›
›

Luận văn Ghiên cứu trang bị điện điện tử, thiết lập quy trình bảo dƣỡng sửa chữa dây chuyền sản xuất nhựa 50KK công ty nhựa thiếu niên tiền phong

pdf 103 trang phuongnguyen 6040
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Ghiên cứu trang bị điện điện tử, thiết lập quy trình bảo dƣỡng sửa chữa dây chuyền sản xuất nhựa 50KK công ty nhựa thiếu niên tiền phong", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_van_ghien_cuu_trang_bi_dien_dien_tu_thiet_lap_quy_trinh.pdf

Nội dung text: Luận văn Ghiên cứu trang bị điện điện tử, thiết lập quy trình bảo dƣỡng sửa chữa dây chuyền sản xuất nhựa 50KK công ty nhựa thiếu niên tiền phong

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG Luận văn Nghiên cứu trang bị điện điện tử, thiết lập quy trình bảo dƣỡng sửa chữa dây chuyền sản xuất nhựa 50KK công ty nhựa thiếu niên tiền phong
  2. LỜI GIỚI THIỆU Đất nƣớc ta đang bƣớc vào một kỷ nguyên mới, với sự phát triển vƣợt bậc của khoa học và công nghệ, quá trình phát triển và chuyển giao công nghệ đã đạt đƣợc nhiều thành quả tốt đẹp. Các ngành công nghiệp, xây dựng cũng nhƣ sản xuất vật liệu xây dựng đang ngày càng phát triển mạnh mẽ và có sự cạnh tranh giữa các ngành với nhau nhằm nâng cao chất lƣợng sản phẩmvà mẫu mã hàng hoá. Chính vì yêu cầu công nghệ đó mà ngày càng xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất mới có mức độ tự động hoá cao với những hệ thống truyền động điện phức tạp và hiện đại. Một trong những dây chuyền đó là dây chuyền sản xuất ống KMD2 – 50KK (KRASS - MAFEI) của nhà máy nhựa tiền phong - hải phòng. Đây là một dây chuyền với các trang thiết bị điện hiện đại thực hiện một công nghệ sản xuất khép kín, với nguyên liệu đầu vào là hạt nhựa và các chất phụ gia, đầu ra là các sản phẩm ống . Đặc biệt trong dây chuyền sản xuất này, hệ thống truyền động điện đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lƣợng sản phẩm. Vì vậy hệ thống truyền động điện luôn đòi hỏi phải đƣợc quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lƣợng để đáp ứng yêu cầu công nghệ mới với mức độ tự động hoá cao. Bên cạnh đó, nó còn đòi hỏi các cán bộ kỹ thuật, kỹ sƣ điện cũng nhƣ ngƣời vận hành phải có trình độ cao mới có thể vận hành, khai thác và bảo dƣỡng một cách có hiệu quả nhất. Sau thời gian 8 tuần thực tập và 12 tuần đƣợc nhận đề tài tốt nghiệp với sự quan tâm, hƣớng dẫn tận tình của Thầy giáo PGS.TS Hoàng Xuân Bình, cùng với các thầy, cô giáo trong khoa, sự giúp đỡ của bạn bè và sự nỗ lực bản thân, đến nay em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp của mình với tên đề tài 1
  3. “Nghiên cứu trang bị điện điện tử, thiết lập quy trình bảo dƣỡng sửa chữa dây chuyền sản xuất nhựa 50KK công ty nhựa thiếu niên tiền phong”. Nội dung luận văn gồm có: Chƣơng 1: Công nghệ ép đùn Chƣơng 2: Khái quát chung về các hệ thống đo lƣờng và điều khiển cho dây chuyền công nghiệp nhựa Chƣơng 3: Phân tích truyền động của dây chuyền máy ép đùn KMD 2- 50KK Chƣơng 4: Quy trình đƣa công nghệ vào hoạt động và công tác sửa chữa bảo dƣỡng Vì khuôn khổ thời gian có hạn mà nội dung tìm hiểu về trang thiết bị điện dây chuyền KMD2-50KK rất rộng, có nhiều khâu phải tìm hiểu kỹ và đi sâu, do vậy trong quá trình viết không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa và các bạn đồng nghiệp để đề tài đƣợc hoàn thiện hơn. Tác giả xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng năm 2011 2
  4. Chƣơng 1 : CÔNG NGHỆ ÉP ĐÙN 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY 50KK Thông số kĩ thuật: - Model dây chuyển: 50KK - Tổng chiều dài dây chuyển: 25000mm - Độ rộng làm việc của máy ép đùn: 1000 mm 50mm. - Thông số của sản phẩm (Hiện nay máy đang chạy ống 50). =110mm Độ dày = 1.90 mm Chiều dài = 4000mm Trọng lƣợng 4200 gr Màu sắc: màu ghi - Động cơ truyền động: Động cơ 1 chiều kích từ độc lập. P = 50 KW N = 2500 vòng/phút Upƣ = 445 v Ukt = 340 v Ipƣ = 3125 A Ikt = 1,7A Tỉ số truyền iG = 1/68 - Bơm trục vít: Là loại bơm hai trục vít quay song song ngƣợc chiều nhau (quay đồng trục). Đƣờng kính trục vít: D = 90 mm Tỉ số L/D = 23 Tốc độ quay trục vít: 37,5 vòng/phut M quay trục vít: 12000Nm Tải trọng cho phép khi bơm hoạt động liên tục: 230Kn Tải trọng cho phép khi bơm hoạt động trong thời gian ngắn: 420KN - Hệ thống gia nhiệt: gồm 12 sones nhiệt: 3
  5. + Xi lanh: 5 zones nhiệt trong đó có 3 zones nhiệt đƣợc làm mát bằng dầu. Pgia nhiệt = 27.5 KW. + Cổ nối: 1 zones nhiệt, gia nhiệt = 3.5 KW + Đầu hình: 6 zones nhiệt, gia nhiệt = 121 KW Nhƣ vậy gia nhiệt của hệ thống gia nhiệt của zones nhiệt = 152 KW. - Thiết bị làm mát xi lanh ZKA – 28: P động cơ bơm dầu: 1.5 KW Q bơm: 28 lít/phút Áp suất dầu tải nhiệt: 8 bar Mức nƣớc tiêu thụ: 200 lít/h - Thiết bị cân bằng nhiệt trục vít KMT – 6 Công suất nhiệt: 6KW Công suất nguội tiêu chuẩn: 3KW Công suất nguội đã tăng: 6KW P động cơ bơm dầu: 0.55 KW Q bơm: 14 lít/phút Áp suất dầu tải nhiệt: 4 bar Mức nƣớc tiêu thụ: 200 lít/h - Thiết bị bôi trơn hộp số và hệ bánh răng phối lực: P động cơ bơm dầu bôi trơn: 0.55 KW Q bơm: 9 lít/phut Áp suất dầu bôi trơn: 4 bar. Mức nƣớc cần tiêu thụ: 300 lít/h - Bộ phận điều chỉnh lƣợng nhiên liệu và máy ép đùn: P = 0.5 KW. P dòng liệu vào: 1 KW - Thiết bị chân không: Hút chân không cho xi lanh nhiệt P động cơ bơm chân không: 1.1 KW Công suất hút chân không ở 100 mbar: 215 m3/h 4
  6. 1.2. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ ÉP ĐÙN Nguyên tắc cơ bản của đùn ép nhựa hoàn toàn đơn giản: một thỏi hình trụ đã qua sử lý gia nhiệt trƣớc đƣợc đặt trong máy đùn ép thủy lực và đƣợc ép ở áp suất cao qua một khuôn ép bằng thép để mà khi thỏi đùn ra khỏi máy ép dẽ có hình dạng theo ý muốn. Kiểu khuôn đơn giản nhất là loại khuôn thép đƣợc qua xử lý nóng,có một lỗ, đƣợc gia công cơ khí đặc biệt, có hình dạng theo thiết kế. Cùng với các phụ kiện khác, khuôn đƣợc giữ trong một trƣợt khuôn-một bộ phận của máy ép. Gắn chặt với trƣợt khuôn là một container (buồng ép). Trong buồng ép là một Billet đƣợc chèn vào sau khi nó đã đƣợc nung nóng ở nhiệt độ khoảng 200°C. Buồng ép cũng đƣợ gia nhiệt bằng một dụng cụ chống điện tốt, nhằm đảm bảo Billet luôn đƣợ giữ ở nhiệt độ đồng nhất. Ram (pitông) sẽ tạo áp lực lên Billet và đầu cua Ram (dunny block:chày ép) phải đƣợc thay dịnh kỳ, bởi vì chức năng của nó là hấp thụ mài mòn do sự tiếp xúc với nhựa nóng gây ra, áp lực đƣợc thực hiện bởi Main piston (pitông chính) vận hành bằng dầu thủy lực. Dầu thủy lực sinh ra dƣới áp lực của bơm dầu, áp lực này sẽ làm ống nhựa đƣợc ép qua lỗ trong khuôn, tạo thành thanh có hình dạng giống với hình của lỗ trong khuôn. 1.2.1. Phân loại về các công nghệ ép đùn sản phẩm nhựa Đùn sản phẩm dạng ống Nhựa nóng chảy đƣợc đùn qua một đầu tạo hình dạng ống quản để nén ép tạo thành sản phẩm có hình dạng ống và độ dầy mong muốn, sau đó sản phẩm đƣợc qua bộ phận làm mát, làm lạnh vè nhiệt độ thƣờng sử dụng nƣớc hoặc không khí phƣơng pháp này thƣờng sử dụng để sản xuất sản phẩm ống nhựa PE, PVC, PPR , túi PE, Ny lon, Tại phễu cấp liệu nguyên liệu đƣợc rải đều xuống cửa hút của máy ép đùn nhờ trục xít xoắn đƣợc lai bởi động cơ xoay chiều. +Với máy sản xuất ống PVC: Gồm hai trục vít. Tại xilanh nhiệt nguyên liệu đƣợc gia nhiệt tới nhiệt độ trong khoảng (1700 - 2000 ) C. Hạt nhựa hoá lỏng đƣợc đẩy đi thành dòng nhờ trục vít soắn 5
  7. tới cổ đùn. Tại đây có lƣới lọc bằng kim loại để lọc dòng nhựa hoá lỏng để đảm bảo chất lƣợng của ống. Hỗn hợp nhựa hoá lỏng sau khi đƣợc lọc đƣợc đẩy tiếp tới đầu hình, dòng hỗn hợp nhựa này đi qua một đĩa ( đƣợc chia làm 8 cánh ) để tăng độ trộn đều của hỗn hợp rồi đến vùng tạo hình ống (khuôn). Hình dạng khuôn đùn không phải là hình trụ tròn nhƣ khuôn ngoài mà có những chỗ lồi lõm khác nhau làm tăng độ nén ép, đảm bảo chất lƣợng ống. Đùn sản phẩm dạng tấm Nhựa nóng chảy đƣợc đùn qua một đầu tạo hình dạng phẳng để ép tạo thành snr phẩm có hình dạng phẳng và độ dày mong muốn, sau đó sản phẩm đƣợc qua bộ phận làm mát làm lạnh về nhiệt độ, thƣờng sử dụng nƣớc hoặc không khí phƣơng pháp này thƣờng sử dụng để sản xuất sản phẩm màng PP máng luồn dây điện 1.2.2.Lƣu đồ công nghệ ép đùn sản xuất ống nhựa Quy trình hạt nhựa:Hạt nhựa và các phụ gia để sản xuất ống nhựa đƣợc trộn sẵn bởi bên cung cấp nguyên liệu với tỷ lệ đã đƣợc tính toán nhằm đảm bảo chất lƣợng nhựa là tốt nhất. 6
  8. A, Lƣu đồ Nguyên liệu Tạo hình sản phẩm HT hút chân không và làm lạnh In sản phẩm Xử lý phế Dàn cƣa phẩm Dàn kéo Nong ống Kiểm tra SP Nhập kho Hình 1.1 lƣu đồ ép đùn 7
  9. Quy trình sản xuất ống nhựa: Hạt PVC và các phụ gia đƣợc trộn sẵn sau đó cung cấp đầy vào silo chứa liệu Bơm hút sẽ tải nguyên liệu đổ vào phễu cấp liệu đặt trên thân máy ép đùn thông qua 1 băng tải lò xo đặt trong ống dẫn liệu. Sau khi máy đã đƣợc gia nhiệt hoàn toàn, động cơ chính hoạt động lai trục vít xoắn quay cho phép thiết bị lƣờng hạt hoạt động đẩy nguyên liệu xuống củ hút của của bơm trục vít. Tại xi lanh nhiệt nguyên liệu đƣợc gia nhiệt tạo thành 1 hỗn hợp nóng chảy. Trục vít xoắn vừa gia nhiệt cho hỗn hợp này, với làm nhiệm vụ trộn đều và đẩy hỗn hợp đó đến cổ đùn. Tại đây có 1 bộ phận lƣới lọc tự động để lọc hỗn hợp nhựa nóng chảy, đảm bảo chất lƣợng của ống thành phần. Hỗn hợp nhựa sau khi đi qua lƣới loạc tiếp tục đƣợc đẩy vào đầu hình, nó sẽ qua 1 đĩa chia có 8 cánh( nhằm tăng độ trộn đều của hỗn hợp) sau đó mới đến đầu khuôn ống đùn. Hình dạng khuôn đùn không phải hình dạng trj tròn nhƣ khuôn ngoài mà có chỗ lồi lõm khác nhau làm tăng đọ nén ép, tăng áp suất hút chan không cho nhựa. Qua đầu hình nhựa đã tạo thành ống thẳng dài và tiếp tục qua bể chân không đƣợc làm lạnh và 1 làn nữa đƣợc hút chân không để tăng độ bền. B) Nguyên lý vận hành: Quy trình cấp nguyên liệu (hạt nhựa) Nguyên liệu là hạt nhựa sau khi đƣợc trộn với phụ gia đƣợc đƣa tới phễu cấp liệu. Hạt đƣợc chứa ở xilô cấp liệu và đƣợc hút qua ống dẫn liệu vào phễu cấp liệu (đặt trên thân máy ép đùn) nhờ bơm hút và băng tải lò xo ( đặt trong ống dẫn liệu ). Quy trình ép đùn tạo hình ống Tại phễu cấp liệu nguyên liệu đƣợc rải đều xuống cửa hút của máy ép đùn nhờ trục xít xoắn đƣợc lai bởi động cơ xoay chiều. +Với máy sản xuất ống PVC: Gồm hai trục vít. +Với máy sản xuất ống HDPE: Gồm một trục vít. 8
  10. Tại xilanh nhiệt nguyên liệu đƣợc gia nhiệt tới nhiệt độ trong khoảng (1700 - 2000 ) C. Hạt nhựa hoá lỏng đƣợc đẩy đi thành dòng nhờ trục vít soắn tới cổ đùn. Tại đây có lƣới lọc bằng kim loại để lọc dòng nhựa hoá lỏng để đảm bảo chất lƣợng của ống. Hỗn hợp nhựa hoá lỏng sau khi đƣợc lọc đƣợc đẩy tiếp tới đầu hình, dòng hỗn hợp nhựa này đi qua một đĩa ( đƣợc chia làm 8 cánh ) để tăng độ trộn đều của hỗn hợp rồi đến vùng tạo hình ống (khuôn). Hình dạng khuôn đùn không phải là hình trụ tròn nhƣ khuôn ngoài mà có những chỗ lồi lõm khác nhau làm tăng độ nén ép, đảm bảo chất lƣợng ống. Quy trình hút chân không làm mát Ống ra tại đầu hình có nhiệt độ cao đƣợc đƣa tới bể chân không và làm mát. Mục đích của việc hút chân không là tạo áp suất chênh lệch giữa áp suất khí quyển với áp suất trong bể (nơi ống đi qua ) để định hình chính xác kích thƣớc ống theo thiết kế, chống biến dạng, đồng thời ống đƣợc làm mát nhờ hệ thống phun tia nƣớc với nhiệt độ khoảng 150C đến 180C. Quy trình in chữ Sau khi đƣợc làm mát ống đƣợc ống đƣợc in nhãn hiệu sản phẩm và tên công ty, sau đó đƣợc kéo qua giàn kéo tới máy cƣa tự động. Tên sản phẩm và nhãn hiệu công ty đƣợc in lên ống bằng thiết bị in phun chuyên dụng. Dữ liệu đƣợc nhập lên bàn phím. Khi cảm biến cảm nhận đƣợc ống (chạy dọc theo đầu phun mực và cảm biến ) thì đầu phun mực sẽ phun chữ đƣợc đặt sẵn lên ống. Công ty sử dụng các máy In phun: Jaime 1000 và Zanasi của Pháp. Quy trình kéo ống Dàn kéo kẹp ống và kéo ống đi.Tốc độ của động cơ lai dàn kéo đƣợc điều chỉnh đồng bộ với tốc độ động cơ chính lai trục vít . Việc điều chỉnh tốc độ động cơ lai dàn kéo lớn hơn hay nhỏ hơn tốc độ động cơ chính sẽ quyết định tới độ dày, mỏng của ống. Quy định về cài đặt các thông số tốc độ của động cơ lai dàn kéo ứng với từng cỡ ống đƣợc nhà thiết kế dây truyền công 9
