ĐỀ ÁN " THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG " pot

Trong đồ án này, hệ thống mà nhóm em chọn để thiêt kế là hệ thốngcưa gỗ bàng lưỡi cưa đĩa tự động điều khiển bằng khí nén và mạch điện.. Lúc này động cơ 1 được ngắt điện, đồng thời van đ

LỜI NÓI ĐẦU 3

Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY 4

Nguyên lý làm việc: 4

Hình 1_1 sơ đồ nguyên lý hoạt động 4

Hình 1_2 sơ đồ mạch điện điều khiển 4

Hình 1_3 sơ đồ mạch khí nén điều khiển 5

Chu trình hoạt động 5

II.Khả năng ứng dụng vào thực tế: 6

Chương II: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY 6

Phân tích các phương án và chọn phương án thiết kế máy: 6

1.Chọn phương án cắt: 6

2.Chọn hệ thống cấp và thoát phôi: 7

3.Chọn hệ thống cung cấp chuyển động tịnh tiến cho lưỡi cưa: 7

Hình 2-1 kết cấu sống trượt trụ 8

Hình 2_2 sơ đồ nguyên lý cụm truyền động cho lưỡi cưa 9

Tính toán hệ thống dẫn động băng tải: 9

1.Tính toán băng tải: 9

1.Thiết kế bộ truyền xích: 11

1.Thiết kế bộ truyền bánh răng: 13

Định ứng suất cho phép: 13

Ứng suất tiếp cho phép: 13

Ứng suất uốn cho phép: 14

2.Thiết kế trục: 16

III Cơ cấu kẹp phôi: 20

Chương III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 22

Hệ thống điều khiển mạch điện: 22

Hệ thống điều khiển bằng khí nén: 22

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học là một trong những đồ án đúc kết lại quá trình học tậpcủa sinh viên qua nhiều môn học Nó là tiền đề cho đồ án tốp nghiệp sau này cũngnhư là giúp sinh viên nhận thức bước đầu công việc sau này phải làm

Trong các đồ án môn học, thì đồ án hệ thống điều khiển tự động làmột đồ án cũng rất quan trọng Nó là một đồ án đúc kết từ nhiều môn học khácnhau như: sức bền vật liệu, điều khiển thuỷ lực và khí nén, máy công cụ, cơ sởthiết kế máy, kỹ thuật điều khiển tự động, điều khiển thuỷ khí và lập trình PLC…

Là một đồ án không những áp dụng những môn học chủ yếu của ngành, con ứngdụng một số môn học điều khiển tự động

Trong đồ án này, hệ thống mà nhóm em chọn để thiêt kế là hệ thốngcưa gỗ bàng lưỡi cưa đĩa tự động điều khiển bằng khí nén và mạch điện Đây cũng

là một hệ thống có thể ứng dụng tốt cho thực tế, nó sẽ góp phần giảm được nhâncông trong các nhà máy chế biến các sản phẩm từ gỗ như: bàn, ghế, tủ, giường…

mà các sản phẩm này cũng đang được sản xuất rộng rãi tại các nhà máy gỗ do ĐàiLoan đầu tư để xuất khẩu

Do đây là đồ án điều khiển tự đông đầu tiên mà nhóm em thiết kế,nguồn tài liệu và kiến thức còn nhiều han chế nên không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót, mong thầy cô và các bạn thông cảm

Cuối cùng nhóm em xin cảm ơn Thầy Bùi Trương Vĩ, các thầy bộmôn và các bạn đã góp ý và giúp đỡ tụi em hoàn thành đồ án này

Nhóm sinh viên thực hiệnĐoàn Ngọc Hậu Đồng Thành Đạt Phạm Thanh Phương

Nguyên lý làm việc:

Hình 1_1 sơ đồ nguyên lý hoạt động

Hình 1_2 sơ đồ mạch điện điều khiển

Hình 1_3 sơ đồ mạch khí nén điều khiểnKhi đóng mạch điện, động cơ 1 hoạt động làm quay băng tải đẩy phôi(

gỗ tấm) đã được cấp sẵn trên băng tải đến khi chạm công tắc hành trình K1 K1 làcông tắc hành trình kết hợp vừa là thường đóng của động cơ 1, vừa là thường mởcủa van điện khí nén Khi phôi chạm vào K1 thì ngắt mạch động cơ 1 làm băng tảidừng, đồng thời đóng mạch điện của van điện, làm cho van điện có tín hiệu tácđộng, cho khí nén qua đẩy pistông co mang lưỡi cưa đang quay cưa đứt phôi Khicắt xong, đến cuối hành trình thì pistông chạm vào nút ấn thường mở K3 đóngmạch động cơ 2 làm băng tải đưa phôi ra hoạt động mang phôi đã được cắt ra Khiphôi đã được cắt ra không còn tác dụng vào K1 nữa thì K1 trở về vị trí ban đầu

