Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển dừng vị trí chính xác của xy lanh khí hành trình đến 2000mm trong trường hợp tải quán tính lớn

B CễNG THNG TNG CễNG TY MY NG LC & MY NễNG NGHIP VIN CễNG NGH BO CO TNG KT TI M S 234.08 RD/H KHCN Tờn ti: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển dừng vị trí chính xác của xylanh khí hành trình đến 2000mm trong trờng hợp tải quán tính lớn. C QUAN CH QUN: B CễNG THNG C QUAN CH TRè: VIN CễNG NGH CH NHIM TI: KS. TNG VN CNG 7104 16/02/2009 H NI, 12 2008 1 Nhóm nghiên cứu đề tài gồm: TT Họ và tên Học hàm, học vị chuyên môn Cơ quan 1 Tống Văn Cờng Kỹ s Viện Công nghệ Chủ nhiệm Đề tài 2 Đỗ Quốc Quang Tiến sĩ cơ học Viện Công nghệ 3 Nguyễn Thành Long Kỹ s Viện Công nghệ 4 Đào Trung Hiếu Kỹ s Viện Công nghệ 5 Nguyễn Văn Quân Kỹ s Viện Công nghệ 6 Tăng Bích Thuỷ Kỹ s Viện Công nghệ 2 Mục lục Chơng I: Khảo sát, nghiên cứu 3 1.1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống có sử dụng khí nén 3 1.2. Giới thiệu về máy dỡ tải chân không với cơ cấu di chuyển ngang bằng cơ khí 5 1.3. Sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển ngang bằng xylanh khí nén 7 1.4. Hệ truyền động khí nén có hãm cuối hành trình 13 Chơng 2: Nghiên cứu tính toán, mô phỏng truyền động của thiết bị 19 2.1. Tính toán và chọn thông số xylanh khí 19 2.2. Mô phỏng truyền động của thiết bị 25 Chơng 3: Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển 26 1. Sơ đồ khí nén cơ cấu di chuyển ngang 27 2. Sơ đồ điện điều khiển máy dỡ tải 30 Chơng 4: Khảo nghiệm và đánh giá kết quả 34 1. Vận hành khảo nghiệm 34 2. Đánh giá khả năng ứng dụng 37 Tài liệu tham khảo 38 Phụ lục báo cáo đề tài 39 3 Mở đầu Trong những năm gần đây, Viện Công nghệ Bộ Công Thơng đã thực hiện đợc nhiều Đề tài nghiên cứu khoa học có chất lợng tốt và đợc các doanh nghiệp ứng dụng đánh giá là có hiệu quả cao. Tuy nhiên chúng tôi định hớng không ngừng nghiên cứu nhằm tìm các giải pháp tốt hơn. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp bộ 17-06RD-HĐ-KHCN đã đạt đợc những kết quả nổi bật, đã chế tạo và ứng dụng thành công Máy tạo sóng và dỡ tải chân không ứng dụng trong Công Thơng sản xuất Vật liệu xây dựng, hiện đang vận hành tại nhiều doanh nghiệp trên lãnh thổ Việt Nam. Với nhu cầu sản xuất không ngừng mở rộng, thiết bị đòi hỏi phải có chế độ làm việc ổn định, độ bền cao, đáp ứng đợc việc nâng cao năng suất của máy. Chúng tôi đề xuất ở đây việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển dừng vị trí chính xác của xylanh khí hành trình đến 2000 mm trong trờng hợp tải quán tính lớn. Nhằm thay thế cho cơ cấu di chuyển ngang của máy dỡ tải chân không để nâng cao năng suất của máy. Chúng tôi đã tiến hành rà soát và theo dõi suốt quá trình vận hành của Máy dỡ tải chân không, khảo sát, rút kinh nghiệm và triển khai nghiên cứu, thiết kế, chế tạo,bộ điều khiển dừng vị trí chính xác của xylanh khí hành trình đến 2000mm trong trờng hợp tải quán tính lớn nhằm ứng dụng cho máy dỡ tải chân không. 4 Chơng I: Khảo sát - nghiên cứu 1.