BTL cơ cấu chấp hành và điều khiển Haui Nhóm 18

Máy uốn tôn thuỷ lực dài 3 m lắp ráp với 2 xy lanh được liên kết bằng dấm máy ép như hình . Hai xy lanh phải thực hiện hành trình làm việc ở cùng một tốc độ. Áp suất làm việc phải được hiệu chỉnh thích hợp với vật liệu của chi tiết phôi. Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng lên pittong là 2000 kg , vận tốc chuyển động ổn định của pittong là 0.05 ms , thời gian tăng tốc từ 0 tới 0.05ms là 1 (s) là ; thời gian giảm tốc ở cuối hành trình bằng thời gian tăng tốc; thời gian pittong thực hiện được một hành trình bằng 5s; áp suất của chất lỏng làm việc p=60at. Máy ép phải có khả năng chỉ vận hành trong chế độ từng bước (INCHING). Máy ép phải đi đến trạng thái dừng nếu nút ấn dừng khẩn cấp (EMERGENCY STOP) được nhấn 2. Hoạt động của sinh viên Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống? Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài? Nội dung 3: Thiết kế mạch điện điều khiển để có thể vận hành cửa với 4 nút đóng, mở, dừng và nút dừng khẩn (sử dụng mạch rơ le giữ trạng thái) 3. Sản phẩm nghiên cứu : Bài thu hoạch và các chương trình mô phỏng Fluid Sim.

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BÀI TẬP LỚN

CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ DIỀU KHIỂN

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THUỶ KHÍ

VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Giáo viên hướng dẫn: TS.Phan Đình Hiếu

Nhóm sinh viên thực hiện:

Đậu Phú Dương 2019605745 Phùng Thế Hoà 2019605239 Nguyễn Trung Hiếu 2019604420

Hà Nội - 2021

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề : Máy uốn tôn thuỷ lực dài 3 m lắp ráp với 2 xy lanh được

liên kết bằng dấm máy ép như hình Hai xy lanh phải thực hiện hành trình làm việc ởcùng một tốc độ Áp suất làm việc phải được

hiệu chỉnh thích hợp với vật liệu của chi tiết

phôi Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng lên pittong

là 2000 kg , vận tốc chuyển động ổn định của

pittong là 0.05 m/s , thời gian tăng tốc từ 0 tới

0.05m/s là 1 (s) là ; thời gian giảm tốc ở cuối

hành trình bằng thời gian tăng tốc; thời gian

pittong thực hiện được một hành trình bằng 5s;

áp suất của chất lỏng làm việc p=60at Máy ép

phải có khả năng chỉ vận hành trong chế độ từng

bước (INCHING) Máy ép phải đi đến trạng thái dừng nếu nút ấn dừng khẩn cấp(EMERGENCY STOP) được nhấn

2 Hoạt động của sinh viên

- Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống?

2

- Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lựcđáp ứng yêu cầu đề bài?

- Nội dung 3: Thiết kế mạch điện điều khiển để có thể vận hành cửa với 4 nútđóng, mở, dừng và nút dừng khẩn (sử dụng mạch rơ le giữ trạng thái)

3 Sản phẩm nghiên cứu : Bài thu hoạch và các chương trình mô phỏng FluidSim

IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

1 Tài liệu học tập: Bài giảng hệ thống tự động thủy khí, tài liệu Fluid Sim

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếucó): Máy tính

Mục lục

Phần I: Hệ Thống Thuỷ Khí 5

Chương I: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống 5

1.1.Biểu đồ trạng thái 5

1.2 Lưu đồ tiến trình của hệ thống 5

Chương II: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu và thiết kế mạch thuỷ lực 7

2.1 Các thành phần thủy lực 7

2.2 Các kích thước cơ bản của xy lanh lực : 7

Chương III:Thiết kế mạch điện điều khiển để có thể vận hành cửa với 4 nút đóng, mở, dừng và nút dừng khẩn (sử dụng mạch rơ le giữ trạng thái) 13

3.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng Festo Fluidsim: 13

3.2 Mô phỏng về mạch điện hoạt động theo đè tài 14

3.3 Sơ đồ pittong hoạt động 15

3.4 Kết luận 19

Phần II : Động cơ điện 20

Bài 1 20

Bài 2: 22

Bài 3: 23

Bài 4: 25

Bài 5: 27

4

Start

Hình 1.2: Lưu đồ thuật toán

*Chú thích : -Cảm biến A0, A1, B0, B1

- pittong 1,2 đi ra : A+,B+

- pittong 1,2 đi vào :

- Nút S1 : nút bắt đầu cho quá trình đẩy pittong đi ra

- Nút S2 : nút bắt đầu cho quá trình đẩy pittong đi vào

6

Chương II: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu và thiết kế mạch thuỷ lực

- Van tiết lưu 1 chiều

2.2 Các kích thước cơ bản của xy lanh lực :

a, Do đề tài có 2 xylanh lực như nhau, nên ta tính cho mỗi xylanh là như nhau :

- Đường kính trong của xy lanh

- Chiều dài hành trình piston

- Đường kính cần piston

b, Để xác định các kích thước cơ bản của xy lanh lực trước tiên phải xác định tảitrọng cực đại tác dụng lên piston Tài trọng đó bao gồm tải trọng tĩnh và tải trọngđộng Tài trọng tĩnh dược xác định trong đề tài tải trọng động xuất hiện khi pittongtăng tốc hay giảm tốc và có thể xác định được bằng công thức:

P d=m a (1.1)

+ Trong đó:

m : khối lượng của vật thể chuyển động tịnh tiến

a : gia tốc của vật thể trước khi đạt được tốc độ ổn định

- Đường kính của xylanh lực được xác định theo công thức :

K : hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất

p : áp suất của chất lỏng làm việc

Bảng 1: Áp suất tỷ lệ với đường kính

n : số hành trình khép kín của xylanh/đơn vị thời gian ( n = 12 hànhtrình/phút)

 Tổn thất cơ khí Tổn thất cơ khí do ma sát giữa các chi tiết có chuyển độngtương đối với nhau

 Tổn thất áp suất Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đườngchuyển động của dâu từ bơm đến cơ cấu chấp hành, phụ thuộc vào những yếu

P0:áp suất vào của hệ thống

Ta có phương trình cân bằng tĩnh của lực tác dụng lên piston :

p1.A1 = p2.A2 + P (1.4)Trong đó :

p 1 p 2 : áp suất ở các buồng xylanh

Q1 lưu lượng cần cung cấp trong hành trình công tác

Vct : vận tốc chuyển động trong hành trình công tác , (Vct=Vmax = 5 cm /s)

Act=A1: diện tích bề mặt làm việc của piston ( D = 5 cm )

Q2 lưu lượng cần cung cấp trong hành trình về

Vv : vận tốc chuyển động trong hành trình về , (Vv=Vmax = 5 cm /s)

Av=A2: diện tích bề mặt làm việc của piston ( D = 5 cm )

Q2=vmax.A2=3 (l / ph )

Do hệ thống hoạt động với 2 xylanh => ∑Q2 = 2 Q2 = 6 (l/ph)

 Van tiết lưu 1 chiều H =∑Q2 ∑Q1 × 100 %=50 %

f, Tính và chọn các thông số của bơm

-Lưu lượng của bơm

Nđc: Công suất của động cơ điện

Hb: hiệu suất của bơm , Hb=( 0,6 -> 0,9 ) , chọn Hb=0,87

Hd: hiệu suất truyền động từ động cơ qua bơm , chọn Hd=0.985

=> Nđc=15,23(kW)

g, Tính toán ống dẫn :

Ta có lưu lượng chảy qua ống

Q = π.d’2.v/4

Q: lưu lượng chảy qua ống ( l/ph )

d’ : đường kính trong của ống ( mm )

v : vận tốc chảy qua ống ( m/s )

-Đối với ống nén thì v= ( 6-7 m/s ) , chọn v= 6 m/s => dn= 2,546 ( mm )

12

-Đối với ống hút thì v= ( 0,5-1,5 m/s) , chọn v=1,5 m/s =>dh = 10,19 ( mm -Đối với ống xả thì v = ( 0,5-1,5 m / s ) , chọn v= 1,5 m/s =>dx= 10,19 ( mm )

Chương III:Thiết kế mạch điện điều khiển để có thể vận hành cửa với 4 nút đóng, mở, dừng và nút dừng khẩn (sử dụng mạch rơ le giữ trạng thái)

3.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng Festo Fluidsim:

 Phần mềm mô phỏng thuỷ lực khí nén Festo Fluidsim

- Fluidsim thường là một gói phần mềm mà bạn có thể sử dụng để môphỏng , thế hệ và nghiên cứu của khí nén và thủy lực

- Công cụ này cũng có thể được sử dụng để xây dựng và kiểm tra mạch ảo Tất cả các chức năng trong chương trình được kết hợp một cách độc đáo, vìvậy có thể dễ dàng sử dụng Phần mềm này là một trình soạn thảo mạch và

mô phỏng chi tiết cực kỳ tốt, có các tính năng chi tiết về tất cả các thànhphần

- Các mặt thuận lợi của Fluissim làm cho nó trở nên hoàn hảo đến việc hướngdẫn và tạo ra những bài học Các công cụ rất tốt cho việc chuẩn bị và làmột phần mềm tự học Tất cả các bạn muốn làm là để có thể xác định xâydựng đầu vào của chất lỏng và dạng hình học trên trường thì mô phỏng chấtlỏng này thúc đẩy sự chuyển động trong chất lỏng bằng cách sử dụngphương trình Euler cộng thêm phương trình Navier-Stokes Những phươngtrình minh họa tính chất vật lý trong các chất lỏng

- Festo Fluidsim khí nén và thủy lực cung cấp một số các khả năng liên quanđến kết nối giữa một số phần mềm khác thông qua DDE và OPD

- Công cụ này chắc chắn có thể chứa mặt cắt, bản vẽ của xi-lanh, van vàquản lý dòng chảy thiết bị Kéo và thả các tính năng cũng có thể được hỗtrợ mà sẽ cho phép bạn vẽ mạch dễ dàng

- Tóm lại Festo Fluidsim khí nén và thủy lực thường là một công cụ rất hiệuquả mà sẽ cho phép bạn mô phỏng khí nén và thủy lực

 Đặc điểm của Festo Fluidsim khí nén và thủy lực

Dưới đây là một số tính năng đáng chú ý mà bạn sẽ gặp sau khi Festo Fluidsim khínén và thủy lực tải về miễn phí

- Có thể tạo ra mô phỏng cho khí nén và thủy lực

- Tất cả các chức năng có thể dễ dàng tiếp cận

- Một biên tập mạch tương tác bao gồm.

+ Kéo thả và the tính năng hỗ trợ

- Có thể được sử dụng để tự nghiên cứu và hướng dẫn

- Cung cấp một loạt các khả năng thông tin liên lạc giữa các sản phẩm phần mềmkhác

- Chứa hình mặt cắt và bản vẽ của xi lanh, van

Hình 1.3: Hệ thống thủy khí và mạch điện điều khiển

3.2 Mô phỏng về mạch điện hoạt động theo đè tài

14

Hình 1.3: Sơ đồ mạch điện điều khiểnNút ON/OFF : nút cấp nguồn hoạt động cho toàn mạch

Nút EMERGENCY_STOP : nút dừng khẩn cấp

Nút S1 : nút bắt đầu cho quá trình đẩy pittong đi ra

Nút S2 : nút bắt đầu cho quá trình đẩy pittong đi vào

3.3 Sơ đồ pittong hoạt động

Khi pittong bắt đầu đẩy ra

16

Khi pittong bắt đầu đi vào

Biểu đồ trạng thái khi hệ thống thủy lực hoạt động trên mô phỏng:

18

3.4 Kết luận

- Khi mô phỏng hoạt động có nhiều sai số do tính toán nên có nhiều sai số

- Do tổn thất trong quá tình hoạt động nên quá trình hoạt động chưa đượcchuẩn theo đề tài

Phần II : Động cơ điện

Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: P đm = 2,2 KW; U đm = 110V; I đm = 25,6A; n đm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ nhân tạo với R ưf = 0,78 .

Giải:

a, Xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên

Đường đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 trong số 3 điểm:

Điểm định mức [Mđm; ωđm]; Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0]; Điểm ngắn đm]; Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ωđm]; Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0]; Điểm ngắn = ωđm]; Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0]; Điểm ngắn 0]; Điểm ngắn mạch [Mnm; ωđm]; Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0]; Điểm ngắn = 0]

Xây dựng đường đặc tính cơ nhân tạo khi điện trở phụ Rf = 0,78Ω Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ không tải lý tưởng không thay đổi, nên ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo qua các điểm không tải lý tưởng [0; ωđm]; Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0]; Điểm ngắn 0] và điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [Mđm; ωđm]; Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0]; Điểm ngắn nt]

Hình 2-5: Đường đặc tính cơ nhân tạo

Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập có:

Bài 3: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: P đm =29 KW; U đm =440 V;

I đm = 79 A; n đm =1000 vg/ph; R ư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm tái sinh Xác định  khi I ư = 60 A, R ưf = 0.

Giải

 Xét động cơ trong trường hợp là một thiết bị tiêu thụ điện năng

Khi động cơ làm việc tại chế độ định mức

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:

100

3

n  vong phut     rad s

Công suất định mức của động cơ:

dm dm

P K

U  E  I R  R

(3.4)Với sức điện động phần ứng là

 Xét cùng một động cơ trên khi làm việc ở chế độ hãm tái sinh

Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn: E > U, động cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng về nguồn

Phương trình cân bằng điện áp cho mạch điện động cơ :

Dòng điện và momen điện từ trong chế độ làm việc hãm tái sinh đều âm

và tốc độ quay của động cơ sẽ lớn hơn tốc độ không tải định mức

X 1f = 0,75 Ω

Giải

 Xét thời điểm động cơ hoạt đông ở chế độ định mức

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:

3

n  vong phut     rad s

Công suất định mức của động cơ:

3

dm dm

⇒ S=1.86

 Xét động cơ hoạt động ở chế độ mang tải và thay đổi giá trị điện trở và điệnkháng

26

6 Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức xác định:

1 Tần số của rotor?

2 Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ?

3 Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15% tổng

tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao

Giải

Xét động cơ làm việc tại chế độ định mức

Quy đổi giá trị tốc độ động cơ:

93,5%

P P

Công suất định mức của stator

2 1

55000

58823,53

dm P P

1 1

Tổn hao công suất trong động cơ