CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài Cuộc cách mạng khoa học và công nghệ hiện đại vào những năm 50 của thế kỷ XX nhanh chóng làm nên sự thay đổi to lớn cho lĩnh vực công nghệ vật liệu. Sự ra đời của kính, một vật liệu trong suốt, là một sự kiện lớn lao, là cuộc cách mạng về vật liệu nhân tạo. Sự ra đời của kiến trúc hiện đại gắn với tác phẩm làm từ kính đã khơi nguồn cho nhiều ý tưởng sáng tạo từ vật liệu mang lại giá trị nghệ thuật lẫn khoa học.
Đối với xây dựng, sản phẩm từ kính là sản phẩm của thời đại mới, thể hiện sự tinh tế, sang trọng và đẳng cấp. Khả năng chịu uốn, ứng suất uốn là các tiêu chuẩn đặt ra hàng đầu trong lĩnh vực đo lường, thí nghiệm. Việc xác định chính xác các thông số này góp phần nâng cao độ an toàn cho sản phẩm theo tiêu chuẩn cho phép. Hơn nữa thí nghiệm đo lường chính xác phản ánh trình trạng phát triển kinh tế xã hội của một quốc gia.
Đất nước ta đang từng bước phát triển và hội nhập Quốc tế. Quá trình liên kết khu vực và toàn cầu hóa đã tạo ra cơ hội và thách thức cho một quốc gia có nền kinh tế đang phát triển. Trong nhiệm vụ mới, đẩy mạnh phát triển công nghiệp được coi là vấn đề chiến lược, đặc biệt nghành Cơ điện tử rất được ưu tiên phát triển. Việc áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào nghiên cứu chế tạo máy móc là vấn đề cần thiết.
Bên cạnh đó, tiếp thu và chuyển giao công nghệ tiên tiến từ bên ngoài vào máy móc là vấn đề cốt lõi cho quốc gia đang hiện đại hóa công nghiệp. Mục đích đến năm 2020 nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại. Với sứ mệnh cao cả đó, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi nghiên cứu và ứng dụng vào thực tiễn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy kiểm tra ứng suất uốn của kính cường lực theo tiêu chuẩn BS EN 1288-3 ” 1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1 Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy kiểm tra ứng suất uốn của kính cường lực theo tiêu chuẩn BS EN 1288-3 ” có ý nghĩa to lớn trong nền khoa học công nghệ nước nhà.
Đề tài phản ánh việc áp dụng các thành tựu của khoa học kỹ thuật vào đời sống, tạo động lực cho vấn đề nghiên cứu khoa học thực tiễn. Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy kiểm tra ứng suất uốn của kính cường lực theo tiêu chuẩn BS EN 1288-3 ” là một thí dụ điển hình cho việc liên kết giữa các lĩnh vực cơ khí, điện công nghiệp, điều khiển lập trình,…góp phần đưa sản phẩm đi vào phục vụ công nghiệp sản xuất Việt Nam hiện nay để chuyên môn hóa, nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, hiệu quả làm việc. Thiết thực hơn nữa, đề tài đã tạo sự liên kết giữa Nhà trường và Doanh nghiệp, hỗ trợ việc kiểm tra chất lượng sản phẩm trong môi trường công nghiệp. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước: 1.
Trong nước: chưa có công ty nghiên cứu sản xuất. Ngoài nước: Hiện nay trên thị trường có nhiều máy đo, kiểm tra ứng suất uốn với nhiều phương pháp đo khác nhau trên nhiều loại vật liệu khác nhau. Nhiều hãng sản xuất nổi tiếng như Instron, Wilson Hardness,… Hầu hết các máy này dựa trên nguồn động lực chính là điện với cơ cấu cơ khí khuếch đại lực, hoặc kết hợp điện với thủy lực để tạo ra công suất cao, lực lớn. Máy kiểm tra ứng suất nén kính cường lực Inspekt S 50 theo tiêu chuẩn DIN EN 1288-3 cho phép tải tối đa 50kN, sử dụng truyền động thủy lực, kích thước khu vực kiểm tra 1300x650mm 2 Hình 1.1: Máy kiểm tra ứng suất nén Inspekt S 50 318 Family Test Machine là dòng máy kiểm tra kéo nén khả năng tải 600kN, độ chính xác của tải 0.5% , tốc độ 300mm/phút, tốc độ lấy mẫu 1kHZ (1000 mẫu/giây), điều khiển bằng điện, sử dụng động cơ servo truyền động vít-me.2: Dòng máy kiểm tra kéo nén 318 Family Test Machine 3 CDT 1504 là dòng máy thử độ bền nén (cường độ nén) ứng dụng rộng rãi trong nén các loại vật liệu xây dựng như gạch, ngói, xi măng theo các tiêu chuẩn ASTM, EN, ISO, TCVN,… sử dụng bộ truyền động Servo điều khiển trục vít-me, bộ điều khiển thu thập dữ liệu DCS-300 và hệ máy tính điều khiển, hiển thị kết quả lên phần mềm PowerTest.
Khả năng tải 50kN, độ chính xác 1% , tốc độ nén 50mm/phút, công suất tiêu thụ điện 1.3: Dòng máy thử độ bền nén CDT 1504 1. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là làm chủ việc tính toán, thiết kế , chế tạo và điều khiển máy kiểm tra ứng suất uốn của kính cường lực theo tiêu chuẩn BS EN 1288-3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy kiểm tra ứng suất uốn của kính cường lực theo tiêu chuẩn BS EN 1288-3 ” tập trung vào giải quyết những vấn đề sau: Tính toán và thiết kế sơ bộ khung đỡ hệ thống 4 thủy lực; tính toán thiết kế hệ thống điện điều khiển, hệ thống thủy lực, thu thập dữ liệu; thiết kế giao diện đảm bảo tính ổn định của hệ thống.
Bên cạnh đó, tiến hành lắp ghép kiểm tra rồi mới đưa vào thực tế sử dụng. Đối tượng tìm hiểu: - Các tài liệu liên quan đến tính toán, thiết kế máy và lắp ghép. - Các tài liệu về cơ cấu truyền động, truyền động điện, hệ thống điều khiển bằng điện – thủy lực. - Các tài liệu liên quan đến loadcell, biến tần, cảm biến, PLC, động cơ AC ba pha, thiết bị thủy lực, phần mềm labview.
Phạm vi nghiên cứu “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy kiểm tra ứng suất uốn của kính cường lực theo tiêu chuẩn BS EN 1288-3 ”là sản phẩm được chế tạo đơn lẻ đáp ứng nhu cầu của khâu kiểm tra chất lượng mẫu sản phẩm trong sản xuất nên mang tính ứng dụng thực tế và chuyên môn hóa cao. Đề tài này ứng dụng trong phạm vi Công ty sản xuất do đó yêu cầu cần thực hiện và nghiên cứu tìm hiểu các vấn đề sau: - Về phần cơ khí: Tính toán hệ thống thủy lực, chọn lựa xy lanh thủy lực; nghiên cứu thiết kế hình dáng, kích thước khung đỡ đảm bảo nâng đỡ, tính cứng vững và hoạt động ổn định của cơ cấu khả năng chịu tải 5 tấn, mẫu kính cường lực được kiểm tra 460x360x6mm, 460x360x8mm, 460x360x10mm, 460x360x12mm. - Về phần thiết kế hệ thống điện – thủy lực: Tính toán và lựa chọn các thiết bị điện điều khiển tối ưu về năng lượng, lựa chọn các thiết bị thủy lực phù hợp với áp suất làm việc, thiết kế và thi công điện điều khiển theo chuẩn công nghiệp. - Về phần thiết kế giao diện: Lựa chọn phương pháp thu thập dữ liệu về máy tính, thiết kế giao diện thân thiện với người sử dụng.
Phương pháp nghiên cứu 1. Cơ sở phương pháp luận - Căn cứ vào lý thuyết của tiêu chuẩn BS EN 1288-3. - Căn cứ vào lý thuyết về lực, ứng suất, sức bền của vật liệu kính. - Căn cứ vào lý thuyết thủy lực, cơ cấu nén.
- Căn cứ vào lý thuyết truyền nhận dữ liệu qua giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ. - Vận dụng linh hoạt các kỹ thuật điều khiển vào thực tiễn sản xuất. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể Tham khảo tiêu chuẩn về kiểm tra ứng suất uốn của kính cường lực BS EN 1288-3. Tham khảo tài liệu về hệ thống dẫn động, cơ cấu, nguyên lý hoạt động của các cơ cấu.
Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí; các tài liệu về thiết bị điện, thiết bị thủy lực, biến tần điều khiển hệ thống, phương pháp thiết kế mạch điều khiển bằng điện – thủy lực; phương pháp thu thập dữ liệu. Tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn kết hợp tìm hiểu tài liệu liên quan trên Internet. Thực nghiệm với Loadcell trụ nén 6 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Kính cường lực Kính cường lực là loại kính được sản xuất theo phương pháp gia cường dao động ngang trên công nghệ xử lý bằng nhiệt độ cao (đưa vào lò tôi khoảng 650- 700độC ).
Sau đó nhanh chóng làm nguội bằng luồng khí lạnh thổi lên bề mặt tấm kính một cách đồng đều và chính xác để làm đông cứng các ứng suất nén trên bề mặt kính nhằm tạo nên tính chịu lực cao và bền vững. Công ty TNHH Thiên Phú với thương hiệu THIEN PHU GLASS chuyên sản xuất và kinh doanh các sản phẩm kính xây dựng cao cấp bao gồm kính cường lực an toàn (Tempered Glass), kính ghép an toàn nhiều lớp (Laminated Glass), kính cường lực ghép (Tempered laminated Glass), kính cách âm, kính cách nhiệt.Sản phẩm của Công ty thỏa mãn các tiêu chuẩn Mỹ ANSI Z97.1, tiêu chuẩn Nhật JIS R3205:2005, JIS R3206:1997,… Về mặt cơ học, Temper Glass có tính chịu lực tác động lên bề mặt rất cao, gấp bốn đến năm lần so với kính nổi thông thường cùng loại và cùng độ dày nhờ các ứng suất nén trên bề mặt tạo ra khi tôi kính, giúp cho kính Temper Glass chịu được rung chấn, sức gió lớn và va đập mạnh. Theo tiêu chuẩn TCVN 7455 : 2004, ứng suất bề mặt của kính 12mm không nhỏ hơn 69 Mpa. Chịu sốc nhiệt tốt: Độ sốc nhiệt là sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, kính cường lực chịu được nhiệt độ lên đến 1500 độ C mà không bị vỡ.
Độ an toàn cao: Khi kính bị vỡ thì nó sẽ vỡ thành những hạt rời nhau, không có cạnh sắc bén và sẽ không gây tổn thương như kính thường.1: Kính cường lực 2. Tiêu chuẩn BS EN 1288 -3 - Phụ lục 2: tiêu chuẩn BS EN 1288 -3. - Phụ lục 1: tiêu chuẩn BS EN 1288 -1. Phương pháp kiểm tra 2.
Thử độ bền va đập và số lượng mảnh vỡ - Thử độ bền va đập bi rơi: Thử va đập bi rơi được tiến hành theo nguyên tắc mô tả trong TCVN 7368 : 2004. Số lượng mẫu thử cho một lần thử là 6 tấm mẫu nguyên, sản xuất trong công nghệ tương đương với kính thành phẩm. Sử dụng bi thép có khối lượng 1040 g ± 10 g, chiều cao rơi của bi là 100 cm. Xác định số lượng mảnh vỡ bằng cách tính số mảnh vỡ trong diện tích 50 mm x 50 mm.