Đồ án Tự động hóa quy trình sản xuất

MụcLục Lời nói đầu : ChươngI: Tổng quan về thị trường công nghệ trong nước về dây chuyền SƠ ĐỒ & TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC ĐỂ ĐÓNG/ MỞ PHỄU RÓT LIỆU Đặc trưng của các hệ thông tự động là không có sự can thiệp của con người trong quá trình hoạt động của nó. Do đó, toàn bộ các trang thiết bị của hệ thống phải đảm đương được tất cả các công việc của con người trong quá trình hoạt động như các thao tác nâng chuyển, lắp ráp, kiểm tra… Các thiết bị cơ bản của hệ thông tự động có thể phân ra làm ban nhóm chính: Các cơ cấu chấp hành, các thiết bị điều khiển và các loại cảm biến. Cơ cấu chấp hành có thể hiểu là một bộ phận máy móc, thiết bị có khả năng thực hiện một công việc nào đó dưới tác động của tín hiệu điều khiển pháp ra từ thiết bị điều khiển. Cơ cấu chấp hành có thể phân ra thành ba nhóm chính dựa trên nguồn năng lượng sử dụng: - Các cơ cấu chấp hành thủy lực. - Các cơ cấu chấp hành khí nén. - Các cơ cấu chấp hành điện. 1./ Cơ cấu chấp hành thủy lực. Ưu điểm của các thiết bị thủy lực là kích thước gọn nhẹ, không gây tiến ồn và công suất cao. Tuy nhiên các thiết bị thủy lực thường khá đắt. Các cơ cấu chấp hành thủy lực gồm các thiết bị sau: Bơm, van, xilanh, động cơ thủy lực. a./ Các khái niệm cơ bản về thủy lực. Chất lỏng được xem như là không thể nén được, bởi vì thể tích của nó không thay đổi khi đổi áp suât. Trong các hệ thống thủy lực thì chất lỏng được sử dụng là dàu thủy lực. Dầu thủy lực là dầu nhờn có thêm các phụ gia để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về chỉ số độ nhớt, khả năng chông ôxy hóa, tính chất bôi trơng cao, sự ổn định về hóa học, tỷ trọng thấp và không tạo bọt. Dầu thủy lực phải có khả năng chịu lửa để tránh gây hỏa hoạn khi sử dụng trong các môi trường dễ cháy nổ. Các chất phụ gia của dầu thủy lực nhằm chống lại sự mài mòn và hư hỏng của hệ thống thủy lực. Dầu thủy lực có độ nhớt càng cao thì càng tốt. Trên thực tế cho thấy không khí có thể lọt vào, hòa lẫn vào dầu thủy lực gay ra các bọt khí. Các bọt khí này có thể làm hỏng bơm và các thiết bị thủy lực bởi ăn mòn bề mặt (hiện tượng xâm thực). Khí hòa tan này phá hủy tính chất quan trọng là tính không chịu nén của chất lỏng. Điều này dẫn đến sai số và tính ổn định của hệ thống thủy lực. Việc phòng ngừa chảy dầu trên đường áp lực và đường cấp dầu phải nhúng vào trong thùng chứa dầu có khả năng hạn chế một phần bọt khí tạo ra. Đôi khi để chống tạo ra bọt khí người ta một số phụ gia vào thùng chứa dầu. Bôi trơn là tính chất quan trọng của dầu thủy lực, nếu không lực ma sát có thể gây ra ăn mòn các thiết bị thủy lực. b./ Các loại bơm thủy lực. Bơm là thiết bị biến cơ năng thành năng lượng thủy lực. Khi nguồn năng lượng cơ bản là cho piston của bơm chuyển động sang phía bên trái, do van đẩy đóng, một phần chân không được tạo ra trên đầu vào của bơm. Chênh lệch áp suất giữa bên trong bơm là chân không và bên ngoài bơm là áp suất khí quyển, dầu thủy lực bị đẩy từ thùng dầu vào bơm qua van hút. Khi piston chuyển động theo chiều ngược lại, van hút đóng lại và áp lực trong buồng bơm tăng làm van đẩy mở cho dầu đã được tăng áp đi qua. Có một số loại bơm như sau: - Bơm piston. - Bơm cánh gạt. - Bơm cánh quạt. - Bơm bánh răng. * Bơm piston: là loại thường dùng để tạo áp suất cao. Nhược điểm là bơm làm việc gián đoạn do chỉ làm việc có một nửa chu kỳ. Để khắc phục nhược điểm này đã thiết kế ra các loại bơm gồm nhiều piston hướng tâm hoặc hướng trục. Nguồn áp lực tạo ra lúc này sẽ liên tục, không có sự gián đoạn. * Bơm cánh gạt: Loại bơm này được cấu tạo bởi ba phần tử chính là vỏ bơm, cánh gạt và rôto. Rôto được đặt lệch tâm và có các rãnh để lắp cánh gạt. Các cánh gạt luôn được tỳ sát vào bề mặt vỏ bơm vì có các lò co đẩy tỳ lên chúng. Do rôto lắp lệch tâm nên nó hoạt động giống như một cơ cấu cam. Mặt khác, do có sự lệch tâm nên sự chênh lệch thể tích trong nửa vòng quay lớn so với nửa vòng quay nhỏ, làm chất lỏng bị dồn nén và đẩy qua đầu đẩy của bơm. Thể tích chất lỏng được dịch chuyển tính như sau: Trong đó dcam : Đường kính vòng cam (m). Droto : Đường kính Roto (m). l : Chiều rộng roto (m). ε : Độ lệch tâm (m). V : Thể tích (m3) * Bơm cánh quạt: Bơm này tạo ra lực đẩy nhờ sự thay đổi vị trí tương đối của cánh quạt. Loại bơm này không tạo ra được áp lực cao. Thường được dùng để bơm nước. * Bơm bánh răng: Là loại bơm có thể tạo được áp suất cao và lưu lượng lớn. Bơm bánh răng chủ động quay và khe hở giữa các bánh răng tạo thành buồng chứa dầu. Dầu bị tích ở đầu ra do bánh răng chủ động và bánh răng bị động ăn khớp kín, áp lực dầu ở đầu ra tăng lên và sẽ làm mở van đẩy đưa dầu vào xi lanh hay động cơ xoay. Để tránh rò dầu trở lại buồng hút, người ta thường có lắp các tấm bạc phẳng bằng hợp kim mềm ở mặt đầu của bơm. Thể tích chất lỏng được dịch chuyển: Lưu lượng lý tưởng của bơm: Q = V.N Hiệu suất của bơm: ηV = Trong đó d0 – Đường kính ngoài của bánh răng [m]. d1 – Đường kính trong của bánh răng [m]. l – chiều rộng rôto [m]. V – thể tích dịch chuyển của bơm [m3/vòng]. N – Tốc độ của Roto [vòng/phút]. Qt – Thể tích thực tế < thể tích lý tưởng do có sự rò rỉ qua khe hở của răng. c./ Các loại van. Van là phần tử không thể thiếu được trong hệ thống thủy lực. Van có thể có nhiều loại khác nhau tùy theo chức năng làm việc: - Van điều khiển hướng của dòng chất lỏng, khống chế dòng chất lỏng chỉ đi theo một chiều nhất định. Loại van này gồm các van một chiều, van con trượt, van an toàn, van tràn…. - Van điều khiển áp lực. - Van điều khiển lưu lượng (van tiết lưu). - Van servo. Van thủy lực có thể điều khiển bằng tay thông qua cần gạt, bằng nam châm điện, bằng khí nén hay bằng thủy lực….. Van điều khiển hướng: Đây là loại van không điều khiển, khi áp lực trên đường vào đủ lướn để thắng được lực của lò xo thì van được mở. Khi áp lực trên đầu vào thấp hơn trên đầu ra thì lò xo đẩy van đóng lại không cho chất lỏng chảy theo chiều ngược lại. Van điều khiển hướng có thể là van con trượt có hai hay ba vị trí và có hai, ba, bốn cửa. * Van điều áp: Loại van này có vai trò khống chế áp lực đến một giá trị cực đại nhất định. Nếu áp lực vượt giá trị cho phép thì van sẽ mở cửa xả về thùng chứa. Van này còn được gọi là van an toàn. Van điều áp Van tiết lưu * Van tiết lưu: Đây là loại van có thể điều chỉnh được lưu lượng dầu đi đến xilanh hay là động cơ thủy lực. * Van servo: Đây là loại van có nhiều bậc khuyếch đại mà bậc cuối cùng là các van con trượt. Các loại van này có cấu tạo đặc biệt hơn các lọai van thông thường ở chỗ bên trong nó có hệ thống tự động điều chỉnh để có thể đạt vị trí chính sác và đạt được tốc độ yêu cầu. Có ba loại van servo: Van servo con trượt, van tấm chắn và van vòi phun. d./ Các loại xi lanh - động cơ thủy lực. Xilanh thủy lực hay động cơ thủy là thiết bị biến đổi năng lượng của dầu thủy lực thành cơ năng. Xilanh thủy lực là cơ cấu tạo chuyền động thẳng. Động cơ thủy lực là cơ cấu tạo chuyển động tròn. * Xianh thủy lực: Có hai loại là xilanh hành trình đơn và xilanh hành trình kép. Xilanh hành trình đơn chỉ có một đường dầu cấp vào buồng dầu. Xi lành hành trình kép có hai loại: có một đầu trục và hai đầu trục tùy theo chức năng làm việc. Hướng đẩy Đường dầu vào Hướng kéo lại Piston Tải Lò xo Đường dầu vào/ra Hướng đẩy Piston * Động cơ thủy lực xoay: + Động cơ bánh răng: Không giống như bơm bánh răng mà là thiết bị tạo ra mômen xoáy và chuyển động tròn xoay. Dưới tác dụng của áp lực chất lỏng đầu vào, làm đẩy các bánh răng ăn khớp quay. Chiều của động cơ bánh răng có thể đảo ngược lại được Động cơ bánh răng * Động cơ cánh gạt: Mômen quay được tạo ra bởi áp lực tác động lên cánh gạt. Cánh gạt trượt ra và trượt vào trong rãnh rôto. Tải được gắn vào đầu trục của rôto. Các cánh gạt được tỳ chặt vào bề mặt của động cơ nhờ các lò xo nằm trong rãnh của cánh gạt. Chiều cao của cánh gạt thay đổi trong quá trình làm việc do cần tạo ra chênh lệch về lưu lượng giữa đầu ra và đầu vào. Nếu không có sự lệch tâm thì động cơ loại này không thể quay được, do cân bằng áp lực. Động cơ cánh gạt * Động cơ Piston: Động cơ loại này có hai loại là động cơ hướng trục và động cơ hướng tâm. Đối với động cơ hướng trục thì đĩa gắn piston sẽ chuyển động tịnh tiến sang bên phải hay bên trái so với vị trí trung tâm. Động cơ hướng tâm có kết cấu tương tự bơm hướng tâm. Động cơ Piston hướng trục Động cơ Piston hướng tâm 2./ Sơ đồ & tính toán hệ thống thuỷ lực 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Sơ đồ của van thủy lực *Nguyên tắc: Dầu từ bể 1 qua bộ lọc 2, bơm 3 (đi một chiều). Nhờ nối trục 4 mà động cơ 5 kéo dầu lên, dầu được đo bằng áp kế 6, nhưng nếu bị quá tải thì van an toàn 7 sẽ mở để dầu đi trở lại bể, nếu không thì dầu tiếp tục qua van điều khiển 8 là van 3/2 trạng thái, sau đó dầu đi vào xilanh 9 (BT) đẩy piston chuyển động sang phải đồng thời đưa dầu hồi về bể. - Lực tác dụng vào buồng trái của xilanh: P1 = .Ω1 Với Ω1 là diện tích buồng trái của xilanh là áp suất dầu ép phụ thuộc vào áp suất nguồn: p1 = pn + Δp p1 P1 p2 P2 D d S F2 BT BP (mm2) Với D = 60 (mm) - Phản lực P2: P2 = Ω2.p2 (mm2) - Phương trình cân bằng: p1.Ω1 = p2.Ω2 + G.f → Chọn p1 = 25 (at) với G = Σm.g = 62.10 = 620 (kg) , f = 0,01, →p1 = 19 (bar) →P1 = p1.Ω1 = 19.28,26 = 536,94(N) - Phản lực tác dụng vào buồng phải của xilanh: P2 = p2.Ω2 =25 . 21,195 = 529,875 (N) - Ngoại lực tác dụng lên pittong F2: F2 = P1 – P2 – G.f =536,94 - 529,875– 620.0,01= 0,865 (N) - Lưu lượng Q: (mm3) v = 25 (m/phút): vận tốc piston thay số (mm3/phút) = 70 ( l/phút) - Công suất động cơ quay: Dùng loại cánh gạt : η = 0,85; P = 20 at - Công suất động cơ thực tế: N* = N.ζ Với ζ = 1,2 ÷ 1,4: là hệ số an toàn N* = 2,69.1,3 = 3,5 (kW)