Do pitông vẫn duỗi thẳng nên không tác dụng vào nút ấn thường mở K2 nên động

cơ 1 vẫn không hoạt động Bên cạnh đó van điện bị ngắt và trở về vị trí ban đầunhở tín hiệu tác dụng của lò xo, đưa pistông về vị trí ban đầu và tác dụng vào nút

ấn thường mở K2 dóng mạch động cơ 1 Quá trình hoạt động cư thế được thựchiện lại như trên cho đến khi ngắt nguồn điện cung cấp vào hệ thống

Chu trình hoạt động.

Khi ấn nút ấn công tắc start thì động cơ 1 hoạt động ,động cơ 1 truyền động thông qua bộ truyền xích làm quay băng tải 1 đưa phôi vào, sau một thời gian phôi sẽ chạm vào công tắc hành trình M1 Lúc này động cơ 1 được ngắt điện, đồng thời van điện từ 5 cửa 2 vị trí sẽ được đóng điện và động cơ 2 hoạt động, điều khiển pistong mang lưỡi cắt vào cắt vật liệu,sau một thời gian lưỡi cắt sẽ cắt xong vật liệu và đến cuối hành trình của pistong sẽ chạm váo công tắc hành trình M3 làm động cơ 3 quay đưa sản phẩm ra ngoài , khi sản phẩm ra khỏi băng tải 2 sẽ không còn chạm vào công tắc hành trình M1 làm van 5 cửa 2 vị trí mất điện điều khiển pistong mang lưỡi cắt rút về Đến cuối hành trình rút về sẽ chạm vào công tắt hànhtrình M2 lúc này động cơ 2 ngưng hoạt động,chu trình lại được tiếp tục

II.Khả năng ứng dụng vào thực tế:

Trong thực tế, hiện nay có rất nhiều cơ sở sản xuất đồ gỗ dân dụng cungcấp trong nước và dùng làm hàng xuất khẩu những mặt hàng như giường, tủ, bàn,ghế… Máy được ứng dụng để cắt gỗ từ tấm hoặc thanh dài thành từng đoạn bằngnhau đảm bảo được độ chính xác cao, và cung cấp cho các nguyên công gia côngkhác là: bào, lắp ghép, đánh bóng và sơn Nguyên công cát này có thể kết hợpcùng với nguyên công bào tạo thành một dây chuyền tự động, giảm được nhâncông đồng thời tăng được năng xuất( do kích thước được xác định do máy) đảmbảo được độ chính xác cao, tạo điều kiện cho việc lắp ghép được chính xác

Bên cạnh đó, nếu tính toán và chọn lại công suất động cơ theo chế độcắt sắt thép, thì máy còn ứng dụng để cắt thép tấm, cắt tôn trong các nhà máy cắttôn….Mà chỉ cần tính toán và thay thế cụm dao cắt, còn các bộ phận còn lại vẫnđược giữ nguyên

KẾ MÁY

Phân tích các phương án và chọn phương án thiết

kế máy:

1.Chọn phương án cắt:

+ Phương án cho lưỡi cưa chạy từ trên xuống:

Đây là phương án thích hợp đối với cắt gỗ có dạng thanh, bềrộng cắt phải nhỏ hơn đường kính của lưỡi cưa và chiều sâu cắt phải nhỏ hơn bánkính lưỡi cưa, cần lực cắt lớn( bởi vì chiều dài cắt lớn) Đối với phương án này thìkhi cắt không cần kẹp chặt chi tiết theo phương thẳng đứng, chi cần cố định haibên chi tiết, lưỡi cưa thực hiện chuyển động cắt từ trên xuống sẽ tạo nên lực épkẹp chi tiết theo phương thẳng đứng Phương án này có nhiều hạn chế, không ứngdụng cắt được những phôi có chiều rộng cắt lớn hơn đường kính của lưỡi cưa

