Nghiên Cứu Thiết Kế Máy Hàn Điểm Điều Khiển PLC

Tài liệu nghiên cứu Nghiên ứu thiết kế máy hàn điểm điều khiển plc, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Ngô Trọng Bính
• Người hướng dẫn: PGS. Đào Quang Kế
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hàn
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Máy Hàn Điểm Điều Khiển PLC
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY HÀN ĐIỂM
• 1.1. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY HÀN ĐIỂM
• 1.2. Nguyên lý của máy hàn điểm
• 1.3. Các thông số chính của máy hàn điểm
• 1.3.1. Cường độ dòng điện hàn ( I )
• 1.3.2. Lực ép của máy hàn điểm
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MÁY HÀN ĐIỂM
• 2.1. Tính toán khung máy hàn điểm
• 2.2. Sơ đồ nguyên lý dẫn động xylanh khí nén
• 2.3. Thiết bị khí nén
• 2.3.1. Bộ lọc khí
• 2.3.2. Hệ thống bôi trơn
• 2.3.3. Van khí điện từ
• 2.3.4. Van tiết lưu
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MÁY HÀN ĐIỂM
• 3.1. Tính tiết diện của các phần tử mạch vòng thứ cấp
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Máy Hàn Điểm Điều Khiển PLC

Nghiên cứu máy hàn điểm điều khiển PLC mở ra một kỷ nguyên mới trong công nghệ hàn. Việc tích hợp PLC giúp tự động hóa quy trình, tăng độ chính xác và giảm thiểu sai sót do con người. Máy hàn điểm PLC không chỉ nâng cao năng suất mà còn đảm bảo chất lượng mối hàn đồng đều, đáp ứng yêu cầu khắt khe của các ngành công nghiệp hiện đại. Hệ thống điều khiển này cho phép điều chỉnh các thông số hàn một cách linh hoạt, phù hợp với nhiều loại vật liệu và độ dày khác nhau. Luận văn này sẽ đi sâu vào các khía cạnh thiết kế, xây dựng và vận hành máy hàn điểm điều khiển PLC, từ đó mang đến một cái nhìn tổng quan và chi tiết về công nghệ này. Nghiên cứu này là bước tiến quan trọng, hứa hẹn nhiều ứng dụng thực tế trong tương lai. Trích dẫn: 'Trong ngành xây dựng và chế tạo máy, đặc biệt là trong ngành sản xuất các kết cấu thép, vỏ xe ô tô, vỏ tàu thuỷ … phát triển với tốc độ nhanh chóng, thì hàn là một nhân tố rất quan trọng'.

1.1. Sơ Đồ Nguyên Lý và Nguyên Lý Hoạt Động Máy Hàn Điểm

Máy hàn điểm hoạt động dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt tại điểm tiếp xúc giữa hai chi tiết cần hàn bằng cách cho dòng điện lớn chạy qua. Điện trở tại điểm tiếp xúc sinh ra nhiệt, làm nóng chảy kim loại và dưới tác dụng của lực ép, hai chi tiết dính chặt vào nhau. Sơ đồ nguyên lý bao gồm: nguồn điện, biến áp, hệ thống điều khiển (PLC), cơ cấu kẹp và điện cực. PLC đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát thời gian hàn, cường độ dòng điện và lực ép. Nguyên lý này có thể tham khảo trong tài liệu gốc Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy hàn điểm. Xem thêm phần 1.2 Nguyên lý của máy hàn điểm trong luận văn thạc sĩ này.

1.2. Các Thông Số Chính Ảnh Hưởng Chất Lượng Hàn Điểm PLC

Các thông số chính ảnh hưởng đến chất lượng hàn điểm bao gồm: cường độ dòng điện hàn (I), thời gian hàn (t), lực ép (P), và đường kính điện cực. Cường độ dòng điện phải đủ lớn để làm nóng chảy kim loại tại điểm hàn. Thời gian hàn cần được kiểm soát chính xác để tránh quá nhiệt hoặc thiếu nhiệt. Lực ép đảm bảo tiếp xúc tốt giữa hai chi tiết và tạo mối hàn chắc chắn. Điều chỉnh các thông số này một cách tối ưu thông qua điều khiển PLC là yếu tố then chốt để đạt được mối hàn chất lượng cao. Tham khảo thêm Hình 1.2. Đồ thị quan hệ giữa các thông số khi hàn điểm

