T/g: Bùi Thị Thu
Đơn vị: Khoa Cơ điện
I. Giới thiệu về hệ thống điều khiển truyền động khí nén trong ngành may
Trong ngành may công nghiệp, các máy móc cần có độ chính xác cao, tốc độ ổn định, và khả năng vận hành linh hoạt để đảm bảo hiệu suất sản xuất. Máy dập khí nén được sử dụng phổ biến trong ngành may để dập logo, in nhãn, ép nhiệt hoặc gắn phụ kiện.
Hệ thống điều khiển truyền động khí nén là một phần quan trọng trong các máy dập, giúp cung cấp lực nén mạnh, điều khiển hành trình dập chính xác và đảm bảo an toàn cho người vận hành. Với các ưu điểm như tốc độ đáp ứng cao, chi phí thấp và thiết kế gọn nhẹ, hệ thống khí nén đang là giải pháp lý tưởng trong môi trường sản xuất may mặc.
Một số hình ảnh thiết bị trong ngành may ứng dụng hệ thống truyền động điều khiển khí nén:
|
|
|
|
Máy may lập trình
|
Máy bổ túi
|
|
|
|
Máy là form |
Máy dập nhiệt hơi tự động |
Ngoài ra, trong chương trình đào tạo ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí có học phần Truyền động thủy lực và khí nén trong công nghiệp may, ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử có học phần Kỹ thuật điều khiển thủy lực khí nén. Với mong muốn mở rộng kiến thức thực tế, ứng dụng nội dung bài học vào ngành nghề và thực tế xã hội, nhưng thời lượng sinh viên được học trên lớp có hạn (2TC lý thuyết), nên việc phân tích hệ thống điều khiển truyền động khí nén cho sinh viên còn nhiều hạn chế, bài viết này nhằm phân tích kỹ hơn hệ thống điều khiển truyền động khí nén được ứng dụng trên các thiết bị ngành may nói riêng, và các lĩnh vực công nghiệp khác cũng như trong đời sống xã hội để gắn liền nội dung bài học với thực tế xã hội, giúp các em ham mê tìm hiểu, nghiên cứu ứng dụng ứng dụng bài học vào thực tế, xã hội...
|
|
|
Máy dập khí nén |
Ứng dụng trong chế tạo, lắp ráp |
|
|
|
Ứng dụng trong lĩnh vực điện tự, tự động hóa |
Ứng dụng trên nhiều thiết bị công nghiệp khác |
II. Hệ thống điều khiển truyền động khí nén sử dụng trong may công nghiệp
2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống khí nén ngành may
Hệ thống điều khiển truyền động khí nén trên máy dập thường bao gồm các bộ phận chính sau:
a. Bộ cấp khí nén:
Máy nén khí (Compressor): Tạo ra khí nén với áp suất phù hợp. Áp suất sử dụng trên thiết bị phụ trợ ngành may dưới 10 bar.
Trong dây chuyền may công nghiệp sử dụng nhiều có thể dùng hệ thống phân phối khí trung tâm. Hoặc có thể dùng máy nén khí công suất trung bình.
Máy nén khí
|
Bộ lọc khí, tách ẩm |
|
|
Hệ thống phân phối khí trung tâm
|
Bộ lọc khí: Lọc sạch tạp chất và độ ẩm trong khí nén để bảo vệ các thiết bị.
Bình chứa khí nén: Tích trữ khí để đảm bảo cung cấp liên tục và ổn định
b. Cơ cấu chấp hành
Xi lanh khí nén (Pneumatic Cylinder): Chuyển đổi năng lượng khí nén thành chuyển động cơ học. Xi lanh có thể là loại tác động đơn hoặc tác động kép, tùy thuộc vào yêu cầu vận hành
c. Van điều khiển
Van điện từ (Solenoid Valve): Điều khiển luồng khí nén dựa trên tín hiệu từ bộ điều khiển.
Một số xilanh khí nén thông dụng |
Một số van điều khiển thường dùng |
|
|
|
|
|
|
Van 1 chiều |
Bộ điều khiển lập trình tự động |
Van một chiều, van giảm áp: Đảm bảo dòng khí di chuyển đúng hướng và ổn định áp suất. (hình 6)
d. Bộ điều khiển:
PLC hoặc vi điều khiển: Lập trình logic để điều khiển thời gian, hành trình và lực của máy dập.
