Mô hình hóa và mô phỏng số dây chuyền máy may khẩu trang y tế
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.64 MB, 139 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------------------LÊ KIM HỢI
LÊ KIM HỢI
ĐỀ TÀI:
MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG SỐ DÂY CHUYỀN
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÁY MAY KHẨU TRANG Y TẾ
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT
KHÓA: K41
Đà Nẵng – Năm 2022
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
LÊ KIM HỢI
ĐỀ TÀI:
MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG SỐ DÂY CHUYỀN
MÁY MAY KHẨU TRANG Y TẾ
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 8520103
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học: TS. BÙI HỆ THỐNG
Đà Nẵng – Năm 2022
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn
Lê Kim Hợi
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
ii
MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG SỐ DÂY CHUYỀN
MÁY MAY KHẨU TRANG Y TẾ
Học viên: Lê Kim Hợi
Mã số: 8520103
Khóa: 41KCK
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN.
Tóm tắt – Ngày nay, việc nâng cao năng suất, giảm giá thành và giảm các ô nhiễm là ưu tiên
hàng đầu cho các doanh nghiệp sản xuất. Trong năm 2020, đại dịch Covid-19 xuất hiện đe dọa sức
khỏe con người. Dây chuyền khẩu trang y tế là dây chuyền tạo ra sản phẩm khẩu trang y tế: 3 lớp,
4 lớp… có chức năng chống virus xâm nhập trực tiếp qua đường thở. Các máy móc sản xuất khẩu
trang y tế trước đây đa phần sử dụng xilanh khí, chỉ dùng một ít động cơ. Thực tế cho thấy chi phí
cho máy nén khí và hạ tầng khí nén quá lớn, cần phải giảm chi phí này xuống. Yêu cầu về năng
suất của mỗi dây chuyền càng lớn để phục vụ cho nhu cầu của thị trường và xuất khẩu dẫn đến cần
năng suất cao hơn, máy móc cần độ chính xác cao, độ cứng vững và tốc độ di chuyển nhanh… để
nâng cao năng suất của dây chuyền sản xuất. Để đáp ứng được yêu cầu trên, ta phải nghiên cứu
phát triển, áp dụng các công nghệ mới vào sản xuất nổi bật trong số đó là cơng nghệ CAD
(Computer-aided design)/CAM (Computer-aided manufacturing) / CNC (Computer Numerical
Control) / CAE (Computer Aided Engineering). Việc sử dụng phương pháp mô hình hóa và mơ
phỏng số trước khi chế tạo là giải pháp tối ưu có thể giải quyết vấn đề trước khi đưa ra chế tạo
thực tế.
Từ khóa: Khẩu trang, mơ hình hóa, mơ phỏng số, hàn siêu âm.
MODELING AND NUMBERRICAL SIMULATION FACEMASK PRODUCTION
LINE
Abstract - Nowaday, improving productivity, reducing costs and pollution are top priorities
for manufacturing enterprises. In 2020, the Covid-19 pandemic appeared to threaten human health.
The medical mask line is a production line for medical masks: 3 layers, 4 layers ... with the function
of preventing viruses from entering directly through the airways. Previously, most of the machines
used to produce medical masks used gas cylinders, using only a few engines. The reality shows
that the cost for air compressors and compressed air infrastructure is too large, it is necessary to
reduce this cost. The higher the productivity requirement of each line to serve the needs of the
market and export, leading to the need for higher productivity, machines needing high precision,
rigidity and fast moving speed... to improve the productivity of the production line. To meet the
above requirements, we must research, develop, and apply new technologies to production, among
which are CAD (Computer- aided design) / CAM (Computer - aided manufacturing) / CNC (
Computer Numerical Control) / CAE (Computer Aided Engineering.) Using numerical modeling
and simulation methods before manufacturing is the optimal solution that can solve problems
before actual manufacturing.
