Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Tải bản đầy đủ - 0trang

bằng 2/3 những dụng cụ vặn vít, máy khoan, máy mài là những dụng cụ có khả

năng sử dụng truyền động bằng khí nén.

- Truyền động thẳng: các đồ gá kẹp chi tiết, các thiết bị đóng gói, các thiết bị

máy gia công, các thiết bị làm sạch hay các thiết bị phanh hãm của ôtô.

- Trong các hệ thống đo đạc và kiểm tra chất lượng sản phẩm.

c) Öu & nhược điểm của khí nén

- Ưu điểm :

+ Có khả năng trích chứa để thành lập trạm trích

chứa khí nén.

+ Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ

nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất trên

đường dẫn thấp.

+ Không gây ô nhiễm môi trường.

+ Hệ thống phòng ngừa qúa áp suất giới hạn được

đảm bảo.

- Nhược điểm :

+ Lực truyền tải trong thấp.

+ Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay

đổi.

+ Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn.

3.1.2. Máy nén khí và Thiết bị phân phối khí nén

a) Máy nén khí

* Khái niệm

Máy nén khí là thiết bò tạo ra áp suất khí, ở đó

năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt



trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và

nhiệt năng.



* Phân loại:

- Theo áp suất:

+ Máy nén khí áp suất thấp:

+ Máy nén khí aùp suaát cao:



p  15 bar

p  15 bar



+ Maùy nén khí áp suất rất cao: p  300bar

- Theo nguyên lý hoạt động:

+ Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy

nén khí kiểu pittông, máy nén khí kiểu cách gạt, máy

nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít.

+ Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy

nén khí theo chiều trục.

b) Bình trích chứa khí nén



- Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý

thì cần phải có một bộ phận lưu trữ để sử dụng. Bình

trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí

nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và

tách nước.

- Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất

của máy nén khí và công suất tiêu thụ của các thiết

bò sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào

phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián

đoạn

Ký hiệu :



c) Mạng đường ống dẫn khí nén

- Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bò truyền

dẫn khí nén từ máy nén khí đến bình trích chứa rồi đến

các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp

hành.

- Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân thành

2 loại:

+ Mạng đường ống được lắp ráp cố đònh (mạng

đường ống trong nhà máy)

+ Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng

đường ống trong dây chuyền hoặc trong máy móc thiết

bò)



+ Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được

trang bò cho phép tháo lắp dễ dàng và nhanh chóng.

Nối hệ thống đến các thiết bò bằng cách đơn giản là

đẩy ống vào

cổng vào (in-let) hay cổng ra (out-let). Tháo ống ra

bằng cách một tay đè vào vành tỳ, tay kia kéo oáng ra.

3.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển

Moät hệ thống điều khiển bao gồm ít nhất là một

mạch điều khiển vòng hở (Open – loop Control System) với

các phần tử sau :

- Phần tử đưa tín hiệu : nhận những giá trò của đại

lượng vật lý như đại lượng vào, là phần tử đầu tiên

của mạch điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, rơle áp suất.

- Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào

theo một quy tắc logic nhất đònh, làm thay đổi trạng thái

của phần tử điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, van tiết

lưu, van logic OR hoặc AND.

- Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối

tượng điều khiển, là đại lương ra của mạch điều khiển. Ví

dụ: xilanh, động cơ khí nén.

a) Van đảo chiều



Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng

lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vò trí các cửa

van để thay đổi hướng của dòng khí nén.

* Ký hiệu của van đảo chiều

- Vò trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô

vuông liền nhau với các chữ cái o,a ,b ,c ,… hay các chữ

số 0, 1, 2, …

a



o



b



a



b



Hình 3.6 - Ký hiệu chuyển đổi vò trí của

nòng van

Vò trí ‘không’ là vò trí mà khi van chưa có tác động

của tín hiệu bên ngoài vào. Đối với van có 3 vò trí, thì vò

trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vò trí ‘không’. Đối với van có 2

vò trí thì vò trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường

vò trí bên phải ‘b’ là vò trí ‘không’.

- Cửa nối van được ký hiệu như sau:



ISO 5599 ISO



+ Cửa nối với nguồn(từ bộ lọc khí)



1



1219

+ Cửa nối làm việc 2 , 4, 6, …A , B , C, …



P



+ Cửa xả khí3 , 5 , 7… R , S , T…

+ Cửa nối tín hiệu điều khiển 12 , 14… X , Y …



a



b



Trường hợp

Hình a3.7là

- Kí cửa

hiệuxả

cửakhí không có mối nối

xả khí



cho ống dẫn, còn cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn

khí là trường hợp b.

Bên trong ô vuông của mỗi vò trí là các đường

mũi tên biểu diễn hướng chuyển động của dòng khí

nén qua van. Khi dòng bò chặn thì được biểu diễn bằng

dấu gạch ngang.

4(B)



2(A)

0



14(Z)

Cửa nối điều khiển



1



Cửa 1nối với cửa 4



12(Y)



Cửa nối điều khiển



Cửa 1nối với cửa 2



3(R) Cửa xả khí không có mối nối cho

Cửa xả khí có

mối nối cho ống

dẫn



ống dẫn



5(S)

1(P)



Nối với nguồn khí

nén



Hình 3.8- Kí hiệu các cửa nối của van đảo

chiều



* Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều



- Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2 trong

đó:

5 : chỉ số cửa, 2 : chỉ số vò trí

- Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo

chiều:

Van đảo chiều 2/2

Van đảo chiều

4/2

Van tiết lưu có nhiệm

thay

đổi lưu lượng dòng khí

Van vụ

đảo

chiều

5/2



b) Van tiết lưu



nén, có nghóa là thay đổi vận tốc của cơ cấu chấp

hành.

* Van tiết lưu có tiết diện không đổi:

Khe hở của van có tiết diện không thay đổi, do đó

lưu lượng dòng chảy không thay đổi.

Ký hiệu:

Hình 3.9 - Van tiết lưu có tiết diện không thay

đổi

* Van tiết lưu có tiết diện thay đổi: Lưu lượng dòng

chảy qua van thay đổi được nhờ vào một vít điều chỉnh

làm thay đổi tiết diện của khe hở.



Ký hiệu:

A



B



Ký hiệu chung



Có mối nối ren



Không có mối nối ren

Hình 3.10- Van tiết lưu có tiết diện thay đổi

* Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay:

Nguyên lý hoạt động tương tự như van tiết lưu điều chỉnh

bằng tay, tuy nhiên dòng khí nén chỉ có thể đi một

chiều từ A qua B , chiều ngược lại bò chặn.

Ký hiệu :



A



B



Hình 3.11- Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay

c) Cơ cấu chấp hành:

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng

lượng khí nén thành năng lượng cơ học. Cơ cấu chấp

hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc

chuyển động quay (động cơ khí nén).

Gồm có piston xylanh thủy lực và khí nén, thực chất đây là một loại động cơ

thủy lực (khí nén) dùng để biến đổi thế năng của dầu (khí nén) thành cơ năng, thực

hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động vòng khơng liên tục. piston xylanh

được dùng rất phổ biến trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng đi

về. xylanh thủy lực có kết cấu đơn giản, nhưng có khả năng thực hiện một công

suất lớn, làm việc ổn định và giải quyết vấn đề chắn khít tương đối đơn giản. So

với hệ thống thủy lực, hệ thống khí nén có cơng suất nhỏ hơn nhưng có nhiều ưu

điểm hơn như:

- Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén

nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.



- Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của khơng khí, nên có thể trích chứa

khí nén rất thuận lợi.

- Khơng khí dùng để nén, hầu như có số lượng khơng giới hạn và có thể thải

ra ngược trở lại bầu khí quyển.

- Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ khơng khí nén ở hệ thống ống

dẫn, do đó khơng tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn.

- Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì

phần lớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.

- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy

hiểm của q trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.

- Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận

hành logic, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các máy móc

phức hợp.

* Xilanh



Để tính tốn các thơng số của xy lanh, trước tiên chúng ta phải biết các thông tin

“đầu vào” như sau:



1- Lực tác động lên cán (hoặc vỏ) xy lanh – tính bằng kgs, tấn, N…: Xy lanh sẽ

phải được cung cấp dầu có áp suất để thắng lại được lực này.

2- Khoảng hành trình làm việc của xy lanh (quãng đường di chuyển = S): m

hoặc cm

3- Thời gian để xy lanh đi hết hành trình này – t: giây (s)

4- Ngành ứng dụng, sử dụng: để lựa chọn áp suất làm việc và loại kết cấu xy

lanh.Khi đã có câu trả lời cho các câu hỏi ở trên rồi, ta cóthể tính được các thơng

số làm việc và lựa chọn xy lanh.

a.Lựa chọn áp suất làm việc MAX của xy lanh.

Giá trị này được xem xét lựa chọn ở hai mặt:

- Nếu đã có sẵn hệ thống bơm khí nén thì giá trị này là giá trị max mà hệ thống

bơm có thể cung cấp được và

- Nếu chưa có hệ thống bơm cấp khí nén (có nghĩa là chúng ta phải lựa chọn hệ

thống bơm khí nén này dựa trên yêu cầu của xy lanh đang chọn) thì phải lựa chọn

giá trị áp suất MAX. Về nguyên tắc, với một lực tác dụng cho trước, áp suất càng

cao thì xy lanh càng nhỏ, gọn (về đường kính) và ngước lại. Tuy nhiên, áp suất cao

cũng đồng nghĩa với hệ thống nguồn cấp và điều khiển phải làm việc ở chế độ cao

áp và chi phí sẽ càng đắt. Do đó, tùy thuộc vào các ứng dụng – tính chất cơng việc

khác nhau, người ta sẽ quyết định mức áp suất sử dụng khác nhau. Thơng thường

trong cơng nghiệp có hai dải áp suất chính là: đến 200 bar và từ 250 – 400 bar.

Sau khi đã biết/chọn được áp suất MAX của hệ thống, sẽ tính tốn đến đường kính

làm việc của xy lanh.

b. Xác định đường kính làm việc của xy lanh

Đường kính xy lanh bao gồm hai thơng số:

- D: Đường kính lòng xy lanh

- d: Đường kính cán xy lanh



Một cách chung

nhất, các đường kính này được tính tốn dựa trên Diện tích làm việc (A) của xy



lanh dưới tác dụng của áp suất dầu khí nén (p) để thắng lại lực cản lên nó

(F)A (cm2) = F (kg) / [p (kg/cm2) * 0.95] trong đó hiệu suất chuyển đổi cơ khí ->

khí nén = 0.95

Các thơng số theo hình vẽ trên:

Ak: Diện tích làm việc phía đi xy lanh

Fz: Lực đẩy tác dụng lên cán xy lanh

Ar: Diện tích làm việc phía cần xy lanh

Fd: Lực kéo tác dụng lên cán xy lanh

Nếu cấp vào hai phía xy lanh với cùng một áp suất p thì:

Ak = Fz / [0.95*p] và

Ar = Fd / [0.95*p]

Từ đây sẽ tính được đường kính làm việc của xy lanh:

D = SQRT(4*Ak/3.14) và

d = SQRT(D*D – 4*Ar/3.14)

Các yếu tố tác động đến lực cản F bao gồm các yếu tố sau:

- Lực cản lại (kéo/đẩy) của riêng tải tác động lên cán xy lanh. Ví dụ như lực kéo

của tải xuống dưới hoặc lực ma sát của tải trọng khi cán xy lanh đẩy nó…)

- Lực cản lại của bản thân áp lực dầu có sẵn ở khoang xy lanh phía đối diện. Trong

rất nhiều trường hợp sẽ có một áp suất tồn tại trong khoang đối diện khi dầu bị nén,

chảy qua lỗ hẹp hoặc tổn hao áp suất qua các valve an toàn, valve phân phối,

đường ống, lọc dầu, bộ làm mát… Áp suất này cũng gây ra một lực cản tính trên

diện tích hiệu dụng ở trong xy lanh.

- Bản thân ma sát của xy lanh ở các phần quả piston, cần xy lanh với cổ xy lanh.

c- Tính vận tốc và Lưu lượng cần cấp vào xy lanh.

Vận tốc của cần xy lanh thò/thụt v (m/s) = S (m) / t (s)

Theo nghiên cứu trong phần lớn trường hợp, vận tốc của cán xy lanh không nên

vượt quá v = 0.5 m/s vì lý do làm kín của phần giăng phớt và đảm bảo an toàn làm

việc.Lưu lượng Q cần cấp vào xy lanh để xy lanh đi hết hành trình trong thời gian

yêu cầuQ (l/phút) = A * v * 6 / 0.95 trong đó hiệu suất lưu lượng của xy lanh =

0.95

Lưu ý: là lưu lượng cần cấp vào phía cán xy lanh Qr sẽ nhỏ hơn lưu lượng cấp

vào phía đầu xy lanh Qk.

d- Tính tốn chiều dài chịu uốn của cần xy lanh.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×