Tổng quan nghiên cứu

Ngành dệt kim, với sản lượng toàn cầu ước tính trên 7 triệu tấn hàng năm, đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp dệt may hiện đại. Sản phẩm dệt kim dạng ống, đặc biệt là dây chun dùng trong khẩu trang y tế, đòi hỏi chất lượng cao về độ dãn dài, độ bền và tính thẩm mỹ. Máy dệt kim đan ngang dạng ống là thiết bị chủ lực trong sản xuất các sản phẩm này, trong đó cụm trục kim và biên dạng cam đóng vai trò quyết định đến chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của biên dạng cam trong cụm trục kim trên thiết bị dệt đan ngang đến các thông số sản phẩm dệt dạng ống nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Mục tiêu chính của luận văn là phân tích sự ảnh hưởng của biên dạng cam đến chất lượng sản phẩm dệt dạng ống, từ đó đề xuất biên dạng cam tối ưu phù hợp với từng loại sản phẩm có đường kính khác nhau. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào máy dệt kim đan ngang dạng ống, sử dụng kim lưỡi và biên dạng cam thùng phi tuyến, với các sản phẩm dây chun dạng ống có đường kính khoảng 3.5 mm và độ dãn dài từ 60-75%. Nghiên cứu được thực hiện trong bối cảnh ngành dệt may Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với kim ngạch xuất khẩu dệt may chiếm khoảng 15% GDP và tốc độ tăng trưởng bình quân đạt 17%/năm.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao chất lượng sản phẩm dệt dạng ống mà còn góp phần cải tiến thiết kế máy móc, tăng hiệu quả sản xuất và giảm thiểu hư hỏng thiết bị trong ngành dệt kim, từ đó hỗ trợ phát triển công nghiệp dệt may trong nước và hội nhập thị trường quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết chuyển động cam thùng phi tuyến: Cam thùng có chức năng biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của kim. Biên dạng cam phi tuyến giúp giảm gia tốc đột ngột, tránh lực va chạm lớn gây hư hỏng kim và sản phẩm. Các biểu đồ dịch chuyển, vận tốc và gia tốc của kim được mô tả theo góc quay cam, vận tốc góc và bán kính cam chính.

  • Mô hình thiết kế cam dựa trên các dạng đường cong: Bao gồm đường cong đa thức, đường cong điều hòa đơn giản và đường cong dạng sóng sin. Việc lựa chọn dạng đường cong ảnh hưởng đến lực phản ứng tại bề mặt cam, góc áp lực và độ bền của chi tiết cam.

  • Khái niệm về phản lực và lực quán tính: Phản lực tại bề mặt cam được tính toán dựa trên lực căng sợi, lực cần thiết để kim dịch chuyển, hệ số ma sát giữa kim và cam, cùng lực quán tính do gia tốc kim. Đây là cơ sở để đánh giá độ bền và ổn định của cụm cam trong quá trình vận hành.

  • Khái niệm về chuyển động của kim lưỡi: Kim lưỡi chuyển động lên xuống theo biên dạng cam, tạo thành các vòng sợi liên tục. Chuyển động này quyết định chất lượng vòng sợi, độ dãn dài và tính thẩm mỹ của sản phẩm dệt dạng ống.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ thực nghiệm trên máy dệt kim đan ngang dạng ống với 9 bộ cam có biên dạng khác nhau, sản xuất dây chun dạng ống có đường kính khoảng 3.5 mm. Dữ liệu bao gồm đường kính sản phẩm, độ dãn dài, và các thông số vận hành máy.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế biên dạng cam, Camtrax để mô phỏng chuyển động cam và kim, Minitab áp dụng phương pháp thiết kế thí nghiệm Taguchi để xử lý số liệu thực nghiệm, phân tích ảnh hưởng của các thông số cam đến chất lượng sản phẩm.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thực nghiệm với 9 bộ cam được chế tạo theo các biên dạng cam phi tuyến khác nhau, lựa chọn dựa trên các tiêu chí về chiều cao cam, góc áp lực và phản lực tại bề mặt cam nhằm đảm bảo tính đại diện và khả năng so sánh.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2022, bao gồm giai đoạn thiết kế cam, gia công chế tạo cam trên máy CNC, thực nghiệm dệt sản phẩm, thu thập và xử lý số liệu, phân tích kết quả và đề xuất biên dạng cam tối ưu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của biên dạng cam đến đường kính sản phẩm: Kết quả thực nghiệm cho thấy, biên dạng cam có sự khác biệt rõ rệt ảnh hưởng đến đường kính sản phẩm dệt dạng ống. Đường kính trung bình sản phẩm dao động trong khoảng 3.45 mm đến 3.55 mm, với bộ cam tối ưu đạt độ chính xác ±0.02 mm so với yêu cầu 3.5 mm.

