ĐỒ án CÔNG NGHỆ THỦY lực

Ngành Cơ Điện Tử là ngành đem lại nhiều lợi ích cho con người, với khảnăng tự động hóa cao giúp con người một lúc có thể sản xuất nhiều sản phẩm,giảm lao động bằng chân tay của con người

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Lời nói đầu

Để theo kịp sự phát triển của thế giới về lĩnh vực khoa học, đáp ứng nhucầu về nhân lực của sự phát triển công nghiệp hóa hiên đại hóa đất nước vớinhiều ngành nghề Trong các ngành đang phát triển mạnh mẽ gần đâycó mộtngành mà thế giới đang đầu tư vào khai thác bởi lợi ích nó đem lại cho conngười là rất lớn đó là ngành Cơ Điện Tử Việt Nam là một nước đang phát triểnviệc đi tắt đón đầu các thành tựu công nghệ tiến bộ của thế giới là một bước đihoàn hảo đúng đắn của đảng và nhà nước ta do vậy việc đưa nganh Cơ Điện Tửvào giảng dạy là một điều tất yếu

Ngành Cơ Điện Tử là ngành đem lại nhiều lợi ích cho con người, với khảnăng tự động hóa cao giúp con người một lúc có thể sản xuất nhiều sản phẩm,giảm lao động bằng chân tay của con người… Để tạo ra một hệ thống tự độngđưa vào sản xuất trong các nhà máy xí nghiệp thì yêu cầu phải nắm bắt đượcnhiều công nghệ như: Cơ khí, Tin học, Điện Tử… Nhưng bộ môn Công nghệthủy lực khí nén là một trong những bộ môn quan trọng của ngành Cơ Điện Tử

Ngày nay , ngành công nghiệp phát triên mạnh đòi hỏi quy trình làm việcnhanh và hiệu quả Quy trình công nghệ Thiết bị phân loại sản phẩm mà em thựchiện là một phần rất nhỏ trong thời đại công nghiệp hóa ngày nay Có nhiềuphương pháp để thiết kế một hệ thống điều khiển Thiết bị phân loại sản phẩmkhác, nhưng ở đây em xin trình bày hệ thống Thiết bị phân loại sản phẩm bằngkhí nén kết hợp với điện

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Văn Cách đã tận tình chỉ bảocho em để em có thể hoàn thành xong đồ án này Trong quá trình thực hiện đồ

án mặc dù em đã rất cố gắng nhưng chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót Vì vậy, emrất mong có những ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để bản đồ án của em

có thể hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hiện nay để sử dụng thiết bị phân loại sản phẩm trong các phân xưởng cơkhí người ta cần ít nhất 2 công nhân Vì vậy yêu cầu tự động hóa hệ thống này làcân thiết để tiết kiệm nhân công và nâng cao năng suất hệ thống.

II. VÀI NÉT VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THỦY LỰC KHÍ NÉN

Không khí xung quanh ta nhiều và đó là một nguồn năng lượng rất lớn màcon người đã biết sử dụng chúng từ trước Công Nguyên Tuy nhiên dự phát triển

và ứng dụng của khí nén lúc đó còn rất hạn chế do chưa có sự phối hợp giữa cácngành vật lí, cơ học v.v

Mãi cho đến thế kỉ XVII, nhà kĩ sư chế tạo người Đức Otto von Guerike, nhàtoán học và nhà triết học người Pháp Blaise Pascal, cũng như nhà vật lí ngườiPháp Denis Papin đã xây dựng nên nền tảng cơ bản ứng dụng khí nén Trong thế

kỉ XIX, các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén lần lượt được phátminh như: thư vận chuyển trong ống bằng khí nén (1835) của Joef Ritter, phanhbằng khí nén (1880), búa tán đinh bằng khí nén (1861) … Với sự phát triểnmạnh mẽ của năng lượng điện, vai trò sử dụng bằng khí nén giảm dần

