BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY THỬ MỎI VẬT LIỆU NHỰA Ở NHIỆT ĐỘ CAO GVHD: ThS. TRẦN MAI VĂN SVTH: TRẦN GIA BẢO MSSV: 11146221 SKL 0 0 4 2 1 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 do an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY THỬ MỎI VẬT LIỆU NHỰA Ở NHIỆT ĐỘ CAO Giảng viên hướng dẫn: ThS.
TRẦN MAI VĂN Sinh viên thực hiện: TRẦN GIA BẢO 11146221 Lớp: 111463B Khoá: 2011 -2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016 do an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. TRẦN MAI VĂN Sinh viên thực hiện : TRẦN GIA BẢO MSSV: 11146221 1.
Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo thiết bị điều khiển cho máy thử mỏi vật liệu nhựa ở nhiệt đô cao”. Các số liệu, tài liệu ban đầu: ……………. Nội dung chính của đồ án: ……………. Các sản phẩm dự kiến …………….
Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… do an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo thiết bị điều khiển cho máy thử mỏi vật liệu nhựa ở nhiệt đô cao”. - Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. TRẦN MAI VĂN - Sinh viên thực hiện : TRẦN GIA BẢO MSSV: 11146045 - Lớp:111463B - Địa chỉ sinh viên:506/61K Lạc Long Quân F5 Q11 TPHCM - Số điện thoại liên lạc: 0904479493 (Bảo). - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 27/7/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện.
Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 1 năm 2016 Ký tên Trần Gia Bảo do an LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên chúng em xin g ửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã dìu dắt, dạy dỗ và truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm cho chúng em trong 4 năm qua.
Đặc biệt, chúng em xin đƣ ợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Th.S Trần Mai Văn, ngƣời thầy đã tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn, giúp đỡ và truyền đạt cho chúng em những kinh nghiệm quý báu giúp chúng em hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Cuối cùng chúng em xin đƣ ợc gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, ngƣời thân, bạn bè đã chia sẻ, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để chúng em hoàn thành khóa luận này. Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi những thiếu sót, chúng em mong sự chỉ bảo thêm của thầy cô giúp chúng em hoàn thành và đ ạt kết quả tốt hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 10 tháng 01 năm 2016 Sinh viên thực hiện Trần Gia Bảo do an TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY THỬ MỎI CHO VẬT LIỆU NHỰA Ở NHIÊ ĐỘ CAO” Máy thử độ bền mỏi sản phẩm nhựa là máy dùng để thử các mẫu sản phẩm bằng vật liệu nhựa nhằm đánh giá độ bền mỏi của sản phẩm nhựa trong thực tế.
Mục tiêu nghiên cứu đề tài là chế tạo và điều khiển máy sao cho tạo đƣợc điều kiện tác động vào sản phẩm nhƣ khi sản phẩm đƣợc sử dụng ngoài thực tế; có khả năng tự động hóa và giao tiếp máy tính. Nội dung và quá trình thực hiện: Thiết kế và chê tạo hoàn thiện phần điều khiển, thiết kế giao diện, lắp ráp hộp nhiệt độ sử dụng bóng đèn halogen, viết báo cáo. Máy dùng để đo số lần phá hủy mỏi của sản phẩm nhựa (móc khóa nhựa nón bảo hộ). Nguyên lý hoạt động của máy dựa trên cơ cấu cam với số lần tác dụng lớn lên sản phẩm,làm phá hủy mỏi của sản phẩm.
Sau khi hoàn thành quá trình phá hủy mỏi của sản phẩm,ta tìm đƣợc số lần phá hủy thông qua loadcell và phần mềm đo. Nhóm đã thiết kế và chế tạo thành công máy dùng để đo độ bền mỏi của sản phẩm nhựa, sau khi chạy thử nghiệm nhóm đã rút ra một số đánh giá sau: tạo đƣớc điều kiện tác động vào sản phẩm nhựa gần giống với thục tế, sai số trong việc đếm số lần tác động nhỏ và nằm trong giới hạn cho phép, có khả năng giao tiếp máy tinh; tuy nhiên vẫn còn một số khuyết điểm nhƣ: chƣa tự động hóa hoàn toàn, tính đa dạng đối với sảm phẩm kiểm tra còn thấp(phụ thuộc vào đồ gá), việc điều khiển còn có sai số cao,…Trong tƣơng lai, máy có thể đƣợc phát triển để đo đƣợc nhiều sản phẩm bằng cách thay thế các loại đồ gá khác nhau cho từng loại sản phẩm khác nhau. Sinh viên thực hiện Trần Gia Bảo do an MỤC LỤC CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU .1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tƣợng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu .5 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Cơ sở phƣơng pháp luận .2 Phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể. 2 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ .1 Giới thiệu về vật liệu nhựa .1 Sản phẩm khóa nhựa: .2 Thiết bị thử kéo nén .1 Sơ lƣợc về máy kéo nén .2 Các loại máy có trên thị trƣờng.
6 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Cơ sở lý thuyết độ bền mỏi .2 Quá trình phá hủy mỏi .3 Quá trình phá hủy mỏi .4 Đƣờng cong mỏi .5 Phƣơng pháp xác định độ bền mỏi của chi tiết máy .2 Cơ sở lý thuyết bộ điều khiển PID .2 Hạn chế của bộ PID .4 Phần mền Visual Studio C# .5 Sơ lƣợc phần mềm Kiel C .2 Nguyên lý hoạt động. 17 CHƢƠNG 4 : PHƢƠNG HƢỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP TRONG THIẾT KẾ .1 Quy trin ̀ h thiế t kế .2 Nguyên lý hoạt động của máy .3 Các phƣơng án đề ra .3 Lựa chọn phƣơng án.1 Giới thiệu vi điều khiển STM32 .2 Truyền nhận dữ liệu .3 Hồi tiếp vận tốc và chu kỳ .1 Cấu tạo cơ bản của một encoder quay quang .4 Nhận biết gãy và phản hồi lực .5 Di chuyển bàn trục .6 Điều khiển nhiệt dộ .1 Giới thiệu bóng đèn halogen. 34 CHƢƠNG 5: MACH ĐIỆN .1 Mạch vi điều khiển STM32F103C8T6 .2 Thông số kĩ thuật .2 Mạch công suất .2 Thông số kĩ thuật .3 Cách điều khiển .3 Mạch Khuếch đại .4 Mạch truyền nhận UART .2 Các tính năng chính. 41 CHƢƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .1 Tính toán thông số PID cho động cơ .2 Tính toán điều khiển .1 Sơ đồ khối và lƣu đồ khối .3 Giao diện tƣơng tác.
53 CHƢƠNG 7: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .3Hƣớng phát triển. 57 do an ` DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Sản phẩm nhựa.3Máy thử mỏi vật liệu 250KN .4Máy thử mỏi vật liệu 100KN .1Trục chịu uốn thuần túy .2Đƣờng Sin của ứng suất tại điểm M .3Chi tiết bị phá hủy mỏi .4Lƣu đồ điều khiển bộ PID .5Đồ thị điều khiển PID trên Matlab .6Cửa sổ khởi động Visual Studio.7Giao diện Keil C .8 Giới thiệu Loadcell .9 Cấu tạo Loadcell.10Mạch cầu Wheaston của Loadcell .1Quy trin ̀ h thiế t kế máy .6Mô phỏng cơ cấu cam .7Nguyên lý tay quay con trƣợt.8Đặc điểm của cơ cấu tay quay con trƣợt.9Kiến trúc của STM32 nhánh Performance và Access .10 Sơ đồ nguyên lý của một encoder .11 Encoder tuyệt đối .12 Encoder tƣơng đối. 30 do an Hình 4.15 Thông số AC motor.16Hình đấu dây động cơ điện một pha.17Bóng đèn halogen .18Bộ điều khiển nhiệt độ .2Board công suất.3Sơ đồ nguyên lý board công suất.4 Board khuếch đại .5 Sơ đồ nối dây loadcell với board khuếch đại.6Mạch truyền nhận.1 Cách xác định Tcrit dựa trên hàm quá độ của hệ thống.2 Công thƣc tính thông số PID bằng Zeigler - Nichols.3Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển.4Lƣu đồ nguyên lý hoạt động của máy.5 Sơ đồ truyền nhận tín hiệu.6 Giải thuật tính toán điều khiển hệ thống.7 Nguồn điện áp hệ thống.8 Board điều khiển hệ thống.9 Tủ điện hệ thống.11 Giao diện tƣơng tác.12 Các bƣớc thực hiện giao diện.1Mẫu thử nghiệm.2Kết quả thực nghiệm. 56 do an CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Trong cuộc sống thƣờng ngày có rất nhiều các dụng cụ bằng nhựa, khi sử dụng các sản phẩm này nhiều lúc ta phải tác động một lực để làm thay đổi trạng thái của dụng cụ này.
Việc thay đổi trạng thái này dƣờng nhƣ không có ảnh hƣởng hay tác động nào đến tính chất của dụng cụ ở trạng thái hiện tại. Tuy nhiên, việc tác động trong một thời gian dài sẽ dẫn đến ở những nơi bị tác động của dụng cụ sẽ bị biến cứng và bị gãy vỡ, đều này dẫn đến dụng cụ không thể sử dụng đƣợc nửa nếu chi tiết gãy vỡ đóng vai trò quang trọng của dụng cụ. Máy kiểm tra độ bền mỏi của sản phẩm nhựa mà nhóm đã nghiên cứu và chế tạo đƣợc ứng dụng để kiểm tra số lần tác động lực đến khi gãy lên dụng cụ đó là bao nhiêu nhằm mục đích kịp thời thay thế những chi tiết đã đạt đến giới hạn mỏi. Sau thời gian mƣời lam tuần nghiên cứu thì nhóm em đã hoàn thành sản phẩm và tiến hành chạy thực nghiệm trên một số mẫu sản phẩm có sẵn cho thấy máy hoạt động ổn định và sai số tƣơng đối nhỏ.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển thì máy móc hiện đại cũng ra đời.
Máy thử độ bền mỏi của sản phẩm nhựa là máy dùng để thử các mẫu sản phẩm nhựa nhằm đánh giá độ bền mỏi của sản phẩm trong thực tế. Đây là việc mà hầu hết các công ty sản xuất sản phẩm nhựa quan tâm ,và loại máy này chƣa có mặt tại Việt Nam.