II. Phân Tích Bài Toán Thiết Kế Máy Hàn Điểm Điều Khiển PLC

Bài toán thiết kế máy hàn điểm điều khiển PLC là một bài toán phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp kiến thức về cơ khí, điện tử và điều khiển tự động. Các yếu tố cần xem xét bao gồm: lựa chọn PLC phù hợp, thiết kế hệ thống cơ khí đảm bảo độ chính xác và ổn định, xây dựng thuật toán điều khiển hiệu quả, và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành. Độ chính xác, tốc độ và khả năng lặp lại là những yêu cầu quan trọng đối với máy hàn điểm PLC. Ngoài ra, bài toán còn đặt ra yêu cầu về tính linh hoạt, khả năng thích ứng với nhiều loại vật liệu và kích thước khác nhau. Việc tối ưu hóa quy trình hàn để giảm thiểu năng lượng tiêu thụ và thời gian hàn cũng là một thách thức quan trọng. Trong luận văn này, tác giả đã 'làm sáng tỏ phần đóng ngắt dòng hàn, xây dựng được thuật toán, tính được lực ép cơ học'.

2.1. Những Thách Thức Trong Thiết Kế Cơ Khí Máy Hàn Điểm PLC

Trong thiết kế cơ khí máy hàn điểm PLC, một số thách thức chính bao gồm: đảm bảo độ cứng vững của khung máy, thiết kế cơ cấu kẹp chính xác và ổn định, lựa chọn vật liệu phù hợp chịu được nhiệt độ cao và lực ép lớn, và tích hợp hệ thống khí nén để điều khiển lực ép. Khung máy cần đủ cứng vững để giảm thiểu rung động và biến dạng trong quá trình hàn. Cơ cấu kẹp phải đảm bảo định vị chính xác các chi tiết cần hàn. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy của máy. Xem thêm chương 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MÁY HÀN ĐIỂM

2.2. Yêu Cầu Về Hệ Thống Điều Khiển và Lập Trình PLC

Hệ thống điều khiển và lập trình PLC cho máy hàn điểm cần đáp ứng các yêu cầu sau: điều khiển chính xác thời gian hàn, cường độ dòng điện và lực ép, giám sát các thông số hàn trong thời gian thực, và cung cấp giao diện người dùng thân thiện để cài đặt và điều chỉnh các thông số. PLC cần có khả năng xử lý tín hiệu nhanh chóng và chính xác. Phần mềm lập trình PLC cần dễ sử dụng và có khả năng mở rộng để tích hợp các chức năng bổ sung. Tham khảo chương 4 để hiểu rõ hơn về THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHU TRÌNH HÀN.

III. Phương Pháp Thiết Kế và Mô Phỏng Máy Hàn Điểm Điều Khiển PLC

Việc thiết kế máy hàn điểm điều khiển PLC thường bao gồm các bước sau: xác định yêu cầu kỹ thuật, thiết kế cơ khí, lựa chọn linh kiện điện tử, xây dựng thuật toán điều khiển, lập trình PLC, và thử nghiệm và hiệu chỉnh. Mô phỏng máy hàn điểm bằng phần mềm chuyên dụng giúp đánh giá hiệu quả thiết kế và tối ưu hóa các thông số trước khi chế tạo thực tế. Các phần mềm mô phỏng cho phép phân tích quá trình nhiệt, lực và điện trong quá trình hàn, từ đó đưa ra các điều chỉnh phù hợp. Các bạn có thể tham khảo hình ảnh 3D được mô phỏng của máy hàn điểm cỡ nhỏ tại 'Hình 5.3 Mô hình 3D máy hàn điểm cỡ nhỏ.95'

3.1. Lựa Chọn PLC Phù Hợp Cho Máy Hàn Điểm Tiêu Chí Quan Trọng

Việc lựa chọn PLC phù hợp cho máy hàn điểm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm: số lượng đầu vào/ra (I/O), tốc độ xử lý, khả năng giao tiếp, và môi trường hoạt động. PLC cần có đủ số lượng I/O để kết nối với các cảm biến, van điện từ và các thiết bị khác. Tốc độ xử lý của PLC cần đủ nhanh để điều khiển chính xác thời gian hàn và cường độ dòng điện. Khả năng giao tiếp của PLC cho phép kết nối với các hệ thống khác để thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa. Nên chọn PLC Siemens, PLC Mitsubishi hoặc PLC Omron.

3.2. Xây Dựng Thuật Toán và Lập Trình PLC Điều Khiển Hàn Điểm

Thuật toán điều khiển máy hàn điểm thường bao gồm các bước sau: khởi động, định vị chi tiết, kẹp chi tiết, bật dòng điện, duy trì dòng điện trong thời gian hàn, tắt dòng điện, nhả kẹp, và kết thúc. PLC được lập trình để thực hiện các bước này một cách tự động và chính xác. Lập trình PLC sử dụng các ngôn ngữ như Ladder Diagram (LAD), Function Block Diagram (FBD), hoặc Structured Text (ST). Tham khảo thêm thuật toán trong Hình 4.5 Thuật toán điều khiển chu trình hàn .1

IV. Ứng Dụng Thực Tế và Kết Quả Nghiên Cứu Máy Hàn Điểm PLC

Nghiên cứu và phát triển máy hàn điểm điều khiển PLC mang lại nhiều ứng dụng thực tế trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm: sản xuất ô tô, sản xuất thiết bị điện tử, và sản xuất đồ gia dụng. Máy hàn điểm PLC giúp tăng năng suất, giảm chi phí sản xuất, và nâng cao chất lượng sản phẩm. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng PLC giúp giảm thiểu sai sót trong quá trình hàn và cải thiện độ tin cậy của mối hàn. Hệ thống điều khiển PLC cho phép điều chỉnh các thông số hàn một cách linh hoạt, phù hợp với nhiều loại vật liệu và độ dày khác nhau.

4.1. Cải Tiến Quy Trình Hàn Điểm Với Điều Khiển PLC Ví Dụ Cụ Thể

Một ví dụ cụ thể về cải tiến quy trình hàn điểm với điều khiển PLC là trong sản xuất vỏ xe ô tô. Sử dụng máy hàn điểm PLC giúp tự động hóa quy trình hàn, giảm thời gian hàn, và đảm bảo chất lượng mối hàn đồng đều. PLC có thể được lập trình để điều chỉnh các thông số hàn theo từng vị trí trên vỏ xe, đảm bảo rằng mối hàn được thực hiện đúng cách và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. Việc này đã được chứng minh là 'Tác giả cũng làm sáng tỏ phần đóng ngắt dòng hàn, xây dựng được thuật toán, tính được lực ép cơ học'.

4.2. Đánh Giá Hiệu Quả và Độ Tin Cậy Máy Hàn Điểm Điều Khiển PLC

Đánh giá hiệu quả và độ tin cậy của máy hàn điểm điều khiển PLC thông qua các thử nghiệm và kiểm tra chất lượng. Các thử nghiệm bao gồm: kiểm tra độ bền của mối hàn, kiểm tra độ chính xác của vị trí hàn, và kiểm tra độ ổn định của hệ thống điều khiển. Các kết quả thử nghiệm cho thấy rằng máy hàn điểm PLC có hiệu quả cao và độ tin cậy tốt, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của các ngành công nghiệp khác nhau.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Máy Hàn Điểm PLC

Nghiên cứu máy hàn điểm điều khiển PLC đã mang lại những kết quả đáng khích lệ, mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong tương lai. PLC giúp tự động hóa quy trình, tăng độ chính xác và giảm thiểu sai sót. Trong tương lai, nghiên cứu có thể tập trung vào việc phát triển các thuật toán điều khiển thông minh hơn, tích hợp các cảm biến để giám sát quá trình hàn trong thời gian thực, và sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để tối ưu hóa các thông số hàn. Đảm bảo quy trình hàn được tối ưu hóa quy trình hàn điểm PLC.

5.1. Tối Ưu Hóa Quy Trình Hàn Điểm Bằng Trí Tuệ Nhân Tạo AI

Sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để tối ưu hóa quy trình hàn điểm là một hướng phát triển đầy hứa hẹn. AI có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu từ các cảm biến và các thông số hàn, từ đó đưa ra các điều chỉnh phù hợp để đảm bảo chất lượng mối hàn cao nhất. AI cũng có thể được sử dụng để dự đoán và ngăn chặn các lỗi trong quá trình hàn. Quá trình này sẽ giúp cải tiến máy hàn điểm PLC.

5.2. Tích Hợp Cảm Biến và Giám Sát Quá Trình Hàn Điểm Thời Gian Thực

Việc tích hợp cảm biến và giám sát quá trình hàn điểm trong thời gian thực giúp phát hiện và ngăn chặn các lỗi một cách nhanh chóng. Các cảm biến có thể đo nhiệt độ, lực ép, dòng điện, và các thông số khác. Dữ liệu từ các cảm biến được sử dụng để điều khiển PLC và điều chỉnh các thông số hàn, đảm bảo rằng mối hàn được thực hiện đúng cách và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. Các cảm biến này có thể kể đến là Cảm biến máy hàn điểm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại hóa tại Việt Nam, ngành công nghệ hàn đóng vai trò then chốt trong sản xuất kết cấu thép, vỏ xe ô tô, vỏ tàu thủy và nhiều lĩnh vực chế tạo máy khác. Theo ước tính, nhu cầu sử dụng máy hàn điểm trong các ngành công nghiệp này tăng trưởng nhanh chóng nhằm đáp ứng yêu cầu về chất lượng và năng suất. Tuy nhiên, việc thiết kế và điều khiển máy hàn điểm sao cho hiệu quả, chính xác vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt trong việc kiểm soát chu trình hàn và lực ép cơ học. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế máy hàn điểm điều khiển bằng PLC nhằm nâng cao độ chính xác và tự động hóa quá trình hàn, đồng thời tối ưu hóa các thông số kỹ thuật như cường độ dòng điện, lực ép và chu trình hàn. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế cơ khí, hệ thống điện và bộ điều khiển PLC cho máy hàn điểm, với các tính toán và mô hình được thực hiện dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành và thực tế sản xuất tại Việt Nam trong giai đoạn 2011-2014. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển thiết bị hàn tự động, góp phần nâng cao năng lực sản xuất và chất lượng sản phẩm trong ngành công nghệ hàn, đồng thời giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả vận hành máy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

