Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Công nghệ dệt, may: Ứng dụng mô hình hóa nghiên cứu quá trình quấn ống và mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của tóm tắt luận án "Ứng dụng mô hình hóa nghiên cứu quá trình quấn ống và mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống" là xây dựng mô hình quấn ống để nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm sợi quấn ống; xác định ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm sợi; ứng dụng mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống trên cơ sở thông số công nghệ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Công nghệ dệt, may: Ứng dụng mô hình hóa nghiên cứu quá trình quấn ống và mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN ĐỨC TRUNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÓA NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUẤN ỐNG VÀ MẠNG ANN DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SỢI QUẤN ỐNG Ngành: Công nghệ Dệt, may Mã số: 9540204 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY Hà Nội – 2024
Công trình được hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. CHU DIỆU HƯƠNG TS. ĐÀO ANH TUẤN Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1. Tran Duc Trung, Chu Dieu Huong, Dao Anh Tuan (2021). Research on new modeling of winding process for controlling yarn package pressure on grooved drum. AUN/SEED-Net Joint Regional Conferences in Transportation, Energy and Mechanical Manufacturing Engineering - RCTEMME 2021. ISBN: 978-604-316-806-8. 2. Tran Duc Trung, Chu Dieu Huong, Dao Anh Tuan (2022). Influence of some winding parameters on hairiness of yarn after winding process. Fibres and Textiles Volume 29 issue 4, pp 29-37, December 2022. DOI: 10.15240/tul/008/2022-4-004, indexed in SCOPUS ISSN1335 - 0617(ISSN2585 - 8890). 3. Trần Đức Trung, Đào Anh Tuấn, Chu Diệu Hương (2023). Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quấn ống đến một số thông số chất lượng sợi sau quân sống. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Tập 59- Số 2B (4/2023). P-ISSN 1859-3585, E-ISSN 2616-9619, pp 105-108. https//doi.org/10.57001/ huih5804.2023.089. 4. Trung Tran Duc, Tuan Dao Anh*, Huong Chu Dieu* (2023), Study on the change of some yarn quality charateristics after winding. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Số 37/tháng 3-2023, pp 97-102. ISSN 2354- 0575. 5. Trần Đức Trung1, Chu Diệu Hương1*, Đào Anh Tuấn2 (2023), Effect of Technological Winding Parameters on Yarn Package Density. Hội nghị Khoa học và Công nghệ toàn quốc về cơ khí lần thứ VII - NCSME 2023, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (đã được chấp nhận đăng). 6. Trung Tran Duc, Tuan Dao Anh and Huong Chu Dieu (2023), Predicton of the increase in yarn unevenness aften winding process using statistical and artificial neural network models. Fibres and Textiles Volume 30 issue 5, pp 03 ÷ 10, December 2023. DOI: 10.15240/tul/008/2023-5-001, indexed in SCOPUS ISSN1335 - 0617 (ISSN 2585 - 8890).
A. THÔNG TIN CHUNG VỀ LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết của đề tài. Sản phẩm của công nghệ kéo sợi nồi cọc là các ống sợi con có khối lượng nhỏ nên phải qua quấn ống mới có thể qua các công đoạn tiếp trong nhà máy dệt. Chất lượng sản phẩm (CLSP) sợi quấn ống ảnh hưởng đến chất lượng các bán thành phẩm và năng suất các máy sau quấn ống. CLSP sợi quấn ống tại các doanh nghiệp chưa được như mong muốn do còn thiếu nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố về nguyên liệu và công nghệ đến CLSP sợi, việc điều chỉnh các thông số công nghệ theo kinh nghiệm là chủ yếu. Để có cơ sở đề ra các biện pháp nâng cao CLSP sợi và sử dụng hiệu quả các máy ống hiện đại cần nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các thông số công nghệ đến CLSP sợi, xác định các thông số tối ưu, dự báo được CLSP sợi trước khi sản xuất. Để đạt được mục tiêu này, thực hiện đề tài "Ứng dụng mô hình hóa nghiên cứu quá trình quấn ống và mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống" là rất cần thiết. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng mô hình quấn ống để nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến CLSP sợi quấn ống. - Xác định ảnh hưởng của thông số công nghệ đến CLSP sợi. - Ứng dụng mạng ANN dự báo CLSP sợi quấn ống trên cơ sở thông số công nghệ. 3. Ý nghĩa khoa học của đề tài luận án - Đã áp dụng phương pháp mô hình hóa, đề xuất mô hình quấn ống là mô hình vật lý tương tự tạo cơ sở khoa học thuận lợi cho việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số công nghệ điển hình (Vận tốc quấn ống, tải trọng đặt vào đĩa ma sát của bộ điều tiết sức căng, khoảng cách giữa ống sợi con và khuyết dẫn sợi và lực ép của búp sợi lên ống khía) đến 3 đặc trưng chất lượng (mức thay đổi độ không đều, mức thay đổi độ xù lông của sợi , mật độ quấn búp sợi) của sản phẩm sợi quấn ống. - Các mô hình toán đã xác lập thể hiện mối liên quan giữa 4 thông số công nghệ và 3 đặc trưng CLSP sợi quấn ống là cơ sở khoa học để xác định các thông số tối ưu nhằm đạt được mức CLSP sợi quấn ống theo yêu cầu. - Đã áp dụng thành công mạng nơ ron nhân tạo (ANN) để dự báo CLSP sợi quấn ống trên cơ sở đầu vào là 4 thông số công nghệ. Kết quả dự báo đã được so sánh với dự báo bằng các hàm hồi qui (HHQ) 1
cho thấy, phương pháp dự báo bằng ANN đạt độ tin cậy và chính xác cao hơn dự báo bằng các HHQ. - Đề tài luận án là một tài liệu khoa học góp phần làm phong phú lý thuyết về quấn ống, tạo cơ sở để phát triển các nghiên cứu tiếp theo tính toán, thiết kế, chế tạo một thiết bị tự động điều khiển 4 thông số công nghệ nhằm đạt được mức CLSP sợi quấn ống theo yêu cầu. 4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài luận án - Nghiên cứu quá trình quấn ống bằng phương pháp mô hình hóa đã giảm được giá thành và thời gian nghiên cứu, việc nghiên cứu không gây nguy hiểm cho người và thiết bị, không ảnh hưởng đến sản xuất và phù hợp trong điều kiện Việt Nam. - Việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số công nghệ đã đề cập đến CLSP sợi quấn ống có ý nghĩa thực tiễn bởi, đây là 4 thông số công nghệ điển hình, có thể kiểm tra và điều chỉnh được khi chất lượng sợi cấp cho máy ống hoặc yêu cầu về CLSP sợi quấn ống thay đổi. - Phương pháp dự báo CLSP sợi quấn ống bằng mạng ANN trước khi sản xuất bảo đảm đạt độ tin cậy và chính xác cao, góp phần giảm chi phí sản xuất và định hướng sử dụng có hiệu quả sản phẩm sợi quấn ống ở các công đoạn sau quấn ống. - Luận án là tài liệu tham khảo bổ ích cho các Viện nghiên cứu, trường Đại học có đào tạo chuyên ngành sợi, dệt, doanh nghiệp đang sử dụng các máy ống có cơ sở để đề ra các biện pháp nâng cao CLSP sợi quấn ống đáp ứng yêu cầu thị trường sợi chất lượng cao trong điều kiện hiện nay. 5. Những điểm mới của luận án - Mô hình quấn ống đã phát triển thuộc loại mô hình vật lý tương tự, trong đó có cơ cấu cân bằng lực ép của búp sợi lên ống khía. Đây là điểm mới so với các mô hình quấn ống trước đó, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số quấn ống điển hình (trong đó có thông số lực ép của búp sợi lên ống khía) đến CLSP sợi quấn ống. - Đã xác lập được các mô hình toán thể hiện mối liên quan giữa 4 thông số công nghệ và 3 đặc trưng CLSP sợi quấn ống, chỉ ra được thông số vận tốc quấn ống ảnh hưởng lớn nhất đến CLSP sợi khi quấn ống 3 loại sợi Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1 COCM. - Lần đầu tiên ở Việt Nam áp dụng mạng nơ ron nhân tạo (ANN) để dự báo CLSP sợi quấn ống. Kết quả dự báo đã được so sánh với 2
phương pháp dự báo truyền thống bằng các mô hình toán (HHQ) cho thấy, dự báo bằng ANN bảo đảm độ tin cậy và chính xác cao hơn dự báo bằng HHQ. 6. Kết cấu của luận án Luận án gồm 3 chương, 150 trang, 157 tài liệu tham khảo, 111 hình vẽ, 32 bảng số liệu và 12 phụ lục. B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU - Đã khái quát được các đặc trưng CLSP sợi quấn ống và ý nghĩa, các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến CLSP sợi, ứng dụng mô hình hóa và mô phỏng để nghiên cứu quá trình quấn ống, dự báo CLSP sợi, dệt bằng các hàm hồi qui (HHQ) và mạng ANN. - Các mô hình quấn ống đã xây dựng thuộc loại mô hình vật lý tương tự, được cấu tạo bởi các bộ phận chủ yếu của một máy ống thực, bảo đảm cho quá trình quấn ống xảy ra trên mô hình tương đương với quá trình trên máy ống thực. Tuy vậy, các mô hình đã xây dựng chưa được kết nối với cơ cấu cân bằng lực ép của búp sợi lên ống khía nên việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của một số thông số công nghệ (trong đó có thông số lực ép) đến CLSP sợi quấn ống còn chưa được đề cập. - Mạng ANN đã được ứng dụng để dự báo CLSP sợi, dệt may, kết quả dự báo đạt độ chính xác cao hơn dự báo bởi các HHQ. Việc ứng dụng ANN để dự báo trong các lĩnh vực dệt kim, không dệt và kiểm soát quá trình xử lý vải còn ít nhất là, dự báo CLSP sợi quấn ống còn chưa được đề cập. Chương 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nội dung nghiên cứu 1. Nghiên cứu xây dựng mô hình quấn ống, xác định và kiểm tra thông số của mô hình. 2. Xác định ảnh hưởng của thông số công nghệ đến CLSP sợi quấn ống. 3. Nghiên cứu ứng dụng mạng ANN dự báo CLSP sợi quấn ống trên cơ sở một số thông số công nghệ. 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là mối quan hệ giữa một số thông số công nghệ và đặc trưng chất lượng của sản phẩm sợi quấn ống khi quấn ống 3
ba loại sợi: Sợi chải thô Ne 31/1 CVCD (60% cotton, 40% PES), sợi chải kỹ Ne 30/1 CVCM (60% cotton, 40% PES), sợi chải kỹ Ne 30/1 COCM (100% cotton) do nhà máy sợi Vinatex Nam Định sản xuất. Phạm vi nghiên cứu: Tập trung nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số điển hình: Vận tốc quấn ống, tải trọng đặt vào đĩa ma sát của bộ điều tiết sức căng, khoảng cách giữa ống sợi con và khuyết dẫn sợi và lực ép của búp sợi lên ống khía đến CLSP sợi khi quấn ống 3 loại sợi đã nêu. 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Nghiên cứu tài liệu và khảo sát thực tế 2.3.2. Xây dựng mô hình quấn ống Mô hình quấn ống được xây dựng phải là một mô hình vật lý tương tự, được cấu tạo bởi các bộ phận chính của máy ống, có kết nối với cơ cấu cân bằng lực ép của búp sợi lên ống khía để bảo đảm quá trình quấn ống xảy ra trên mô hình tương đương với quá trình xảy ra trên máy ống thực, dễ dàng điều chỉnh các thông số công nghệ , có giá thành hạ và có kích thước nhỏ để có thể đặt trong PTN. 2.3.3. Phương pháp thực nghiệm kiểm tra lực ép của búp sợi lên ống khía Sử dụng film đo áp lực PRESCALE của tập đoàn FUJIFILM Nhật Bản để xác định áp lực của búp sợi lên ống khía. Khi có áp lực tác dụng lên phim, các viên nang siêu nhỏ của chất tạo màu sẽ bị phá vỡ, chất tạo màu được hấp thụ bởi chất hiện màu, phản ứng hóa học đã xảy ra, màu đỏ trên phim sẽ xuất hiện, so sánh màu trên phim với mẫu màu chuẩn để xác định mật độ màu, sử dụng biểu đồ tham chiếu (mật độ màu - áp lực) tương ứng với điều kiện trong phòng thí nghiệm sẽ xác định được áp lực của búp sợi lên ống khía. Từ giá trị áp lực, sẽ xác định được lực ép của búp sợi lên ống khía. Đo áp lực bằng phim đo áp lực đơn giản, dễ thực hiện, sai số dưới 10%. 2.3.4. Phương pháp thử nghiệm xác định một số đặc trưng chất lượng của sản phẩm sợi quấn ống 2.3.4.1. Sơ đồ thử nghiệm xác định chất lượng sợi trước/sau quấn ống (hình 2.8). 4
