BỘ CÔNG NGHIỆP PHÂN VIỆN DỆT MAY TẠI TP HỒ CHÍ MINH **************** BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM THỬ ĐỘ THỐNG KHÍ CỦA VẢI Chủ nhiệm đề tài: LÊ ĐẠI HƯNG 7838 07/4/2010 TP HỒ CHÍ MINH - 2010 BỘ CƠNG THƯƠNG TẬP ĐỒN DỆT MAY VIỆT NAM PHÂN VIỆN DỆT MAY 345/128A – TRẦN HƯNG ĐẠO – Q1 – TPHCM TEL:08 39201396, FAX:39202215  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM THỬ ĐỘ THỐNG KHÍ CỦA VẢI Man hì nh ̀ Công tăc nguôn ́ ̀ Nut chon thang ́ ̣ đo Kep mâu ̣ ̃ Cân khơi đông ̀ ̉ ̣ Mâu vai ̃ ̉ TPHCM 2009 Cơ quan chủ trì: Cơ quan chủ quản Phân viện dệt may Bộ Công Thương Địa 345/128A Trần Hưng Đạo Địa chỉ: Số 25 Bà Triệu, Hà Nội Q1, TP HCM Tel: 04-3934935 Tel: 08-39201396 Fax: 08-39202215 Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo máy thí nghiệm thử độ thống khí vải Mã số: 124.09.RD/HD-KHCN Thời gian thực đề tài: 1/2009 đến 12/2009 Các đơn vị phối hợp thực hiện: Chủ nhiệm đề tài: KS Lê Đại Hưng Trưởng phòng NCTH Phân viện Dệt may Các cộng tác viên: Họ tên Học hàm, học vị Cơ quan Nguyễn văn Chất KS Cơ khí chế tạo máy Phân viện Dệt May Nguyễn Thanh Tuyến KS Công nghệ dệt Phân viện Dệt May PHẦN MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI I Nghiên cứu lý thuyết I.1 Độ thẩm thấu khơng khí ( độ thống khí ) I.2 Các phương pháp xác định độ thống khí 12 I.3 Tiêu chuẩn phương pháp thử độ thống khí 18 I.4 Thiết bị thử độ thống khí 23 II Các bước triển khai thực 30 II.1 Lựa chọn sơ đồ nguyên lý 30 II.2 Thiết kế 32 II.2.1 Sơ đồ tổng quát 32 II.2.2 Tính tốn thiết kế hệ thống đo…………………… …….33 II.2.3 Thiết kế phần khí 40 II.2.4 Thiết kế hệ thống điều khiển 42 II.3 Lắp ráp hiệu chỉnh 46 III Chạy thử đánh giá 48 III.1 Chạy mẫu thử nghiệm 48 III.2 So sánh kết thử 49 III.3 Đánh giá kết 50 IV Ý nghĩa khoa học kỹ thuật 50 V Ý nghĩa kinh tế xã hội 51 VI Kết luận 51 Phụ lục 51 MỞ ĐẦU Độ thống khí yếu tố quan trọng thông số kỹ thuật vật liệu dệt vải lọc khí, vải lọc dầu, vải may lều, vải may dù, vải mùng, vải làm cánh buồm, vải may mặc ……… Trong lĩnh vực lọc, độ thống khí có liên quan trực tiếp đến hiệu suất lọc ( chênh lệch áp suất bề mặt màng lọc sử dụng ) Độ thống khí cịn sử dụng để diễn tả khả thở vải xử lý chống thấm nước vải tráng phủ Trong lĩnh vực công nghiệp qn đội, thơng số độ thơng khí xem thông số để lựa chọn vật liệu dệt tiêu chí quan tâm mua nguyên liệu Trong lĩnh vực may mặc dân dụng, quần áo có nhiệm vụ quan trọng Nó vừa có tác dụng bảo vệ thể khỏi cac điều kiện khí hậu đồng thời giúp tạo vẻ đẹp bên ngồi Nó khơng bền, thời trang mà cần phải có tính tiện nghi, phù hợp với sinh lý thể, thoáng mát vệ sinh Tuỳ theo thời