ĐỒ án Thủy Lực Khí NÉn..thiết bị kiểm tra sản phẩm

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

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Lời nói đầu

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

Ngành Cơ Điện Tử là ngành đem lại nhiều lợi ích cho con người, với khả năng 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 động đưa vào sản xuất trong các nhà máy xí nghiệp thì yêu cầu phải nắm bắt được nhiều công nghệ như: Cơ khí, Tin học, Điện Tử… Nhưng bộ môn Công nghệ thủy 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 việc nhanh và hiệu quả Quy trình công nghệ Thiết bị phân loại sản phẩm mà em thực hiện là một phần rất nhỏ trong thời đại công nghiệp hóa ngày nay Có nhiều phương pháp để thiết kế một hệ thống điều khiển Thiết bị phân loại sản phẩm khác, nhưng ở đây em xin trình bày hệ thống Thiết bị phân loại sản phẩm bằng khí nén kết hợp với điện

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Hoàng Hữu Tân đã tận tình chỉ bảo cho 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,

em rất 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!

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 pháttriển và ứng dụng của khí nén lúc đó còn rất hạn chế do chưa có sự phối hợpgiữa các ngành 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 Trongthế 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 trở nên 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, …do những 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 gian chật hẹp so với các thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện

III ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA THỦY LỰC

1 Ưu điểm

- Truyền được công suất cao nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt độngvới độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc bảo dưỡng.

- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và không cấp,dễ thực hiện tự độnghóa tạo điều kiện làm việc theo chương trình cho sẵn

- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc với nhau, các bộ phận nối thường là những đường ống dễ đổi chỗ

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không bị va đập mạnh như trong trường hợp cơ khí hay điện

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch

- Tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa

3 Yêu cầu giới hạn đề tài

Thiết kế mô hình hệ thống thiết bị kiểm tra sản phẩm dùng năng lượng thủy lực(xilanh nén) kết hợp điều khiển bằng điện (điện-thủy lực nén)

thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng bằng cách thay đổi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm rút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén Tùy thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc,

ta có thể phân ra hai loại bơm thể tích:

+ Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định

+ Bơm có lưu lượng có thể điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh

- Động cơ dầu là thiết bị dùng để biến năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục của động cơ Quá trình biến đổi năng lượng là dầu có áp suất được đưa vào buồng công tác của động cơ Dưới tác dụng của áp suất, các phần tử của động cơ quay

a) Bơm thể tích

Hình 1.1: bơm thể tích

b) Bơm bánh răng

Hình 1.2: bơm bánh răng

a Bơm bánh răng khớp ngoài

b Bơm bánh răng khớp trong

c Ký hiệu bơm

- Kết cấu bơm bánh răng

Hình 1.3: kết cấu bơm bánh răng

1 Cặp bánh răng 2 Vành chắn 3 Thân bơm

4.1 ; 4.2 Mặt bích 5 Vòng chắn dầu ở trục quay

6 Ổ đỡ 7 Vòng chắn để điều chỉnh độ hở mặt hông của

cặp bánh răng và vành chắnc) Bơm trục vít

Hình 1.4: bơm trục vítd) Bơm cánh gạt

- Bơm cánh gạt là loại bơm được dùng rộng rãi sau bơm bánh răng và cũng chủ yếu dùng ở hệ thống có áp suất trung bình So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt đảm bảo một lưu lượng đều hơn hiệu suất thể tích cao hơn Kết cấu bơm bánh răng có nhiều loại khác nhau, nhưng có thể chia làm 2 loại chính:

- Bơm pittông là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấupittông-xilanh Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này là mặt trụ, do đó dễ dàng đạt được độ chính xác gia công cao, bảo đảm hiệu suất tốt, có khả năng thực hiện được với áp suất làm việc lớn.

