Đồ án Tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điệ Nghiên cứu, ứng dụng PLC trong điều khiển tự động máy xấn tôn

® ã n g , m ë k h i k Ñ p c h i t iÕ t g ia c « n g Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 103 khoan về và tháo kẹp chi tiết gia công.Tác vụ của máy được trình bày như hình trên: Chương trình thang. EN D 00000 00001 01000 01000 00002 00003 01001 01001 00004 00005 01002 01002 00004 00006 01003 01003 00007 01004 § éng c¬ m ¸y khoan B¬m dÇu hoÆc khÝ nÐn cho c¸c van Solenoid 3 Solenoid 1 Solenoid 2 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 104 Trong đó: 00000 Công tắc bật máy khoan 00001 Công tắc tắt máy khoan 00002 Công tắc bật bơm khí nén hoặc dầu vào các van 00003 Công tắc tắt bơm khí nén hoặc dầu vào các van 00004 Công tắc giới hạn 4 00005 Công tắc giới hạn 3 00006 Công tắc giới hạn 2 00007 Công tắc giới hạn 1 01000 Động cơ khoan 01001 Bơm 01002 Solenoid 3 01003 Solenoid 1 01004 Solenoid 2 Các lệnh nhập trong PLC Omron. LD 00000 OR 01000 AND NOT 00001 OUT 01000 LD 00002 OR 01001 AND NOT 00003 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 105 OUT 01001 LD 00004 OR 01002 AND NOT 00005 OUT 01002 LD 00004 AND NOT 00006 OUT 01003 LD NOT 01003 AND 00007 OUT 01004 END(01) 4.6.3 Chương trình điều khiển trò chơi “ Đường Lên Đỉnh OLYMPIA” Yêu cầu: Sau khi người dẫn cương trình đã nêu xong các câu hỏi, các đấu thủ Player) sẽ bấm nút trước mặt để giành quyền trả lời, sau khi bất kỳ đấu thủ nào bấm nút, chuông sẽ kêu trong 10 giây. Cùng lúc đó đèn trước mặt đấu thủ đó sẽ sáng và chỉ được tắt ( Rest) bởi người dẫn chương trình. Các ngõ vào ra. Ngõ vào Ngõ ra 00000 – Nút bấm đấu thủ 1 01000 Còi 00001 – Nút bấm đấu thủ 2 01001 Đèn của đấu thủ 1 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 106 00002 – Nút bấm đấu thủ 3 01002 Đèn của đấu thủ 2 00003 – Nút tắt (Reset) 01003 Đèn của đấu thủ 3 Chương trình thang 00003 01003 01002 01001 0000100000 0000100000 2000000002 T IM 000 01000 Phô00000 00001 00002 00000 00001 00002 01000 T IM 000 #0100 E N D (01) 01001 01002 01003 20000 T Ýn h iÖu phô 20000 20000 20000 00001 00000 00002 00002 00002 0000000001 C ßi § Ìn cña ®Êu thñ 1 § Ìn cña ®Êu thñ 2 § Ìn cña ®Êu thñ 3 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 107 Các lệnh nhập trong PLC Omron. LD 00000 AND NOT 00001 AND NOT 00002 LD NOT 00000 AND 00001 AND NOT 00002 LD NOT 00000 AND NOT 00001 AND 00002 LD 01000 OR LD AND NOT 20000 AND NOT TIM 000 OUT 01000 TIM 000 #0100 LD 00000 OR 01001 AND NOT 00001 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 108 AND NOT 00002 AND NOT 20000 OUT 01001 LD 00001 OR 01002 AND NOT 00000 AND NOT 00002 AND NOT 20000 OUT 01002 LD 00002 OR 01003 AND NOT 00000 AND NOT 00001 AND NOT 20000 OUT 01003 LD 00003 OUT 20000 END (01) 4.6.4 Chương trình PLC ứng dụng điều khiển cửa vào ở bãi đậu đậu xe. Yêu cầu: Thanh chắn ở bãi đậu xe sẽ mở cửa cho xe vào khi nạp đúng số tiền vào hộp thu. ở cửa ra, thanh chắn sẽ mở ra khi phát hiện có xe đến gần thanh chắn để cho xe ra ngoài bãi đậu. Hệ thống van-Piston được minh hoạ như sau: Thanh ch¾n quay quanh trôc Thanh ch¾n quay quanh trôc Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 109 Chương trình thang. TIM000 #0100 TIM000 20000 01001 00001 01000 00000 20000 01000 01001 20000 0000201000 01001 Phô Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 110 Thiết bị vào: 00000 Công tắc vận hành bằng đồng xu 00001 Công tắc giới hạn hành trình lên của thanh chắn vào, thường mở 00002 Công tắc giới hạn hành trình xuống của thanh chắn vào, thường đóng, chỉ mở khi thanh chắn hạ hết 00003 Cảm biến quang, nhận biết khi có xe ra Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 111 00004 Công tắc giới hạn hành trình lên của thanh chắn ra, thường mở 00005 Công tắc giới hạn hành trình xuống của thanh chắn ra, thường đóng, chỉ mở khi hạ hết Thiết bị ra: 01000 Cuộn Solenoid 1 01001 Cuộn Solenoid 2 01002 Cuộn Solenoid 3 01003 Cuộn Solenoid 4 20000 Rơ le nội 20001 Rơ le nội Các lệnh nhập trong PLC Omron. LD 00000 OR 01000 AND NOT 01001 AND NOT 20000 OUT 01000 LD 00001 TIM 000 #0100 LD TIM 000 OUT 20000 LD 20000 OR 01001 AND NOT 01000 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 112 AND NOT 00002 OUT 01001 LD 00003 OR 01002 AND NOT 20001 AND NOT 01003 OUT 01002 LD 00004 TIM 001 #0100 LD TIM 001 OUT 20001 LD 20001 OR 01003 AND NOT 01002 AND NOT 00005 OUT 01003 END (01) Trong ví dụ này ta có thể nâng cấp chương trình để có thể đáp ứng thêm tác vụ sau: Giả sử bãi đậu xe chỉ chứa được 100 xe, khi đó mỗi xe đi vào Sensor (S1) sẽ phát hiện và PLC sẽ cộng 1 vào tổng số xe có trong bãi và trừ đi 1 khi sensỏ 2 phát hiện có xe ra khỏi bãi đậu xe. Khi đã đủ 100 xe trong bãi thì đèn báo hiệu “ car pack full” sẽ sáng lên để báo hiệu các xe khác không được vào bãi. Phân bố thiết bị vào ra. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 113 Thiết bị vào: 00000 Sensor S1 00001 Sensor S2 Thiết bị ra: 01000 “ Car pack full ” Chương trình thang Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 114 4.6.5 Mạch điều khiển động cơ băng tải Mô tả qui trình hoạt động của hệ thống băng tải Băng tải gồm có ba phân đoạn và cần điều khiển sao cho động cơ của mỗi phân đoạn chỉ chạy khi có đối tượng đang nằm trên phân đoạn tương ứng. Vị trí của tấm kim loại được xác định bởi các cảm biến tiệm cận đặt gần nó (Sensor 1, 2, 3). Khi tấm kim loại nằm trong tầm phát hiện của một sensor, động cơ tương ứng sẽ vẫn tiếp tục làm việc. Khi tấm kim loại nằm ngoài tầm phát hiện của sensor, một bộ định thời trễ Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 115 sẽ được kích hoạt và khi thời gian đặt của timer hết động cơ tương ứng sẽ ngừng chạy. Phân bố các thiết bị vào ra Input Thiết bị ngoài Output Thiết bị ngoài 00000 Sensor1 01000 Motor 1 00001 Sensor2 01001 Motor 2 00002 Sensor3 01002 Motor 3 Chương trình thang 4.6.6 Hệ thống tự động bôi trơn dầu cho bánh xe Mô tả quy trình hoạt động: Khi bánh xe di chuyển về phía cảm biến S1, S1 sẽ phát hiện bánh xe và sẽ ra tín hiệu cho van điện từ V1 để cấp dầu bôi trơn cho bánh xe. Van E N D ( 0 1 ) 2 0 0 0 0 T I M 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 10 1 0 0 0 2 0 0 0 0 T I M 0 0 0 # 0 0 2 0 0 1 0 0 0 T I M 0 0 10 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 2 0 1 0 0 0 T I M 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 02 0 0 0 0 T I M 0 0 1 # 0 0 2 0 2 5 3 1 3 0 1 0 0 2 N C Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 116 V1 sẽ mở trong khoản thời gian ngắn để cấp một lượng dầu định trước cho bánh xe. Khi cảm biến S2 phát hiện mức dầu trong bồn chứa thấp, nó sẽ ra tín hiệu cảnh báo. Phân bố thiết bị vào ra: tInput Output 00000 Position detection (S1) 01000 Electromagnetic valve for oil 00001 Lower limit of lever (S2) 01001 Oil shortage arlam indicator Chương trình thang: 4.6.7 chương trình điều khiển dây chuyền đóng gói END(01) TIM000 01001 20000 00001 01001 00000 DIFD(13) 20000 TIM000 #0015 01001 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 117 khi nút bấm PB1 (Start) được bấm, băng tải hộp bắt đầu chuyển động. Khi phát hiện sự có mặt của hộp, băng tải hộp (Box conveyor) và băng tải táo. (Apple conveyor) bắt đầu hoạt động. Cảm biến đếm SE1 sẽ đếm số lượng quả táo cho đến khi đạt được 10 quả. Băng tải táo lúc này sẽ dừng và băng tải hộp lại hoạt động trở lại. Bộ đếm sẽ được reset và lại hoạt động lặp lại cho đến khi nút PB2 (Stop) được bấm. Phân bố các thiết bị vào ra Input Thiết bị ngoài Output Thiết bị ngoài 00000 Start push button(PB1) 01000 Apple conveyor 00001 Stop push button(PB2) 01001 Box conveyor 00002 Part Present (SE1) 00003 Box Present (SE2) Chương trình thang 20000 END(01) 00003 CTN 20000 00002 20000 20000 01001 CTN010 #0010 01000 00003 00000 00001 20000 PB2 PB1 Box conRun SE2 Run Run Box con CON VYR SE1 SE2 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 118 4.6.8 Mạch tự động điều khiển cửa kho: Đầu vào chuyển mạch siêu thanh phát hiện sự có mặt của xe. Bộ cảm biến quang điện (photosensor) sẽ phát hiện chiếc xe đang đi qua cửa.mạch điều khiển đầu ra chuyền cho motor của cửa kho mở hay đóng. Phân bố các thiết bị vào ra: Inputs Devices output Devices 00000 Untrosonic switch 01000 Motor to raise door 00001 Photoelectric switch 01001 Motor to lower door 00002 Door upper limit switch 00003 Door lower limit switch Sơ đồ thang END(01) 01001 20000 00001 00003 01000 01001 DIFD(14) 20000 00000 01000 0000100002 01000 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 119 Chương V ỨNG DỤNG PLC TRONG VIỆC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO MÁY XẤN TÔN TẠI NHÀ MÁY KHOÁ MINH KHAI 5.1 Khảo sát máy hiện có tại nhà máy 5.1.1 Giới thiệu chung về máy xấn tại nhà máy khóa Minh Khai. Máy xấn tại nhà máy khoá Minh Khai là máy xấn thuỷ lực được điều khiển bằng hệ thống điện. Bao gồm các mạch điện và hệ thống các tiếp điểm Rơ le. Máy xấn do Trung Quốc sản xuất năm1998. Máy này tạo ra các sản phẩm nhờ việc ép định hình (xấn) từ phôi liệu ban đầu là thép tấm thông qua lực ép thuỷ lực từ các Piston. Áp suất lớn nhất được tạo ra từ bơm Piston hướng trục là P = 23 Mpa. 5.1.2 Sơ đồ kết cấu của máy: Sơ đồ kết cấu của máy được chia làm ba bộ phận chính như sau: Sơ đồ kết cấu cơ khí: Sơ đồ kết cấu của hệ thống thuỷ lực và bộ điều khiển: Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 120 a) Sơ đồ kết cấu cơ khí của máy: Sơ đồ kết cấu cơ khí của máy được thể hiện qua một số bản vẽ chính như sau: Trong đó: 1 Thân máy 2 Hệ thống thuỷ lực 3 Trục khuỷu 4 Sống trượt 5 Lưỡi dập 6 Cữ chặn 7 Bàn đỡ phôi 8 Trụ trượt 9 Bộ vít me đai ốc 1 2 6 4 5 7 10 11 H×nh chiÕu tæng thÓ m¸y chÊn t«n 3 8 9 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 121 10 Tay quay cơ khí 11 Tủ điện Trong đó 1 Mô tơ 4 Xi lanh 3 2 Xi lanh 1 5 Trục vit 3 Xi lanh 2 6 Công tắc hành trình C-CB-B B A B C B C B A 2 3 4 5 6 7 1 KÕt cÊu xi-lanh thuû lôc Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 122 1 Tay quay 6 Trục vít 2 Gối đỡ khuôn 7 Đĩa căng xích 3 Vít me đai ốc 8 Xích truyền động 4 Trụ trượt 9 Bộ bánh răng truyền động KÕt cÊu bé phËn ®iÒu khiÓn cò chÆn 2 3 4 5 10 9 8 7 1 6 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 123 5 Cữ chặn 10 Mô tơ TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA CỮ CHẶN Cơ câu điều khiển cữ chặn: 1.Bộ truyền đai: Do cơ cấu điều khiển không có yêu cầu gì đặc biệt nên ta chọn loại đai và động cơ như sau +Đai: đai thang bằng cao su. Kí hiệu: O (Nga) +Động cơ: 4A có các thông số kỹ thuật sau Kí hiệu: 4A71B6Y3 Công suất:0,55 Kw Số vòng quay: 920 v/ph Chọn tỉ số truyền: u = 2 1 n n = 2 d1 = 80 mm d2 = u.d1 =2.80 = 160 mm ⇒ khoảng cách trục: n Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 124 a ≥ (1,5 ÷ 2)(d1 +d2) = 480 mm Ta chọn a = 480 mm ⇒ Góc ôm trên bánh chủ động được tính theo công thức sau: ( ) ( ) 0000120 1 170480 57.8016018057.180 =−−=−−= a ddα 2.Bộ truyền bánh răng : Ta chọn : + Tỉ số truyền: u = 4 + Mô đun cặp bánh răng : m = 2 + Số răng bánh răng chủ động : Z1 = 21 răng ⇒ Số răng bánh răng bị động : Z2 = Z1.u = 21x4 = 84 răng ⇒ Đường kính vòng chia bánh răng chủ động: d1 = m.Z1 = 2.21 = 42 mm ⇒ Đường kính vòng chia bánh răng bị động: d2 = m.Z2 = 2.84 = 168 mm ⇒Khoảng cách trục: aW = m.(Z1+Z2)/2 = 2.(42+84)/2 = 126 mm 3.Bộ truyền xích: Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 125 Do yêu cầu của bộ truyền là phải dẫn động cho hai trục mang cữ chặn có số vòng quay bằng nhau nên tỉ số truyền là: u = 1 Do tải trọng nhỏ không yêu cầu độ chính xác quá cao nên ta chọn loại xích con lăn, +Bước xích p = 24,5 mm +Số răng bánh mỗi đĩa xích là: Z1 = Z2 = 15 răng ⇒ Đường kính đĩa xích được tính theo công thức: ( ) mmZ pdd 92 )15/180sin( 5.24 /sin21 ==== π A-A KÕt cÊu C¬ khÝ §iÒu chØnh lªn xuèng cña luìi c¾t KÕt cÊu khu«n dËp Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 126 A B KÕt cÊu Luìi c¾t C¸c h×nh d¹ng ph«i cã thÓ dËp Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 127 b) Kết cấu của hệ thống thuỷ lực Hệ thống thuỷ lực của máy xấn như sau: Yv1a Yv1b Yv2b Yv2a 8 Yv3 14 15 8 7 14 1616 18 16 S¬ ®å thñy lùc m¸y xÊn trung quèc Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 128 Trong đó: 1 Động cơ ba pha 10 Van tiết lưu 2 Bơm dầu 11 Đồng hồ đo áp suất 3 Van tiết lưu (điều chỉnh lưu lượng) 12 Van an toàn 4 Van tiết lưu đường dầu về 13 Van điều áp 5 Van đảo chiều 4 của 3 vị trí 14 Piston hành trình kép 6 Van đảo chiều 4 của 3 vị trí 15 Piston đơn 7 Van một chiều 16 Van một chiều 8 Van an toàn 17 Lọc dầu 9 Cụm van điều áp 18 Thùng dầu Nguyên lý làm việc: Khi bơm dầu được bật dầu được hút qua bộ lọc dầu và đến bộ chia để đi đến các van khi có tín hiệu cho phép. Công suất để điều khiển các van được cấp từ bộ điều khiển điện nhằm đóng mở các van trong hệ thống thuỷ lực. Hành trình xuống. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 129 Khi cuôn Yv1a và cuộn Yv3 được cấp công suất, các cuộn này mở từ đó dầu có thể đi qua các van này ( theo chiều mũi tên được kí hiệu trong van ) rồi đi đến xi lanh. Trong khi đó dầu được thoát ra ở phía dưới và đi về bể dầu, khiến cho Piston chuyển động xuống dưới. Khi Piston đi xuống và chạm vào công tắc giới hạn xuống, sự chạm này làm mở cuộn Yv1a và Yv2b do đó các Piston đi xuống chậm hơn. ở đây xảy ra quá trình ép định định hình ( tạo sản phẩm). Sau khi quá trình ép định hình đã hoàn tất ta cần lấy sản phẩm ra và cung cấp phôi mới khi đó cuộn Yv1b được cấp công suất. Đó là quá trình lên. Để máy ở chế độ hoạt động không tải (treo) thì cuộn Yv2a luôn được cấp công suất. Cụm van tràn 13 có tác dụng giữ một áp suất nhất định trong hệ thống và có nhiệm vụ xả bớt áp suất khi hệ thống quá tải. Các van tiết lưu có trong hệ thống có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng khiến cho các Piston chuyển động đều hơn. Từ đó ta có bảng trạng thái theo sơ đồ thuỷ lực trên. B¶ng tr¹ng th¸i cña s¬ ®å thñy lùc Van Yv1a Yv1b Yv2a Yv2b Yv3 Yv4 Ho¹t ®éng kh«ng t¶i (Treo) Xu«ng nhanh Xuèng chËm X¶ ¸p lùc Lªn Vi chØnhTr¹ng th¸i + + + + + + + + + + + Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 130 Tinh toán và chọn các bộ phận trong hệ thống thuỷ lực: Các thông số cho trước: Vận tốc của khối trượt: ở chế độ xuống nhanh v = 60 mm/s: ở chế độ xuống chậm v = 10 mm/s: ở chế độ lên v = 60 mm/s: Đường kính Piston nhỏ: d1 = 15 cm. Đường kính Piston lớn : d2 = 18 cm. Trọng lượng của khối trượt: G = 1000 Kg. Lực ép cần để xấn ( cao nhất) P = 1300 KN. Cần tính: áp suất bơm pb: lưu lượng bơm: Qb: công suất động cơ: Nđc: ⇒ loại bơm và loại động cơ: Gọi f là diện tích bề mặt của Piston nhỏ: F là diện tích bề mặt của Piston lớn: pb: là áp suất của bơm: Ta có phương trình cân bằng lực: GPpFpF bb −=×+×× 212 212 FF GQpb + −=⇒ Trong đó: 2 22 1 1 1754 15 4 cmdF === ππ Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 131 2 22 2 2 2554 18 4 cmdF ≈== ππ Tổng diện tích bề mặt của các Piston là: Σdt: 21 2∑ += FFdt 242 10.6056052551752 mcmdt −==+×=∑ Từ đó: MPaphay mNp b b 3,21: /10.3,21 605 10.12900 10.605 130000010000 266 4 = ≈=+−= − Lưu lượng bơm và lưu lượng tự chảy do chênh lệch áp suất giữa thùng dầu và xilanh: Qtt= ΣFxilanh.v Lưu lượng nhỏ nhất ứng với vmin: vmin= 10 mm/s = 600 mm/ phút = 0.6 m/ ph. ph mQtt 3 44 min 10.3636.010.605 −− =×=⇒ phut litQhay tt 3.36: min = Lưu lượng lớn nhất ứng với vmax: vmax= 60 mm/s = 3600 mm/ phút = 3.6 m/ ph. ph mQttMax 3 44 10.20236.310.605 −− =×=⇒ phut litQhay tt 3.202: max = Do trong quá trình xấn dầu chỉ do bơm cung cấp nên Qttmin chính bằng lưu lượng dầu do bơm cung cấp đã bị tổn thất trong hệ thống thuỷ lực. Để bù lại phần tổn thất ta lấy lưu lượng của bơm là 40 lít/phút. Tính công suất của động cơ: Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 132 Gọi N là công suất truyền động của bàn trượt: Ta có: N= P.v/60 [w] P [N] v [m/ph]. Với: KNPphmv 1300;/48.0 == 3 3 10.10 60 48.010.1300 ≈×=⇒ N w. KwNhay 10: = Vậy ta chọn bơm là bơm Pitông hướng trục: +Kí hiệu: H∏P – 50M (Nga) +Lưu lượng lớn nhất: 50 Lít/ phút. +Áp suất làm việc lớn nhất: P = 250 MPa +Công suất truyền động N = 12.5 Kw. +Số vòng quay trục bơm n = 960 vg/ phút. +Hiệu suất: η = 0.8 ⇒ Công suất cần thiết của động cơ điện là : KwNNdc 5.158.0 5.12 === η Vậy cần chọn động cơ điện có thông số như sau: +Công suất 15.5 Kw 220/380V 50Hz +Số vòng quay: n = 960 vòng/ phút. Hoặc ta có thể chọn động điện cơ và bơm dầu của Việt Nam hay Liên Xô sản xuất với công suất và vòng quay phù hợp. Tính toán bơm piston hướng trục a. cấu tạo và nguyên lý làm việc Trên hình vẽ trình bày sơ đồ kết cấu của một bơm hướng trục có liên kết giữa piston và đĩa nghiêng 2 là liên kết tỳ . Bơm thực hiện việc phân phối chất lỏng bằng đĩa phân phối3 . Bloc xilanh1 quay cùng trục Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 133 5 4 312 α và nghiêng với đĩa nghiêng 2 một góc α . Góc α này được điều chỉnh nhờ một cơ cấu phụ4 . Các lò xo 5 làm nhiệm vụ đẩy các piston luôn tỳ vào đĩa nghiêng. Kết cấu bơm pisotn hướng trục có liên kết giữa piston và đĩa nghiêng Khi bloc xilanh quay độ nghiêng giữa trịc của bloc xi lanh và của đĩa nghiêng tạo nên hành trình chuyển động của các piston . Mỗi cặp piston – xilanh thực hiện việc hút đẩy chất lỏng theo nguyên lý hút đẩy của một bơm piston đơn . Khi điều chỉnh góc nghiêng α sẽ cho phép điều chỉnh lưu lượng của bơm. b.Lưu lượng của bơm piston hướng trục * Lưu lượng rung bình Lưu lượng lý thuyết trung bình của bơm piston hướng trục được tính theo công thức sau : nzsdnqQlt ...4. 2Π== Trong đó : d- đương kính của piston; s- hành trình cả piston; z- số piston; Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 134 α O O A B γ 1 2 3 4 s = D. sinγ = Dx. tgγ D - đường kính của đĩa nghiêng; Dx - đường kính của mặt trụ trên đó phân bố các đường trục của các xilanh. Vì vậy : γsin..... 4 . 2 DnzdnqQlt Π== Hoặc : γtgDnzdnqQlt .....4. 2Π== *Lưu lượng tức thời Để tính lưu lượng tức thời của bơm , chúng ta sẽ tìm phương trình chuyển động và xác định vận tốc tức thời của các piston. Giả thiết tại thời điểm ban đầu , tay quay ở vị trí A . Khi đĩa nghiêng quayđược một góc ϕ ( cungAB ) , thì piston dịch chuyển được một đoạn x (hình vẽ ): x = AB’.sinγ = (OA – OB’).sinγ = (OA – OBcosϕ).sinγ = (R - R cosϕ).sinγ x = R(1 - cosϕ). sinγ Trong đó , R là bán kính làm việc của đĩa nghiêng ( bán kính tay quay) . Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 135 ϕ y x x sơ đồ tính lưu lượng của bơm piston hướng trục Như vậy, vận tốc chuyển động của piston trong xi lanh sẽ là : v= dt d d dx dt dx ϕ ϕ= = R.ω sinγ sinϕ Lưu lượng tức thời của mỗi piston là : ϕγωϕ sin.sin..4.4 22 Rdvdq Π=Π= Lưu lượng tức thời của m piston trong hành trình đẩy sẽ là : Qϕ = 4 2dΠ R.ωsinγ.[ sinϕ + sin(ϕ + a )+ ... + sin(ϕ + m.a )] = 4 2dΠ R.ωsinγ.∑ = + m ii ai ).(sinϕ Trong đó a = z Π2 là góc giữa hai piston kề nhau hình vẽ : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 136 Qϕ 0 Π 2Π Sơ đồ tính lưu lượng tức thời của bơm piston hướng trục – góc giữa hai piston kề nhau Trong hình vẽ (dưới) là đồ thị lưư lượng tức thời của một bơm piston hướng trục . Cũng như bơm piston hướng kính. hệ số không lưu lượng của bơm piston hướng trục sẽ giảm theo chiều tăng của số piston và trong một khoảng lân cận liên tíêp của số piston, dao động lượng của bơm có số piston lẻ nhỏ hơn so với bơm có số piston chẵn . Việc điều chỉnh góc nghiêng giữa trục bloc xilanh và đĩa nghiêng (để điều chỉnh lưu lương) được tiến hành trong một khoảng với giá trị giới hạn là : γmax <200 đối với bơm. γmax <300 đối với động cơ Sở dĩ hạn chế góc γmax không quá lớn vì khi tăng góc γ hành trình của các piston sẽ tăng nhưng lực tác dụng lên các cổ cũng tăng. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 137 P N Q A x x y γ y A T Q ϕ Lưu lượng tức thời của bơm piston hướng trục Môme quay của bơm Trong bơm piston hướng trục,áp lực của lỏng lên bề mặt piston, thông qua đĩa nghiên tạo nên một mô men tác dụng lên trục bơm. Gọi P là áp lực chất lỏng tác dụng lên piston: P = p. 4 . 2dΠ P được phân thành hai lực thành phần (hình 3.41 ) như sau : P = P.sinγ N = P.cosγ Lực Q trong mặt phẳng đĩa nghiêng được phân thành lực vòng T và một lực hướng tâm . Lực vòng T này sẽ tạo nên momen trên trục máy : M0 = R.T M0 = R.P.sinγ sinϕ hay M0 = Rx.P.tgγ sinϕ Trong đó R – bán kính của đĩa nghiêng ( R = D/2) T = Q .sinϕ Rx – bán kính của mặt trụ phân bố các trục xi lanh Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 138 Sơ đồ tính momen quay của bơm piston hướng trục. Tổng momen của m piston trong hành trình đẩy là : Mϕ = ∑ = m ii M 0 = R.P.sinγ.[ sinϕ + sin(ϕ + a )+ ... + sin(ϕ + m.a )] Mϕ = R.P.sinγ∑ = + m ii ai ).(sinϕ So sánh công thức tính lưu lượng tức thời và công thức tính momen tức thời chúng ta thấy qui luật biến thiên của mômen tức thời giống như đối với lưu lượng tức thời . Khi lưu lượng đạt giá trị cưc đại , mômen cũng đạt giá trị cực đại , khi lưu lượng có giá trị cực tiểu , mômen cũng có giá trị cực tiểu Tính toán bể dầu. Cơ sở để tính toán bể dầu là đảm bảo nhiệt độ T của dầu không vượt quá một giới hạn là 55 ÷ 600 C sau thời gian làm việc t giờ, ta dùng công thức được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt, nếu như giả thiết nhiệt độ dầu khi khởi động bằng nhiệt độ không khí: )1]([1 . 0 . .. . 0 1 Ce Fk KTT t GcVc Fk ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= +− γ Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 139 Trong đó: T0 : Nhiệt độ không khí xung quanh ( 0C ). K = 633 (kcal/ giờ): là tổng nhiệt lượng được sản ra do tổn thất công suất trong hệ thống dầu ép k hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào môi trường làm nguội: - ở bể dầu đặt trong thân máy: k = 8,7 ( kcal/ m2 0C giờ). - ở bể dầu đặt ngoài không khí k = 13 ( kcal/ m2 0C giờ). - ở bể dầu làm nguội bằng quạt không khí k = 20 ( kcal/ m2 0C giờ). - ở bể dầu làm nguội bằng nước lưu thông k = 95 ÷ 150 ( kcal/ m2 0C giờ). F là diện tích bề mặt truyền nhiệt của bể dầu (m2), có thể lấy gần đúng: F = F1+ F2/ 2 Trong đó: F1: diện tích bề măt tiếp xúc với dầu (m2). F2: diện tích bề mặt không tiếp xúc với dầu (m2). c ≈ 0,45 kcal/ kg.0C: là tỉ nhiệt của dầu. c1: tỉ nhiệt của vật liệu làm bể dầu ( kcal/ kg.0C). Trường hợp làm bằng gang c1 = 0,12 ( kcal/ kg.0C). - Trường hợp làm bằng thép c1 = 0,11 (kcal/ kg.0C). - G trọng lượng bể dầu (kg). Từ công thức (1) ta có thể xác định nhiệt độ ổn định của dầu, khi t → ∝ )2]([ . 0 0 CFk KTT += Thực nghiệm đã cho thấy rằng nhiệt độ của dầu tính từ công thức (2) so với nhiệt độ tính từ Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 140 công thức (1) trong thời gian một ca làm việc chỉ sai lệch 5 ÷10 %, vì thế trong thực tế người ta dùng công thức (2) để xác định kích thước của bể dầu. Ta xét mối quan hệ của bề mặt truyền nhiệt F trong công thức (2) với thể tích dầu cần thiết V. Giả thiết là: - Chiều ngang bể dầu: a (m). - Chiều dài bể dầu: b = k1.a(k1 – hệ số tỉ lệ). - Chiều cao bể dầu: H = k2.a. - Chiều cao mực dầu: h = 0,8H = 0,8.k2.a Thì diện tích bề mặt tiếp xúc với dầu ( kể cả đáy bể dầu ) có thể viết như sau: F1 = a2( k1 + 2.0,8.k2 + 2.0,8.k1.k2 ) Và diện tích bề mặt không tiếp xúc với dầu ( kể cả nắp bể). F2 = a2( k1 + 2.0,2.k2 + 2.0,2.k1.k2 ) Vì điều kiện truyền nhiệt ở hai loại bề mặt trên là không như nhau nên ta lấy bề mặt truyền nhiệt của bể dầu theo công thức: F = F1 + F2/2 = a2( 1,5k1 + 1,8.k2 + 1,8.k1.k2) (3) Thể tích của dầu ở trong bể: V = a.b.h = 0,8.k1.k2.a3 (4) Từ công thức này ta rút ra trị số a và thay vào công thức (3), ta có: )5(. ).8,0( .8,18,15,1. 3 2 3 2 21 21213 2 V kk kkkkVF α=++= Nếu thay đổi k1 = 1 ÷ 3 và k2 = 1 ÷ 2 thì α = 6 ÷ 6,9. Ta lấy trị số trung bình α = 6,4 ứng với k1 = 2,65 và k2 = 1, khi đó quan hệ giữa bề măt truyền nhiệt và thể tích dầu như sau: )6]([4,6 23 2 mVF = Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 141 Thay (6) vào (2) ta có: 3 20 4,6 Vk KTT += Từ đây ta có thể xác định thể tích dầu cần thiết : )7( 4,6)(4,6 33 0 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Δ=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −= Tk K TTk KV Nhiệt độ dầu giới hạn không quá 55 ÷ 60 0C, và nếu nhiệt độ trung bình trong phân xưởng thay đổi từ 20 ÷ 25 0C, thì ΔT = 35 0C. Với bể dầu đặt ngoài không khí của máy ta chọn: k = 13 (kcal/ m2 0C giờ). Thay các giá trị tìm được vào công thức (7) ta được: )(10135,0 35.13.4,6 633 3 3 mV =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= Thay V vào (6) ta có: ][391,110135,04,6 23 2 mF == Thay F vừa tìm được vào công thức (3) ta có: 1,391 = a2(1,5k1 + 1,8k2 +1,8k1k2) = a2(1,5.2,65 + 1,8.1 + 1,8.2,65.1) = a2.10,545 )(363,0 545,10 391,1 ma ==→ Chọn a = 40 ( cm ) → b = k1.a = 2,65.40 = 106 ( cm ), chọn b = 110 ( cm ) → H = k2.a = 1.40 = 40 ( cm ), chọn H = 50 ( cm ) → h = 0,8.H = 0,8.40 = 32 ( cm ), chọn h = 40 ( cm ) Thể tích dầu cần thiết là: V = a.b.h = 40.110.50 = 220000 ( cm3 )= 220 ( lit ) 3. Chọn loại dầu sử dụng. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 142 a) Yêu cầu đối với loại dầu sử dụng. Hệ thống dầu ép làm việc trong giới hạn vận tốc, áp suất và nhiệt độ khá lớn. Trong điều kiện làm việc như thế, dầu dùng trong hệ thống dầu ép phải thoả mãn hàng loạt các yêu cầu mới có thể đảm bảo cho các cơ cấu làm việc được bình thường. Dựa trên những kinh nghiệm thực tế, các yêu cầu đối với dầu có thể tóm tắt như sau: - Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn của nhiệt độ và áp suất - Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ - Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt, hạn chế được khả năng xâm nhập của khí, nhưng dễ dàng tách khí ra. - Phải có độ nhớt thích hợp ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết di trượt nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất. - Dầu cần phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong nước và không khí, dầu dẫn nhiệt tốt. Trong những yêu cầu trên dầu khoáng vật được thoả mãn đầy đủ nhất. Hiện nay có rất nhiều loại dầu khác nhau phục vụ cho các hệ thống truyền động dầu ép. Các loại dầu này được chế tạo với những chất phụ gia khác nhau nhằm cải thiện những đặc tính như: Độ nhớt, độ bền hoá học và cơ học. Trong khi sử dụng chất lượng của dầu được đánh giá bằng độ nhớt và độ bền. b) Lựa chọn loại dầu. Trên thực tế ngành công nghiệp dầu mỏ đã sản xuất được rất nhiều loại dầu khác nhau phục vụ cho những hệ thống dầu ép có những yêu cầu khác nhau. Do đó khi thiết kế hệ thống dầu ép, việc lựa chọn loại dầu sử dụng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và vì thế khó đề ra nguyên tắc đồng nhất để lựa chọn, mà chỉ dựa trên những nguyên tắc tổng quát. Dưới đây xét đến một số loại dầu thông dụng được dùng trong hệ thống dầu ép (trong bảng đặc tính các loại dầu). Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 143 Nguyên tắc chung để lựa chon dầu là hệ thống làm việc với áp suất cao cần dầu có độ nhớt cao, và làm việc với vận tốc cao cần dầu có độ nhớt thấp. Từ đó ta lựa chọn loại dầu sử dụng là dầu công nghiệp 30 có các đặc tính như sau: Trọng lượng riêng ở 200c ≈900 Kg/m3 Độ nhớt ở 600c 27 ÷ 33 (cSt) Nhiệt độ ngưng tụ: -150c Giới hạn nhiệt độ làm việc 50c ÷ 600c. 3. Bộ lọc dầu. Khi làm việc dầu bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên ngoài vào, hoặc do chất bẩn trong bản thân dầu tạo nên. Những chất bẩn ấy sẽ làm kẹt các khe hở, các tiết diện chảy có kích thước nhỏ trong cơ cấu dầu ép gây nên những trở ngại và hư hỏng trong hoạt động của hệ thống dầu ép. Do đó trong các hệ thống dầu ép đều dùng bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu đó. Bộ lọc thường đặt ở ống hút của bơm dầu. Trường hợp cần dầu tinh khiết hơn đặt thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm và một ở cửa ra của hệ thống dầu ép. Tuỳ thuộc vào kích thước của chất bẩn có thể lọc được, bộ lọc dầu có các loại sau: - Bộ lọc thô: có thể lọc những chất bẩn có kích thước đến 0,1 (mm). - Bộ lọc trung bình: có thể lọc những chất bẩn có kích thước đến 0,01 (mm). - Bộ lọc tinh: có thể lọc những chất bẩn có kích thước đến 0,005 (mm). -Bộ lọc đặc biệt tinh: có thể lọc những chất bẩn có kích thước đến 0,001 (mm) Trong máy công cụ thường sử dụng bộ lọc trung bình và bộ lọc tinh, bộ lọc đặc biệt tinh được dùng trong phòng thí nghiệm. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 144 Dựa vào kết cấu ta có thể phân biệt được các loại bộ lọc dầu như sau : bộ lọc lưới, bộ lọc lá, bộ lọc giấy, bộ lọc nỉ, bộ lọc nam châm… Ta đi xét các loại thông dụng nhất. a). Bộ lọc lưới. Là bộ lọc dầu đơn giản nhất, cấu tạo gồm một khung cứng và lưới bằng đồng bao quanh. Dầu từ ngoài xuyên qua các mắt lưới và lỗ để vào ống hút. Hình dáng và kích thước của bộ lọc lưới rất khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí và công dụng của bộ lọc. - Do sức cản của lưới nên dầu khi qua bộ lọc bị giảm áp suất, khi tính toán tổn thất áp suất có thể lấy Δp = 0,3 ÷ 0,5 (bar). - Lưới để làm bộ lọc dùng loại có số lỗ từ 3100 ÷ 17000 trên 1cm2, với lưới có số lỗ 17000 trên 1 cm2 có thể lọc được chất bẩn có kích thước trên 0,05 (mm). Nhược điểm của bộ lọc lưới là chất bẩn dễ bám vào mắt lưới và khó tẩy ra. Do đó thường dùng để lọc thô, như lắp vào ống hút của bơm.Trường hợp này phải dùng bộ lọc tinh ở ống ra. b). Bộ lọc lá. - Bộ lọc lá là bộ lọc dầu dùng những lá thép mỏng để lọc dầu, đây là loại được dùng sử dụng rộng rãi nhất trong hệ thống dầu ép của máy công cụ. - Kích thước chất bẩn được lọc phụ thuộc vào chiều dầy lá thép, bề dầy này thuờng là: 0,08; 0,12; 0,20 và 0,3 (mm). - Số lá thép cần thiết sử dụng phụ thuộc vào lưu lượng cần lọc, chúng có giá trị lớn nhất là 1000 ÷ 1200 (lá). Tổn thất áp suất lớn nhất Δp = 4 (bar), lưu lượng lọc có thể là 8 ÷ 100 (lít/ ph). - Bộ lọc lá chủ yếu được dùng để lọc thô, ưu điểm là khi tách chất bẩn không cần dừng máy và tháo bộ lọc ra ngoài. c). Bộ lọc giấy. - ở những hệ thống dầu ép đòi hỏi độ sạch của dầu cao, phải dùng bộ lọc bằng giấy hoặc nỉ, dạ. Những bộ lọc này có thể lọc được Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 145 những chất bẩn có kích thước lớn hơn 0,005 (mm), đặc biệt có thể chế tạo những bộ lọc có thể lọc chất bẩn có kích thước lớn hơn 0,002 (mm). - Bộ lọc giấy có thể chế tạo với lưu lượng Q = 10 ÷ 120 (lit/ ph) với áp suất lớn nhất pmax = 210 (bar). Nhược điểm của nó là chóng bẩn và việc tẩy sạch phức tạp hơn các loại trên. d). Tính toán bộ lọc dầu. Để tính toán bộ lọc dầu, người ta dùng công thức tính lưu lượng chảy qua lưới lọc. )/(.. phlitpAQ ηα Δ= Trong đó : Q = 50 (l/ph) là lưu lượng qua bộ lọc dầu. A (cm2) diện tích toàn bộ bề mặt lọc. Δp = p1 – p2 = 0,4 (bar) là hiệu áp của bộ lọc. η = 27.10-2 [poise] độ nhớt động lực của dầu. α [ l/ cm2ph] hệ số lọc, đặc trưng cho lượng dầu chảy qua bộ lọc trên đơn vị diện tích và thời gian [l/ cm2ph]. Giá trị cụ thể tuỳ thuộc vào đặc điểm của bộ lọc với bộ lọc sử dụng là bộ lọc lưới ta có α = 0,05 [ l/ cm2ph]. Ta chọn bộ lọc dầu trên cơ sở diện tích A được suy ra từ công thức trên. )( . . 2cm p QA Δ= α η Thay số ta được: )(675 4,0.05,0 10.27.50 22 cmA ≈= − 4. Đường ống dẫn dầu. - Để nối liền các phần tử điều khiển với các cơ cấu chấp hành, với hệ thống biến đổi năng lượng ( bơm dầu, động cơ dầu ) người ta dùng các ống dẫn, ống nối. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 146 - Ống dẫn dùng trong hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực phổ biến là ống dẫn cứng (ống đồng, ống thép) và ống mềm (vải cao su và ống mềm kim loại có thể làm việc ở nhiệt độ 1350C). - Ống dẫn cần đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất trong ống nhỏ nhất - Ống đồng có ưu điểm là dễ làm biến đổi hình dáng nhưng đắt. Vì thế với những ống dẫn có tiết diện lớn và không cần uốn cong nhiều người ta thường dùng ống thép, thí dụ như ở ống dẫn chính, ống hút và ống nén của bơm dầu. Trong hệ thống dầu ép thường có những bộ phận di động. Để nối liền chúng với những bộ phận cố định người ta dùng các loại ống mềm. Nhược điểm của loại ống này là thể tích bị thay đổi khi áp suất tăng. Dù là loại ống nào thì cũng phải đảm bảo các điều kiện sau: - Đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất nhỏ nhất. - Các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít bị uốn cong để tránh sự biến dạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dầu. Xuất phát từ phương trình lưu lượng dầu chảy qua ống: vdQ . 4 2π= Với: Q [lít/phút] v : vận tốc chảy trong ống : v(m/s) Ta có đường kính ống là: )(.4 mm v Qd π= Vận tốc chảy trong ống thường dùng: ống hút : v=1,5 ÷ 2 m/s ống nén : v=3 ÷ 5 m/s Để kiểm tra bền của ống người ta dùng công thức sau: [ ] [ ]25 / .2 ..10 mN s pd=σ Ở đây [σ] :ứng suất cho phép của vật liệu làm ống. Vật liệu làm ống là thép [ ] ( ) [ ]25 /10600400 mN÷=σ Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 147 Đồng : [ ] [ ]25 /10.250 mN=σ Gang : [ ] [ ]2/250150 mN÷=σ P : áp suất lớn nhất của dầu trong ống [bar] s : Bề dày của thành ống Như vậy ta tính cho đoạn ống hút: Pmax = 23 Mpa = 230 bar Ta lấy vận tốc của dầu trong ống hút là: vhút = 2 m/s ⇒ mm v Qd 6.5 .2 50.4.4 === ππ Ta lấy dhút = 10 mm. Chọn vật liệu làm ống hút là thép ⇒ [ ] [ ]25 /10.500 mN=σ Ta có : [ ] 55 10.500 .2 ..10 ≤= s pdσ ⇒ mmpdpds 3,2 10 230.10 10 . 10.2.500 ..10 335 5 ===≥ Vậy ta chọn bề dầy của ống hút là : s = 3 mm. Tính toán cho đoạn ống nén: Chọn vận tốc của đoạn ống nén là: vnén = 4 m/s ⇒ mm v Qd 98,3 .4 50.4.4 === ππ Lấy dnén =8 mm. Chọn vật liệu làm ống nén là thép ⇒ [ ] [ ]25 /10.500 mN=σ Ta có : [ ] 55 10.500 .2 ..10 ≤= s pdσ ⇒ mmpdpds 84,1 10 230.8 10 . 10.2.500 ..10 335 5 ===≥ Vậy ta chọn bề dầy của ống hút là :s = 2.5 mm. 5- Chọn cơ cấu điều khiển và điều chỉnh Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 148 a)Van an toàn Van an toàn dùng để đề phòng quá tải trong hệ thống dầu ép Khi áp suất dầu trong hệ thống dầu ép vượt quá mức điều chỉnh van an toàn mở ra để đưa dầu về bể dầu do đó áp suất giảm xuống . Số lượng van sử dụng là 4 cái . vị trí được xác định trên sơ đồ thuỷ lực Cơ sở chọn van - Lưu lượng lớn nhất Qmax = 50 (l/ph) - áp suất lớn nhất Pmax = 230 (bar) - Tổn thất áp suất qua van Δp = 2 (bar) b). Van tiết lưu Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu do đố điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống dầu ép Van tiết lưu có thể đặt ở đường vào huặc đường ra của cơ cấu chấp hành Van tiết lưu có hai loại chính là van tiết lưu điều chỉnh dọc trục và van tiết lưu điều chỉnh quanh trục. Cơ sở chọn van tiết lưu: - Lưu lượng lớn nhất Qmax = 50 (l/ph). - áp suất lớn nhất Pmax = 230 (bar) - Tổn thất áp suất qua van Δp = 2 (bar) Ký hiệu van tiết lưu được chọn là Γ77 – 14, nó được đặt ở đường ra của cơ cấu chấp hành, có các đặc tính sau: - Lưu lượng 0,1 ÷ 70 (l/ph). - áp suất lớn nhất:230 (bar) c). Van đảo chiều Van đảo chiều là một loại cơ cấu điều khiển dùng để đóng mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để đảo chiều Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 149 chuyển động của các xilanh truyền lực hay động cơ dầu bằng cách thay đổi hướng chuyển động của dầu ép. Các thông số đặc trưng lựa chọn van đảo chiều : - Lưu lượng lớn nhất Qmax = 50 (l/ph) - áp suất lớn nhất Pmax = 230 (bar) - Tổn thất áp suất qua van Δp = 2 (bar) Ký hiệu van đảo chiều được chọn là: HV02542A – 220, có các đặc tính sau: - áp lực làm việc lớn nhất 230 bar. - Lưu lượng lớn nhất 50 (l/ph). - Tổn thất qua van 2 bar. d) Van một chiều điều khiển được hướng chặn: Nguyên lý hoạt động: Khi dầu chảy từ A qua B van thực hiện theo nguyên lý van một chiều nhưng khi dầu chảy từ B qua A thi phải có tín hiệu điều khiển tín hiệu bên ngoài tác động vào cửa X. Các thông số đặc trưng lựa chọn van một chiều: Ký hiệu van một chiều được chọn là: Van ở vị trí 16 trong mạch thuỷ lực: Kí hiệu Γ51-25, có các đặc tính sau: - áp lực làm việc lớn nhất 230 bar. - Lưu lượng lớn nhất 150 (l/ph). - Tổn thất qua van 2 bar. X A B Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 150 Van ở vị trí 7 trong mạch thuỷ lực: Kí hiệu Γ51-24, có các đặc tính sau: - áp lực làm việc lớn nhất 230 