Keywords: Facemask, 3D modeling, numerical simulation, ultrasonic welding.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. i
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................... 1
II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 2
III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................................... 2
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................. 4
V. Ý NGHĨA THỰC TIỄN ............................................................................................. 4
VI. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .......................................................................... 5
VII. DÀN Ý NỘI DUNG CHÍNH ................................................................................... 5
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT KHẨU TRANG Y
TẾ ................................................................................................................................... 7
1.1. Lịch sử phát triển ...................................................................................................... 7
1.2. Một số ứng dụng ..................................................................................................... 10
1.3. Các dây chuyền trong nước và trên thế giới: .......................................................... 12
1.4. Các công nghệ trong dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế. .................................... 14
1.4.1.
Công nghệ hàn siêu âm .................................................................................. 14
1.4.2.
Bộ gấp nếp và bộ gập quai ............................................................................. 16
1.5. Quy trình hàn quai khẩu trang y tế: ........................................................................ 19
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ MƠ HÌNH HỐ ........................ 20
2.1. Khái niệm về phương pháp ..................................................................................... 20
2.2. Các cơ cấu chính trong dây chuyền máy may khẩu trang y tế. .............................. 23
2.2.1.
Cơ cấu cấp phôi .............................................................................................. 23
2.2.2.
Cơ cấu hàn quai .............................................................................................. 26
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
iii
2.3. Mơ hình hóa sản phẩm trên Autodesk Inventor ...................................................... 32
2.3.1.
Mơ hình hóa từng chi tiết cụ thể .................................................................... 32
2.3.2.
Ưu điểm của kết hợp 2 phương pháp thiết kế ................................................ 33
2.3.3.
Ứng dụng của mơ hình hóa: ........................................................................... 34
2.3.4.
Mơ hình hóa các chi tiết ................................................................................. 35
2.3.5.
Mơ hình hóa các cụm ..................................................................................... 37
2.4. Lý thuyết về động cơ Servo .................................................................................... 39
2.4.1.
Giới thiệu về động cơ Servo........................................................................... 39
2.4.2.
Ưu điểm của động cơ Servo .......................................................................... 39
2.4.3.
Cấu tạo động cơ servo .................................................................................... 40
2.4.4.
Ảnh hưởng của các yếu tố đến động cơ Servo ............................................... 41
2.5. Bộ truyền đai răng ................................................................................................... 44
2.5.1.
Giới thiệu ........................................................................................................ 44
2.5.2.
Các thành phần của đai răng .......................................................................... 45
CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ CỦA CÁC CỤM CƠ CẤU CỦA MÁY
HÀN QUAI KHẨU TRANG ...................................................................................... 47
3.1. Phân tích ngun lý, thời gian của tồn máy .......................................................... 47
3.2. Tính tốn thiết kế các cụm chính của máy quai khẩu trang .................................... 50
3.2.1.
Cụm cấp phôi ................................................................................................. 50
3.2.2.
Cụm cấp thun ................................................................................................. 57
3.2.3.
Cụm kéo cắt .................................................................................................... 62
3.2.4.
Cụm hàn quai ................................................................................................. 70
3.2.5.
Cụm gập quai ................................................................................................. 73
3.2.6.
Cụm ra hàng ................................................................................................... 74
3.3. Lắp ráp thực tế triển khai tại nhà máy .................................................................... 78
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
iv
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG SỐ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU
HẠN .............................................................................................................................. 81
4.1. Tổng quan về mô phỏng số ..................................................................................... 81
4.1.1.
Lý thuyết về phương pháp phần tử hữu hạn .................................................. 81
4.1.2.
Các giai đoạn của bài toán phần tử hữu hạn .................................................. 84
4.1.3.
Trình tự mơ phỏng số dựa trên phần mềm CAE ............................................ 84
4.2. Mô phỏng số cụm hàn quai trên phần mềm Inventor CAE .................................... 85
4.2.1.
Giới thiệu chung về phần mềm Inventor CAE ............................................... 85
4.2.2.
Một số chức năng của Inventor: ..................................................................... 86
4.2.3.
Mô phỏng số cụm hàn quai ............................................................................ 86
4.3. Mô phỏng số cụm siêu âm trên phần mêm NX CAE ............................................. 94
4.3.1.
Giới thiệu về phần mềm NX CAE ................................................................. 94
4.3.2.
