Đề tài nghiên cứu khoa học: Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển thiết bị hàn ống theo quỹ đạo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển thiết bị hàn ống theo quỹ đạo" nhằm thiết kế bộ điều khiển thiết bị hàn theo quỹ đạo; Gia công bộ điều khiển thiết bị hàn theo quỹ đạo; Lắp ráp bộ điều khiển thiết bị hàn theo quỹ đạo; Thử nghiệm bộ điều khiển thiết bị hàn theo quỹ đạo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển thiết bị hàn ống theo quỹ đạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ HÀN ỐNG THEO QUỸ ĐẠO S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: SV2020-89 S KC 0 0 7 3 9 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ HÀN ỐNG THEO QUỸ ĐẠO Chủ nhiệm đề tài: Trịnh Quốc Thắng TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ HÀN ỐNG THEO QUỸ ĐẠO Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Trịnh Quốc Thắng Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 16143CL2 Năm thứ: 4 /Số năm đào tạo:4 Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Người hướng dẫn: PhS. Nguyễn Trà Kim Quyên TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ HÀN ỐNG THEO QUỸ ĐẠO - Chủ nhiệm đề tài: Trịnh Quốc Thắng Mã số SV:16143143 - Lớp: 16143CL2 Khoa: ĐT Chất lượng cao - Thành viên đề tài: Trần Thành Đạt MSSV:18143079 Khoa: ĐT Chất lượng cao Bùi Nhật Lê Đông MSSV: 18143082 Khoa: ĐT Chất lượng cao - Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Trà Kim Quyên 2. Mục tiêu đề tài: Thiết kế bộ điều khiển thiết bị hàn theo quỹ đạo. Gia công bộ điều khiển thiết bị hàn theo quỹ đạo. Lắp ráp bộ điều khiển thiết bị hàn theo quỹ đạo. Thử nghiệm bộ điều khiển thiết bị hàn theo quỹ đạo. 3. Tính mới và sáng tạo: Kết hợp giữa điện tử và cơ khí, tạo ra mô hình bộ điều khiển thiết bị hàn ống theo quỹ đạo 4. Kết quả nghiên cứu: Mô hình bộ điều khiển thiết bị hàn theo quỹ đạo 5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Đề tài có ứng dụng thực tế để điều khiển thiết bị hàn ống theo quỹ đạo, giúp máy hàn ống theo quỹ đạo có thể vận hành chính xác và hiệu quả hơn 6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài 3
Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (kí, họ và tên) Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ và tên) 4
MỤC LỤC MỤC LỤC ....................................................................................................................... 5 I. PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ............................................................................. 7 1.Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................... 7 2. Lí do chọn đề tài .................................................................................................... 9 3. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 9 4. Mục tiêu đề tài ....................................................................................................... 9 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 9 6. Ứng dụng và nhu cầu của công nghệ hàn theo quỹ đạo ...................................... 10 6.1 Ứng dụng ..................................................................................................... 10 6.2 Nhu cầu ....................................................................................................... 24 II. NỘI DUNG BÁO CÁO ............................................................................................ 33 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 33 2.1 Hệ thống điều khiển PLC .................................................................................. 33 2.1.1 Tổng quan về PLC ................................................................................... 33 2.1.2 Cấu trúc bộ nhớ của PLC ......................................................................... 35 2.1.3 Vòng quét của chương trình: .................................................................... 38 2.1.4 Ngôn ngữ lập trình. .................................................................................. 38 2.1.5 Bộ đếm tốc độ cao của PLC ..................................................................... 40 2.2 Các loại động cơ ................................................................................................ 41 2.2.1 Động cơ bước (step) ................................................................................. 41 2.2.2 Động cơ Servo .......................................................................................... 41 2.2.3 Động cơ điện xoay chiều AC ................................................................... 42 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ........................................................................ 44 3.1 Thông số đầu vào .............................................................................................. 44 3.2 Chọn động cơ .................................................................................................... 44 3.3 Thiết kế mạch điều khiển .................................................................................. 47 CHƯƠNG 4: LẮP RÁP THỬ NGHIỆM ...................................................................... 54 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ............................................................................................. 66 5.1 Kết luận ............................................................................................................. 66 5.2 Kiến nghị ........................................................................................................... 66 5
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 66 6
I. PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Công nghệ Orbital vốn được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới trong các lĩnh vực y tế, thực phẩm, sinh học và công nghệ cao. Tuy nhiên, ở Việt Nam thì đây là những thuật ngữ tương đối mới và ít được biết đến. Vậy công nghệ Orbital này là gì ? Tại Việt Nam, Máy hàn và cắt Orbital được cung cấp bởi một số hãng thuộc EU, G7, CHINA như: TAG-PIPE, GF, MausItalia, Axxair, Orbitalum, Lefon. Giá thành phụ thuộc vào chất lượng và xuất xứ máy giá cả dao động từ vài chục triệu đồng (với hàng Trung Quốc) cho tới vài trăm triệu đồng (với hàng TAG-PIPE, Orbitalum, MausItalia..). Hàng EU, G7 giá cả gấp 2 tới 3 lần so với hàng Trung Quốc, tuy nhiên xét về bài toàn hiệu quả năng suất công việc, chúng tôi khuyên bạn nên mua hàng EU, G7 để có được hiệu quả công việc cao nhất, thời gian khấu hao máy dài hơn 3 lần so máy Trung Quốc (khảo sát dựa trên thời gian sử dụng của một số đơn vị nhà máy phía Nam Việt Nam) . Quan trọng hơn là Service của hàng EU, G7 rất tốt, có đại diện tại Việt Nam nên có thể hỗ trợ kỹ thuật khi máy sử dụng có vấn đề. Hình 1: Thiết bị hàn orbital trong phòng thí nghiệm 7
Uni Group là đại diện của TAG-PIPE, MausItalia tại Việt Nam, với các loại máy cắt ống Orbital, hàn ống Orbital, máy vát mép ống , lưỡi dao cắt ống, lưỡi dao vát mép ống kim loại đều stock kho số lượng lớn, đội ngũ kỹ thuật được đào tạo trực tiếp tại hãng TAG (Anh Quốc). Hình 2: Đầu hàn orbital kín ở Malaysia Mỏ hàn - trong hầu hết các trường hợp, hàn TIG (Khí trơ vonfram) được sử dụng - đi vòng quanh các đường ống được kết nối, được dẫn hướng bởi một hệ thống cơ khí. Tên hàn quỹ đạo xuất phát từ chuyển động tròn của dụng cụ hàn xung quanh phôi. Nói chung, công nghệ hàn quỹ đạo bao gồm hai phạm vi ứng dụng chính:  Ống với ống / ống để nối ống  Hàn ống-to-tubesheet 8
Hình3: Thiết bị hàn orbital trong sản xuất Trong nhóm đầu tiên, tất cả các loại kết nối đường ống được bao gồm: hàn mông và mặt bích hàn, uốn cong, phụ kiện T và van, tức là các yêu cầu đầy đủ cho đường ống và ống. Nhóm thứ hai liên quan đến việc sản xuất nồi hơi và bộ trao đổi nhiệt và bao gồm các nhiệm vụ hàn khác nhau liên quan đến hoạt động hàn ống-to-tubesheet. 2. Lí do chọn đề tài Với các công nghệ hàn hiện có, phụ thuộc rất nhiều vào trình độ tay nghề của người thợ. Vì vậy, nhằm mục đích phát triển công nghệ hàn tự động giúp quá trình hàn bớt phụ thuộc vào người thợ và đảm bảo chất lượng mối hàn. Thiết kế bộ điều khiển giúp điều khiển thiết bị hàn ống theo quỹ đạo góp phần phát triển công nghệ hàn này. Giúp cho công nhân sử dụng thuận tiện, giảm sự chênh lệch kinh nghiệm tay nghề của người thợ. 3. Phương pháp nghiên cứu _ Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm _ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 4. Mục tiêu đề tài Thiết kế được bộ điều khiển thiết bị hàn ống theo quỹ đạo giúp cải thiện công nghệ hàn quỹ đạo được chính xác và hiệu quả hơn 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu _ Đôi tượng nghiên cứu + PLC + Động cơ máy hàn _ Phạm vi nghiên cứu 9
+Bộ điều khiển thiết bị hàn ống theo quỹ đạo +Ý kiến đóng góp để cải tiến bộ điều khiển 6. Ứng dụng và nhu cầu của công nghệ hàn theo quỹ đạo 6.1 Ứng dụng Hàn quỹ đạo thường được áp dụng cho các ống chứ không phải ống và được coi là tiêu chuẩn để nối các ống được sử dụng cho các hệ thống khí và chất lỏng trong ngành công nghiệp bán dẫn và dược phẩm. Các ngành công nghiệp nhạy cảm này đòi hỏi một tiêu chuẩn hàn cực kỳ chính xác, vì hệ thống của họ cần không bị rò rỉ và không có vết rạn để loại bỏ bất kỳ khu vực vướng mắc nào trên ID của mối hàn để tránh các chất gây ô nhiễm nguy hiểm. Hình 4: Hàn ống inox bằng công nghệ hàn orbital 10
Hình 5: Hệ thống ống inox được hàn từ công nghệ hàn orbital Tối ưu hóa quy trình hàn quỹ đạo thông qua các phương tiện chuẩn bị và xem xét cẩn thận trước khi hàn thực tế sẽ giảm chi phí tổng thể, tăng tốc sản xuất và giảm nhu cầu từ chối hàn và sửa chữa mối hàn trong khi cho phép chất lượng và độ tin cậy tối ưu. Các ngành công nghiệp áp dụng hàn TIG quỹ đạo Hàng không/Công nghiệp hàng không vũ trụ: Trong ngành công nghiệp máy bay, đó là lần đầu tiênngười ta nhận ra tầm quan trọng của hàn quỹ đạo cho mục đích của họ, hơn cả 1.500 mối hàn là cần thiết để hoàn thành hệ thống áp suất cao của một máy bay. Hàn thủ công các ống nhỏ, mỏng là cực kỳ khó khăn; cuối cùng yêu cầu chất lượng khớp nhất quán không thể được đảm bảo. Giải pháp duy nhất là thành lập quy trình hàn sử dụng thiết bị quỹ đạo. Theo cách này, các giá trị tham số là kiểm soát đáng tin cậy bởi các thiết bị và mối hàn cuối cùng đáp ứng mức chất lượng tương tự như các mối hàn thử nghiệm đủ điều kiện. 11
Hình 6: Hàn ống inox trong nhà máy sản xuất nước giải khát bằng công nghệ hàn orbital Công nghiệp thực phẩm và đồ uống: Các ngành công nghiệp thực phẩm, nhật ký và đồ uống cần hệ thống ống và ống đáp ứng yêu cầu vệ sinh tinh tế. Sự thâm nhập đầy đủ của các mối hàn là cần thiết; bất kỳ hố, lỗ chân lông, kẽ hở, vết nứt hoặc undercut có thể trở thành một điểm chết trong đó phương tiện là bẫy và phát triển vi khuẩn gây bệnh, (Listeria, v.v.), có thể xảy ra. Bề mặt nhẵn mọi nơi bên trong các ống cho phép làm sạch thành công và khử trùng hoàn toàn hệ thống. Chất lượng bề mặt được yêu cầu có thể chỉ được đảm bảo nếu thiết bị quỹ đạo là được sử dụng để hàn các khớp quan trọng này. Vì thế, hầu hết các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật bắt buộc các nhà sản xuất cài đặt lai để áp dụng quy trình này ngày hôm nay. Công nghiệp dược phẩm và công nghệ sinh học: Cây trồng trong ngành dược phẩm phải được trang bị hệ thống đường ống để vận chuyển và xử lý sản phẩm và để cung cấp an toàn hơi nước sạch và nước phun. Đối với nước phun và các dẫn xuất của nó được dự định để tiêm vào cơ thể con người, yêu cầu tinh khiết đặc biệt cao Bất kỳ dấu vết ăn mòn tuyệt đối cấm, khả năng chống ăn mòn của các mối hàn này không được làm suy yếu, đặc biệt là không quá nóng một phần của vật liệu cơ sở. Khớp được 12
tạo bởi quỹ đạo hàn đủ điều kiện cho khả năng chống ăn mòn mở rộng. Ngoài ra, để tránh bất kỳ tiếp theo oxy hóa hoặc ăn mòn, bề mặt mịn của chúng có thể bị động. Hình 7: Hàn ống vi sinh trong nhà máy bằng máy hàn orbital Sản xuất các thiết bị bán dẫn: Đối với việc chế tạo bán dẫn thiết bị, ống thép không gỉ được đánh bóng điện được cài đặt như các dòng khí quá trình, chủ yếu là với OD là 6,3 mm và độ dày thành 0,9 mm. Khí quá trình siêu tinh khiết phải đi qua các ống mà không nhặt độ ẩm, oxy, hạt hoặc các chất gây ô nhiễm khác. Các tiêu chí chấp nhận cho những cài đặt rất nghiêm ngặt: thống nhất mối hàn với hạt hàn nhỏ để giảm thiểu bề mặt hàn trong các ống, thâm nhập đầy đủ vào ID, không có sự đổi màu, vv. Chỉ những người điều hành có kinh nghiệm, những người làm việc với thiết bị hàn quỹ đạo đáng tin cậy, có thể để thực hiện nhiệm vụ này. 13
Hình 8: Hệ thống ống vi sinh trong nhà máy sản xuất nước tinh khiết xây dựng từ công nghệ hàn ống ortbial Điều này thường đạt được ngay cả trong điều kiện phiền toái tại chỗ. Một phần đáng kể của thiết bị nhà máy cho công nghiệp hóa chất được sản xuất và cài đặt bằng phương pháp hàn quỹ đạo. Bộ máy hóa chất bao gồm ống, bộ trao đổi nhiệt và bộ chuyển đổi được làm bằng chống ăn mòn hoặc kim loại chịu lửa hoặc hợp kim titan, zirconi, niken, crôm, v.v.; đừng quên toàn bộ phạm vi của không gỉ khác nhau các loại thép. Vì tuổi thọ của các cài đặt phụ thuộc trực tiếp vào mức chất lượng của các mối hàn, kiểm soát chặt chẽ và truy xuất nguồn gốc của quá trình hàn được yêu cầu bởi khách hàng, cơ quan kiểm tra và tiêu chuẩn cơ quan chức năng. Để lắp ráp một nhiệt trao đổi, hàng trăm hoặc thậm chí vài ngàn mối hàn không bị lỗi phải được thực hiện, Vì vậy, ở đây hàn quỹ đạo trở thành phải đảm bảo kết quả mong đợi. 14
Hình 9: Hệ thống vận chuyển bằng ống vi sinh trong nhà máy bia được làm từ công nghệ hàn orbital Hình 10: Kích cỡ các đầu hàn orbital của hãng Orbitec *Nhà máy điện hóa thạch và hạt nhân Vì sự an toàn của các nhà máy năng lượng hóa thạch và lò phản ứng hạt nhân toàn bộ phạm vi kỹ thuật nối quỹ đạo được áp dụng: ống với đường kính nhỏ để cảm biến và kiểm soát mục đích phải được kết nối, bộ trao đổi nhiệt và các thành phần khác được sản xuất bằng cách sử dụng ống quỹ đạo để hàn ống, và ống vách dày để hoạt động theo áp suất và nhiệt độ cao phải lắp ráp tại chỗ. Các quy trình hàn và chất lượng mối hàn thường dưới giám sát liên tục của tương ứng chính quyền và các tổ chức bên ngoài, yêu cầu tài liệu đầy đủ và truy xuất nguồn gốc được đảm bảo bằng việc cung cấp thiết bị quỹ đạo với việc thu thập dữ liệu trực tuyếnhệ thống 15
Hình 11: Hàn ống vi sinh trong nhà máy trở nên tiện lợi nhờ công nghệ hàn orbital Để làm sạch, khí có chất lượng cao đã được cấp chứng nhận, sẽ được chuyển đến phòng sạch với thiết bị đo để xác định nồng độ oxy và độ ẩm đến mức phần tỷ (ppb). Máy đo áp suất Magnehelic thường được sử dụng để theo dõi và kiểm soát áp suất khí xông bên trong ống nhỏ trong suốt quá trình hàn trong phòng sạch. Hình 12: Máy đo áp suất Magnehelic 16
Áp lực nhẹ khoảng 25,4mm cột nước có thể được sử dụng để đạt được đường hàn bên trong phẳng với ống 6,3 mm, tuy nhiên, áp lực quá mức có thể dẫn đến mối hàn lõm bên trong ống và lồi bên ngoài hoặc thậm chí có thể thổi ra ngoài vùng hàn. Kết cấu kẹp: Hình 13: Công nhân sử dụng máy hàn orbital trong nhà máy Sự căn chỉnh các thành phần được hàn là nền tảng để hàn thành công các kết cấu trong các ứng dụng đường ống khí. Các cụm này khá phức tạp, bao gồm nhiều van, bộ điều tiết, khớp nối, ống và các bộ phận khác. Với các cụm lắp ráp đơn giản, việc căn chỉnh được cung cấp bởi đầu hàn có thể là đủ, nhưng đối với các cụm phức tạp với van và bộ điều tiết công nghiệp, các hệ thống đỡ thay thế cho các chi tiết cần hàn là cần thiết. Hình 14: Sử dụng công nghệ hàn orbital trong xây dựng hệ thống ống vi sinh Một trong những lý do chính mà một mối hàn quỹ đạo bị từ chối là mối hàn bị lệch và không đồng tâm (cao thấp) khi hàn ống nhỏ (6.3mm, 3.2mm hoặc 12.7mm OD) 17
vào các khớp nối siêu nhỏ microfit. Nếu khớp nối không đồng tâm với ống, mối hàn sẽ bị cong và các bộ phận sẽ không được lắp đúng vị trí, gây ra các vấn đề khi cố gắng lắp các bộ phận còn lại trên dây chuyền. Vì những fitting này khá đắt, nên một số nhà chế tạo đã sử dụng đến việc cắt các mối hàn ở vùng đã bị ảnh hưởng nhiệt sau hàn ( ta gọi là vùng HAZ) và tiện mặt lại mặt cuối của fitting đó để nó có thể được hàn lại vào một ống mới. Rõ ràng, đó là phương án thực tế hơn và ít tốn kém hơn là cố gắng căn chỉnh ngay vị trí đầu tiên. Có nhiều dụng cụ hữu ích để giữ toàn bộ hệ thống đúng vị trí để đảm bảo đúng kết cấu hình học của chúng. Hình 15: Máy đo chiều cao cơ khí Máy đo chiều cao cơ khí, hoặc các giá đỡ phòng thí nghiệm và các thước kẹp có thể được sử dụng để đỡ và căn chỉnh các chi tiết. Một trong những hệ thống thực tế hơn đã được phát triển bởi ICF Inc được gọi là MicroAlign Plate. Nó bao gồm một tấm đế nhôm với các lỗ được tarô ren để có thể căn chỉnh nhiều bộ phận khác nhau. Điều này loại bỏ lực căng từ đầu mối hàn đang gắn ở trung tâm của tấm nhôm để các bộ phận được hàn không bị kéo ra ngoài bởi trọng lượng của các phần còn lại của hệ thống. 18
Hình 16: Sử dụng máy hàn orbital trong nhà máy Kiểm tra các chi tiết hàn nhỏ và toàn bộ hệ thống: Các mối hàn trong dược phẩm và bán dẫn thường được kiểm tra trên ID ống để xác minh rằng chúng đáp ứng các tiêu chí hàn cụ thể cho ứng dụng. Trong khi kiểm tra, mẫu hàn có thể được cắt mở để test. Các mối trong sản xuất thực tế thường được kiểm tra trên ID ống với máy nội soi đường ống. Hình ảnh của mối hàn có thể được chiếu trên màn hình video và có thể được lưu trữ trên bộ nhớ để tham khảo trong tương lai. Hình 17: Sử dụng máy hàn orbital để hàn ống trong nhà máy sản xuất Một bản mô tả bằng văn bản chi tiết các tiêu chí hàn thích hợp cho ngành công nghiệp hoặc ứng dụng cụ thể phải có hiệu lực. Cần nêu lưu ý trong đó là các mẫu hàn 19