tiết mục đích sử dụng mà sản phẩm có độ thống khí khác Quần áo mặc ngồi vào mùa đơng cần có độ thống khí thấp, ngăn khơng cho khơng khí từ xâm nhập vào thể Quần áo phục vụ cho thể thao, bộ, chơi tennis, đạp xe…., cần có kiểm sốt độ ẩm, độ thống khí, tính giữ nhiệt vận động Độ thống khí yếu tố để đánh giá tính vệ sinh vải may mặc, đo lường “khả thở “ quần áo Những năm gần đây, tính thống khí trở nên tiêu cần thiết mà người tiêu dùng chọn để mua sản phẩm Để đo lường độ thống khí vải, người ta dùng thiết bị đo lưu lượng khí qua vải Thiết bị đo lường thông số cải tiến liên tục sản xuất nhiều nước nhằm đáp ứng nhu cấu ngày cao chất lượng Tuy nhiên giá thành thiết bị cao Mục tiêu :  Nghiên cứu thiết kế chế tạo Máy đo độ thống khí phù hợp tiêu chuẩn :TCVN 5092-90, ASTM D 737, ASTM D 3574, EN ISO 7231, EN ISO 9237, BS 5636,AFNOR G07-111, JISL 1096A  Đáp ứng nhu cầu thử nghiệm tiêu độ thống khí vật liệu dệt nước, có khả thay máy nhập ngoại  Trang bị cho Trung tâm giám định dệt may - Phân viện dệt may Nội dung đề tài: Nghiên cứu lý thuyết  Độ thống khí u cầu chất lượng độ thống khí vật liệu dệt  Ngun lý đo độ thống khí  Tham khảo phương pháp thử độ thống khí  Nghiên cứu tìm hiểu dạng thiết bị có nước giới Triển khai  Chọn dạng thiết bị nguyên lý hoạt động  Thiết kế : Phần khí Thiết kế hệ thống điều khiển  Lắp ráp cân chỉnh chạy thử Phương pháp nghiên cứu: - Tiếp cận thông tin mạng, tài liệu từ hãng cung cấp thiết bị tiêu chuẩn cần thiết thiết bị đo độ thống khí - Lựa chọn ngun lý hoạt động thông số kỹ thuật cần thiết cho việc thiết kế - Tiến hành thiết kế dựa thông số lựa chọn NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI I NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT I.1 Độ thẩm thấu thơng khí (độ thống khí ) Là khả vật liệu dệt cho khơng khí xun qua, thể lượng khơng khí xun qua đơn vị diện tích vật liệu dệt thời gian định có chênh lệch áp suất hai bề mặt mẫu HHhhhHhìnhhhhìnhHhh HHH Hình Độ thống khí vải may mặc Hình Độ thống khí vải nhiều lớp Độ thống khí chế phẩm dệt đặc trưng lượng khơng khí Kp (dm3) truyền qua 1m2 chế phẩm giây hiệu số áp suất mặt chế phẩm N/m2 mm cột nước ( mm cột nước 9.81 N/m2 ) P = P1 – P2 (Pa) ( Công thức ) Nguyên lý chung xác định độ thống khí thể theo sơ đồ : Hình Sơ đồ nguyên lý xác định độ thẩm thấu khơng khí Mẫu thí nghiệm đặt ống phân chia thành hai phần Khi áp suất khơng khí phần ống ống khác ( P1> P2 ) Lúc khơng khí tích V(dm3) truyền qua chế phẩm có diện tích F(m2) thời gian T(s), hiệu số áp suất P= P1-P2 Từ đó, xác định độ thẩm thấu khơng khí theo cơng thức : Kp= V/ F.T ( dm3/m2.s) (công thức 2) - Hệ số thơng khí phụ thuộc P, nên so sánh độ thơng khí vật liệu dệt cần thực điều kiện áp suất khơng khí cố định - Theo Rakhmatullin, P Kp có mối liên hệ sau : P= aKp + bK2p (công thức 3) a, b hệ số xác định theo thực nghiệm phụ thuộc vào cấu tạo chiều dày vải P thấp : Thử nghiệm vải khít dày, hệ số b xấp xỉ thử nghiệm vải thưa, hệ số a xấp xỉ - Theo Arkhang helski, ta có : K p = B1.Px (cơng thức 4) B1 hệ số thơng khí p =1 x số phụ thuộc cấu trúc vải, ( vải dày x=0.98 xấp xỉ vải thưa x= 0.53 xấp xỉ 0.5) Nếu thử với P = const : K P phụ thuộc nhiều vào độ xốp, số lượng kích thước lỗ trống bề dày sản phẩm Sản phẩm xốp độ chứa đầy thấp độ thống khí cao Nếu hiệu áp P=50Pa, Theo Fedorow : K50= (a  E S ) (dm3/m2.s) (công thức 5) b Theo Arkhang helski: K 50= (100 +c – Es)2 (dm3/m 2.s) (công thức 6) Es: độ chứa đầy bề mặt vải (%) a, b, c : số phụ thuộc loại vải 1.4 Chọn cảm biến đo lưu lượng Khi chọn cảm biến đo lưu lượng cần phân biệt hai loại loại đo lưu lượng loại thể tích khối lượng Nếu đơn vị lưu lượng cần đo là: mét khối, feet khối, lít đơn vị thời gian ta chọn cảm biến đo lưu lượng thể tích Khi đơn vị lưu lượng cần đo là: kilogam ta chọn cảm biến đo lưu lượng khối lượng Cảm biến lưu lượng nguyên lý hoạt động chia thành nhiều loại: nguyên lý đo chênh áp qua tiết lưu sai số theo thống kê khoảng 2%, theo Measurements, Instrumentation and Sensors Handbook, 1999 CRC press LLC, CD-ROM 1.5 Thiết kế đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh áp qua tiết lưu d Hình 21 : Nguyên lý tạo chênh áp 38 Hình 22 : Mơ tả dịng khí qua tiết lưu Hình mơ tả dịng khí qua tiết lưu, bị đột ngột giảm tiết diện vận tốc dịng khí tăng lên áp suất giảm phía sau tiết lưu Nguyên lý cảm biến đo lưu lượng thể tích kiểu chênh áp đo chênh lệch áp suất trước sau tiết lưu (orifice), áp suất tỉ lệ với lưu lượng khí qua ống Để thiết kế tiết lưu ống dẫn cho mục đích đo lưu lượng ta dựa vào tiêu chuẩn ISO 5167 1.6 Cơng thức tính Lưu lượng theo khối lượng qm xác định theo công thức sau: qm  C 1    d 2p 1 (1) Tương tự lưu lượng theo thể tích xác định: qv  qm  (2)  : Mật độ lưu chất nhiệt độ áp suất lưu chất đo 39 Bảng : Các đại lượng tính độ thóng khí cơng thức (1) Ký Đại lượng hiệu C đơn vị (SI) Hệ số xả (dùng cho lưu chất không nén - chất lỏng)  tỉ số đường kính,  = d/D p chênh lệch áp suất  hệ số giãn nở (dành cho khí)  mật độ lưu chất Pa kg/m3 Trong thực tế khí cố định điều kiện thử: áp suất khơng khí bình thường nhiệt độ độ ẩm chuẩn thử nghiệm dệt 65%rh, 20 độ C lưu lượng khí thay đổi theo tỉ số đường kính  = d/D chênh lệch áp suất trước sau ngăn orifice Đo đại lượng chênh lệch ap suất p  = d/D từ tính lưu lượng II.2.3 Thiết kế phần khí ( Xem vẽ thiết kế - Phụ lục ) 40 Hình 23 : Bản vẽ thiết kế máy thử độ thống khí vải Trên bảng thiết kế khí máy xác định độ thống khí vải 1/Bộ kẹp mẫu: có chức giữ mẫu cố định thử, khoảng trống kẹp mẫu cho khơng khí qua có diện tích theo chuẩn (20cm2, 38 cm ) Khơng khí bị hut qua ́ Kep ̣ Không khí vao ̀ Mâu vai ̃ ̉ Nôi vơi bô ́ ́ ̣ đo ap suât ́ ́ Doăn cao su Kep dươi ̣ ́ Diên tí ch thư ̣ ̉ Nôi vơi quat hut ́ ́ ̣ ́ Hình 24 : Mơ tả kẹp mẫu 41 Bộ kẹp mẫu có hai phần: phần thơng với khí trời, phần nối với quạt hút, tạo áp lực âm hút không khí xuyên qua mẫu vải Khi thử mẫu kẹp có cấu ép xuống kẹp với lực định (50N, ASTM) Ngoài hai mặt kẹp phải có doăn cao su để làm kín khí kẹp mẫu lỗ để đo áp lực không sau xuyên qua mẫu, lỗ đo bố trí gần mặt vải 2/Bộ đo lưu lượng: đo lưu lượng khí qua mẫu thử đơn vị thời gian 3/Bộ đo chênh lệch áp suất : Bộ đo chênh lệch áp suất khơng khí mặt mặt mẫu thử 4/Quạt hút :có khả thay đổi tốc độ để tạo độ chênh áp suất hút theo yêu cầu đo mặt mẫu, đồng thời ổn định áp lực suốt q trình đo Hình 25 : Mơ tả quạt hút -Loại quạt chọn quạt ly tâm với động DC có tầm tốc độ rộng từ 6000 v/phút để dễ điều khiến đáp ứng lưu lượng khí thiết kế tư đến 5000 lít/phút II2.3 Thiết kế hệ thống điều khiển Sơ đồ khối 42 LCD 240 X 128 Bộ kẹp mẫu MONO Đo chênh áp qua mẫu vải Cảm biến đo chênh áp Key board - 20 mA ADC 12 BIT 500 Pa - 20 mA control button Cảm biến đo chênh áp 10 kPa VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC30F6014 RS232 Đo lưu lượng PWM Motor driver Tạo áp suất hút và ởn định áp śt Quạt hút Hình 26 : Sơ đồ khối điều khiển Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển Mạch điều khiển chính: 43 Mạch điều khiển dùng vi điều khiển DSPIC30F6014 làm trung tâm, vi điều khiển mạnh Microchip với giá hợp lý CPU 16 bit -Tập lệnh tối ưu cho trình biên dịch C -144K nhớ chương trình -8K RAM Hình 27 : IC -4K EEPROM DSPIC30F6014 -Clock đến 40MHz -41 nguồn ngắt -5 timer 16/32 bit Giao tiếp -2 UART, SPI, I2C, CAN Analog -16 ADC 12 bit 200 kps PWM -8 kênh pwm (simple) -Và nhiều chức khác: WDT, PLVD tạo thuận lợi cho hoạt động vi điều khiển môi trường công nghiệp Đây vi điều khiển có nhiều chân I/O tạo thuận lợi cho thiết kế kiểm soát nhiều ngoại vi việc giao tiếp trực tiếp với hình graphic LCD240x128 pixel, bàn phím cơng tắc hành trình nút điều khiển máy DSPIC30F6014 có biến đổi tương tự sang số 12 bít 16 kênh phù hợp để chuyển số liệu đo dạng tương tự nhiều cảm biến áp suất tín hiệu số để dùng tính tốn kết độ thống khí Mặt khác DSPIC30F6014 cịn có kênh phát độ rộng xung giúp điều khiển động bên ngoài, việc điều khiển động quạt dùng thuật toán điều khiển PID nhằm ổn định áp 44 suất chênh lệch qua mẫu vải suốt q trình đo DSPIC30F6014 cịn có sẳn bus giao tiếp phổ biến RS232, SPI, I2C, CAN sẵn sàng giao tiếp với nhớ mở rộng, thẻ nhớ SD, cảm biến đo máy vi tính DSPIC30F6014 có nhớ lập trình lớn 144k flash đủ dùng cho chương trình phức tạp Sơ đồ bo mạch chính: Hình 28 : Sơ đồ mạch điều khiển động 45 Hình 29 : Board mạch thực tế Mạch in phần điều khiển Hình 30 : Mạch in phần điều khiển động II.3 Lắp ráp hiệu chỉnh 46 Man hì nh ̀ Công tăc nguôn ́ ̀ Nut chon thang ́ ̣ đo Kep mâu ̣ ̃ Cân khơi đông ̀ ̉ ̣ Mâu va i ̃ ̉ Quat lam ma t ̣ ̀ ́ Ông xa ́ ̉ May thư đô thoang khí va i kêt qua cua đê tai ́ ̉ ̣ ́ ̉ ́ ̉ ̉ ̀ ̀ Hình 31 : Máy thử độ thống khí vải đề tài nghiên cứu chế tạo Sau lắp ráp máy hiệu chỉnh chạy thử mẫu với tính sau Các tính máy thí nghiệm thử độ thóang đề tài nghiên thiết kế chế tạo: 47 Bảng : Tính máy thử độ thống khí vải đề tài nghiên cứu chế tạo STT Tính Lọai vải đo Đáp ứng Vải dệt kim, vải dệt thoi Có khả vải khơng dệt vải kỹ thuật, giấy Số thang đo cấp, theo nguyên lý đo lưu lượng thể tích gián tiếp qua việc đo chênh áp dòng qua ngăn orifice Thang đo 0,5 - 500 cfm (ft3/min/ft2) Diện tích thử (với 38 cm3 20 cm2 cm2 giữ mẫu) Chênh lệch áp suất Chọn từ 0.5- 500 Pa bề mặt vải Hiển thị kết qủa trực tiếp có III Chạy thử đánh giá III.1 Chạy mẫu thử nghiệm Thao tác sử dụng máy sau: + Điều hoà mẫu thử nghiệm Theo tiêu chuẩn ASTM D 1776, nhiệt độ 22 ± 20C độ ẩm 65 ± 2% + Kích thước mẫu :phụ thuộc tiêu chuẩn thử, Tiêu chuẩn ASTM : (25 x 25) cm (hoặc để nguyên không cần cắt ra) + Chọn lựa diện tích thử theo tiêu chuẩn (Bảng 1) + Chọn lựa áp lực thử theo tiêu chuẩn (Bảng 1) 48 + Chọn lựa đơn vị đo theo tiêu chuẩn (Bảng 1) + Mở máy Sau 10 s, thiết bị sẳn sàng thử nghiệm + Gắn mẫu vào thiết bị -Mẫu thử gắn vào đầu thử trạng thái không bị căng kéo -Mẫu cắt theo hướng chéo không trùng lắp hệ sợi, tránh nơi bị nhăn gấp nếp -Số lượng mẫu -Trường hợp mẫu tráng phủ : Mặt tráng phủ đặt xuống + Bắt đầu thử : + Chọn lựa thang đo : để có kết thử xác thang đo phải chọn để kết đo tầm kiểm sóat hệ thống đo lưu lượng áp suất Có cấp đo: số nhỏ cho vải thóang khí, số lớn cho vải có độ thóang khí lớn + Đọc kết thử nghiệm : Kết thử hiển thị số hình III.2 So sánh với kết thử với máy chức Tiêu chuẩn thử nghiệm ASTM D 737 - 2004 Diện tích thử 38 cm2 Chênh lệch áp suất 125 Pa Bảng : Bảng so sánh thiết bị 49 Mẫu Kết qủa trung máy bình lần thử Bureau máy đề veritas Mẫu có độ Kết qủa thử tài cfm thống khí cfm Thang đo Sai lệch cfm 0.2 cfm 1.1 cfm SD = 0.7 thấp Mẫu có độ 16.3 cfm thống khí 16.5 cfm SD = 0.4 trung bình Mẫu có độ 397.6 cfm thống khí 398.5 cfm SD = 1.2 cao Nhận xét kết so sánh: Theo tiêu chuẩn ASTM D 737 - 04 mẫu có giá trị trung bình 8.3 cfm có độ lệch chuẩn không 1.0 giá trị trung bình 220 có độ lệch chuẩn khơng q 9.9 đạt III.3 Nhận xét đánh giá kết Ưu điểm: + Kết cấu nhỏ gọn chắn + Thao tác sử dụng thuận tiện + Diện tích thử thay đổi thuận tiện 50 + Giá thành thấp so với thiết bị ngoại nhập + Phù hợp với tiêu chuẩn thử nghiệm : ASTM D 737, ASTM D 3574, EN ISO 7231, EN ISO 9237, AFNOR G07-111, JISL 1096A IV Ý nghĩa khoa học : Đã nghiên cứu thiết kế chế tạo thành cơng máy thí nghiệm thử độ thống khí vải nước phục vụ cơng tác thử nghiệm nghiên cứu khoa học, với tính đo độ thóang khí vải dệt thoi, vải dệt kim, vải không dệt vải kỹ thuật (phạm vi đo từ 0.5 đến 100 CFM) V Ý nghĩa kinh tế xã hội : -Máy thích hợp cho phịng thử nghiệm vật liệu Dệt May nhà máy Dệt Nhuộm -Có khả thay hàng nhập VI Kết luận Đề tài nghiên cứu chế tạo thành cơng máy thí nghiệm thử độ thống khí vài theo tiêu chuẩn ASTM D 737 mục tiêu đặt TP.HCM ngày tháng năm 2009 Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài 51 Phụ lục 1.Các vẽ thiết kế Kết chạy mẫu so sánh Tiêu chuẩn ASTM D 737-04 Tài liệu tham khảo Vật liệu dệt, PGS TS Ngyễn Văn Lân, NXB Đại học quốc gia TP HCM, 2004 Cảm biến ứng dụng, Dương Minh Trí, NXB KHKT -2000 Tiêu chuẩn thử TCVN 5092 -94 Phương pháp xác định độ thống khí vải Tiêu chuẩn thử ASTM D 737-04 Air permeability of textile fabric Tiêu chuẩn thử ISO 9237-95 Determination of the air permeability of fabrics to air Tiêu chuẩn thử JIS L 1096-99 Air permeability Testing guide Korea yarn and fabric inspection testing institute Textest AG, CH 8603 Schwerzenbach, Switzeland manual ISO 5167 part 1, Orifice plates: Measurement of fluit flow by means of pressure differential devices inserted in circular - cross section conduits running full 10 Measurements, Instrumentation and Sensors Handbook, 1999 CRC press LLC, CD-ROM 52 ... : Máy thử độ thống khí vải đề tài nghiên cứu chế tạo Sau lắp ráp máy hiệu chỉnh chạy thử mẫu với tính sau Các tính máy thí nghiệm thử độ thóang đề tài nghiên thiết kế chế tạo: 47 Bảng : Tính máy. .. ĐẦU Độ thống khí yếu tố quan trọng thông số kỹ thuật vật liệu dệt vải lọc khí, vải lọc dầu, vải may lều, vải may dù, vải mùng, vải làm cánh buồm, vải may mặc ……… Trong lĩnh vực lọc, độ thoáng khí. .. thiết kế chế tạo: 47 Bảng : Tính máy thử độ thống khí vải đề tài nghiên cứu chế tạo STT Tính Lọai vải đo Đáp ứng Vải dệt kim, vải dệt thoi Có khả vải khơng dệt vải kỹ thuật, giấy Số thang đo cấp,