bar. - Lưu lượng lớn nhất 70 (l/ph). - Tổn thất qua van 2 bar. Các ký hiệu thường dùng trong sơ đồ thuỷ lực ĐỘNG CƠ VÀ BƠM B¬m lμm viÖc mét chiÒu cã l−u l−îng riªngcè ®Þnh vμ ®iÒu chØnh ®−îc q= const vμ q≠const B¬m lμm viÖc hai chiÒu cã q= const vμ q≠const §éng c¬ lμm viÖc mét chiÒu cã q= const vμ q≠const §éng c¬ lμm viÖc hai chiÒu cã q= const vμ q≠const M¸y thuËn nghÞch lμm viÖc mét chiÒu cã q= const vμ q≠const M¸y thuËn nghÞch cã b¬m lμm Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 151 CƠ CẤU PHÂN PHỐI CON TRƯỢT 2 10 Sè « t−¬ng øng víi sè ng¨n cña con tr−ît C¸c « cã mòi tªn t−¬ng øng víi h−íng chuyÓn ®éng cña chÊt láng Con tr−ît bèn cöa ba ng¨n Con tr−ît bèn cöa hai ng¨n Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 152 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 153 2 0 1 1 0 VÞ trÝ chê (ng¨n sè 0) cña con tr−ît t−¬ng øng víi vÞ trÝ ng¾t lÖnh ®iÒu khiÓn con tr−ît VÞ trÝ rÏ nh¸nh VÞ trÝ nèi ngang VÞ trÝ ®ãng VÞ trÝ lμm viÖc VÞ trÝ trung gian chuyÓn tiÕp Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 154 CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN B»ng tay B»ng ®ßn bÈy B»ng thuû lùc B»ng khÝ ®éng B»ng ®iÖn tõ B»ng con l¨n Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 155 C¬ cÊu tù h·m tõng vÞ trÝ ®uîc ®iÒu khiÓn M B»ng bé ®iÖn tõ -thuû lùc B»ng bé khÝ - thuû lùc B»ng lß xo B»ng ®éng c¬ ®iÖn Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 156 CƠ CẤU ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT VÞ trÝ ®ãng VÞ trÝ më A B Van h¹n chÕ ¸p suÊt chØnh s½n Van h¹n chÕ ¸p suÊt chØnh ®−îc B A Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 157 Van ®iÒu ¸p ®iÒu khiÓn tõ xa chÊt láng ®iÒu khiÓn trÝch tõ bé ®iÒu ¸p vμ håi ra ngoμiB A Z B A Z Z Van ®iÒu ¸p lμm viÖc kh«ng liªn tôc B A Van h¹n chÕ ¸p suÊt diÒu khiÓn tõ xa B A Z Van ®iÒu ¸p ®iÒu khiÓn tõ xa chÊt láng ®iÒu khiÓn trÝch tõ bé ®iÒu ¸p vμ håi tr¶ l¹i Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 158 CƠ CẤU ĐIỀU CHỈNH LƯU LƯỢNG Van tiÕt l−u cè ®Þnh Van tiÕt l−u ®iÒu chØnh ®uîc Van tiÕt l−u kh«ng nh¹y c¶m víi ®é nhít Bé song song cña van mét chiÒu vμ tiÕt l−u ®iÒu chØnh ®uîc §iÒu tiÕt l−u l−îng cè ®Þnh §iÒu tiÕt l−u l−îng ®iÒu chØnh ®−îc Bé song song ®iÒu tiÕt l−u l−îng vμo cña van mét chiÒu §iÒu tiÕt l−u l−îng cã ba nh¸nh Bé song song cña van mét chiÒu vμ tiÕt l−u ®iÒu chØnh ®uîc Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 159 VAN MỘT CHIỀU Van mét chiÒu kh«ng trÔ Van mét chiÒu cã trÔ A B Van mét chiÒu kÐp (s¬ ®å ®¬n gi¶n) A B Van mét chiÒu kÐp (s¬ ®å chi tiÕt) Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 160 CÁC CƠ CẤU KHÁC Bé läc A B A- Bé lμm nguéi B- Bé lμm nãng BÓ chøa C«ng t¸c thuû ®iÖn §ãng khung thiÕt bÞ trong mét nhãm ¸p kÕ Nguån ¸p suÊt Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 161 M §éng c¬ ®iÖn §éng c¬ nhiÖt Khíp nèi Xilanh lùc t¸c dông ®¬n Xilanh lùc t¸c dông kÐp Xilanh lùc vi sai Xilanh lùc cã gi¶m chÊn ( ë cuèi hμnh tr×nh, mét phÝa) Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 162 5.2 So sánh việc điều khiển hệ thống thuỷ lực cho máy xấn bằng PLC và bằng hệ thống tiếp điểm Rơ le ( hệ thống điều khiển điện). Một vấn đề đặt ra ở đây nữa là tại sao phải ứng dụng PLC cho máy. a) Phương pháp điều khiển bằng PLC. Như phần trình bày về lý thuyết PLC ở các chương trước. Việc điều khiển bằng PLC có những ưu điểm sau: - Các bộ PLC có kết cấu nhỏ gọn điều này rất thích hợp cho các máy móc công nghiệp thay vì phải sử dụng các thiết bị truyền dẫn cồng kềnh như Rơ le , các công tắc cứng, các đường dây cứng. - Bộ PLC đặc trưng cho một máy tính có sự tiêu hao điện năng thấp, tốc độ truy cập nhanh và có tính linh hoạt cao. - Bộ PLC được trang bị một ngôn ngữ lập trình rất tiện dụng cho người sử dụng đó là ngôn ngữ lập trình bậc thang. Chính nhờ đó đã tạo ra tính linh hoạt cho PLC. Khi muốn thay đổi tính chất của công việc thì PLC có thể được lập trình lại để cho phù hợp với công việc đó. - Các bộ PLC rất thích hợp cho việc điều khiển bất kỳ một hệ thống thuỷ lực nào. - Khả năng chịu đựng trong môi trường làm việc tốt, khi dùng PLC có thể kiểm soát được môi trường trong các xí nghiệp, toà nhà… Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 163 - PLC có độ tin cậy cao, ít bị hỏng hơn so với các Rơ le , sửa chữa cũng nhanh chóng và gọn gàng hơn. - Mặt khác giá của một bộ PLC cũng không phải là quá đắt ví dụ: giá của một bộ PLC CPM1 của hãng OMRON khoảng 350$, với kinh phí trên ta chỉ có thể mua được vài chục Rơ le trong khi đó bộ CPM1 có thể thay thế đến hàng trăm Rơ le . b) Phương pháp điều khiển bằng các Rơ le. ở phương pháp này tính chất công việc vẫn được thực hiện tốt tuy nhiên nó có một số nhược điểm sau: - khá cồng kềnh, chiếm một khoảng không gian khá lớn. - Mức độ tự động hoá còn chưa cao. - Độ tin cậy của hệ thống còn chưa cao đặc biệt là trong môi trường làm việc không tốt. Ví dụ như môi trường có độ ẩm cao…. - Khi có sự cố thì rất khó khăn trong việc sửa chữa và thay thế do hệ thống dây và tiếp điểm Rơ le quá lớn. - Sự tiêu hao năng lượng lớn. Lớn hơn rất nhiều so với PLC. Tuy nhiên bên cạnh đó phương pháp điều khiển bằng các Rơ le tiếp điểm cũng có ưu điểm như : - Trong các hệ thống thuỷ lực nhỏ thì việc sử dụng các Rơ le tiếp điểm lại mang lại hiệu quả cao hơn về mặt kinh tế. Từ những đặc điểm và tính chất trên. Việc ứng dụng PLC cho máy xấn để thay thế việc điều khiển hệ thống thuỷ lực theo phương pháp cũ là hoàn toàn thích hợp và đúng đắn, bên cạch đó nó cũng phù hợp với xu hướng tự động hoá hiện nay. Trong thực tế hiện nay thì PLC không chỉ được ứng đụng trong việc điều khiển thuỷ lực mà còn được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác. 5.3 Phân bố các thiết bị vào ra cho việc điều khiển bằng PLC và xây dựng chương trình thang. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 164 Xuất phát từ sư đồ thuỷ lực và bảng trạng thái của máy ta cần phải xây dựng một chương trình thang cho PLC . Ghi chú: Các lện được sử dụng trong chương trình thang được viết theo chuẩn PLC CPM1 của OMRON. Phân bố các thiết bị vào ra: Các thiết bị vào: Địa chỉ Thiết bị vào 00000 Công tắc khởi động động cơ 00001 Công tắc tắt động cơ 00002 Sensor đo áp suất dầu 00003 Công tắc tắt trạng thái treo 00004 Công tắc chuyển sang trạng thái II 00005 Công tắc chuyển sang trạng thái III 00006 Bàn đạp phải 00007 Công tác giới hạn hành trình ép 00008 Bàn đạp trái 00009 Công tác giới hạn hành trình trên 00010 Công tác giới hạn xuống chậm Các thiết bị ra: Địa chỉ Thiết bị ra 01000 Động cơ ba pha 01001 Cuộn Solenoid Yv2a 01002 Cuộn Solenoid Yv1a Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 165 01003 Cuộn Solenoid Yv4 01004 Cuộn Solenoid Yv2b 01005 Cuộn Solenoid Yv3 01006 Cuộn Solenoid Yv1b Các thiết bị ra khác: Địa chỉ Thiết bị khác TIM000, 001, 003 #0050 Bộ định thời ép định hình 5 giây TIM002, 004 #0020 Bộ định thời xả áp lực 2 giây TIM005 #0450 Bộ định thời lấy sản phẩm 45 giây 20000 Rơ le phụ 20001 Rơ le phụ 20002 Rơ le phụ 20003 Rơ le phụ 20004 Rơ le phụ Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 166 JME(05) 1 Bμn ®¹p ph¶i Xuèng chËm 01005 Ðp ®Þnh h×nh 01004 TIM001 Yv2b Xuèng nhanh 00006 Yv3 0001001002 C«ng t¾c giíi h¹n Ðp 00007 R¬ le phô 20002 Yv1a C«ng t¾c giíi h¹n xuèng chËm Bμn ®¹p tr¸i C«ng t¾c giíi h¹n Ðp Bμn ®¹p ph¶i Lªn Ðp 00008 00007 Xuèng nhanh 00006 C«ng t¾c giíi h¹n trªn 00009 TIM000 #0050 TIM000 KÕt thóc lÖnh nh¶y 1 01004 R¬le phô 20002 TIM001 #0050 Out3 cho cuén Yv1a Out6 cho cuén Yv3 Out5 cho cuén Yv2b 01002 01005 Out7 cho cuén Yv1b Lªn 01006 Out3 cho cuén Yv1a Out5 cho cuén Yv2b 01002 01004 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 167 TIM004 #0020 20003 TiÕp ®iÓm Out5 Xuèng chËm Ðp ®Þnh h×nh 01004 Xuèng nhanh Yv3 20003 00006 Yv1a C«ng t¾c giíi h¹n xuèng chËm C«ng t¾c giíi h¹n Ðp TIM003 00005 R¬ le phô 20004 20004 20004 Out5 cho cuén Yv2b TIM003 #0050 R¬le phô Out3 cho cuén Yv1a Out4 cho cuén Yv3 01003 01002 Bμn ®¹p ph¶i R¬ le phô 20003 X¶ ¸p lùc TIM003 R¬le phô 20004 01006 OUT7 01005 01003 Out6 cho Out4 cho cuén Yv4 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 168 CÁC LỆNH TRONG PLC OMRON 01000OUT00004 00003 00004 01001 20001 00005 20000 01000 01000 00006 00009 00008 00012 00011 00010 00007 00005 AND NOT OUT OR NOT LD not LD NOT OUT LD OUT Tr¹ng th¸i treo m¸y. (§¶m b¶o an toμn) R¬ le phô Data 00000 00001 01000 00002 InstructionAddress 00000 00002 00001 00003 LD OR AND NOT AND NOT Khëi ®éng ®éng c¬ b¬m dÇu Programing Procedures Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 169 002LD NOT TIM00041 002/#0020 20002 001/#0050 00007 01004 20002 00006 01005 01002 01005 01002 01004 00010 AND00032 00038 00040 00039 00036 00035 00034 00033 00037 001 TIM OUT LD TIM TIM AND LD OUT AND 00028 00027 00031 00030 00029 LD OUT AND NOT LD OUT Xuèng chËm trong tr¹ng th¸i II Ðp ®Þnh h×nh Xuèng nhanh trong tr¹ng th¸i II Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 170 Xuèng chËm trong tr¹ng th¸i 3 01005AND00060 20004 00007 01004 01004 00010 004/#0020 003/#0050 00062 00064 00065 00066 00067 00068 00063 00061 TIM OUT 003LD TIM TIM AND OUT AND LD Ðp ®Þnh h×nh 01002 01005 01002 20004 20003 2000300054 00056 00057 00058 00059 00055 LD OUT OUT AND NOT LD OUT Xuèng nhanh trong tr¹ng th¸i 3 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 171 Kết Luận: Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 172 Với hơn 100 trang thuyết minh và hơn 15 bản vẽ nhóm sinh viên làm đồ án tốt nghiệp chúng em đã giải quyết được những công việc sau: -Giới thiệu tổng thể về PLC cũng như đặc tính và phạm vi ứng dụng của PLC trong lĩnh vực điều khiển tự động. -Giới thiệu về các phương pháp lập trình chung cho PLC (phương pháp bậc thang) cùng một số ứng dụng nhỏ. -Giới thiệu và phương pháp lập trình cho PLC của hãng OMRON trên phần mềm Syswin và bằng Console qua các lệnh lập trình phổ biến. Từ những tiền đề trên em đã ứng dụng vào công việc điều khiển tự động cho máy xấn tôn do Trung Quốc sản xuất hiện đang sử dụng tại nhà máy khoá Minh Khai.Nhưng do thời gian bị hạn chế, cũng như kiến thức và kinh nghiệm bản thân còn ít cho nên các quá trình tự động của máy chưa được hoàn thiện. Nhóm sinh viên chúng em mới cải tiện và tự động được phần ép định hình của máy. Còn phần điều khiển cối và cữ chặn vẫn chưa được điều khiển tự động mà vẫn phải điều khiển cơ thuần tuý. Và từ đay cũng mở ra một phương hướng nghiên cứu trong tương lai đó là tự động hoá toàn bộ máy xấn theo cả hai trục OX và OY Trong quá trình làm đồ án do kiến thức và kinh nghiệm của chúng em còn rất hạn chế nên không tránh khỏi một số sai sót, kính mong các thầy cô trong bộ môn nhận xét và đóng góp ý kiến. Đó sẽ là những kinh nghiệm, tri thức hết sức quý báu giúp chúng em trong công việc thực tế sau này. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Dương Minh Tuấn, thầy Nguyễn Đình Bảng là các thầy đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình giúp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. TÀI LIỆU THAM KHẢO: Tên tài liệu Tác giả Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 173 1. Máy thuỷ lực thể tích Ts. Hoàng Thị Bích Ngọc 2. Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực Ts. Nguyễn Ngọc Phương Ths.Huỳnh Nguyễn Hoàng 3.Truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại Nguyễn Ngọc Can-Bộ môn máy cắt KL-ĐHBK-HN 4. Điều khiển lôgíc lập trình PLC Khoa Cơ khí CTM-ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật-TPHCM 5.Tự động hoá quá trình sản xuất Pgs.Ts. Trần Văn Địch Pgs.Ts. Trần Xuân Việt Ts. Nguyễn Trọng Doanh Ths. Lưu Văn Nhang 6. Power Pneumatics Michael J Pinches & Brian J Callear 7. Programming Tool for OMRON Programmable Logic Controllers Hãng OMRON 8. CPM1A Programmable Controllers Operation Manual Hãng OMRON 9. CPM2A Programmable Controllers Operation Manual Hãng OMRON 10. Cảm biến và ứng dụng Dương Minh Trí 11. Cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều khiển Lê Văn Doanh Phạm Thượng Hàn Nguyễn Văn Hoà Võ Thanh Sơn Đào Văn Tân