Cụm hàn siêu âm ............................................................................................ 94
4.3.3.
Mô phỏng số cụm hàn siêu âm ....................................................................... 95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 100
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................... 101
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 92
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Số hiệu bảng
1
Tên bảng
Ước tính thời gian thực hiện, các thao tác chính và thao
tác đồng thời
Trang
41
2
Xử lý số liệu từ thời gian
41
3
Thời gian và năng suất theo mục tiêu và thực tế
42
4
Thơng số dây xích có tai
47
5
6
Bảng tra thơng số kỹ thuật của con trượt và ray trượt
MGN
Thông số vật liệu của siêu âm
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
56
83
vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số hiệu hình ảnh
Tên hình ảnh
Trang
1.1
Khẩu trang mỏ chim phòng bệnh dịch hại năm
6
1.2
Khẩu trang của bác sĩ hồi cuối thế kỷ 19
6
1.3
Khẩu trang ngừa cúm chỉ che phần miệng, năm
1918
7
1.4
Khẩu trang vải 4 lớp
8
1.5
Khẩu trang y tế 4 lớp
9
1.6
Hình ảnh Bác sỹ, y sỹ sử dụng khẩu trang y tế
trong công việc
9
1.7
Công nhân nhà máy tôm Minh Phú - Hậu Giang sử
dụng khẩu trang y tế
10
1.8
Công nhân nhà máy bánh kẹo Kinh Đô sử dụng
khẩu trang y tế
10
1.9
Cơng nhân nhà máy thép Hịa Phát sử dụng khẩu
trang y tế
11
1.10
Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế 4 lớp
11
1.11
Dây chuyền sản xuất khẩu trang N95
12
1.12
Dây chuyền sản xuất khẩu trang KF94
12
1.13
Súng hàn siêu âm 20 kHz
13
1.14
Bộ hàn siêu âm
14
1.15
Q trình tạo phơi khẩu trang
15
1.16
Bộ gấp nếp khẩu trang
15
1.17
Bộ gập quai khẩu trang
16
1.18
Bộ gập quai khẩu trang thiết kế trên phần mềm
Autodesk Inventor
16
1.19
Quy trình hàn quai khẩu trang tạo thành phẩm
17
2.1
So sánh quy trình thiết kế thuận và thiết kế ngược
18
2.2
Mơ hình hóa cụm máy may khẩu trang y tế trên
phần mềm Autodesk Inventor
19
2.3
Mô phỏng số cụm kết cấu máy sử dụng phần mềm
Autodesk Inventor
20
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
vii
Số hiệu hình ảnh
Tên hình ảnh
Trang
2.4
Đĩa xích đơi tiêu chuẩn 35 (ANSI).
21
2.5
Thiết kế 3D đĩa xích đơi tiêu chuẩn 35 (ANSI).
21
2.6
Khay chứa khẩu trang
22
2.7
Xích tai gá 1 bên
22
2.8
Bích xoay quân dây thun
23
2.9
Bộ điều chỉnh chiều dài dây thun
29
2.10
Cơ cấu cắt dây thun
25
2.11
Mối hàn quai
25
2.12
Cụm hàn quai, chứa cụm quấn dây
26
2.13
Chi tiết đầu hàn
27
2.14
Bộ gập quai
28
2.15
Quy trình thiết kế chi tiết và lắp ráp trên phần
mềm 3D
28
2.16
Thiết kế các chi tiết trên phần mềm Autodesk
Inventor
30
2.17
Lắp ráp cụm hàn quai trên Autodesk Inventor
31
2.18
Lắp ráp cụm kéo cắt trên Autodesk Inventor
32
2.19
Lắp ráp cụm ra hàng trên Autodesk Inventor
32
2.20
Động cơ Servo và bộ điều khiển
34
2.21
Điều khiển vịng kín (servo)
34
2.22
