thiết kế máy chẻ xiên tre tự động điều khiển bằng khí nén và mạch điện

trọng nhất của xilanh A là khả năng dẫn hướng và định hướng các cấp chophôi để khi xilanh A đi hết hành trình phôi phải được định hướng sao choxilanh B thực hiện quá trình cắt một cách d

LỜI NÓI ĐẦU1

Đồ án môn học là đồ án đúc kết lại quá trình học tập của sinh viên quanhiều môn học khác nhau Nó là tiền đề cho đồ án tốt nghiệp sau này cũng như

là giúp cho sinh viên chúng ta nhận thức được một phần nào của công việc màsau này chung ta phải làm sau khi tốt nghiệp

Trong các đồ án môn học thì đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự độngcũng là một trong những đồ án quan trọng Nó là một đồ án đúc kết từ nhiềumôn học khác nhau như: sức bền vật liệu, điều khiển thủy lực và khí nén , máycông cụ, cơ sở thiết kế máy, điều khiển tự động, điều khiển thủy khí và lập trìnhPLC… Là một đồ án không những áp dụng những kiến thức của ngành học màcòn ứng dụng thêm một số môn học của điều khiển tự động

Trong đồ án môn học này, hệ thống máy mà chúng em chọn để thiết kế làMáy chẻ xiên tre tự động điều khiển bằng khí nén và mạch điện Đây cũng làmột hệ thống có thể ứng dụng tốt vào thực tế, nó có thể làm giảm được sứcngười trong các xưởng mộc chuyên làm đồ thủ công mỹ nghệ, tiết kiệm đượcsức lao động của con người

Do đây là đồ án điều khiển tự động đầu tiên mà nhóm em thiết kế, vơivốn kiến thức và nguồn tài liệu hạn hẹp, nên thiết kế có gì sai sót mong thầy vàcác bản có thể thong cảm và đóng góp thêm để đồ án này được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin cảm ơn thầy hướng dẫn Bùi Trương Vỹ, và một sốthầy giáo bộ môn đã tận tình hướng dẫn và giúp đở nhóm em để hoàn thành đồ

án này

Nhóm sinh viên thực hiện

Đinh Văn HuyNguyễn Duy Hoàng

Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY.2

I: Sơ đồ nguyên lý:2

Hình 1.1 : Sơ đồ hình chiếu máy cắt xiên tre

Hình 1.2 : Sơ đồ mạch khí nén điều khiển

Xilanh A Xilanh B Xilanh C

sẽ chạm công tắc hành trình a0, xilanh C hoạt động đẩy phôi qua chạm công tắcc1 reset lại quá trình làm việc

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MÁY VÀ CƠ CẤU MÁY4

1) Phương án đầu cắt xiên4

Đầu dao cắt tre là bộ phận công tác chính của máy Khi đầu dao đi xuống

sẽ cắt lên phôi tre được đặc trên tấm chứa phôi và khi đầu dao cắt đi lên sẽcho ta được hình dạng của sản phẩm tre hoàn thiện khi đi ra máng chứa Tuynhiên với phương pháp này cần phải có dao cắt phải thật sắt và đủ cứngvững, đảm bảo khi chạy dao xuống sẽ cắt được hết phôi, và lượng dư phoilớn gây hao hụt nhiều về phôi Lực tạo ra để dập phải đảm bảo đủ lớn để cắtđược hết phôi đưa vào, tránh tình trạng cắt không đứt

trọng nhất của xilanh A là khả năng dẫn hướng và định hướng các cấp chophôi để khi xilanh A đi hết hành trình phôi phải được định hướng sao choxilanh B thực hiện quá trình cắt một cách dể dàng nhất.

3) Chọn hệ thống thoát phôi:5

Ở đây ta cũng chọn một xilanh C có hành trình 150mm để thoát phôi.Phôi sau khi cắt bởi xilanh B thì sẽ được xilanh C đẩy ra khỏi vị trí cắtđến thùng chứa phôi Vì xilanh C chỉ thực hiện quá trình đẩy phôi đểxilanh A tiếp tục đưa phôi đến vị trí công tác mà không bị phôi trước đócản trở, nhưng vậy quá trình thực hiện mới diễn ra một cách liên tục và tựđộng được Chính vì xilanh C chỉ thực hiện quá trình đẩy nên lực tác dụng

từ xilanh C là rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua quá trình tính toán

Hình 2.2 : Xilanh A và C

4) Hành trình công tác:

Đây là xilanh quan trọng nhất trong của mô hình chúng em làm Xilanh Bchính là xilanh thực hiện quá trình cắt, xilanh này thực hiện quá trình cắtphôi tre thành một xiên như yêu cầu của khách hàng Trên xilanh có gắndao cắt để thực hiện quá trình cắt của phôi, con dao phải được dẫn hướng

vì trong quá trình cắt do pittong có khả năng tự quay tròn nên có thể condao sẽ không đúng vị trí cắt dẫn đến việc phôi được đưa đến đúng vị trínhưng lại không thực hiện được quá trình cắt Cũng vì piston bị xoay dẫnđến 1 trường hợp nữa là công tắc hành trình điều khiển xilanh B khôngđược kích hoạt dẫn đến việc điều khiển tự động không tự thực hiện mộtcách liên tục.

Hình 2.2: Truyền động bằng Xilanh

 Ở đây ta cần tính toán lực cắt của xilanh B vì đây là xilanh thực hiệnquá trình cắt ta cần tính toán cẩn thận để xilanh ở đây đủ lưc để thựchiện cắt phôi Lực cắt của phôi được tính theo công thức

Q= π (D

2 +d2)

4 pμμTrong đó : D là đường kính piston D=50mm=0.05m

d là đường kính cán piston d=16mm=0.016m

p la áp suất khí nén P=3atm=3100kG/cm2

µ là hiệu suất µ=0.85thay vào biểu thức ta được:

vị trí định sẵn, các van hành trình này được điều khiển bằng dòng điện.Với kết cấu này, ta thấy rất đơn giản, ít chi tiết, gọn nhẹ, dễ dang điềukhiển Tuy nhiên hành trình làm việc và lực cắt không lớn

a) Van đảo chiều:

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

*Nguyên lí hoạt động

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều (hình 4.2): khi chưa có tín hiệutác động vào cửa (12) thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3) Khi có tínhiệu tác động vào cửa (12), ví dụ tác động bằng dòng khí nén, nòng van sẽ dịchchuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn Trường hợptín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tác động của lực lò xo, nòng van sẽtrở về vị trí ban đầu

Hình 4.2: Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều

*Ký hiệu van đảo chiều

Chuyển đổi vị trí của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhauvới các chữ cái o,a,b,c… hay các chữ số 0, 1, 2, 3…

Vị trí “ không” được ký hiệu là vị trí mà khi van chưa có tác động của tínhiệu ngoài vào Đối với van có 3 vị trí, vị trí ở giữa là vị trí “ không” Đối vớivan có 2 vị trí thì vị trí “ không” có thể là “a” hoặc là “ b “, thông thường vị trí

“b” là vị trí “ không”

Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểudiễn hướng chuyển động của dòng qua van Trường hợp dòng van bị chặn đượcbiểu diễn bằn dấu gạch ngang

a o b a b

Van đảo chiều 4/3 Van đảo chiều 3/2

Số vị trí

Số cửa Hình 4.4: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều

- Ký hiệu và tên gọi van đảo chiều (như hình vẽ)

Hình 4.3: Ký hiệu các cửa van nối của van đảo chiều

Hình 4.5: Các loại van đảo chiều

Ký hiệu

Một số van đảo chiều thường gặp

Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức làđiều chỉnh tốc độ hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành

*Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi được

Lưu lượng dòng chảy qua khe hở của van có tiết diện không thayđổi được

Hình 4.18:Van tiết lưu có tiết diện thay đổi (hãng Herion)

Hình 4.19:Van tiết lưu một chiều ( hãng Bosch)

1) Hệ thống điều khiển mạch điện:13

k3

B-k4 A k5 C +

-k6

C-Hình 3.1: Sơ đồ mạch điện

Ở đây là sử dụng 6 công tắc hành trình a0, a1, b0, b1, c0, c1 cùng 3 van5/2 để điều chình hành trình của xilanh A, xilanh B, xilanh C Dựa vào sơ đồmạch điện ta thấy, khi công tắc S0 được bật thì k1 được mở xilanh A tịnh tiếnchạm công tắc hành trình a1 lúc bây giờ k2 đóng xilanh B sẽ tịnh tiến thực hiệnquá trình cắt phôi, khi xilanh B đi hết hành trình chạm vào công tắc hành trìnhb1 thì k3 đóng xilanh B sẽ lùi về chạp công tắc hành trinh b0, k4 mở xilanh A sẽlùi về chạm a0 làm

*Công tắc hành trình:

Công tắc hành trình được dùng nhiều trong ngành xây dựng, khai thác

mỏ, cảng, công nghiệp nặng trong các dây chuyền tự động, thiết bị nâng, băngtải để kiểm soát chuyển động, hành trình, tốc độ, an toàn Các công tắc hànhtrình có thể là các nhút nhấn (button) thường đóng, thường mở, công tắc 2 tiếpđiểm, và cả công tắc quang

Các kiểu của công tắc hành trình như: kiểu gạt, nhấn, hạn vị đầu tang, kéo

và treo

Công tắc hành trình trước tiên là cái công tắc tức là làm chức năng đóng

mở mạch điện, và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó saocho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc Hành trình có thể làtịnh tiến hoặc quay

Khi công tắc hành trình được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt mộtmạch điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác Người ta cóthể dùng công tắc hành trình vào các mục đích như:

- Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí dới hạn tác động vào công tắc

sẽ làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> nó không thể vượt qua vị trí giới hạn)

- Hành trình tự động: Kết hợp với các role, PLC hay VDK để khi cơ cấuđến vị trí định trước sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơcấu đó)

*Rơ le:

1) Định nghĩ rơ le (relay):

Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện Nói là một côngtắc vì rơ le có 2 trạng thái ON và OFF Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụthuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không

Hình bên là kí hiệu của rơ le trong kỹ thuật Còn về ý nghĩa kí hiệu thì phần tiếptheo sẽ giải thích.

Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bêntrong và tạo ra một từ trường hút Từ trường hút này tác động lên một đònbẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thayđổi trạng thái của rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều,tùy vào thiết kế

Rơ le có 2 mạch độc lập nhau họạt động Một mạch là để điều khiển cuộndây của rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa là điềukhiển rơ le ở trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dòng điện ta cầnkiểm soát có qua được rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của

rơ le.Dòng chạy qua cuộn dây để điều khiển rơ le ON hay OFF thường vàokhoảng 30mA với điện áp 12V hoặc có thể lên tới 100mA Và bạn thấy đó,hầu hết các con chip đều không thể cung cấp dòng này, lúc này ta cần có mộtBJT để khuếch đại dòng nhỏ ở ngõ ra IC thành dòng lớn hơn phục vụ cho rơle

Chú ý: Tuy vậy, IC 555 có dòng điện ngõ ra có thể lên tới 200mA, vì thếvới IC 555 thì không cần một BJT để khuếch đại dòng

Hình bên chỉ ra cách hoạt động của rơ le với cuộn dây và các tiếp điểmđiện Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây hút một đòn bẩy và làm

mở các tiếp điểm điện, vì thế dòng điện cần kiểm soát không thẩy đi qua rơ

le Và ngược lại Bạn cũng thấy đó, dòng điện chạy qua cuộn dây không hề

có liên quan gì đến dòng điện cần kiểm soát

Trên rơ le có 3 kí hiệu là: NO, NC và COM

+ COM (common): là chân chung, nó luôn được kết nối với 1 trong 2 châncòn lại Còn việc nó kết nối chung với chân nào thì phụ thuộc vào trạng thái hoạtđộng của rơ le.

+ NC (Normally Closed): Nghĩa là bình thường nó đóng Nghĩa là khi rơ le ởtrạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này

+ NO (Normally Open): Khi rơ le ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộndây) thì chân COM sẽ được nối với chân này

=> Kết nối COM và NC khi bạn muốn có dòng điện cần điều khiển khi rơ le

ở trạng thái OFF Và khi rơ le ON thì dòng này bị ngắt

=> Ngược lại thì nối COM và NO

3) Cách chọn rơ le phù hợp:

Bạn cần phải quan tâm đến kích thước và kiểu chân để chọn một rơ le phùhợp với mạch điện của mình

Bạn cần phải quan tâm đến điện áp điều khiển cuộn dây của rơ le Có thể

là 5V, 12V hoặc 24V Mạch bạn thiết kế cung cấp điện áp nào?

Bạn phải quan tâm đến điện trở của cuộn dây Vì điều này sẽ ảnh hưởng đếndòng cần cung cấp cho cuộn dây hoạt động I = U / R

Ví dụ: Bạn chọn một rơ le có điện áp hoạt động là 12V, cuộn dây có điệntrở là 400 Ohm thì dòng cần thiết cung cấp là 30mA Dòng này thì IC 555 có thểđáp ứng được, nhưng hầu hết các IC khác thì không, nên cần một BJT để khuếchđại dòng

Ngoài ra, bạn cần tìm rơ le có số tiếp điểm đóng mở phù hợp

4) Như đã đề cập ở bài viết về cuộn cảm Rơ le hoạt động dựa trên dòng điệnchảy qua cuộn cảm đề tạo lực hút điền khiển đóng, mở các tiếp điểm Và

sự OFF đột ngột của cuộn cảm sẽ là nguyên nhân làm hỏng BJT hoặc IC

Sơ đồ mạch khí nén ta sử dụng 3 xilanh, có 6 van tiết lưu để điều khiểntốc độ của các xilanh đảm bảo cho máy hoạt động êm, ít va đập 3 van đảo chiều5/2 để điều khiển 3 xilanh hoạt động, van đảo chiều được điều khiển bằng namchâm điện

Hình 3.1: Sơ đồ xilanh khí nén

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN.19

Sau khi hoàn thành đề tài này, chúng em đã nắm bắt được những kiếnthức cơ bản về các thiết bị vận tải, cơ cấu truyền động, cơ cấu chấp hành Nắmvững các công cụ hỗ trợ vẽ và thiết kế

Trên cơ sở lý thuyết đã tìm hiểu được, chúng em tiến hành thiết kế, chế

tạo và đạt được sản phẩm cụ thể, đó là xây dựng mô hình “ Thiết kế mô hình

cắt xiên tre điện khí nén”

Mô hình này thiết kế đơn giản, độ ổn định cao, dễ lắp đặt sữa chữa và vậnhành Góp phần vào việc nâng cao khả năng tự động hóa trong sản xuất, giảmnhẹ áp lực lao động cho công nhân, tăng năng suất

Tuy môn hình của chúng em vẫn còn nhiều tồn tại như: chưa có hệ thốngcấp phôi tự động một cách liên tục, xilanh vẫn còn chưa đủ lực để cắt nhữngphôi dày hơn,chỉ cắt được một sản phẩm nhất định… Rất mong thầy cô trongkhoa thông cảm và bỏ qua những lỗi của chúng em và giúp chúng em hoàn thiệnhơn Em xin cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO20

1 Bài giản: Thủy khí và lập trình PLC-Trần Ngọc Hải

2 Giáo trình : Hệ thống truyền động thủy khí-Trân Xuân Tùy_Trần NgọcHải

3 Thiết kế chi tiết máy- Nguyễn Trọng Hiệp và Nguyễn Văn Lẫm

4 Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí-Trịnh Chất và Lê Vưn Uyển

5 Giáo trình : Trang bị điện-Lê Tiến

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY 2

I: Sơ đồ nguyên lý: 2

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG MÁY VÀ CƠ CẤU MÁY 4

Phương án đầu cắt xiên 4

II: Khả năng ứng dụng thực tế : 3

Chọn hệ thống cấp phôi: 4

Chọn hệ thống thoát phôi: 5

Hành trình công tác: 6

Chọn hệ thống điều khiển thích hợp: 7

CHƯƠNG III:HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 13

Hệ thống điều khiển mạch điện: 13

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20