  11. nghệ tính toán và xác định sẵn. Ngƣòi vận hành chỉ việc cài đặt, thao tác theo các chỉ dẫn cài đặt thông số có sẵn. Dàn kéo còn có chức năng: là động lực đẩy bàn cƣa trong quá trình cƣa cắt sản phẩm. Chiều dài ống đƣợc cắt theo tiêu chuẩn quy định chung là 4 m (đối với ống PVC ). Tuy nhiên theo đơn đặt hàng mà chiều dài ống đƣợc cắt với các kích thƣớc theo yêu cầu. Với ống HDPE thì chiều dài ống đƣợc cắt theo đơn đặt hàng. Việc cƣa cắt đƣợc thực hiện nhờ bàn cƣa tự động và cảm biến vị trí. Thay đổi chiều dài cắt của ống đƣợc thực hiên bằng việc thay đổi vị trí của cảm biến vị trí. Quy trình cƣa ống: Sau khi in logo, tên, kích cỡ sản phẩm đơn vị sản xuất lên trên bề mặt ống, ống sẽ đƣợc đi qua 1 máy cƣa tự động để cắt ống thành phân đoạn theo yêu cầu. Khi ống đi qua máy cƣa sẽ có 1 cảm biến đo chiều dài cần cắt, khi đã báo đủ chiều dài máy cƣa sẽ đƣa động cơ mang lƣỡi cƣa vào làm việc. Khi ống dịch chuyển thì động cơ cƣa cũng dịch chuyển theo để đảm bảo độ chính xác khi cắt ống. Ống sau khi đƣợc cắt sẽ đƣợc chuyển qua máy nong ống. Quá trình cứ tiếp tục nhƣ vậy cho các ống tiếp theo. Quy trình nong đầu ống: Quy trình nong đầu ống đƣợc thực hiện bởi 1 máy chuyên dụng. Ống nhựa sau khi cƣa thành đoạn theo kích thƣớc yêu cầu sẽ đƣợc đƣa vào băng chuyền của máy, sau đó ống sẽ đi qua các công đoạn quá trình nong ống Ban đầu ống đƣợc băng chuyền đƣa đến 1 bộ phận gia nhiệt là 1 giàn nhiệt để làm nóng đầu ống. Sau khi đƣợc làm nóng thì ống đƣợc chuyển qua thiết bị nong, đó là 1 đầu nong đã đƣợc định kích cỡ tờ trƣớc, Khi ống đƣợc đƣa vào đầu nong đó thì đầu ống sẽ đƣợc mở rộng ra. Sau công đoạn này ống sẽ đƣợc đƣa đến 1 bộ phận làm mát, sau đoa băng chuyền sẽ đƣa ống đƣợc nong ra ngoài. Nhƣ vậy là kết thúc quá trình nong ống, quá trình đƣợc lắp lại với các ống tiếp theo. 10
  12. Quy trình nong ống (sx ống PVC) Sau cùng là công đoạn nong ống (đối với ống PVC) và cuộn ống (ống HDPE). Theo yêu cầu của đơn đặt hàng mà có Nong trơn hay Nong gioăng. Ống sau khi đƣợc sản xuất đƣợc kiểm đinh chất lƣợng nếu đảm bảo đúng yêu cầu thì cất giữ tại kho chứa hay đƣợc vận chuyển tới nơi tiêu thụ. Những sản phẩm không đạt chất lƣợng đƣợc cho vào nghiền, xử lý để tái chế thành nguyên liệu. Quá trình nong đƣợc thực hiện bởi máy nong. ống nhựa PVC sau khi cắt đƣợc đƣa vào băng chuyền của máy. Đầu tiên ống đƣợc đƣa đến bộ phận gia nhiệt (là một giàn nhiệt - thực chất là các dây điện trở ). Sau khi đƣợc gia nhiệt tới nhiệt độ khoảng 1800C thì băng truyền chuyển ống tới đầu nong (đƣợc đinh kích cỡ trƣớc). Đầu nong làm việc ở hai chế độ: 1 - Nong trơn (không tiến Banh) 2 - Nong gioăng (Tiến Banh ) Trong quá trình nong thì ống đƣợc hút chân không và làm mát để định hình chính xác đầu Nong. Cuối công đoạn Nong ống đƣợc đƣa ra ngoài và quá trình tƣơng tự với ống tiếp theo. 1.3. CÁC KHÂU TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ỐNG NHỰA Cấu trúc cơ học tổng thể của dây chuyền gồm có: - Silo chứa liệu - Đƣờng ống dẫn liệu - Bơm hút nguyên liệu - Đƣờng ống dẫn liệu - Silo cấp liệu - Bộ phận lƣờng hạt - Quạt gió làm mát động cơ chính - Động cơ truyền động cho 2 trục vít - Hộp số và các bộ phận phối lực - Xilanh nhiệt và trục vít xoắn 11
  13. - Các vòng gia nhiệt - Đầu hình - Các cảm biến đo nhiệt độ - Hộp đầu dây cấp nguồn cho các băng nhiệt - Thiết bị hút chân không cho các xilanh - Thiết bị làm mát xilanh - Thiết bị bơi trơn,hộp giảm tốc và hệ bánh răng phối lực - Thiết bị cân bằng nhiệt trục vít xoắn - Màn hình hiển thị và bàn phím hiển thị - Bể chân không và làm lạnh, bao gồm 3 ngăn: - Ngăn 1 - Ngăn 2 - Ngăn 3 - Động cơ tiến lùi bể chân không - Bơm hút chân không của bể - Bơm nƣớc làm lạnh ống - Băng xích tải - Động cơ giàn kéo - Động cơ cƣa - Giá cƣa ống -Giàn lật ống -Giá chứa ống Toàn bộ dây chuyền có tất cả 5 khâu thực hiện: 12
  14. Hình 1.2. Sơ đồ cơ khí dàn máy KMD 2- 50KK 13
  15. a,Bộ phận cấp liệu Hình 1.3. Silo cấp liệu Bộ phận cấp liệu của máy 50KK ( hình 1.3 ) là nơi cung cấp nguyên liệu đã trộn sẵn với đầy đủ các thành phần đáp ứng theo yêu cầu của sản phẩm( gồm hạt nhựa và bột phụ gia ) cho máy ép đùn, gồm có: Silo chứa liệu: nguyên liệu sau khi đã đƣợc trộn xong ở nhà trộn sẽ đƣợc cấp đầy vào silo. Đƣờng ống dẫn liệu: đƣờng ống này sẽ đƣa nguyên liệu từ silo chứa liệu đến đầu hút của bơm. đƣờng ống này làm bằng hợp chất nhựa cứng dài khoảng 3 m, một đầu đƣợc tới miệng của silo chứa liệu, đầu còn lại của hút của bơm. Trong đƣờng ống có đặt 1 lò xo có chiều dài lớn hơn chiều dài của ống và đƣợc truyền động bởi động cơ của bơm để tải liệu. Bơm hút nguyên liệu: là 1 động cơ xoay chiều 3 pha có 1 cấp tốc độ, động cơ này truyền động cho lò xo đặt trong ống dẫn nguyên liệu đƣa tới 14
  16. đẩy của bơm. Hoạt động của bơm đƣợc điều khiển bởi 1 cảm biến báo mức đặt ngay trên phễu cấp liệụ b) Máy ép đùn: Hình 1.3. hệ thống điều khiển và đầu máy ép đùn PhÔu cÊp liÖu B¨ng nhiÖt §Çu h×nh Tñ ®iÒu khiÓn §éng c¬ chÝnh Hình 1.4. Sơ đồ cơ khí máy ép đùn Hệ thống điểu khiển và đầu máy ép đùn ( hình 1.3 và 1.4) là nơi tạo ra các ống nhựa từ các hạt và phụ gia, kết cấu của máy ép đùn gồm có các bộ phận nhƣ sau: 15
  17. Silo cấp liệu( hay còn gọi là phễu cấp liệu): Silo cấp liệu đƣợc đặt trên máy ép đùn có nhiều cao khoảng 1250mm, nguyên liệu từ bơm hút sẽ đƣợc đƣa đến và chờ sẵn ở đây, Bộ phận lƣờng hạt: gồm 1 động cơ xoay chiều 3 pha lai trục vít để tải liệu từ phễu cấp liệu đến xilanh nhiệt. Bộ phận lƣờng hạt đƣợc đặt ngay bên dƣới phễu cấp liệu chỉ làm nhiệm vụ đơn thuần là cấp đều nguyên liệu cho máy ép đùn. Động cơ truyền động chính: là động cơ 1 chiều kích từ động lập, động cơ này lại 2 trục vít xoắn thông qua hộp số và bánh răng phối lực. Hộp số và bộ phận phối lực: Gồm có hộp số, ổ bi và các hệ bánh răng ăn khớp nhau với nhau có nhiệm vụ chuyển năng lƣợng điện thành năng lƣợng cơ truyền tải cho trục vít đảm bảo sự hoạt động chắc chắn và lâu dài. Tốc độ quay của động cơ chính là n = 2380 v/ph nhƣng khi đi qua bộ phận hộp số sẽ giảm tốc độ quay vít xoắn chỉ còn 47.6 v/ph để phù hợp với yêu cầu công nghệ. Quạt gió làm mát: là động cơ xoay chiều 3 pha lai cánh quạt để làm mát động cơ chính. Vì động cơ làm việc với tốc độ cao nên điều kiện làm mát phải luôn đƣợc đảm bảo để tránh quá nhiệt. Xi lanh nhiệt và trục vít xoắn: với cửa hút là chân phễu cấp liệu nối với hộp cấp liệu cho xi lạnh nhiệt, cửa đây là miệng xi lanh nằm ở phía đùn nhựa ra chỗ cổ nối và đầu hình. Xilanh nhiệt và trục vít là các bộ phận thuộc phần thân của máy ép đùn. Hai trục vít xoắn quay song song ngƣợc chiều với nhau làm nhiệm vụ trộn đều và đẩy hỗn hợp nhựa nóng chảy ra cửa đẩy phía đầu hình. Trục vít chủ động 1 có kết cấu ren hình thang, các ren trên trục vít phải ăn khớp với trục vít bị động 2. Các trục vít đƣợc định vị bằng các ổ trục đặt trong xilanh nhiệt. Khe hở giữa trục vít và xilanh nhiệt là rất nhỏ cỡ khoảng 1.2mm. Ta có thể hình dung hoạt động của bơm trục vít 1 cách đơn giản nhƣ sau: xung quanh ren trục vít chứa đầy nhựa nóng chảy tạo thành 1 đai ốc chất lỏng ăn khớp với thanh ren trục vít kia, có tác dụng nhƣ một tấm chắn không 16
  18. cho dòng nhựa nóng chảy trong rãnh ren quay theo trục mà chuyển động tịnh tiến từ phễu cấp liệu đến miệng xilanh. Tuy nhiên nhƣợc điểm của 2 trục vít ren hình thang này là khó đảm bảo kín thể tích làm việc, vì thế hiệu suất làm việc của bơm tƣơng đối thấp chỉ đạt khoảng 75-85%. Các vòng gia nhiệt (hay còn gọi là các băng nhiệt): thực chất là các vòng điện trở ôm lấy thân máy để gia nhiệt cho máy. Gồm có 12 băng nhiệt. + Xi lanh: 5 băng nhiệt. + Cổ nối: 1 băng nhiệt + Đầu hình: 9 băng nhiệt. Trên thân các băng nhiệt có các hộp đấu dây để đƣa nguồn vào gia nhiệt, ngoài ra còn các lô giắc để cắm các sensor nhiệt. Đầu hình (hay còn gọi là khuôn định hình): dùng để định dạng kích cỡ ống ( 45 - 110mm) đƣợc làm bằng inox chịu đƣợc nhiệu độ cao và không dính nhựa. Đầu hình có thể đƣợc thay đổi tùy theo yêu cầu sản xuất. Thiết bị hút chân không cho xi lanh: làm nhiệm vụ hút chân không cho hỗn hợp nhựa nóng chẳng trong xi lanh nhiệt đảm bảo độ bền vững của sản phẩm. Quạt gió làm mát cho xi lanh: có nhiệm vận chuyển không khí lạnh để cân bằng nhiệt xilanh tránh cho nhiệt độ trong xi lanh cao quá mức cho phép. 17
  19. c) Bể chân không và làm lạnh Hình 1.5. Vacuum làm lạnh và hút chân không §ång hå ®o ¸p lùc N¾p bÓ B¬m n•íc B¬m hót ch©n kh«ng §éng c¬ di chuyÓn bÓ ch©n kh«ng Hình 1.6. Sơ đồ cơ khí vacuum làm lạnh và hút chân không 18
  20. Bể hút chân không và làm lạnh của máy 50KK ( hình 1.5 và 1.6 ) dài khoảng 9m đƣợc đặt trên hệ thống đƣờng ray và có thể đƣợc dịch chuyển tiến lùi nhờ 1 động cơ. Bể này có nhiệm vụ làm mát cho ống nhựa đang nóng, định dạng và làm mát cho ống bằng nƣớc lạnh đƣợc phun sƣơng tuần hoàn qua hệ thống các vòi phun nƣớc trong bể. Nhiệt độ của nƣớc làm lạnh khoảng 15-180C. Quá trình hút chân không và làm lạnh sẽ làm tăng độ bền cơ học cho ống, tránh hiện tƣợng rỗng xốp trên thành ống, ổn định kích cỡ của sản phẩm. Bể hút chân không và làm lạnh gồm có: -Các bể chân không gồm có 9 khoang đƣợc chia làm 3 ngăn. -Động cơ tiến lùi bể chân không. -Bơm nƣớc làm lạnh. d) Giàn kéo ống: Hình 1.7. Giàn kéo 19
  21. Dµn kÐo Hình 1.8. Sơ đồ cơ khí của giàn kéo Hệ thống giàn kéo ống của may 50KK ( hình 1.7 và 1.8 ) gồm có 2 bằng xích tải để kẹp ống, động cơ truyền động cho hệ bánh răng là động cơ điện 1 chiều dùng bộ điều khiển DC, ta có thể thay đổi tốc độ động cơ để phù hợp với tốc độ động cơ chính. Dàn kéo ống gồm hai băng xích tải đƣợc lai bằng 1 động cơ 1 chiều kích từ độc lập thông qua hệ thống truyền động cơ khí ( hộp số, xích, trục các- đăng ). Băng xích là xích tải đặc biệt có các mã để bắt các má cao su làm nhiệm vụ kẹp ống. Băng xích phía dƣới đƣợc đặt cố định. Băng xích phía trên có thể di chuyển lên xuống nhờ tác động tay quay (khi kích thƣớc ống thay đổi ). Kết hợp với kích khí nén ép băng tải phía trên xuống vói áp xuất 4kg / 1cm2 để đảm bảo kẹp chặt ống. Tốc độ của đông cơ lai giàn kéo đƣợc cài đặt theo thông số chuẩn định sẵn đồng bộ với tốc độ của động cơ chính. Tốc độ của động cơ lai giàn kéo 20
  22. tăng hay giảm so với tốc độ chuẩn sẽ ảnh hƣởng tới chất lƣợng của ống dầy hay mỏng. Ví dụ: sản xuất ống 100 mm. Nhà sản xuất đƣa thông số cài đặt nhƣ sau: Điện áp phần ứng đặt động cơ chính là: 300 V Điện áp phần ứng đặt động cơ lai giàn kéo là: 130 V e) Máy cƣa tự động Hình 1.9. Hệ thống cƣa tự động Bµn c•a Dµn lËt C¶m biÕn vÞ trÝ Tñ ®iÒu khiÓn Hình 1.10. Sơ đồ cơ khí hệ thông cƣa Hệ thống cƣa tự động của máy 50KK ( hình 1.6 ) khi ống nhựa đƣợc dàn kéo kẹp và kéo ra khỏi bể hút chân không và làm mát thì ống sẽ đƣợc đƣa đến bộ phận cƣa và cắt ra thành từng đoạn theo yêu cầu độ dài sản phẩm. 21
  23. Trong quá trình cắt sản phẩm toàn bộ cƣa di động một cách nhịp nhàng đồng bộ với hoạt động của toàn dây chuyền mà vẫn đảm bảo cắt gọn và nhanh. Động cơ thực hiện là động cơ xoay chiều 3 pha dị bộ rotor lồng sóc M có các thông số: Động cơ cƣa cắt ống Pđm = 2.2 KW U đm = 388V Iđm = 3.2 A Động cơ quay vệ tinh Pđm = 0.75 KW Uđm= 388V Iđm = 1.5V Máy cƣa tự động đƣợc đặt ở cuối dây chuyền công nghệ làm nhiệm vụ cƣa ống theo đúng yêu cầu sản phẩm. Các loại cảm biến đƣợc sử dụng cho hệ thống cƣa tự động thƣờng là: Cảm biến quang Cảm biến kiểu ngắt cuối. Với hai loại cảm biến trên thì chƣơng trình hoạt động của cƣa là tƣơng tự nhau, thƣờng thì có 5-6 cảm biến làm nhiệm vụ gửi tín hiệu để điều khiển: Hạn chế chiều dài ống Hạn chế cuối dàn Hạn chế tiến cƣa Hạn chế lùi cƣa Các cảm biến này sẽ làm nhiệm vụ đƣa ra các tín hiệu điều khiển để đóng mở van khí nén để điều khiển cơ cấu thực hiện xilanh – piston. Một hệ thống cƣa tự động cơ bản gồm có: động cơ quay lƣỡi cƣa là động cơ xoau chiều 3 pha và dây cu – roa để truyền động quay tròn lƣỡi cƣa quanh trục. Quá trình tiến lùi giàn cƣa, tiến lùi lƣỡi cƣa đƣợc thực hiện hoàn 22
  24. toán bằng khí nén nhờ các cặp xilanh – piston. Khi cƣa sản phẩm thì toàn bộ dàn cƣa đƣợc điều khiển di chuyển thích hợp với tốc độ chạy ống để đảm bảo thao tác cƣa gọn và khỏe. f) Kiểm tra sản phẩm Sau khi ống đƣợc cƣa thì ta thu đƣợc sản phẩm chƣa hoàn thiện ngƣời ta tiếp tục đem nong đầu ống lúc đó ta mới thu đƣợc sản phẩm hoàn chỉnh và sản phẩm đƣợc đƣa vào kiểm tra chất lƣợng. Kiểm tra chất lƣợng ống thì ta kiểm tra về kích thƣớc ống (đƣờng kính, chiều dài), kiểm tra về sự mịn bóng trên bề mặt ống, kiểm tra xem đã in trên ống chƣa Nếu ống không đủ tiêu chuẩn thì trở thành phế phẩm đƣợc đểm đi nghiền thành nguyên liệu bột, còn nếu ống đạt tiêu chuẩn thì đƣợc nhập kho. ` 23