- Bơm pittông thường dùng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và lưu lượng lớn đó là máy tuốt, may xúc, máy nén…

- Phân loại:

+ Bơm pit tông hướng tâm

Hình 1.5: Bơm pit tông hướng tâm

Hình 1.6: Một số kết cấu của bơm hướng tâm

a Bơm pit tông hướng tâm đơn

b Bơm pit tông hướng tâm kép

c Bơm pit tông hướng tâm 3 pit tông

d Bơm pit tông hướng tâm 5 pit tông

+ Bơm pit tông hướng trục

thống làm việc theo chu trình kín

-Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm làm việc

- Lắng đọng các chất cặn bã trong quá trình làm việc

- Tách nước

b) Kết cấu của bể dầu

Hình 1.7: Kết cấu bể dầu

1: Động cơ điện 2: Ống nén 3: Bộ lọc4: Phía hút 5: Vách ngăn 6: Phía xả7: Mắt dầu 8: Đổ dầu 9: Ống xả

Bể dầu được ngăn làm hai ngăn bởi một màng lọc (5) Khi động cơ (1), bơm dầu làm việc, dầu được hút lên qua bộ lọc (3) cấp cho hệ thống điều khiển, dầu

xả về được cho và ngăn khác Dầu thường đổ vào bể qua một cửa (8) bố trí nắp

bể lọc và ống xả (9) được đặt gần sát đáy bể dầu Có kiểm tra mức dầu đạt yêu cầu nhờ mắt dầu (7)

3 Bộ lọc dầu

a) Nhiệm vụ: Ngăn ngừa chất bẩn xâm nhập vào bên trong cơ cấu

Hình 1.8: Bộ lọc dầub) Phân loại

- Phân loại theo kích thước chọn lọc:

+ Bộ lọc thô: có thể lọc chất bẩn đến 0,1mm

+ Bộ lọc trung bình : có thể lọc chất bẩn đến 0,01 mm

+ Bộ lọc tinh: có thể lọc chất bẩn đến 0,005 mm

+ Bộ lọc đặc biệt tinh: có thể lọc chất bẩn đến 0,001 mm

- Phân loại theo kết cấu

+ Bộ lọc ướt: là bộ lọc dầu đơn giản nhất, nó gồm có khung cứng và lướiđồng bao quanh

+ Bộ lọc lá, sợi thủy tinh: là bộ lọc dùng những lá thép mỏng để lọc dầu

4 Bình trích chứa

a) Nhiệm vụ

- Bình trích chứa là cơ cấu dùng trong các hệ truyền thủy lực để điều hòa năng lượng thông qua áp suất và lưu lượng của chất lỏng làm việc Bình trích chứa làm việc theo hai quá trình: tích năng lượng vào và cấp năng lượng ra

- Bình trích chưa được sử dụng rộng rãi trong các loại máy rèn, máy ép, trong các cơ cấu tay máy và đường dây tự động… Nhằm làm giảm công suất của bơm, tăng độ tin cậy và hiệu suất sử dụng của toàn hệ thủy lực.b) Phân loại

- Bình trích chứa trọng vật

Bình trích chứa trọng vật tạo ra một áp suất lý thuyết hoàn toàn cố định, nếu bỏ qua ma sát phát sinh ở chỗ tiếp xúc giữa cơ cấu làm kín và pit tông và không tính đến lực quán tính của pit tông chuyển dịch khi thểtích bình chứa thay đổi trong quá trình làm việc Bình trích chứa loại nàyyêu cầu phải bố trí trọng vật thật đối xứng với pit tông, nếu không sẽ gây

ra lực thành phần ngang ở cơ cấu làm kín Lực tác dụng ngang này sẽ làm hỏng cơ cấu làm kín và ảnh hưởng xấu đến sự làm việc ổn định của bình chứa Bình chứa trọng vật là một cơ cấu đơn giản, nhưng cồng kềnh,vì vậy trong thực tế thường được bố trí ở ngoài xưởng Những lý dotrên đã hạn chế sử dụng loại bình này