Cảm biến: Theo dõi trạng thái của xi lanh và phát tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển.
2.2. Nguyên lý hoạt động hệ thống khí nén sử dụng cho máy in dập logo ngành may
Hệ thống hoạt động hệ thống khí nén sử dụng cho máy in dập logo ngành may được thực hiện theo trình tự sau:
-
Cấp khí: Máy nén khí tạo ra khí nén được lọc sạch và đưa vào bình chứa.
-
Điều khiển dòng khí: Tín hiệu từ bộ điều khiển kích hoạt van điện từ, cho phép khí nén đi vào xi lanh theo trình tự định sẵn.
-
Chuyển động của xi lanh: Khí nén tạo áp suất đẩy piston trong xi lanh, chuyển đổi năng lượng khí thành chuyển động tuyến tính.
-
Thực hiện dập: Lực từ xi lanh được truyền đến đầu dập, thực hiện hành động dập chính xác.
-
Hồi lưu: Van điều khiển cho phép khí nén thoát ra ngoài, piston trở về vị trí ban đầu, sẵn sàng cho chu trình tiếp theo.
Cấu trúc mạch điều khiển truyền động khí nén
f. Phân tích mạch điều khiển.
* Trường hợp 1: Mạch điều khiển 1 xilanh tác động kép:
 |
|
Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống khí nén tác động theo hành trình cho một xilanh tác động kép |
Yêu cầu làm việc của xilanh: Khi nhận được tín hiệu tác động từ van 1.1, xilanh 1,0 được điều khiển tiến (để thực hiện nhiệm vụ dập), cuối hành trình của xilanh (dập xong) cần piston tác động lên tín hiệu điều khiển cho van 1.3 điều khiển cho xilanh 1.0 lùi về, cuối hành trình về của xilanh 1.0 , cần piston tác động đến tín hiệu điều khiển của van 1.2, van 1.2 điều khiển cho xilanh 1.0 tiến và hành trình được lập lại cho đến khi gạt tay gạt (hoặc bấm công tắc) của van 1.1 thì hệ thống dừng lại.
* Trường hợp 2: Mạch điều khiển 2 xilanh tác động kép:
Yêu cầu làm việc của xilanh: Xilanh 1.0 làm nhiệm vụ kẹp, giữ. Xilanh 2.0 thực hiện nhiệm vụ dập. Sau khi dập xong thì xilanh 2.0 lùi về, sau đó xilanh 1.0 mới lùi về kết thúc 1 hành trình dập. Hành trình sẽ lặp lại khi có tín hiệu tác động lên van 1.2
 |
|
Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống khí nén tác động theo hành trình cho hai xilanh tác động kép |
Khi nhận được tín hiệu tác động từ van 1.1, xilanh 1,0 được điều khiển tiến (để thực hiện nhiệm vụ kẹp giữ), cuối hành trình tiến của xilanh 1.0 cần piston tác động lên tín hiệu điều khiển cho van 2.2 điều khiển cho van 2.1 chuyển trạng tháu điều khiển cho xilanh 2.0 tiến (thực hiện hành trình dập), cuối hành trình tiến của xilanh 2.0 cần piston tác động đến tín hiệu của van 2.3 điều khiển chuyển vị cho van 2.1 điều khiển xilanh 2.0 lùi về, cần piston 2.0 tác động đến tín hiệu điều khiển của van 1.2, van 1.2 điều khiển chuyển vị cho van 1.1. Van 1.1 chuyển vị điều khiển cho xilanh 1.0 lùi về, kết thúc 1 chu trình dập, hệ thống dừng lại. Để lặp lại chu trình mới ta lại bấm công tác khởi động (van 1.2).
2.3. Phân tích ưu điểm và nhược điểm của hệ thống điều khiển truyền dộng khí nén
a. Ưu điểm
-
Tốc độ cao và ổn định: Khí nén có tốc độ đáp ứng nhanh, phù hợp cho các chu trình ngắn.
-
An toàn: Khí nén không gây cháy nổ, giảm nguy cơ tai nạn trong quá trình vận hành.
-
Bảo trì đơn giản: Cấu trúc đơn giản, dễ dàng thay thế và sửa chữa các bộ phận.
-
Chi phí thấp: Hệ thống khí nén có chi phí đầu tư và vận hành thấp so với các loại hệ thống khác.
b. Nhược điểm
-
Hiệu suất thấp hơn thủy lực: Một phần năng lượng bị thất thoát do nén và giãn khí.
-
Yêu cầu bảo dưỡng thường xuyên: Bộ lọc khí và các thiết bị cần được bảo trì định kỳ để tránh tắc nghẽn.
-
Tiếng ồn: Máy nén khí và quá trình xả khí thường gây ra tiếng ồn, cần các biện pháp giảm âm.
2.4. Ứng dụng thực tiễn trong ngành may và các ngành công nghiệp khác
Trong ngành may công nghiệp, các máy dập sử dụng hệ thống truyền động khí nén được áp dụng trong:
Dập nhãn và in logo: Đảm bảo lực ép đồng đều để tạo ra các sản phẩm chất lượng cao:
 |
 |
|
Máy dập nổi Máy dập nổi Bán tự động
|
Gắn phụ kiện: Gắn các phụ kiện như dập cúc, dập nút, dập móc, dập khuy ... với tốc độ nhanh và chính xác.
Ép nhiệt: Dùng để tạo ra các họa tiết in ép trên vải hoặc sản phẩm may:
Các bộ phận phụ trợ: Áp dụng nguyên lý dập này có thể ứng dụng trên các bộ phận phụ trợ khác:
|
|
Bộ phận xếp bán thành phầm (túi ốp ngoài)
|
Các lĩnh vực sản xuất công nghiệp và đời sống: Áp dụng nguyên lý dập này hiện nay được ứng dụng rất rộng rã trong các lĩnh vẹc công nghiệp và đời sống xã hội:
|
|
|
Máy dập nổi trên giấy |
Máy dập đóng nắp chai |
|
|
|
Máy dập logo |
Máy dập tạo hình khuôn |
2.5. Một số cải tiến và xu hướng phát triển
Hệ thống điều khiển truyền động khí nén trên máy dập đang được cải tiến để đáp ứng các yêu cầu khắt khe hơn:
Ứng dụng công nghệ IoT: Tích hợp cảm biến và kết nối với hệ thống quản lý sản xuất để theo dõi và tối ưu hóa hiệu suất.
Tiết kiệm năng lượng: Sử dụng các van thông minh và xi lanh hiệu suất cao để giảm lượng khí nén tiêu thụ.
Tăng độ chính xác: Áp dụng các bộ điều khiển hiện đại và cảm biến vị trí để đảm bảo hành trình dập chính xác.
III. Kết luận
Hệ thống điều khiển truyền động khí nén đóng vai trò quan trọng trong máy dập của ngành may công nghiệp, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả cao. Dù vẫn còn một số hạn chế, với sự cải tiến liên tục, hệ thống này đang ngày càng được tối ưu hóa, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trong ngành may. Việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới sẽ tiếp tục thúc đẩy tiềm năng của hệ thống này trong tương lai.
Việc phân tích ứng dụng của các mạch điều khiển truyền động khí nén từ bài học vào các thiết bị trên thực tế sẽ thúc đẩy sự ham học hỏi của sinh viên, đồng thời tăng sự liên kết giữa kiến thức trên giảng đường với kiến thức thực tế sản xuất và đời sống.
Hơn nữa, việc phân tích các dạng ứng dụng như này sẽ kích thích tinh thần tìm tòi, nghiên cứu khoa học, hoặc sáng kiến cải tiến trong thực tế sản xuất.
Việc phân tích này giúp sinh viên xuống phòng thí nghiệm thực hành lắp mạch và phân tích quy trình làm việc của hệ thống được ứng dụng trên từng thiết bị được cụ thể, chi tiết hơn, sinh viên dễ hiểu hơn.
Bài viết này cũng còn một số hạn chế về linh kiện tại phòng thực hành thí nghiệm nên chưa phân tích mở rộng trên các thiết bị hiện đại, nhiều xilanh hơn.
Với hướng phân tích này, có thể tiếp tục xem xét phân tích trên các máy may phức tạp, nhiều xilanh hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS.TS. Bùi Hải Triều (chủ biên), GT Truyền động thủy lực và khí nén, NXB Nông nghiệp, 2006.
2. ThS. Lê Văn Tiến Dũng, Điều khiển khí nén và thủy lực, Trường ĐH kỹ thuật công nghệ TP.Hồ Chí Minh
3. Hệ thống điều khiển bằng khí nén- Nguyễn Ngọc Phương, NXBGD, năm 1999