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống có sử dụng khí nén. Các hệ thống truyền động khí nén đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nh trong chế tạo máy, luyện kim, hàng khôngChúng thờng đợc sử dụng dới dạng các hệ truyền động kẹp, vận chuyển, nâng hạ, phanh hãm, các cơ cấu tự động hoá Sở dĩ các hệ thống khí nén đợc sử dụng rộng rãi nh vậy bởi khí nén có nhiều u điểm mà các hệ truyền động khác không có đợc, đó là: - Kết cấu cơ khí đơn giản. - Tác động rất nhanh. - Độ tin cậy làm việc cao trong môi trờng dễ cháy nổ. - Tiết kiệm năng lợng. Tuy nhiên các hệ thống khí nén có nhợc điểm là kích thớc lớn, tính nén và giãn của không khí khá lớn gây ảnh hởng tới hệ thống. Nhất là đối với tải có khối lợng lớn, quán tính lớn. Do vận tốc của các cơ cấu chấp hành khí nén khá lớn dễ xảy ra va đập ở cuối các hành trình. Việc điều khiển dừng vị trí chính xác rất khó thực hiện đợc nh đối với các hệ thống thuỷ lực và cơ khí. Mặc dù còn có những hạn chế nh vậy, các hệ các hệ truyền động khí nén vẫn đợc sử dụng rất thành công trong các trờng hợp khi mà những nhợc điểm trên không phải là quyết định. Hiện nay xu hớng sử dụng khí nén kết hợp với các hệ thống điện, điện tử cho phép mở rộng đáng kể lĩnh vực ứng dụng của các hệ truyền động khí nén, đặc biết là trong lĩnh vực chế tạo máy và tự động hoá quá trình sản xuất. 5 1.2 Giới thiệu về máy dỡ tải chân không với cơ cấu di chuyển ngang bằng cơ khí. a. Thông số tốc độ làm việc: Thông số tốc độ làm việc của thit b c công bố trong các ấn phẩm của Liên xô cũ đợc nêu trong bng sau: b. Yêu cu thc t: - Hnh trình ca thit b: Gm 2 hnh trình i, li ca xe con v hnh trình lên xung ca dn hút tấm, dn d khuôn. Di ây l bng hnh trình di chuyn ca thit b: Hnh trình H (mm) Truyn ng 1900 Di chuyn ca xe con (phi, trái) 150 Nâng (h) dn hút tấm 150 Nâng (h) dn hút khuôn c. Sơ đồ động học của thiết bị: Hình 2.1. Sơ đồ động học của thiết bị Truyn ng Tc Di chuyn 256 (mm/s) Nâng h 125 (mm/s) 6 d. Mô tả hoạt động của thiết bị: Xe con di chuyển phải trái trên khung máy với vận tốc V DC từ vị trí 1-2 đến vị trí 2-3 và ngợc lại, hành trình di chuyển là H 1 = 1.900 mm; Hai dàn dàn hút tấm (trái) và dàn dỡ hút khuôn (phải) nâng lên, hạ xuống với vận tốc V NH , hành trình nâng (hạ) H 2 = 150 mm. Vị trí số 1 của dàn hút tấm là trùng với đờng tâm băng tải 2, dàn dỡ hút khuôn trùng với bàn nâng hạ khuôn. Một chu kỳ làm việc của thiết bị bao gồm các bớc sau: Bớc 1: Từ vị trí 2.a, dàn hút khuôn đi xuống vị trí 2.b để hút khuôn trên chồng tấm và khuôn sếp xen kẽ, dàn hút tấm đi từ vị trí 2.a xuống vị trí 2.b để nhả tấm vừa đợc hút tại vị trí 2 (trong chu kỳ làm việc trớc đó). Bớc 2: Sau khi hút khuôn và nhả tấm xong, hai dàn đợc nâng vị trí ban đầu (1.a và 2.a). Bớc 3: Xe con di chuyển sang phải, dàn hút tấm đến vị trí số 2.a. Dàn hút dỡ khuôn đến vị trí 3.a (vị trí bàn đặt khuôn). Bớc 4: Dàn hút tấm đi xuống vị trí 2.b, tấm sóng trên dàn tạo sóng đợc hút lên . Dàn hút dỡ khuôn đi xuống vị trí 3.b nhả khuôn ra. Bớc 5: Hai dàn đợc nâng lên, dàn hút tấm trở về vị trí 2.a, dàn hút dỡ khuôn trở về vị trí 3.a. Bớc 6: Xe con di chuyển về phía trái, dàn hút tấm trở về vị trí 1.a, dàn hút dỡ khuôn trở về vị trí 2.a; Đến đây một chu kỳ làm việc của thiết bị kết thúc, một chu kỳ là việc tiếp theo bắt đầu đợc lặp lại. Gia các bc thao tác cả thi gian ngh gian ngh h thng c khí cụ th áp ng c vi iu khin. Nh vy thi gian cho mt chu k lm vic ca thit b s c tính theo công thc l: T Chukì =Xung+Dng+Lên+Dng+Phi+Dng+Xung+Dng+Lên+Dngt+Trái+ Dng. 7 e. Di chuyn ngang ca xe dẫn động cơ khí( bánh răng, thanh răng). Hình 2.2. Sơ đồ truyền động xe con * Nhợc điểm của cơ cấu di chuyển ngang kiểu banh răng- thanh răng: - Hệ thống cơ khí phức tạp nhiều phần tử nên gây khó khăn trong việc chế tạo và lắp đặt. - Sau thời gian làm việc bộ truyền bánh răng thanh răng bị dơ làm cho xe con đỗ dừng bị sai vị trí. - Bộ truyền bánh răng thanh răng khi di chuyển tốc độ cao bị kêu và rung nhiều. 1.3. Sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển ngang bằng xylanh khí nén. a. Sơ đồ dẫn động bằng xylanh khí cơ bản. Hình 1.Sơ đồ dẫn động Hệ trên bao gồm xylanh khí 1 đợc nối với xe 2. Khi pittông dịch chuyển trong xylanh sẽ làm cho xe dịch chuyển sang trái hoặc sang phải. 8 *Ưu điểm: - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. - Di chuyển êm, trơn hơn cơ khí. *Nhợc điểm: - Khó điều khiển quá trình tăng tốc, giảm tốc , dừng vị trí chính xác. b. Các phơng pháp điều khiển. Hệ thống điều khiển các truyền động khí nén phải đảm bảo việc đóng mở các van phân phối với các điều kiện làm việc đã cho. Các phơng pháp thực hiện chúng rất đa dạng . Khi thiết kế các máy tự động với các khâu cứng, điều kiện làm việc đợc cho dới dạng các chu trình (biểu đồ) làm việc. Đó là một dạng đồ thị qui ớc biểu diễn sự phụ thuộc vào thời gian dịch chuyển của các cơ cấu chấp hành. Chu trình dịch chuyển là một trình tự xác định dịch chuyển của cơ cấu chấp hành mà sau khi thực hiện xong chúng lại trở về vị trí ban đầu Các hệ truyền động khí nén làm việc theo chu trình đợc chia theo kiểu điều khiển thành ba nhóm: Điều khiển theo vị trí: Hình 2: Xylanh khí điều khiển theo vi trí. Trong sơ đồ nay vị trí tận cùng đợc kiểm tra bằng các cảm biến vị trí X11, X12. Từ các cảm biến X11, X12 các tín hiệu về vị trí của các cơ cấu chấp hành đợc báo tới hệ điều khiển, trên cơ sở đó tạo lập các lệnh điều khiển f và f .Trong các hệ điều khiển khí nén các cảm biến vị trí trên thờng là các van hành trình 3/2 9 thờng ngắt( ở vị trí đầu cửa ra của van nối với đờng xả) hoặc thờng mở( ở vị trí đầu cửa ra của van nối với áp suất nguồn). Hệ điều khiển có thể còn bao gồm các công tắc khí nén, công suất khởi động, các thiết bị giữ chậm, các phần tử lôgíc Số các cơ cấu chấp hành đợc điều khiển trong hệ thống có thể là 1, 2, 3 hoặc hơn nữa. Hệ điều khiển theo thời gian: Hình 3: Sơ đồ hệ điều khiển theo thời gian bằng cơ cấu cam. Trong sơ đồ này thời gian thực hiện một chu trình đợc xác định bằng cơ cấu cam. Thời gian thực hiện và đờng phân các chu kỳ riêng biệt của nó ở đây đợc xác định bởi profin của cam 1 và vận tốc quay( W) của nó. Thời gian của từng bớc hoặc của cả chu trình làm việc có thể cho trớc bằng rơle thời gian các loại, đợc nối tiếp nhau trong hệ thống . [...]... điều khiển cần tính đến khả năng phải thay đổi trình tự chuyển động của các cơ cấu chấp hành, can thiệp của ngời điều khiển tại từng công đoạn bất kỳ của chu trình làm việc và các yếu tố khác - Điều khiển theo lôgíc ( Điều khiển số) Trong các hệ khí nén phức tạp của các máy công nghệ, để đa các tín hiệu đến đổi vị trí các van phân phối, ngoài vị trí của các cơ cấu chấp hành, cần tính đến một loạt các... mô tả điều kiện làm việc và tổng hợp hệ điều khiển 1.4 Hệ truyền động khí nén có hãm cuối hành trình Một trong những hạn chế cơ bản của các hệ truyền động khí nén là dễ xảy ra va đập cuối các hành trình, đặc biệt là khi chúng làm việc với tải nặng và vận tốc lớn Vì vậy, việc đảm bảo cho các hệ khí nén dừng nhẹ nhàng ở cuối các hành trình là điều quyết định trong các hệ truyền động khí nén Việc tính. .. phải điều chỉnh tốc độ trên cả hành trình hoặc phải giảm khối lợng chuyển động của hệ thống Khối lợng hệ thống thì không thể giảm đợc, nếu điều chỉnh tốc độ trên toàn bộ hành trình xylanh cũng làm giảm tốc độ của xylanh Trong trờng hợp đề tài tác giả sử phơng pháp hãm kết hợp vừa làm giảm tiết diện đờng xả để làm giảm tốc độ xylanh, đồng thời kết hợp với phanh khí nén ở cuối hành trình 18 Chơng 2: Tính. .. Van phân phối khí loại 5/2 thờng ngắt, điều khiển hai phía 6 : Van tiết lu 7 : Bộ điều chỉnh áp suất 8 : Máy nén khí 9 : Phanh khí nén * Mô tả hoạt động của hệ thống điều khiển xylanh cơ cấu di chuyển ngang Có thể chia làm ba giai đoạn: - Giai đoạn chuẩn bị: Giả sử xe con đang ở vị trí bên trái, sensor hạn vị trái đang tác động Khí từ nguồn cấp là máy nén khí qua bộ điều áp đến của 1P của van 3, van... chuyển nó về vị trí đầu Vị trí ban đầu của pittông đợc kiểm tra bằng công tắc hành trình 3 Để pittông dịch chuyển về phía trớc sử dụng công tắc khởi động 4 Nhợc điểm của cách điều khiển dới là khi tải thay đổi đột ngột, hoặc khi các thông số khí thay đổi , chuyển động của cơ cấu chấp hành có thể xảy ra trớc Bởi vậy, các hệ điều khiển theo vị trí, trong đó chuyển động của từng cơ cấu chấp hành có thể... một trình tự vị trí xác định của tất cả các cơ cầu chấp hành còn lại là phổ biến nhất trong các hệ thống truyền động tự động khí nén Trong các hệ khí nén phức tạp của các máy công nghệ, để đa tín hiệu tới đổi vị trí các van phân phối, ngoài vị trí của các cơ cấu chấp hành, cần tính đến một loạt các thông tin về đối tợng đợc gia công, dụng cụ, các vấn đề về an toàn lao động Ngoài ra, hệ thống điều khiển. .. đồ hệ điều khiển theo thời gian bằng rơle thời gian Trong sơ đồ này đờng rơ le thời gian để đặt thời gian cho mọi chu trình làm việc của xi lanh khí nén, phanh khí nén và động cơ khí nén - Hệ điều khiển theo áp suất: Các hệ điều khiển theo áp suất coi nh các biến thể của hệ điều khiển theo vị trí Chúng đợc sử dụng trong các trờng hợp khi pittông dịch chuyển những khoảng khác nhau phụ thuộc vào khích... lao động Ngoài ra hệ điều khiển còn tính đến khả năng phải thay đổi trình tự chuyển động của các cơ cấu chấp hành, can thiệp của ngời điều khiển tại từng công đoạn bất kỳ trong chu trình làm việc và các yếu tố khác Đa số các hệ thống tự động sử dụng trong thực tế, trong đó kể cả các hệ thống truyền động tự động khí nén, thuộc nhóm các hệ thống điều khiển ngắt quãng Hệ điều khiển của các hệ thống tự... phơng pháp điều khiển kết hợp với đặc thù của xe con tác giả đã lựa chọn phơng pháp điều khiển theo vi trí Đây là hệ thống điều khiển kết hợp giữa khí nén với hệ thống điện, điện tử đợc điều khiển theo chơng trình PLC 26 1 Sơ đồ khí nén cơ cấu di chuyển ngang Từ sơ đồ trên ta thấy hệ thống khí nén cơ cấu di chuyển ngang bao gồm : 1,2 : xylanh khí có chiều dài l và đờng kính d 3,4 : Van phân phối khí, loại... về vị trí ban đầu dới tác dụng của khí chảy qua van một chiều 5 Ngoài phơng pháp hãm ngoài còn có phơng pháp hãm trong, các thiết bị hãm trong có kết cấu và làm việc cũng tơng tự nh van hãm ngoài; ở đây, vai trò của van hãm cuối hành trình đợc thực hiện bởi pittông, khi đến gần cuối hành trình nó sẽ bịt đờng khí chính và khí nén chỉ có thể đi qua tiết lu trong để xả ra ngoài khí quyển Trong trờng hợp . triển khai nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, bộ điều khiển dừng vị trí chính xác của xylanh khí hành trình đến 2000mm trong trờng hợp tải quán tính lớn nhằm ứng dụng cho máy dỡ tải chân không suất của máy. Chúng tôi đề xuất ở đây việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển dừng vị trí chính xác của xylanh khí hành trình đến 2000 mm trong trờng hợp tải quán tính lớn. . KHCN Tờn ti: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển dừng vị trí chính xác của xylanh khí hành trình đến 2000mm trong trờng hợp tải quán tính lớn. C QUAN CH QUN: B CễNG THNG