Hình 2.8. Sơ đồ thử nghiệm xác định chất lượng sợi trước/sau quấn ống 2.3.4.2. Phương pháp xác định độ không đều, khuyết tật và độ xù lông của sợi trước/sau quấn ống Sử dụng máy Uster Tester 5 để đo: Độ không đều, khuyết tật, độ xù lông của sợi. Đo theo tiêu chuẩn ASTM D1425/D1 1425M-14 (2020) và được thực hiện trên cùng một mẫu thử. 2.3.4.3. Phương pháp xác định độ bền, độ giãn, độ xoắn, độ nhỏ và trạng thái bề mặt sợi trước/sau quấn ống Máy Uster Tensorapid/Tensojet 3 (Thụy Sĩ) và tiêu chuẩn đo ISO 2062 (Phương pháp B) được sử dụng để đo độ bền, độ giãn của sợi.Thiết bị đo độ xoắn SDL220B của hãng Shirley (Anh) và tiêu chuẩn ASTM 1422/1422M-13 (20) được sử dụng để đo độ xoắn của sợi. Độ nhỏ của sợi đo theo tiêu chuẩn ASTM D 1907/D1907M 13(18) (Dùng lựa chọn 1) trên các thiết bị thông thường: guồng sợi Salo để đo chiều dài sợi, cân phân tích điện tử Mettler AE 240 để do khối lượng sợi, phạm vi đo 0 ÷ 220 g, độ chính xác 0,01 g. Trạng thái bề mặt sợi được xác định bởi kính hiển vi quang học Leica, độ phóng đại 60 lần. 2.3.4.4. Phương pháp xác định độ cứng và mật độ quấn búp sợi Độ cứng búp sợi được đo bởi thiết bị đo độ cứng HP-5 310- 06248 của hãng Hans Schmidt (Đức). Mật độ quấn búp sợi Y được xác định bằng thực nghiệm kết hợp với tính toán. 2.3.4.5. Áp dụng qui hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 Trên cơ sở kế thừa các nghiên cứu về quấn ống, khảo sát quấn ống các loại sợi thông thường ở doanh nghiệp, bốn thông số công nghệ điển hình có thể kiểm tra và điều khiển được, ảnh hưởng nhiều đến CLSP sợi quấn ống (Vận tốc quấn ống Z1, tải trọng đặt vào đĩa ma sát bộ sức căng Z2, khoảng cách giữa ống sợi con và khuyết dẫn 5
sợi Z3 và lực ép của búp sợi lên ống khía Z4) và khoảng biến đổi của chúng đã được chọn để nghiên cứu ( bảng 2.1). Bảng 2.1. Giá trị trung tâm và khoảng biến đổi của các thông số công nghệ Giá trị thực Giá trị mã hóa Thông số Z3 Z4 Z1 (m/min) Z2 (cN) x1 x2 x3 x4 (cm) (N) Cận trên 1200 30 18 21 +1 +1 +1 +1 Mức cơ sở Zj0 900 20 14 14 0 0 0 0 Cận dưới 600 10 10 7 -1 -1 -1 -1 Khoảng biến thiên 300 10 4 7 - - - - ΔZj Phương trình hồi quy được chọn cho các biến mã hóa có dạng tổng quát: Y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b4x4 + b12x1x2 + b13x1x3 + b14x1x4 + b23x2x3 + b24x2x4 + b34x3x4 + b11x12 + b22x22 + b33x32 + b44x42 Lập ma trận thí nghiệm với số biến k = 4 (tương ứng với 4 thông số công nghệ), số thí nghiệm ở tâm n0 = 1 và triển khai N phương án thí nghiệm: N = 2k + n0 +2k = 25. Tính và kiểm tra các hệ số của phương trình hồi qui theo tiêu chuẩn Student, kiểm định sự phù hợp của phương trình hồi quy với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher F. Nếu F < Fp(f1, f2) => Mô hình phù hợp. 2.3.4.6. Phương pháp xác định một số thông số công nghệ tối ưu Trên cơ sở các phương trình hồi quy đã xác lập, với sự trợ giúp của phần mềm Design Expert 11 sẽ xác định được một số thông số tối ưu từ quan điểm đạt được mức CLSP sợi theo yêu cầu và hiệu suất quấn ống trên 85%. 2.3.5. Áp dụng mạng ANN dự báo CLSP sợi quấn ống Lựa chọn cấu trúc mạng ANN, huấn luyện mạng ANN theo giải thuật lan truyền ngược lỗi, tính sai số truyền ngược, cập nhật trọng số, lựa chọn tập mẫu học và mẫu kiểm tra mạng ANN, đánh giá kết quả dự báo của mạng dựa trên 3 thông số hiệu suất: R2 (Hệ số xác định), MSE (Sai số trung bình bình phương), MAE (Sai số trung bình tuyệt đối. Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 3.1. Kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình quấn ống, xác định và kiểm tra thông số của mô hình 3.1.1. Nghiên cứu xây dựng mô hình quấn ống Mô hình quấn ống có nguyên lý trên hình 3.1. Sợi 10 tháo từ ống sợi con 9, qua khuyết dẫn giảm ba lông 11, bộ điều tiết sức căng 12, cắt lọc sợi 13, khuyết dẫn 14, ống khía 7 rồi quấn lên búp sợi 8. 6
Hình 3.1. Nguyên lý mô hình quấn ống Búp sợi quay được là do ma sát với ống khía, ống khía có nhiệm vụ truyền động cho búp sợi và rải sợi dọc theo chiều cao búp sợi do sợi lọt vào rãnh xoắn của ống khía. Búp sợi 8 được đỡ bởi giá đỡ 1, nhánh ngắn của giá đỡ 1 được nối với cần pittông 2 gắn với pittông chuyển động trong xi lanh khí 4. Đòn hai nhánh 5, đầu có con lăn luôn tiếp xúc với tấm chặn 3 gắn chặt trên cần pittông 2, đầu kia của đòn 5 được liên hệ với lò xo 6. Cơ cấu cấu cân bằng lực ép của búp sợi lên ống khía (2, 3, 4, 5, 6) tạo được lực ép theo yêu cầu và giữ được lực ép không đổi khi quấn búp sợi.Mô hình quấn ống đã được thiết kế, chế tạo có sự phối hợp của Bộ môn Công nghệ chế tạo máy Khoa cơ khí Đại học Bách Khoa Hà Nội, bản thiết kế trong phụ lục PL1. 3.1.2. Xác định và điều chỉnh vận tốc quấn ống Hình 3.2. Sơ đồ truyền động cho búp sợi 1. Bộ biến tần, A. Nút điều chỉnh tần số, B. Màn hình của bộ biến tần, 2. Mô tơ, M. Puli trên trục mô tơ, O. Puli trên trục ống khía, 3. Ống khía, 4. Búp sợi côn Từ sơ đồ truyền động (hình 3.2), vận tốc quấn ống trung bình Z1 được xác định theo công thức: 7
Z1  V02  Vr2 (m/phút) (3.2) V0   .D0 .n0 .Kc ' ; Vr  htb .n0 Trong đó: V0: Vận tốc bề mặt (vận tốc vòng) của búp sợi (m/phút) n0: Vận tốc quay của ống khía (vòng/phút) D0: Đường kính ống khía (D0 = 0,082 m) htb: Bước xoắn trung bình của ống khía (htb = 0,05 m) Kc': Hệ số trượt giữa búp sợi và ống khía (Kc' = 0,95) Vr: Vận tốc rải sợi (m/phút) Thay các giá trị đã biết vào (3.2) ta xác định được Z1 như sau: Z1  n0  .D .K   h 0 ' c 2 tb  0, 249.n0 (3.3) Căn cứ vào tỷ số truyền động từ trục mô tơ đến trục ống khía sẽ xác định được nM: nM   Db  h  .n0 (3.4)  DM  h  .Kc Trong đó: nM: Vận tốc quay của trục mô tơ (vòng/phút) Kc: Hệ số tổn thất do độ trượt của truyền động đai (Kc = 0,99) Db: Đường kính puli trên trục ống khía đã thiết kế (Db = 30,5 mm) DM: Đường kính puli trên trục mô tơ (DM = 73 mm) h: Độ sâu của Puli (h = 7 mm) Thay các giá trị vào (3.4) ta có: nM = 0,359.n0 (vòng/phút) (3.5) hay nM  f M .60 (vòng/phút) fM: Tần số của chuyển động tròn (vòng/s) được điều chỉnh qua nút A trên bộ biến tần. Như vậy, muốn có Z1 phải tính toán và điều chỉnh n0, nM, fM theo các công thức (3.3; 3.4; 3.5). Kết quả tính toán để điều chỉnh các thông số nhằm đạt được vận tốc quấn ống Z1 theo yêu cầu nghiên cứu trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Kết quả tính toán Z1, n0, nM, fM Vận tốc quấn ống Vận tốc quay của ống Vận tốc quay của trục Tần số fM Z1 (m/phút) khía n0 (vòng/phút) mô tơ nM (vòng/phút) (vòng/s) 476 1911,6 686,3 11,4 600 2409,6 865,0 14,4 700 2811,2 1009,2 16,8 800 3212,8 1153,4 19,2 8
900 3614,4 1297,5 21,6 1000 4016,1 1441,7 24,0 1200 4819,2 1730,1 28,8 1324 5317,2 1909,8 31,8 3.1.3. Xác định và điều chỉnh lực ép của búp sợi lên ống khía 3.1.3.1. Thiết lập phương trình tính lực ép Lực ép của búp sợi lên ống khía F được xác định theo phương trình: Mr  Mc  Mv F (N) (3.10) xr Hình 3.3. Phân tích lực tác dụng lên các chi tiết của mô hình quấn ống O. Ống khía, b. Búp sợi Xác định khoảng cách xr từ O2 đến F: 2  l 2  l 2  ( R  r )2  (3.11) xr  l2   2 1 2   2 R  r   Hình 3.4. Xác định khoảng cách xr 1: Ống khía, 2: Búp sợi R: Bán kính ống khía (R = 0,041 m) r: Bán kính búp sợi (m) l1: Chiều dài giá đỡ búp sợi (l1 = 0,25 m) l2: Khoảng cách từ O2 đến tâm ống khía (l2 = 0,3 m) Mr: Mô men do tải trọng Fr của giá đỡ búp sợi tạo ra. Mc:Mô men do trọng lực Fc của búp sợi tạo ra khi búp sợi có bán kính r. Mv: Mô men cân bằng lực ép của búp sợi lên ống khía do cơ cấu cân bằng lực lực ép tạo ra. 9
Mô men do lực F của búp sợi lên ống khía tạo ra (Mp = F.xr) Xác định góc αr tạo bởi mặt phẳng nằm ngang và giá đỡ búp sợi khi búp sợi có bán kính r. Từ công thức tính góc của tam giác O2AB trên hình 3.5 ta có: l12  l2   R  r  2 2 Cos(1   r )  (3.12) 2.l1.l2 Hình 3.5. Xác định góc αr O - Ống khía, b - Búp sợi α1 = 310 (góc tạo bởi mặt phẳng nằm ngang và O2B, là góc thiết kế của mô hình), l1 = 0,25 m, l2 = 0,3 m, R = 0,041 m. Khi quấn búp sợi đến bán kính r = 0,081 m, cos (α1 - αr) = 0,9205 => α1 - αr = 230. Vậy αr = 310 - 230 = 80. 3.1.3.2. Xác định lực ép khi mô men cân bằng lực ép Mv = 0 Kết quả tính toán cho thấy, khi không có sự tham gia của cơ cấu cân bằng lực ép (Mv = 0), sẽ không giữ được lực ép không đổi khi bán kính búp sợi tăng. Lúc mới bắt đầu quấn búp sợi F = 12,01 N, khi búp sợi có bán kính r = 0,081 m, lực F = 17,61 N. Lực ép tăng theo bán kính (khối lượng búp sợi). 3.1.3.3. Xác định lực ép khi mô men cân bằng lực ép Mv ≠ 0 Khi có sự tham gia của cơ cấu cân bằng lực ép, cần tính toán để điều chỉnh cơ cấu đạt được lực F theo yêu cầu (Bảng 3.2). Bảng 3.2. Các thông số của cơ cấu cân bằng lực ép cần cho 25 phương án thí nghiệm F (N) Fr (N) B (N) S (N) ∆l (mm) Các phương án thí nghiệm 4,1 19,0 0 15,67 148,0 25 7,0 19,0 0 9,90 93,4 1, 2, 3, ,4, 5, 6, 7, 8 14,0 24,0 5,0 2,36 22,3 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 21,0 34,0 15,0 2,57 24,2 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 23,9 41,5 22,5 4,71 44,4 24 Trong đó: F: Lực ép của búp sợi lên ống khía cần có (N) ∆l: Độ giãn của lò xo cần điều chỉnh để có S (mm) 10
S: Lực kéo của lò xo cần phải có (N) Fr: Tải trọng ban đầu của giá đỡ búp sợi (19 N) B: Tải trọng bổ sung đặt vào giá đỡ búp sợi để có lực ép F (N) Như vậy, để có được lực F của búp sợi lên ống khía theo yêu cầu cần điều chỉnh lực kéo (độ giãn) của lò xo cùng với tải trọng và tải trọng bổ sung (nếu cần) của giá đỡ búp sợi phù hợp là có thể đạt được. 3.1.4. Kiểm tra thông số của mô hình Đã sử dụng phim đo áp lực PRESCALE của Tập đoàn FUJIFILM (Nhật Bản) để đo áp lực của búp sợi lên ống khía. Bảng 3.3. Kết quả xác định áp lực và lực ép bằng thực nghiệm Thông số Giá trị D 0,131 0,150 0,175 0,368 0,401 p (MPa) 0,023 0,039 0,077 0,117 0,131 F (N) 4,10 7,0 14,0 21,0 23,9 Ft (N) 4,47 7,70 15,05 22,80 25,45 ∆F (%) 9,02 10,0 7,5 8,57 6,5 Trong đó: D - Mật độ màu trên biểu đồ tham chiếu, p - Áp lực trung bình của búp sợi lên ống khía (MPa = N/mm2), F - Lực ép tính toán, Ft - Lực ép trung bình xác định bằng thực nghiệm, ∆F - mức chênh lệch của lực ép xác định bằng thực nghiệm so với tính toán. Kết quả cho thấy, lực ép xác định bằng thực nghiệm Ft chỉ tăng so với tính toán F ở mức từ 6,5% ÷ 10%. Vận tốc quấn ống được kiểm tra bằng cách xác định thời gian thực tế t (bao gồm thời gian nối sợi đứt, thay ống sợi con và quấn ống xong 20 ống sợi con có chiều dài sợi L), vận tốc quấn ống Z1 = L/t, kết quả kiểm tra so với tính toán chỉ sai lệch dưới 9%. 3.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của thông số công nghệ đến CLSP sợi quấn ống 3.2.1. Xác định ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến CLSP sợi 3.2.1.1 Xác định và phân tích hình ảnh bề mặt sợi Quấn ống trong điều kiện: Vận tốc quấn ống: 600, 900, 1200 m/ph, tải trọng đặt vào đĩa ma sát bộ sức căng 10 cN, khoảng cách giữa ống sợi con và khuyết dẫn sợi 10cm, lực ép của búp sợi lên ống khía 7N với 3 loại sợi quấn trên cùng một loại ống sợi con (48 g/ống): Sợi chải thô Ne 31/1 CVCD (60% cotton, 40% PES), sợi chải kỹ Ne 30/1 CVCM (60% cotton, 40% PES), sợi chải kỹ Ne 30/1 COCM (100% cotton). Hình ảnh bề mặt các mẫu sợi trước và sau quấn ống với vận tốc 1200 m/phút được xác định bởi kính hiển vi quang học Leica DM 500, độ phóng đại 60 lần trên các hình 3.6. 11
O. Sợi trước quấn ống B. Sợi sau quấn ống a b c d e f Hình 3.6. Hình ảnh trạng thái bề mặt sợi trước và sau quấn ống O. Sợi trước quấn ống (a. Sợi Ne 31/1 CVCD, c. Sợi Ne 30/1 CVCM, e. Sợi Ne 30/1 COCM) B. Sợi sau quấn ống (b. Sợi Ne 31/1 CVCD, d. Sợi Ne 30/1 CVCM, f. Sợi Ne 30/1 COCM) Hình 3.7. Biểu đồ khối lượng của các mẫu sợi trước và sau quấn ống O. Sợi trước quấn ống (a. Sợi Ne 31/1 CVCD, c. Sợi Ne 30/1 CVCM, e. Sợi Ne 30/1 COCM) B. Sợi sau quấn ống (b. Sợi Ne 31/1 CVCD, d. Sợi Ne 30/1 CVCM, f. Sợi Ne 30/1 COCM) 12
Biểu đồ khối lượng (Diagram Mass) của các mẫu sợi trước và sau quấn ống với vận tốc quấn ống 1200m/phút được xác định bởi máy Uster Tester 5 trên hình 3.7. Kết quả cho thấy vế mặt định tính: Độ xù lông, độ không đều, khuyết tật IPI của sợi sau quấn ống đều có xu hướng tăng so với trước quấn ống. 3.2.1.2. Xác định sự thay đổi chất lượng sợi sau so với trước quấn ống Hình 3.8. Chất lượng sợi Ne 31/1 CVCD sau quấn ống (B) thay đổi so với trước quấn ống (O) a. Độ không đều U%; b. Hệ số biến sai CV%; c. Khuyết tật IPI; d. Độ xù lông H Hình 3.9. Chất lượng sợi Ne 30/1 CVCM sau quấn ống (B) thay đổi so với trước quấn ống (O) a. Độ không đều U%; b. Hệ số biến sai CV%; c. Khuyết tật IPI; d. Độ xù lông H 13
Hình 3.10. Chất lượng sợi 30/1 COCM sau quấn ống (B) thay đổi so với trước quấn ống (O) a. Độ không đều U%; b. Hệ số biến sai CV%; c . Khuyết tật IPI; d. Độ xù lông H Biểu đồ trên các hình 3.8 ÷ 3.10 cho thấy, giá trị các thông số chất lượng sợi sau quấn ống B (Vq = 1200m/phút) đều cao hơn so với trước quấn ống O (Vq = 0). Mức tăng của các thông số chất lượng sợi thay đổi theo vận tốc quấn ống trong bảng 3.8. Bảng 3.8. Mức thay đổi các thông số chất lượng sợi sau quấn ống so với trước quấn ống 3.2.2. Xác định ảnh hưởng đồng thời của một số thông số công nghệ đến CLSP sợi 3.2.2.1. Ma trận thí nghiệm Để xác định các mô hình toán thể hiện mối liên quan giữa 4 thông số công nghệ và 3 đặc trưng CLSP sợi quấn ống đã áp dụng phương 14
pháp qui hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 và thực hiện các bước như: xác định khoảng biến đổi và mã hóa các các thông số công nghệ, lập ma trận thí nghiệm và triển khai 25 phương án thí nghiệm. 3.2.2.2. Thiết lập các phương trình hồi qui Trên cơ sở kết quả thí nghiệm, với sự trợ giúp của phần mềm Design Expert đã tính toán và kiểm tra các hệ số của phương trình hồi qui theo tiêu chuẩn Student. Sau khi loại bỏ các hệ số không có ý nghĩa, thu được các phương trình hồi qui về mức tăng độ không đều ∆U%, mức tăng độ xù lông ∆H% và mật độ quấn búp sợi Y (g/cm3) với các biến mã hóa như trong bảng 3.12. Bảng 3.12. Các phương trình hồi quy của ∆U%, ∆H% và Y của 3 loại sợi STT Loại sợi Phương trình hồi quy Hệ số R2 ∆U1 = 3,7424 + 1,4229x1 + 0,5408x2 + 0,5182x3 + 0,8703 0,3181x4 - 0,1831x1x2 + 1,1056x3x4 Ne 31/1 ∆H1 = 29,3262 + 2,4677x1 + 1,2361x2 + 1,0265x3 + 1 0,8773 CVCD 1,1584x4 + 0,7910x2x4 + 3,0637x3x4 Y1 = 0,5503 + 0,0519x1 + 0,025x2 +0,0193x4 - 0,924 0,0179x1x3 - 0,0168x22 - 0,0183x42 ∆U2 = 3,9952 + 1,2339x1 + 0,7221x2 + 0,5688x3 + 0,8733 0,6318x4 + 0,2994x2x4 + 1,4831x3x4 ∆H1 = 29,3262 + 2,4677x1 + 1,2361x2 + 1,0265x3 + Ne 30/1 0,9184 2 1,1584x4 + 0,7910x2x4 + 3,0637x3x4 CVCM Y2 = 0,5601 + 0,0485x1 + 0,0215x2 + 0,0084x3 + 0,0139x4 - 0,0099x1x2 - 0,0171x1x3 +0,0084x2x3 - 0,937 0,0188x22 ∆U3 = 2,2396 + 0,6996x1 + 0,3927x2 + 0,3100x3 + 0,8986 0,2966x4 - 0,1394x2x3 + 0,2869x2x4 + 0,7994x3x4 ∆H3 = 27,1439 + 2,5464x1 + 1,0972x2 + 0,5560x3 - NE 30/1 0,9239 3 0,3180x1x2 - 0,3618x1x3 + 0,7785x1x4 COCM Y3 = 0,4967 + 0,0331x1 + 0,0154x2 + 0,0058x3 + 0,0108x4 - 0,0095x1x2 - 0,0121x1x3 - 0,0093x2x4 - 0,918 0,0064x3x4 - 0,0142x22 3.2.2.3. Kiểm tra sự phù hợp của phương trình hồi qui với thực nghiệm 2 Tính phương sai dư Sdu và chuẩn số Fisher F, so sánh, nếu F < Fp(f1, f2), kết luận phương trình hồi qui phù hợp. 3.2.2.4. Phân tích ảnh hưởng của thông số công nghệ đến CLSP sợi 15
Bốn thông số công Z1, Z2, Z3, Z4 đều có ảnh hưởng đến sự thay đổi CLSP sợi, thông số Z1 có ảnh hưởng lớn nhất bởi hệ số b1 có giá trị lớn nhất trong các phương trình hồi qui. 3.2.2.5. Xác định thông số công nghệ tối ưu cho mỗi loại sợi Đã triển khai nghiên cứu thực nghiệm với vận tốc quấn ống Z1 khác nhau, Z2 = 20 cN, Z3 = 14 cm, Z4 = 14 N, quấn ống 20 ống sợi con, mỗi ống sợi con có khối lượng m0 = 48g, xác định độ đứt sợi trung bình P0 và tính toán hiệu suất quấn ống η có xét đến ảnh hưởng của độ đứt sợi. Kết quả trong bảng 3.17 cho thấy, quấn ống với vận tốc thấp 13,3m/s (800m/ph), đạt được hiệu suất cao 89,17% và quấn ống với vận tốc cao 20m/s (1200m/ph), đạt được hiệu suất thấp 67,72% sẽ không đạt được năng suất thực tế của máy ống cao. Bảng 3.17. Kết quả xác định P0 và η khi vận tốc quấn ống thay đổi đối với 3 loại sợi Độ đứt sợi Vận tốc quấn ống Z1 (m/s) P0 (lần/ống) Sợi Hiệu suất η 10 13,3 16,6 20 (%) Sợi Ne 31/1 P0 0 1,3 1,5 5,0 CVCD η 96,18 89,17 85,86 67,72 Sợi Ne 30/1 P0 0 1,1 1,3 4,5 CVCM η 96,05 89,72 86,45 73,04 Sợi Ne 30/1 P0 0 1,2 1,4 4,8 COCM η 96,05 89,28 85,95 71,74 Bởi vậy, đối với 3 loại sợi trong nghiên cứu này, quấn ống với vận tốc 16,6m/s (1000 m/ph) là hợp lý nhất, khi đó hiệu suất quấn ống sẽ đạt được trên 85%. Bảng 3.18. Kết quả xác định thông số tối ưu để đạt được mức tăng độ xù lông nhỏ nhất Z1 Z2 Z3 Z4 ∆H Sợi x1 x2 x3 x4 (m/ph) (cN) (cm) (cN) (%) Ne 31/1 0,333 -1 -1 1 1000 10 10 21 25,18 CVCD Ne 30/1 0,333 -1 -1 1 1000 10 10 21 26,38 CVCM Ne 30/1 0,333 -1 -1 -1 1000 10 10 7 26,30 COCM 16
Bảng 3.19. Kết quả xác định thông số tối ưu để đạt được mức tăng độ không đều nhỏ nhất Z1 Z2 Z3 Z4 ∆U Sợi x1 x2 x3 x4 (m/ph) (cN) (cm) (cN) (%) Ne 31/1 0,333 -1 -1 1 1000 10 10 21 2,43 CVCD Ne 30/1 0,333 -1 -1 1 1000 10 10 21 1,96 CVCM Ne 30/1 0,333 -1 -1 1 1000 10 10 21 0,84 COCM Kết quả thực nghiệm kiểm chứng và tính toán với các thông số tối ưu đã cho thấy, mức tăng độ xù lông xác định bằng thực nghiệm sai lệch so với tính toán ± 6%, sai lệch về mức tăng độ không đều ở mức ± 7,1%. Bảng 3.20. Kết quả xác định thông số tối ưu để đạt yêu cầu về mật độ quấn búp sợi Y ở mức dưới 0,6g/cm3 Z1 Z2 Z3 Z4 Y Yk Sợi x1 x2 x3 x4 (m/ (cN) (cm) (N) (g/cm3) (g/cm3) ph) Ne - 31/1 0,333 0,5445 1 1000 25,4 18 7,2 0,534 0,562 0,9757 CVCD Ne 30/1 0,333 -1 1 -1 1000 10 18 7 0,519 0,542 CVCM Ne - 30/1 0,333 0,1034 - 0,5707 1000 21,1 11,7 10,5 0,501 0,529 0,5059 COCM Trong bảng 3.17 ÷ 3.19 thông số Zj = xj.∆Zj + Zj0. Kết quả thực nghiệm kiểm chứng với các thông số tối ưu xác định được mật độ quấn Yk chỉ sai khác so với tính toán dưới 6%. 3.2.2.6. Xác định mối liên quan giữa mật độ quấn và độ cúng búp sợi Bằng thực nghiệm xác định được quan hệ giữa mật độ quấn và độ cứng là các hàm tuyến tính với hệ số tương quan R2 cao (0,948; 0,914; 0,9). 3.3. Kết quả nghiên cứu ứng dụng mạng ANN để dự báo CLSP sợi quấn ống 3.3.1. Thiết kế cấu trúc mạng ANN Bằng thực nghiệm với phương pháp "thử - sai"với 3 mạng ANN có cấu trúc khác nhau, chọn mạng ANN (hình 3.34) có sai số nhỏ nhất. Mạng ANN được chọn gồm 1 lớp đầu vào, 5 lớp ẩn và 1 lớp đầu ra. Trong đó, số nơ ron của lớp đầu vào là 4 (tương ứng với 4 thông số công nghệ), số nơ ron của 5 lớp ẩn lần lượt là 16, 17