Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của khách, các hãng kỹ thuật cung cấp nhiều loại van: van điều khiển bằng cơ, van điện từ, van điều khiển bằng khí. Chức năng của loại van khí nén này đó là điều khiển dòng khí nén đi qua nó nhằm luôn đảm bảo an toàn cho hệ thống, chỉnh hướng khí để kịp thời cung cấp cho các thiết bị: bộ lọc, điều áp, xi lanh, ... Chính vì thế mà trong bất kỳ hệ thống khí nén lớn nhỏ, quy mô đơn giản hoặc phức tạp đều lắp đặt và sử dụng van khí điều hướng này. Với mục đích để làm tránh rớt phôi khi mất điện đột ngột nên nhóm quyết định chọn van Airtac 4V320-10 (van 5/2, 1 coil).
Hình 2. 28 Valve airtac 4V320-10.
Thông số kỹ thuật Van Airtac 4V320- 10
- Áp suất hoạt động: 1.5 ~ 7 bar - Nhiệt độ hoạt động: -5 ~ 50℃ - Thời gian phản ứng: 12ms - Tần suất hoạt động tối đa: 10c/s - Điện áp hoạt động: 24v
38
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ 3.1. Yêu cầu kỹ thuật
- Thiết kế và chế tạo máy hàn tự động đáp ứng những yêu cầu sau: + Giữ được hai sản phẩm cố định với nhau.
+ Khi xoay tròn hai phôi không bị lệch tâm.
+ Sử dụng máy hàn mig công ty cung cấp để chế tạo. + Cơ cấu xoay tròn phải tự động trả về vị trí ban đầu.
+ Chỉ được hàn những vị trí cần, không được hàn lấn ra ngoài. + Có khả năng dừng khẩn cấp và reset khi lỗi.
+ Dễ dàng vận hành vệ sinh và bảo trì.
3.2. Yêu cầu thiết bị
– Thiết bị đầu vào là các thiết bị được sử dụng để cung cấp thông tin về sự thay đổi trạng thái từ một thiết bị ngoại vi và truyền tín hiệu cho bộ điều khiển trung tâm PLC.Cụ thể:
+ Tín hiệu cảm biến: Yêu cầu các cảm biến đầu vào phải có độ chính xác và thời gian đáp ứng phù hợp với từng cơ cấu cơ khí cụ thể. Cơ cấu chấp hành vừa phải phù hợp với yêu cầu thiết kế cơ khí vừa đảm bảo yếu tố kinh tế cho hệ thống.
+ Chọn cảm biến: Cảm biến là thiết bị điện được sử dụng để đo đạc các tín hiệu như nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, tốc độ, những hiện tượng thay đổi bên ngoài chuyển thành tín hiệu điện tiêu chuẩn để cung cấp cho các bộ điều khiển phân tích.
– Còn đối với việc phát hiện chuyển động của động cơ bàn xoay thì em lựa chọn cảm biến tiệm cận bởi những ưu điểm sau:
+ Phát hiện vật thể không cần tiếp xúc, không tác động lên vật, khoảng cách xa nhất tới 30mm.
+ Hoạt động ổn định cao với nhiệt độ, chống rung động và chống shock tốt.
39 + Tốc độ đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao so với công tắc giới hạn (limit
switch).
+ Tuổi thọ cao hơn so với các loại cảm biến khác.
+ Có thể chịu được môi trường khắc nghiệt ( bụi bặm, ẩm ướt,..).
3.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 3.3.1. Cấu tạo 3.3.1. Cấu tạo
- Từ những yêu cầu thực tế mà nhóm đã phân tích và nghiên cứu, khảo sát sau đó đưa ra cơ cấu phù hợp nhất để tiến hành thiết kế máy. Sau khi đã có phương án phù hợp, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phần mềm solidwork để mô phỏng, tính toán và phần tính độ phù hợp của các cơ cấu mới môi trường làm việc.
- Máy hàn tự động có 4 cơ cấu chính :
+ Cụm cơ cấu xoay đều: Sử dụng động cơ kết nối với cơ cấu giữ ống sắt để quay phôi một vòng và quay lại vị trí củ.
+ Cơ cấu giữ bánh xe: giữ bánh xe cố định khi máy hoạt động. + Cụm cơ cấu giữ ống sắt: giúp giữ ống sắt khi máy chưa hoạt động. + Cụm cơ cấu định tâm: Định tâm ống sắt với bánh xe trong quá trình máy
hoạt động.
40
3.3.2. Nguyên lý hoạt động
1. Nhấn nút Start lần 1.
2. Máy hoạt động, cơ cấu giữ bánh xe đẩy và cơ cấu giữ ống sắt hoạt động. 3. Công nhân cấp bánh xe đẩy và ống sắt vào vị trí.
4. Nhấn nút Start lần 2.
5. Cơ cấu định tâm hoạt động giúp định tâm ống sắt với bánh xe đẩy, đồng thời cơ cấu giữ ống sắt đi về vị trí ban đầu.
6. Đóng cửa và nhấn nút lần 3.
7. Bắt đầu hàn bánh xe đẩy với ống sắt lại với nhau cùng lúc đó cơ cấu xoay cũng hoạt động.
41
3.4. Thiết kế phần cơ khí 3.4.1. Cụm cơ cấu xoay 3.4.1. Cụm cơ cấu xoay
Hình 3. 2 Cơ cấu xoay
- Phân tích động học: cụm này vận hành dựa trên một động cơ được liên kết với một tấm sắt để kết nối với những cơ cấu ở phía trên. Khi hoạt động cơ cấu này sẽ quay thuận và nghịch.
42
3.4.2. Cụm cơ cấu giữ bánh xe đẩy
Hình 3. 3 Cơ cấu giữ bánh xe.
- Phân tích động học: Cụm cơ cấu này vận hành dựa trên hai xi lanh đôi, có nhiệm vụ kẹp và giữ bánh xe giàn giáo ở vị trí cố định.
- Cơ cấu này được thiết kế nằm ngang và thẳng hàng với nhau nhằm mục đích khi công nhân đặt bánh xe vào thì bánh xe sẽ nằm đúng vị trí. Hai xi lanh đôi được căn chỉnh một cách chính xác nhất, từ đó hỗ trợ công nhân khi đặt bánh xe giàn giáo vào rất dễ dàng và không ảnh hưởng đến sản phẩm.
43
3.4.3. Cụm cơ cấu giữ ống sắt
Hình 3. 4 Cơ cấu giữ ống sắt.
- Phân tích động học: Cụm cơ cấu giữ ống sắt giúp công nhân đặt ống sắt vào đúng vị trí và giữ cho ống sắt không bị rơi ra ngoài.
- Cơ cấu này được thiết kế nằm ở mặt sau của máy vì để thuận tiện cho công nhân thao tác và không bị vướng cơ cấu khác.
44
3.3.4. Cụm cơ cấu định tâm
Hình 3. 5 Cơ cấu định tâm.
- Phân tích động học: cụm này hoạt động dựa trên cơ cấu một xi lanh đơn hướng xuống kết nối với một đầu hình mũi tên
- Chi tiết này đã được nhóm nghiên cứu và thiết kế với mục đích khi hoạt động xi lanh sẽ đẩy xuống để để tâm một cách chính xác nhất cho ống sắt và bánh xe ở vị trí thành một hàng thẳng với nhau. Bên cạnh đó cũng tạo một lực đẩy xuống để hỗ trợ trợ trong lúc hàn sẽ bị lệch vị trí làm hư hại sản phẩm
45
3.4. Đấu nối phần điện
3.4.1. Sơ đồ kết nối phần điện
Hình 3. 6 Sơ đồ kết nối động lực.
46 3.5. Đấu nối phần khí nén 3.5.1. Sơ đồ kết nối phần khí Hình 3. 8 Sơ đồ kết nối phần khí. – và (2): xi lanh kẹp bánh xe – (3): Xi lanh giữ ống sắt – (4): Xi lanh định tâm
47
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN 4.1. Tính mới và tính sáng tạo
Đây là cụm cơ cấu hàn tự động ứng dụng trong dây chuyền sản xuất sản phẩm bánh xe đẩy giàn giáo của công ty VinaWheel là một cơ cấu hoàn toàn mới
Mặc dù trên thế giới hiện tại có rất nhiều hệ thống hàn tự động, tuy nhiên đối với những mặt hàng thay đổi mẫu liên tục và mang tính đặc thù của từng công ty thì không phải lúc nào cũng có trên thị trường hoặc nếu có thì giá thành rất cao và đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ kỹ thuật nhất định mới có thể vận hành điều khiển được.
Hiện nay hầu hết các thiết bị nặng như máy móc trong các công ty đến các thiết bị ngoài công trường để dễ dàng vận chuyển thì người ta thường gắn thêm các bánh xe để thuận tiện cho việc vận chuyển một cách nhẹ nhàng và dễ dàng hơn. Nhưng hiện tại thì việc gắn các bánh xe đó còn đang được hàn thủ công và độ chính xác không được cao có thể gây ra độ nguy hiểm rất cao. Dựa vào các yêu cầu nhóm đặt ra một đề tài là làm ra máy hàn chân giàn giáo bán tự động với các yêu là năng suất làm việc và độ chính xác và độ thẩm mỹ cao.
Đã phối hợp các kết cấu riêng rẽ, bộ phận máy đã biết để tạo ra một máy có chức năng hàn tự động hoàn toàn, làm việc đạt hiệu quả năng suất, chất lượng cao. Máy hàn bánh xe giàn giáo tự động hoạt động với tính ổn định cao, làm việc không biết mệt mỏi, sản phẩm làm ra có độ tin cậy cao do áp dụng nhiều công nghệ tiên tiến.Hiện nay hầu hết các thiết bị nặng như máy móc trong các công ty đến các thiết bị ngoài công trường để dễ dàng vận chuyển thì người ta thường gắn thêm các bánh xe để thuận tiện cho việc vận chuyển một cách nhẹ nhàng và dễ dàng hơn. Nhưng hiện tại thì việc gắn các bánh xe đó còn đang được hàn thủ công và độ chính xác không được cao có thể gây ra độ nguy hiểm rất cao. Dựa vào các yêu cầu nhóm đặt ra một đề tài là làm ra máy hàn chân giàn giáo bán tự động với các yêu là năng suất làm việc và độ chính xác và độ thẩm mỹ cao.
Theo tìm hiểu của nhóm thì trên thị trường có hàn trực tiếp bánh xe vào giàn giáo, nhưng gắn trực tiếp vào thì nó sẽ bị hàn chế rất nhiều. Nên nhóm đưa ra giải
48 pháp là hàn 1 ống sắt vào bánh xe để tháo lắp 1 cách linh hoạt với các chân đế giàn giáo khác.
Máy hàn bánh xe giàn giáo tự động hoạt động với tính ổn định cao, làm việc không biết mệt mỏi, sản phẩm làm ra có độ tin cậy cao do áp dụng nhiều công nghệ tiên tiến.
49
4.2. Khả năng áp dụng
Sau vài tháng chế tạo và đưa vào sử dụng tại công ty Chân Giàn Giáo, dây chuyền hoạt động ổn định trong suốt quá trình làm việc, tránh được hư hại sản phẩm, giảm được thời gian và tiết kiệm nhân công cho công ty, thiết kế đơn giản dễ sử dụng.
Sau vài tháng chế tạo và đưa vào sử dụng tại công ty Chân Giàn Giáo, dây chuyền hoạt động ổn định trong suốt quá trình làm việc, tránh được hư hại sản phẩm, giảm được thời gian và tiết kiệm nhân công cho công ty, thiết kế đơn giản dễ sử dụng.
Sản phẩm đã được chuyển giao cho công ty VinaWheel với giá trị 30 triệu đồng
Do mặt hàng bánh xe đẩy giàn giáo là mặt hàng chủ lực của công ty nên sau khi đưa vào công ty vận hành thử nghiệm cơ cấu hàn tự động đã hoạt động ổn định trong suốt quá trình làm việc, tránh được hư hại sản phẩm, giảm được thời gian và tiết kiệm chi phí thuê nhân công
Đặt biệt máy hàn tự động với thiết đơn giản và công nhân dễ dàng vận hành.
4.3. Hiệu quả kinh tế
Hình 4. 2 Máy hàn bàn giao cho công ty
Lợi ích
- Thành phẩm đạt tiêu chuẩn, không hư hỏng.
- Đáp ứng được nhiều hơn số lượng sản phẩm mong muốn.
- Giảm nhân lực cho công ty.
- Tiết kiệm rất nhiều thời gian tạo ra sản phẩm.
50
bảng 1 so sánh lợi ích giữa máy và công nhân
Máy Người
● 120 sản phẩm/giờ
● Số lượng sản phẩm làm ra ổn định
● Chất lượng mối hàn đều, đẹp
● giá máy: 30.000.000vnd
● 600 sản phẩm là hoàn vốn và bắt đầu sinh lời
● 80 sản phẩm/giờ
● Số lượng sản phẩm làm ra không ổn định
● Chất lượng mối hàn phụ thuộc vào thể trạng của người công nhân
● Lương thợ hàn:
800.000 VNĐ/ngày (20.800.000 VNĐ/tháng)
● 832 sản phẩm là bắt đầu có lời
4.4. Hiệu quả kỹ thuật
– Máy sau khi hoàn thành đã tiến hành thử nghiệm và được đánh giá là ổn định. – Hiệu quả đạt được:
+ Mối hàn chính xác vào điểm tiếp xúc và chất lượng hàn là như nhau. + Cải thiện điều kiện làm việc, giảm cường độ lao động chân tay.
+ Tạo ra sản phẩm không bị lỗi, chính xác, ít hư hỏng một cách nhanh nhất. + Hơn nữa thành phẩm không phụ thuộc vào kỹ năng, tâm trạng, sức khỏe
và thể.
+ chất của người thao tác.
– Từ đó khẳng định tính sáng tạo, tính độc lập tự chủ của người Việt Nam trong quá trình hội nhập. Hướng đi của giải pháp theo hướng chỉ đạo: “Hiện đại hoá công nghệ sản xuất với chi phí thấp”.
4.5. Hiệu quả xa hội
– Cải thiện điều kiện làm việc, giảm cường độ lao động chân tay, hạn chế người công tiếp xúc trực tiếp với hàn
51 – Tạo ra sản phẩm có giá thành hạ, chất lượng bảo đảm, kích thích tiêu dùng. Thúc đẩy ngành sản xuất cơ khí hiện còn đang trì trệ phát triển hội nhập với ngành sản xuất cơ khí trong khu vực.
– Khẳng định tính sáng tạo, tính độc lập tự chủ của người Việt Nam trong quá trình hội nhập. Hướng đi của đề tài theo hướng chỉ đạo: “Hiện đại hoá công nghệ sản xuất với chi phí thấp”.
4.6. Cải tiến
Mặc dù máy đã hoạt động tại công ty trong một thời gian, nhưng theo thời gian lâu dài cũng không tránh khỏi sự cố. Vì trong quá trình hàn bánh xe và ống sắt lại với nhau nhiệt lượng sinh ra rất lớn (~1500 độ C), sẽ xuất hiện hiện tượng truyền nhiệt làm cho các thiết bị xung quanh hư hỏng, đặc biệt là các bộ phận tiếp xúc trực tiếp như các khớp nối giữ bánh xe và ống sắt của xi lanh. Từ đó nhóm có ý tưởng để cải tiến độ bền cho các chi tiết máy là sẽ sử dụng vật liệu chịu được nhiệt cao như Titannium (~1668 độ C) và carbon (~3550 độ C) ngăn chặn nguồn nhiệt truyền ra các thiết bị.
52
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ 5.1 Chương trình
5.1.1 Lưu đồ giải thuật hệ thống
- Sơ đồ chuyển trạng thái:
Hình 2. 29 Lưu đồ giải thuật của máy hàn tự động
5.1.2. Comment cho các biến
bảng 2 trạng thái M0 First Scan M1 Trạng thái ổn định M2 gá phôi M3 dập và giữ phôi M4 bắt đầu hàn thuận
M5 nhận sườn xuống cảm biến M6 nhận sườn lên cảm biến
M7 dừng động cơ
M8 xoay nghịch về vị trí M9 khi nhận sườn lên cảm biến
53
M10 Dừng động cơ
M11 mở cửa lấy phôi
M12 lấy phôi all điều co
M13 Stop M14 Reset bảng 3 ngõ IN X0 Start X1 Stop X2 Reset X3 Cửa X4 Cảm biến bảng 4 Ngõ OUT Y0 Kẹp phôi Y1 Giữ phôi Y2 Định tâm Y3 Quay thuận Y4 Quay nghịch
54
5.1.3. Chương trình điều khiển
59
63
5.2 Tủ điện điều khiển
` X1 Y0 Y1 Y5 24V COM0 COM2 Y2 AC 100-240V Y3 COM1 COM3 Y4 Y6 FX1n-60MR-DS X2 X3 X5 X6 X7 OUTPUT INPUT PLC MITSUBISHI X4 X11 X12 R
Sensor từ Sensor quang
Van cuộn coil
Đèn báo
INVERTER Nút nhấn
Hình 5. 1 Sơ đồ kết nối trong tủ điện
Hình 5. 2 Hình ảnh thực tế tủ điện
64
5.3 Máy hàn thực tế
65
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu đã tham khảo:
- http://hanstech.com.vn/san-pham/motor-giam-toc-40w.html (ngày 28/8/2021). - https://dl.mitsubishielectric.com/dl/fa/document/manual/plc_fx/jy997d33401 /jy997d33401f.pdf (ngày 29/8/2021). - https://www.smc.eu/portal_ssl/WebContent/local/DK/download_kataloger/pd f/MGP.pdf (ngày 3/9/2021). - https://us-en.airtac.com/ (ngày 3/9/2021). - https://iotmaker.vn/cam-bien-tiem-can-kim-loai-lj12a3.html (ngày 10/9/2021).