Ảnh hưởng của hệ số khuếch đại đến momen động
cơ
35
2.23
Khối điều khiển động cơ Servo
36
2.24
Quan hệ giữa đường cong đáp ứng và thời gian
37
2.25
Ảnh hưởng của biến điều khiển đến momen động
cơ
37
2.26
Bộ truyền đai răng
38
2.27
Thành phần đai răng
38
2.28
Puly răng
39
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
viii
Số hiệu hình ảnh
Tên hình ảnh
Trang
2.29
Đồ thị biểu thị lực ở các nhánh dẫn phụ thuộc vào
lực căng ban đầu
39
3.1
Nguyên lý máy hàn quai khẩu trang
40
3.2
Biểu đồ phân bố thời gian theo tính tốn
42
3.3
Bản vẽ đĩa xích đơi đĩa dẫn
45
3.4
Bản vẽ đĩa xích đơi đĩa bị dẫn
45
3.5
Mơ hình hóa đĩa xích đơi
46
3.6
Dây xích có tai
46
3.7
Bản vẽ puly răng
48
3.8
Mơ hình hóa Puly trên 3D
49
3.9
Bộ phận kéo dây thun
50
3.10
Thiết kế bộ kéo dây
51
3.11
Động cơ và hộp giảm tốc cụm kéo thun
53
3.12
Con lăn dẫn thun
53
3.13
Bộ phận dẫn thun
54
3.14
Bộ phận dẫn kéo
55
3.15
Con trượt và ray trượt MGN15C
55
3.16
Thiết kế bộ phận kéo cắt
57
3.17
Thiết kế kéo cắt chuyên dụng
58
3.18
Puly bộ phận kéo cắt
59
3.19
Cụm hàn quai
60
3.20
Cụm mở kẹp
62
3.21
Cụm gập quai
63
3.22
Cụm ra hàng
64
3.23
Bộ phận đẩy
65
3.24
Mơ hình hóa tồn bộ máy hàn quai
66
3.25
Lắp ráp cụm kéo cắt
66
3.26
Lắp ráp cụm ra hàng
67
3.27
Lắp ráp toàn bộ thực tế
67
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
ix
Số hiệu hình ảnh
Tên hình ảnh
Trang
3.28
Máy sau khi hồn thiện
68
4.1
Các phương pháp giải quyết vấn đề kỹ thuật
70
4.2
Các dạng biên chung của các phần tử
71
4.3
Phần tử một chiều
71
4.4
Phần tử hai chiều.
71
4.5
Phần tử ba chiều
71
4.6
Chia lưới cụm hàn quai
74
4.7
Đặt lực vào cụm
75
4.8
Biểu đồ trường ứng suất Von Mises Stress
76
4.9
Biểu đồ trường biến dạng (Translational
Displacement Vector)
78
4.10
Biểu đồ trường ứng suất chính (Stress Princeipal
Tensor Symbol)
79
4.11
Chuyển vị của tấm đỡ dày T = 16 mm
80
4.12
Máy hàn siêu ân khẩu trang
81
4.13
Mơ hình hóa của súng và đe hàn
82
4.14
Chia lưới súng hàn và đe hàn
83
4.15
Gán điều kiện cho súng và đe hàn
83
4.16
Chuyển vị (Biên độ dao động) của súng hàn và đe
hàn
84
4.17
Ứng suất dao động của súng hàn và đe hàn 20kHz
85
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
1
MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
-
Ngày nay, việc nâng cao năng suất, giảm giá thành và giảm các ô nhiễm là ưu tiên hàng
đầu cho các doanh nghiệp sản xuất. Trong năm 2020, đại dịch Covid-19 xuất hiện đe
dọa sức khỏe con người. Các loại sản phẩm bảo vệ sức khỏe con người như khẩu trang
y tế, máy trợ thở, máy tạo oxy… giúp đỡ rất nhiều cho việc bảo vệ và chăm sóc sức
khỏe con người.
-
Dây chuyền khẩu trang y tế là dây chuyền tạo ra sản phẩm khẩu trang y tế: 3 lớp, 4
lớp… có chức năng chống virus xâm nhập trực tiếp qua đường thở. Các máy móc sản
xuất khẩu trang y tế trước đây nhập từ các nước như Đài Loan, Nhật Bản, Trung Quốc,
Đức,… các máy này đa phần sử dụng xilanh khí, chỉ dùng một ít động cơ.
