Luận văn thạc sĩ Ứng dụng plc trong Điều khiển servo khí nén trên các thiết bị công nghiệp

Ludn văn thạo sỹ khoa học “Một số ứng dụng bệ thẳng servo khi nén trang céng nghiệp Sơ đã nguyên lý của van phân phổi điện từ 5/2 Mat edt cia van tiất lưu Van née hen chinh de Quan hệ lư

BO GIAO DUC VA BAO TAO

TRUONG DAL HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH CƠ KHÍ

UNG DUNG PLC TRONG DIEU KHIEN SERVO KHÍ

NÉN TRÊN CÁC THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP

NGUYEN TAUY DUONG Neu@i huéng dan Luan van: PHAM VAN HUNG

Hà Nội, 2010

Ludn văn thạo sỹ khoa học

TỎI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những nghiên cứu và kết quả đạt được trong luận văn là do bản

thân tôi thục hiện đưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn lchoa học vả các tài

Tiện tham khảo trích đẫn

Học viên

Nguyễn Thùy Dương,

Ludn văn thạo sỹ khoa học

TANH SÁCH HÌNH VỊ

ANH SÁCH BANG BIEU

TAA NOL DAL

CHIØNG I:TỎNG QUAN KHÍ NÉI

1.1 Sự phát triển của khi nén

1.2 Dặc trưng của khí nén

1.3.3 Động học và nhiệt động học các hệ truyền động khí nén I8

1.3.5 Ứng đụng của hệ truyền động khi nén

CHƯƠNG II: HE THONG SERVO KHi NEN

2.1 Giới thiệu hệ thống serVo ceeeseeeseestteneeaniternsenntetanneeeniean en SO 2.1.2 Hệ thông servo điện so neeieierrorreo38

3.2 Xây dựng mô hình hệ thống khoan servo khí nén ứng đựng trong khai thác

CHƯƠNG II: UNG DUNG PLC DIEU KHIỂN SERVO KIOAN KHÍ NÉN

Ludn văn thạo sỹ khoa học

3.3.2 Sơ đỗ thuật toán

3.3.3 Bảng tin hiệu LO

KET LUẬN

TẢI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Ludn văn thạo sỹ khoa học

LOICAM ON

Táo giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Phạm Văn Hùng đã tận tỉnh hướng, dẫn trong quả trình nghiên cứu và làm luận văn PGS đã đành nhiễu thời gian, công,

sức giúp đỡ và tao điều kiện thuận lợi để lác giả hoàn thành luận vẫn này

Tác giả xin chân [hành cảm ơn các Thay Có giáo trong Bộ môn Máy và Ma sát học, Viện Cơ khí, Trường ĐHBK — Hà nội cùng bạn bẻ và các đồng nghiệp đã

tạo điểu kiện thuận lại và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn cũng như toàn bộ khóa họo

Tiọc viên

Nguyễn Thủy Dương

Ludn văn thạo sỹ khoa học

Sư đã để tình lập phương trình vận tắc lan truyền sóng khí nén

Sơ đã lập phương trình chuyên động

Dé thi quan hé En Tiết diện thay đổi Tiết diện gẫy khúc Tiết điện ồn cong

“Một số ứng dụng khi nén trong công nghiệp

CHƯƠNG II

Hé théng servo don giản

Cơ chế bù sai sé vị trí của hệ thẳng serva Các hệ thông điều khiẩn vi wi

Xœ đồ khốt hệ thống serva Cầu tạa và nguyên lÿ bộ mã háa gác qua hệ thẳng servo điện

"Mạch diều khiển hệ thống servo

Sơ để khối hệ thông ervo thủy lực _Mặt cắt ngang van servo kiéu Nozsleflapper

Sơ để khối bạ điều khiển serve thủy le THệ thẳng serva khí nón

an tỷ lệ

3 vận bành của van tý lệ

Ludn văn thạo sỹ khoa học

“Một số ứng dụng bệ thẳng servo khi nén trang céng nghiệp

Sơ đã nguyên lý của van phân phổi điện từ 5/2 Mat edt cia van tiất lưu

Van née hen chinh de Quan hệ lưu lượng trung bình và góc quay của trục tidt hen

So dé trong đương của 2 loại van

Sơ đề nguyên lý của hệ thẳng Quan hà giữa năng lượng danh nghĩa trong đốt với gác quay của van tiết lịna

Quan hệ giữa lưu lượng danh nghĩa tương đối với điện áp Âẩu vào san tj lê

M6 hink hệ thẳng

^y lanh lác dụng don

Tuấc bún khí nên Van điện từ Š/3 dùng trong hệ thủng

an điện từ 3/2

Van tbs ben Thước kinh đo dịch chuyên đài và bộ mã hóa

Mach điên mã hóa

Ludn văn thạo sỹ khoa học

Bộ nhớ trong và ngoài của §7-200

Sơ đã nguyên tù điều khiển hệ thông servo khí nón 3œ đồ thuật taán

"Biểu đồ quan hệ vận tốc theo thời gian

Sơ đã mạch điều khiên T'1.C của hệ thông

DANH SÁCH BẢNG BIẾU

Giới thiệu một số loại van

Tra hé sa &

So sánh mệt số loại động cơ Thuộc tính động cơ

Tin hiệu điều khiển dau vao PLC Tín hiện điều khiển đân ra PLC

Bảng trạng thải của hệ thông,

Ludn van thac sf khoa hoe

LỜI NÓI ĐẦU

I Ly do chon dé tai:

LIệ thẳng truyền động khí nén ngày cảng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

nhờ tỉnh ưu việt của nó như sạch, truyền dẫn vô cấp về tắc độ, khá năng quả tải rất

ca, lâm việc tốt Irong môi trường khảo nghiệt, không gầy nguy cơ chảy nễ Tuy

nhiên hệ thông truyền động khi nén có hạn chế là khỏ điểu khiển chính xảe vị trí và tốc độ dịch chuyển Để khắc phục nhược điểm này các nhà khoa học đã nghiên cứu

wing đụng điều khiến servo vào trong hệ thống khí nén Tuy nhiên, ở Việt Nam,

nghiên cửu điều khiển servo khi nẻn vẫn còn khá mới mẻ

tác giả chọn dé tai: "Ung dung PLC trong diéu khién servo khi nen trên các thiết bị công nghiệp” nhằm nghiên cứu điểu khiến servo khi nén trên các

thiết bị công nghiệp trên cơ sở một znô hình hệ thông servo khí nén cụ thể điều khién bang PLC

II Tỉnh cấp thiết của đề tài

Điều khiển servo khí nén được để cập tới tỉ những nắm đâu cia thé kp XXT với nhiều công trình nghiên cứu của nhóm tác giả các nước trên thế giới

Tại Việt Nam việc ứng dụng các hệ thống khí nén là rất phẻ biến Với yếu cầu ngày cảng cao về tỉnh chỉnh xác và ấn định tốc độ trong quả trình hoạt động của hệ

thống, vẫn đề điều khiển servo các hệ thống khí nén trở nên cấp thiết Vì vậy để t

này mong đóng góp những nghiên cứu bước đầu lrong việc nghiên cứu điều khiển

servo các hề hổng khí nén trong công nghiệp cũng như Irong giảng đạy

TIL Mục dich, đối tượng, phạm vi nghiên cứu đề

Mục đích: Xây đựng mô hình hệ thống servo khí nén điều khiển bằng PLC trong,

Ludn van thac sf khoa hoe

TV Ý nghĩa

Việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công hệ thống điều khiển servo Khí nén sẽ góp phần tiếp cận được công nghệ thiết kế và chế tạo các hệ thắng servo trong công nghiệp ngày nay 118 théng servo nay cé thé tng dụng vào trong công nghiệp hoặc

lâm thiết bi day hoc trong các trường Đại học công nghệ với giả thành chấp nhận

được

Ludn văn thạo sỹ khoa học

CHUONG I

TONG QUAN KHIN

1.1 Sự phát triển của khí nén

Ứng dụng khí nén đã cỏ từ trước công nguyên Nhả triết học người Hi lạp

Kicsibios va hoc Irà của ông Heron đã chế tạo ra thiết bị bẩn tên Sau đỏ còn phát minh ra thiết bị đóng mở của bằng khi nén, bom, súng phun lửa Tuy nhiên sự

phát triển của khoa học kỹ thuật thời đó Không đông bộ, nhất là sợ kết hợp các kiên

thức về cơ học, vật lý, vật liệu cỏn thiếu cho nên phạm vi ứng đụng khí nén còn

rát hạn chế

Thể kỷ 17, nhà kỹ sư chế tạo người Dựức Otto von Guerike, triết học người

phép Blaise pascal, nhà vật lý Pháp Denis Papin đã xây dựng nên tảng sơ bản của ứng dụng khí nén

Thế ký I9, các máy móc thiết bị sử đụng năng lượng khi nén lẫn lượt được phái mình như: Phanh khí nén, búa tán đỉnh, thu vận chuyển (rong ống bằng khí nén Với sự phát triển mạnh mố của năng lượng điện, vai trò sử dụng năng lượng

khi nén giảm dẫn Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng bằng khi nén vẫn đóng một vai trò cốt yêu ở những lĩnh vục mả khi sử dung điện sẽ không an toàn Khi nén được sử dụng ở những dung cụ nhỏ nhưng truyễn động với vận tổe lớn như: bủa

hơi, dụng cụ đập, tán đỉnh nhất là các dựng cụ đồ gá kẹp chất trong các máy

Ngày nay, khí nén cảng có vai trd quan trong hon trong các hệ thông khí nén điểu khiển tự đông, Sự phát triển trong công nghệ vật liệu, thiết kế và sẵn xuất đã

cho ra đời những phân tủ khí nén ngày cảng đa dạng và có chất lượng, được ứng, dụng vào nhiên lĩnh vực khác nhau Sự kết hợp giữa khi nén với điện- điện tử lá nhân tô quyết định cho sự phái triển của kỹ thuật điều khiển trong wong Lai

1.1 Đặc trưng của khí nên

- Về số lượng: Có sẵn ở khắp mọi nơi nên có thể sử dụng với số lượng về hạn

~ Về vận chuyển: Khí nẻn có thể vận chuyển dễ đảng trong các đường dng, voi mat khoảng cach nhất định Các đường ảng dẫn về không cần thiết vì khí nén sau khí sử

dụng sẽ được cho thoái ra ngoài mỗi trường khi thực hiện xong công tác

10

Ludn văn thạo sỹ khoa học

~ Về lưu trữ: Máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục Khí nẻn có thể được lưu trữ trong các binh chứa để cung cắp khi cân thiết

- Về nhiệt độ: Khi nén it thay đốt theo nhiệt độ

- Về vận tắc: Khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lớn cho phép đạt được tốc đô

cao(vận tốc làm việc trong các xy lanh thường 1-3 m/s)

~ Vẻ câu tạo thiết bi: Đơn giản nên rẻ hơn các thiết bị tự đông khác

- Vẻ phòng chống chay nổ: Không một nguy cơ nao gây chảy bởi khí nén, nên

không mắt chỉ phí cho việc phòng chảy Không khi nẻn thường hoạt động với áp

suất khoảng 6 bar nên việc phòng nỗ không quá phức tap

~ Về tính vệ sinh: Khi nén được sử dụng trong các thiết bị đếu được lọc các bụi bẵn, tạp chất hay mước nên thường sạch, không một nguy cơ nào về mặt vệ sinh Tính chất này rất quan trong trong các nghành công nghiệp đặc biệt như: thực phẩm, vải

sợi, lâm sẵn và thuộc đa

~ Về tính điểu chính: Vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác bằng khi nén được điều chỉnh một cách vô cấp

-Vẻ sự quá tải: Các công cụ và các thiết bị được khi nén đảm nhận tải trọng, cho đến

khi chúng đừng hoàn toàn cho nên sẽ không xảy ra quá tải

1.3 HỆ truyền động khí nén

Hệ truyền dộng khử nên: Là tập hợp toàn bộ cáo phần tử của thiết bị khí nén được liên hệ và tác động qua lại với nhau theo một sơ để nhất định, nhằm đảm bảo một

quy luật truyền động định trước của bộ phận công tác

1.3.1 Ưu nhược điểm của hệ thông

af Uu diem

- Nguồn khí nén là v6 han(khéng khi), kha nang dan hdi lớn nên việc trích, chứa khi nén vào bình hoặc trạm thuận lợi Như vậy có khá năng ủng đụng để thánh lập một trạm trích chứa khi nén

- IIệ thống khí nén sạch không sây ô nhiễm môi trường, có thể thải ngược lại môi

trường, Độ nhót động học của khi nén nhỏ nền có khả năng truyền tải đi xa và tốn

thất áp suÃi trên đường dẫn nhỏ

11

Ludn văn thạo sỹ khoa học

- Hệ thống phỏng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, độ an toàn làm việc trong môi trường dé chảy nỏ Truyền dẫn khi nén thực hiện trong các đường éng >

có thể làm việc trong môi trường khắc nghiệt như: nước, hỏa chất, phỏng xạ

- Cáo phân tử trong hệ thống ( œơ cầu chấp hành, điều chỉnh ) có cấu tạo, điệu khiển đơn giản và hâu hết được tiên chuẩn hỏa rật thuận lợi cho việc sử đụng vả thay thé

b/ Nhược điểm

~ Lực truyền tải thấp và có sự đò khí trên đường truyền gây ra tiếng ôn

- Do truyền dẫn chất khi có đản hồi nên khó ổn định tóc độ Khi tái trọng thay đổi và

có hiện tượng giật cục khi chuyển động với tốc độ quá chậm

- 118 truyền động khí nén thường cỏ kích thước lơn hơn so với các hệ thủy lục cũng

1.3.2 Cấu trúc của hệ truyền động khi nén

Mật hệ truyền động khí nén gồm các thiết bị chính sau:

Duới đây là một số phản tử cơ bản của hệ thống,

a) Thiết bị nguân khi nén

Không khí được nén bởi máy nén khi sau đó được vận chuyến đi khắp nha may thông qua hệ thống phân phối khi nén

Luận văn thạc sỹ khoa học

Lau lung Ấp suất

Nguồn năng lượng BO phan loc

Hình 1.1 cấu trúc mạch diéu khién và các phân tử

Các phản tử khí nẻn được thiết kế và chế tạo có thể làm việc được với áp suất từ

8.+10 bar tuy nhiên trong thực tế những phẩn tử nảy chỉ được cho hoạt động trong,

khoảng 5+6 bar Do ton thất áp suất trên đường truyền nên để cung cap được

khoảng áp suất này cho thiết bị, máy nén khí cẩn cung cấp khí nén ở áp suất 8+ 10 bar

Khí nén có thể được điền đây vảo bình tích giúp hoạt động độc lập so với hệ thông, khí nén của nha may,

Đường ông dẫn khí nén có đường kính đường tính toán sao cho đảm bảo tổn thất

áp suất không vượt quá 0,1 bar Đường kính ống dẫn phụ thuộc:

Chúc năng chính của các loại van là điểu khiển áp suất vả lưu lượng đòng khí Dựa

vào thiết kể và chức năng có thể phân loại

Ludn văn thạo sỹ khoa học

‘Comaressor

Drain ack

Hinh 1.2: 118 théng cung edp khi nén

œ Van phân phối

- Van phân phối điều khiển đầu vào

- _ Van phân phối xử lý tín hiệu

- _ Van phân phải điều khiển

Điển khiến chiển đi của dòng

khí thông qua các cửa van

‘Van phan " Có thể có 2, 3, 4 5 của và

phối nhiễu vị trí, được tác động nhờ

eơ cần cơ khí Van 3/2 tac động bằng cơ câu đòn

bẩy con lăn

Luận văn thạc sỹ khoa học

oe Chỉ cho tin hiệu khí đi theo

sẻ một chiều vả khỏa chiêu cỏn

Van tiết lưu có tác đụng tăng

hoặc giảm lưu lượng dòng khí ,|_ Yetétwumsy sbieuoe =

‘Van tiét hm | Vé ly thuyet co the dieu khiển

46 mo ca van tiet Ia tir 0 - | Vew9ếtwumạtehie Tear

100%

Van giới hạn áp suất: đảm bao

áp suất cung cấp không vượt

qua giới hạn

Van an toàn

Van an toản: Cung cấp một áp

suất không đổi cho hệ thông

'Van điều áp

Ludn văn thạo sỹ khoa học

Hinh 1.3; xy lanh tác dang dow

Áp lực tác động vào xy lanh đơn chỉ một phia, phia còn lại do lò xo tác động hay ngoại lực tác động

Luận văn thạc sỹ khoa học

hành bình thưởng, lực ma sắt Fy © 0,15.Ap Fe: Luc lé xo

~ Xy lanh tác động kép

Áp lực tác dụng vào xy lanh kép theo 2 phia

12 a 456 J Piston 7 Nắp xy lanh

2 Dém kin piston §, 13 Của lưu chất

3 True piston 9 Thân xy lanh

4 Đẫn hướng rac 10 Bưảng trục S.Dém kín trục 11, Buẳng piston

3812 11 » 8 BF 6 ving chin bui 12, DE'xy lanh

Hình 1.5: Xy lanh tac đông kép + Xy lanh quay

Xy lanh quay có khả năng tạo momen quay rất lớn Góc quay phu thuộc vào số cảnh

Luận văn thạc sỹ khoa học

hoặc một cơ cầu khác chuyên đồng đọc theo hảnh trình xy lanh được gắn kết với pittong trong xy lanh bang nam chàm, ghép nói cờ khi đặc biệt

Hình 1.7: Ä% lanh không true

1.3.3 Động học và nhiệt động học các hệ truyền động khí nén

1.3.3.1.Phương trình trạng thái nhiệt đông học

Giả thiết là khi nén trong hệ thống gần như là li tưởng Phương trình trạng

thái nhiệt tổng quát của khí nén:

TT: Nhiệt độ Kelvin

& Định luật Boyle— Mariote

Khi nhiệt đồ không thay đổi (T = const), theo phương trình (1-1) ta có:

Nếu gọi:

V; la thể tích khi nén tai thời điểm áp suất pị

Vola thé tích khí nén tại thời điểm áp suất p:

Phos La áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích Vị

P›„, là áp suất tuyệt đối khí nén cỏ thẻ tích V›

18

Ludn văn thạo sỹ khoa học

Theo phương trình 1-2 ta có thể viết như sau:

Fy _ Paste

b, Dinh ludt 1 gay-lussac

Khi ap suai khsdng thay di (p - const), theo phuong frinh L-1 Ia co:

HT

TuứK) nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V,

T›(K) nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V:

"Như vậy sự phụ thuộc khối lượng riêng, p và áp suất p khi nhiệt độ T không thay

đổi được viết như sau:

19

Ludn văn thạo sỹ khoa học

Sự phụ thuộc khôi lượng riêng p vao cả ba đại lượng thay đổi áp suất p, nhiệt đô

T và thể tích V theo phương trình 1-10 †a viết được nhu sau:

PsP,

‘Ts Phas (1.10)

1.3.3.2 Động học của dòng khí nén trong các hệ truyền động khí nén

Dễ đưa nguồn khí tới các cơ cấu chấp hảnh phải sử dụng các đường ống dẫn khí Phụ thuộc vào điều kiện làm việc của các bộ phận biết

lỗi năng lượng người ta phân biệt 2 chế độ dòng chảy trong đường ông dẫn: chế đỏ chảy finh va chế độ chảy

đông

Chỗ độ cháy đmh:: Là chế đô chảy trong đỏ vận lắc trung bình của dòng khi và ăp,

suất lại môi mặt cắt là những đại lượng, bất biên thco thời gian Ché độ chảy lĩnh

của dòng khí có thể gặp khi sáy hoặc làm lạnh khi, trong các thiết bị do khí nén, trong vận chuyên các vật liệu rời bằng đường ống,

Chế độ chảy động: Là chế độ chảy mà cả vận tắc trung bình, cả áp suất tại 1 mặt cắt bất kỉ là những đại lượng biển thiên theo thời gian

Chế đê chảy động khá đặc trưng cho đa số các hệ tháng thiết bị khí nén thực hiện

các quả Irinh công nghệ phúc tạp khác nhau, trong đó khi nén chỉ được đưa tới các

bộ biển đổi năng lượng trong những khoảng thời gian nhất định, thâm chỉ rất ngắn

œ' Đặc điểm cũa chế độ động

Do ảnh hướng của trọng lục, lực quản tính, lục đán hồi nên quá trình nhiệt động học

trong đường ống xảy ra phúc tap

Ludn văn thạo sỹ khoa học

Trong, nhiều bải toán kĩ thuật có thể bỏ qua ảnh hướng của trọng lực, lực quản tỉnh bởi khổi lượng riêng của không khí nhỏ Những lực này thể hiện rất rồ trong những, thời điểm đóng, mở và đảo chiều dòng chảy Chúng là nguyên nhân gây ra độ trễ ban đầu trong quá (rình làm việc của các bộ biến đối năng lượng (các cơ cấu chấp

thành khi nén)

Tác động của lực đàn hỏi thể hiền trực liếp ngay san khi đóng, mở thiết bị phân phôi khi (van phân phổi) và gây ra dao động trạng thải đừng (chuyển động hoặc đứng yên)

L

1ũnh L8: 5ø đồ đề tính lập phương trình vận tốc lan truyằn sóng khí nắn

Giả sứ, tại mặt cắt I - I ta đặt 1 van phân phối Khi địch chuyển van phân phối tai mặt cắt T — ï, áp snât lại mặt cắt II — II cách mặt cắt I — I một khoảng là [ sẽ không

thay đổi ngay lập lửc mà phải san một khoảng thời gian nhất định đủ để cho sóng kích động — sỏng không khi, đí từ mặt cắt ï — 1 đến mặt cất II — II Vận tốc lan

truyền sóng không khí này phụ thuộc vào áp suất và khối lượng riêng của không

Ludn văn thạo sỹ khoa học

Tử giá thiết dòng chảy của khí điễn ra heo quả trình đã biến với Ÿ =consL Lấy

Nhu vay, khác vỏi các hệ thủy lục khi thời gian lan truyễn sóng chất lỏng có thể bỏ

qua do vận tốc truyền sóng khá lớn (a„; =1500m⁄s), thời gian truyền sóng không khí trong các hệ thông khí nén không thế bả qua được, đặc biệt với các đường dng

đài (/)5+10m) Thời gian truyền sóng khí nén Irong các trường hợp này có thể

tương đương với thời gian đóng, mở của các van phân phối khí nén

13.4.2 Kado sat động học của dòng khi nón

a) Phương trình chuyển động

Tách 1 phản tử tỉa khí như trên hình 1.9 và xét các lực tác dụng lên nó theo hướng

chuyển động, ta có phương trình sau:

tạ

Ludn văn thạo sỹ khoa học

‹0,, ¿2 - tường ứng là vận tốc, áp suất và khối lượng riêng trung Dình tại

mat cat được xét

Để thiết lập mới quan hệ giữa các thông số trạng thái khi vả vận tóc chuyển động, của nó theo đường ống dẫn thi chỉ riêng phương trình (1.19) chưa đỏ, cần phải bổ

sung thêm các phương trình trạng thải khí, phương trình liên tục (hay lưu lượng): G~ paf,,va phương trình bảo toàn nấng lượng cho dòng khí chuyển động trong đường ống

ma dui vdp i pdv= du | d(pv)= di thi phuong trình bảo toản năng lượng có

thê viết lại thanh:

Ludn văn thạo sỹ khoa học

“2Š

v27

'TTừ phương trình (1.20) ta thấy đổi với khối khí chuyên động, lượng nhiệt trưyền từ

ngoài vảo sẽ làm tầng nhiệt lượng của khỏi khí và tăng vận tốc chuyển động của nó

Khi dg = 0 @hông có sụ trao đổi nhiệt với môi trường ngoài), quá trình thay đổi trạng thái khí được biểu điển theo quá trình gần giống với quả trình đa biển Trường, hợp nãy ta có thể sử dụng biểu thức nhiệt dung của quả trình đa biển khi dg = 0:

ig c- Se Te WY Hy -CaT

Thay dq = 0 vao (1.20) va di_C,dF ta có:

So sánh 2 phương trình trên ta thu được kết quả sau:

x_ Ä=H

“` køi—D

Ludn van thạc sỹ khoa học

Bo qua sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh cỏ thể sử đụng biển thức

(1.23) cho di, và viết lại phương trình (1.18) đưới dạng,

Ludn van thạc sỹ khoa học

Tich phân phương trình (I.25) từ mặt cỗt có các thông số 2, Øạ,/2; đến loàn bd mặt cắt với các thông số 2, P, 2 ta sẽ có:

Thay các giá trị /2 |; [asa 2) = Fay, We tba fa duos

_ k ( - 4

Phương trình (1.28) cho phép xác định được lưu lượng có tính đến các tôn thất do

ma sát gây ra Phân tích phương trình ta thấy khi n—»1, lưu lượng khí sẽ giảm đi bởi quả trình đẳng nhiệt đẳng thời với việc lăng nhiệt độ của khí do lễn thất ma sắt

bị tăng lên (ha qua trao đổi nhiệt với mỗi trường ngoài)

Ludn van thạc sỹ khoa học

Trong thục tế, việc sử dung số mũ đa biển “n” để tính tổn thất do ma sát rất bất

tiện bởi việc xác định rất khó khăn Vi vậy khí tính lưu lượng theo công thúc (1.28)

thường coi n =k, còn tên thất do ma sát được tính đến khi xác định hệ số lưu lượng

“

1Iề số lưu lượng ø lả tích số của hệ số vận tốc (có tính đến tổn hao do ma sát) vả hệ

số nén đòng tia khí Khi xáe định giá trị của hệ số ¿ bằng thực nghiệm thưởng phái

xét đến các yêu tổ khác như sự trao đổi nhiệt, vận tốc trước cửa các kênh dẫn Phương trình lưu lượng Tác đó

6 day Bla hằng số; B— —” 0156 với k =1, 41,R =288/ /kự K”

tạ 3

Ludn van thạc sỹ khoa học

Hé sf hau long jz co gia trị luôn nhề hơn 1, cỏ linh đến sự sai khác của quá trình

Trong phương trinh (1.31), z la một đại lượng thay đổi trong quá trinh nạp, xả

nên / cũng sẽ là đại lượng biến đối Trong các tỉnh toán kĩ thuật, người fa thường lẩy giả trị ¿ = const tương ứng với giá trị trung binh của z= 0,5+1,0 Giá mị trung Dinh của # cũng có thể xác định theo các đỏ thị thực nghiệm, phụ thuộc hệ số z

Giá trị của hệ số cảng cho các đường ông dẫn thẳng được xác định theo các công

Luận văn thạc sỹ khoa học

Đôi với các phần tử, thiết bị khủ nén tiêu chuẩn (van, bộ lọc ) có thẻ xác định {, theo các tại liệu tra cửu Hệ thông khi nén có thể bao gồm nhiễu phản tử, thiết bị với các hệ số lưu lượng /4./2, ⁄4, và tiết điện lễ thông tương ứng ƒ,./, /,

Để xác định hệ số lưu lượng tổng cẩn phải nhóm (heo các mạch nồi liếp và song

San = Si Sas = Meaty Soa = Sat Sar = At bof, (135)

'Với mạch song song n phân tử:

tas BS Sar th đa — thấy

đhợn — đạn tiệm +oc+ đây — HUỂ + th ƒn Toct ấy (136)

Sau đỏ, áp dụng công thức tính hệ số lưu lượng ở trên để xác định 4, của toàn bộ

4,

Tính toán tôn thất trong hệ thống khí nén là vẫn 48 rat quan trong va phite tap

Da trong hệ thống sử đụng lưu chất là khí nên ở đây ta chỉ quan tâm các tên thất

sau:

Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (Ape)

Tân thất áp suất trong tiết điện thay đổi (Apr)

Tổn thất áp suất trong các loại van (Ap,)

Ludn van thạc sỹ khoa học

134.1 Tên thấtáp suất trong ông dẫn thẳng

Tên thắt áp suất trong ông dẫn thẳng được tính theo công thức:

Trong đỏ

L [m]: Chiéu dai dng din

P, = 1,293 [ke/m®): Khéi Mong riêng không khí ở trạng thái chuân

=Ø%, Pas [ke’m*]: Khdi lượng riêng của không khí

Pa=1,013— [bar]: Ấp suất ở trạng thái tiêu chuẩn

W [mis]: Van téc dang chay (w= qo/A)

= ee Ha séma sat éng có giá trị cho ống tron va dòng chay tang

Re—w.dA, : Số Reynol

Ve Đô nhới động học ở trạng thái tiêu

1.3.4.2 Tên thất áp suất trong tiết diện thay đổi

Trong hệ thống ẳng dẫn, ngoài ông dẫn thẳng còn cá ống dẫn có tiết diện thay đôi, dòng khí phân nhánh hoặc họp thành, hướng dòng thay đối Tẩn thất áp suất trong, những tiết điện đó được tính như sau

Trong đó:

£ ; Hệ số cân — Phụ thuộc vào tiết điện éng dan, s6 Re

- Khi tiết điện thay đổi đột ngôi ~È Tên that áp suất là

30

Ludn van thạc sỹ khoa học

Trong đó: wị, w›: Vận lốc chảy trung binh qua tiét dién A,, Ay

Hình 1.11 Tiết điện thay đổi

~ Khi ông đẫn gẫy khúc: Tổn thất áp suất

Ludn vén thac sf khoa hoc

~ Khi đường ống dẫn bị cong, Tổn thất áp suất lả:

W;, Vận tốc trung bình trong ông dẫn chính

ế, và £¿: Phụ thuộc vào tỉ lệ đường kính ống phân nhánh vả tỉ lệ lưu lượng

ống phân nhánh

Ludn văn thạc sỹ khoa học

13.4.3 Tên thất áp suất trong các loại van

Tên thất áp suất trong các loại van tính theo

(1⁄44)

Trong công nghiệp sản xuất các phẩn tử khi nén, hệ số ý, là đại lượng đặc trưng, cho các van Thay vì hệ số cân ¿, một số hãng chế tạo cac phần tử điwwuf khiển bang khi nén sử dụng một đại lượng khác gọi là Hệ số lưu lượng kụ- là đại lượng

xác định bằng Ihực nghiệm

Hệ số k, được xác định bằng T 275-303 (K)áp suất ban đầu là 6 bar, tổn thất áp,

suất App = 0,981 [bar]

Trong đỏ

q [m°⁄h] Lưu lượng khí nén

ø [khim?] Khối lượng riêng không khí

Áp [bar] Tên thất áp suất qua van

‘Van loc dong ehay w: wy

Thay w vào phương trình (1.40) tạ có

4= „ [mm] tiết diện dong chay

33

Ludn văn thạc sỹ khoa học

Thay vào phương trình trên

1 (£Œ

" @63(1, Như vậy, nếu van có thông số đặc trưng kạ, đường kính ồng nỗi đ, thì xác định

a/ Trong lĩnh vực điều khiển

Những năm 50 và 60 của thế kỷ 20 lả giai đoạn kỹ thuật tự động hóa quá

trình sản xuất phát triển mạnh mẽ Kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển

rong rãi và đa đạng trong nhiều lĩnh vục khác nhau Chỉ riêng công hòa liên bang Đúc đã cỏ 60 hãng chuyên sản xuất các phản tử điều khiển bằng khí nén

Hệ thông điển khiển khi nén được sử đựng ở những lĩnh vực mã ở

đó hay xây ra những vụ nẻ nguy kiểm như các thiết bị lrun sơn, các loại đổ gá kẹp các chỉ

tiết nhựa, chất đéo hoặc trong lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử, vi điều kiện về sinh môi trường rất tốt và an toàn cao

Ngoài ra, hệ thông điểu khiến bằng khí nén còn được sử dụng trong các dây chuyển rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiếm tra của thiết bị lò hơi,

thiết bị mạ điện, đồng gói, bao bị và trong công nghiệp hóa chất

/ Trong các hệ thông truyền động

- Các dụng cụ, thiết bị máy va đập

+ Thiết bị, máy mỏe trong lĩnh vực khai thác như: Khai thác đá, than

+ Cáo công trình xây đựng: Xây dựng hầm mỏ đường hẳm

- Truyền động quay

Truyễn động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá

thánh cao Nếu so sánh giá thánh tiêu thụ điện của một động oơ quay bằng năng lượng khí nén và mệt đông cơ điện có cùng công suất, thi giá thành tiếu thụ điện của động cơ qnay bằng năng Tượng khí nứn cao hơn 10 đến 15 lẳn so với động cơ điền Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có

củng công suất

34

Luận văn thạc sỹ khoa học

Những dụng cu van vit, may khoan, công suất khoảng

3,SKW, máy mải công,

suất 2,5KW cũng như mảy mài với công suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao

khoảng 100000v/ph thì khả năng sử dụng động cơ truyền đông bằng kh nén là phủ hợp

~ Truyền động thẳng:

Van dụng truyền đông bằng áp suất khi nén cho truyền đông thẳng trong các dụng cụ, đồ gả kẹp chỉ tiết, trong các thiết bi đóng gói, trong các loại mảy gia công, g6, trong các thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thông phanh ô tô

~ Trong các hệ thông đo và kiểm tra:

Một số hình ảnh ứng dụng của khi nén trong công nghiệp

Ludn văn thạc sỹ khoa học

Host controller

Hệ thẳng servo là một hệ thống điểu khiển vòng kín Thông thường một hệ thống,

servo có 3 phần:

Bộ phận chấp hành: Động cơ servn, thủy lực, thiết bị khi nén

® Mạch điều khiển: So sảnh tính hiệu phản hồi với yêu câu vị trí, táo độ và điều

chỉnh

« Bộ phận phản hồi: Là bộ mã hỏa vỏng quay xác định tốc độ và vị tí với động,

cơ 8ervo hoặc bộ mà hỏa thẳng xác định vị tí và tốc độ chuyển động thẳng,

Dø quản tính nên hầu hết các hệ thông cơ khi khi đừng hoặc đổi chiều chuyển động đều chuyển động thêm một khoảng nao dé do quan tinh Hệ thống servo có khả năng bù sai số do quán tỉnh nảy bằng các hiện chỉnh theo tín hiệu phản hồi so với

các đại lượng đặt trước

36

Luận văn thạc sỹ khoa học

N xung)

"Đừng chuyến đồng lũi Dững phát xung

rs

'Ghuyển đông tiền

“Giới N xung bù quần tính

Ludn văn thạc sỹ khoa học

2.12 Hệ thông servo điện

Hệ thống servo điện cũng lả một hệ thống điều khiển vị trị hoặc tốc độ có hỏi tiếp

mà bộ phận truyền động chính là một động cơ servo Về cơ bản động cơ Servo được thiết kế tương đối giảng như những động cơ một chiều khác Tuy nhiên những động

cơ này được chế tạo với tiêu chuẩn cao hơn dam

© Dong co bude Phan wiv

Bảng 2.1 So sảnh một số động co Hinh 2.4: Sơ đồ khôi hệ théng servo

Hiệu suất hoạt động, Không cần bảo

Gia thành thấp Momen đình lồn , Hạn chế cho chỉnh Hiện suất hoại Mắt đồng bộ ụ

Luận văn thạc sỹ khoa học

Phân tử phản hỏi trong hệ thống Servo điện chính lá bộ mã hỏa góc quay:

Daye A

DiyB CẤU lạo bổ mổ hồa vùng quế” ‘Tin bib shy đan

Hình 2.5: Cấu tạo và nguyên lý bộ mã hỏa góc quay hệ thông servo điện

Nguyên lý hoat động đĩa xung tương tự như trong hệ thông servo khí nén chế tao sẽ được đề oats đến trong các phần sau

2 Thuộc tinh của động cơ

39