  2. Ảnh hưởng đến độ dãn dài sản phẩm: Độ dãn dài của sản phẩm thay đổi từ 60% đến 75% tùy theo biên dạng cam. Bộ cam có biên dạng phi tuyến được thiết kế tối ưu giúp sản phẩm đạt độ dãn dài trung bình 72%, vượt mức yêu cầu tối thiểu 60%.

  3. Phản lực tại bề mặt cam và độ bền kim: Phản lực R tại bề mặt cam dao động từ 15 N đến 25 N tùy thuộc vào biên dạng cam và góc áp lực. Biên dạng cam phi tuyến giúp giảm lực va chạm đỉnh xuống khoảng 20% so với cam tuyến tính, góp phần giảm hư hỏng kim và tăng tuổi thọ thiết bị.

  4. Tác động đến năng suất máy: Khi sử dụng biên dạng cam tối ưu, năng suất máy dệt giảm nhẹ khoảng 5-10% so với biên dạng cam chuẩn do chuyển động kim mượt mà hơn, giảm rung động và lỗi sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy biên dạng cam phi tuyến có ưu thế vượt trội trong việc kiểm soát chuyển động kim, giảm gia tốc đột ngột và lực va chạm, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm dệt dạng ống. So với các nghiên cứu trước đây về cam tuyến tính, biên dạng cam phi tuyến giúp giảm lực tác động đỉnh và phản lực tại bề mặt cam, phù hợp với yêu cầu vận hành máy dệt kim tốc độ cao.

Việc giảm lực va chạm không chỉ làm tăng độ bền kim mà còn giảm thiểu các khuyết tật trên sản phẩm như tuột vòng, quăn mép và lỗi kích thước. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh đường kính sản phẩm và độ dãn dài theo từng bộ cam, cũng như bảng thống kê phản lực và góc áp lực tương ứng.

Ngoài ra, sự giảm nhẹ năng suất máy do chuyển động kim mượt mà hơn là chấp nhận được trong bối cảnh nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí bảo trì thiết bị. Kết quả này phù hợp với các báo cáo ngành dệt may Việt Nam, nơi chất lượng và độ bền sản phẩm ngày càng được chú trọng để đáp ứng thị trường xuất khẩu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thiết kế và áp dụng biên dạng cam phi tuyến tối ưu: Khuyến nghị các nhà sản xuất máy dệt kim đan ngang dạng ống áp dụng biên dạng cam phi tuyến với các thông số đã được nghiên cứu để giảm lực va chạm, nâng cao chất lượng sản phẩm và tuổi thọ thiết bị. Thời gian triển khai trong vòng 6-12 tháng, do các đơn vị kỹ thuật và nhà máy sản xuất cam thực hiện.

  2. Tăng cường kiểm soát chất lượng sản phẩm: Đề xuất thiết lập hệ thống đo lường tự động đường kính và độ dãn dài sản phẩm trong quá trình dệt để kịp thời điều chỉnh biên dạng cam hoặc vận hành máy, đảm bảo sản phẩm luôn đạt tiêu chuẩn. Chủ thể thực hiện là bộ phận kỹ thuật và quản lý chất lượng, thời gian áp dụng 3-6 tháng.

  3. Đào tạo kỹ thuật viên vận hành và bảo trì: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thiết kế cam, vận hành máy dệt kim và xử lý sự cố liên quan đến biên dạng cam nhằm nâng cao năng lực nhân sự, giảm thiểu lỗi vận hành. Thời gian đào tạo 3 tháng, do các trường đại học và trung tâm đào tạo kỹ thuật phối hợp thực hiện.

  4. Nghiên cứu mở rộng cho các loại sản phẩm khác: Khuyến khích tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng biên dạng cam đến các sản phẩm dệt kim dạng ống có kích thước và tính chất khác nhau, mở rộng ứng dụng công nghệ thiết kế cam tối ưu trong ngành dệt may. Thời gian nghiên cứu dự kiến 1-2 năm, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp hợp tác thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà sản xuất máy dệt kim: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm để cải tiến thiết kế cam, nâng cao hiệu suất và độ bền máy, giảm chi phí bảo trì.

  2. Doanh nghiệp dệt may sản xuất sản phẩm dạng ống: Tham khảo để lựa chọn thiết bị phù hợp, tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm đáp ứng yêu cầu thị trường trong và ngoài nước.

  3. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành kỹ thuật cơ khí và dệt may: Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo về thiết kế cơ khí, công nghệ dệt kim và tự động hóa sản xuất.

  4. Kỹ thuật viên và chuyên gia vận hành máy dệt: Nắm bắt kiến thức về ảnh hưởng của biên dạng cam đến chuyển động kim và chất lượng sản phẩm, từ đó nâng cao kỹ năng vận hành và bảo trì thiết bị.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biên dạng cam phi tuyến có ưu điểm gì so với cam tuyến tính?
    Biên dạng cam phi tuyến giúp giảm gia tốc đột ngột và lực va chạm giữa kim và cam, làm chuyển động kim mượt mà hơn, giảm hư hỏng thiết bị và nâng cao chất lượng sản phẩm.

  2. Làm thế nào để xác định biên dạng cam tối ưu cho sản phẩm dệt dạng ống?
    Thông qua thiết kế mô phỏng bằng phần mềm CAD và Camtrax, kết hợp thực nghiệm với phương pháp Taguchi để phân tích ảnh hưởng các thông số cam đến đường kính và độ dãn dài sản phẩm.

  3. Ảnh hưởng của biên dạng cam đến năng suất máy dệt như thế nào?
    Biên dạng cam tối ưu có thể làm giảm nhẹ năng suất khoảng 5-10% do chuyển động kim mượt mà hơn, nhưng bù lại nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí bảo trì.

  4. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các loại sản phẩm dệt khác không?
    Có thể, tuy nhiên cần nghiên cứu thêm để điều chỉnh biên dạng cam phù hợp với đặc tính và kích thước sản phẩm khác nhau.

  5. Phần mềm nào được sử dụng trong nghiên cứu này?
    Solidworks để thiết kế cam, Camtrax để mô phỏng chuyển động cam và kim, Minitab để xử lý số liệu thực nghiệm và phân tích thiết kế thí nghiệm.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã chứng minh biên dạng cam phi tuyến ảnh hưởng tích cực đến chất lượng sản phẩm dệt dạng ống, giảm lực va chạm và tăng độ bền kim.
  • Biên dạng cam tối ưu giúp sản phẩm đạt đường kính 3.5 mm ±0.02 mm và độ dãn dài trung bình 72%, vượt yêu cầu kỹ thuật.
  • Phản lực tại bề mặt cam giảm khoảng 20% so với cam tuyến tính, góp phần nâng cao tuổi thọ thiết bị.
  • Năng suất máy giảm nhẹ 5-10% nhưng bù lại chất lượng sản phẩm và độ ổn định được cải thiện đáng kể.
  • Đề xuất áp dụng biên dạng cam phi tuyến trong sản xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho các sản phẩm dệt khác.

Next steps: Triển khai thiết kế và gia công cam theo biên dạng tối ưu, đào tạo nhân sự vận hành, thiết lập hệ thống kiểm soát chất lượng tự động.

Call-to-action: Các doanh nghiệp và viện nghiên cứu trong ngành dệt may nên phối hợp ứng dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao năng lực sản xuất và chất lượng sản phẩm, góp phần phát triển ngành dệt kim Việt Nam bền vững.