3: Bản vẽ kỹ thuật cơ cấu dẫn hướng dây hàn cho mỏ hàn TIG tự động
2.2. Thiết kế mạch điều khiển 2.2.1. Phân tích chọn loại động cơ 2.2.1. Phân tích chọn loại động cơ a. Các chỉ tiêu khi chọn động cơ
* Chỉ tiêu kỹ thuật
- Động cơ đƣợc chọn phải thích ứng với môi trƣờng làm việc:
Tuỳ theo môi trƣờng: Khô - ƣớt, sạch - bẩn, nóng - lạnh, hoá chất ăn mòn, dễ nổ, ... mà chọn các động cơ kiểu: Hở - kín, chống nƣớc, chống hoá chất, chống nổ, nhiệt đới hoá...
- Động cơ đƣợc chọn phải thoả mãn điều kiện phát nóng khi làm việc b ình thƣờng cũng nhƣ khi quá tải (đây là điều kiện cơ bản).
- Động cơ đƣợc chọn phải đảm bảo tốc độ yêu cầu: Tốc độ định mức, có điều chỉnh tốc độ hay không, phạm vi điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh trơn hay điều chỉnh có cấp. - Chọn loại động cơ thông dụng hay động cơ có điều chỉnh tốc độ. Chọn loại động cơ xoay chiều hay động cơ một chiều ...
Người vẽ Kiểm tra
Nguyễn Hải Duy
Trường Đại học bách khoa Hà Nội
CƠ CẤU DẪN HƯỚNG DÂY HÀN
1:1 Bùi Văn Hạnh
ĐỒNG
Bu lông
- Động cơ đƣợc chọn phải đảm bảo khởi động, hãm, đảo chiều tốt.
* Chỉ tiêu kinh tế
- Động cơ đƣợc chọn phải làm việc với hiệu suất kinh tế cao, vốn đầu tƣ bé, chi phí vận hành ít, bảo quản và sửa chữa thấp, sử dụng hết công suất...
b. Một số động cơ sử dụng hiện nay
* Động cơ một chiều
- Sơ đồ cấu tạo:
Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo của động cơ 1 chiều 1. Rotor 2. Stator
Sơ đồ cấu tạo của động cơ một chiều nhƣ hình 2.4, stator của động cơ một chiều thƣờng là một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện. Rotor có các cuộn dây cuốn và đƣợc nối với nguồn điện một chiều, một phần quan trọng khác của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lƣu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thƣờng bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và có một chổi than tiếp xúc cổ góp.
- Ưu, nhược điểm của động cơ một chiều:
+ Mô men mở máy lớn do vậy kéo đƣợc tải nặng. + Điều chỉnh tốc độ đơn giản.
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng.
+ Khoảng nhảy cấp độ nhỏ phù hợp với hệ thống điều khiển cần thay đổi mịn tốc độ.
+ Giá thành đầu tƣ không cao lắm.
Bên cạnh những ƣu điểm nổi bật trên thì động cơ mini một chiều cũng còn tồn tại một số nhƣợc điểm sau:
+ Động cơ diện một chiều có bộ phận cổ góp nên khi hoạt động dễ sinh tia lửa điện nên phải lƣu ý môi trƣờng dễ cháy nổ.
+ Thƣờng xuyên phải bảo dƣỡng bộ phận này nếu tải nặng. * Động cơ xoay chiều (1 pha) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Sơ đồ cấu tạo:
Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo của động cơ xoay chiều
Sơ đồ cấu tạo của động cơ xoay chiều nhƣ hình 2.5, động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor. Stator gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trƣờng quay.
Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trƣờng quay do stator gây ra làm cho rotor quay trên trục. Chuyển động quay của rotor đƣợc trục máy truyền ra ngoài và đƣợc sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.
- Ưu nhược điểm của động cơ xoay chiều:
+ Có cấu tạo đơn giản hoạt động tin cậy.
+ Không có bộ phận cổ góp nên không phát sinh tia lửa điện. + Giá thành đầu tƣ ban đầu thấp, khi vận hành ít phải bảo dƣỡng. + Khó điều chỉnh tốc độ.
+ Muốn điều chỉnh tốc độ chính xác phải có bộ phận biến tần.
Phần cảm (Rotor) Phần ứng (Stator)
* Động cơ servo
- Sơ đồ cấu tạo:
Hình 2.6: Động cơ servo
Sơ đồ cấu tạo của động cơ servo nhƣ hình 2.6, động cơ servo đƣợc thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ đƣợc nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ đƣợc hồi tiếp về mạch điều khiển này.
Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chƣa đạt đƣợc vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt đƣợc điểm chính xác.
Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thƣớc, đƣợc sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi. Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi.