+ Phương án cho lưỡi cưa chạy ngang;

Đây là phương án có thể cắt được gỗ có dạng thanh hoặc dạngtấm có chiều rộng cắt lớn hơn đường kính lưỡi cưa, chiều sâu cắt nhỏ hơn bánkính lưỡi cưa lực cắt nhỏ hơn so với phương án trên, ứng dụng cắt được nhiều chitiết có chiều rộng cắt khac nhau Phương án này cần cố định chi tiết theo phươngthẳng đứng và một bên đối diện với lưỡi cưa của chi tiết Phương án này có nhiều

ưu điểm hơn so với phương án trên nên chọn phương án này để bố trí và thiết kếmáy

2.Chọn hệ thống cấp và thoát phôi:

Hệ thống cấp và thoát phôi ở đay có thể sử dụng nhiều loại như:

hệ thống băng tải, hệ thống băng tải sử dụng con lăn, xích tải…Đối với băng tải thì

có hệ thống các con lăn ở phía dưới băng tải để tăng độ cứng vững khi vận chuyểncủa băng tải, băng tải chỉ cần cung cấp chuyển động cho một trục, các truc còn lại

và các con lăn chuyển động nhờ ma sát giữa bề mặt con lăn và băng, băng tải cóthể là băng tải dạng đai Còn đối với băng tai gồm hệ thống các con lăn thì cầnphải cung cấp chuyển độngcho một trục, giữa các trục còn lại và trục được cungcấp chuyển động cần có thêm một bộ truyền để liên kết chuyển dộng với nhau, dovậy cần phải thiết kế thêm bộ truyền xích dùng chung cho các trục cần cấp chuyểnđộng, do đó việc lắp ráp yêu cầu độ chính xác cao hơn xo với băng tải đai nhưnglại thích hợp với việc vận chuyển các loại nguyên liệu có dạng tâm hơn băng tảiđai Còn băng tải xích thì có kết cấu gần giống với băng tải đai, việc chế tạo và lắpráp băng tải xích yêu cầu độ chính xác cao hơn băng tải đai, khả năng làm việc tốthơn băng tải đai nhưng giá thành cao hơn Do gỗ là loại vật liệu tương đối nhẹ nên

ta sử dụng băng tải đai để thiết kế

3.Chọn hệ thống cung cấp chuyển động tịnh tiến cho lưỡi cưa:

a.Sống trượt:

Sống trượt là một bộ phận dùng để dẫn hướng cho các bộ phận diđộng, ngoài đảm bảo khả năng di động sống trượt còn có nhiệm vụ truyền lực Do

đó sống trược cần thỏa mãn một số yêu cầu sau:

- Bề mặt làm việc phải chịu độ mài mòn cao

- Phải đảm bảo độ chính xác truyền động

- Các sống trược cần phải có khả năng điều chỉnh khe hở và các biệnpháp bảo vệ để chống nhiễm bẩn và tránh tác dụng trực tiếp của phoi

- Ngoài ra độ cứng vững và độ bền phải đảm bảo yêu cầu

Có nhiều loại sống trượt khác nhau như: sống trượt phẳng, sốngtrược lăng trụ, sống trượt rãnh chữ V, sống trược đuôi én, sống trượt hình trụ Bêncạnh các sống trược còn có sống lăn

So với sống trượt, sống lăn có hệ số ma sát nhỏ hơn khoảng 20 lần,việc sửa chữa sống lăn cũng dễ dàng hơn sống trược nhưng sống lăn có giá thànhcao, bề mặt làm việc của sống lăn phải gia công rất chính xác và việc bảo vệ sốnglăn yêu cầu phức tạp hơn Do đó sử dụng sống trượt để dùng truyền động

Việc sử dụng loại sống trượt nào còn phải tùy thuộc vào kết cấucủa máy Ở đây, do cần sử dụng 2 sống trượt để truyền động sử dụng sống trượttrụ, vì sống trượt trụ có kết cấu đơn giản dễ chế tạo nhưng độ cứng vững kém Do

đó sử dụng 2 sống trượt cùng lúc để tăng độ cứng vững của sống trượt

Hình 2-1 kết cấu sống trượt trụ

b Hệ thống thủy lực và khí nén:

Để truyền chuyển động cho máy chạy doc theo sống trượt thì cóthể sử dụng mạch khí nén hoặc mạch thủy lực để truyền chuyển động và truyềnlực Đối với mạch khí nén thì lực của pittong sinh ra nhỏ và không ổn định do khí

có tính chất nén được và dễ bị mất trong khi truyền, khó điều chỉnh vận tốc khicưa, nhưng các thiết bị đơn giản, rẽ tiền Còn với mạch thủy lực thì lực sinh ra tốt,

ổn định do chất lỏng không có tính nén được, dễ điều chỉnh vận tốc và lực đẩybằng cách điều chỉnh lưu lượng nhờ các van tiết lưu Tuy nhiên các phần tử của hệthống thủy lực đắt hơn nhiều so với các phần tử khí nén

Ở đây ta chọn hệ thống khí nén vì cấu tạo của hệ thống đơn giản sovới hệ thống thủy lực

Sơ đồ nguyên lý của cụm truyền động cho lưỡi cưa:

Hình 2_2 sơ đồ nguyên lý cụm truyền động cho lưỡi cưa1_Lưỡi cưa; 2_ Bộ truyền đai; 3_ Sống trượt; 4_ Động cơ

Tính toán hệ thống dẫn động băng tải:

1.Tính toán băng tải:

Hệ thống cấp phôi vào máy để cưa ta chọn hệ thống dẫn động bằng băng tải

để cấp phôi Từ trục động cơ qua trục chủ động của băng tải ta chọn bộ truyền xích và một bộ truyền bánh răng để giảm tốc cho băng tải

Hình 2_3 sơ đồ kết cấu băng tảiCác số liệu ban đầu: Tốc độ vận chuyển của băng tải: v=2(m/s)

Năng suất vận chuyển của băng tải: QChiều dài của băng tải: L= 2m

Bề rộng băng: B= 600mm

Số lượng của lớp lõi: Z= 3Chọn vật liệu làm băng là vải dệt tổng hợpĐường kính tang: D> k.Z= 125.3 = 375Đối với tang dân co Z= 3 thì k = 125Chọn D = 400mm

Nhằm tạo lực căng ban đầu cho tấm băng để có thể truyền lực ma sát Ngoài ra sau thời gian làm việc băng bị dãn nên cần thiết phải căng băng Sử dụng vít điều chỉnh cứng để căng băng:

Hình 2_4 kết cấu của vít điều chỉnhNăng suất vận chuyển của băng tải:

Mặt khác:Năng suất vận chuyển của băng tải là:

A= 0,5.0,14 = 0,07m2: diện tích tiết diện của ván gỗQ= 3600.0,07.0,03= 15,12 T/m3

Lực cản trên những đoạn băng có tải:

Wct= ( qvl + qbt + qcl)L.cChọn c= 1,3: hệ số cản chuyển động

qbt= 1,1.0,6.(0,2.3+ 0,4 + 0,4).10-3= 0,001N/mChọn t= 0,5m

Giả sử trọng lượng phần quay của con lăn : Gcl= 3NTrên 2m băng tải có 4 con lăn

Vậy : Wct= (21 + 0,001 + 24).1,3.2= 117N

Lực cản chuyển động trên đoạn băng không tải :

ký hiệu4a71A6Y3 có công suất của động cơ là : N= 0,37 kW

Số vòng quay của động cơ : n= 920 vg/phút

Số vòng quay của tang :

Kđ  là hệ số xét đến tính chất của tải trọng ngoài, vì tải trọng êm nên Kđ =1

KA  Hệ số xét đến chiều dài xích, chọn A =(30  50)t nên KA = 1

K0  Hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền, chọn K0 = 1

Kđc  Hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích, Kđc = 1,2

Kb  Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, chọn Kb = 1,5 vì bôi trơn định kỳ

Kc  Hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền,bộ truyền làm việc 1 ca nên

Kc= 1

Do đó : K =1.1.1.1,2.1,5.1= 1,8

Hệ số răng của đĩa xích dẫn

Z01 : số răng đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở

Hệ số vòng quay đĩa dẫn :

n01 : số vòng quay đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở

Công suất tính toán của bộ truyền:

n

ZL

[u]  số lần va đập cho phép trong 1 giây :

Theo bảng 6-7(TKCTM) số lần va đập cho phép trong một giây là [u] =30 chonên điều kiện u  [u] được thỏa mãn