-
Khi số lượng dây chuyền càng nhiều, một nhà máy sản xuất với số lượng dây chuyền
lớn, yêu cầu về giảm tiền đầu tư, giảm giá thành sản phẩm, đảm bảo giảm ô nhiễm tiếng
ồn… thì xilanh khí trong một dây chuyền q nhiều nên tiếng ồn của máy nén khí rất
lớn. Thực tế cho thấy chi phí cho máy nén khí và hạ tầng khí nén quá lớn, cần phải giảm
chi phí này xuống. Khi sử dụng động cơ thì khơng cần sử dụng máy nén khí, giúp giảm
tiếng ồn, và giảm tiếng ồn từ xilanh khí nén.
-
Yêu cầu về năng suất của mỗi dây chuyền càng lớn để phục vụ cho nhu cầu của thị
trường và xuất khẩu dẫn đến cần năng suất cao hơn, máy móc cần độ chính xác cao, độ
cứng vững và tốc độ di chuyển nhanh… để nâng cao năng suất của dây chuyền sản
xuất. Khi sử dụng động cơ thì độ chính xác cao hơn vì sử dụng cấp xung cho động cơ
để động cơ hoạt động, tốc độ di chuyển nhanh hơn.
-
Nhu cầu về thiết kế phát triển sản phẩm mới, chép mẫu và thiết kế lại từ các sản phẩm
đã có cũng như nhu cầu về sản xuất, chế tạo các bộ phận có độ chính xác và độ phức
tạp cao là rất lớn. Để đáp ứng được yêu cầu trên, ta phải nghiên cứu phát triển, áp dụng
các công nghệ mới vào sản xuất nổi bật trong số đó là cơng nghệ CAD (Computeraided design)/CAM (Computer-aided manufacturing) /CNC (Computer Numerical
Control)/CAE (Computer Aided Engineering).
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
2
-
Với nhu cầu tiết kiệm trong quá trình thiết kế và chế tạo nhưng vẫn đảm bảo được các
khả năng làm việc của dây chuyền sử dụng hoàn toàn động cơ, việc sử dụng phương
pháp mơ hình hóa và mơ phỏng số trước khi chế tạo là giải pháp tối ưu có thể giải quyết
vấn đề trước khi đưa ra chế tạo thực tế.
-
Với các lý do trên, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Mơ hình hóa và mơ phỏng số dây
chuyền máy may khẩu trang y tế”.
II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
-
Tìm hiểu cấu trúc, thiết kế của dây chuyền khẩu trang y tế
-
Phân tích lực tác dụng lên các cụm cơ cấu để tối ưu hóa hình dáng hình học.
-
Tính tốn động học của từng cụm, sau đó tính tốn thiết kế cơ cấu cơ khí cho từng cụm
cơ cấu.
-
Tính tốn, phân tích động học, động lực học của các cụm cơ cấu để lựa chọn động cơ
Servo, động cơ bước.
-
Sử dụng các phần mềm CAE để mô phỏng số của các chi tiết, cụm chi tiết quan trọng.
-
Xây dựng được số xung của các động cơ.
-
Triển khai thực tế tại nhà máy.
III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1. Đối tượng nghiên cứu:
-
Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế.
-
Phương pháp mơ hình hóa và mơ phỏng số.
-
Phần mềm Inventor.
-
Phần mềm NX CAE.
2. Phạm vi nghiên cứu:
-
Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế.
-
Địa điểm: Công ty TNHH Tập Đồn Phú Bảo
-
Lơ C21, đường D2, Khu cơng nghiệp Cầu Tràm, Ấp Cầu Tràm, Xã Long Trạch, Huyện
Cần Đước, Tỉnh Long An, Việt Nam
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
3
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
4
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Kết hợp phương pháp nghiên cứu giữa lý thuyết, mơ hình hóa, mơ phỏng số và triển
khai lắp ráp tại nhà máy.
- Nghiên cứu lý thuyết:
o Tổng hợp và nghiên cứu tài liệu để giải bài toán động học, động lực học,
trường làm việc của dây chuyền sản xuất.
o Tổng hợp và nghiên cứu tài liệu về các phương pháp tối ưu hóa hình học
trong thiết kế cơ khí.
o Tổng hợp và nghiên cứu tài liệu về phương pháp chọn động cơ.
o Tổng hợp và nghiên cứu tài liệu về các phương pháp điều khiển động cơ.
- Mơ hình hóa và mơ phỏng số, cơng nghệ CAD/ CAM/ CAE
o Mơ hình hóa và thiết kế tối ưu hóa hình học cho cụm cơ cấu sử dụng phần
mềm Inventor 2020.
o Mô phỏng số cụm cơ cấu chịu tải trọng và chuyển động nhiều nhất trên
phần mềm Inventor 2020.
o Mô phỏng số cụm hàn siêu âm hoạt động đúng tần số yêu cầu sử dụng NX
CAE.
- Nghiên cứu triển khai tại nhà máy:
o Chế tạo các cụm cơ cấu theo nghiên cứu thiết kế.
o Lắp ráp hoàn chỉnh tồn bộ dây chuyền.
Từ kết quả theo dõi q trình sản xuất thực tế, so sánh với kết quả lý thuyết, mơ phỏng,
-
từ đó đưa ra các thơng số tối ưu trong quá trình sản xuất sau này.
V. Ý NGHĨA THỰC TIỄN
-
-
Ý nghĩa khoa học:
o Đề tài nghiên cứu về ứng dụng phương pháp mơ hình hóa và mơ phỏng số
trong thiết kế, nâng cấp dây chuyền từ xylanh sang sử dụng động cơ, góp
phần cải thiện ưu điểm của dây chuyền trước đó.
o Ý nghĩa khoa học của việc sử dụng động cơ Servo, động cơ bước dưới sự
điều khiển của PLC để tăng năng suất và độ chính xác.
o Tối ưu hóa thiết kế nhờ mơ phỏng số trên các phần mềm chuyên dụng.
Ý nghĩa thực tiễn:
o Tạo tiền đề cho việc giảm chi phí trong q trình nâng cấp, chế tạo dây
chuyển sử dụng động cơ.
o Phương pháp sử dụng động cơ và PLC nhằm nâng cao khả năng làm việc
chính xác của dây chuyền.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
5
o Góp phần tạo ra dây chuyền mới để nâng cao năng suất, giảm chi phí cho
q trình sản xuất thực tiễn tại nhà máy Phú Bảo.
VI. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
-
Bản vẽ thiết kế dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế sử dụng phương pháp mơ hình hóa
và mơ phỏng số.
-
Dây chuyền đã được tối ưu hóa hình học;
-
Ứng dụng phần mềm Inventor, NX để mơ phỏng q trình hàn siêu âm, xác định các
thơng số kỹ thuật hợp lý của quá trình.
-
Thiết kế, chế tạo dây chuyền sử dụng tại nhà máy Phú Bảo.
VII. DÀN Ý NỘI DUNG CHÍNH
MỞ ĐẦU
Chương 1: Tổng quan về dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế
1.1 Lịch sử phát triển
1.2 Một số ứng dụng
1.3 Các dây chuyền trong nước và trên thế giới
1.4. Các công nghệ trong dây chuyền sẵn có.
1.4.1 Hàn siêu âm khẩu trang.
1.4.2 Bộ gập nếp và gập quai.
1.5. Quy trình hàn quai khẩu trang y tế
Chương 2: Phương pháp thiết kế và mơ hình hóa
2.1 Khái niệm về phương pháp
2.2 Các cơ cấu chính trong dây chuyền máy may khẩu trang y tế.
2.2.1 Cơ cấu cấp phơi
2.2.2 Cơ cấu hàn quai
2.3 Mơ hình hóa trên phần mềm Autodesk Inventor
2.4 Lý thuyết về động cơ Servo
2.5 Bộ truyền bánh răng
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
6
Chương 3: Tính chọn động cơ của các cụm cơ cấu của máy hàn quai khẩu trang
3.1 Phân tích nguyên lý, thời gian của tồn máy
3.2 Tính tốn thiết kế các cụm chính của máy quai khẩu trang
3.2.1 Cụm cấp phôi
3.2.2 Cụm cấp thun
3.2.3 Cụm kéo cắt
3.2.4 Cụm hàn quai
3.2.5 Cụm gập quai
3.2.6 Cụm ra hàng
3.3 Lắp ráp thực tế triển khai tại nhà máy
Chương 4: Mô phỏng số sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn
4.1 Tổng quan về mô phỏng số
4.2 Mô phỏng số cụm hàn quai sử dụng Inventor CAE
4.3 Mô phỏng số cụm hàn siêu âm sử dụng NX CAE
KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG CỦA ĐỀ TÀI
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT KHẨU
TRANG Y TẾ
1.1. Lịch sử phát triển
Theo ghi chép của nhà thám hiểm người người Italy là Marco Polo, thì khẩu trang
đã xuất hiện từ thời nhà Nguyên ở Trung Quốc.Tuy nhiên đến đầu thế kỷ 17, sau khi
chiếc khẩu trang y tế đầu tiên ra đời. Collin Mayer bác sĩ người Mỹ đã may một cái túi
bằng vải, có khoét 2 lỗ cho 2 con mắt. Và trùm cái “khẩu trang” này vào đầu cùng với
một cặp kính để khám chữa bệnh thủy đậu.
Hình 1.1: Khẩu trang mỏ chim phịng bệnh dịch hại năm 1619 [22]
Cho đến năm 1827, bác sĩ người Tây Ban Nha Fernandez Carlos thiết kế chiếc
khẩu trang khác. Dựa theo hình dáng của Hijab mà phụ nữ Hồi giáo dùng để che mặt.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
8
Hình 1.2: Khẩu trang của bác sĩ hồi cuối thế kỷ 19 [23]
Năm 1899, chiếc khẩu trang tiến thêm một bước nhưng lần này đơn giản hơn. Mỗi
khi khám bệnh, các bác sĩ người Mỹ dùng một miếng băng vết thương để che mặt. Dài
khoảng 40 cm, ngang 10 cm, chính giữa có thêm 04 gạc. Cuốn quanh miệng và mũi rồi
buộc lại ở phía sau gáy.
Đến Đại dịch cúm 1918, các bác sĩ Anh quốc chế ra loại khẩu trang chỉ che kín
phần miệng. Nó gồm một cuộn băng vết thương, buộc túm 2 đầu rồi buộc dây vòng qua
gáy. Tất cả mọi người dù nhiễm bệnh hay không, mỗi khi ra đường đều phải đeo. Đó
cũng là chiếc khẩu trang phổ thông đại chúng đầu tiên. Lúc bấy giờ, khẩu trang may
bằng hai lớp vải cotton, còn màu sắc thì tùy theo ý thích của người dùng.
Hình 1.3: Khẩu trang ngừa cúm chỉ che phần miệng, năm 1918 [23]
Những năm 1930, khi ngành Nhựa phát triển, khẩu trang được làm bằng nhựa
trong suốt. Chiếc khẩu trang y tế này ra đời đã ngăn được bụi. Nhưng người đeo sẽ thấy
khó thở vì nó q kín và khá nặng nề. Để cải tiến, các nhà chế tạo để hở phần dưới cằm
cho khơng khí dễ dàng lưu thơng nhưng nó lại hạn chế việc ngăn ngừa vi khuẩn xâm
nhập qua đường hô hấp. Năm 1947, Vải không dệt ra đời. Từ loại vải không dệt này,
chiếc khẩu trang y tế có cấu tạo và hình dạng như ngày nay.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
9
Từ năm 1998, máy khẩu trang dạng may kim được sử dụng rộng rãi, ưu điểm
của máy móc này là giá thành rẻ, vật liệu có thể sử dụng được nhiều loại vải khác nhau
và có thể tái chế để sử dụng lại. Nhược điểm là sản lượng thấp, không chống được giọt
bắn, tốn nhiều nhân lực và không gian cho nhà máy. Những năm 2000, máy móc sản
xuất khẩu trang từ vải không dệt đã được phát triển rộng khắp trên thế giới, đặc biệt từ
các nước Đức, Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc… cùng với việc ứng dụng Hàn siêu
âm cho khẩu trang càng làm cho ngành công nghiệp sản xuất này trở nên mạnh hơn. Tại
Nhật Bản, khẩu trang được sử dụng rất nhiều cho việc tránh các dị ứng từ Hoa Anh Đào.