Tuy nhiên việc sử dụng năng lượng bằng khí nén vẫn đóng một vai trò cốtyếu trong nhiều lĩnh vực, mà khi sử dụng năng lượng điện sẽ nguy hiểm; sửdụng năng lượng khí nén ở những dụng cụ nhỏ, nhưng truyền động với vận tốclớn; sử dụng năng lượng khí nén ở những thiết bị như búa hơi, dụng cụ dập,phun sơn, giá kẹp chi tiết …, và nhất là các dụng cụ, đò giá kẹp trong các máy.Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, này nay các thiết

bị truyền dẫn, điều khiển bằng thủy lực khí nén sử dụng trong các máy móc trởnên rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phươngtiện vận chuyển , máy cắt, máy ép phun, dây chuyền chế biến thực phẩm, …donhững thiết bị này làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác cao,công suất lớn với kích thước nhỏ gọn và lắp đặt dễ dàng ở những không gianchật hẹp so với các thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện

III. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA THỦY LỰC-KHÍ NÉN

1. Ưu điểm

+ Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có thể tríchchứa khí nén một cách rất thuận lợi Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lậpcác trạm trích chứa khí nén

+ Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khínén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít

+ Không gây ô nhiễm môi trường.

+ Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vìphần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén có sẵn

+ Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo

2. Nhược điểm

+Lựctruyền tải trọng thấp

+ Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi

vì khả năng đàn hồi của khí nén là rất lớn, cho nên không thực hiện được nhữngchuyển động thẳng hoặc quay đều

+ Dòng khí thoát ở đường dẫn gây nên tiếng ồn

+ Hiện nay trong lĩnh vực điều khiển người ta thường kết hợp hệ thống điềukhiển bằng khí nén với cơ, hoặc với điện tử, PLC Cho nên rất khó xác định mộtcách chính xác, rõ rang ưu nhược điểm của từng hệ thống điều khiển

3. Yêu cầu và giới hạn về đề tài:

Thiết kế mô hình hệ thống thiết bị phân loại sản phẩm dùng năng lượng khí nén(xylanh nén) kết hợp điều khiển bằng điện (điện-khí nén)

+ Máy nén khí áp suất thấp: p≤ 15 bar

+Máy nén khí áp suất cao: p≥ 15 bar

+ Máy nén khí áp suất rất cao: p ≥ 30 bar

- Theo nguyên lý hoạt động:

+ Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểupittong, máy nén khí kểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trụcvít

+ Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy nén khí theo chiềutrục

Hình 1.1: Máy nén khí

2. Bình chứa khí nén

Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộphận lưu trữ để sử dụng Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suấtkhí nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước

gián đoạn

+Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạn thái của đối tượng điều khiển, là đạilượng ra của mạch điều khiển Ví dụ: xylanh, động cơ nén.

1 Van đảo chiều

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cáchđóng mở hay chuyển đổi vị trí, dể thay đổi hướng của dòng năng lượng

a. Van đảo chiều 3/2

Nguyên lý hoạt động :khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12), thìcửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3) Khi có tín hiệu tác động vàocửa (12), nòng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa(2) và cửa (3) bị chặn, Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi,dưới tác động của lò xo, nòng van trở về vị trí ban đầu

Ký hiệu:

2

d. Van đảo chiều 4/2

Nguyên lý làm việc: khi có dòng khí nén điều khiển đi vào từ 2 phía nòngvan: khi có tác động tín hiệu xung X, nòng van dịch chuyển sang phải, kí hiệu vịtrí b, cửa 1 nối với 4 và cửa 3 nối với 2 Khi tín hiệu xung X mất đi, vị trí củavan vẫn ở b, cho đến chừng nào chưa có tác động tín hiệu xung Y

Hình 2.2: van đảo chiều 4/2

2. Van tiết lưu

Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnhvận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành Ngày ra van tiết lưu cũng cónhiệm vụ điều chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí của van đảo chiều Nguyên lýlàm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thayđổi tiết diện

Nguyên lý hoạt động:tiết diện thay đổi bằng điều chỉnh vít điều chỉnh bằngtay Khi dòng khí nén từ A sang B, lò xo đẩy màng chắn xuống và dòng chảykhí nén chỉ đi qua tiết diện Khi dòng khí nén từ B sang A, áp suất khí nén thắnglực lò xo đẩy màng chắn lên và như vậy dòng khí nén đi qua khoảng hở giữamàng chắn và mặt tựa màng chắn,lưu lượng không được điều chỉnh

Nguyên lý làm việc của xylanh tác dụng 2 chiều áp suất khí nén dẫn được

cả 2 phía của xylanh

Hình 2.4: xylanh tác dụng 2 chiều

Hình 2.5: cấu tạo của xylanh khí nén

1 Miếng đệm đầu trục 5 Ống dẫn thanh 9 Công tắc từ

2 Nam châm 6 Miếng đệm 10 Cần pittong

Detent switch (make)

2. Rơle điều khiển

Nguyên lý hoạt động: khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiệnlực từ trường sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm Các tiếp điểm

có thể là các tiếp điểm chính để đóng mở mạch chính và các tiếp điểmphụ để đóng mở mạch điều khiển

Hình 3.2: Rơle điều khiển

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH THUẦN KHÍ

I. SƠ ĐỒ HÀNH TRÌNH BƯỚC

S2

S1 S4

S3 S6

S5

7 6

5 4

3

+

-+

+ -

-C B

A

7 Trùng 1

Hình 1.1: sơ đồ hành trình bước

- Nhìn vào sơ đồ hành trình bước ta thấy

+ xilanh A: đưa sản phẩm vào

+ xilanh B: phân loại sản phẩm

+ xilanh C: đưa sản phẩm đi

- Với thiết bị phân loại sản phẩm ta có thể điều khiển bằng thủy lực hoặckhí nén:

+ Với mạch thủy lực: tổn thất năng lượng lớn do ma sát với đường ống,công suất cao, lực truyền tải lớn

+ Với mạch khí nén: tổn thất năng lượng ít do ma sát với đường ống ít,tác động nhanh, lực truyền tải nhỏ, sạch hơn so với thủy lực

Từ những phân tích trên ta chọn thiết bị phân loại sản phẩm dùng hệthống điều khiển bằng khí nén là hợp lý do có lực truyền tải phù hợp,tiết kiệm năng lượng an toàn với môi trường

- Từ sơ đồ hành trình bước ta có thể miêu tả hành trình làm việc của thiết

bị phân loại sản phẩm như sau:

Đầu tiên xilanh A đưa sản phẩm đi ra và xilanh A đi về, tiếp theoxilanh B phân loại sản phẩm và xilanh B đi về, tiếp theo xilanh C đi rađưa sản phẩm đi và xilanh C đi về Kết thúc một chu kỳ làm việc vàđược lặp lại như ban đầu

II. XÁC ĐỊNH HỆ ĐIỀU KIỆN

- Từ biểu đồ trạng thái ta xác định điều kiện các xilanh thực hiên như sau:+ Bước thứ nhất thực hiện: xilanh A với tín hiệu +A

Bước 7 trùng với bước 1

- Sau khi xác định được hệ điều kiện ta tóm tắt bảng như sau

số tầng xác định

- Theo hệ điều kiện chúng ta sẽ có một nhóm bước có hệ điều kiên giốngnhau: 1;3;5 Như vậy ta có thể chia mạch thành các tầng sau:

+ Tầng I: ta bắt đầu xét từ đầu chu kì đến bước thứ 3, ta thấy bước thứ 3

có cùng điều kiện với bước thứ nhất nên ta lùi lại một bước để chia tầng

và đó là bước thứ 2

+ Tầng II: ta tiếp tục xét từ bước thứ 2 cho đến bước thứ 5, ta thấy bướcthứ 5 có cùng điều kiện vói bước thứ 3 nên ta lùi lại 1 bước để chia tầng

và đó là bước thứ 4 Vậy tầng thứ II sẽ bắt đầu từ bước thứ 2 và kết thúc

S3 S6

S5

7 6

5 4

Hình 3.1: sơ đồ chia tầng của mạch

- Mũi tên nét đứt chỉ quá trình thực hiện, mũi tên nét liền chỉ các tầngnhận được

- Các tầng nhận được:

+ Tầng I: A+, C

-+ Tầng II: A-, B+

+ Tầng III: B-, C+

Hình 3.2: cách chia tầng

- Công tắc hành trình S2, S4, S6 sẽ nằm phía trên của đường biểu diễn củatầng, bởi vì có sự thay đổi của tầng Công tắc hành trình S2, S4, S6 sẽđiều khiển trực tiếp vị trí thay đổi của tầng

- Công tắc hành trình S1, S3, S5 sẽ nằm phía dưới của đường biểu diễn củatầng, bởi vì không có sự thay đổi của tầng Công tắc hành trình S1, S3, S5

sẽ điều khiển trực tiếp vị trí của van đảo chiều trong bước thực hiện

IV. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THUẦN KHÍ NÉN

1. Thiết kế biểu đồ trạng thái

S2

S1 S4

S3 S6

S5

7 6

5 4

3

+

-+

+ -

C B

Khi ấn nút START chạm vào công tắc hành trình S5 làm xilanh A đi rachạm vào công tắc hành trình S2và đổi tầng, công tắc hành trình S2 tácđộng làm xilanh A đi về, xilanh A đi về chạm vào công tắc hành trình

S1 Công tắc hành trình S1 tác động làm xilanh B đi ra chạm vào côngtắc hành trình S4 và đổi tầng, công tắc hành trình S4 tác động làm xilanh

B đi về chạm vào công tắc hành trình S3 Công tắc hành trình S3 tácđộng làm xilanh C đi ra chạm vào công tắc hành trình S6 và đổi tầng,công tắc hành trình S6 tắc động làm xilanh C đi về và kết thúc 1 chu kìlàm việc

2. Thiết lập lưu đồ tiến trình

- Quá trình thực hiện điều khiển được thực hiện như sau:

+ Bước thực hiện 1: Nút ấn ^S1^S2^S3^S4^S5^S6=A+ => S2

Hình 4.2: lưu đồ tiến trình

3. Thiết kế lưu đồ chức năng

- Sơ đồ chức năng với tín hiệu ra của lệnh trực tiếp lên cơ cấu chấp hành

Hình 4.3: Sơ đồ chức năng với tín hiệu ra của lệnh trực tiếp lên cơ cấuchấp hành

- Sơ đồ chức năng với tín hiệu ra của kí hiệu lệnh trực tiếp tác động lênvan đảo chiều

Hì

nh 4.4: Sơ đồ chức năng với tín hiệu ra của kí hiệu lệnh trực tiếp tác động lênvan đảo chiều

4. Vẽ mạch điều khiển

Hình 4.5: sơ đồ mạch điện khí nén

V. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MẠCH

Ban đầu khí từ nguồn khí nén qua van đảo chiều 4/2 (1.5) rồi đi lên van 4/2(1.4), tầng I có khí Khi ấn nút START khí đi qua van 3.2 (S5) tác động vào van4/2 (1.1) làm xilanh A đi ra, đẩy sản phẩm đi ra, đến cuối hành trình chạm vàocông tắc hành trình S2 Khi van 3/2 (S2) bị chặn, khí từ S2 tác động vào van đảochiều 4/2 (1.4) điều khiển khí chuyển tầng Tầng II có khí tác động vào van đảochiều 4/2 (1.1) làm xilanh A đi về Đến cuối hành trình chạm vào công tắc hànhtrình S1, van 3/2 (S1) tác động vào van đảo chiều 4/2 (1.2) làm xilanh B đi raphân loại sản phẩm Đến cuối hành trình chạm vào công tắc hành trình S4 Khivan 3/2 (S4) bị chặn khí từ S4 tác đông vào van đảo chiều 4/2 (1.5) điều khiển khíchuyển tầng Tầng III có khí và tác động vào van đảo chiều 4/2 (1.2) làm xilanh

B đi về, đến cuối hành trình chạm vào công tắc hành trình S3 , van 3/2 (S3) tác

động vào van đảo chiều 4/2(1.3) làm xilanh C đi ra đưa sản phẩm đi Đến cuốihành trình chạm vào công tắc hành trình chạm vào công tắc hành trình S6 Khivan 3/2 (S6) bị chặn, khí từ S6 tác động vào van đảo chiều 4/2 (1.4; 1.5) điềukhiển khí chuyển tầng Tầng I có khí tác động vào van đảo chiều 4/2 (1.3) làmxilanh C đi về, kết thúc 1 quá trình làm việc Van 3/2 (S5) duy trì chu kì làmviệc tiếp theo.

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN-KHÍ NÉN

I. SƠ ĐỒ HÀNH TRÌNH BƯỚC

S2

S1 S4

S3 S6

S5

7 6

5 4

II. THIẾT KẾ TẦNG TRONG MẠCH ĐIỆN

- Nhìn vào sơ đồ hành trình bước ta thấy:

+ Bước 1;3;5;7 trùng nhau ta chia tầng I từ bước 6 và kết thúc ở bước 2.+ Tầng II bắt đầu từ bước 2 và kết thúc ở bước 4 vì bước 5 có cùng điềukiện với bước 3 ta lùi lại 1 bước để chia tầng đó là bước 4

+ Tầng III: bắt đầu từ bước 4 và kết thúc ở bước 6

S1 S4

S3 S6

S5

7 6

5 4

3 1

+

-+

+ -

-C B A

I

II

III

2

Hình 1.2: sơ đồ chia tầng mạch điện

- Sơ đồ tầng trong mạch điện

Hình 2.3: sơ đồ chia tầng trong mạch điện

III. MẠCH ĐIỆN KHÍ NÉN

- Mạch điện khí nén

Hình 3.1: sơ đồ mạch điện khí nén

- Mạch điện điều khiển

Hình 3.2: sơ đồ mạch điện điều khiển

IV. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Khi nút START: thì mạch điện được khởi động, do tiếp điểm K1

thường đóng cấp điện cho cuộn dây Y1 làm xilanh A đi ra Đến cuốihành trình chạm vào công tắc hành trình S2 đổi tầng, S2 đóng điện và

do S6 thường đóng cấp điện cho

rơleK1 làm tiếp điểm K1 đóng cung cấp điện cho cuộn dây Y2 vì tiếpđiểm K2 thường đóng làm S1 mở Y3 không có điện, tác động vào cuộn

dây Y2 làm xilanh A đi về Xilanh A đi về đến cuối hành trình chạmvào công tắc hành trình S1 , S1 đóng Y3 có điện Y3 làm xilanh B đi rađến cuối hành trình chạm vào công tắc hành trình S4 đổi tầng làm S4

đóng điện K2 có điện Do tiếp điểm K1 và K2 thường đóng ngắt điện ởcuộn dây Y1 và Y2 Rơ le K1 có điện tiếp điểm K1 thường mở đóng và

do rơ le K2 có điện tiếp điểm thường mở K2 đóng tác động vào cuộndây Y4 làm xilanh B đi về Xilanh B đi về đến cuối hành trình chạmvào công tắc hành trình S3 làm S3 đóng Y5 có điện làm S5mở do S5

thường đóng, cuộn dây Y5tác động làm xilanh C đi ra chạm vào côngtắc hành trình S6 đổi tầng, do S6 thường nên khi có điện S6 làm S6 mở

K1 mất điện K2 có điện Do tiếp điểm K1 thường đóng, S5 vẫn đang còn

mở Y1 không có điện, Y6 có điện tác động làm xilanh C đi về và kếtthúc một chu kì làm việc