Hình 1.9: Các loại bình chứa thủy lựca: bình trích chứa trọng vật

b: bình trích chứa lò xoc: bình trích chứa thủy khí

- Bình trích chứa lò xo

Quá trình tích năng lượng ở bình chứa lò xo là quá trình biến dạng của lò

xo Bình trích chứa lò co có quán tính nhỏ hơn so với bình trích chứa trọng vật, vì vậy nó được sử dụng để làm tắt những va đập thủy lực trongcác hệ thủy lực và giữ áp suất cố định trong các cơ cấu kẹp

- Bình trích chứa thủy khí

Bình trích chứa thủy khí lợi dụng tính chất nén được của khí, để tạo ra ápsuất chất lỏng Tính chất này làm cho bình trích chứa có khả năng giảm chấn Trong bình trích chứa trọng vật áp suất hầu như cố định không phụthuộc vào vị trí của pit tông Trong bình trích chứa lò xo, áp suất thay đổi

tỉ lệ tuyến tính, còn trong bình trích chứa thủy khí, áp suất chất lỏng thay đổi theo những định luật thay đổi áp suất của khí

Theo kết cấu bình chứa được chia làm hai loại chính:

+ Bình trích chứa không có ngăn

+ Bình trích chứa có ngăn

Hình 1.10: Bình trích chứa thủy khí có ngăn

a Ống cho khí vào

b Thân bình trích chứa

c Màng ngăn

d Đế van

e Ống cho dầu vào

II CÁC PHẦN TỬ ĐIỂU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC

1 Van đảo chiều

- nhiệm vụ: dùng đóng mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổinăng lượng, dùng để đảo chiều các chuyển động của cơ cấu chấp hành

- khái niệm:

+ Số vị trí:là số định vị con trượt của van Thông thường van đảo chiều

có 2 hoặc 3 vị trí Trong những trường hợp đặc biệt số vị trí có thể có nhiều

+ Số cửa: là số để dẫn dầu vào hay ra Số cửa của van đảo chiều thường

là 2; 3 và 4 trong những trường hợp đặc biệt số của có thể nhiều hơn

Hình 2.1: Van đảo chiều 3/2

c.Van đảo chiều 4/3

- Vị trí trung gian của P nối với T

Chất lỏng tự bơm cung cấp cho van đi qua của T về thùng chứa, loại van này được sử dụng khi cần điều khiển cơ cấu truyền lực cố định tại một vịtrí xác định lúc dừng lại

Hình 2.2: Van đảo chiều 4/3a) Cấu tạo

b) Kí hiệu

Hình 2.4: cấu tạo xilanh tác dụng kép có cần pit tông 1 phía

1: Thân 7: Vòng chắn dầu 12: ống nối 17: Ống nối2;3: Mạch bích hông 8: Vòng đệm 13 : Tấm dẫn hướng

4: Cần pit tông 9: Tấm nối 14: Vòng chắn O

5: Pit tông 10: Vòng chắn hình O 15: Đai ốc

6: Ổ trượt 11: Vòng chắn pit tông 16: Vít vặn

1 Công tắc đóng chậm

Khi chưa tác động thì chưa có dòng điện chạy qua (mở), khi tác động (nhấn) thì có dòng điện đi qua

Hình 3.1: công tắc đóng chậm

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

Hình 3.2: Rơle điều khiển

4 Tiếp điểm thường đóng

Biểu đồ trạng thái

1.1.2 Quy trình làm việc:

Từ sơ đồ hành trình bước ta có thể nhận thấy hệ thống trạm kiểm tra sản phẩm có 4 xilanh

+ xilanh A : đưa sản phẩm vào

+ xilanh B : đẩy phân loại sản phẩm

+xilanh C và xilanh D : đưa sản phẩm đi

-với thiết bị của trạm phân loại sản phẩm ta có thể điều khiển bằng thủy lực hoặc khí nén

+ Đối với thủy lực: tổn thất năng lượng do mất mát đường ống lớn, công suất cao, lực truyền tải lớn

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

Từ những phân tích trên ta chọn thiết bị phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển bằng thủy lực là phù hợp vì có công suất lớn

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

bị phân loại sản phẩm như sau:

Bắt đầu hoạt động xilanh A đưa sản phẩm ra, xilanh B đưa sản phẩm về trạm kiểm tra rồi sau đó đẩy trở ra Nếu đạt yêu cầu thì xilanh C đẩy sản phẩm tới trậm tiếp theo Nếu sản phẩm không đạt thì xilanh D đi ra đẩy sản phẩm qua máng thải loại sản phẩm

B-=s2^s4^s5^s7+ Bước thực hiện thứ ba: xilanh B đi ra với tín hiệu B+

B+=s2^s3^s5^s7+ Bước thực hiện thứ tư: xilanh C và xilanh D đi ra với tín hiệu C+ ;D+

C+ = D+ =s2^s4^s5^s7+ Bước thứ năm thực hiện: xilanh C, xilanh D và xilanh A cùng lùi về vớitín hiệu C-;D-;A-

+Tầng 3: từ bước 5 tới bước 6

S2

S1 S4

S3 S6

S5 S8 S7

START

TANG III TANG II

TANG I

Nhìn vào biểu đồ trạng thái ta thấy:

Khi nhấn nút Start thì xilanh A đi ra chạm phải công tắc hành trình s2 tác động làm cho xilanh B đi về Khi xilanh B đi về chạm công tắc hành trình s3, công tắc hành trình s3 tác động trở lại làm xilanh B tiếp tục đi ra.Khi xilanh B đi ra chạm s4 làm cho xilanh C và xilanh D đồng thời cùng

đi ra Khi xilanh C đi ra chạm công tắc hành trình s6, công tắc hành trình s6 tác động đồng thời làm cho xilanh A, xilanh C và cả xilanh D cùng đi

về Kết thúc một chu kì vận hành

Mạch điều khiển thủy lực được chia làm 3 tầng Để có 3 tầng điều khiển

ta phải dùng hai van đảo chiều xung 5/2 hoặc 4/2 Ở phần này vì là mạch điều khiển thuần thủy lực nên ta dùng phần tử van 5/2

Mạch điều khiển ba tầng với hai van đảo chiều xung như sau:

Nguyên tắc hoạt động của mạch tầng như sau: khi tâng I có dầu thì tầng

II và tầng III không có dầu Khi tầng II có khí thì tầng I và tầng III mất dầu Nghĩa là khi một tầng có dầu thì hai tầng còn lại không có dầu

Từ sơ đồ trạng thái ta thấy khi s3 bị tác động thì chuyển tầng từ tầng I sang tầng II Khi đó tầng I và tầng II không có dầu Tương tự ta thấy: khi s6 tác động thì khí sẽ được đảo tầng lần nữa từ tầng II sang tầng III và khi

đó ngừng cấp dầu ở tầng I và tầng II Để chuyển lại dầu lên tầng I thì lúc

đó s1 sẽ bị tác động làm cho dầu được đảo tầng để tầng I có dầu

Xác định các phần tử của mạch

Để xác định được các phần tử của mạch ta phân tích sơ đồ hành trình bước và sơ đồ mạch tầng Theo sơ đồ hành trình bước thì chúng ta cần

4 xilanh tác động kép lần lượt là xilanh A, xilanh B, xilanh C và

xilanh D Theo sơ dồ mạch tầng chúng ta cần có 6 công tắc hành trình trong số đó có một công tắc tác động chiều về Một nút ấn 3/2 tác động đóng ngắt mạch điều khiển Theo mạch tầng thì chúng ta cần thêm hai van đảo chiều xung 5/2 Để diều khiển 4 xilanh ta cần 4 van đảo chiều xung 5/2 và 4 van tiết lưu một chiều Và cuối cùng là một sốthiết bị cần thiết như trạm cấp dầu và các ống dẫn dầu

1.3 Thiết kế sơ đồ chức năng

Sơ đồ chức năng gồm các bước thực hiện và các lệnh Sơ đồ chức năng gồm 5 bước thực hiện

Sơ đồ chức năng của hệ thống như sau: