Luận Văn Thiết kế chế tạo hệ thống chấp hành cho máy quấn biến áp tự động

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Thiết kế chế tạo hệ thống chấp hành cho máy quấn biến áp tự động


MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC HÌNH iv
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN MÁY VỀ QUẤN DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG . 1
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG . 2
1.1.1. Cấu tạo chung của máy quấn dây . 3
1.1.2. Phương pháp phối hợp và điều khiển các cơ cấu trong máy quấn dây 3
1.2. SO SÁNH MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP BẰNG TAY VÀ MÁY QUẤN
DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG 3
1.3. SỰ CẦN THIẾT PHẢI TỰ ĐỘNG HÓA MÁY QUẤN DÂY . 4
1.3.1. Nâng cao năng suất. . 4
1.3.2. Giảm chi phí nhân công . 4
1.3.3. Nâng cao chất lượng sản phẩm 4
1.3.4. Rút ngắn thời gian sản xuất . 5
1.3.5. Tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh, năng suất chất lượng ổn định 5
1.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ SẢN PHẨM MÁY QUẤN DÂY CÓ TRÊN THỊ
TRƯỜNG HIỆN NAY . 5
1.4.1. Máy quấn dây tự động biến áp hình xuyến . 5
1.4.2. Máy quấn động cơ biến áp BA-X250 . 8
1.4.3.Máy quấn dây biến áp RX13-5020 và RX15-3640 . 10
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU . 12
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU . 13
2.2.1. Các phương án thiết kế 13
2.2.2. Thiết kế phần cơ khí cho máy quấn dây biến áp tự động . 18
2.2.3. Phân tích lựa chọn động cơ và trục vít me . 21
iii
2.2.4. Vật liệu chế tạo máy quấn dây biến áp tự động . 36
2.2.5. Thiết kế mạch điều khiển 42
2.2.6. Sơ đồ giải thuật. 54
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ . 56
3.1. THỰC NGHIỆM VÀ KIỂM TRA KẾT CẤU CỦA MÁY QUẤN DÂY 57
3.2. THỰC NGHIỆM KIỂM TRA ĐỘNG CƠ 62
3.3. KIỂM TRA NGUỒN 63
3.4. KIỂM TRA MẠCH ĐIỀU KHIỂN, CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH . 63
3.5. THỰC NGHIỆM SẢN PHẨM . 64
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT . 66
4.1. KẾT LUẬN . 67
4.2. ĐỀ XUẤT 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 69
PHỤ LỤC . 70
iv
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Máy quấn dây diện 2
Hình 1.2. Máy quấn dây AM3175 2
Hình 1.3. Máy quân dây biến áp bằng tay 3
Hình 1.4. Máy quấn dây tự động .4
Hình 1.5.Máy quấn dây biến áp hình xuyến .5
Hình 1.6.Máy quấn dây động cơ biến áp BA-X250 .9
Hình 1.7.Máy quấn dây RX13-5020 .10
Hình 2.1. Mô hình máy quấn dây phương án 1 14
Hình 2.2. Mô hình máy quấn dây biến áp2 (mặt trước) 15
Hình 2.3. Mô hình máy quấn dây biến áp2(mặt đặt ngang) 15
Hình 2.4. Mô hình máy quấn dây biến áp3(mặt trước) .16
Hình 2.5. Mô hình máy quấn dây biến áp(mặt nhìn từ trên xuống. 17
Hình 2.6. Bản vẽ chế tạo của khung máy quấn dây 18
Hình 2.7. Khung máy quấn dây 18
Hình 2.8. Khung bên máy quấn dây biến áp. 19
Hình 2.9. Khung ngang máy quấn dây biến áp .19
Hình 2.10. Bản vẽ trục vitme dẫn hướng 19
Hình 2.11. Cơ cấu căng dây 20
Hình 2.12. Cơ cấu hộp giảm tốc 20
Hình 2.13. Cơ cấu rải dây .21
Hình 2.14. Động cơ bước .22
Hình 2.15. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu 23
Hình 2.16. Sơ đồ cấu trúc động cơ bước nam châm vĩnh cửu 2 pha 24
Hình 2.17. Động cơ bước biến từ trở ba pha, bốn cặpcực .25
Hình 2.18. Cấu trúc trong động cơ lai .27
Hình 2.19. Cách quấn dây trong động cơ lai .27
v
Hình 2.20. Kết cấu thực tế của động cơ lai .27
Hình 2.21. Đồ thị quan hệ giữa momen – tần số bước. 29
Hình 2.22. Là giản đồ thời gian khi điều khiển theo hai cách .31
Hình 2.23. Một số loại động một chiều DC 31
Hình 2.24. Một số loại trục vít_đai ốc 32
Hình 2.25. Bộ truyền trục vít_đai ốc .32
Hình 2.26. Trục vít ren hình thang 33
Hình 2.27. Trục vít ren hình chữ nhật .33
Hình 2.28. Trục vít ren hình răng cưa .33
Hình 2.29. Kết cấu vít me – đai ốc bi chuyên dùng 35
Hình 2.30. Bộ truyền trục vít_đai ốc bi 36
Hình 2.31. Thép V .37
Hình 2.32. Que hàn .38
Hình 2.33. Các loại bulông – đai ốc 38
Hình 2.34. Kết cấu ổ lăn 39
Hình 2.35. Một số loại ổ lăn 40
Hình 2.36. Một số loại bánh răng 40
Hình 2.37. Mô hình mặt trước của sản phẩm 41
Hình 2.38. Mô hình mặt sau của sản phẩm .41
Hình 2.39. Hình dạng bên ngoài của ATEMEGA32 44
Hình 2.40. Sơ đồ chân của ATEMEGA 32 .44
Hình 2.41. Sơ đồ khối Atemega32 45
Hình 2.42. Nguồn máy tính .47
Hình 2.43. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn .47
Hình 2.44. Nguồn nối giữa nguồn máy tính với mạch công suất .48
Hình 2.45. Sơ đồ khối hiển thị LCD 49
Hình 2.46. Hình LCD 16x2 .49
Hình 2.47. Linh kiện OPTO 50
Hình 2.48. Linh kiện IRF540 50
vi
Hình 2.49. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 1(động cơ quấn) .51
Hình 2.50. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 2(trục vitme) .51
Hình 2.51. Sơ đồ mạch layout .52
Hình 2.52. Mạch điều khiển 53
Hình 2.53. Sơ đồ bàn phím .53
Hình 2.54. Lưu đồ giải thuật điều khiển phối hợp hai động cơ 54
Hình 2.55. Lưu đồ giải thuật điều khiển phối hợp hai động cơ 55
Hình 3.1. Hình ảnh mặt trước máy quấn dây biến áp tự động 57
Hình 3.2. Hình ảnh mặt sau máy quấn dây biến áp tựđộng 57
Hình 3.3. Cơ cấu trục vítme – đai ốc bi 58
Hình 3.4. Cơ cấu căng dây và rải dây 58
Hình 3.5. Cơ cấu truyền động xích và bánh răng 58
Hình 3.6. Cơ cấu đảm bảo độ cân bằng của phần rải dây .59
Hình 3.7. Cơ cấu hộp giảm tốc 59
Hình 3.8. Cơ cấu trục quấn và bộ phận đảm bảo độ đồng tâm .60
Hình 3.9. Cơ cấu bulong đai ốc .60
Hình 3.10. Hệ thống dây điện và mạch điện .61
Hình 3.11. Bộ phận đặt cuộn dây đồng .61
Hình 3.12. Bộ phận thiết lập thông số và hiển thị .62
Hình 3.13. Kiểm tra nguồn cho vi điều khiển .63
Hình 3.14 Sơ đồ kết nối dây điện 64
Hình 3.15. Sản phẩm biến áp quấn có chiều dài 4.7 cm .64
Hình 3.15. Sản phẩm biến áp quấn có chiều dài 4 cm 65


LỜI NÓI ĐẦU
-----------
-----------
Trong công cuộc đổi mới đất nước, với mục tiêu chiến lược Công nghiệp hóa
- hiện đại hóa đất nước, nhằm đưa nền kinh tế phát triển với tốc độ cao nhằm sánh
vai cùng với các quốc gia phát triển trên thế giới,trong đó lĩnh vực tự động hóa
đóng vai trò rất quan trọng.
Cơ - Điện tử là ngành khoa học tổng hợp liên ngành của cơ khí chính xác,
điện tử, điều khiển và tư duy hệ thống trong thiết kế và phát triển sản phẩm. Đây là
ngành rất quan trọng và không thể thiếu trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật
hiện đại.
Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ điều khiển kỹ thuật số và điều khiển bằng
máy tính vào trong các lĩnh vực công nghiệp đang trở nên ngày càng phổ biến đặc
biệt là việc ứng dụng các máy móc. Điều này dẫn đếnviệc nghiên cứu, thiết kế và
chế tạo các máy điều khiển số là một điều tất yếu trong công cuộc công nghệp hóa
hiện đại hóa đất nước.
Theo xu hướng đó, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công máy “Máy
Quấn Dây Biến Thế Tự Động”là một việc vô cùng cấp thiết, để từ đó có thể thực
hiện cải tiến các máy công cụ truyền thống vẫn còn đang tồn tại ở một số cơ sở sản
xuất trở thành máy quấn dây tự động với một giá thành chấp nhận được trong điều
kiện nền công nghiệp còn non kém như ở nước ta.
Từ những cơ sở trên, chúng em quyết định chọn mô hình máy “Quấn Dây
Biến Thế Tự Động” làm đề tài nghiên cứu.


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN MÁY VỀ QUẤN
DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG
2
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Máy quấn dây có nhiều chủng loại khác nhau, nếu phân loại theo chức năng
ta có các loại máy điển hình sau: Máy quấn dây cáp điện, máy quấn dây hàn (như
dây chuyền H8A-VD, W49-VD ở nhà máy que hàn Việt Đức), máy quấn dây máy
điện quay, máy quấn dây biến áp.
Hình 1.1. Máy quấn dây diện
Hình 1.2. Máy quấn dây AM3175
3
1.1.1. Cấu tạo chung của máy quấn dây
Một máy quấn dây có thể chia làm những phần chính sau: phần cơ khí, phần
điều khiển tự động, phần động cơ.
+ Phần cơ khí gồm: Cơ cấu quấn dây, Cơ cấu rải dây,Cơ cấu nhả dây v.v
+ Phần động cơ điện: Động cơ quấn dây, Động cơ rải dây.
+ Phần điều khiển: Bàn phím giao tiếp, màn hình hiển thị, bộ xử lý trung tâm
điều khiển: gồm có Card vi điều khiển có cài đặt chương trình điều khiển và giao
diện giao sát, đo lường trên máy tính hoặc màn hìnhhiển thị, hệ thống này có chứ
năng cài đặt các thông số và giám sát quá trình hoạt động của máy quấn dây.
1.1.2. Phương pháp phối hợp và điều khiển các cơ cấu trong máy quấn dây
Để quấn dây đều, đẹp, không bị đứt ta phải phối hợpviệc điều khiển tốc độ
động cơ rải dây và động cơ quấn dây. Nếu tốc độ động cơ quấn chạy với tốc độ
nhanh thì động cơ rải dây cũng phải nhanh. Việc rảidây này diển ra liên tục trong
một vòng quấn dây. Còn để dây quấn không bị đứt nhưng vẩn đảm bảo độ căng cần
thiết thì ta phải có cơ cấu tạo độ căng dây. Như vậy các động cơ này phải có sự ràng
buộc lẩn nhau, dưới sự giám sát của bộ điều khiển trung tâm thông qua vi xử lý.
1.2. SO SÁNH MÁY QUẤN DÂY BIẾN ÁP BẰNG TAY VÀ MÁY QUẤN
DÂY BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG
Đối với máy quấn biến áp truyền thống là phải sử dụng tay để. Việc quấn và
điều chỉnh hoàn toàn là do con người thực hiện, gâylãng phí một khoảng thời gian,
thêm vào đó là sự liên kết giữa các lớp dây không được chắc chắn, gây ra hiện
tượng oxy hóa lớp dây đồng được quấn do tiếp xúc nhiều với tay chân người làm ra
nó, số sản phẩm tạo ra trong một đơn vị thời gian nhỏ, kém kinh tế.
Hình 1.3. Máy quân dây biến áp bằng tay
4
Hình 1.4. Máy quấn dây tự động
Nhưng ngược lại, máy quấn biến áp tự động là một khác biệt to lớn đó là: Con
người chỉ cần nhập các thông số như loại biến áp hoặc số vòng cần quấn . Việc
quấn và điều khiển hoàn toàn tự động không có sự can thiệp của của con người,
việc duy nhất là gá lõi biến áp vào đúng vị trí yêucầu, hệ thống sẽ tự động quấn và
điều chỉnh đúng các thông số kĩ thuật. Số sản phẩm tạo ra lớn hơn gấp nhiều lần so
với phương pháp thủ công. Mang lại hiệu quả kinh tếcao.
1.3. SỰ CẦN THIẾT PHẢI TỰ ĐỘNG HÓA MÁY QUẤN DÂY
1.3.1. Nâng cao năng suất
Tự động hóa các quá trình sản xuất hứa hẹn việc nâng cao năng suất lao động.
Điều này có nghĩa tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn so với hoạt động
bằng tay tương ứng.
1.3.2. Giảm chi phí nhân công
Xu hướng trong xã hội công nghiệp của thế giới là chi phí cho công nhân
không ngừng tăng lên. Kết quả là đầu tư cao lên trong các thiết bị tự động hoá đã
trở nên kinh tế hơn để có thể thay đổi chân tay. Chi phí cao của lao động đang ép
các nhà lãnh đạo doanh nghiệp thay thế con người bằng máy móc. Bởi vì máy móc
có thể sản xuất ở mức cao, việc sử dụng tự động hoáđã làm cho chi phí trên một
đơn vị sản phẩm thấp hơn.
1.3.3. Nâng cao chất lượng sản phẩm
Các hoạt động tự động hoá không chỉ sản xuất với tốc độ nhanh hơn so với
làm bằng tay mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các
tiêu chuẩn chất lượng.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phạm Hùng Thắng, Hướng dẫn, thiết kế chi tiết máy, các wedsite.
[2]. Trần Văn Hùng, Thiết kế boar giao tiếp, Trường Đại Học Nha Trang.
[3]. Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, NXB giáo dục.
[4]. PGS. TS. Nguyễn Xuân Yến, Giáo trình chi tiết máy, NXB Giao Thông Vận Tải.
[5]. Nguyến Trọng Hiệp, Chi tiết máy, NXB giáo dục.
[6]. www.dientuvietnam.net
[7]. www.hocavr.com
[8]. www.cdtvn.net
[9]. www.alldatasheet.com
[10].www.hocnghe.com