Bài tập lớn trạm tay gắp sản phẩm và thiết kế hệ thủy lực cho máy mài Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Trạm tay gắp là trạm thứ 4 trong hệ thống MPS. Trạm này được phát triển và sản xuất cho các mục đích đào tạo trong lĩnh vực tự động hóa và công nghệ. Chức năng của tay gắp: Xác định rõ đặc tính vật liệu của chi tiết phôi, gắp chi tiết phôi từ module giữ phôi đặt chi tiết phôi vào máng trượt “kim loại màu đỏ” hoặc màu đen, di chuyển chi tiết phôi đến trạm tiếp theo. Trạm Tay gắp bao các phần sau đây: Module chứa phôi, Module PicAlfa , Module máng trượt.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ BỘ MÔN MÁY VÀ MA SÁT HỌC BÀI TẬP LỚN TỰ ĐỘNG HĨA THỦY KHÍ Giảng viên hướng dẫn: TS NHĨM Sinh viên thực MSSV HÀ NỘI, 07/2022 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC/ KHÍ NÉN CHO THIẾT BỊ Bài tập 1: Mơ hệ thống thống khí nén cho “Trạm tay gắp sản phẩm” Nguyên lý làm việc Trạm - Nguyên lý làm việc Trạm: Sơ đồ nguyên lý ảnh chụp Trạm (có đánh số chi tiết cụm chi tiết), vị trí đặt cảm biến (Vị trí dặt, loại cảm biến, tín hiệu), - nguyên lý làm việc Trạm Xác định cấu chấp hành dùng khí nén thuỷ lực (Với Trạm 10) Mô hệ thống khí nén PLC Thiết lập mạch khí nén hệ thống Xác định I/O hệ thống Mô làm việc hệ thống khí nén PLC phần mềm Automation Studio Bài tập 2: Thiết kế hệ thống thủy lực cho máy mài Nguyên lý làm việc máy/thiết bị - Nguyên lý làm việc máy/thiết bị: Sơ đồ nguyên lý (có đánh số chi tiết cụm chi tiết), nguyên lý làm việc máy/thiết bị - Xác định cấu chấp hành dùng thuỷ lực khí (nếu có) Thiết kế hệ thống thuỷ lực cho máy/thiết bị - Xác định thông số ban đầu (Tải, vận tốc) - Xây dựng sơ đồ nguyên lý thuỷ lực (có đầy đủ ký hiệu phần tử) - Tính xi lanh, tính chọn động dầu - Tính cơng suất bơm dầu, động điện: viết phương trình cân lực cho hành trình, tính cơng suất bơm dầu động điện - Tính chọn phần tử khác hệ thống thuỷ lực/khí nén - Chọn hệ thống điều khiển: Chọn phương án điều khiển (chọn phương án điều khiển giải thích lý chọn, KHƠNG tính tốn) Mơ hệ thống thuỷ lực Mơ hệ thống thuỷ lực phần mềm Automation Studio phần mềm tương đương MỤC LỤC CHƯƠNG 1: Mơ hệ thống thống khí nén cho “Trạm tay gắp sản phẩm” Tổng quan trạm 1.1 Giới thiệu Trạm tay gắp trạm thứ hệ thống MPS Trạm phát triển sản xuất cho mục đích đào tạo lĩnh vực tự động hóa cơng nghệ Chức tay gắp: Xác định rõ đặc tính vật liệu chi tiết phôi, gắp chi tiết phôi từ module giữ phôi đặt chi tiết phôi vào máng trượt “kim loại/ màu đỏ” màu đen, di chuyển chi tiết phôi đến trạm Trạm Tay gắp bao phần sau đây: Module chứa phôi, Module PicAlfa , Module máng trượt Trạm tay gắp lắp ráp thiết bị tay máy trục Chi tiết phôi đưa vào phát thiết bị giữ phôi cảm biến ánh sáng quang phản xạ Thiết bị tay máy tìm chi tiết phôi từ giá giữ phôi trợ giúp bàn tay kẹp khí nén, có lắp cảm biến quang điện Cảm biến phân biệt màu đen không đen chi tiết phôi Các tiêu chuẩn phân biệt khác định nghĩa trạm tổ hợp với trạm khác Bằng cách thiết lập cấu khí cuối máng truợt, vận chuyển chi tiết phơi sang trạm sau Hình 1:Mơ hình đào tạo Tay gắp sản phẩm tự động 1.2 Thông số kĩ thuật - Áp suất làm việc: bar - Điện áp nguồn: 24 VDC, 4.5A - Tín hiệu vào số: 24 VDC, SL: - Tín hiệu số ra: 24 VDC, SL: 1.3 Cấu tạo 1.3.1 Bàn thí nghiệm Hình Bàn thí nghiệm Bàn thí nghiệm thiết kế dạng tủ đứng có bánh xe để di chuyển tay cầm để nâng hạ, với kích thướt 700 * 700 * 350 mm 1.3.2 Tấm nhơm có rãnh Hình Tấm nhơm có rãnh Tấm nhơm thiết kế với dạng có rãnh chạy theo chiều dọc, cách ghép nhôm với tạo diện tích mong muốn Khi lắp đặt thiết bị lên nhôm dễ dàng dịch chuyển theo vị trí mong muốn 1.3.3 Bảng điều khiển Hình Bảng điều khiển Trên bảng điều khiển có thiết bị phục vụ cho điều khiển cụm chi tiết máy với tính sau: - Công tắc chọn chế độ làm việc Auto/Man Các nút nhấn điều khiển Start, Stop, Reset Các đèn báo tín hiệu Nút dừng khẩn cấp 1.3.4 Module chứa phơi Hình Module chứa phôi Chi tiết phôi đưa vào tay vào module chứa phơi từ trạm phía trước Các chi tiết phôi phát giá đỡ cảm biến quang điện khuếch tán 1.3.5 Module pick and place Hình Module pick and place Chi tiết phôi đưa vào tay vào module chứa phơi từ trạm phía trước Các chi tiết phôi phát giá đỡ cảm biến quang điện khuếch tán Module Pick and place sử dụng để vận hành linh kiện, định vị trí nhanh thực qua xi lanh khơng trục khí nén với vị trí cuối hành trình hiệu chỉnh có giảm chấn Chuyển động nâng hạ trục Z sử dụng xi lanh thẳng có cảm biến vị trí cuối hành trình Xy lanh trượt ngang Xy lanh Tay kẹp Xy lanh đứng nâng / hạ Hình Các xy lanh Bàn tay kẹp khí nén lắp vào xi lanh nâng hạ cảm biến quang điện tích hợp ngón kẹp để phát chi tiết phơi Module có cấu linh hoạt: Hành trình dài, trục có độ nghiêng, cấu hình cảm biến vị trí cuối hành trình vị trí lắp ráp hiệu chỉnh Module thích nghi dải rộng nhiệm vụ vận chuyển khác mà không cần thêm phần tử phụ trợ Q0.3 Van điều khiển xy lanh kẹp nhả Q0.2 Van điều khiển xy lanh lên/xuống t Q0.0 Van điều khiển xy lanh gắp tới máng trượt Hình Các van điều khiển 1.3.6 Module máng trượt Hình 16 Chương trình PLC CHƯƠNG 2: Thiết kế hệ thống thủy lực cho máy mài Giới thiệu máy mài phẳng thủy lực 1.1 Tổng quan máy mài phẳng thủy lực Máy mài phẳng thủy lực thiết bị khí chuyên dụng để mài nhẵn, làm phẳng bề mặt vật liệu/chi tiết gia công làm từ chất liệu sắt thép kim loại Việc sử dụng máy mài giúp cho bề mặt sản phẩm/chi tiết sau gia công trở nên bóng đẹp, mịn, tính thẩm mỹ tăng lên nhiều Nguyên lý hoạt động máy đơn giản, cần bật nguồn để viên đá mài chuyển động lên xuống cà nhẵn bề mặt chi tiết kẹp chặt bàn kẹp Bàn kẹp máy mài di chuyển tịnh tiến theo phương hướng khác để đảm bảo việc mài xác, tỉ mỉ hơn, mài tất góc cạnh nhỏ hẹp, góc khuất Phân loại máy mài theo mức độ tự động máy: • Máy mài phẳng trục, trục, trục loại mà trục điều khiển tay, vận hành máy muốn trục di chuyển dùng tay quay trục Loại dùng • để gia cơng đơn giản đào tạo nghề Máy mài phẳng bán tự động trục, trục, trục, máy mài bán tự động, loại có nghĩa • trục x, y, z di chuyển thủy lực hay điện Máy mài phẳng tự động loại máy tự động hoàn toàn điều khiển phần mềm PLC, tất trục máy di chuyển tự động qua chương trình • điều khiển PLC Máy mài phẳng CNC loại máy mài điều khiển phần mềm CNC nhập vào máy Phân loại máy mài theo chế độ mài: • • • Máy mài trịn Máy mài trịn ngồi Máy mài phẳng Hình 17 Máy mài phẳng Hình 18 Máy mài trịn ngồi 1.2 Cấu tạo máy mài thủy lực Cấu tạo máy mài thủy lực: Ụ đá mài Tay quay điều chỉnh chiều cao ụ đá Hệ thống làm má Bàn máy 5,6 Tay quay điều chỉnh bàn máy theo phương x, y Thân máy Hệ thống điều khiển Hình 19 Cấu tạo máy mài phẳng Hình 20 Sơ đồ động máy mài trịn ngồi • 1.3 Ngun lý làm việc chung máy mài Hệ thống thủy lực điều khiển bàn máy gá đặt chi tiết, tạo chuyển động cho bàn • máy Cơ cấu quay đá mài điều khiển động dầu dùng để mài chi tiết Hình 21 Các chuyển động 1.4 Các cấu chấp hành dùng thủy lực Hình 22 Cấu tạo hệ thống thủy lực bàn máy mài phẳng Cấu tạo bàn máy mài phẳng thủy lực: • • • • • • Xy lanh thủy lực (1) Van đảo chiều (2) Van tiết lưu (3) Bơm dầu (4) Van an toàn (5) Lọc dầu (6) Thiết kế hệ thống thủy lực cho máy mài 2.1 Thông số đầu vào Hệ thống bàn máy mài • Δpra = Δpvào = bar • Pmax = 500 Kg = 4905,4 N • Vxilanh = – 25 (m/ph) Hệ thống nâng hạ ụ đá mài Δpra = Δpvào = bar Pmax = 30 Kg = 294,3 N Vxilanh = 0,01 – 1,5 (m/ph) 2.2 Sơ đồ mạch thủy lực máy mài Hình 23 Sơ đồ mạch thủy lực máy mài 2.3 Tính chọn xylanh cho hệ thống bàn máy mài • Chọn áp suất làm việc sơ xylanh = 10bar • Đường kính sơ ống xylanh = = 0,079 (m) = 79 mm Theo TCVN 7969:2008 ta chọn • Phương trình cân lực: p1F1 = p2F2 + Pmax + Fms với đó: p2 = pbể + Δpra = bar p0 : áp suất bơm; p1 : áp suất đường dầu vào xilanh; p2 : áp suất đường dầu xilanh Chọn Fms = 0,08 Pmax = 0,08 500.9,81 = 392,4 (N) Xét cấu chấp hành di chuyển dọc: - Hành trình đi: = p2 + 500.9,81 + 392,4 => p1 = 8,33 bar => p0 = p1 + Δpvào = 9,33 bar - Hành trình về: p2 = p1 + 500.9,81 + 392,4 => p2 = 9,02 bar => p0 = p2 + Δpvào = 10,02 bar • Lưu lượng dầu Cơng suất bơm dầu : hành trình Chọn v = 25 m/ph => Q1 = v.F1 = 25.(π ) = 0,16 (m3/ph) Công suất bơm dầu : hành trình Chọn v = 25 m/ph => Q1 = V.F1 = 25.(π.) = 0,15 (m3/ph) Từ trường hợp ta chọn công suất bơm dầu : = 2,488 (kW) => Công suất động điện: = = 2,93 2.4 Tính chọn xylanh cho hệ thống nâng hạ ụ đá mài • Chọn áp suất làm việc sơ xylanh = 10bar • Đường kính sơ ống xylanh = = 0,019 (m) = 19 mm Theo TCVN 7969:2008 ta chọn • Phương trình cân lực: p1F1 = p2F2 + Pmax với đó: p2 = pbể + Δpra = bar p0 : áp suất bơm; p1 : áp suất đường dầu vào xilanh; p2 : áp suất đường dầu xilanh Xét cấu chấp hành di chuyển dọc: - Hành trình đi: = p2 + 30.9,81 => p1 = bar => p0 = p1 + Δpvào = bar - Hành trình về: p2 = p1 + 30.9,81 => p2 = 6,36 bar => p0 = p2 + Δpvào = 7,36 bar • Lưu lượng dầu Cơng suất bơm dầu : hành trình Chọn v = m/ph => Q1 = v.F1 = 1.(π ) = 0,0005 (m3/ph) Công suất bơm dầu : hành trình Chọn v = m/ph => Q1 = V.F1 = 1.(π.) = 0,00028 (m3/ph) Từ trường hợp ta chọn công suất bơm dầu : = 2,57 (kW) => Công suất động điện: = = 3,02 2.5 Chọn bơm dầu, động điện • • • - Ta chọn bơm dầu cánh gạt có Q = 0,2 m3/ph Ta chọn động điện có N = 5,5 kW Ta chọn bơm dầu cánh gạt Corken Z3500 có thơng số Mặt bích vào / ra: “” NPT / “” NPT Tốc độ: 420 – 780 vòng / phút Nguồn: 20 (15.0) hp (kW) Công suất tối đa: tới 177 (670) gpm (L / phút) Áp suất tối đa: đến 350 (24.1) bar Dãy nhiệt độ: -25 đến 225 ° F (-32 đến 107 ° C) Hình 24 Bơm cánh gạt Corken Z3500 • - Ta chọn động điện pha tồn phát có thơng số: Cơng suất: 5,5 kW Dòng điện: 220V – 50Hz Vòng quay: 1500 vịng/phút Hình 25 Động điện Chọn phần tử khác 2.6.1 Chọn van điều khiển Ta sử dụng loại van cửa vị trí, điều khiển điện từ Tra theo catalog Parker, chọn van đảo chiều có số hiệu D1VW083DNKWT 2.6 • Hình 26 Van 4/2 Parker Hình 27 Thơng số kĩ thuật van Parker • • - 2.6.2 Chọn đường ống Đường ống: Đường kính ống dẫn (bao gồm ống kim loại dài ống mềm) d(mm) Chọn vận tốc đường dầu đoạn đường ống hệ thống sau : Đường ống hút: v1 = 1,2 m/s • - Đường ống xả: v2 = 1,6 m/s Đường ống đẩy: v3 = m/s Đường kính ống tính theo cơng thức sau: d1 = Đường kính đường ống hút: d1 = = 0,0594 (m) = 59,4 mm Chọn đường kính ống hút d1 = 60 mm - Đường kính đường ống xả: d2 = = 0,0515 (m) = 51,5 mm Chọn đường kính ống hút d2 = 52 mm - Đường kính đường ống xả: d3 = = 0,0291 (m) = 29,1 mm Chọn đường kính ống hút d3 = 30 mm Riêng đường ống đẩy nối với cấu nâng hạ ụ đá mài, ta chọn đường kính ống đẩy d3 = 10mm, kích thước xi lanh cấu nâng hạ nhỏ • 2.6.3 Chọn phần tử lại Chọn phần tử lại theo điều kiện làm việc máy Tên phần từ Van an toàn Van tiết lưu Van chiều • Áp suất làm việc (bar) 11 11 11 Chọn lọc dầu hút MF series có thơng số sau Lưu lượng (m3/ph) 0.2 0.2 0.2 Hình 28 Thông số kĩ thuật lọc dầu Chọn hệ thống điều khiển Chọn phương án điều khiển PLC vì: • Hệ thống điều khiển sử dụng PLC có ưu điểm bật sau: • Cơng suất tiêu thụ PLC thấp • Giảm đến 80% số lượng dây nối • Sửa chữa nhanh chóng dễ dàng • Giảm thiểu số lượng rơle timer so với hệ điều khiển cổ điển • Tốc độ suất lớn • Thuận tiện cho vấn đề bảo trì sửa chữa hệ thống • Dung lượng chương trình lớn để chứa nhiều chương trình phức tạp • Hồn tồn tin cậy mơi trường cơng nghiệp Mơ hệ thống thuỷ lực Hình 29 Mô hệ thống phần mềm Automation Studio KẾT LUẬN Thông qua tập lớn nghiên cứu thiết kế hệ thống thủy lực cho máy mài chúng em rút nhiều học : - Học nhiều kiến thức hiểu biết thêm máy mài thủy lực - Biết cách xây dựng, thiết kế hệ thống thủy lực loại máy móc khí nói chung, máy mài thủy lực nói riêng - Học cách mô hệ thống thủy lực phần mềm Automation Studio Hi vọng tương lai chúng em có hội học tập làm việc mơi trường nhà máy có hướng phát triển cho máy khí nói chung máy mài thủy lực nói riêng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tiến Lưỡng (2008) Tự động hóa thủy khí máy cơng nghiệp Nhà xuất giáo dục, Hà Nội [2] Trần Xuân Hiển (2008) Máy xúc thủy lực Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Máy mài thủy lực gì, U – MAC Việt Nam, https://umac.com.vn/xe-cau-tu-hanh-la-gi/, truy cập ngày 10/05/2021 [4] https://luattrongtay.vn/ViewFullText/Id/450313a0-1bdf-4c5e-bfa0-0cc9ce97e304 ... nhập vào máy Phân loại máy mài theo chế độ mài: • • • Máy mài trịn Máy mài trịn ngồi Máy mài phẳng Hình 17 Máy mài phẳng Hình 18 Máy mài trịn ngồi 1.2 Cấu tạo máy mài thủy lực Cấu tạo máy mài thủy. .. kiến thức hiểu biết thêm máy mài thủy lực - Biết cách xây dựng, thiết kế hệ thống thủy lực loại máy móc khí nói chung, máy mài thủy lực nói riêng - Học cách mơ hệ thống thủy lực phần mềm Automation... dầu (6) Thiết kế hệ thống thủy lực cho máy mài 2.1 Thông số đầu vào Hệ thống bàn máy mài • Δpra = Δpvào = bar • Pmax = 500 Kg = 4905,4 N • Vxilanh = – 25 (m/ph) Hệ thống nâng hạ ụ đá mài