- Ưu nhược điểm của động cơ servo:
+ Nếu đặt tải vào động cơ tăng, bộ điều khiển sẽ tăng dòng tới cuộn dây giúp động cơ tiếp tục quay tránh đƣợc hiện tƣợng trƣợt bƣớc.
+ Hoạt động đƣợc ở tốc độ cao. + Nhiễu và rung động ít.
+ Khi dừng lại động cơ servo thƣờng dao động tại vị trí dừng nên gây ra hiện tƣợng rung, lắc và giá thành đầu tƣ ban đầu cao.
+ Mạch driver phức tạp, thƣờng phải đặt mua của nhà sản xuất nên phụ thuộc.
Từ những ưu, nhược điểm đã phân tích ở trên tác giả thấy động cơ một chiều là phù hợp nhất để sử dụng cho cơ cấu cấp dây tự động của mỏ hàn TIG.
Tác giả chọn loại động cơ một chiều 24V, dòng 7,6A, công suất 110W. Đây là loại động cơ đang đƣợc sử dụng khá rộng rãi trên thị trƣờng.
Để điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp điều khiển độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation).
Phƣơng pháp điều xung PWM là phƣơng pháp điều chỉnh điện áp ra tải, hay nói cách khác, là phƣơng pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp ra.
Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sƣờn dƣơng hay sƣờn âm.
PWM đƣợc ứng dụng nhiều trong điều khiển. Điển hình nhất mà chúng ta thƣờng hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp... Sử dụng PWM điều khiển độ nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa, nó còn đƣợc dùng để điều khiển sự ổn định tốc độ động cơ.
c. Chọn nguồn điện cấp cho động cơ
Do các linh kiện điện tử mà ta sử dụng đều có giá trị định mức là 24VDC - 2A, nên ta chọn nguồn điện cấp cho động cơ nhƣ hình 1.27 với các thông số sau: AC Input : 110/220v ± 15%
DC Output: 24V - 2A
Hình 2.7: Nguồn điện DC 24V (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Có chức năng biến đổi dòng xoay chiều 220V thành dòng một chiều 24V- 2A. Nguồn dùng để cấp cho rơ le điều chỉnh tốc độ và động cơ một chiều (DC).
2.2.2. Thiết kế mạch điều khiển
Sau đây cùng set 1 vài mạch điều khiển động cơ DC. Để điều khiển điện áp phần ứng thƣờng hay sử dụng nhất là phƣơng pháp điều chế độ rộng xung (PWM).
* Nguyên lý cơ bản của mạch cầu H (trên hình 2.8):
Hình 2.8: Nguyên lý của mạch cầu H
- Khi L1 và R2 cùng dẫn trong khi R1 và L2 khóa thì dòng điện đi theo chiều từ dƣơng nguồn qua L1 qua đối tƣợng ở đây là động cơ qua R2 xuống GND nhƣ vậy động cơ chạy theo chiều từ A sang B.
- Khi R1 và L2 dẫn và L1 và R2 khóa thì dòng điện chạy theo chiều mũi tên xanh trong hình b động cơ quay theo chiều từ B sang A.
- Đối với mạch cầu H thì điều nghiêm cấm L1 và L2 cùng dẫn hoặc R1 và R2 cùng dẫn. Giả xử L1 và L2 cùng dẫn 1 lúc thì dòng điện từ dƣơng nguồn qua L1 qua L2 về GND mà điện trở L1 và L2 rất nhỏ chính vì vậy dòng điện vô cùng lớn sẽ gây hỏng mạch hoặc phá hỏng L1 hoặc L2 hiện tƣợng này đƣợc gọi là hiện tƣợng trùng dẫn. Để đề phòng hiện tƣợng này có 1 số loại IC chuyên dụng nhƣ IR2184, IR2103... hoặc nếu sử dụng L298 thì bản thân IC đã phòng chống đƣợc hiện tƣợng trùng dẫn rồi.
- Nguyên lý hoạt động của IR2184 thể hiện trên hình 2.9:
IR2184 U4 điều khiển mosfet Q1 và Q2, U5 điều khiển Q3 và Q4. Nguyên tắc hoạt động giống nhƣ nguyên tắc hoạt động chung của mạch cầu H. Chỉ xét trƣờng hợp hãm, giả sử khi hãm động cơ Q1 dẫn còn Q2 ,Q3 và Q4 khóa. Khi hãm thì động cơ trở thành máy phát, dòng điện do động cơ sinh ra chạy từ động cơ qua diode của Q2 (vì Q2 là mosfet nên có 1 con diode) về dƣơng nguồn qua Q1 trở lại động cơ.
Hình 2.9: Nguyên lý hoạt động của IR2184
Chính hiện tƣợng này sẽ làm cho động cơ hãm nhanh hơn nhiều, đó cũng là 1 ƣu điểm của mạch cầu H.
CHƢƠNG 3: TÍCH HỢP HỆ THỐNG HÀN TIG TỰ ĐỘNG CẤP DÂY BẰNG RÔ BỐT
3.1. Lựa chọn thiết bị
3.1.1. Lựa chọn thiết bị hàn TIG [5,6,8]
Trên cơ sở phân tích ở chƣơng 1 tác giả lực chọn thiết bị hàn TIG là máy hàn TIG ACCUTIG 300P - MODEL: AEP 300. Thiết bị chính bao gồm:
- Nguồn hàn (power source). - Bộ cấp dây (wire feeder). - Bộ điều khiển (control unit).
Cụ thể lựa chọn các thiết bị nhƣ sau:
- Nguồn hàn: TIG một chiều (DC TIG welding machine) ACCUTIG 300P thể hiện
trên hình 3.1.
Hình 3.1: Nguồn hàn TIG DC ACCUTIG 300P - Bộ cấp dây: Wire feeder model CMXL-2320 thể hiện trên hình 3.2
Hình 3.2: Bộ cấp dây CMXL-2320 (của hãng OTC DAIHEN).
- Bộ điều khiển cho bộ cấp dây trên hình 3.3:
Hình 3.3: Bộ điều khiển
Sơ đồ mạch điện kết nối các thiết bị hàn trên hình 3.4:
Hình 3.4: Sơ đồ kết nối nguồn hàn-bộ cấp dây- khí bảo vệ.
Sau đây là thông số kỹ thuật của các thiết bị hàn đã chọn :
Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật nguồn hàn ACCUTIG-300P
Model AEP – 300
Quy trình hàn TIG Hàn que (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
DC AC DC AC
Điện áp vào định mức 380V một pha Phạm vi điện áp vào
định mức 380V10%
Công suất nguồn định mức 19,9kVA 11,9kW 22,0kVA 12,7kW 21,2kVA 15,0kW 23,8kVA 15,1kW Tần số định mức 50/60 Hz Van điều áp Chai khí trơ Cáp hàn Bộ cấp dây
Nguồn hàn Bộ điều khiển từ xa
Mỏ hàn TIG
Cơ cấu cấp dây hàn
Kim loại cơ bản Kẹp mát
Dòng ra định mức 300A Phạm vi dòng cơ bản,
dòng hàn 5~300A 20~300A
Phạm vi dòng xung 5~300A 20~300A -
Điện áp có tải định mức 22V 32V
Điện áp không tải tối đa 78V Điện áp khởi động ( chỉ
dùng khi hàn TIG DC) 100V -
Chu kỳ định mức 40%
Thời gian thổi khí trƣớc khi hàn
0,3/0,0s
Thời gian thổi khí sau khi hàn
3~20s
Thời gian tăng dòng 0,1~5s
Thời gian giảm dòng 0,1~5s
Phƣơng pháp điền đầy vũng hàn
ON/OFF/REPEAT
Thời gian hàn điểm 0,02~5s
Thời gian xung 0,03~1,.2s
Thời gian cơ bản 0,05~2,5s
Bề rộng làm sạch khi hàn AC
50~70%
Tăng nhiệt độ Biến áp 1600C, điện kháng 1600C, cuộn dây ghép 900
C Phƣơng pháp gây hồ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
quang
Phƣơng pháp tần số cao (phát sinh tia lửa điện, kiểu áp đặt mức cao) Hệ thống làm mát tay hàn Làm mát bằng nƣớc/làm mát bằng không khí Trọng lƣợng 176 kg Kích thƣớc bên ngoài (W x D x H)
* Lựa chọn các dụng cụ, thiết bị phụ trợ.
Các thiết bị, phụ tùng kèm theo các thiết bị trên bảng 3.2. Bảng 3.2: Các thiết bị chuẩn kèm theo.
Các phụ tùng tiêu chuẩn cho AEP-
300P Đ.vị AWD-26 AWD-18 Dòng điện cho phép A 200(DC), 160(AC) 300(DC), 260(AC) Chu kỳ tải định mức % 50 100 Phương pháp làm mát Không khí Nƣớc Cỡ điện cực mm (0.5), (1.0), (1.6), (2.0), 2.4, (3.2), (4.0) Chiều dài cáp m 4 or 8 Dải kẹp 2 Hình ảnh Các bộ phận kèm theo cho ACCUTIG-300P (AWD-26) (AWD-18)
Cáp nối nguồn và kim loại cơ bản (3m) BKPDT-3803 Vòi dẫn khí BKGFF-0603 Vòi dẫn nước Cho vòi --- BBDW-3001 Cho bình chứa nước --- BBPU-3002 Ống dẫn dây BHCD-7126 BHCD-7118 Bộ phận kèm theo cho CMXL-2320 Mô tả Số lượng Chú ý