BÀI tập lớn THỦY lực KHÍ nén

Các hệ thống này nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng caonăng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, giải phóng người lao động ra khỏi những vị trí độc hại … Các hệ thống tự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN

THỦY LỰC &KHÍ NÉN

SVTH : Phạm Đoan Khang Mã SV: 11019367

Lớp : CĐT K17TN Mã lớp: 110191A

GVHD : Lê Quang Huy Mã đề : 10

Hưng Yên, tháng 7 năm 2021

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay ở tất cả các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp đều trang bị các hệ thống tựđộng hoá ở mức cao Các hệ thống này nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng caonăng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, giải phóng người lao động ra khỏi những vị trí độc hại

…

Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát quy trình công nghệ thôngqua các chỉ số của hệ thống đo lường kiểm tra Các hệ thống tự động hoá thực hiện chức năngđiều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiển toàn bộ quy trình công nghệ hoặc toàn

bộ xí nghiệp nói chung Hệ thống tự động hoá đảm bảo quy trình công nghệ trong điều kiện cầnthiết và đảm bảo nhịp độ sản xuất mong muốn của từng công đoạn Chất lượng của sản phẩm vànăng suất lao động của các phân xưởng, của từng nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc rất lớn vào chấtlượng làm việc của các hệ thống tự động hoá này Để phát triển sản xuất, ngoài việc nghiên cứuhoàn thiện các quy trình công nghệ hoặc ứng dụng công nghệ mới, thì một hướng nghiên cứukhông kém phần quan trọng là nâng cao mức độ tự động hoá các quy trình công nghệ Với nhu

cầu trên em đã được giao đề tài BTL Thủy lực & Khí nén

Để hoàn thành được đề tài này em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Quang Huy đã hướng dẫn em

tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thiện bài

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy!

Hưng Yên, Tháng 7 Năm 2021

Sinh viên thực hiện

Phạm Đoan Khang

ĐỀ 10

Câu 1(5 điểm):

Cho sơ đồ bố trí của hệ thống điều khiển khí nén

- Lực uốn 500N, hành trình 200mm Yêu cầu:

- Viết yêu cầu công nghệ

- Tính toán(Dpiston, drod,P,Q lượng khí tiêu thụ trên

mỗi hành trình của xy lanh) và lựa chọn các phần

tử cho hệ thống(van, xylanh – kiểu lắp xy lanh, đầu

nối khí, ống khí, cảm biến, công tắc hành trình…)

- Xây dựng giản đồ trạng thái, tín hiệu

- Phân tích tín hiệu

- Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén

+ Đánh số cầu đấu trên sơ đồ mạch điện

 Tính toán(Dpiston, drod,P,Q) và lựa chọn các

phần tử cho hệ thống(van, xylanh – kiểu lắp xy

lanh, đầu nối , ống dẫn dầu, cảm biến, công tắc

Câu 1:

a.Yêu cầu công nghệ:

- Hệ thống uốn phôi gồm 2 xy lanh được điều khiển bằng hệ thống điện khí nén

- bài toán điều khiển 2 xy lanh theo :

1A+2A+1A-2A Khi phôi được đưa vào , nhấn nút S1 xy lanh 1A đi ra đến cuối hành trình tác động vào cảm biến từ được lắp trên xy lanh thì xy lanh 2A bắt đầu đi ra hết hành trình

- Sau 2s xy lanh 1A đi về hết hành trinh tác động vào cảm biến từ , xylanh 2A đi về Áp suất của dòng khí được giữ ổn định bằng van điều

áp tương đương với lực uốn của ly lanh là 500N

- Nhấn nút S1 chỉ có tác dụng khi 2 xy lanh ở vị trí trong cùng Hệ thống có nút dừng khẩn cấp Tốc độ hành trình đi ra của xy lanh đượcđiều khiển bằng van tiết lưu tích hợp trên xy lanh Hệ thống chỉ hoạt động khi phôi được giữ cố định an toàn

b Tính toán(Dpiston, drod,P,Q lượng khí tiêu thụ trên mỗi hành trình

của xy lanh) và lựa chọn các phần tử cho hệ thống(van, xylanh – kiểulắp xy lanh, đầu nối khí, ống khí, cảm biến, công tắc hành trình…)

 drod ( Đường kính cần piston) :

Bảng 1-1 Mối quan hệ giữa đường kính cần, hành trình và lực đẩy

của piston Theo yêu cầu công nghệ:

- Lực đẩy piston lớn nhất F = 500N

- Hành trình : L = 200 mm

Từ Bảng 1.1, lựa chọn đường kính cần piston là drod = 8 mm

 Dpiston ( Đường kính piston):

Bảng 1-2 Mối quan hệ giữa đường lực đẩy, áp suất và đường kính

của piston Lựa chọn nguồn áp suất có áp suất trong khoảng từ 7 bar, áp suất tại hành trình đi ra của xi lanh được giữ ổn định tại giá trị P sao cho lực đẩy đạt 500N

Từ Bảng 1.1, lựa chọn đường kính piston là Dpiston = 32 mm

 Kiểm nghiệm lại thông số:

Lựa chọn xi lanh tác động kép với D = 32 mm; d = 8 mm; Fms ≈ 10%; F = 500 N

Lực ma sát : Fms=

1 10

Flt =

1 10

Flt=

9 10

.8,042 10-4.p =7,238 10-4.p

= Fđẩy=500N

 Áp suất cần để piston đạt lực đẩy 500N tại hành trình đẩy là :

P = = = 690799(N) 6,908 (bar) 7 bar ( áp suất nhỏ nhất củanguồn)

Vậy chọn giá trị cho van áp suất để giới hạn áp suất cấp cho hànhtrình thuận của xi lanh là

6,908 bar

 Lượng khí tiêu thụ trên mỗi hành trình của xy lanh :

Việc chuẩn bị một lượng khí không cần thiết hay thống kê sự tổn hao năng lượng khínén đúng với lượng không khí đã chuẩn bị là một việc quan trọng Với một áp suất cungcấp xác định, đường kính Piston và hành trình cho trước, sự tiêu thụ không khí có thểđược tính theo công thức :

Lượng khí nén tiêu thụ = Tỷ số nén Tiết diện bề mặt làm việc của Piston

( )

d

p p kPa p

.L =7,82 3,1416 20cm

= 70753,86(cm3)

 Lựa chọn các phần tử cho hệ thống :

1, Xi lanh

Với thông số như trên ta lựa chọn xy lanh :

Chọn xi lanh khí nén của hãng SMC dòng CM2 loại CDBM2G32-200AK-HL-M9B-C

Bảng 1-3 Thông số dòng xi lanh CM2

Thông số kí thuật :

- Bore size (Dpiston) =32

D= 12 (> drod =8mm, thỏa mãn điều kiện)

- Ren kết nối P là ren 1/8

- Áp suất tối đa : 10 bar

- Áp suất phá hủy: 15 bar

- Tùy chọn vòng từ : Có từ

- Nhiệt độ lưu chất : -10 ÷700C

- Giảm chấn : cao su, đệm khí

-Kiểu lắp: Vì xi lanh sử dụng để tạo lực đẩy( lực ép ) nên ta chọn kiểu

lắp cứng ở cuối xi lanh như hình

2, Ống khí

- Vận tốc trung binh của piston thay đổi trong phạm vi từ 0.1 đến 1.5 m/s Với các xy lanh đặc biệt có thể đạt tới 10m/s.

Qmax = A.vmax

= π

2

4

piston D

.1,5 = 3,1416 (m2).1,5(m/s)

= 1,206.10-3(m3/s)

Hình 1-3 Mối liên hệ lưu lượng, áp suất và đường kính trong dây

Như đã tính toán ở phần Tốc độ truyền động của xi lanh, với lưu lượng

khí tối đa

Q = 1,206.10-3(m3/s) =1,206 ( lít /s), vì ống nối sử dụng đồng thời cho 2 xi lanhnên Q’= 2Q = = 2,412lít /s), với áp suất của nguồn là 7 bar

Ta lựa chọn ống khí có đường kính trong tối thiểu 1/8’’=2/16’’

Từ bảng quy đổi, với đường kính trong tối thiểu 2/16’’, ta chọn dây nối

khí nén có đường kính trong ít nhất 5mm

 Chọn mua dây dẫn khí nén PU 8mm5mm100m:

- Chất liệu: nhựa 100% TPU tinh khiết

- Quy cách: 5x8 (đường kính trong (ID) 5mm đường kính ngoài (OD) 8mm)

3, Đầu nối khí

Yêu cầu:

- Cút nối góc ren 1/8 lắp trên xi lanh, đường kính lắp dây nối φ

D=8, chịu áp tiêu chuẩn 12 bar

- Đầu nối khí nén nhanh chia 3 T : Kết nối 3 đầu ống khí cùng đường kính

φ

D=8

Chọn sản phẩm có nhãn : PE08 , đường kính lắp ống khí φ

D=8mm, chịu

áp tiêu chuẩn 12 bar

- Đầu nối hơi khí nén nhanh: Kết nối các cổng của van phân phối khí nén với

ống dẫn khí φ

D=8mm

+ Chọn mã sản phẩm PC802, ren 1/4 để kết nối giữa đầu ra của van( sẽ chọn ởphần lựa chọn van ) với ống nối đường kính φ

D=8mm nối tới xi lanh + Chọn mã sản phẩm PC1002, ren 1/4 để kết nối giữa ống nối của nguồn vớiđầu vào khí của van φ

D= 10mm

- Giảm âm, giảm thanh: Giảm thanh tại của xả của van phân phối khí nén 5/2

Chọn sản phẩm kích cỡ : BSL01 ( ren 1/8 = 9,6 - 10 mm), như thông số tại cửa

xả khí cua van 5/2 ở phần chọn van

4, Van khí nén

4.1, Van giảm áp khí nén :

Trong hệ thống khí nén chỉ có một nguồn đầu vào mà áp suất tạihành trình của xi lanh phải giữ ở một giá trị không đổi để đạt được lựcđẩy tối đa là 500N, ta sử dụng van giảm áp để đảm bảo luồng khí nénđầu ra sau van áp suất khí nén bằng áp suất mà ta đặt (P=7 bar)

 Lựa chọn : Bộ lọc khí nén AIRTAC AFC2000 ren 13

Bộ lọc khí nén AIRTAC AFC2000 là sự kết hợp giữa bộ đôi bao gồm: AFR2000 (lọcđơn + điều áp) + AL2000 (Bộ cung cấp dầu hoặc gọi là bôi trơn) tạo thành bộ lọc ba

Thông số kỹ thuật :

- Áp suất làm việc tối đa : 10 bar

- Áp suất điều chỉnh : 0,5÷8 bar

- Nhiệt độ hoạt động : -5÷ 700C

- Hãng sản xuất : Đài Loan

4.2, chọn van khí nén

Van điện từ khí nén AIRTAC 4V220-08 là loại van khí nén 5/2 có 5 cổng 2 vị trí và

2 đầu coil điện, thường được dùng để điều khiển xi lanh khí nén.

Kích thước cổng: 1/4''.(ren 13).

kích thước cổng xả: 1/8" (ren 9.6).

Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa.

Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí (1 đầu coil điện)

Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan)

Dòng series 4V200 có 3 loại như sau:

Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC

4V210-08 là loại van khí nén 5/2 có2 đầu coil điện (Ren 13mm)

Chọn cảm biến : CS1-S loại 2 dây

- Chọn 4 con cảm biến từ lắp ở đầu và cuối trên 2 xy lanh

Cách kết nối cảm biến từ CS1-S

 Xây dựng biểu đồ trạng thái và tín hiệu

 Mạch khí nén

 Phân tích tín hiệu và sơ đồ mạch điện

Câu 2 :

Yêu cầu :

- Lực ép: 200.000N

- Hành trình ép L = 1000mm

- Vận tốc ép Vmax= 500mm/p

Yêu cầu công nghệ :

- Trên hình lắp ráp thực hiện lắp ghép một ống lót nhựa vào chi tiết kim loại và được cố định bằng bu lông

- Khi khởi động S1 được nhấn , xy lanh 1A ép ống lót nhựa vào chi tiết kim loại Khi áp suất tại buồng nén đạt áp suất P thì động cơ thủy lực 2M quay và vặn bu lông vào theo bước ren Kết thúc quá trình nhấn nút S2 thì xy lanh 1A quay trở lại vị trí ban đầu đồng thời động cơ thủy lực dừng lại Khi xy lanh 1A quay về vị trí ban đầu hệ thống có đèn báosáng

1 tính toán :

a Dpiston, drod

- Chọn nguồn áp suất có áp suất giới hạn của hệ thống là 200 bar

- Chọn kiểu lắp : Vì xi lanh sử dụng để tạo lực đẩy( lực ép ) nên ta chọnkiểu lắp cứng ở cuối xi lanh như hình

- Từ đó tính chiều dài làm việc cho phép của cán xilanh là

L=Lm.k, quy định bởi đặc tính của lắp ghép Hệ số k = K /2,5 Với K tra trong bảng :

Trong trường hợp này cần piston lắp chặt trên bề mặt ép,không có dẫn hướng nên K= 4  k=K/2,5= 1,6

Từ đó tính được Lm =

L k

= (mm)

Kết hợp với lực đẩy yêu cầu F= 200.000 N, áp suất giới hạncủa hệ thống là 160 bar Ta gióng theo bảng tra được:

- Đường kính trong xi lanh Dpiston= 130mm

- Đường kính cần xi lanh drod= 37 mm

200000( )

10470719,94 0,16 ( )

4 4

piston hm

Vậy đặt giá trị cho công tắc áp suất là P = 104,7 bar

 Lưu lượng Q:

- Vận tốc ép Vmax= 500mm/p hay Vmax = 5 dm/p

 Lựa chọn phần tử còn lại cho hệ thống :

Tra bảng chọn ống có nhãn 387-4

2, Khớp nối nhanh

Khớp đầu đực và đầu cái tương ứng giữa xi lanh và ống dẫn dầu : mã B800106 và B800212 ren 3/4”

3, Van điều khiển

- Chọn Van phân phối thủy lực Yuken DSG-03-3C2

- Thông số kĩ thuật :

4, Công tắc hành trình, công tắc áp suất