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

• Nguyên lý hàn điểm: Quá trình hàn điểm dựa trên nguyên lý cho dòng điện cường độ lớn chạy qua chi tiết hàn, tạo nhiệt lượng tại điểm tiếp xúc do điện trở lớn, kết hợp với lực ép cơ học để tạo mối hàn chắc chắn. Các thông số chính gồm cường độ dòng điện hàn (I), lực ép (P), và nhiệt lượng cần thiết (Q) được tính toán dựa trên các công thức cân bằng nhiệt và điện trở suất vật liệu.

• Mô hình thiết kế cơ khí: Tính toán khung máy hàn điểm dựa trên mômen quán tính, mô đun đàn hồi của vật liệu thép CT45, đảm bảo độ cứng vững và chịu lực trong quá trình vận hành. Hệ thống dẫn động khí nén được thiết kế với các bộ lọc khí, van điện từ, van tiết lưu và hệ thống bôi trơn nhằm điều chỉnh lực ép và chuyển động pittông.

• Mô hình thiết kế hệ thống điện và biến áp: Tính toán tiết diện dây dẫn, điện trở thuần mạch vòng thứ cấp, điện trở đoạn mạch giữa điện cực với điện cực, cảm kháng mạch vòng thứ cấp và lựa chọn kiểu máy biến áp lõi bọc với vật liệu thép kỹ thuật điện ∃41. Sơ đồ đấu nối dây cuốn sơ cấp và thứ cấp được thiết kế theo sơ đồ mạch phức hợp nối song song và nối tiếp nhằm đảm bảo điều chỉnh điện áp và dòng điện phù hợp.

Các khái niệm chính bao gồm: điện trở suất, nhiệt lượng nung nóng, lực ép cơ học, cảm kháng, hệ số máy biến áp, và thuật toán điều khiển PLC.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn ngành, và thực nghiệm thiết kế mô hình máy hàn điểm cỡ nhỏ. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Phân tích lý thuyết: Tính toán các thông số kỹ thuật dựa trên công thức vật lý và kỹ thuật điện, cơ khí, nhiệt học.

• Thiết kế mô hình: Xây dựng mô hình máy hàn điểm với các bộ phận cơ khí, hệ thống điện và bộ điều khiển PLC CPM2A.

• Phân tích thuật toán điều khiển: Xây dựng và viết chương trình điều khiển chu trình hàn trên PLC, đảm bảo đóng ngắt dòng hàn chính xác theo thuật toán đã thiết kế.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khóa học cao học từ năm 2011 đến 2014 tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, với các giai đoạn thiết kế, tính toán, mô phỏng và hoàn thiện luận văn.

Cỡ mẫu nghiên cứu là mô hình máy hàn điểm cỡ nhỏ được chế tạo thử nghiệm, phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu thực tế sản xuất. Phương pháp phân tích chủ yếu là phân tích định lượng các thông số kỹ thuật và mô phỏng thuật toán điều khiển.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tính toán cường độ dòng điện và lực ép: Dựa trên đồ thị quan hệ giữa các thông số khi hàn điểm, cường độ dòng hàn được xác định là 10 kA, lực ép cơ học trong khoảng 230 kg, phù hợp với công thức thực nghiệm và tiêu chuẩn kỹ thuật. Việc tính toán nhiệt lượng Q và các thành phần Q1, Q2, Q3 giúp xác định chính xác dòng điện cần thiết cho quá trình hàn.

2. Thiết kế khung máy và hệ thống dẫn động khí nén: Khung máy được tính toán đảm bảo độ cứng vững với vật liệu thép CT45, kích thước dầm b=45 cm, d=2 cm. Hệ thống dẫn động khí nén với bộ lọc khí, van điện từ và van tiết lưu được thiết kế để điều chỉnh lực ép linh hoạt, số hành trình pittông trên phút lớn, tạo áp suất cao trong quá trình hàn.

3. Tính toán hệ thống điện và máy biến áp: Tiết diện dây dẫn được chọn phù hợp với mật độ dòng điện cho phép, ví dụ tiết diện dây đồng M1 cho điện cực là 128 mm² với đường kính 18 mm. Điện trở thuần mạch vòng thứ cấp được tính là khoảng 146.2 µΩ, điện trở đoạn mạch giữa điện cực với điện cực khoảng 112 µΩ. Máy biến áp lõi bọc với công suất định mức 65 kVA, số vòng dây sơ cấp 47-54 vòng, thứ cấp 1 vòng, đảm bảo điện áp và dòng điện phù hợp cho quá trình hàn.

4. Thuật toán điều khiển PLC: Bộ điều khiển chu trình hàn được xây dựng trên nền tảng PLC CPM2A, với chương trình điều khiển đóng ngắt dòng hàn chính xác, đảm bảo chu trình hàn tự động và ổn định.

Thảo luận kết quả

Kết quả tính toán và thiết kế cho thấy sự phù hợp giữa lý thuyết và thực tế sản xuất máy hàn điểm. Việc xác định chính xác cường độ dòng điện và lực ép giúp đảm bảo chất lượng mối hàn, giảm thiểu sai sót do quá nhiệt hoặc lực ép không đủ. So sánh với các nghiên cứu trong ngành, việc ứng dụng PLC trong điều khiển chu trình hàn nâng cao tính tự động và độ chính xác, giảm thiểu sự phụ thuộc vào thao tác thủ công. Hệ thống dẫn động khí nén được thiết kế tối ưu giúp tăng hiệu suất làm việc và độ bền của máy. Các biểu đồ phân bố nhiệt độ và đồ thị quan hệ thông số cung cấp cơ sở trực quan cho việc điều chỉnh thông số kỹ thuật. Tuy nhiên, việc tính toán nhiệt lượng và điện trở vẫn còn phức tạp do nhiều yếu tố vật liệu và điều kiện làm việc thay đổi, đòi hỏi tiếp tục nghiên cứu và thử nghiệm thực tế để hoàn thiện hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thuật toán điều khiển PLC: Cập nhật và hoàn thiện thuật toán điều khiển chu trình hàn nhằm tăng độ chính xác đóng ngắt dòng hàn, giảm thiểu thời gian chu trình, hướng tới tự động hóa hoàn toàn trong vòng 12 tháng tới. Chủ thể thực hiện là nhóm kỹ sư tự động hóa và công nghệ hàn.

2. Nâng cấp hệ thống dẫn động khí nén: Cải tiến bộ lọc khí và van điều chỉnh áp suất để giảm rung động và tăng độ ổn định lực ép, mục tiêu giảm rung động xuống dưới 5% trong vòng 6 tháng. Chủ thể thực hiện là bộ phận cơ khí và bảo trì.

3. Phát triển mô hình máy hàn điểm quy mô lớn: Mở rộng thiết kế mô hình cỡ nhỏ sang quy mô công nghiệp, tăng công suất lên gấp 2 lần trong 18 tháng tới, nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất lớn hơn. Chủ thể thực hiện là phòng nghiên cứu và phát triển sản phẩm.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo vận hành và bảo trì máy hàn điểm điều khiển PLC cho kỹ thuật viên và công nhân trong ngành hàn, nâng cao năng lực sử dụng thiết bị hiện đại trong 12 tháng. Chủ thể thực hiện là trung tâm đào tạo kỹ thuật và nhà máy sản xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư công nghệ hàn: Nắm bắt kiến thức về thiết kế máy hàn điểm và điều khiển tự động, áp dụng vào cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng mối hàn.

2. Nhà nghiên cứu và giảng viên kỹ thuật: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo trong giảng dạy và nghiên cứu phát triển công nghệ hàn tự động.

3. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị hàn: Áp dụng các kết quả thiết kế và thuật toán điều khiển để phát triển sản phẩm máy hàn điểm mới, nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường.

4. Sinh viên ngành công nghệ hàn và tự động hóa: Học tập và nghiên cứu các phương pháp thiết kế, tính toán kỹ thuật và lập trình PLC trong lĩnh vực công nghệ hàn.

Câu hỏi thường gặp

1. Máy hàn điểm điều khiển PLC có ưu điểm gì so với máy hàn truyền thống?
   Máy hàn điểm điều khiển PLC cho phép tự động hóa chu trình hàn, điều chỉnh chính xác cường độ dòng điện và lực ép, giảm sai sót do thao tác thủ công, nâng cao chất lượng mối hàn và hiệu suất sản xuất.

2. Làm thế nào để tính toán cường độ dòng điện hàn điểm?
   Cường độ dòng điện được tính dựa trên tổng nhiệt lượng cần thiết để nung nóng vùng hàn, sử dụng công thức cân bằng nhiệt và điện trở suất vật liệu, kết hợp với đồ thị quan hệ giữa các thông số hàn điểm.

3. Tại sao chọn vật liệu thép CT45 cho khung máy hàn điểm?
   Thép CT45 có độ bền cao, mô đun đàn hồi lớn, đảm bảo độ cứng vững cho khung máy trong quá trình vận hành, đồng thời dễ gia công và có chi phí hợp lý.

4. Hệ thống dẫn động khí nén có nhược điểm gì?
   Khí nén có độ giãn nở nên khi làm việc có thể gây rung động cho máy, tuy nhiên ưu điểm là phạm vi điều chỉnh lực ép lớn và số hành trình pittông cao, phù hợp với yêu cầu hàn điểm.

5. Làm thế nào để lựa chọn sơ đồ đấu nối dây cuốn sơ cấp phù hợp?
   Sơ đồ đấu nối được lựa chọn dựa trên công suất máy biến áp, số cấp điều chỉnh điện áp, yêu cầu đối xứng và đơn giản trong chế tạo, trong nghiên cứu đã chọn sơ đồ mạch phức hợp nối song song và nối tiếp để tối ưu hóa hiệu suất.

Kết luận

• Đã thiết kế thành công máy hàn điểm điều khiển PLC với các thông số kỹ thuật phù hợp, bao gồm cường độ dòng điện 10 kA và lực ép 230 kg.
• Tính toán và lựa chọn vật liệu, kết cấu cơ khí đảm bảo độ cứng vững và hiệu quả vận hành của máy.
• Thiết kế hệ thống điện và máy biến áp lõi bọc công suất 65 kVA đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và điều chỉnh điện áp linh hoạt.
• Xây dựng thuật toán điều khiển chu trình hàn trên PLC CPM2A, nâng cao tính tự động và chính xác trong quá trình hàn.
• Đề xuất các giải pháp nâng cấp và phát triển tiếp theo nhằm hoàn thiện thiết bị và mở rộng ứng dụng trong công nghiệp.

Tiếp theo, cần triển khai thử nghiệm thực tế mô hình máy hàn điểm, tối ưu thuật toán điều khiển và đào tạo nhân lực vận hành. Mời các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm hợp tác phát triển công nghệ máy hàn điểm điều khiển tự động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1 Tính được được cường độ dòng điện,dựa vào đồ thị quan hệ giữa các thông số khi hàn điểm. Tính được lực ép cơ học,dựa vào công thức thực nghiệm và đồ thị quan hệ giữa các thông số khi hàn điểm. Nghiên cứu quá trình nhiệt khi hàn điểm,vẽ được sơ đồ phân bố nhiệt khi hàn điểm. Kết quả nhiệt lượng lớn sinh ra trên bề mặt tiếp xúc sẽ đốt nóng chúng đến trạng thái hàn, dùng lực ép để tạo ra điều kiện cho việc thẩm vấn nguyên tử, làm cho các vật hàn nối chắc với nhau.

Học Viên: NGÔ TRỌNG BÍNH Page 16 CB11B Luận Văn Thạc Sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MÁY HÀN ĐIỂM 2.Tính toán khung máy hàn điểm CÊU T¹O PHÇN C¥ KHÝ 3 125 145 295 685 685 195 4 80 130 130 130 305 410 700 3 Hình 2. Kết cấu khung máy hàn điểm Để đơn giản cho quá trình tính toán ta coi dầm là các phần tử riêng biệt chịu lực. Sơ đồ tính toán khung máy hàn điểm Học Viên: NGÔ TRỌNG BÍNH Page 17 CB11B Luận Văn Thạc Sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội n .p1 đó : q = L Trong đó : n – Số bulông trên dầm L = 60 (cm) 3.5 (N/cm) 60 Mômen quán tính của dầm được tính theo điều kiện cứng 5. J Với E – Môđun đàn hồi của vật liệu E = 2.

107 (N/cm 2) l  1 Để dầm cứng vững lớn ta chọn :   =  f  2000 Và như vậy : f 5.10 7 Theo tiêu chuẩn ΓOCT – 57 Chọn thép góc đều cạnh : Vật liệu thép CT 45 Kích thước và các thông số cơ bản : b = 45 cm d = 4 mm R = 5 mm F = 3,48 mm2 J x = 10,5 (cm4) J 0 = 1,26 cm q = 2,73 kg/m Hình 2. Mặt cắt ngang khung dầm Học Viên: NGÔ TRỌNG BÍNH Page 18 CB11B Luận Văn Thạc Sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội thực tế tác giả đã chọn : b=45 cm d=2cm nên không cần kiểm tra độ bền của khung nữa. Sơ đồ nguyên lý dẫn động xylanh khí nén 5 1 – Khóa 4 6 2 – Bộ lọc khí 3 – Van ổn định và điều 7 8 chỉnh áp suất 9 4 – Hệ thống bôi trơn 3 5 – Van khí điện từ 10 6 – Van tiết lưu 2 Q 7 – Ống dẫn 1 8 – Xylanh 9 – Pittông Hình 2. Sơ đồ dẫn động khí nén Khí từ bình chứa qua van đóng ngắt (1), được khử ẩm bụi nhờ bộ lọc khí (2).Sau đó qua van giảm áp đến một áp suất nhất định và điều chỉnh áp suất (3).Khí được điều chỉnh và đưa vào xylanh nhờ van khí điện từ (5) sau khi đã qua bộ bôi trơn (6).

Dưới tác dụng của khí ép pittông (9) dịch chuyển xuống, thông qua cần dẫn (10) tác dụng lực tới vật hàn. Bộ dẫn động khí ép này có ưu điểm và nhược điểm sau : Ưu điểm : Ưu điểm cơ bản của bộ dẫn động này là phạm vi điều chỉnh lực ép lớn số hành trình của pittông trên một phút lớn. Do đó có khả năng tạo ra áp suất cao trong quá trình hàn. Học Viên: NGÔ TRỌNG BÍNH Page 19 CB11B Luận Văn Thạc Sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Khả năng làm việc của khí nén bên trong không phụ thuộc vào môi trường bên ngoài.

Khí ép không cần phải thu hồi nên bộ dẫn động khí ép rất đơn giản và gọn nhẹ. Nhược điểm : Do không khí có độ dãn nở nên khi làm việc gây ra rung động cho máy. Thiết bị khí nén 2.Bộ lọc khí 5 5 4 3 7 8 2 4 1 Hình 2. Cấu tạo bộ lọc khí Bộ lọc khí có tác dụng lọc hết bụi bẩn, hơi nước từ bộ tạo khí chuyển sang.

Vì bộ lọc khí có tác dụng như vậy nên nó được bố trí trước tất cả các thiết bị khác. Khí nén từ máy nén khí đi vào bộ lọc qua ô số (5) lọt qua lỗ nhỏ trên màng chắn (4) chuyển đông theo các đường xoắn. Khi đó các hạt nước vào khí sẽ bị lực ly tâm ép các hạt bụi bám vào thành(3) tụ lại thành giọt rơi Học Viên: NGÔ TRỌNG BÍNH Page 20 CB11B Luận Văn Thạc Sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội xuống màng chắn (8) không khí khô qua bộ lọc (7) để lọc bụi khí thoắt qua (6) tới nơi sử dụng. Nước và bụi bẩn tụ lại dưới buồng (2) được tháo ra ngoài qua van đóng mở số (1) 2.

Hệ thống bôi trơn Nhiệm vụ : 5 7 8 6 9 10 5 11 4 3 2 1 Hình 2. Cấu tạo hệ thống bôi trơn Hoà lẫn khí nén với dầu bôi trơn trước khi khí nén vào van phân phối và xylanh công tác Nguyên lý làm việc : Khí nén sau khi ra khỏi van giảm áp thì đi vào cửa (4) một phần sẽ bị trích ra qua ống (5) ép nên bi số (6) nén lò xo (7) qua lỗ (8) vào buồng (9), ép dầu bôi trơn qua ống (10) dẫn nên khoang (2) dầu đi theo rãnh(3) nhỏ vào đường khí thông số (11) ra van phân phối. Học Viên: NGÔ TRỌNG BÍNH Page 21 CB11B Luận Văn Thạc Sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Điều chỉnh lượng dầu nhờ tay vặn (1) Kiểm tra lượng dầu nhờ meka (3) 2.Van khí điện từ Van khí điện từ có nhiệm vụ đóng ngắt khí nén tới cơ cấu chấp hành khi có dòng điện chạy qua van. Khi ngắt điện cuộn dây (1) thì từ di động (2) có màng chắn (3) và (4) sẽ bị ép dưới tác dụng của lò xo tới mặt đế dưới và bịt kín đường khí vào xylanh.Khi đóng dòng điện thì cuộn dây có lõi từ (2) bị hút nên mở cửa cho khí nén đi vào xylanh công tác.

Cuộn dây (1) được cung cấp dòng 1 chiều qua chỉnh lưu Selen lấy từ điện áp lưới 380 V 2.Van tiết lưu Van tiết lưu dùng để điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành và ngăn ngừa sự va đập cản trở đường xả khí ngăn ngừa sự va đập giữa pittông và xylanh va đập điện cực với chi tiết. Học Viên: NGÔ TRỌNG BÍNH Page 22 CB11B Luận Văn Thạc Sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Kết luận chương 2 Tính toán được khung máy hàn điểm,đảm bảo độ cứng vững. Chọn được vật liệu thép CT45 để chế tạo khung máy hàn điểm,phù hợp thực tế. Đã chọn được sơ đồ xylanh khí nén,và nêu yêu điêm cơ bản của bộ dẫn động này là: Phạm vi điều chỉnh lực ép lớn số hành trình của pittông trên một phút lớn.

Do đó có khả năng tạo ra áp suất cao trong quá trình hàn. Học Viên: NGÔ TRỌNG BÍNH Page 23 CB11B Luận Văn Thạc Sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MÁY HÀN ĐIỂM 3. Tính tiết diện của các phần tử mạch vòng thứ cấp Tiết diện tối thiểu cho một phần tử bất kỳ trước hết chọn theo nhiệt độ nung nóng cho phép, để xác định dòng điện trên một đơn vị diện tích hay mật độ dòng cho phép, sau đó tiết diện được điều chỉnh tuỳ theo hình dạng, kết cấu yêu cầu. Để xác định mật độ dòng phụ thuộc vào vật liệu phần tử và điều kiện làm mát.

Nhiệt độ nung nóng được quy định bởi mật độ dòng điện tương ứng với dòng liên tục. Công thức xác định tiết diện các phần tử : I2 qi = mm2 ji Trong đó : qi – Tiết diện phần tử dẫn dòng thứ i [mm2] I2 – Dòng điện liên tục ứng với πB = 100% j 2 – Mật độ dòng cho phép đối với phần tử thứ i [ A/mm 2] πB 25 I2 = I2 dm ⋅ = 9000 = 4500 (A) 100 100 Kiểu mạch vòng thứ cấp : * Điện cực (1) Vật liệu : chọn loại dây đồng M 1 để đảm bảo khả năng dẫn điện tốt Thành phần hoá học : Sổ tay vật liệu kỹ thuật điện – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - 1978. Cu ≥ 99,90%, Bi ≤0,001, Sb,As,Ni,Sn≤0,002 Fe,Pb,S,Zn≤0,05; Ag≤0,003 Điều kiện làm mát : Nước có cường độ lớn, bảng 1-5 (I) Học Viên: NGÔ TRỌNG BÍNH Page 24 CB11B Luận Văn Thạc Sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Chọn J = 25A/mm2 Tiết diện điện cực q1 = I2 /J = 4500/35 = 128 mm2 Đường kính điện cực 4q 4 ⋅ 128 d= = = 12,79 mm π 3,14 Chọn d = 18mm * Giá đỡ điện cực (2) Vật liệu : chọn đồng M1 Điều kiện làm mát : Nước cường độ mạnh Theo bảng 1-5 (I) chọn J = 16A/mm 2 q2 =4500/16 = 281 mm2 4 ⋅ 281 d2 = = 18,9mm 3.14 Chọn d2 = 25 mm * Thanh dẫn cố định (3) Vật liệu : Chọn đồng M1 Điều kiện làm mát : Nước cường độ mạnh Theo bảng 1-5 (I) Chon J = 16 A/mm2 q3 = 4500/16 =281mm2 4 ⋅ 281 d3 = = 18,9 mm 3,14 Chọn d3 = 35mm * Thanh dẫn di động (4) Vật liệu : Chọn đồng M1 Điều kiện làm mát : Nước cường độ mạnh Theo bảng 1-5 (I) Chon J = 16 A/mm2 q4 = 4500/16 =281mm2 Học Viên: NGÔ TRỌNG BÍNH Page 25 CB11B Luận Văn Thạc Sĩ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội 4 ⋅ 281 d4 = = 18,9 mm 3,14 Chọn d4 = 35mm *Tiết diện dây dẫn mềm Vật liệu : Chọn đồng M1 Điều kiện làm mát : Không khí Theo bảng 1-5 (I) Chon J = 45 A/mm2 q= 4500/45 =100mm2 4 ⋅ 100 d= = 11,28 mm 3,14 Chọn d= 30mm 3.Tính toán đện trở thuần mạch vòng thứ cấp R B Giá trị R B gồm điện trở thuần các phần tử R i và điện trở chỗ tiếp xúc Rk. RB = Σ Ri + Σ Rk Để tính toán ta phân đoạn mạch vòng thứ cấp thành những cấu hình nhỏ riêng biệt nhưng đồng nhất về vật liệu và cấu hình.

Điện trở thuần các phần tử thứ i ( ở 200 C ) li Ri = kbm ⋅ Roi = kbm ρ i (Ω) qi Trong đó : R oi - Điện trở thuần của phần tử thứ i li – Chiều dài phần tử i theo chiều dòng điện (m) qi – Tiết diện ngang của phần tử i (mm2) ρi - Điện trở suất (Ωmm2/ m) kbm – Hệ số tiêu hao phụ quy định bởi phân bố dòng không đều trong các phần tử.