Sách bài tập kỹ thuật thủy lực và khí nén

Giải Bài tập Thủy lực Khí nén Đại học Bách Khoa Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.........................................................................................................................................................

Đào Nhật Minh - Phan Dương Khiêm - Phạm Hoàng Khanh – Bùi văn Dư - Châu Diệu An - Võ Nhật An – Trần Tiến Anh - Trần Trọng Lâm - Thạch Thái Trung – Đào Nhật Nam - Lê Chí Bảo Duy - Lê Xuân Bách – La Chấn Hiệp - Trần Viết Quốc - Nguyễn Tường Minh - Hàng Hồi Nam - Lê Quốc Trí - Nguyễn Nam Việt – Nguyễn Trung Hậu - Nguyễn Lam Hoài - Nguyễn Đình Khải - Nguyễn Cơng Hồng - Nguyễn Phan Minh Thông - Phạm Quốc Hưng – Lã Anh Kiệt – Nguyễn Hưng Trần Nguyên Duy Phương SÁCH BÀI TẬP KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN Trường Đại học Bách Khoa Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Năm 2022 MỤC LỤC POWER HYDRAULICS PHẦN 1: THỦY LỰC PHẦN 2: KHÍ NÉN 30 FLUID POWER WITH APPLICATIONS 49 PHẦN 1: THỦY LỰC 49 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ THỦY LỰC 49 CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CHẤT LỎNG THỦY LỰC 54 CHƯƠNG 3: NĂNG LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT TRONG CÁC HỆ THỐNG THỦY LỰC 62 CHƯƠNG 4: TỔN THẤT DO MA SÁT TRONG ĐƯỜNG ỐNG THỦY LỰC 64 CHƯƠNG 5: BƠM THỦY LỰC 84 CHƯƠNG 6: XYLANH THỦY LỰC VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN 105 CHƯƠNG 7: ĐỘNG CƠ THỦY LỰC 119 CHƯƠNG 8: VAN THỦY LỰC 122 CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH MẠCH THỦY LỰC 137 CHƯƠNG 10: DÂY DẪN VÀ PHỤ KIỆN THỦY LỰC 163 CHƯƠNG 11: CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC PHỤ TRỢ 172 CHƯƠNG 12: BẢO TRÌ HỆ THỐNG THỦY LỰC 178 PHẦN 2: KHÍ NÉN 193 CHƯƠNG 13: ĐIỀU CHẾ KHÍ NÉN VÀ CÁC THÀNH PHẦN 193 CHƯƠNG 14: KHÍ NÉN – MẠCH VÀ ỨNG DỤNG 205 CHƯƠNG 15: ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN CƠ BẢN CHO MẠCH ĐIỆN 218 CHƯƠNG 16: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC CHẤT LỎNG 225 CHƯƠNG 17: ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN NÂNG CAO CHO HỆ THỐNG THỦY LỰC 235 POWER HYDRAULICS PHẦN 1: THỦY LỰC A.2.1 Lưu lượng riêng bơm 1.7 cm3/vòng, tốc độ 1500 vịng/phút Hiệu suất thể tích 87% hiệu suất tổng 76% Tính: a) Lưu lượng thực bơm (lit/phút) b) Công suất cần thiết để vận hành bơm bơm hoạt động áp suất 150 bar Bài làm a) Lưu lượng thực bơm là: Q = D.n.v = 1,7.1500.0,87 = 2, 22l / b) Công suất cần thiết: P= Q p 2, 22.150 = = 0, 73kW 600 0 600 0, 76 A.2.2 Lưu lượng thực bơm 15 𝑙/𝑣𝑔, áp suất 200 𝑏𝑎𝑟, tốc độ 1430 𝑣𝑔/𝑝ℎ Nếu công suất đầu vào 6.8 𝑘𝑊 hiệu suất mômen 87% Tính lưu lượng riêng bơm (𝑐𝑚3 /𝑣𝑔) Bài làm Công suất đầu vào: 𝑃= 𝑄𝑝 𝑄𝑝 15 × 200 ⇔ 𝜂0 = = = 0.735 600 𝜂0 600𝑃 600 × 6.8 Mà 𝜂0 = 𝜂𝑣 𝜂𝑡 ⇔ 𝜂𝑣 = 𝜂0 0.735 = = 0.845 𝜂𝑣 0.87 Lưu lượng riêng máy bơm 𝐷𝑝 = 𝑄 15 = = 0.0124 (𝑙/𝑣𝑔) 𝜂𝑣 𝑛𝑝 0.845 × 1430 A.2.3 Một hệ thống thủy lực cần lưu lượng 32lit/phút áp suất 260 bar Bơm sử dụng có lưu lượng riêng lớn 28 cm3/vòng Tốc độ 1430 vòng/phút hiệu suất tổng 0.85, hiệu suất thể tích 0.90 Tính: (a) Phần trăm lưu lượng bơm so với lưu lượng lớn bơm (b) Công suất cần thiết để vận hành bơm Bài làm A) lưu lượng lớn bơm 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝜂𝑣 𝐷𝑝𝑚𝑎𝑥 𝑛𝑝 = 0,9.28.1430 36,036 𝑙/ 𝑚𝑖𝑛 Suy phần trăm lưu lượng thực so với lưu lượng lớn là: %𝑄 = 𝑄 𝑄𝑚𝑎𝑥 100% = 32 100% = 88% 36,036 b) Cống suất cần thiết: 𝑃= 𝑄 𝑝 32.260 = = 16,3𝑘𝑊 𝜂0 600 0,85 600 A.2.4 Một bơm thủy lực có lưu lượng riêng 8.8 ml/vòng, tốc độ 2880 vòng/phút Nếu hiệu suất thể tích hiệu suất 93% 91% Xác định: (a) Lưu lượng thực bơm (b) Công suất đầu vào bơm hoạt động công suất 350 bar Bài làm (a) Lưu lượng thực bơm: 𝑄 = 𝜂𝑣 𝐷𝑝 𝜂𝑝 = 0,93.8,8.2880 23,57 𝑙/ 𝑚𝑖𝑛 (b) Công suất đầu vào: 𝑄 𝑝 23,57.350 𝑃= = = = 16,25 𝑘𝑊 𝜂0 600 0,93.0,91 600 A.2.5 Một mạch thủy lực sử dụng 25 lít chất lỏng phút cung cấp máy bơm có lưu lượng riêng 12,5 cm3/vịng tốc độ 2880 vịng/phút Bơm có hiệu suất thể tích 0,85 hiệu suất tổng 0,75, áp suất hệ thống 180bar Tính: a) Lưu lượng cung cấp bơm b) Công suất cần thiết để vận hành bơm c) Công suất dịng chảy chạy qua van an tồn Bài làm a) Lưu lượng cung cấp bơm: 𝑄 = 𝐷𝑝 𝑛𝑝 𝜂𝑣 = 12,5 × 2880 × 0,85 = 30,6 𝑙í𝑡/𝑝ℎú𝑡 b) Cơng suất cần thiết để vận hành bơm: 𝑃=𝑄× 𝑝 30,6 × 180 × = × = 12,24 𝑘𝑊 600 𝜂0 600 0,75 c) Cơng suất dịng chảy chạy qua van an toàn để đảm bảo lưu lượng mạch 25 lít/phút: Δ𝑃 = (𝑄𝑝 − 𝑄) × 𝑝 (30,6 − 25) × 180 = = 1,68 𝑘𝑊 600 600 A.2.6 Một mạch thủy lực gồm bơm có lưu lượng riêng không đổi cấp lưu chất cho xy lanh có đường kính 100mm, đường kính trục 56mm hành trình 400mm Bơm có lưu lượng tăng dần bước 1ml/vịng đến đạt 5ml; hiệu suất thể tích 88%, hiệu suất tổng 80% Bơm điều khiển trực tiếp thơng qua mơ tơ điện có tốc độ 1430 vòng/phút Lựa chọn bơm phù hợp để xy lanh hồn thành chu kì 12 giây Bài làm Thể tích cần để đẩy xylanh hành trình tiến ra: 𝑉1 = 𝜋𝐷2 𝑠 = 𝜋0,12 0,4 = 3,142 𝑙 Thể tích để đẩy xylanh hành trình thu về: 𝜋(𝐷2 − 𝑑 ) 𝜋(0,12 − 0,0562 ) 𝑉1 = 𝑠 = 0,4 = 2,2 𝑙 4 Gọi lưu lượng thực bơm Q, thời gian hoàn thành chu kì là: 𝑡= 𝑉1 𝑉2 𝑉1 + 𝑉2 3,142 + 2,2 + = 12 ⇒ 𝑄 = = = 0,445 𝑙/𝑠 𝑄 𝑄 12 12 Lưu lượng riêng bơm: 𝐷𝑝 = 𝑄 0,445.60 = = 21,2 𝑚𝑙/𝑣𝑔 𝜂𝑝 𝜂𝑣 1430.0,88 Vậy ta cần chọn bơm có lưu lượng riêng 21,2 ml/vg A.2.7 Một máy bơm có lưu lượng riêng 25 ml/vịng, tốc độ 1440 vịng/phút, công suất máy bơm 10kW Hiệu suất tổng hiệu suất la 85% 90% Xác định: a) Lưu lượng thực bơm b) Áp suất tối đa mà bơm hoạt động mà khơng bị tải Bài làm c) Lưu lượng thực bơm: 0,85 25.1440 = 34000 𝑚𝑙/𝑝ℎú𝑡 = 34 𝑙/𝑝ℎú𝑡 0,9 d) Áp suất tối đa mà bơm hoạt động mà không bị tải 𝑃 600 𝜂0 10.600.0,85 𝑝𝑚𝑎𝑥 = = = 150 𝑏𝑎𝑟 𝑄 34 𝑄 = 𝜂𝑣 𝐷𝑝 𝑛𝑝 = A.2.8 Diện tích xylanh 𝐴𝑥𝑙 𝜋𝑑 𝑙 𝜋 0,112 =( )= = 9,5.10−3 𝑚2 4 Diện tích phần vành khăn 𝜋 𝜋 𝐴𝑣𝑘 = 𝑑𝑥𝑙 − 𝑑𝑐ầ𝑛 ) = (0,112 − 0,0652 ) = 6,185.10−3 𝑚2 4 Vận tốc xylanh 𝑄𝑙𝑡 𝐻 35.10−3 0,9 𝑣1 = = = 0,055 𝑚/𝑠 = 3,32𝑚/𝑝ℎ 𝐴𝑥𝑙 60.9,5.10−3 Vận tốc xylanh 𝑄𝑙𝑡 𝐻 35.10−3 0,9 𝑣2 = = = 0,084 𝑚/𝑠 = 5,09𝑚/𝑝ℎ 𝐴𝑣𝑘 60.6,185.10−3 Thời gian hồn tất hành trình 𝑇 = 𝑡1 + 𝑡2 = 𝑆 𝑆 0,7 0,7 + =( )+( ) = 21,06𝑠 𝑣1 𝑣2 0,055 0,084 A.2.9 a Lưu lượng cần cho máy bơm: 1 6 𝑄𝑝 = 45 + 30 + 15 = 15 (𝑙/𝑝ℎú𝑡) = 0,25 (l/s) b Thể tích chất lỏng lớn lưu trữ bình tích áp: 𝑉 = 𝑄 𝑡 = 15 (25 − 15) = 2,5 (𝑙) 60 c Áp suất trữ bình tích áp: 𝑝1 = 0,9.125 = 112.5 𝑏𝑎𝑟 Áp suất tối đa bình tích áp: 𝑝2 = 200 𝑏𝑎𝑟 Áp suất tối thiểu bình tích áp: 𝑝3 = 125 𝑏𝑎𝑟 Gọi 𝑉1 , 𝑉2 , 𝑉3 thể tích lưu chất trường hợp trên: 𝑉3 − 𝑉2 = 2,5 𝑝1 { 𝑝2 𝑝2 𝑝3 = = 𝑉2 𝑉1 𝑉3 →{ 𝑉2 = 0,56𝑉1 𝑉2 = 0,627𝑉3 𝑉2 𝑉1 = 7,43𝑙 → { 𝑉2 = 4,2𝑙 𝑉3 = 6,7𝑙 A.2.10 Một xylanh ép có đường kính 140 mm đường kính trục 100 mm có vận tốc ban đầu m/phút vận tốc ép cuối 0,5 m/phút Áp suất hệ lúc tiến nhanh 40 bar áp suất nén cuối 350 bar Giả thiết bơm có hiệu suất thể tích hiệu suất tổng 0,95và 0,85 Xác định: Lưu lượng đến xylanh lúc tiến nhanh ép cuối Lưu lượng thích hợp cho bơm Lưu lượng riêng bơm vận tốc 1720 vịng/phút Cơng suất u cầu motor bơm lúc tiến nhanh nén Vận tốc lùi áp suất yêu cầu tối đa 25 bar Bài làm (a) Lưu lượng đến xylanh lúc tiến nhanh: Q1 = v1 A =  0.142 Lưu lượng đến xylanh lúc ép cuối cùng: Q2 = v2 A = 0,5 = 77l /  0.142 = 7, 7l / (b) Lưu lượng thích hợp cho bơm: Bơm dùng để đẩy xylanh tiến nhanh: q1 = Q1 − Q2 = 77 − 7,7 = 69,3l Bơm dùng cho trình ép: q2 = Q2 = 7, 7l (c) Bơm dùng để đẩy xylanh tiến nhanh: Dp1 = Bơm dùng cho trình ép: Dp = q2 7, = = 4, 7ml / vg v  p 0,95.1720 (d) Trong trình tiến nhanh: P1 = Trong trình nén: P2 = q1 69,3 = = 42, 4ml / vg v  p 0,95.1720 Q1 p1 77.40 = = 6, 04kW 0 600 0,85.600 Q2 p2 7, 7.350 = = 5, 28kW 0 600 0,85.600 77.10−3 = 10, 2m / (e) Vận tốc lùi về: Q1 = vre ( A − a) = vre =  (0,142 − 0,12 ) A.2.11 Một bơm hoạt động 1440 vòng/ phút với thể tich riêng 12,5 ml/vòng hiệu suất thể tích 87% sử dụng để cung cấp chất lỏng đến mạch có xy lanh Nếu xy lanh A có kích thước đường kính nịng 63mm x đường kính ti 35mm x chu kỳ 250mm xy lanh B có đường kính nịng 80mm x đường kính ti 55mm x chu kỳ 150mm, tìm thời gian chu kỳ ngắn để hai xy lanh mở rộng thu lại đầy đủ Bài làm - Lưu lượng thực tế bơm Qp = p.nv.Dp.np = 0,87.12,5.10-3 1440 = 15,66l/ phút - Xy lanh A có Diện tích piston AA = п𝐷2 Diện tích vành khăn aA = = п0,0632 п(𝐷2 −𝑑 ) = 3,117.10-3 m2 = п(0,0632 −0,0352 ) = 2,155.10-3 m2 Gọi T thời gian piston T’ thời gian piston lùi 𝑆𝐴 - Lưu lượng cung cấp cho piston A QA = AA vA = AA 𝑇 - Lưu lượng cung cấp cho piston B lùi QB = AB vB = AB Ta có 𝑆𝐴 QP = Q A + Q B = AA 𝑇 + AB 𝑆𝐵 𝑇 𝑆𝐵 𝑇 => T = 5,87s - Lưu lượng cung cấp cho piston A 𝑄𝐴′ = aA 𝑣𝐴′ = AA 𝑆𝐴 - Lưu lượng cung cấp cho piston B 𝑄𝐵′ = aB 𝑣𝐵′ = AB 𝑆𝐵 Ta có QP = 𝑄𝐴′ + 𝑄𝐵′ = AA 𝑆𝐴 𝑇′ + AB 𝑆𝐵 𝑇′ 𝑇′ 𝑇′ => 𝑇 ′ = 3,59s  Thời gian chu kì ngắn để hai xy lanh mở rộng thu lại đầy đủ: T + T’ = 5,87 + 3,59 = 9,46s A.2.12 Một xy lanh thủy lực yêu cầu lực đẩy nhỏ 25 lực trả nhỏ 15 Tìm kích thước đường kính tiêu chuẩn thích hợp xy lanh áp suất lớn 200 bar Biết lực động 0.9 lần lực tĩnh Áp suất xy lanh để đạt yêu cầu bỏ qua hiệu suất áp suất Bài làm Ta có: 𝐹Độ𝑛𝑔 = 0.9 × 𝐹𝑇ĩ𝑛ℎ 𝐷2 𝑚Đẩ𝑦 × 𝑔 = 0.9 × 𝑃𝑚𝑎𝑥 × 𝜋 × ↔ 25000 × 9.81 𝐷2 = 0.9 × 200 × 10 × 𝜋 × → 2 𝐷 −𝑑 𝑚𝑅ú𝑡 × 𝑔 = 0.9 × 𝑃𝑚𝑎𝑥 × 𝜋 × ↔ 15000 × 9.81 𝐷2 − 𝑑2 = 0.9 × 200 × 10 × 𝜋 × { 𝐷 ≈ 132 (𝑚𝑚) 𝑡ℎ𝑒𝑜 𝑡𝑖ê𝑢 𝑐ℎ𝑢ẩ𝑛 𝑐ℎọ𝑛 𝐷 = 140 (𝑚𝑚) { 𝑑 ≈ 94 (𝑚𝑚) 𝑡ℎ𝑒𝑜 𝑡𝑖ê𝑢 𝑐ℎ𝑢ẩ𝑛 𝑐ℎọ𝑛 𝑑 = 90 (𝑚𝑚) Ta có: { 𝐹Đẩ𝑦 25000 × 9.81 ≈ 177 (𝑏𝑎𝑟) 𝐷2 0.142 0.9 × 𝜋 × 0.9 × 𝜋 × 4 2 𝐷 −𝑑 𝐹𝑅ú𝑡 15000 × 9.81 = 0.9 × 𝑃2 × 𝜋 × → 𝑃2 = = 2 𝐷 −𝑑 0.142 − 0.092 0.9 × 𝜋 × 0.9 × 𝜋 × 4 ≈ 181 (𝑏𝑎𝑟) 𝐹Đẩ𝑦 𝐹𝑅ú𝑡 𝐷2 = 0.9 × 𝑃1 × 𝜋 × → 𝑃1 = = A.2.13 Một xi-lanh thủy lực tác dụng lên tải nặng 50 theo phương ngang từ trạng thái nghỉ đến vận tốc 10m/phút với quãng đường di chuyển 50mm Hệ số ma sát tải sàn 0,1 Xác định: (a) Đường kính xi-lanh áp suất tối đa 180 bar (b) Lưu lượng cần cung cấp vận tốc pittong 3m/phút Bài làm 15-16 Đối với hệ thống Hình 15-24 hiển thị hai thay đổi thiết kế thực sơ đồ lad-der trong hai thay đổi thiết kế cho phép hai xi lanh rút lại hoàn toàn 1-PB bị tụt xuống giây lát Thiết kế Thay đổi Một: Thêm tổ hợp chuỗi 2-PS (NC) 3-CR (NO) song song với 1-LS (NO) có sơ đồ bậc thang Thay đổi thiết kế Hai: Thêm tổ hợp chuỗi 1-CR (NC) 3-CR (NO) song song với 1-LS (NO) có sơ đồ bậc thang 15-17 Thiết kế sơ đồ bậc thang cho việc điều khiển điện mạch tái sinh Hình 1525 sau: Một cơng tắc điện kích hoạt tay đặt vào ba vị trí để làm cho xi lanh nhanh chóng kéo dài 1-LS kích hoạt Sau đó, hình trụ tiếp tục kéo dài với tốc độ chậm kéo dài hồn tồn Sau đó, cơng tắc điện kích hoạt tay đặt vào vị trí thứ hai để làm cho hình trụ thu lại hồn tồn Khi đặt công tắc điện khởi động tay vị trí thứ ba, xi lanh khóa thủy lực CHƯƠNG 16: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC CHẤT LỎNG 16-1 Thiết bị logic phần chuyển động gì? Các thiết bị logic phận chuyển động thiết bị dạng van thu nhỏ, tác động phận chuyển động bên - thực hoạt động chuyển mạch mạch điều khiển logic chất lỏng Các thiết bị MPL thường có sẵn dạng van ống đệm, van poppet van màng, kích hoạt phương tiện dịch chuyển học, điện áp điện áp suất chất lỏng Các mạch logic phận chuyển động cung cấp nhiều chức điều khiển logic để điều khiển hoạt động hệ thống điện chất lỏng 16-2 Kể tên ba cách mà thiết bị logic phận chuyển động kích hoạt - HÀM AND (yêu cầu hai nhiều tín hiệu điều khiển phải tồn để có đầu ra) - HÀM OR (mạch tín hiệu điều khiển van tạo đầu ra) - HÀM NOT (đầu BẬT tín hiệu điều khiển đầu vào A TẮT ngược lại) - HÀM MEMORY (Nếu tín hiệu điều khiển A cấp giây lát, đầu C bật Ngược lại, tín hiệu điều khiển B áp dụng lập tức, đầu tồn tại D Do đó, đầu C có nghĩa tín hiệu áp dụng A đầu D có nghĩa tín hiệu áp dụng B Mạch MEMORY khơng hoạt động tín hiệu điều khiển A B áp dụng đồng thời hai đầu van điều khiển đầu điều khiển lúc Cách thứ hai để thực chức MEMORY sử dụng hai van ba chiều, hai van dẫn động, thể Hình 16-7 (b).) 16-3 Chất lỏng gì? Chất lỏng chất lưu gần khơng nén mà thay đổi hình dạng cho phù hợp với hình dạng vật chứa giữ khối lượng gần liên tục khơng phụ thuộc vào áp suất Nó bốn trạng thái vật chất (các trạng thái khác chất rắn, chất khí plasma), trạng thái tích xác định khơng có hình dạng cố định Chất lỏng tạo thành từ hạt vật chất dao động cực nhỏ, chẳng hạn nguyên tử, giữ với liên kết phân tử Giống chất khí, chất lỏng chảy có hình dạng vật chứa Hầu hết chất lỏng chống lại nén, chất khác bị nén Khơng giống chất khí, chất lỏng không phân tán để lấp đầy không gian vật chứa, trì mật độ ổn định Một tính chất đặc biệt trạng thái lỏng sức căng bề mặt, dẫn đến tượng thấm ướt 16-4 Xác định hàm AND Nếu tín hiệu điều khiển tồn ba van (A, B C), đầu D tồn Nếu tín hiệu điều khiển bị loại bỏ, đầu D biến 16-5 Xác định hàm OR Nếu van A, B C nhận tín hiệu điều khiển khơng khí, tạo đầu D 16-6 FLIP-FLOP gì? Giải thích cách hoạt động Flip flop mạch điện tử có hai trạng thái ổn định sử dụng để lưu trữ liệu nhị phân Dữ liệu lưu trữ thay đổi cách áp dụng đầu vào khác Flip-flops chốt khối hệ thống điện tử kỹ thuật số sử dụng máy tính, truyền thơng nhiều loại hệ thống khác Flip-flops chốt sử dụng làm phần tử lưu trữ liệu Nó phần tử lưu trữ logic Flip flop hình thành cách sử dụng cổng logic, làm bóng bán dẫn Flip flop khối xây dựng nhớ thiết bị điện tử Mỗi flip flop lưu trữ bit liệu Flip-flops có hai trạng thái ổn định chúng mạch đếm gộp phân tích Hai trạng thái ổn định Cao (mức logic 1) Thấp (mức logic 0) Thuật ngữ flip-flop sử dụng chúng chuyển đổi trạng thái tác động tín hiệu điều khiển (clock trigger) tức chúng ‘lật’ đến trạng thái ‘lật’ trở lại trạng thái khác Flip-flops thiết bị lưu trữ nhị phân chúng lưu trữ liệu nhị phân (0 1) Flip-flops cảm nhận cạnh lên xuống xung thiết bị kích hoạt cạnh tức chúng nhạy cảm với trình chuyển đổi thời lượng độ rộng tín hiệu xung Chúng gọi thiết bị nhạy cảm với thay đổi tín hiệu có nghĩa thay đổi mức tín hiệu xung dẫn đến thay đổi đầu flip flop Một Flip-flop hoạt động phụ thuộc vào xung clock Flip-flop sử dụng để điều khiển chức mạch kỹ thuật số Họ thay đổi hoạt động mạch kỹ thuật số tùy thuộc vào trạng thái Một số flip-flops phổ biến SR Flip-flop (Đặt – Đặt lại), D Flip-flop (Dữ liệu Trì hỗn), JK Flip-flop T Flip-flop Nguyên lý mạch flip flop SR Từ bảng thật trên, rõ ràng bảng thực trị flip flop SR thiết lập đặt lại cho bốn điều kiện Đối với điều kiện cuối cùng, trạng thái khơng hợp lệ SR Flip-flop thiết lập S = R = 0, S = R = trạng thái trước ghi nhớ flip flop Flip-flop đặt lại S = R = 1, S = R = 1, nhớ trạng thái trước Nhưng hai đầu vào số khơng, SR Flip flop trạng thái không chắn, nơi Q Q ‘sẽ giống Điều không phép giống 16-7 Sự khác biệt cổng OR cổng EXCLUSIVE-OR gì? Hàm EXCLUSIVE-OR đưa đầu đầu vào A đầu vào B BẬT Nó khác với hàm OR (cịn gọi INCLUSIVE-OR), cung cấp đầu A B BẬT A B BẬT Do đó, mối quan hệ Boolean cổng EXCLUSIVE-OR cổng OR (INCLUSIVE-OR) Sơ đồ mạch logic biểu diễn hàm Z cho Hình 16-15 16-8 Xác định chức MEMORY MEMORY khả hệ thống điều khiển để lưu giữ thơng tin nơi bắt nguồn tín hiệu mà nhận Hình 16-7 (a) cho thấy mạch MEMORY, hoạt động sau: Nếu tín hiệu điều khiển A cấp giây lát, đầu C bật Ngược lại, tín hiệu điều khiển B áp dụng lập tức, đầu tồn tại D Do đó, đầu C có nghĩa tín hiệu áp dụng A đầu D có nghĩa tín hiệu áp dụng B Mạch MEMORY không hoạt động tín hiệu điều khiển A B áp dụng đồng thời hai đầu van điều khiển đầu điều khiển lúc Cách thứ hai để triển khai chức MEMORY sử dụng hai van ba chiều, hai van dẫn động, Hình 167 (b) 16-9 Kể tên hai hàm hữu ích cung cấp đại số Boolean - OR Function AND Function NOT Function NOR Function NAND Function 16-10 Phép toán đại số nào phép đại số Boolean? Có số luật đại số Boolean sử dụng phân tích thiết kế hệ thống logic chất lỏng Các luật trình bày sau: Luật giao hốn: 𝐴+𝐵 = 𝐵+𝐴 𝐴 𝐵 = 𝐵 𝐴 Luật kết hợp: 𝐴 + 𝐵 + 𝐶 = (𝐴 + 𝐵) + 𝐶 = 𝐴 + (𝐵 + 𝐶 ) = (𝐴 + 𝐶 ) + 𝐵 𝐴 𝐵 𝐶 = (𝐴 𝐵) 𝐶 = 𝐴 (𝐵 𝐶 ) = (𝐴 𝐶 ) 𝐵 Luật phân phối: 𝐴 + (𝐵 𝐶 ) = (𝐴 + 𝐵) (𝐴 + 𝐶) 𝐴 (𝐵 + 𝐶 ) = (𝐴 𝐵) + (𝐴 𝐶) DeMorgan’s theorem: ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝐴 + 𝐵 + 𝐶 = 𝐴̅ 𝐵̅ 𝐶̅ ̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝐴 𝐵 𝐶 = 𝐴̅ + 𝐵̅ + 𝐶̅ 𝐴 + 𝐴 = 𝐴 𝐴 𝐴 = 𝐴 𝐴 + = 𝐴 + = 𝐴 𝐴 = 10 𝐴 = 𝐴 11 𝐴 + (𝐴 𝐵) = 𝐴 12 𝐴 (𝐴 + 𝐵) = 𝐴 13 𝐴̿ = 𝐴 14 𝐴 𝐴̅ = 15 𝐴 + 𝐴̅ = 16-11 Định nghĩa thuật ngữ nghịch đảo logic Nghịch đảo logic loại câu điều kiện suy luận thực từ câu điều kiện khác 16-12 Sự khác biệt luật giao hoán luật kết hợp gì? Giao hốn thay thay đổi vị trí số luật kết hợp thứ tự phép tốn khơng thể tính vị trí phép tốn kết hợp 16-13 Phát biểu định lý DeMorgan Cho A B hai tập hợp (𝐴 ∩ 𝐵)𝑐 = 𝐴𝑐 ∪ 𝐵𝑐 (𝐴 ∪ 𝐵)𝑐 = 𝐴𝑐 ∩ 𝐵𝑐 Trong đó, 𝑋 𝑐 ký hiệu phần bù tập X Định lý De Morgan tiền đề cho phát triển ngành máy tính cần có hai cổng điện tốn - cổng đảo dấu (NOT gate) cổng (AND gate) chẳng hạn - người ta thiết lập nên phép tốn lơ gíc tổ hợp hai cổng điện toán Các vấn đề Đại số Boolean 16-14 Chứng minh A.(A+B) = A cách sử dụng bảng thật A 1 B 0 1 A+B 1 A.(A+B) 1 16-15 Chứng minh A + (B+C) = (A+B) + C luật kết hợp đầu tiên, sử dụng bảng thật A 1 B 0 1 C 1 A+B 1 B+C 1 A+(B+C) 1 (A+B)+C 1 ̅+𝑩 ̅ Định lý DeMorgan, sử dụng bảng 16-16 Chứng minh ̅̅̅̅̅ 𝑨 𝑩 = 𝑨 thật A 1 B 0 1 𝐴̅ 1 𝐵̅ 1 0 𝐴̅ + 𝐵̅ 1 A.B 0 ̅̅̅̅̅ 𝐴 𝐵 1 16-17 Chứng minh A.(B+C) = A.B + A.C, luật phân phối thứ hai, sử dụng bảng thật A 1 B 0 1 C 1 A.B 0 A.C 1 A.B+A.C 1 B+C 1 A.(B+C) 1 ̅ + 𝑩) = 𝑨 𝑩 cách sử dụng bảng thật 16-18 Chứng minh 𝑨 (𝑨 A 1 B 0 1 A.B 0 𝐴̅ 1 𝐴̅ + 𝐵 1 𝐴 (𝐴̅ + 𝐵) 0 16-19 Sử dụng định lý DeMorgan, cách hàm AND phát triển cách sử dụng Cổng NOR Hàm AND xây dựng từ cổng NOR Tín hiệu vào A gắn vào cổng NOR, tín hiệu vào B gắn vào cổng NOR Tín hiệu từ cổng NOR vào cổng NOR ̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝐴̅ + 𝐵̅ = 𝐴̿ 𝐵̿ = 𝐴 𝐵 16-20 Sử dụng định lý DeMorgan, thiết kế mạch NOR để tạo hàm: 𝒁 = ̅ ̅+𝑩 ̅ +𝑪 𝑨 Ở ngõ vào A, B Ta lắp cổng NOR: 𝐴̅ 𝐵̅ Ta lắp cổng NOR tín hiệu ngõ ta được: ̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝐴̅ + 𝐵̅ Sau đó, lắp thêm cổng NOR sau đó: 𝐴̅ + 𝐵̅ Tiếp theo, lắp ngõ vào C cổng NOR: 𝐶̅ Lắp cổng NOR tín hiệu ngõ 𝐶̅ 𝐴̅ + 𝐵̅ ta được: ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝐴̅ + 𝐵̅ + 𝐶̅ Lắp thêm cổng NOR ta được: 𝑍 = 𝐴̅ + 𝐵̅ + 𝐶̅ 16-21 Mô tả hoạt động hệ thống logic chất lỏng Hình 16-20 Khi nhấn nút P Tín hiệu vào cổng AND Qua SR Flip-flop trạng thái R off S on Khi đó, tín hiệu Q = 1, 𝑄̅ = đổi trạng thái van đẩy pitton Sau tín ̅̅̅̅ dẫn vào ngõ R, S off R on Tín hiệu Q = hiệu A2 kích hoạt, 𝐴2 𝑄̅ = đổi trạng thái pitton rút 16-22 Mô tả hoạt động hệ thống mạch logic chất lỏng Hình 16-21, bảo vệ máy chặn cảm biến áp suất ngược và sau mở khóa Tương tự câu 16-21, ngõ Q cần phải có thêm tín hiệu M để thay đổi trạng thái van 16-23 Đối với mạch logic Hình 16-22, sử dụng đại số Boolean để van không cần thiết Van Van Van V2 + V3 V1.(V2+V3) 1 1 1 1 1 1 Qua bảng thật phía trên, ta thấy OUTPUT P có Van có thêm Van 2; kết điều khiển Vậy van 2; không cần thiết CHƯƠNG 17: ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN NÂNG CAO CHO HỆ THỐNG THỦY LỰC VÍ DỤ 17-1 Hệ thống servo điện thủy lực có đặc điểm: a 𝐺𝑠𝑣 = (0,15𝑖𝑛3 /𝑠 )/𝑚𝐴 Van servo bão hòa 300 mA để cung cấp lưu lượng chất lỏng tối đa 45 𝑖𝑛3 /𝑠 b 𝐺𝑐𝑦𝑙 = 0,2 𝑖𝑛/𝑖𝑛3 Diện tích piston xylanh 𝑖𝑛2 , cho vận tốc cực đại in / s Hành trình xi lanh in c H = V / in Do đó, điện áp phản hồi tối đa 24 d Thể tích dầu nén = 50 𝑖𝑛3 e Trọng lượng tải = 1000 lb 𝑚𝑎𝑠𝑠 = 1000 𝑙𝑏 = 2,59 𝑙𝑏 𝑠 /𝑖𝑛 386 (𝑖𝑛/𝑠 ) f Dải chết hệ thống = mA g Mô đun số lượng lớn dầu = 175.000 lb / 𝑖𝑛2 Xác định độ xác hệ thống Giải: Đầu tiên, tính tần số tự nhiên dầu Đây tần số cộng hưởng, tần số mà dầu dao động tự giống hệ thống khối lượng lò xo 𝜔𝐻 = 5√ 2.175,000 = 260 𝑟𝑎𝑑/𝑠 50.2,59 Giá trị vòng lặp mở là: 𝜔𝐻 = 86,7 /𝑠 Giải độ lợi khuếch đại từ phương trình (17-6), có: 𝐺𝐴 = 𝑜𝑝𝑒𝑛 − 𝑙𝑜𝑜𝑝 𝑔𝑎𝑖𝑛 86,7 = = 723 𝑚𝐴/𝑣 𝐺𝑠𝑣 𝐺𝑐𝑦𝑙 𝐻 0,15.0,20.4 Lỗi lặp lại (RE) tính công thức (17-7): 𝑅𝐸 = = 0,00138 𝑖𝑛 123.4 VÍ DỤ 17-2 Xác định độ xác hệ thống cho hệ thống servo có chứa đặc điểm sau (lưu ý hệ thống giống với hệ thống nêu Ví dụ 17-1 ngoại trừ đơn vị hệ mét tiếng Anh) a 𝐺𝑠𝑣 = (2,46 cm3 / s) / mA b 𝐺𝑐𝑦𝑙 = 0,031 cm / cm3, diện tích hình trụ = 32,3 cm2 c H = 1,57 V / cm d Khoảng trống = 819 cm3 e Khối lượng không tải = 450 kg f Dải chết hệ thống = mA g Mô đun rời dầu = 1200 MPa Giải: 2.1200 106 𝜔𝐻 = 32,3 10−4 √ = 260 𝑟𝑎𝑑/𝑠 819 10−6 450 Open-loop gain = 260 = 86,7/𝑠 𝐺𝐴 = 𝑅𝐸 = 86,7 = 724 𝑚𝐴/𝑣 2,46.0,031.1,57 = 0,00352 𝑐𝑚 0,00138 𝑖𝑛 724.1,57 VÍ DỤ 17-3 Đối với Ví dụ 17-1 17-2, tìm lỗi theo dõi tối đa Giải: a Đối với đơn vị Anh: 𝑇𝐸 = 300 𝑚𝐴 = 0,104 𝑖𝑛 724 𝑚𝐴/𝑉 𝑉/𝑖𝑛 Do đó, vị trí xi lanh thủy lực trễ vị trí mong muốn 0,104 in dựa tín hiệu lệnh xi lanh chuyển động với vận tốc lớn in / s a Đối với đơn vị hệ mét: 300 𝑚𝐴 𝑇𝐸 = = 0,264 𝑐𝑚 = 0,104 𝑖𝑛 724 𝑚𝐴/𝑉 1,57 𝑉/𝑐𝑚