  25. CHƢƠNG 2 : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO DÂY CHUYỀN CÔNG NGHIỆP NHỰA 2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT, ĐỘ DÀI 2.1.1. Khái niệm chung về nhiệt độ và các hệ thống đo nhiệt độ Nhiệt độ là một tham số vật lý quan trọng, thƣờng hay gặp trong kỹ thuật, công nghiệp, nông nghiệp và trong đời sông sinh hoạt hàng ngày. Nó là tham số có liên quan đến tính chất của rất nhiều vật chất, thể hiện hiệu suất của các máy nhiệt và là nhân tố trọng yếu ảnh hƣởng đến sự truyền nhiệt. Vì có lẽ đó mà trong cac nhà máy, trong hệ thống nhiệt đều phải dùng nhiều dụng cụ đo nhiệt độ khác nhau. Chất lƣợng và số lƣợng sản phẩm sản xuất đều có liên quan dến nhiệt độ, nhiệu trƣờng hợp phải đo nhiệt độ để đảm bảo cho yêu cầu thiết bị và cho quá trình sản xuất. Khái niệm nhiệt độ Từ lâu ngƣời ta đã biệt rằng tính chất vật lý có liên quan mật thiết tới mức độ nóng lạnh của vật liệu đó. Nóng lạnh la thể hiện tình trạng giữ nhiệt của vật và mức độ nóng lạnh đó đƣợc gọi là nhiệt độ. Vậy nhiệt độ là đại lƣợng đặc trƣng cho trạng thái nhiệt, theo thuyết động học phân tử thì động năng của vật Trong đó K- hằng số Bonltzman E- động năng trung bình chuyển động thẳng của các phân tử T- nhiệt độ tuyệt đối của vật Theo định luật 2 nhiệt động học: Nhiệt lƣợng nhận vào hay tỏa ra của môi chất trong chu trình Cacsno tƣơng ứng với nhiệt độ của môi chất và có quan hệ 24
  26. Vậy khái niệm nhiệt độ không phụ thuộc vào bản chất mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt lƣợng nhận hay tỏa cuả vật. Muốn đo nhiệt độ thì phải tìm cách xác định dơn vị nhiệt độ để xây dựng thành thang đo nhiệt độ (có khi gọi là thƣớc đo nhiệt độ,nhiệt giải ). Dụng cụ dùng để đo nhiệt độ gọi la nhiệt kế, nhiệt kế dùng để đo nhiệt độ cao gọi là hỏa kế. Có nhiều loại dụng cụ đo nhiệt độ, tên gọi mỗi loại một khác nhƣng thƣờng gọi chung là nhiệt kế. Trong dụng cụ đo nhiệt độ ta thƣờng dùng các khái niệm sau : Nhiệt kế là dụng cụ (đồng hồ) đo nhiệt độ bằng cách số chỉ hoặc tín hiệu là hàm số dã biết đối với nhiệt độ. Bộ phận nhạy cảm của nhiệt kế là bộ phận của nhiệt kế dùng để biến nhiệt năng thành một dạng năng lƣợng khác để nhận đƣợc tín hiệu về nhiệt độ. Nếu bộ phận nhạy cảm tiếp xúc trực tiếp với môi trƣờng cần đo thì gọi là nhiệt kế đo trực tiếp và ngƣợc lại. Theo thói quen ngƣời ta thƣờng dùng khái niệm nhiệt kế để chỉ các dụng cụ đo nhiệt độ dƣới 600°C, còn các dụng cụ đo nhiệt độ trên 600°C thì gọi là hỏa kế. 2.1.2. Khái niệm chung về áp suất và các hệ thống đo áp suất . Áp suất là lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích,ký hiệu p. F p kG/ cm2 S Các đơn vị của áp suất: Pa = 1N/m2 1 mm Hg = 133,322 N/m2 2 1 mm H2O = 9,8 N/m 1 bar = 105 N/m 1 at = 9,8.104 N/m2 = 1 kG/cm2 = 10m H2O 25
  27. Ngƣời ta đƣa ra một số khái niệm nhƣ sau: -Khi nói đến áp suất là ngƣời ta nói đến áp suất dƣ là phần lớn hơn áp suất khí quyển. Hình 2.1. áp suất Áp suất chân không: là áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển. -Áp suất khí quyển(khí áp): là áp suất khí quyển tác dubgj lên các vật pb(at). -Áp suất dƣ là hiệu áp suất tuyệt đối cần đo và khí áp. Pd = Ptd - Pb -Áp suất chân không là hiệu số giữa khí áp và áp suất tuyệt đối. P ck = Pb -Ptd -Chân không tuyệt đối không thể nào tạo ra đƣợc. 2.1.3. Khái niệm chung về độ dài và các hệ thống đo độ dài Đo chiều dài có 2 cách: - đo thủ công : con ngƣời trực tiếp sử dụng thƣớc đo để chiều dài của sản phẩm. Cách này ít đƣợc sử dụng trong công nghiệp - đo tự động : đƣợc sử dụng phổ biến. thƣờng sử dụng các thiết bị cảm biến dể đo 26
  28. Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lƣợng vật lý và các đại lƣợng không có tính chất điện cần đo thành các đại lƣợng điện có thể đo và sử lý đƣợc. Các đại lƣợng cần đo ( m ) thƣờng không có tính chất điện ( nhƣ nhiệt độ, áp suất, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng ) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của của đại lƣợng đo. Đặc trƣng ( s) là hàm của đại lƣợng đo (m) : S = F (m) Ngƣời ta gọi (s) là đại lƣợng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là đại lƣợng đầu vào hay kích thích ( có nguồn gốc là đại lƣợng cần đo ). Thông qua đo đạc ( s) cho phép nhận biết giá trị của (m). 2.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG NHIỆT ĐỘ Dụng cụ và phƣơng pháp đo nhiệt độ Hình 2.2. các dụng đo thƣờng gặp 27
  29. Theo nguyên lý đo nhiệt độ, đồng hồ nhiệt độ đƣợc chia lam 5 loại chính. 1. Nhiệt kế giãn nở đo nhiệt độ bằng quan hệ giữa sự giãn nở của chất rắn hay chất nƣớc đối với nhiệt độ. Phạm vi đo thông thƣờng từ -200 đến 500°C 2. Nhiệt kế kiểu áp kế đo nhiệt độ nhờ biến đổi áp suất hoặc thể tích của chất khí, chất nƣớc hay hơi bão hòa chứa trong 1 hệ thống kín có dung tích cố định khi nhiệt độ thay đổi. Khoảng đo thông thƣờng từ 0 đến 300°C. 3. Nhiệt kế điện trở đo nhiệt độ bằng tính chất biến đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi của vật dẫn hoặc bán dẫn. khoảng đo thông thƣờng từ -200 đến 1000°C 4. cặp nhiệt còn gọi là nhiệt ngẫu, pin nhiệt điện. Đo nhiệt độ nhờ quan hệ giữa nhiệt độ với suất nhiệt điện động sinh ra ở đầu mối hàn của 2 cực nhiệt điện làm bằng kim loại hoặc hợp kim. Khoảng đo thông thƣờng từ 0 đến 1600°C 5. Hỏa kế bức xạ gồm hỏa kế quang học, bức xạ hoặc so màu sắc. Đo nhiệt độ của vật thông qua tính chất bức xạ nhiệt của vật. Khoảng đo thƣờng từ 600 đến 6000°C. Đây là dụng cụ đo gián tiếp. Nhiệt kế còn đƣợc chia loại theo mức độ chính xác nhƣ: - Loại chuẩn - Loại mẫu - Loại thực dụng Hoặc theo cách cho số đo nhiệt độ ta có các loại: - Chỉ thị - Tự ghi - Đo từ xa 2.2.1. Nhiệt kế giãn nở Thể thích và chiều dài của một vật thay đổi tùy theo nhiệt độ và hệ số dãn nở của vật đó. Nhiệt kế đo nhiệt độ theo nguyên tắc đó gọi là nhiệt kế kiểu dãn nở . Ta có thể phân nhiệt kế này thành 2 loại chính đó là: nhiệt kế dãn nở chất rắn ( còn gọi là nhiệt kế cơ khí) và nhiệt kế dãn nở chất nƣớc. A. Nhiệt kế dãn nở chất rắn Nguyên lí đo nhiệt độ là dựa trên độ dãn nở dài của chất rắn. 28
  30. Lt = Lt0 [ 1 + α ( t –t0) ] Lt va Lt0 là độ dài của vật ở nhiệt đọ t và t0 . α –gọi là hệ số dãn nở dài của chất rắn Các loại: + Nhiệt kế kiểu đũa: Cơ cấu là gồm – 1 ống kim loại có nhỏ α1 nhỏ và 1 chiếc đũa có α2 lớn Hình 2.3. Nhiệt kế kiểu đũa + Kiểu bản 2 kim loại ( thƣờng làm rowle tronh hệ thống tự động đong’ ngắt tiếp điểm) Hệ số dãn nở dài của một số vật liệu ( Bảng 2.1 ) vật liệu hệ số dãn nở dài α ( 1/ độ) Nhôm Al 0,238 . 104 ÷ 0,310 . 104 Đồng Cu 0,183 . 104 ÷ 0,236 . 104 Cr – Mn 0,123 . 104 Thép không rỉ 0,009 . 104 H kim inva ( 60% Fe & 36% 0,00001 . 104 N ) 29
  31. B. Nhiệt kế dãn nở chất lỏng Nguyên lí : tƣơng tự nhƣ các loại khác nhƣng sử dụng chất lỏng làm môi chất ( nhƣ Hg, rƣợu ) Cấu tạo: gồm ống thủy tinh hoặc thạch anh trong đựng chất lỏng nhƣ thủy ngân hay chất hữu cơ. Hình 2.4. Nhiệt kế giãn nở chất lỏng 1 – Phần tiếp xúc môi trƣờng cần đo gọi là bao nhiệt 2 - Ống mao dẫn có đƣờng kính rất nhỏ 3 – Thang đo 4 – Đoạn dự phòng, nếu dùng Hg thì α = 0,18 . 103°C-1 còn thủy tinh thì α = 0,02 .103 °C-1 ( nên có thể bỏ qua ) Tuy Hg có α không lớn nhƣng nó không bám vào thủy tinh khó bị oxi hóa, dễ chế tạo, nguyên chất, phạm vi đo nhiệt độ rộng. ở nhiệt độ < 200°C thì đặc tính dãn nở của Hg và t là quan hệ đƣờng thẳng nên nhiệt kế thủy ngân đƣợc dùng nhiều hơn các loại khác nhiệt kế thủy ngân nếu đo nhiệt độ < 100°C thì trong ống thủy tinh kghoong cần nmapj khí, khi đo ở nhiệt độ cao hơn và nhất là khi muốn nâng cao giới hạn đo trên thì phải nâng cao điểm sôi của nó bằng cách nạp khí trơ (N2) vào. - Nếu nạp N2 với áp suất 20 bar thì đo đến 500°C 30
  32. - Nếu nạp N2 với áp suất 70 bar thì đo đến 750°C Ngƣời ta dùng loại này làm nhiệt kế chuẩn có độ chia nhỏ và thang đo từ 0 - 50° ; 50 - 100° và có thể đến 600° Ƣu điểm: đơn giản rẻ tiền sử dung dễ dàng thuận tiện khá chính xác. Khuyết điểm: độ chậm trễ tƣơng đối lớn, khó đọc số, dễ vỡ không tự ghi số đo phải đo tại chỗ không thích hợp với tất cả đối tƣợng ( phải núng trực tiếp vào môi chất) Phân loại: nhiệt kế chất nƣớc có rất nhiều hình dạng khác nhau nhƣng: + xét về mặt thƣớc chia độ thì có thể chia thành 2 loại chính: - hình chiếc đũa - loại thƣớc chia độ trong Hình 2.5. Thƣớc chia độ - + Xét về mặt sử dụng thì có thể chia làm các loại sau: - Nhiệt kế kỹ thuật: Khi sử dụng phần đuôi phải cắm ngập vào trong môi trƣờng cần đo, khoảng đo -30 - 50°C; 0- 50 500 Độ chia: 0.5°C, 1°C. Loại có khoảng đo lớn độ chia có thể 5°C - Nhiệt kế phòng thí nghiệm: có thể là 1 trong các loại trên nhƣng có kích thƣớc nhỏ hơn. 31
  33. -Chú ý: khi đo ta cẩn nhúng ngập đầu nhiệt kế vào trong môi chất đến mức đọc. * Loại có khoảng đo ngắn Độ chia 0,0001÷ 0,02°C dùng làm nhiệt lƣợng kế để tính nhiệt lƣợng * Loại có khoảng đo nhỏ 50°C đo đến 350°C chia độ 0,1°C * Loại có khoảng đo lớn 750°C đo dến 500°C chia độ 2°C Ngoài ra: ta dùng nhiệt kế không dùng thủy ngân thang đo - 190°C và loại nhiệt kế đặc biệt đo đến 600°C Trong tụ động còn có loại nhiệt kế tiếp điểm điện, các tiếp điểm làm bằng bạch kim, trong công nghiệp phải đặt nơi sáng sủa sạch sẽ, ít chấn động thuận tiện cho đọc và vận hành, bao nhiệt phải đặt trong tâm dòng chất lỏng với độ sâu quy định - Nếu đƣờng kính ống đựng môi chất lớn thì ta đặt nhiệt kế thẳng đứng - Nếu đo môi chất có nhiệt độ áp suất cao thì cần phải có bảo vệ + Nếu nhiệt độ t < 150°C thì ta bơm dầu vào vỏ bảo vệ + Nếu nhiệt độ cao hơn thì ta cho mạt đồng vào Hình 2.6. Tiếp điểm của nhiệt kế 32
  34. Nhiệt kế kiểu áp kế Dựa vào sự phụ thuộc áp suất m/c vào nhiệt độ khi thể tích không đổi Cấu tạo: Hình 2.7. Nhiệt kế kiểu áp kế 1- Bao nhiệt chứa chất lỏng hay khí ( bộ phận nhạy cảm) 2- Ống mao dẫn 3- Áp kế có thang đo nhƣ nhiệt độ bao nhiệt làm bằng thép không hàn, bằng đồng thau đầu dƣới bịt kín đầu trên nối với ống nhỏ đƣờng kính khoảng 6 mm dài 300 mm ,ống mao dẫn làm bằng ống thép hay đồng đƣờng kính trong bằng 0,36 mm có độ dài đến 20÷ 60m phía ngoài ống mao dẫn có ống kim loại mềm (dây xoắn bằng kim loại hoặc ống cao su đẻ bảo vệ) loại nhiệt kế này: Đo nhiệt độ từ -50°C ÷ 550°C và áp suất làm việc tới 60KG/m2 cho số chỉ thị hoặc tự ghi có thể chuyển tín hiệu xa đến 60m, độ chính xác tƣơng đối thấp CCX =1,6; 4; 2,5 một số có CCX= 1 Ƣu – nhƣợc điểm: Chịu đƣợc chấn động, cấu tạo đơn giản nhƣng số chỉ bị chậm trễ Phân loại: Ngƣời ta thƣờng phân loại dựa vào môi chất sử dụng, thƣờng có 3 loại: 1- loại chất lỏng: dựa vào mối liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ t p – p0 = ( t – t0 ) 33
  35. p, p0, t, t0 là áp suất và nhiệt độ chất lỏng tƣơng ứng nhau, chỉ số 0 ứng với lúc ở điều kiện không đo đạc α: hệ số giãn nở thể tích ξ: hệ số nén ép của chất lỏng chất lỏng thƣờng dùng là thủy ngân có α = 18.10-5°C-1, ξ= 0,4 . 10- 5cm2/kg 2 Vậy đối với thủy ngân t – t0 = 1°C thì p – p0 = 45kg/cm Khi sử dụng phải cắm ngập bao nhiệt trong môi chất cần đo: sai số khi sử dụng khác sai số chia độ 2- Loại chất khí: thƣờng dùng các khí trơ: N2,He Quan hệ giữa áp suất vào nhiệt độ xem nhƣ khí lý tƣởng . α= 0,0365 °C-1 2.2.2. Nhiệt kế nhiệt điện Đây là hệ thống đƣợc sử dụng để đo nhiệt của các vòng nhiệt của máy sản xuất ống nhựa 50KK Nguyên lý đo nhiệt độ của nhiệt kế điện trở( cặp nhiệt) Giả sử nếu có hai bản dây dẫn nối với nhau 2 đầu nối có nhiệt độ khác nhau thì sẽ xuất hiện suất điện động (sđđ) nhỏ giữa hai đầu nối do sinh ra hiệu ứng nhiệt. Nguyên lý: Dựa và xuất hiện nhiệt điện động trong mạch khi có độ chênh nhiệt giữa các đầu nối Cấu tạo: gồm nhiều dây dẫn khác loại có nhiệt độ khác nhau giữa các đầu nối, giữa các điểm tiếp xúc xuất hiện sđđ kí sinh và trong toàn mạch có sđđ ttoonr EAB(t, t0 ) =eAB(t) + eBA (t0) =eAB(t) -eBA(t0) eAb(t); eBA(t0) là sđđ ký sinh hay điện thế tại điểm có nhiệt độ t và t0 34
  36. Hình 2.8. Nhiệt kế nhiệt điện Nếu t= t0 thì EAB ( t, t0) =0 trong mạch không xuất hiện sđđ. Trong thực tế để đo ta thêm dây dẫn thứ 3, lúc này có trƣờng hợp sđđ sinh ra toàn mạch bằng Σsđđ ký sinh tại các điểm nối từ hình vẽ EABC (t, t0) =eAB(t) +eBC(t0) +eCA(t0) mà eBC(t0) +eCA(t0) = -eAB(t0) (= eBA(t0)) ⇒EABC (t, t0) = EAB ( t, t0) . Vậy sđđ sinh ra không phụ thuộc vào dây dẫn thứ 3 Khi nối vào hai đầu của hai dây kia có nhiệt độ không đổi (t0) - trƣờng hợp này tƣơng tự ta cũng có EABC (t, t0) = eAB(t) + eBC( t1 ) + eBC( t1 ) + eBA( t0 ) = EAB( t, t0 ) nhƣ trên chú ý: - Khi nối cặp nhiệt với dây dẫn thứ 3 thì những điểm nối phải có nhiệt độ bằng nhau. - Vật liệu cặp nhiệt phải đồng nhất theo chiều dài Vật liệu và cấu tạo cặp nhiệt Có thể chọn rất nhiều loại và đòi hỏi tinh khiết, ngƣời ta thƣờng lấy bạch kim tinh khiết làm cực chuẩn vì: Bạch kim có độ bền hóa học cao các tính chất đƣợc nghiên cứu rõ, có nhiệt độ nóng chảy cao, dễ điều chế tinh khiết và so với nó ngƣời ta chia vật liệu làm dƣơng tính và âm tính. 35
  37. Hình 2.9. Cặp nhiệt Thí nghiệm với cặp nhiệt Pt - * t0 = 0°C ; t = 100°C ( bảng 2.2 ) Vật liệu Thành phần sđđ mV Fe nguyên chất + 1,8 Cu nguyên chất + 0,75 Ni nguyên chất - 1,49 Pt + Rh 90% Pt + 10% + 0,46 Constantan (Rôti ) Rh - 3,35 Copan 60% Cu + 40% Ni - 4,05 Aliumen 56% CU + 44% NI - 1,2 Cromen 94,5% Ni + 2% Al + 2,9 + 2% Mn + 1% Si 90% NI + 9,5% Cr 36
  38. Do đó trong 1 số trƣờng hợp ngƣời ta dùng cả 2 vật liệu âm tính và dƣơng tính để tăng sđđ EAB( t, t0 ) = EPA( t ) + EAB( t0 ) + EBP( t ) => EBA( t, t0 ) = EPA( t, t0 ) + EBP( t, t0 ) Yêu cầu của các kim loại: - - Có tính chất nhiệt điện không đổi theo thời gian, chịu đƣợc nhiệt độ cao có độ bền hóa học, không bị khuyếch tán và biến chất. sđđ sinh ra biến đổi theo đƣờng thẳng đối với nhiệt độ. - Độ dãn điện lớn, hệ số nhiệt độ điện trở nhỏ có khả năng sản xuất hàng loạt,rẻ tiền Cấu tạo : Hình 2.11. Đầu nóng của cặp nhiệt Đầu nóng của cặp nhiệt thƣờng xoắn lại và hàn với nhau đƣờng kính dây từ 0.35 – 3mm số vòng xoắn từ 2-4 vòng, ống sứ có thể thay các loại nhƣ cao su, tơ nhân tạo ( 100 °C - 130°C), hổ phách ( 250°C), thủy tinh (500°C) ,thạch cao (1000°C), ống sứ (1500°C) 37
  39. - Vỏ bảo vệ: thƣờng trong phòng thì không cần,còn trong công nghệp thì phải có - Dây bù nối từ cặp nhiệt đi phía trên có hộp bảo vệ Yêu cầu của vỏ bảo vệ: - Đảm bảo độ kín - Chịu nhiệt độ cao và biến đổi đột ngột của nhiệt độ - Chống ăn mòn cơ khí và hóa học - Hệ số dẫn nhiệt cao - Thƣờng dùng thạch anh,đồng ,thép, không rỉ để làm vỏ bảo vệ 2.3. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG ÁP SUẤT Thang đo áp suất Tùy theo đơn vị mà ta có các thang đo khác nhau nhƣ : kG/cm2; mm H2O -Nếu chúng ta sử dụng các dụng cụ đơn vị mmH2O,mmHg thì H2O và Hg phải ở điều kiện nhất định. 2.3.1. áp kế chất lỏng Ta có thể chia các áp kế này thành các loại sau: Loại dùng trong phòng thí nghiệm 1- Áp kế loại chữ U: nguyên lý làm việc dựa vào độ chênh áp suất của cột chất lỏng: áp suất cần đo cân bằng độ chênh áp của cột chất lỏng 38
  40. Hình 3.1. Áp kế loại chữ U P1-P2= γ.h = γ(h1+h2) . Khi đó một đầu nối áp suất khí quyển một đầu nối áp suất cần đo,ta có đƣợc áp suất dƣ. . Trƣờng hợp này chỉ dùng công thức trên khi γ của môi chất cần đo nhỏ hơn γ của môi chất lỏng rất nhiều(chất lỏng trong ống chữ U). Nhƣợc điểm: -Các áp kế loại kiểu này có sai số phụ thuộc nhiệt độ(do γ phụt huộc nhiệt độ và việc đọc 2 lần các giá trị h nên khó chính xác. -Môi trƣờng có áp suất cần đo không phải là hằng số mà dao động theo thời gian mà ta lại đọc 2 giá trị h1,h2 ở vào 2 điểm khác nhau chứ không đồng thời đƣợc. 2- Áp kế một ống thẳng: Hình 3.2. Áp kế một ống thẳng 39
  41. ∆P = γ(h1+h2) F2 F2 Mà h1F1 = h2F2 => h1 h2 => P h2 1 F 1 F1 Ta thấy nếu biết: F1,F2 thì khi đo ta chỉ cần đọc ở một nhánh tức là h2 => loại bỏ đƣợc sai số do đọc 2 giá trị. Nếu F1>>F2 thì ta có thể viết đƣợc ∆P = γh2. Sai số của nó thƣờng là 1%. Với môi chất làm bằng nƣớc thì có thể đo 160mm H2O ÷ 1000 mm H2O. 3- Vi áp kế: loại này dùng để đo các áp suất rất nhỏ. Hình 3.3. Vi áp kế Góc α có thể thay đổi đƣợc và bằng 60°,30°,45° ' F2 Khi cân bằng: ∆P = (h1+h2)γ => h1.F1 = h'2.F2 => h1 h 2 F1 ' F2 Mà h2 = h'2.sinα => P h 2 Sin F1 Thay đổi(có thể thay đổi thang đo có thể đến 30 mm H2O do h'2 >h2 nên dẽ đọc hơn do đó sai số giảm. 4- Khí áp kế thủy ngân: là dụng cụ dùng đo áp suất khí quyển,đây là dụng cụ đo áp suất chính xác nhất. 40
  42. Pb = h. γHg Hình 3.4. Khí áp kế thủy ngân Sai số đọc 0,1mm. Nếu sử dụng loại này làm áp kế chuẩn thì phải xét đến môi trƣờng xung quanh do đó thƣờng có kèm theo 1 nhiệt kế để đo nhiệt độ môi trƣờng xung quanh để hiệu chỉnh. 5- Chân không kế Mc leod: Đối với môi trƣờng có độ chân không cao,áp suất tuyệt đối nhỏ ngƣời ta có thể chế tạo dụng cụ đo áp suất tuyệt đối dựa trên định luật nén ép đoạn nhiệt của khí lý tƣởng. Hình 3.5. Chân không kế Mc leod 41
  43. Nguyên lý: Khi nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích tỷ lệ nghịch với nhau P1V1 = P2V2 Loại này dùng ta để đo chân không. Đầu tiên giữ bình Hg ở ngay nhánh ngã 3. Nối P1(áp suất cần đo)vào rồi nâng bình lên đến khi đƣợc độ lệch áp là h => trong nhánh kín có áp suất P2 và thể tích V2. h. .V2  P2 = P1 + γh => V2(P1 +γh) = P1 => P1 V1 V2 h. .V2 ● Nếu V2 P1 V1 V ●Nếu giữ 2 là hằng số thì dụng cụ sẽ có thang chia độ đều. V1 ●Khoảng đo đên 10-5 mmHg. 3 Ngƣời ta thƣờng dùng với V1max = 500 cm ,đƣờng kính ống d = 1 ÷ 2,5 mm. 6-Áp kế Pitston: Chủ yếu dùng trong phòng thí nghiệm có độ chính xác cao,dùng căn chỉnh đồng hồ. Hình 3.6. Áp kế Pitston 42
  44. Khe hở giữa pít tông và xi lanh S phải thích hợp. Nếu S nhỏ thì ma sát lớn => độ nhạy kém. Nếu S lớn => dầu lọt ra ngoài nhiều => không chính xác. 2 Spt = 0,5 cm môi chất dùng là dầu biến áp hay dầu hỏa hoặc dầu tua bin hoặc dầu khoáng. Tùy thuộc vào khoảng áp suất cần đo mà chọn độ nhớt dầu thích hợp. Khi nạp dầu thƣờng nạp vào khoảng 2/3 xi lanh. Thƣờng dùng loại này làm áp kế chuẩn để kiểm tra các loại khác. 2 Hạn đo trên thƣờng: 2,5 ; 6,0 ; 2 500 ; 10 000 ; 25 000 kG/cm CCX = 0,2 ÷ 0,02. Đặc điểm của loại áp kế pít tông thì trƣớc khi sử dụng phải kiểm tra lại các quả cân. Loại dùng trong công nghiệp. Trong công nghiệp ngƣời ta thƣờng dùng để đo hiệu áp suất gọi là hiệu áp kế. Áp kế và hiệu áp kế đàn hồi. Hình 3.7. Các loại áp kế thƣờng dùng trong công nghiệp Bộ phận nhạy cảm các loại áp kế này thƣờng là ống đàn hồi hay hộp có màng đàn hồi,khoảng đo từ 0 ÷ 10 000 kG/cm2 và đo chân không từ 0,01 ÷ 760 mm Hg. 43
  45. Đặc điểm của loại này là kết cấu đơn giản,có thể chuyển tín hiệu bằng cơ khí,có thể sử dụng trong phòng thí nghiệm hay trong công nghiệp,sử dụng thuận tiện và rẻ tiền. + Nguyên lý làm việc: Dựa trên sự phụ thuộc độ biến dạng của bộ phận nhạy cảm hoặc lực do nó sinh ra và áp suất cần đo,từ độ biến dạng này qua cơ cấu khuếch đại và làm dịch chuyển kim chỉ(kiểu cơ khí). +Các loại bộ phận nhạy cảm: Hình 3.8. Các bộ phận nhạy cảm trong áp kế +Cấu tạo và phạm vi ứng dụng: *Màng phẳng: -Nếu làm bằng kim loại thì dùng để đo áp suất cao. -Nếu làm bằng cao su vải tổng hợp,tấm nhựa thì đo áp suất nhỏ hơn(loại này thƣờng có hai miếng kim loại ép ở giữa). -Còn loại có nếp nhăn làm tăng độ chuyển dịch nên phạm vi đo tăng. -Có thể có lò xo đàn hồi ở phía sau màng. *Hộp đèn xếp: có 2 loại 44
  46. -Loại có lò xo phản tác dụng,loại này màng đóng vai trò cách ly với môi trƣờng. Muốn tăng độ xê dịch ta tăng số nếp gấp thƣờng dùng đo áp suất nhỏ và đo chân không. -Loại không có lò xo phản tác dụng. *Ống buốc đông: là loại ống có tiết diện là elip hay ô van uốn thành cung tròn ống thƣờng làm bằng đồng hoặc thép,nếu bằng đồng chịu áp lực < 100 kG/cm2 khi làm bằng thép(2000 ÷ 5000 kG/cm2). Và loại này có thể đo chân không đến 760mm Hg. -Khi chọn ta thƣờng chọn đồng hồ sao cho áp suất làm việc nằm khoảng 2/3 số đo của đồng hồ. -Nếu áp lực ít thay đổi thì có khi chọn ¾ thang đo. Chú ý: - Khi lắp đồng hồ cần có ống xi phông để cản lực tác dụng lên đồng hồ và phải có van ba ngả để kiểm tra đồng hồ. Hình 3.9. Van và đồng hồ của áp kế -Khi đo áp suất bình chất lỏng cần chú ý đến áp suất thủy tĩnh. -Khi đo áp suất các môi trƣờng có tác dụng hóa học cần phải có hộp màng ngăn. 45
  47. -Khi đó áp suất môi trƣờng có nhiệt độ cao thì ống phải dài 30 ÷ 50 mm và không có bọc cách nhiệt. -Các đồng hồ dùng chuyên dụng để đo một chất nào có tác dụng ăn mòn hóa học thì trên mặt ngƣời ta ghi chất đó. -Thƣờng có các lò xo để giữ cho kim ở vị trí 0 khi không đo. 2.3.2. Một số loại áp kế đặc biệt Trong phạm vi chân không cao và áp suất siêu cao hiện nay ngƣời ta đều dùng phƣơng pháp điện để tiến hành đo lƣờng,các dụng cụ đo kiểu điện cho phép đạt tới những hạn đo cao hơn và có thể đo đƣợc áp suất biến đổi rất nhanh. Chân không kế kiểu dẫn nhiệt: hệ số dẫn nhiệt của chất khí ở áp suất bình thƣờng thì không có quan hệ với áp suất nhƣng ở điều kiện áp suất tƣơng đối nhỏ thì ngƣời ta thấy tồn tại quan hệ trên. Nhiệt độ dây dẫn khi đã cân bằng nhiệt sẽ thay đổi tùy theo hệ số dẫn nhiệt của khí và dùng cầu điện không cân bằng để xác định điện trở dây dẫn ta sẽ biết đƣợc độ chân không tƣơng ứng. Chân không kế Ion: Nhờ hiện tƣợng ion hóa tạo nên dòng ion trong khí loãng có quan hệ với áp suất nên từ trị số của dòng ion ngƣời ta xác định đƣợc độ chân không của môi trƣờng. Có nhiều cách thực hiện việc ion hóa nhƣ : dùng tác dụng của từ trƣờng và điện trƣờng,sự dự phát xạ của ca tốt đƣợc đốt nóng khi có điện áp trên a nốt,dùng sự phóng xạ và tùy theo các cách đó mà ta có các chân không kế khác nhau. Áp kế kiểu áp từ: Áp suất tạo ra ứng lực cơ học trong vật liệu sắt từ biến đổi sẽ làm biến đổi hệ số dẫn từ của vật liệu đó. Lợi dụng hiệu ứng áp từ ta có thể chế tạo đƣợc bộ nhạy cảm kiểu áp từ. Áp kế áp suất điện trở: Muốn đo những áp suất lớn hơn 10.000 kG/cm2 hiện nay hầu nhƣ chỉ có 1 cách duy nhất là dùng bộ phận nhạy cảm áp suất điện trở làm áp kế. 46
  48. 2.4. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG CHIỀU DÀI ỐNG Việc xác định vị trí và dịch chuyển đóng vai trò rất quan trọng trong kỹ thuật. Hiện nay có hai phƣơng pháp cơ bản để xác định vị trí và dịch chuyển. Trong phƣơng pháp thứ nhất,bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ thuộc vào vị trí của một trong các phần tử của cảm biến,đồng thời phần tử này có liên quan đến vật cần xác định dịch chuyển. Trong phƣơng pháp thứ hai,ứng với một dịch chuyển cơ bản,cảm biến phát ra một xung. Việc xác định vị trí và dịch chuyển đƣợc tiến hành bằng cách đếm số xung phát ra. Một số cảm biến không đòi hỏi liên kết cơ học giữa cảm biến và vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển. Mối liên hệ giữa vật dịch chuyển và cảm biến đƣợc thực hiện thông qua vai trò trung gian của điện trƣờng,từ trƣờng hoặc điện từ trƣờng,ánh sáng. Trong chƣơng này trình bày các loại cảm biến thông dụng dùng để xác định vị trí đơn vị và dịch chuyển của vật nhƣ điện thế kế điện trở,cảm biến điện cảm,cảm biến điện dung,cảm bién quang,cảm biến dùng sóng đàn hồi. 2.4.1. Điện thế kế điện trở Loại cảm biến này có cấu tạo đơn giản,tín hiệu đo lớn và không đòi hỏi mạch điện đặc biệt để xử lý tín hiệu. Tuy nhiên với các điện thế kế điện trở có con chạy cơ học có sự cọ sát gây ồn và mòn,số lần sử dụng thấp và chịu ảnh hƣởng lớn của môi trƣờng khi có bụi và ẩm. Điện thế kế dùng con chạy cơ học. a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc. Cảm biến gồm 1 điện trở cố định Rn, trên đó có một tiếp xúc điện có thể di chuyển đƣợc gọi là con chạy. Con chạy đƣợc liên kết cơ học với vật chuyển động cần khảo sát. Giá trị của điện trở Rx giữa con chạy và một đầu 47
  49. điện trở Rn là một hàm phụ thuộc vào vị trí con chạy,cũng chính là vị trí của vật chuyển động. - Đối với điện thế kế chuyển động thẳng(hình 4.1a): 1 R R (4.1) x L n Hình 4.1. Các dạng của điện kế Các điện trở đƣợc chế tạo có dạng cuộn dây hoặc băng dẫn. Các điện trở dạng cuộn dây thƣờng đƣợc chế tạo từ các hợp kim Ni- Cr,Ni-Cu,Ni-Cr-Fe,Ag-Pd quấn thành vòng xoắn dạng lò xo trên các lõi cách điện(bằng thuỷ tinh,gốm hoặc nhựa),giữa các vòng dây cách điện bằng emay hoặc oxyt bề mặt. Các điện trở dạng băng dẫn đƣợc chế tạo bằng chất dẻo trộn bột dẫn điện là cacbon hoặc kim loại cỡ hạt ~10-2 μm. Các điện trở đƣợc chế tạo với các giá trị Ra nằm trong khoảng 1 kΩ đến 100 kΩ,đôi khi đạt tới MΩ. Các con chạy phải đảm bảo tiếp xúc điện tốt,điện trở tiếp xúc phải nhỏ và ổn định. b) Các đặc trƣng - Khoảng chạy có ích của con chạy: 48
  50. Thông thƣờng ở đầu hoặc cuối đƣờng chạy của con chạy tỷ số Rx / Ra không ổn định. Khoảng chạy có ích là khoảng thay đổi của x mà trong khoảng đó Rx là hàm tuyến tính của dịch chuyển. Hình 4.2. sự phụ thuộc của điện trở Hình 4.3. Độ phân giải của điện thế điện thế kế vào vị trí con chạy dạng dây -Năng suất phân giải: Đối với điện trở dây cuốn,độ phân giải xác định bởi lƣợng dịch chuyển cực đại cần thiết để đƣa con chạy từ vị trí tiếp xúc lân cận tiếp theo. Giả sử cuộn dây có n vòng dây,có thể phân biệt 2n-2 vị trí khác nhau về diện của con chạy: + n vị trí tiếp xúc với một vòng dây. +n-2 vị trí tiếp xúc vớ hai vòng dây. Độ phân giải của điện trở dạng dây phụ thuộc vào hình dạng và đƣờng kính của dây điện trở vào khoảng ~ 0,1 μm. -Thời gian sống: Thời gian sống của điện kế là số lần sử dụng của điện thế kế. Nguyên nhân gây ra hƣ hỏng và hạn chế thời gian sống của điện thế kế là sự mài mòn con chạy và đây dẫn vào cỡ 106 lần,điện kế dạng băng dẫn vào cỡ 5.107-108 lần. 49
  51. Điện thế kế không dùng con chạy cơ học Để khắc phục nhƣợc điểm của điện thế kế dùng con chạy cơ học,ngƣời ta sử dụng điện thế kế liên kết quang hoặc từ. a) Điện thế kế dùng con trỏ quang Hình 4.4 trình bày sơ đồ nguyên lý của một điện thế kế dùng con trỏ quang. Điện thế kế tròn dùng con trỏ quang gồm diot phát quang(1),băng đo(2),băng tiếp xúc(3) và băng quang dẫn(4). Băng điện trở đo đƣợc phân cách với băng tiếp xúc bởi một băng quang dẫn rất mảnh làm bằng CdSe trên đó có con trỏ quang dịch chuyển khi trục của điện thế kế quay. Điện trở của vùng quang dẫn giảm đáng kể trong vùng đƣợc chiếu sáng tạo nên sự liên kết giữa băng đo và băng tiếp xúc. Hình 4.4. Điện thế kế quay dùng con trỏ quang 50
  52. 1, Điot phát quang 2, Băng đo 3, Băng tiếp xúc 4, Băng quang dẫn Thời gian hồi đáp của vật liệu quang dẫn cỡ vài chục ms. b) Điện thế kế dùng con trỏ từ Hình 4.5 trình bày sơ đồ nguyên lý một điện thế kế từ gồm hai từ điện trở R1 và R2 mắc nối tiếp và một nam châm vĩnh cửu(gắn với trục quay của điện thế kế) bao phủ lên 1 phần của điện trở R1 và R2,vị trí phần bị bao phủ thuộc góc quay của trục. Điện áp nguồn Es đƣợc đặt giữa 2 điểm(1) và (3),điện áp đo Vm lấy từ điểm chung(2) và một trong hai đầu(1) hoặc (3). Khi đó điện áp đo đƣợc xác định bởi công thức: R1 R1 Vm = Es Es (4.3) R1 R2 R Trong đó R1 là hàm phụ thuộc vị trí của trục quay,vị trí này xác định phần của R1 chịu ảnh hƣởng của từ trƣờng con R = R1+ R2=const. Hình 4.5 Điện thế kế điện từ Từ hình 4.5b ta nhận thấy điện áp đo chỉ tuyến tính trong một khoảng ~ 900 đối với điện kế quay. Đối với điện kế dịch chuyển thẳng khoảng tuyến tính chỉ cỡ vài mm 51
  53. 2.4.2. Cảm biến điện cảm Cảm biến điện cảm là các nhóm cảm biến làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển đƣợc gắn vào 1 phần tử của mạch từ gây nên sự biến thiên từ thông qua cuộc đo. Cảm biến điện cảm đƣợc chia ra : Cảm biến tự cảm: a)Cảm biến tự cảm có khe từ biến thiên - Cảm biến tự cảm đơn: trên hình 4.6 trình bày sơ đò nguyên lý cấu tạo của mọtt số loại cảm biến tự cảm đơn. Hình 4.6. cảm biến tự cảm 1, Lõi sắt từ 2, Cuộn dây 3, Phần động Cảm biến tự cảm đơn gồm một cuộn dây quấn trên lõi thép cố định(phần tĩnh) và một lõi thép có thể di động dƣới tác động của đại lƣợng đo(phần động),giữa phần tĩnh và phần động có khe hở không khí tạo nên một mạch từ hở. Sơ đồ hình 4.6a: dƣới tác động của đại lƣợng đo Xv,phần ứng của cảm biến di chuyển,khe hở không khí δ trong mạch từ thay đổi,làm cho từ trở của mạch từ biến thiên,do đó hệ số tự cảm và tổng trở của cuộn dây thay đổi theo. Sơ đồ hình 4.6b: khi phần ứng quay,tiết diện khe hở không khí thay đổi,làm cho từ trở của mạch từ biến thiên,do đó hệ số tự cảm và tổng trở của cuộn dây thay đổi theo. 52
  54. Hệ số tự cảm của cuộn dây cũng có thể thay đổi do thay đổi tổn hao sinh ra bởi dòng điện xoáy khi tấm sắt từ dịch chuyển đƣới tác động của đại lƣợng đo X(hình 4.6c). Nếu bỏ qua điện trở của cuộn dây và từ trở của lõi thép ta có: 2 W W 2 s L = = 0 R Trong đó: W-số vòng dây. Rδ= - từ trở của khe hở không khí. 0 s Δ-chiều dài khe hở không khí. s- tiết diện thực của khe hở không khí. Trƣờng hợp W=const ta có: L L dL= ds + d s Với lƣợng thay đổi hữu hạn ∆δ và ∆s ta có: 2 2 W 0 W 0 s0 ∆L= s - 2 (4.4) 0 ( 0 ) Độ nhạy của cảm biến tự cảm khi khe hở không khí thay đổi(s= const) L L0 Sδ= = - 2 (4.5) 0 1 0 Độ nhạy của cảm biến tự cảm khi thay đổi tiết diện không khí(δ=const) L L0 Ss = = (4.6) s s0 Tổng trở của cảm biến: W 2 s Z= ωL = 0 (4.7) 53
  55. Từ công thức (4.7) ta thấy tổng trở Z của cảm biến là hàm tuyến tính với tiết diện khe hở không khí s và phi tuyến với chiều dài khe hở không khí δ. Hình 4.7. Sự phụ thuộc giữa L, Z với chiều dài khe hở không khí δ Đặc tính của cảm biến tự cảm đơn Z=f(∆δ) là hàm phi tuyến và phụ thuộc tần số nguồn kích thích,tần số nguồn khích thích càng cao thì độ nhạy cảm của cảm biến càng cao(hình 4.7). -Cảm biến tự cảm kép lắp theo kiểu vi sai: Để tăng độ nhạy của cảm biến và tăng đoạn đặc tính tuyến tính ngƣời ta thƣờng dùng cảm biến tự cảm kép mắc theo kiểu vi sai (hình 4.8). Hình 4.8. Cảm biến tự cảm kép mắc theo kiểu vi sai Đặc tính của cảm biến tự cảm kép vì sai có dạng nhƣ hình 4.9. 54
  56. Hình 4.9. Đặc tính của cảm biến tự cảm kép mắc vi sai b)Cảm biến tự cảm có lõi từ di động. Cảm biến gồm 1 cuộn dây bên trong có lõi từ di động đƣợc (hình 4.10) Hình 4.10. Sơ đồ nguyên lý cảm biến tự cảm có lõi từ 1, Cuộn dây 2, Lõi từ Dƣới tác động của đại lƣợng đo Xv.lõi từ dịch chuyển làm cho độ dài lf của lõi từ nằm trong cuụon dây thay đổi,kéo theo sự thay đổi hệ số tự cảm l của cuộn dây. Sự phụ thuộc của L vào lf là hàm không tuyến tính,tuy nhiên có thể cải thiện bằng cách ghép hai cuộn dây đồng dạng vào hai nhánh kề sát nhau của một cầu điện trở có chung một lõi sắt. Cảm biến hỗ cảm Cấu tạo của cảm biến hỗ cảm tƣơng tự cảm biến cảm biến tự cảm chỉ khác ở chỗ có thêm một cuộn dây đo.(hình 4.11). 55
  57. Trong các cảm biến đơn khi chiều dài khe hở không khí(hình 4.11a) hoặc tiết diện khe,không khí thay đổi(hình 4.11b) hoặc tổn hao do dòng điện xoáy thay đổi (hình 4.11c) sẽ làm cho từ thông của mạch từ biến thiên kéo theo suất điện động e trong cuộn do thay đổi. -Cảm biến đơn có khe hở không khí: Từ thông tức thời: iW1 iW1 0 s Фt= = R i-giá trị dòng điện tức thời trong cuộn dây kích thích W1. Hình 4.11. Cảm biến hỗ cảm 1, Cuộn sơ cấp 2, Gông từ 3, Lõi từ di động 4, Cuộn thứ cấp Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây đo W2: d t W W s di e = W = 2 1 0 * 2 dt dt 56
  58. W2 – số vòng dây của cuộn đo. Khi làm việc với dòng xoay chiều i= Imsinωt, ta có: W2W1 0 s e = I m cos t Và giá trị hiệu dụng của suất điện động: W W s s E= - 2 1 0 I = k I-giá trị hiệu dụng của dòng điện,k=W2W1μ0ωI. Với các giá trị W2,W1,μ0,ω và I là hằng số,ta có: E E dE= ds + d s s hay ∆E = k - ks 2 (4.8) 0 0 Độ nhạy của cảm biến với sự thay đổi của chiều dài khe hở không khí δ(s=const): E ks E0 Sδ= = = (4.9) s 2 2 2 1 0 1 0 0 Còn độ nhạy khi tiết diện khe hở không khí s thay đổi(δ=const): E k E0 Ss= (4.10) S 0 0 ks0 E0 = -sức điện động hỗ cảm ban đầu trong cuộn đo W2 khi Xv=0. 0 Ta nhận thấy công thức xác định độ nhạy của cảm biến hỗ cảm có dạng tƣơng tự nhƣ cảm biến tự cảm chỉ khác nhau ở giá trị của E0 và l0. Độ nhạy của cảm biến hỗ cảm Sδ và Ss cũng tăng khi tần số nguồn cung cấp tăng. -Cảm biến vi sai: để tăng độ nhạy và độ tuyến tính của đặc tính cảm biến ngƣời ta mắc cảm biến theo sơ đồ vi sai(hình 4.11d,đ,e). Khi mắc vi sai độ nhạy cảm biến tăng gấp đôi và phạm vi làm việc tuyến tính mở rộng đáng kể. 57
  59. -Biến thế vi sai có lõi từ: gồm bốn cuộn dây ghép đồng trục tạo thàn hai cảm biến đơn đối xứng,bên trong có lõi từ di động đƣợc(hình 4.12). Các cuuộn thứ cấp đƣợc nối ngƣợc với nhau sao cho suất điện động trong chúng triệt tiêu lẫn nhau. Hình 4.12. Cảm biến hỗ cảm vi sai 1, Cuộn sơ cấp 2, Cuộn thứ cấp 3, Lõi từ Về nguyên tắc,khi lõi từ ở vị trí trung gian,điện áp đo Vm ở đầu ra hai cuộn thứ cấp bằng không. Khi lõi từ dịch chuyển,làm thay đổi mối quan hệ giữa cuộn sơ cấp với các cuộn thứ cấp,tức là làm thay đổi hệ số hỗ cảm giữa cuộn sơ cấp với các cuộn thứ cấp. Khi điện trở của thiết bị đo đủ lớn,điện áp đo Vm gần nhƣ tuyến tính với hiệu số các hệ số hỗ cảm của 2 cuộnt hứ cấp. 2.4.3. Cảm biến điện dung Cảm biến tụ điệm đơn: Các cảm biến tụ điện đơn là một tụ điện phẳng hoặc hình trụ coa một bản cực gắn cố định(bản cực tĩnh) và một bản cực di chuyển(bản cực động) liên kết với vật cần đo. Khi bản cực động di chuyển sẽ kéo theo sự thay đổi điện dung của tụ điện. -Đối với cảm biến hình 4.13a: dƣới tác động của đại lƣợng đo Xv,bản cực động di chuyển,khoảng cách giữa các bản cực thay đổi,kéo theo điện dung tụ điện biến thiên. 58
  60. s C= 0 ε-hằng số điện môi của môi trƣờng. ε0-hằng số điện môi của chân không. s-diện tích nằm giữa 2 điện cực. δ-khoảng cách giữa 2 bản cực. Hình 4.13. Cảm biến tụ điên đơn -Đối với cảm biến hình 4.13b: dƣới tác động của đại lƣợng đo Xv,bản cực động di chuyển quay,diện tích giữa các bản cực thay đổi,kéo theo sự thay đổi của điện dung tụ điện. s r 2 C= 0 = 0 (4.11) 360 α-góc ứng với phần 2 bản cực đối diện nhau. Đối với cảm biến hình 4.13c: dƣới tác động của đại lƣợng đo Xv,bản cực động di chuyển thẳng dọc trục,diện tích giữa các bản cực thay đổi,kéo theo sự thay đổi của điện dung. 2 C= 0 1 (4.12) log r2 / r1 Xét trƣờng hợp tụ điện phẳng ta có: C= s 59
  61. C C dC = d + dsd s Đƣa về dạng sai phân ta có: s s 0 0 s 0 0 ∆C= + - 2 (4.13) 0 0 0 Khi khoảng cách giữa 2 bản cực thay đổi(ε=const và δ=const),độ nhạy của cảm biến: C 0 s0 Scs= = 2 (4.14) s 0 Khi diện tích của bản cực thay đổi(ε=const và δ= const),độ nhạy của cảm biến: C s0 Scs= = (4.15) s 0 Khi hằng số điện môi thay đổi(s=const và δ=const),độ nhảy của cảm biến: C s0 Scε= = (4.16) 0 Nếu xét đến dung kháng: Z= 1 = C s Z Z Z dZ= d + ds + d s Đƣa về dạng sai phân: 1 ∆Z=- 0 - 0 s + 2 2 s s0 0 0 s0 s 0 0 Tƣơng tụ trên ta có độ nhạy của cảm biến theo dung kháng: 0 Szε= - 2 (4.17) s0 0 0 Szs=- 2 (4.18) 0 s 0 s 60
  62. 1 Szδ= (4.19) 0 s0 Từ các biểu thức trên ta có thể rút ra: -Biến thiên điện dung của cảm biến tụ điện là hàm tuyến tính khi diện tích bản cực và hằng số điện môi thay đổi nhƣng phi tuyến khi khoảng cách giữa 2 bản cực thay đổi. -Biến thiên dung kháng của cảm biến tụ điện là hàm tuyến tính khi khoảng cách giữa 2 bản cực thay đổi nhƣng phi tuyến khi diện tích bản cực và hằng số điện môi thay đổi. Ngoài ra giữa 2 bản cực khi có điện áp đặt vào sẽ phát sinh lực hút,lực này cần phải nhỏ hơn đại lƣợng đo. Cảm biến tụ kép vi sai: Hình 4.14 Cảm biến tụ kép vi sai Tụ kép vi sai có khoảng cách giữa các bản cực biến thiên dịch chuyển thẳng(hình 4.14a) hoặc có diện tích bản cực biến thiên dịch chuyển quay(hình 4.14b) và dịch chuyển thẳng(hình 4.14c) gồm ba bản cực. Bản cực động A1 dịch chuyển giữa hai bản cực cố định A2 và A3 tạo thành cùng với hai bản cực này hai tụ điện có điện dung C21 và C31 biến thiên ngƣợc chiều nhau. Độ nhạy và độ tuyến tính của tụ kép vi sai cao hơn tụ đơn và lực tƣơng hỗ giữa các bản cực triệt tiêu lẫn nhau do ngƣợc chiều nhau. 61
  63. Mạch đo: Thông thƣờng mạch đo dùng với cảm biến điện dung là các mạch cầu không cân bằng cung cấp bằng dòng xoay chiều. Mạch đo cần thoả mãn các yêu cầu sau: -Tổng trở đầu vào tức là tổng trở của đƣờng chéo cầu phair thật lớn. -Các dây dẫn phải đƣợc bọc kim loại để tránh ảnh hƣởng của điện trƣờng ngoài. -Không đƣợc mắc các điện trở song song với cảm biến. -Chống ẩm tốt. Hình 4.15a là sơ đồ mạch cầu dùng cho cảm biến tụ kép vi sai với 2 điện trở. Cung cấp cho mạch cầu là một máy phát tấn số cao. Hình 4.15b là sơ đồ mạch mắc cầu biến áp với 2 nhánh tụ điện. Hình 4.15. Mạch đo thƣờng dùng với cảm biến tụ điện 2.4.4. Cảm biến quang: Các cảm biến đo vị trí và dịch vụ chuyển theo phƣơng pháp quang học gồm nguồn phát ánh sáng kết hợp với 1 đầu thu quang(thƣờng là tế bào quang điện). Tuỳ theo cách bố trí đàu thu quang,nguồn phát và thƣớc đo(hoặc đối tƣợng đo),các cảm biến đƣợc chia ra: -Cảm biến quang phản xạ. 62
  64. -Cảm biến quang soi thấu. Cảm biến quang phản xạ Cảm biến quang phản xạ(hình 4.16) hoạt động theo nguyên tắc dọi phản quang: đầu thua quang đặt cùng phía với nguồn phát. Tia sáng từ nguồn phát qua thấu kính hội tụ đập tới một thƣớc đo chuyển động cùng vật khảo sát,trên thƣớc có những vạch chia phản quang và không pảhn quang kế tiếp nhau,khi tia sáng gặp phải vạch chia phản quang sẽ bị phản xạ trở lại đầu thu quang. Hình 4.16. Cảm biến quang phản xạ 1, Nguồn phát 2, Thƣớc đo 3, Đầu thu quang Cảm biến loại dọi phản quang,không cần dây nối qua vùng cảm nhận nhƣng cự ly cảm nhận thấp và chịu ảnh hƣởng của ánh sáng từ nguồn sáng khác. Cảm biến quang soi thấu. Sơ đồ cấu trúc của 1 cảm biến đo vị trí và dịch chuyển theo nguyên tắc soi thấu trình bày trên hình 4.17a. Cảm biến gồm một nguồn phát ánh sáng,một thấu kính hội tụ,một lƣới chia kíc quang và các phần tử thu quang(thƣờng là tế bào quang điện). 63
  65. Hình 4.17. a, Sơ đồ cấu tạo cảm biến quang soi thấu b, Tín hiệu ra 1, Nguồn sáng 2, Thấu kính hội tụ 3, Thƣớc đo 4, Lƣới chia 5, Tế bào quang điện 6,Mã chuẩn Khi thƣớc đo(gắn với đối tƣợng khảo sát,chạy giữa thấu kính hội tụ và lƣới chia) có chuyển động tƣơng đối so với nguồn sáng sẽ làm xuất hiện một tín hiệu ánh sáng hình sin. Tín hiệu này đƣợc thu bởi các tế bào quang điện đặt sau lƣới chia. Các tín hiệu đầu ra của cảm biến đƣợc khuyếch đại trong 1 bộ tạo xung điện tử tạo thành tín hiệu xung dạng chữ nhật. Các tế bào quang điện bố trí thành hai dãy và đặt lệch nhau một phần tƣ độ chia nên ta nhận đƣợc hai tín hiệu lêhj pha nhau 900(hình 4.17b),nhờ đó không những xác định đƣợc độ dịch chuyển mà còn có thể nhận biết đƣợc cả chiều chuyển động. Để khôi phục điểm gốc trong trƣờng hợp mất điện nguồn ngƣời ta trang bị thêm mốc đo chuẩn trên thƣớc đo. Ƣu điểm của các cảm biến soi thấu là cự ly cảm nhận xa,có khả năng thu đƣợc tín hiệu mạnh và tỷ số độ tƣơng phản sáng tối lớn,tuy nhiên có hạn chế là khó bố trí và chỉnh tăhngr hàng nguồn phát và đầu thu. 64
  66. 2.4.5. Cảm biến đo dịch chuyển bằng sóng đàn hồi. Nguyên lý đo dịch chuyển bằng sóng đàn hồi Tốc độ truyền sóng đàn hồi v trong chất rắn~103m/s. Thời gain truyền sóng giữa 2 điểm trong vật rắn cách nhau một khoảng xác định bởi biểu thức: 1 tp= v Biết tốc độ truyền sóng v và đo thời gian truyền sóng tp ta có thể xác định đƣợc khoảng cách cần đo: L=vtp Sơ đồ khối của một thiết bị đo dịch chuyển bằng sóng đàn hồi biểu diễn trên hình 4.18. Thời gian truyền sóng tp từ khi tín hiệu xuất hiện ở máy phát đến khi ó đƣợc tiếp nhận ở máy thu đƣợc đo bằng máy đếm xung. Máy đếm hoạt động khi bắt đầu phát sóng và đóng lại khit ín hiệu đến đƣợc máy thu. Hình 4.18. Sơ đồ khối của 1 thiết bị đo dịch chuyển bằng sóng đàn hồi 65
  67. Gọi số xung đếm đƣợc là N và chu kỳ của xung đếm là tH,ta có: tp=NtH khi đó: l = vNtH (4.20) Cảm biến sử dụng phân tử áp điện Trong các cảm biến áp điện,sóng đàn hồi đƣợc phát và thu nhờ sử dụng hiệu ứng áp điện. Hiệu ứng áp điện là hiện tƣợng khi một tấm vật liệu áp điện(thí dụ thạch anh) bị biến dạng dƣới tác dụng của một lực cơ học có chiều nhất định,trên các mặt đối diện của tấm xuất hiện một lƣợng điện tích bằng nhau nhƣng trái dấu,ngƣợc lại dƣới tác động của điện trƣờng có chiều thích hợp,tấm vật liệu áp điện bị biến dạng. Đêt đo dịch chuyển ta có thể sử dụng hai dạng sóng đàn hồi: -Sóng khối: dọc và ngang -Sóng bề mặt. Sóng khối dọc truyền cho các phần tử của vật rắn dịch chuyển dọc theo phƣơng truyền sóng tạo nên sự dồn nén rồi lại giãn nở của các lớp của vật rắn. Sóng này đƣợc kích thích bằng một phần tử áp điện rung theo mặt cắt(hình 4.19). 66
  68. Hình 4.19. Các dạng sóng đàn hồi .a, Sóng dọc b, Sóng ngang c, Sóng bề mặt và dạng điệ cực kích thích Sóng bề mặt truyền trong lớp bề mặtcủa vật rắn,biên độ của chúng hầu nhƣ bằng không ở độ sâu 2λ dƣới bề mặt. Sóng bề mặt gồm một thành phần sóng dọc và một thành phần sóng ngang. Nguồn kích thích sóng bề mặt là một hệ điện cực kiểu răng lƣợc cài nhau phủ lên bề mặt vật liệu áp điện(hình 4.19c). Khoảng cách giữa 2 răng kề nhau của các điện cực phải bằng λ để có thể gây ra biến dạng khi có điện áp V cùng pha đặt vào và để tăng hiệu ứng của chúng. Máy thu sóng bề mặt cũng có cấu tạo tƣơng tự nhƣ máy phát đƣợc gắn cố định vào bề mặt vật rắn,khi có sóng bề mặt đi qua, các răng của điện cựclàm biến dạng bề mặt vật rắn và gây nên điện áp do hiệu ứng áp điện. Cảm biến âm từ Sóng đàn hồi phát ra nhờ sử dụng hiệu ứng của Wiedemam:hiện tƣợng xoắn một ống trụ sắt từ khi nó chịu tác dụng đồng thời của một từ trƣờng dọc và một từ trƣờng ngang. Sóng đàn hồi đƣợc thu trên cơ sở sử dụng Vilari:sức căng cơ học làm thay đổi khẳ năng từ hoá và độ từ thẩm của vật liệu sắt từ. 67
  69. Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của cảm biến âm từ trình bày trên hình 4.20. Cấu tạo của cảm biến gồm ống sắt từ(1),nam châm di động(2) trƣợt dọc ống gắn với vật cần xác định vị trí. Dây dẫn(3) nằm giữa trục ống và đƣợc nối với máy phát xung(4),máy thu(5) có lõi từ nối cơ học với ống. Hình 4.20. Sơ đồ nguyên lý cảm biến âm từ 1, Ống sắt từ 2, Nam châm 3, Dây dẫn 4, Máy phát xung 5, Đầu thu Nguyên lý hoạt động của cảm biến:máy phát(4) cung cấp một xung điện truyền qua dây dẫn(3),xung này truyền với vận tốc ánh sáng(c),từ trƣờng do nó sinh ra có đƣớng sức là đƣờng tròn đồng tâm với trục ống. Khi sóng điện từ truyền đến vị trí nam châm(2),sự kết hợp của 2 từ trƣờng làm cho ống bị xoắn cục bộ,xoắn cục bộ này truyền đi trong ống dƣới dạng sóng đàn hồi với vận tốc v. Khi sóng đàn hồi đến máy thu(5)nó làm thay đổi độ từ hoá gây nên tín hiệu hồi đáp. Gọi tp là thời gian từ khi phát xung hỏi đến khi nhận đƣợc xung hồi đáp,do v<<c ta có: 1 tp= (4.21) v Trong đó 1 là khoảng cách từ nam châm đến đầu thu,tp đƣợc đo bằng phƣơng pháp đếm xung. 68
  70. CHƢƠNG 3 : PHÂN TÍCH TRUYỀN ĐỘNG CỦA DÂY CHUYỀN MÁY SẢN XUẤT NHỰA KMD 2- 50KK 3.1. MÁY ÉP ĐÙN (EXTRUDER) 3.1.1. Điều khiển nhiệt độ máy ép đùn 1. Kết cấu của tổng thể bộ phận gia nhiệt máy ép đùn - Trƣớc khi đƣa động cơ chính máy ép đùn nhựa (Main motor) vào hoạt động, ngƣời vận hành phải quan tâm đến nhiệt độ của máy ép đùn nhựa bằng cách gia nhiệt cho toàn bộ máy, thời gian gia nhiệt khoảng từ (3 đến 4)h tuỳ theo đầu hình (khuôn). Quá trình gia nhiệt này rất quan trọng, để tránh các hiện tƣợng hỏng hóc máy ép đùn cũng nhƣ đảm bào chất lƣợng của ống nhựa thành phẩm. Do vậy máy ép đùn đƣợc chia làm 9 vùng nhiệt độ khác nhau, mỗi vùng đƣợc gia nhiệt ở một thời điểm khác nhau và một giá trị nhiệt độ nhất định. Sau đây là các giá trị nhiệt độ cơ bản và thời gian gia nhiệt đối với loại nhựa PVC. * Xi lanh nhiệt: 5 vùng gia nhiệt, t0 đặt = 150 đến 1900C, nhiệt độ gia nhiệt từ 3 đến 4h. → Vùng một (zone) : 1780 10 → Vùng hai (zone) : 1780 10 → Vùng ba (zone) : 1780 10 → Vùng ba (zone) : 1780 10 → Vùng bốn (zone) : 1780 10 * Cổ đùn (cổ nối): một vùng gia nhiệt, t0 đặt = 150 ữ 1800C, t0 gia nhiệt từ 3ữ4h. → Vùng năm (zone 5) : 1780 10 * Đầu hình: sáu vùng gia nhiệt, t0 đặt = 1800 ữ 2100,t0 gia nhiệt từ 3.5 ữ 4h, gồm: → Vùng sáu (zone 6) : 1820 10 → Vùng bảy (zone 7) : 1950 10 → Vùng tám (zone 8) : 1950 10 → Vùng chín (zone 9) : 1950 10 69
  71. Máy đùn nhựa đƣợc gia nhiệt bằng các điện trở gia nhiệt bao xung quanh máy đùn. Về cấu tạo giữa các vùng gia nhiệt đƣợc chia làm 2 loại: + Từ vùng 1 đến 4 gia nhiệt cho thân máy đùn (gồm xi lanh nhiệt và trục vít xoắn). + Từ vùng 5 đến 9 gia nhiệt cho cổ đùn vầ đầu đùn (đầu hình). Mỗi vùng gia nhiệt đều đƣợc trang bị một cặp nhiệt điện (cặp nhiệt ngẫu) Các sensor nhiệt độ này đƣợc ép sát bên trong lòng máy đùn nhựa và biến sức nóng của máy tại điểm đó thành tín hiệu điện chuyển đến các bộ điều khiển nhiệt độ, đƣợc điều khiển 105XX/SR5XX ( MC4) (151) đây là bộ điều khiển và giám sát tín hiệu vào là anlog con đầu ra la tin hiệu anlog và tín hiệu tƣơng tự + Bộ điều khiển nhiệt độ trục vít xoắn + Bộ điều khiển nhiệt độ xi lanh nhiệt + Bộ điều khiển nhiệt độ cổ đùn + Bộ điều khiển nhiệt độ đầu hình Tại bộ điều khiển nhiệt độ này sẽ so sánh nhiệt độ đặt trƣớc của máy với nhiệt độ làm việc thực tế để điều khiển các triăc cấp điện hay không cấp điện với các điện trở gia nhiệt (điện trở sấy). Xi lanh nhiệt đƣợc trang bị 3 quạt gió làm mát, 3 quạt gió có công suất 5KW làm nhiệm vụ quạt gió vào xi lanh để làm cân bằng nhiệt độ cho xi lanh, tránh cho hỗn hợp nhựa nóng chảy ở nhiệt độ cao quá mức cho phép. 2. Giới thiệu phần tử - Nguồn cấp cho máy là nguồn cấp xoay chiều 3 pha 380V – 50 Hz lấy từ nguồn chính. - Nguồn điều khiển cấp cho các bộ điều khiển nhiệt độ là nguồn 220V lấy từ thứ cấp biến áp điều khiển O-T1 (17/7). - 1-Q5 (17/7): automat cấp nguồn cho O-T1 tạo Uđk =220V. - 1- Q6 (21/2) automat cấp nguồn điều khiển , đầu ra là 24V - PF100 (23/3) bộ giải mã và kết nối từ PC sang MC4 - PC (23/4) chạy trên bộ điề hành OS2, cài sẵn trƣơng trình sản xuất ống nhựa - DISLAY(23/4) màn hình hiển thị - 3-A507 (23/5) bân phím điều khiển 70
  72. - 11-B1, 12-B1, 13-B1, 14-B1 (51) : bộ cảm biến nhiệt xilanh - 21-B1, 22- B1, 23- B1, 24-B1, 25-B1 (52) :bộ cảm biến đầu hình - 20-B1(51/3) :bộ cảm biến nhiệt độ cổ nối - 137-B1 (52) : bộ cảm biến nhiệt độ thực tế của nhựa - 12-R1 (43/2) : vòng nhiệt khoang 2 - 13-R1 (43/4) : vòng nhiệt khoang 3 - 14-R1 (43/6) : vòng nhiệt khoang 4 - 11-R1, 11-R2, 11-R3 (42) : vòng nhiệt khoang 1 3. Nguyên lý hoạt động - Đóng automat (17/7 ) cấp nguồn cho máy biến áp O-T1 tạo điện áp Uđk = 220V đƣa đến các modul. Gia nhiệt cho xilanh: Vòng nhiệt khoang 1 (11-R1 đến 11-R3) :Pmax = 6KW Vòng nhiệt khoang 2 (12-R1) : Pmax = 2.4KW Vòng nhiệt khoang 3 (13-R1) : Pmax = 2.6KW Vòng nhiệt khoang 4 (14-R1) : Pmax =3.6KW Trƣớc khi gia nhiệt thì ngƣòi lam điều khiển giá trị nhiệt độ trên máy theo yêu cầu sản xuất ở bộ điều khiển nhiệt độ 11-R1 đến 14-R1. Bộ điều khiển nhiệt độ 11-R đến 14-R1 sẽ so sánh tín hiệu nhiệt độ ở vùng cảm biến nhiệt độ của các cặp nhiệt điện 11-B1 đến 14-B1 và 21-B1 đến 25-B1 khi đó: 0 0 + Khi t tt t đ → thì mạch điều khiển quạt gió làm mát sẽ có tin hiệu điều khiển sẽ đóng tự động lại → các quạt đƣợc bật lên làm cân bằng nhiệt độ xilanh đảm bảo yêu cầu công nghệ - Quá trình gia nhiệt cho cổ nối, và đầu hình là tƣơng tự. Khi nhiệt độ trục vít xoắn đã đạt, nhiệt độ các vùng khác đã đạt, có tín hiệu gửi đến khối điều khiển nhiệt độ tổng thể máy 137-N1(61) so sánh nhiệt độ đó với nhiệt độ thực tế làm việc của máy do sensor nhiệt độ 137-B1 đƣa đến khối đồng bộ hoá để có tín hiệu đƣa về điều khiển các thiết bị khác. 71
  73. - Đối với các vùng 5 đến 9 là vùng tạo ra ống nhựa nên việc bảo vệ áp suất ở các vùng này là rất quan trọng để tránh hiện tƣợng sự cố ở đầu đùn và cổ đùn ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm nên bộ phận này có trang bị một thiết bị bảo vệ áp suất 2 mức: + Báo động mức 1: khi áp suất dòng nhựa tăng cao đến giá trị 340 bar, khối cảm biến áp suất 138-N1 sẽ gửi tín hiệu về chân 1-3-4-5-6 của khối 138- P1, 138-P1 có tín hiệu tác động đóng mạch ALARM1(14-15) gửi tín hiệu đến báo động áp suất nhựa tăng cao. Lúc này yêu cầu ngƣời vận hành phải có biện pháp khắc phục nhƣ: Tăng nhiệt độ gia nhiệt cho các vùng nhiệt đầu hình. Giảm tốc độ quay của trục vít xoắn. Giảm tốc độ thiết bị lƣờng hạt (Metering Unit), có nghĩa là giảm lƣợng nguyên liệu cấp vào máy ép đùn. + Báo động mức 2: khi áp suất dòng nhựa cứ tiếp tục tăng lên đến giá trị > 370 bar mà ngƣời vận hành không có biện pháp khắc phục thì khối cảm biến 138-N1 sẽ gửi tín hiệu về chân1-3-4-5-6 của khối 138-P1, 138-P1 có tín hiệu tác động đóng mạch ALAMR2 (12-13) gửi tín hiệu dừng và báo động áp suất nhựa tăng quá cao buộc phải dừng máy. Tín hiệu gửi về các modul đo kiểm tra, và điều khiển ngắt tín hiệu điều khiển động cơ chính máy ép đùn, quạt gió động cơ chính, bơm chân không, bơm dầu cân bằng nhiệt trục vít xoắn và xi lanh làm toàn bộ hệ thống máy ép dừng lại, không cho phép tiếp tục hoạt động khi P dòng nhựa tăng quá cao. - Đặc biệt là đối với đầu hình là bộ phận có thể thay đổi tùy theo yêu cầu sản xuất các loại ống có kích cỡ khác nhau nên khi gia nhiệt cho đầu hình thì nguồn 3 pha đƣa đến các vòng điện trở gia nhiệt đƣợc đƣa đên thông qua các giắc cắm lấy trực tiếp từ các nguồn 2L1H, 2L2H, 2L3H, 1L1H, 1L2H, 1 L3H(13). * Tóm lại: để động cơ chính máy ép đùn nhựa hoạt động thì bộ phận gia nhiệt phải thoả mãn các điều kiện sau: + Nhiệt độ các vùng gia nhiệt phải không có sự cố, các contactor chính gia nhiệt trục vít xoắn, xi lanh, đầu hình 19-K6, 2K00.1, 2K01.1 contactor mạch bơm dầu cân bằng nhiệt trục vít xoắn và làm xi lanh 4-k1, 19-K2 có 72
  74. điện tác động đóng tiếp điểm các mạch gia nhiệt, làm mát để đạt đến 1 giá trị t0. + Nhiệt độ máy ổn định, điện trở nhiệt 1-R11 không cảm biến gửi đến khuếch đại tín hiệu, rơle nhiệt → mạch rơle nhiệt bảo vệ quá nhiệt cho động cơ chính không hoạt động, máy vẫn giữ chế độ gia nhiệt đã đặt trƣớc đó. Khi các điều kiện trên đã thỏa mãn ta ấn nút → báo khởi động động cơ máy ép đùn. Modul điều khiển động cơ truyền động chính máy ép đèn có tín hiệu gửi đến cho phép động cơ có thể hoạt động. 3.1.2. Truyền động chính máy ép đùn 1. Kết cấu cấu tổng thể động cơ truyền động chính - Sau khi máy ép đùn nhựa đƣợc gia nhiệt hoàn toàn, ta tiến hành khởi động động cơ chính máy ép đùn. Động cơ này lai tải là một cặp trục vít xoắn, trục vít xoắn này quay song song ngƣợc chiều nhau đẩy hỗn hợp nhựa nóng chảy này tới bộ phận lƣới lọc ở cổ nối (cổ đùn). Bộ phận lƣới lọc hoạt động 1 cách tự động, lọc nhựa nóng chảy rồi đƣa đến đầu đùn. Động cơ truyền động chính máy ép đùn nhựa là động cơ điện 1 chiều 1- M1(16/3) có các thông số: Pđm = 50 KW Uđm = 400 V Iđm = 130 A Động cơ có cuộn kích từ độc lập F1-F2(F+, F-/X1) ở(16/20, có nguồn cấp kích từ lấy từ sau cầu chỉnh lƣu 4 Diode (16/2), cuộn kích từ này đƣợc điều khiển kích từ bởi bộ điều khiển kích từ 1A14(16/1). Động cơ 1-M1 đƣợc điều khiển bởi một modul điều khiển 1-A1(16/4), bộ 1-a1 này sẽ biến đổi nguồn điện xoay chiều từ lƣới 2L: 1M-2M-3M(16/1) thành nguồn điện một chiều KM-AM(16/3) cấp điện cho mạch phần ứng. Bộ biến đổi dùng một cầu chỉnh lƣu gồm 6 Tiristor để chỉnh lƣu tín hiệu điều khiển của động cơ đƣợc lấy từ chiết áp 1-R1(16/6) đƣa tới X13: 1-2- 3(16/6). Tín hiệu từ máy tốc G: 1-M10(16/5) đƣợc đƣa về đầu vào của bộ điều khiển là X12: 7-6(16/5) và là tín hiệu phản hồi âm tốc độ. - Ngoài ra để làm mát cho động cơ chính 1-M1 có động cơ M2(15/2, đây là động cơ xoay chiều 3 pha có thông số: Pđm = 0.9 KW 73
  75. Iđm = 3 A Tủ điều khiển còn có 2 động cơ xoay chiều một pha O-E3 & O-E4(67) là động cơ quạt làm mát cho các thiết bị điện tử ( điều hoà không khí). 2. Giới thiệu phần tử - 1-Q3(16/4): automat cấp nguồn nuôi bộ điều khiển. - 1-Q4(15/2): automat cấp nguồn động lực cho động cơ quạt gió làm mát động cơ chính. - 1-M1(16/3): động cơ chính truyền động máy ép đùn. - 1-M10(16/5): máy phát tốc. - 1-M2(15/2): động cơ quạt gió. - 1- M2: động cơ quạt gió làm mát các thiết bị điện tử - 1-K1(19/2): contactor cấp nguồn điênj chính để điều khiển động cơ điện 1 chiều1-M1. - 1-K1.1(22/8): rơle trung gian cấp điện cho contator chính 1-M2. - F1-F2(16/2): cuộn kích từ độc lập cho động cơ 1-M1. - AK1-AK3-AK5: nguồn điện 3 pha xoay chiều đƣa đến bộ biến đổi để điều khiển động cơ 1-M1. - X1: 220(16/4): cấp nguồn nuôi cho bộ điều khiển( convertor) . Hai đồng hồ này đƣa tín hiệu về chân X11: 11-1-7(16/6) của bộ điều khiển để điều khiển động cơ 1-M1. - Mạch báo động 95% Mq, sự cố MFT gửi về khối 1-A15 để báo động và dừng động cơ chính khi cần thiết. - X6: 4-3(16/4) tín hiệu điều khiển từ bộ phận điều khiển gia nhiệt cho máy ép đùn - 1- A13 (24/3) : cầu cân bằng 3. Nguyên lý hoạt động - Khi 1-K1(19/2) có điện (tất cả các điều kiện để 1-M1 có điện đã đảm bảo) → 1-K1(16/3) đóng cấp nguồn cho modul điều khiển (16).cấp nguồn cho bộ chỉnh lƣu cầu 3 pha 1-A1 - Chiết áp điều khiển khiển đƣợc đóng lại → 5-X32 cấp điều khiển từ 0 đến 10V.dau ra 5-X39 đƣa ra ngoài tín hiệu chỉ thị cho ngƣời biết ngoài màn hình - 1-10M chỉ thị và phản hồi để điều khiển ổn định tốc độ 74
  76. - Trƣớc khi động cơ chính hoạt động thì phải thực hiện đầy đủ các thao tác nhƣ: kiểm tra tất cả các phần cơ khí, phần nguồn đảm bảo, mở các van cấp nƣớc làm mát cho dầu tải nhiệt, đóng công tắc tổng O-Q1 (13/1) cho động cơ quạt gió hoạt động gia nhiệt cho xi lanh, gia nhiệt cho đầu hình, trục vít xoắn, đặt và kiểm tra các giá trị nhiệt độ Nguồn kích từ cho động cơ qua chỉnh lƣu Diode là nguồn không đổi. Muốn cho động cơ quay thì phải có U đặt vào phần ứng mở Tiristor cho dòng qua để quay động cơ. Khi khởi động 1-M1 phải bắt đầu từ tốc độ thấp sau đó chỉnh tăng tốc độ lên. Tín hiệu áp điều khiển đƣa về X13: 1-2-3(16/5) để so sánh với Uđb cấp từ X1: L1-L2-L3 (16/2). Lúc này Uđk<Uđb → tác động đƣa ra một dòng Ig →góc mở Tiristor ( lớn) →Tiristor phát xung muộn hơn → Ikđ nhỏ dẫn đến 1M1 khởi động với n thấp. Muốn điều chỉnh n 1-M1 lên → chỉnh chiết áp 1- L1 để điều chỉnh Uđk so sánh với Uđb để đƣa dòng Ig mở Tiristor sớm hay muộn điều chỉnh U đặt vào phần ứng để thay đổi n động cơ Báo động và bảo vệ: 1. Quá tải động cơ chính 1-R11 và 1-A13 kết hợp với nhau tạo thành 1 cầu cân bằng, bình thƣòng nhiệt độ ở 2 đầu cầu = nhau, nhƣng khi 1-R11 bị tăng nhiệt độ thì sẽ là chênh lệch nhiệt độ ở 2 đầu cầu ,no sẽ làm cầu sinh ra 1 diện áp để hút các tiếp điểm 14, 15(24/3) đèn báo động 40-H1 trên nóc tủ điều khiển chớp sáng, màn hình Text-Display (18/2) hiển thị “sự cố nhiệt độ “. Đồng thời mạch X6(4-3)(16/4) mở không cho phép động cơ chính hoạt động khi có sự cố về nhiệt ( điều kiện cần và đủ để động cơ chính hoạt động). 2. Báo động và bảo vệ khi chổi than quá ngắn. Các công tắc hành trình 1-S20, 1-S21, 1-S22, 1-S23(16/3) đặt ở các hệ chổi than tác động khi độ dài chổi than quá ngắn→ mở các tiếp điểm → cắt tín hiệu đến 5-X10 báo chổi than quá ngắn đồng thời 1 trong các công tắc 1- S20, 1-S21, 1-S22, 1-S23(16/4) mở ra không cho phép động cơ hoạt động khi 1 trong các hệ chổi quá ngắn. 3. Sự cố Mq tăng 95%: 75
  77. X20(14-15)(16/7) đóng lại→ gửi tín hiệu đến đèn 40-H1 trên nóc tủ điều khiển chớp sáng, màn hình hiển thị Text-Display (18/2) hiển thị thông báo “Mq tăng 95%” → không cho phép động cơ hoạt động. 4. sự cố Mq tăng quá cao đến 110%: X20 (16-18)(16/8) đóng lại → gửi tín hiệu đến → đèn 40-H1 trên nóc tủ điều khiển chớp sáng màn hình Text-Display(18/2) hiển thị thông báo “Mq   110%” → không cho phép động cơ hoạt động. 6.Bảo vệ quá tải cho động cơ: Khi quá tải các cuộn bảo vệ trong automat tự động tác động đóng các tiếp điểm 1-3-5, 2-4-6 ra cắt nguồn động lực → dừng các động cơ lại. 9. Màn hình hiể thị Text-Display(18/3): Nằm ngay trên tủ điều khiển, khi có sự cố thì màn hình sẽ hiển thị thông báo bằng lời để ngƣời vận hành biết sự cố thuộc loại gì và có phƣơng pháp khắc phục sự cố. Bình thƣờng ở trạng thái máy hoạt động ổn định thì màn hình hiển thị dòng chữ “KRASS MAFEI KMD 2-50KK” 3.2. BỂ HÚT CHÂN KHÔNG VÀ LÀM LẠNH 3.2.1 Kết cấu tổng thể bể hút chân không và làm lạnh - Hỗn hợp nóng chảy qua khuôn đùn (đầu hình) hình thành dạng ống nhƣng rất nóng, để định dạng cho ống nhựa và tăng độ bền sử dụng sản phẩm thì ống nhựa này phải qua bể hút chân không và làm lạnh. Hay nói cách khác là tiến trình tôi nguội cho ống. Bể hút chân không là một khâu rất quan trọng trong dây chuyền. Với chiều dài làm việc khoảng 9000mm, bề rộng là 800mm, độ dịch chuyển là 12000mm gồm 2 ngăn làm mát ( trong đó 1 ngăn 3 khoang và ngăn còn lại 6 khoang) với 120 vòi phun nƣớc làm mát ở t0 = 15 đến 180C đảm bảo cho ống đƣợc làm mát một cách nhanh chóng và tránh đƣợc hiện tƣợng rỗng xốp trong thành ống cũng nhƣ định dạng cho ống, ở 2 đầu bể còn có 2 máng hứng nƣớc, trên nóc bể có đồng hồ đo nhiệt độ, áp suất nƣớc làm mát, độ chân không giúp ngƣời vận hành có các thao tác hợp lý có hiệu quả khi vận hành dây chuyền. Hộp điều khiển lắp ở cuôi bể với các nút ấn START-STOP các động cơ bơm, động cơ tiến lùi bể rất đơn giản để thao tác. 76
  78. 3.2.2. Giới thiệu phần tử (hình 3.1 [a, b]) Hình 3.1.a. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bể hút chân không và làm lạnh 77
  79. Hình 3.1.a. Sơ đồ mạch động lực bể bơm chân không - START 1 : Nút khởi động cơ bơm nƣớc 1,2 - START 2 : Nút khởi động cơ bơm chân không số 1,2 - STOP 1 : Nút khởi động động cơ bơm nƣớc 1, 2 - STOP 2 : Nút khởi động động cơ bơm chân không số 1, 2 - T* (6) : Nút điều khiển động cơ dịch chuyển bể chân không theo chiều tiến. - N*(7) : Nút điều khiển động cơ dịch chuyển bể chân không theo chiều lùi. - K1 : contactor chính bơm nƣớc 1. - K2 : contactor chính bơm nƣớc 2. - K3 : contactor chính bơm chân không số 1, 2 - T(6) : contactor chính cấp nguồn điều khiển động cơ dịch chuyển bể theo chiều tiến. - N(7) : contactor chính cấp nguồn điều khiển động cơ dịch chuyển bể theo chiều lùi. 78
  80. - OECR1 ữ OECR: (Over Electric Curren Relay), thiết bị bảo vệ quá tải cho các động cơ. - M1,M2 : động cơ bơm cấp nƣớc làm mát cho bể chân không dƣới dạng phun sƣơng, Pđm = 5.9 KW. - M3 : động cơ bơm hút chân không cho bể, Pđm = 4.4 KW. - M4 : động cơ để dịch chuyển bể theo chiều tiến hoặc là chiều lùi. Đây là động cơ dị bộ rôto dây quấn có đảo chiều. - Q1 đến Q4 : các automat cấp nguồn động lực cho các động cơ. 3.2.3 Nguyên lý hoạt động - Nƣớc cấp cho các bơm nƣớc để phun sƣơng làm mát ống trong bể đƣợc làm mát nhờ 1 hệ thống làm lạnh riêng, sau đó theo đƣờng ống dẫn vào chờ sẵn. Nhiệt độ của nƣớc lúc này sẽ đạt từ 15 đến 180C. Đóng automat Q1, Q2 cấp nguồn động lực cho động cơ bơm nƣớc M1, M2(chờ sẵn). - ấn START1 để khởi động động cơ M1 → K1 có điện đóng K1 tự nuôi → K1 tác động đóng K1 ở mạch động lực cấp nguồn cho M1 → M1 hoạt động. Đồng thời động cơ M2 → K2 có điện đóng K2 tự nuôi, → K2 tác động đóng tiếp điểm K2 ở mạch động lực cấp nguồn cho M2 hoạt động. Nƣớc sẽ đƣợc cấp vào hệ thống đƣờng ống dẫn lên bể và vào các đƣờng ống chạy bên thành bể, qua các vòi phun nƣớc trong bể. Đóng Automat Q3, cấp nguồn động lực cho động cơ hút chân không M3 (chờ sẵn). - ấn START2 để khởi động động cơ M3 → K3 có điện đóng K1va K2 tự nuôi→ K1, K2 tác động đóng K3 ở mạch động lực cấp nguồn cho M3 → M3 bắt đầu hút chân không cho bể . Và Trong quá trình cho bể chân không hoạt động tuyệt đối không đƣợc mở nắp bể sẽ làm giảm P nƣớc làm mát, P chân không do ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng tác động vào. Theo dõi trên các đồng hồ đo, nếu: Nhiệt độ nƣớc làm mát = 170C. Ơ chân không trong bể = -2 bar thì bể hoạt động ổn định. 79
  81. - Khi sản xuất, nếu có yêu cầu dịch chuyển bể cho phù hợp với công nghệ (VD nhƣ tháo lắp đàu hình) phải đóng automat cấp nguồn động lực (chờ sẵn): + Tiến bể: ấn T*(6) → T có điện → đóng mạch động lực cấp điện điều khiển M5 quay dịch chuyển bể theo chiều tiến, đồng thời mở T1(7) không cho phép đảo chiều quay động cơ khi đang tiến bể. + Lùi bể: ấn N*(7) → N có điện → đóng mạch động lực cấp điện điều khiển M5 quay dịch chuyển bể theo chiều lùi, đồng thời mở N1(6) không cho phép đảo chiều quay động cơ khi đang lùi bể. * Bảo vệ quá tải cho động cơ: Khi xảy ra hiện tƣợng quá tải ở bất kỳ động cơ nào thì rơle OECN tƣơng ứng sẽ bảo vệ cho động cơ có điện tác động mở tiếp điểm thƣờng đóng của nó trên mạch điều khiển cắt nguồn vào cuộn hút contactor → mở tiếp điểm ở mạch động lực, dừng các động cơ lại. 3.3. MÁY CƢA TỰ ĐỘNG Dàn cƣa đƣợc điều khiển bởi logo thông qua các van điện Hình 3.2 : LOGO điều khiển 80
  82. Thông số của logo: Simens 230RC AC 115/120V 230/240V Output 4x relay/10A Input 6xAC Các tín hiệu vào/ra của logo khi giàn cƣa hoạt động: Có 5 tín hiệu vào: - Senser cảm biến chiều dài ống - Công tác hành trành định vị ở đầu dàn. - Công tắc hành trình ngắt tiến cƣa. - Công tắc hành trình phía cuối cƣa. - Nút ấn điều khiển. Có 3 tín hiệu ra: - Pittong đẩy dàn cƣa+ pittong kẹp ống+ động cơ quay lƣỡi cƣa - Pittong đẩy lƣỡi cƣa cắt ống - Pittong dàn lật Ta có sơ đồ lối dây điều khiển dàn cƣa: Hình 3.3. Sơ đồ điều khiển giàn cƣa 81
  83. Trong đó: L2: Hạn chế lùi dàn K1: Van kẹp L3: Hạn chế tiến dàn Van tiến cƣa L4: Hạn chế tiến cƣa Quay cƣa L5: nút ấn cƣa bất lỳ K2: Van tiến cƣa K3: Van lật Hình 3.4: Tủ nối dây LOGO Hoạt động của dàn cƣa: Sau khi cảm biến( Cảm biến nhận biết vận chuyển động) có tín hiệu đƣa về logo, logo đƣa tín hiệu đồng thời điều khiển pittong đẩy dàn cƣa, pittong kẹp ống, khởi động động cơ quay lƣỡi dao. Khi dàn cƣa ra khỏi công tắc hành trình phía sau lập tức có tín hiệu điều khiển pittong đẩy lƣỡi cƣa cắt ống và chạm vào công tắc ngắt tiến cƣa. Sau khi cắt ống xong đồng thời dàn cƣa đƣợc đẩy tới công tắc hành trình phía trƣớc đƣa tín hiệu ngắt pittong di chuyển dàn, nhả pittong kẹp ống và ngắt động cơ quay lƣỡi cƣa. Quá trình 82
  84. này pittong đẩy dàn cƣa cả khí kéo dàn cƣa về. Dàn cƣa tới công tắc hành trình phía sau đƣợc giữ nguyên và pittong đẩy dàn cƣa đƣợc nạp khí.Quá trình diễn ra nhƣ trên. Dàn lật đƣợc điều khiển bởi logo qua pittong và đƣợc cố định thời gian lật. Chƣơng trình điều khiển LOGO nhƣ sau: Hình 3.5. Sơ đồ điều khiển LOGO Trong đó: I1: đầu vào điều khiển của cảm biến hạn chế chiều dài ống dặt trên dàn hứng. I2: đầu vào điều khiển của cảm biến hạn chế lùi cƣa. I3: đầu vào điều khiển của cảm biến hạn chế tiến cƣa. 83
  85. I4: đầu vào điều khiển của cảm biến lùi lƣỡi cƣa. I5: đầu vào điều khiển của nút ấn để cắt 1 đoạn bất kỳ. Q1: đầu ra điều khiển của di chuyển cƣa( tiến Q1=1, lùi Q1=0) động cơ quay lƣỡi cƣa( quay Q1=1, dừng Q1=0) Q2: đầu ra điều khiển của tiến lƣỡi cƣa( Q2=1, lùi lƣỡi cƣa( Q2=0) Q3: đầu ra điều khiển của dàn hứng ống( Q3=1, lật ống (Q3=0) Nguyên lý hoạt động: Giả sử đầu tiên dàn hứng đang làm nhiệm vụ là hứng ống( Q3=1). Ống đang đƣợc đùn ra. Cảm biến hạn chế chiều dài ống chƣa bị tác động( I1=0). Dàn cƣa đang ở vị trí ban đầu sẵn sàng đọi lệnh khi có cảm biến hạn chế lùi cƣa đang bị tác động (I2=1) Cảm biến hạn chế tiến cƣa chƣa bị tác động( I3=0). Dàn cƣa không chuyển động, động cơ chƣa quay, ống chƣa đƣợc kẹp (Q1=0). Lúc này lƣỡi cƣa chƣa tiến, cảm biến hạn chế lƣỡi cƣa chƣa tác động( I4=1, Q2=0). Khi cảm biển hạn chế chiều dài ống đặt trên dàn hứng bị tác động( I1=1) thì Q1=1 dẫn đến: - Kẹp ống - Giàn cƣa di chuyển đồng thời - Đông cơ quay( lƣỡi cƣa quay) Giàn cƣa chuyển động thì: - Cảm biến lùi cƣa không chịu tác động nhƣng dàn hứng vẫn hứng ống. Đợi sau 1 thời gian 1s khi đã kẹp chặt ống thì lƣỡi cƣa tiến đến cắt ống( Q2=1). Khi đầu cƣa chạm vào cảm biến lùi lƣỡi cƣa( I4=1) thì cƣa lập tức lùi ra nhƣng cƣa vẫn quay và I4=0. lúc này giàn cƣa vẫn dang di chuyển tiến cảm biến hạn chế tiến cƣa chƣa chịu tác động. Sau khi cƣa lùi ra khỏi ống thì giàn cƣa tiếp xúc đến cảm biến hạn chế tiến cƣa (I3=1). Lập tức nhả ống pittong kéo giàn cƣa lùi lại thì (I3=0). Động cơ dừng quay lƣỡi cƣadừng lại dần. Đợi sau 2s Q3=0 điều kiện lật ống. 84
  86. Sau khi lật ống thì I1=0. Cảm biến hạn chế chiều dài ống đặt trên dàn ống không chịu tác động. Khi đó giàn cƣa lùi lại. Giàn cƣa lùi đến khi cảm biến lùi cƣa I2=1. Đợi sau 2s thì dàn hứng lại ngửa lên để hứng ống. Quá trình lặp lại nhƣ thế. Ta có thể cắt 1 đoạn bất kỳ bằng cách ấn nút điều khiển I5=1 rồi nhả tay ra là sẽ cắt đƣợc đoạn đó Qui tắc vận hành an toàn máy cƣa tự động - Trƣớc khi chạy máy: + Kiểm tra bình dầu nén khí có đủ không. 2 + Chạy máy nén khí, đặt Phơi = 3 ữ 4 kg/cm . + Đóng automat, bật công tắc cấp nguồn điều khiển. - Trong khi vận hành: + Thƣờng xuyên kiểm tra bình dầu, bình lọc nƣớc máy nén khí. + Sau 2h xả lọc 1 lần. + Sau 8h (1 ca) xả nƣớc máy nén khí, dùng khí nén khí vệ sinh mặt răng cƣa bám trên máy. - Máy: tắt nguồn điều khiển, cắt automat, tắt máy nén khí, cắt cầu dao. Nếu có sự cố phải ấn STOP, sau khi lƣỡi cƣa thoát khỏi đƣờng chuyển động của ống thì tắt công tắc nguồn điều khiển và khắc phục sự cố. 85
  87. CHƢƠNG 4 : QUY TRÌNH ĐƢA CÔNG NGHỆ VÀO HOẠT ĐỘNG VÀ CÔNG TÁC SỬA CHỮA BẢO DƢÕNG 4.1. CHUẨN BỊ CHẠY MÁY Trƣớc khi chạy máy phải chuẩn bị các công việc sau: 1, Lắp đặt và cân chỉnh khe hở đầu hình 2, Cắm các phích nối với băng nhiệt tƣơng ứng 3, Cắm các phích nối với các ngẫu nhiệt tƣơng ứng 4, Mở van cấp nƣớc ở dƣới thân máy đối diện và phần nối (Adapter) 5, Đóng các công tắt tổng ở bên cạnh tủ điều khiển, đèn báo nguồn ( phía dƣới bảng điều khiển) sẽ sáng, quạt gió làm máy động cơ chính hoạt động 6, kiểm tra nút dùng khẩn cấp (ở trên nóc tủ điều khiển) - Khởi động máy - Ấn nút dùng khẩn cấp (hoàn nguyên liệu hệ thống) 7, Bật công tắc nhiệt cho xilanh và công tắc nhiệt cho đầu hình 8, Kiểm tra đồng hồ nhiệt 9, Đặt giá trị nhiệt độ ban đầu cao hơn giá trị nhiệt độ ở điểm nóng chảy nguyên liệu khoảng 20oC. Trƣớc khi sản xuất 1h đặt lại giá trị nhiệt cho đúng điểm làm việc 10, Thủ đèn báo lỗi 11, Thử bộ điều khiển tốc độ động cơ chính 12, Bật công tắc động cơ bơm chân không * Chú ý - Nếu có tiếng kêu từ tiếng kêu bơm chân không cần phải giảm dòng nƣớc cấp cho bơm, tuy nhiên lƣợng nƣớc cấp cho bơm không đƣợc quá ít 13, Bật công tắc trục vít xoắn trƣớc khi chạy máy khoảng 30 phút 14, Điều chỉnh chế độ nhiệt nhƣ sau: - Nhiệt độ đặt của xilanh 150 ÷ 1090C 86
  88. - Nhiệt độ đặt của trục vít xoắn 100 ÷ 1500C - Nhiệt độ đặt của đầu hình 180 ÷ 2100C Khoảng thời gian ổn định nhiệt độ tốt của PVC là: 1800C – Tmax = 30 phút 1300C – Tmax = 2h 800C – Tmax = 4h 4.2. VẬN HÀNH MÁY Sau khi đã chuẩn bị và kiểm tra xong các bƣớc trên, thời gian gia nhiệt dã đạt từ ( 3h ÷ 4h) tùy theo đầu hình thì tiến hành vận hành máy. Các bƣớc tiến hành nhƣ sau: 1, Đổ nguyên liệu vào phễu cấp liệu (cho bộ phận liệu hạt hoạt động để đƣa nguyên liệu vào phễu cấp) 2, Khởi động máy - Ấn nút vận hành - Đặt tốc độ khoảng 1/10 tốc độ lớn nhất trên chiết áp điều khiển 3, Khởi động thiết bị lƣờng hạt - Ấn nút vận hành - Đặt tốc độ khoảng 1/10 tốc độ lớn nhất trên chiết áp điều khiển 4, Sau khi đƣa nhựa ra khỏi đầu hình thì bật bơm chân không của xilanh nhựa hóa và điều chỉnh độ chân không bằng van. Độ chân không nên đạt khoảng 0.8 kg/cm2 . Quan sát nguyên liệu qua kính nhìn, nếu nguyên liệu vẫn đƣợc cuốn đi thì tăng tốc độ nhựa hóa hoặc tăng nhiệt độ của xilanh nhiệt và trục vít xoắn 5, Tăng tốc độ của trục vít xoắn hoặc tăng tốc độ thiết bị lƣờng hạt đạt đến giá trị mong muốn Chú ý: đến giá trị của ngẫu lực trục vít, giá trị này tốt nhất ở giá trị tƣơng đối ổn định. Tuy nhiên giá trị này lại thay đổi tùy thuộc vào nguyên liệu sử dụng. Không cho phép là > 95% thì đèn báo động chớp sáng và khi tăng đến 100% thì máy tự động ngừng. Trong quá trình thao tác, nếu ngẫu lực đến 95% 87
  89. và đèn chớp sáng thì phải kiểm tra và điều chỉnh ngay các thông số về nhiệt độ, tốc độ để giảm ngẫu lực trục xoắn vít 6, Kiểm tra nhiệt độ chảy của nhựa và điều chỉnh nhiệt độ của máy khi cần thiết 7, Nếu khe hở đầu hình quá hẹp dẫn đến áp suất của nguyên liệu bị tăng lên và đẩy nguyên liệu vào lỗ hút chân không thì phải giảm tốc độ thiết bị lƣờng hạt 8, Kiểm tra giá trị của nhiệt độ thƣờng xuyên 9, Nếu đạt trạng thái cân bằng thì máy hoạt động tốt. Trạng thái cân băng là trang thái khi đo nhiệt độ nhựa và áp suất nhựa không thay đổi 10, Nếu phễu cấp liệu vẫn còn nguyên liệu thì trƣớc khi thay đổi loại nguyên liệu khác hay dừng máy phải làm sạch bộ phận cấp liệu bằng bộ đẩy nguyên liệu ra. Để tránh nguyên liệu còn lại có thể dùng khí nén để thổi sạch * Chú ý: Nếu có tiếng kêu cót két từ các trục vít khi máy đang chạy thì có thể thêm nguyên liệu vào hoặc giảm tốc độ vít xoắn 11, Sử dụng thiết bị đồng hồ để thay đổi tốc độ của trục vít xoắn phù hợp với tốc độ giàn kéo, tốc độ cấp liệu. Chiết áp điều chỉnh của thiết bị đồng bộ đƣợc đặt ở giá trị = 1/10 trƣớc khi điều chỉnh 12,Khi đoạn ống mồi qua hết bể chân không và làm lạnh và đƣợc kẹp vào giàn kéo thì mới đƣợc bật bơm chân không của bể 13, Tùy theo cỡ ống mà điều chỉnh con lăn đỡ ống trong bể vacum và các vị trí trên thành vacum và chỉnh bộ kẹp kéo ống của giàn kéo theo các thang đo trên bộ kẹp kéo ống 4.3. DỪNG MÁY 1, Mở van điều khiển chân không 2, Tắt bơm chân không 3, Tháo nguyên liệu ra khỏi phễu phế liệu 88
  90. 4, Sau khi hiển thị về áp suất giảm tiến hành giảm tốc độ của trục vít xoắn xuống còn lại 1/10 giá trị max, sau đó tiếp tục việc đẩy nhựa trong xilanh ra ở tốc độ này 5, Giảm nhiệt độ xuống còn 1100C ÷ 1200C * Chú ý: - Nếu máy phải dừng sản xuất đột ngột do 1 vài sự cố ở dây chuyền thì giá trị nhiệt độ cũng pahỉ dặt ở 1100C ÷ 1200C tránh cho nguyên liệu khỏi bị phân hủy - Nếu chủ động dừng máy để nghỉ lễ, nghỉ chủ nhật sau khi nghỉ vẫn sản xuất bằng đầu hình dang chạy thì khi đùn hết nhựa trong xilanh, hạ nhiệt độ các khoang giảm đi khoảng 200C, sau đó cho bột bảo quản ( freezing caompound- có màu xanh) và đùn tiếp đẩy hết nhựa trong đầu hình ra cho đến khi trong đó chỉ còn lại bột bảo quản 6, Chạy máy với tốc độ chậm cho đến khi nguyên liệu ra hết khỏi máy đùn 7, Tắt bộ điều chỉnh bộ phận lƣờng hạt và đặt chiết áp về vị trí “ 0” 8, Chuyển công tắc động cơ chính về OFF, ấn nút STOP cho động cơ chính 9, Tắt công tắc nhiệt 10, Tắt công tắc tổng 11, Nếu cần phải tháo đầu hình ra vệ sinh 4.4. CÁC SỰ CỐ THƢỜNG GẶP TRONG DÂY CHUYỀN 4.4.1 Các sự cố đƣợc cảnh báo bằng đèn báo lỗi Bao gồm: 1, Nhiệt động cơ (Motor tmeperature) 2, Động cơ ( Main Drive) 3, Bơm chân không (Vacum pump) 4, Bơm dầu làm lạnh (Cooling oil pump) 5, Báo động tải (% momen) động cơ chính dạt đến 95% ( Main motor alarm 95%) 89
  91. 6, Động cơ chính dừng ở mƣc tải 110% (Main motor shut down 110%) 7, Thiết bị lƣờng hạt ( Metering Unit) 8, Gia nhiệt / làm mát trục vít (Screw heating/cooling) 9, Báo áp suất chảy của dòng nhựa (Melt presure warning) 10, Báo áp suất chảy của dòng nhựa OFF (Melt presure turn OFF) 11, Hỏng bộ điều tốc (Tachometer break) 12, Bơi trơn hộp giảm tốc và bánh răng phối lực (Gear box lubrication) 13, Cặp nhiệt ngẫu (Limit switch clutch protection) 14, Báo về giá trị giới hạn và dòng gia nhiệt (Limit value or heating curent alarm teamperature controller) 15, Báo động về chổi than động cơ chính (Carbon brush alarm main motor) - Bất cứ sự cố nào dẫn đến việc ngừng động cơ chính đều phải tìm kiếm và khắc phục ngay. Máy chỉ có thể hoạt động trở lại sau khi sự cố đã đƣợc khắc phục và ấn nút ngắt ở bảng thông báo sự cố (hoàn nguyên hệ thống) Sau đây là các loại sự cố thƣờng gặp: S Các loại sự cố Nguyên nhân Cánh khắc phục TT 1 Sự cố nhiệt của - Do bị quá nhiệt - Phải vệ sinh lƣới động cơ làm dừng vì tắc bộ lọc của quạt lọc cho sạch bằng khí động cơ gió làm mát nén ở áp suất cao 2 Sự cố của bộ - Hỏng bộ chỉnh - Sửa chữa bộ chỉnh chỉnh lƣu làm dừng lƣu lƣu động cơ - Hỏng động cơ - Sửa chữa động cơ - Hỏng động cơ - Đặt lại giá trị role quạt gió nhiệt theo thông số quy - giá trị dặt của định hoặc thay thế nếu role nhiệt quá thấp cần - Kiểm tra và thay thế nếu cần 3 Sự cố ở bơm -Thiết bị bảo vệ - Kiểm tra van chân không động cơ hoạt động - Kiểm tra - Hỏng van - Tháo van và thay - Thiếu nƣớc thế nếu cần - Bơm bị rò rỉ ở - Kiểm tra van và phần nối giữa bơm và nhiệt độ của nƣớc không 90
  92. động cơ vƣợt quá 200C - Lƣợng nƣớc không nhỏ hơn quy định chuẩn - Thay thế gioăng mới 4 Sự cố ở bơm dầu - Bơm hoạt động - Thay thế bộ phận làm mát kém làm mát - Động cơ bơm bị - Tháo bơm và thay quá nhiệt thế phần bị hỏng - Thay dầu tải nhiệt 5 % moman động - Sự cố trong quá - Kiểm tra các lỗi về cơ bằng 95% trình công nghệ gia gia công công - Kiểm tra các lỗi về - Vòng gia nhiệt phần điện bị đứt - Kiểm tra các thiết - Hỏng thiết bị bị cân bằng nhiệt trục vít cân bằng nhiệt trục - Làm sạch phễu cấp vít liệu, tháo rời thiết bị - Các vật lạ lƣờng hạt trục vít ra để ( bulong, ê cu ) lẫn vệ sinh vào nguyên liệu * Chú ý: có thể nắp thêm bộ phận lọc băng từ vào phễu cấp liệu để ngăn ngừa dị vật lọt vào nguyên liệu 6 Quá tải 110% - Nhƣ phần 5 - Nhƣ phần 5 làm động cơ dừng 7 Thiết bị lƣờng - Do quá tải phần - Tháo thiết bị lƣờng nguyên liệu cơ khí hạt ra kiểm tra - Không khởi - Thay thế 1 vài lò xo động đƣợc động cơ bị hỏng do có dị vật rơi dù nút START đã tác vào động - Vệ sinh trục vít và hệ thống ống dẫn 8 Báo hiệu sự cố - Thƣờng gây ra - Kiểm tra quá trình áp suất trong quá trình gia công nghệ, công thức công - Kiểm tra lại nguồn - Vòng gia nhiệt nhiệt bị đứt - Vệ sinh phễu cấp - Có dị vật lẫn vào liệu, tháo rời bộ phận nguyên liệu lƣờng hạt, tháo trục vít 91
  93. ra khỏi xilanh nhiệt và tiến hành vệ sinh 9 Áp suất dòng - Nhƣ phần 8 - Nhƣ phần 8 nhựa quá lớn làm dừng máy 1 Sự cố thiết bị - Động cơ bơm - Kiểm tra lại thiết bị 0 bôi trơn dầu bị hỏng bảo vệ động cơ - Tắc bộ loc dầu - Chuyển tay gạt sang kép vị trí bên để dầu bơi trơn đi qua bộ lọc dầu thứ 2 - Nhẹ nhàng rút lƣới lọc ra khỏi ống lọc, vệ sinh luới lọc bằng dầu, xăng sau đó thổi bằng khí nén - Lắp lại lƣới lọc nhƣ cũ, thay thế gioăng nếu cần thiết - Kiểm tra bộ điều khiển 1 Thiết bị cân - Tham khảo các 1 bằng nhiệt sự cố về điện ở phần sau 4.4.3. Các sự cố về phần điện S Các loại sự cố Nguyên nhân Cách khắc phục TT 1 Động cơ không - Dây dẫn phần - Kiểm tra đƣờng khởi động đƣợc khi nối đến phần ứng bị dây dẫn chạy không tải đứt - Kiểm tra khắc - Ngắn mạch cuộn phục sự cố ngắn mạch dây phản ứng - Kiểm tra chổi - Tiếp xúc chổi than, thay thế nếu cần than không tốt - Kiểm tra dây dẫn - Đứt cuộn dây quấn lại nếu cần phần ứng 2 Động cơ khởi - Ngắn mạch phần - Quấn lại các cuộn động không ổn ứng dây phần ứng định, giật cục - Ngắn mạch các - Tach các chộ nan trên cổ góp ngắn mạch trên cổ góp 3 Động cơ không -Quá tải - Giảm tải cho có khả năng mang - Chổi than di động cơ 92
  94. tải chuyển ra khỏi vùng - Đặt lại chổi than trung tính hình học cho đúng vị trí trung theo chiều quay của tính hình học động cơ 4 Động cơ bị quá -Chổi than bị di - Đặt lại chổi than tốc, rung mạnh khi chuyển ra khỏi vùng cho đúng có tải trung tính theo hƣớng - Kiểm tra dây dẫn, ngƣợc chiều với mồi lại nêu cần chiều quay của động cơ - Mất IKT 5 Quá nhiệt động -Do quá tải - Kiểm tra đƣờng cơ trong khi hoạt - Đƣờng làm mát làm mát, vệ sinh lƣới động kém, điều kiện làm lọc của quạt gió mát không đảm bảo - Kiểm tra các - Ngắn mạch các cuộn dây và nối lại cuộn dây phần ứng nếu cần hoặc cuộn dây kích từ 6 Khi động cơ - Cổ góp có sự cố - Kiểm tra lại cổ mang tải xuất hiện - Bề mặt cổ góp bị góp các tia lửa điện chổi bẩn - Vệ sinh cổ góp than - Bề mặt cổ góp có - Tiện lại bề mặt cổ vết xƣớc, bị bào mòn góp và sử dụng đung - Mất độ cách điện loại chổi của các nan của cổ - Tiện lại cổ góp và góp làm lại các phần cách - Lực nén của lò điện xo chổi than không - Thay thế lại lò xo đủ nén than, căng lại lò - Tiếp xúc giữa xo chổi than và giá đỡ - Vệ sinh giá đỡ và chổi than không tốt chổi than - Tiếp xúc giữa - Thay chổi than chổi than và cổ góp mới không tốt do than - Kiểm tra cổ góp mòn quá quy định tiện lại và thay thế cho phép chổi than nếu cần - Chổi than bị đứt, - Tách các phần hỏng chập của các nan trên - Ngắn mạch giữa cổ góp các nan của cổ góp - Sử dụng chổi cho - Chổi không đúng hợp lý đúng chủng chủng loại loại 93