2 2 1 2

1

2

ZZ82

ZZX2

ZZX4

 Đường kính vòng chia của đĩa xích dẫn :

N.k.10.6P.k

1.Thiết kế bộ truyền bánh răng:

Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:

Ứng suất tiếp cho phép:

Tra bảng 3-9 TKCTM-NXBGD) chọn hệ số ứng suất tiếp xúc k’N= 1 và[σNoH]= 2,6HB: Ứng suất tiếp xúc làm việc cho phép khi bánh răng làm việc lâudài:

Ứng suất tiếp cho phép của bánh lớn và bánh nhỏ:

[σH] = 2,6.160 = 416 N/mm2

Ứng suất uốn cho phép:

Lấy hệ số chu kỳ ứng suất uốn k”N = 1

Giới hạn mỏi uốn thép 35 là:

Chọn hệ số an toàn SF = 1,5 và hệ số tập trung ứng suất tại chân răng kσ = 1,8 Ứng suất uốn cho phép ở hai bánh:

- Ứng suất tiếp xúc cho phép :

- Ứng suất uốn cho phép :

- Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc :

Trong đó hệ số quá tải : kqt = 1,4

và

- kiểm nghiệm sức bền uốn :

Chọn vật liệu làm trục là thép 45, thường hoá

Đường kính sơ bộ của trục được tính theo công thức

 mm n

N C

Trong đó: d - đường kính trục

N - công suất truyền [KW]

n - số vòng quay trong một phút của trục

C - hệ số tính toán, lấy C = 120

+ Trục I:

N = 0.37 [KW]

n = 96 [vg/ph]

Để chuẩn bị cho bước tính gần đúng tiếp theo ta có thể lấy d2 = 18 [mm]

Tra bảng 14P (TKCTM) chọn được ổ bi đỡ cỡ trung có chiều rộng B = 12 [mm]

Để tính kích thước chiều dài của trục chọn các kích thước sau:

+ Khoảng cách giữa khe hở bánh xích và thành trong của hộp: a = 10 [mm]+ Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp giảm tốc: l1 = 10 [mm]+ Khoảng cách từ mặt bên của chi tiết quay ngoài hộp đến ổ: l2 = 20 [mm]Trục II:

Hình 2_5 biểu đồ mômen lực tác dụng lên trục

L=700[mm]

Các thông số:

W0= 133NT=Ft =436[N]

R= Fr =159[N]

Mx=

Tính phản lực ở các gối trục:

XA= R + XB - W0= 159 + 74 - 133= 100N

Tính mô men uốn ở tiết diện nguy hiểm:

Ở tiết diện A:

Trong đó:

Đường kính trục tại tiết diện trên là:

Đường kính trục tại tiết diện trên là:

Trong đó:

Tra bảng 7-2_TKCTM-NXBGD chọn

Vậy chọn dm= 20 mmKiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn

Hệ số an toàn được tính theo công thức

 n n n

n n





2 2

Vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng

a = max = min = M W u ; m = 0vậy

Bộ truyền làm việc một chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu kỳmạch động



;

-1 - giới hạn mỏi uốn

-1 = 0,45.b = 0,45.600 = 270 [N/mm2] (trục làm bằng thép 45 nên có b = 600 [N/mm2]

-1 - giới hạn mỏi xoắn

* Đối với trục I:

Momen cản uốn

Momen cản xoắn

Chọn hệ số k , k ,  và 

 = 0,88

 = 0,77Theo bảng 7-8 (TKCTM) tập trung cho rãnh then

k = 1,63

k = 1,5

88,0

63,1

5,1





 Tập trung do cắt răng, ta chọn kiểu lắp T3, áp suất sinh ra trên bề mặt lắp ghép  30 [N/mm2] tra bảng 7-10 ta có: 2,6

6,011

6,0

Thay các giá trị tìm được vào công thức (7-6) và (7-7) ta được:

Hệ số an toàn được thoả mãn

III Cơ cấu kẹp phôi:

Cơ cấu kẹp phôi được sử dụng ở đây là hệ thống các con lăn và được tạo lực kẹp nhờ lực đàn hồi của lò xo Bên cạnh đó, việc cố định phôi khỏi dịch chuyển khi cưa ta cũng dùng các con lăn thảng đứng để cố định: