Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số để khảo sát động lực học và tối ưu kết cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu: Giảm thời gian thiết kế hệ thống đảm bảo thiết bị hoạt động ở chế độ cộng hưởng. Giảm thời gian hiệu chỉnh, thử nghiệm để hệ thống hoạt động trong vùng cộng hưởng. Xây dựng một mô hình thiết bị trong môi trường số nhằm thử, xác nhận ứng xử của phôi và kết cấu thùng phân loại.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số để khảo sát động lực học và tối ưu kết cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN MÙI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ ĐỂ KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƢU KẾT CẤU ĐIỀU HƢỚNG TRONG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2019
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1- PGS.TS. Lê Giang Nam 2- TS. Bùi quí Lực Phản biện 1: GS.TSKH.Phạm Văn Lang Phản biện 2: PGS.TS. Tăng Huy Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Văn Dự Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường 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 - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay để nâng cao năng xuất, chất lượng trong các nhà máy, các công đoạn như sản xuất, lắp ráp, kiểm tra phải được tự động hóa cao. Để đáp ứng được các nhu cầu về tự động hóa của các khâu trong sản xuất thì một thiết bị không thể thiếu đó là cấp phôi tự động. Tuy nhiên các thiết bị cấp phôi thông thường như băng tải, hay robot chỉ thích hợp với các loại phôi có khối lượng và kích thước lớn. Đối với loại phôi rời rạc có kích thước và khối lượng nhỏ cần cấp đúng hướng và phù hợp nhịp cấp với công đoạn tiếp theo của quá trình công nghệ thì băng tải không là phương án phù hợp. Trong khi robot hoàn toàn có thể làm được điều này nhưng suất đầu tư ban đầu cao và chi phí lập trình vận hành khi thay đổi đối tượng cao. Để giải quyết vấn đề đó người ta đưa ra phương pháp cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. Thiết bị cấp phôi theo nguyên lý rung động là một hệ thống được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp thực phẩm, đồ uống, dược phẩm hay các dây chuyền sản xuất lắp ráp. Điểm mạnh của thiết bị này là việc điều hướng, phối liệu đúng nhịp, đơn giản và chính xác hơn hẳn các hệ thống truyền dẫn khác. Hệ thống cấp phôi này hoạt động tốt nhất ở trạng thái cộng hưởng và kết cấu điều hướng thích hợp cho từng chủng loại phôi khác nhau. Việc tính toán thiết kế để chủ động cộng hưởng và chế tạo thiết bị đúng ngay từ lần đầu tiên là một yêu cầu cấp bách. Những đặc điểm nêu trên là định hướng cho việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số để khảo sát động lực học và tối ưu kết cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động” 2. Đối tƣợng nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu, khảo sát động lực học quá trình di chuyển của phôi trên phễu. Tối ưu hóa kết cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. 3. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. Các thông số động lực học, kết cấu ảnh hưởng đến năng suất cấp phôi. 1
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tính toán hệ thống cấp phôi tự động dạng xoắn vít theo nguyên lý rung động. - Nghiên cứu ứng dụng phần mềm để mô phỏng số hoạt động hệ thống. Khảo sát động lực học và tối ưu một số thông số của phễu rung dạng xoắn vít. - Nghiên cứu chế tạo thiết bị thực nghiệm nhằm đánh giá và kiểm chứng mô phỏng số. - Khảo sát động lực học và tối ưu hóa kết cấu điều hướng của hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. 4. Mục đích nghiên cứu - Giảm thời gian thiết kế hệ thống đảm bảo thiết bị hoạt động ở chế độ cộng hưởng. - Giảm thời gian hiệu chỉnh, thử nghiệm để hệ thống hoạt động trong vùng cộng hưởng. - Xây dựng một mô hình thiết bị trong môi trường số nhằm thử, xác nhận ứng xử của phôi và kết cấu thùng phân loại. - Đưa ra một quy trình thiết kế, hiệu chỉnh, kiểm nghiệm thiết bị để hệ thống sau khi chế tạo đem vào sản xuất đúng ngay từ lần đầu tiên. 5. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tính toán thiết kế hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động - Mô hình hóa, kiểm tra và xác nhận mô phỏng số hệ thống thực nghiệm - Khảo sát động lực học và tối ưu kết cấu điều hướng trong hệ thống cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống cấp phôi tự động dạng phễu rung. Các thông số động lực học và kết cấu ảnh hưởng đến năng suất cấp phôi, từ đó xác định được mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận án. - Nghiên cứu mô phỏng: Dựa vào kết quả tính toán thiết kế hệ thống mô hình hóa và mô phỏng. Mô hình mô phỏng được kiểm tra và xác nhận thông qua các dữ liệu thực nghiệm. Sử dụng phần mềm mô phỏng động lực học đa vật thể với mô hình số đã 2
xác nhận để đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số động lực học và kết cấu tới năng suất cấp phôi cũng như xác định tần số dao động riêng để phục vụ cho thiết kế chủ động cộng hưởng - Nghiên cứu thực nghiệm: Xác định thuộc tính của phôi cần cấp và xây dựng dữ liệu quan hệ giữa vận tốc, góc xoay, chuyển vị theo phương đứng với điện áp và chế độ cộng hưởng của cơ hệ tương ứng với tần số của điện áp đầu vào - Nghiên cứu tối ƣu: Sử dụng mô hình số đánh giá sự ảnh hưởng của tần số, biên độ, góc xoay, góc nghiêng rãnh xoắn, hình dáng và thứ tự đến năng suất cấp phôi. Tối ưu hóa giá trị góc nghiêng rãnh xoắn và thứ tự kênh phân loại đến năng suất cấp phôi trong nguyên tắc làm việc chủ động công hưởng. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn a. Ý nghĩa khoa học 1. Chỉ ra được bản chất động lực học của quá trình cấp phôi từ đó chỉ ra đặc điểm của thông số động lực học, kết cấu và ảnh hưởng của nó đến năng suất cấp phôi. 2. Bằng lý thuyết và thực nghiệm đã xây dựng được mối quan hệ giữa một số yếu tố công nghệ : điện áp, góc nghiêng rãnh xoắn và vận tốc (năng suất) cấp phôi đồng thời đã xác định được vận tốc cấp phôi lớn nhất khi góc nghiêng  = 1.2560, tại mức điện áp 170V. 3. Bằng mô phỏng số đã tối ưu hóa hệ thống bẫy điều hướng để có năng suất cao nhất cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. b. Ý nghĩa thực tiễn 1. Việc áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất giúp giảm thời gian thiết kế, giảm chi phí chế tạo và nâng cao hiệu quả kinh tế trong việc thương mại hóa các hệ thống cấp phôi theo nguyên lý kích rung. - 2. Kết quả của luận án còn để tham khảo trong việc đào tạo cán bộ thiết kế, kỹ thuật, học viên cao học, nghiên cứu sinh của ngành kỹ thuật Cơ khí và Cơ điện tử. 8. Những điểm mới của đề tài 1. Đưa ra một quy trình thiết kế chủ động cộng hưởng. 3
2. Đưa ra mô hình thiết bị trong môi trường số nhằm thử nghiệm, xác nhận tứng xử của phôi và kết cấu phễu rung cấp phôi. 3. Áp dụng mô phỏng số để tối ưu hóa quá trình cấp phôi nhằm giảm thời gian thực nghiệm cấp nắp chai vaccien trên máng dẫn hướng. 4. Đã xây dựng được phương trình hàm hồi quy thực nghiệm về mối quan giữa điện áp, góc nghiêng rãnh xoắn và vận tốc (năng suất) cấp phôi. Đồng thời đã xác định được vận tốc cấp phôi lớn nhất khi góc nghiêng  thay đổi từ 1.10 đến 4,50, điện áp Y thay đổi từ 100V đến 170V. 5. Bằng mô phỏng số đã tối ưu hóa hệ thống bẫy điều hướng để có năng suất cao nhất cho quá trình cấp nắp chai vaccien bằng cao su trên thiết bị cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động. 9. Cấu trúc của luận án Luận án bao gồm 142 trang với 29 bảng biểu số liệu, 126 hình ảnh và sơ đồ, gần 80 tài liệu tham khảo. Kết cấu bao gồm: mở đầu 06 trang, tổng quan 22 trang, cơ sở lý thuyết và tính toán thiết kế hệ thống 27 trang, mô hình hóa, kiểm tra xác nhận và mô phỏng số hệ thống 30 trang, khảo sát động lực học và tối ưu hóa kết cấu điều hướng 21 trang, kết luận và đề xuất 02 trang, tài liệu tham khảo 07 trang, phụ lục 17 trang. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG Trong chương này tập trung tập trung xem xét, đánh giá các công bố về cấp phôi tự động theo nguyên lý rung động liên quan đến các nội dung sau: 1. Xu hương nghiên cứu về cấp phôi tự động. 2. Các phương pháp sử dụng khi nghiên cứu. 3. Ảnh hưởng của các thông số động lực học và kết cấu đến vận tốc và định hướng của phôi trên máng dẫn Kết luận chƣơng 1. 1. Thiết bị cấp phôi theo nguyên lý rung động đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cả trong và ngoài nước phục vụ cho việc cấp các chi tiết rời rạc. 2. Các công trình khoa học trong và ngoài nước thời gian gần đây đã chỉ ra năng suất cấp phôi phụ thuộc và các yếu tố động lực học 4
và kết cấu. Việc nghiên cứu tối ưu hóa các thông số này đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm. 3. Hiện nay trên thế giới đang nghiên cứu ứng dụng mô phỏng số nhằm khảo sát và tối ưu hóa các thông số động lực học và kết cấu phễu rung cấp phôi nhằm giảm thời gian cũng như chi phí thử nghiệm qua đó chọn được kết cấu phù hợp cho thiết kế. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG 2.1. Cơ sở lý thuyết Trong hệ thống này (hình 2.1) thùng phân loại (phễu rung) được gắn lên đế trên. Đế trên được lắp lên 3 lò xo lá để tạo rung động, nó thực hiện các chuyển xoay xung quanh trục thẳng đứng và chuyển động vặn đi vặn khứ hồi nhờ đó mà phôi di chuyển theo máng dẫn. Khi phôi di chuyển trên máng dẫn sẽ có trạng thái trượt hoặc nhảy tùy thuộc vào biên độ dao động và góc nghiêng α của các chân. Phôi từ thùng phân loại được di chuyển tới vị trí yêu cầu. Để cấp phôi đúng nhịp, trên máng dẫn thường được lắp các cơ cấu định hướng và ngắt phôi. Nếu trên máng đã đầy phôi do lực cản các phôi sẽ trượt tương đối trên máng hoặc rơi lại thùng chứa. Trong quá trình phân tích trạng thái của phôi trên máng, biên độ dao động tăng dần từ 0. Khi tần số nhỏ phôi gần như không di chuyển trên máng dẫn do lực quán tính của phôi nhỏ hơn lực ma sát. Trên hình 2.5 ta thấy rằng lực quán tính lớn nhất tác dụng lên phôi khi máng dẫn đạt vị trí giới hạn. Lực này được chia làm hai thành phần song song và pháp tuyến lần lượt là: mp.a0.2cosψ và mp .a0.2 .sinψ. Hình 2. 1. Hệ thống cấp phôi Hình 2. 2. Lực tác dụng lên phôi phôi rung 5 vrãnh
Điều kiện để phôi trượt lên trên là: mp .a0 .2 .cosψ > mp .a0 .g. sinθ + F (2.1) Trong đó: F = μs.N = μs.[ mp.g.cosθ - mp .a0. .sinψ) (2.2) 2 Với μs là hệ số ma sát tĩnh giữa phôi và máng dẫn. Từ phương trình (2.1) và (2.2) điều kiện để phôi đi lên là: (2.3) Tương tự như vầy, điều kiện để phôi di chuyến lùi xuống là: (2.4) Trạng thái hoạt động của phễu rung được biểu thị dưới dạng gia tốc pháp tuyến của máng dẫn không thứ nguyên An/gn. Trong đó, An là gia tốc pháp tuyến của máng dẫn ( sinψ), gn gia tốc trọng trường theo phương pháp tuyến (gn=g.cosθ) và g = 9.81m/s2 gia tốc trọng trường. Vậy ta có: (2.5) Thay (2.5) vào (2.3) và (2.4) ta có, điều kiện để phôi đi lên là: (2.6) Điều kiện để phôi di chuyển lùi xuống là: (2.7) So sánh phương trình (2.6) và (2.7) ta thấy rằng điều kiện để phôi đi lên là: Khi θ quá nhỏ ta có: (2.8) Với biên độ rung động đủ lớn, phôi sẽ di chuyển trên máng dẫn với trạng thái trượt và nhảy theo đường dẫn. Điều này chỉ xảy ra khi phản lực N giữa phôi và máng dẫn bằng 0. Theo hình 2.5 ta có: (2.9) Do đó, để phôi rời khỏi máng dẫn ta có: 2.2. Định hƣớng và phân loại phôi Giới thiệu các loại phôi cơ bản, cách định hướng và phân loại ứng với từng loại phôi đó. 6
2.3. Phân loại phễu rung Giới thiệu các loại phễu rung hiện có bao gồm cấu tạo, hình dạng, vật liệu và các kích thước cơ bản. 2.4. Tính toán thiết kế hệ thống 2.4.1. Tính toán thiết kế các thông số chính Với chi tiết cần cấp là nắp chai vaccine như hình 2.16 năng suất 120 chiếc/phút. Định hướng theo yêu cầu. Kết quả tính toán như sau: Bảng 2. 1. Bảng thông của phễu rung cấp phôi 2.4.2. Thiết kế kênh phân loại cho nắp chai vaccine a. Đối tượng phân loại Đối tượng nắp chai vaccine có kích thước, hình dạng và trạng thái phôi yêu cầu đầu ra (nằm ngửa) như hình 2.16. Hình 2. 16. Hình dạng và kích thước của nắp chai vaccine b. Lựa chọn kênh phân loại Đối tượng nắp chai vaccine là dạng chi tiết tròn xoay trụ bậc và miệng vành khăn thuộc nhóm chi tiết loại II có l/d
được nhiều trạng thái phôi đầu vào và sử dụng các bẫy để định hướng các trạng thái phôi còn lại (thường là hai) để đưa ra định hướng phôi yêu cầu. Với cơ cấu hình 2.22a, bẫy có hình dạng chữ M để cho phép phôi ngửa đi qua và loại bỏ phôi nằm úp dạng vành khăn. Hình 2. 22. Hệ thống kênh phân loại cho chi tiết dạng (a) vành khăn và (b) trụ bậc đặc Cơ cấu hình 2.22b, bẫy gồm vách ngăn, vùng dẫn hướng nhỏ để trọng tâm phôi nằm úp bên ngoài vùng dẫn hướng và bị loại bỏ; khi này chỉ còn phôi dạng ngửa được định hướng. Với chi tiết nắp chai vaccine, định hướng yêu cầu dạng ngửa, có dạng tiếp xúc là đường nên kết hợp tính năng của hai hệ thống kênh phân loại trên thì cấu hình hệ thống kênh phân loại gồm: cấp 1- thanh gạt với nhiệm vụ tách phôi, cấp 2 gồm bẫy (hình 2.22a) và vách ngăn (hình 2.22b) để định hướng trạng thái phôi yêu cầu. Cấu hình lựa chọn cho kênh phân loại được thể hiện trên hình 2.23: Hình 2. 23. Cấu hình hệ thống kênh phân loại cho nắp chai vaccien Kết luận chƣơng 2. 1. Nghiên cứu lý thuyết động lực học của phôi cho biết được các lực tác động lên phôi nằm và di chuyển trên đường dẫn hướng. Nhờ các lực tác động đó phôi sẽ có trạng thái trượt và nhảy khi di chuyển trên máng dẫn. Đồng thời cũng chỉ rõ điều kiện để phôi có thể di chuyển đi lên và đi đúng hướng. 8
2. Năng suất cấp phôi, thể hiện qua số lượng phôi đúng ra hướng cấp được phụ thuộc vào góc nghiêng rãnh xoắn, tần số rung, biên độ dao động, hệ số ma sát giữa phôi và kênh dẫn, kết cấu và cấu hình hệ thống bẫy phân loại. Từ đó làm cơ sở để xác định bài toán nghiên cứu giới hạn cho phôi là nắp chai thuốc vaccine bằng cao su, ma sát cho cặp vật liệu là cao su và inox, dạng điều khiển theo biên độ, cố định tần số tương ứng với dạng thiết bị làm việc ở chế độ chủ động cộng hưởng. 3. Bằng phân tích lý thuyết đã chỉ ra được kết cấu kênh dẫn và các bẫy phân loại phù hợp với đối tượng khảo sát là nắp chai vaccine bằng cao su. Làm cơ sở thiết kế phễu rung cấp phôi kiểu xoắn vít. 4. Trên cơ sở tính toán thiết kế theo module đã lựa chọn được kết cấu nguồn rung phù hợp cho xây dựng thiết bị rung cấp phôi với kết cấu phễu phù hợp với đối tượng khảo sát là nắp chai thuốc vaccine bằng cao su là tiền đề cho phân tích thực nghiệm và xây dựng mô hình số nhằm khảo sát và nghiên cứu các bài toán tối ưu. CHƢƠNG 3. MÔ HÌNH HÓA, KIỂM TRA XÁC NHẬN VÀ MÔ PHỎNG SỐ HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 3.1. Mô hình hóa hệ thống cấp phôi Để mô hình hóa hệ thống tác giả sử dụng hai module của CATIA là: Part Design và Wireframe and Surface Design. Các bước mô hình hóa dựa trên việc phân tích cấu tạo của từng bộ phận như phễu rung, nguồn rung… từ đó chia ra thiết kế các thành phần, sau đó lắp ráp thành một hệ thống hoàn chỉnh trên môi trường CAD (hình 3.16) 3.2. Tự động hóa thiết kế bằng tham số sử dụng catia Kết quả: Khi cần thay đổi các thông số đầu vào, chỉ cần nhập các thông số thay đổi trong bảng tham số từ Excel và đưa vào trong môi trường Catia. Ta sẽ nhận được phễu rung cấp phôi với các thông số hình học đáp ứng yêu cầu đầu vào 9
Hình 3. 3. Quy trình thực hiện mô hình Hình 3. 10. Quy trình mô hình hóa hóa phễu rung nguồn rung Hình 3.16. Kết quả lắp ráp hệ thống rung cấp nắp chai vaccine 3.3. Kiểm tra và xác nhận mô hình số 3.3.1. Xác định tần số dao động riêng Nghiên cứu này sử dụng module Modal Analysis của phần mềm Ansys Workbench để mô phỏng và phân tích dạng dao động riêng tại các giá trị tần số dao động riêng cơ bản của cơ hệ. Qua đó xác định được dạng dao động riêng làm việc thực tế của cơ hệ thông qua mô phỏng. Cũng như có phương hướng thiết kế tránh 10
các dạng dao động riêng phương hại đến hoạt động của cơ hệ khi có phương lực và tần số tác động tương ứng. Kết quả mô phỏng cho thấy hình thái chuyển động tại các tần số dao động riêng cơ bản có tính tương đồng với công bố của A. Kadam và M. Pisotre, 2017 [23]. Tại tần số dao động riêng 100.92 Hz có hình thái chuyển động xoay quanh trục thẳng đứng với hình thái hoạt động của thiết bị rung cấp phôi. Từ đó xác nhận được các thông số kết cấu, vật liệu của thùng phân loại và bích ghép nối giữa thùng phân loại với hệ thống treo sao cho cơ hệ có tần số riêng bằng tần số của lực kích thích và bằng hai lần tần số của dòng điện cấp cho nguồn rung. Hình 3.32. Hình thái chuyển động tại các tần số dao động riêng cơ bản 3.3.2. Xác định hệ số ma sát giữa phôi và phễu Sử dụng thiết bị đo hệ số ma sát, VF tại Bộ môn Máy và Ma sát học, Viện Cơ khí, Trường ĐHBKHN để xác định được hệ số ma sát giữa phôi (cao su) và phễu (sus304) kết quả là 0.65. 11
3.3.3. Xác định tần số dao động của hệ thống Bằng các thiết bị đo rung động của FAG và NACENTECH xác định tần số dao động riêng của hệ thống là 100Hz. Hình 3.35. Sơ đồ đo dao động theo Hình 3. 38. Sơ đồ và thiết đo của Viện phương ngang bằng thiết bị hãng FAG ứng dụng công nghệ (Nacentech) 3.3.4. Xác định biên độ dao động và xây dựng hàm động học tương đương hệ thống Hình 3.40. Sơ đồ và thiết bị đo VIBROPOST 80 Với thiết bị đo sử dụng hai cảm biến tiệm cận cho phép đo được biên độ cũng như tần số rung mà không cần tiếp xúc. VIBROPOST 80 cho phép kết nối với bốn module vì vậy nó có thể đo cùng một lúc cả dao động theo phương ngang và phương tiếp tuyến. Ngoài ra, thiết bị này còn có thể xác định được tần số riêng của từng chi tiết trong hệ thống. Với thiết bị lưu trữ ngoài, VIBROPOST 80 cho phép lưu trữ và xử lý số liệu ngay trên thiết bị. Theo kết quả xử lý ta thấy rằng, ở mức điện áp 170V, chuyển vị theo phương thẳng đứng đạt giá trị là 396x2 = 792μm, chuyển vị theo phương tiếp tuyến là 102x2=204μm. Tần số dao động riêng tại các mức điện áp là 100Hz (hình 3.41). Từ đó xây dựng các hàm 12
động học tại các mức điện áp khác nhau từ 90V đến 170V (bảng 3.9). Hình 3.41. Kết quả đo được xử lý trên phần mềm ReX Bảng 3.9. Bảng giá trị biên độ tịnh tiến, góc xoay và hàm động học tương đươngxác định bằng thực nghiệm 3.4. Mô phỏng số thiết bị Phần mềm mô phỏng động lực học đa vật thể MSC.ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System) là phần mềm được sử dụng rộng rãi trên thế giới để phân tích động lực học của nhiều vật thể trong hệ thống. MSC.ADAMS thực hiện giải pháp bằng cách đồng thời giải quyết các phương trình động học, tĩnh học, bán tĩnh và động lực học đa vật thể một cách nhanh chóng và chính xác Kết quả mô phỏng: 13
- Các thông số thí nghiệm được hiệu chuẩn để mô hình số phản ánh ứng xử tương đồng với mô hình thực. - Đánh giá sự tương quan giữa mô phỏng và thực nghiệm cho thấy sự tương đồng về tốc độ dịch chuyển của nắp chai vaccine trên rãnh xoắn, giá trị sai lệch là 0.5% (hình 3.48) - Kênh phân loại qua mô phỏng được kiểm nghiệm chính xác giúp phôi đi đúng hướng để đi vào quá trình lắp ráp. Vtb =106.95 (mm/s) Vtb =107.46 (mm/s) Hình 3.48. So sánh giá trị vận tốc mô phỏng và vận tốc trên mô hình thực Kết luận chƣơng 3 1. Đã xây dựng qui trình và giải pháp tự động hóa thiết kế cho mô hình thiết bị cấp phôi dạng phễu rung bao gồm mô hình hình học, mô hình vật liệu và mô hình phần tử nhằm cung cấp dữ liệu cho các quá trình phân tích và chế tạo. 2. Bằng phân tích dao động riêng và dạng dao động, đã chỉ ra một qui trình thiết kế để đảm bảo tần số riêng của cơ hệ trùng với tần số kích thích và dạng dao động riêng phù hợp với trạng thái cấp phôi của hệ thống, qua đó đạt được một hệ thống chủ động cộng hưởng. 3. Thiết bị thực nghiệm đã chế tạo có tần số cộng hưởng trùng với tần số của lực kích thích, qua đó khẳng định phương án thiết kế chủ động cộng hưởng là đúng đắn. Đồng thời xác định được chuyển vị theo phương thẳng đứng và góc xoay tại một mức điện áp đầu vào, làm cơ sở xây dựng hàm động học cho phễu rung. Từ đó tiến hành xây dựng mô hình số rút gọn của thiết bị cấp phôi rung dạng xoắn vít. 4. Mô hình số rút gọn đã được kiểm tra và xác nhận thông qua khảo sát, so sánh tốc độ di chuyển của phôi trên mô hình số và mô hình thực nghiệm tại chế độ điều khiển tương ứng. 14
CHƢƠNG 4. KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TỐI ƢU KẾT CẤU ĐIỀU HƢỚNG TRONG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ RUNG ĐỘNG 4.1. Đánh giá sự ảnh hƣởng của góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phôi Quá trình thực hiện đánh giá sự ảnh hưởng của góc nghiêng rãnh xoắn bằng mô phỏng được thực hiện với các yếu tố đầu vào là biên độ dao động, góc xoay được xác định ở một mức điện áp cố định. Các thông số vật liệu của các chi tiết như: phôi, thùng phân loại… Tần số rung được xác định là 100Hz[3], hệ số ma sát giữa phôi và thùng phân loại là 0.65 (theo 3.3.2). Với các tính toán và tham số hóa nhằm mô hình hóa một cách nhanh nhất trên môi trường các thông số của hệ thống được đưa vào môi trường mô phỏng động lực học (ADAMS). Các thông số động lực học bao gồm vật liệu, các liên kết, hàm động học được thiết lập (bảng 3.9). Thực hiện các mô phỏng với các bước thay đổi n+1=n+0.10 với giá trị góc nghiêng rãnh xoắn nằm trong khoảng từ 10 đến 50. Xác định vị trí của phôi theo thời gian, xử lý số liệu và đánh giá sự ảnh hưởng của góc nghiêng rãnh xoắn đến vận tốc của phôi qua đó tìm được góc nghiêng rãnh xoắn tối ưu. Kết quả đo trên mô hình số cho thấy, vận tốc di chuyển của phôi phụ thuộc vào góc nghiêng rãnh xoắn. Với góc nghiêng tăng từ 10 đến 1.450 thì vận tốc tăng. Khi góc nghiêng tăng từ 1.450 đến 4.50 vận tốc phôi giảm dần. Góc nghiêng lớn hơn 4.50 phôi không di chuyển. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đã đề xuất và giá trị miền tra bảng. Tuy nhiên bằng mô phỏng có thể xác định được giá trị vận tốc lớn nhất tại giá trị   1.450 Hình 4.5. Biểu đồ sự phụ thuộc giá trị vận tốc – góc nghiêng rãnh xoắn với điện áp 160V 15
4.2. Đánh giá sự ảnh hƣởng của điện áp đến năng suất cấp phôi Để đánh giá sự ảnh hưởng của điện áp đến năng suất cấp phôi, các mô phỏng được thực hiện với mô hình số được thiết kế với góc nghiêng rãnh xoắn rãnh xoắn  = 2.50, mức thay đổi điện áp từ 100V đến 170V với các hàm động học được xác định như bảng 3.9. Với mỗi một mô phỏng ở các mức điện áp khác nhau, xác định vị trí của phôi theo thời gian, tính toán và tìm vận tốc của phôi. Từ biểu đồ hình 4.7, ta thấy rằng khi điện áp tăng từ 100-170 (V) thì vận tốc trung bình của phôi cũng tăng tương ứng. Hình 4.7. Biểu đồ vận tốc phụ thuộc điện áp với góc nghiêng rãnh xoắn 2,50 4.3. Tối ƣu hóa điện áp và góc nghiêng rãnh xoắn đến năng suất cấp phôi Các đại lượng đầu vào Các đại lượng đầu ra - Điện áp đầu vào (V) Quá trình mô phỏng số để tối ưu - Góc nghiêng rãnh xoắn () điện áp và góc nghiêng rãnh - Năng xuất cấp phôi xoắn của phễu cấp phôi (vận tốc và vị trí phôi) Các đại lượng động lực học cố định - Các thông số vật liệu - Các phương trình động học liên kết - Hệ số ma sát giữa phôi và máng - Các liên kết động lực học giữa máng và phôi - Hệ số hấp thụ rung động - Tần số rung động Hình 4.8. Sơ đồ tối ưu hóa 16
Với hai biến đầu vào là điện áp và giá trị góc nghiêng rãnh xoắn và đầu ra là tốc độ di chuyển của phôi trên phễu ta biểu thị mối quan hệ giữa các đại lượng như sau Z=(x, y). Với Z là tốc độ di chuyển của phôi, x là đại lượng góc nghiêng rãnh xoắn, y là các đại lượng đầu vào là điện áp, góc nghiêng rãnh xoắn. Quá trình lấy số liệu được thực hiện trên mô phỏng số bằng cách đo khoảng cách tại hai vị trí bất ký theo các mức thời gian t1 và t2 từ khoảng cách và thời gian tính được vận tốc trung bình như bảng 4.3. Mô phỏng được thực hiện trên phần mềm MSC ADAMS với các đại lượng cố định như thông số vật liệu, hệ số ma sát giữa phôi và máng, tần số rung, hệ số hấp thụ rung động. Bảng 4.3. Kết quả mô phỏng 17
Chọn bậc đa thức của hàm hồi qui là hàm bậc bốn với X và bậc hai với Y. Sử dụng MATLAB ta có kết quả như sau: Hình 4.11. Kết quả tìm hàm hồi qui trên MATLAB Với bậc của hàm hồi qui đã chọn và các yếu tố đầu vào, đầu ra. Ta chọn hàm hồi qui trên MATLAB có dạng: f ( x, y)  331.1  26.26 x  6.964 y  29.38 x 2  1.647 xy  0.03254 y 2  12.67 x3  0.3138x 2 y  0.005274 xy 2  1.386 x 4  0.02096 x3 y  0.00056 x 2 y 2 Giá trị tối ưu đạt được khi góc nghiêng rãnh xoắn đạt giá trị X = 1.2560 (1.30) điện áp Y = 170V, khi đó giá trị vận tốc đạt giá trị lớn nhất V = 138.6157 mm/s. Thực nghiệm, kiểm tra và so sánh với mô hình số Từ kết quả tối ưu, tiến hành chế tạo thiết bị thực nghiệm hệ thống cấp phôi rung với các thông số góc nghiêng rãnh xoắn của rãnh xoắn θ = 1.30. Tiến hành thực nghiệm và mô phỏng để xác nhận mô hình số. Thực nghiệm được tiến hành ở các mức điện áp khác nhau và lấy giá trị trung bình của năm lần đo ta được vận tốc trung bình của thực nghiệm. 18