Tại các khu công nghiệp sản xuất thực phẩm thì khẩu trang y tế cũng được sử dụng rất
nhiều, vì chúng có thể chắn giọt bắn cũng như là đảm bảo vệ sinh an toàn cho thực phẩm.
Từ năm 2004, sử dụng hàn siêu âm cho hàn khẩu trang, và sử dụng loại vải không dệt
để sử dụng làm khẩu trang y tế. Ưu điểm là sản lượng cao, chống được giọt bắn từ 2
phía, giảm nhân cơng khi làm việc, chi phí ngun liệu thấp. Nhược điểm của loại này
là chi phí máy móc cao, cần có nhân cơng có kỹ thuật, vật liệu phải đáp ứng được nhu
cầu của máy [16].
Vì nhu cầu của thị trường, những ứng dụng và ưu điểm của máy may khẩu trang y
tế bằng phương pháp hàn siêu âm nên thị trường hiện nay rất phát triển các dịng máy
này. Vì vậy, nhu cầu thiết kế, chế tạo, lắp ráp dây chuyền mới cũng như nâng cấp, cải
tiến dây chuyền cũ ngày càng được đặt ra nhiều hơn tại các nhà máy sản xuất khẩu trang.
Đây là một điều đặt ra cho các công ty chế tạo máy cần nắm rõ công nghệ, sản phẩm,
dây chuyền lắp ráp, chế tạo hàng loạt để đáp ứng nhu cầu của thị trường.
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp vải sợi và ngành công
nghiệp may mặc, các sản phẩm khẩu trang y tế đua nhau ra đời với đa dạng về chủng
loại. Đặc biệt, trong đại dịch Covid-19, khẩu trang là một phần bắt buộc trong cơng cuộc
chống dịch, vì vậy máy móc, dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế cũng phát triển rất
mạnh mẽ.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
10
Hình 1.4: Khẩu trang vải 4 lớp
Hình 1.5: Khẩu trang y tế 4 lớp
1.2. Một số ứng dụng
- Ứng dụng trong y tế: Sử dụng cho các Bác sỹ, y sỹ, điều dưỡng, y tá… trong quá
trình mổ, khám bệnh, điều trị cho bệnh nhân.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
11
Hình 1.6: Hình ảnh Bác sỹ, y sỹ sử dụng khẩu trang y tế trong công việc
- Ứng dụng trong ngành sản xuất thực phẩm: Công nhân trong các nhà máy sản
xuất thực phẩm sử dụng khẩu trang y tế để tránh giọt bắn, đảm bảo vệ sinh an toàn thực
phẩm.
Hình 1.7: Cơng nhân nhà máy tơm Minh Phú - Hậu Giang sử dụng khẩu trang y tế
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
12
Hình 1.8: Cơng nhân nhà máy bánh kẹo Kinh Đơ sử dụng khẩu trang y tế
- Ứng dụng trong ngành sản xuất khác: Ngành sản suất thép, luyện kim, sản xuất
vật dụng…
Hình 1.9: Cơng nhân nhà máy thép Hịa Phát sử dụng khẩu trang y tế
- Vì đại dịch Covid-19 nên khẩu trang y tế được sử dụng như là vật thiết yếu để
đáp ứng cơng cuộc phịng và chống dịch.
1.3. Các dây chuyền trong nước và trên thế giới:
- Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế:
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
13
Hình 1.10: Dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế 4 lớp [24]
- Dây chuyền sản xuất khẩu trang N95:
Hình 1.11: Dây chuyền sản xuất khẩu trang N95 [25]
- Dây chuyền sản xuất khẩu trang KF94:
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ
