Robot công nghiệp 6 khớp

Lời nói đầu 1 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học và kĩ thuật, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển thủy lực – khí nén ngày càng được sử dụng rộng rãi

Trang 1

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ truyền động khí nén – thủy lực, áp dụng cho Robot do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS

Nguyễn Quang Địch Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện

có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Tô Trung Thực

Trang 2

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ i

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU iv

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN & THỦY LỰC 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Tìm hiểu hệ truyền động khí nén & thủy lực 2

1.2.1 Nguyên lý điều khiển chung 2

1.2.2 Cấu trúc hệ truyền động khí nén & thủy lực 3

1.3 Cơ cấu chấp hành hệ truyền động khí nén & thủy lực 5

1.3.1 Hệ truyền động khí nén 5

1.3.2 Hệ truyền động thủy lực 8

1.3.3 Tìm hiểu một số loại van thông dụng 17

1.4 Ứng dụng hệ truyền động khí nén & thủy lực 20

1.4.1 Ưu, nhược điểm hệ truyền động khí nén & thủy lực 20

1.4.2 Ứng dụng thực tế hệ truyền động khí nén & thủy lực 22

1.5 Các tổn thất trong hệ khí nén & thủy lực 23

1.6 Kết luận chương 1 23

Chương 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC CHO MÔ HÌNH ROBOT 24

2.1 Yêu cầu từ bài toán thực tế 24

2.2 Xây dựng và hoàn thiện cơ cấu chấp hành của Robot 24

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của mô hình Robot 24

2.2.2 Đặc điểm của các khớp mô hình Robot 27

2.3 Tính toán, lựa chọn các thiết bị chấp hành, hoàn thiện mô hình Robot 29

2.4 Xây dựng mạch lực điều khiền thủy lực cho Robot 37

Trang 3

2.4.1 Nguyên lý hoạt động của Robot 37

2.4.2 Xây dựng mạch điều khiển thủy lực 37

2.4.3 Mạch điều khiển 39

2.5 Kết luận chương 2 42

Chương 3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT 43

3.1 Thiết kế bộ điều khiển bằng tay 43

3.1.1 Sơ đồ ghép nối chân các van điện trên bảng mạch thủy lực 43

3.2 Thiết kế bộ điều khiển tự động 46

3.2.1 Chiết áp 46

3.2.3 Cấu trúc bộ điều khiển tự động 48

3.2.4 Giới thiệu về dSPACE 1104 48

3.2.5 Xây dựng chương trình mô phỏng trên Matlab và giao diện điều khiển giám sát trên Controldesk 51

3.2.6 Thiết kế mạch điện điều khiển các van 65

3.3 Kết luận chương 3 và hướng phát triển của đề tài 66

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

Trang 4

i

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền lực 2

Hình 1.2 Sơ đồ truyền công suất trong một thiết bị thủy lực 3

Hình 1.3 Sơ đồ phân loại động cơ khí nén 6

Hình 1.4 Một số bộ phận làm kín trong hệ thống phân phối khí nén 8

Hình 1.5 Các dạng cấu trúc làm vành kín piston 8

Hình 1.6 Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng ăn khớp ngoài 9

Hình 1.7 Bơm cánh gạt tác động đơn 10

Hình 1.8 Bơm trục vít 10

Hình 1.9 Kí hiệu động cơ 11

Hình 1.10 Động cơ cánh gạt 12

Hình 1.11 Xi-lanh tác động đơn 12

Hình 1.12 Xi-lanh tác động kép 13

Hình 1.13 Phân loại và ký hiệu các loại van 14

Hình 1.14 Các loại tác động van và ký hiệu mạch tương ứng 14

Hình 1.15 Bộ lọc 16

Hình 1.16 Đồng hồ đo áp suất 17

Hình 1.17 Van một chiều 17

Hình 1.18 Van 2/2 18

Hình 1.19 Van 3/2 18

Hình 1.20 Van 4/2 19

Hình 1.21 Van 5/2 19

Hình 1.22 Van 4/3 19

Hình 1.23 Ký hiệu van 5/3 20

Hình 1.24 Ứng dụng của hệ thống thủy lực và khí nén 22

Trang 5

ii

Hình 2.1 Mô hình Robot thủy lực 24

Hình 2.2 Cấu tạo của xi-lanh 25

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của một khớp Robot 26

Hình 2.4 Mô hình Robot 27

Hình 2.5 Cơ cấu tay gắp của mô hình Robot 29

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng ăn khớp ngoài 31

Hình 2.7 Bơm thủy lực sử dụng trong mô hình 32

Hình 2.8 Động cơ một chiều dùng trong mô hình 33

Hình 2.9 Khớp nối động sử dụng trong mô hình 34

Hình 2.10 Dầu làm mát được sử dụng trong mô hình 34

Hình 2.11 Khớp nối nhanh cho dây nguồn và hồi lưu 36

Hình 2.12 Đồng hồ đo áp suất 36

Hình 2.13 Van điều khiển ON-OFF sử dụng trong mô hình 37

Hình 2.14 Mặt cắt van điều khiển khi không có tín hiệu tác động 38

Hình 2.17 Mặt cắt của van điều khiển khi có tín hiệu đặt vào cuộn hút 39

Hình 2.15 Bộ nguồn 24VDC 39

Hình 2.16 Nguyên lý điều khiển một xi-lanh 40

Hình 2.17 Sơ đồ mạch lực thủy lực cũ của Robot 41

Hình 2.18 Hình ảnh bảng mạch van thủy lực 41

Hình 3.1 Sơ đồ ghép nối chân các van trên mỗi cụm van 43

Hình 3.2 Mỗi cụm van sau khi được ghép nối 44

Hình 3.3 Bảng mạch van sau khi ghép nối các chân 44

Hình 3.4 Công tắc 3 vị trí 44

Hình 3.5 Sơ đồ thiết kế bộ điều khiển bằng tay 45

Hình 3.6 Bộ điều khiển bằng tay cho mô hình Robot 45

Hình 3.7 Hai loại chiết áp được sử dụng cho mô hình 46

Trang 6

iii

Hình 3.8 Sơ đồ khối bộ điều khiển tự động 48

Hình 3.9 DSP 1104 Controller Board 49

Hình 3.10 Hình dSPACE thực tế 49

Hình 3.11 Sơ đồ khối card dSPACE 1104 49

Hình 3.12 Phần mềm giám sát và điều khiển ControlDesk 50

Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán thực hiện ứng dụng 51

Hình 3.14 Chương trình mô phỏng điều khiển khớp 1 52

Hình 3.15 Kết quả mô phỏng khớp 1 khi góc quay thực tế nhỏ hơn so với góc cần đạt 54

Hình 3.16 Kết quả mô phỏng khớp 1 khi góc quay thực tế lớn hơn so với góc cần đạt 54 Hình 3.17 Chương trình mô phỏng điều khiển khớp 2 55

Hình 3.17 Kết quả mô phỏng khớp 2 hoạt động khi góc thực tế nhỏ hơn góc cần đạt 56

Hình 3.18 Kết quả mô phỏng khớp 2 hoạt động khi góc thực tế lớn hơn góc cần đạt 56

Hình 3.20 Kết quả mô phỏng khi khớp 3 hoạt động khi góc thực tế nhỏ hơn góc cần đạt 58

Hình 3.25 Chương trình mô phỏng điều khiển cho khớp 5 61

Hình 3.28 Chương trình mô phỏng điều khiển cho khớp 6 ( tay gắp) 63

Hình 3.29 Kết quả mô phỏng khớp 6 khi khoảng mở thực tế nhỏ hơn giá trị đặt 64

Hình 3.28 Kết quả mô phỏng khi khớp 6 đạt khoảng mở cần đạt 64

Hình 3.30 Chương trình tổng quát điều khiển Robot 65

Trang 7

iv Hình 3.30 Nhiệm vụ của mạch điện điều khiển 65 Hình 3.31 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 66

Trang 8

Danh mục bảng số liệu

iv

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 2.1: Thể tích và không gian hoạt động các khớp 28

Bảng 2.2 Bảng trạng thái 40

Bảng 3.1 Bảng điều khiển các khớp Robot 46

Bảng 3.2 Bảng giá trị điện trở đo thực nghiệm ( đơn vị Ω) 47

Bảng 3.3 Bảng giá trí điện áp phản hổi từ chiết áp 47

Bảng 3.4 Giá trị góc và khoảng mở các khớp tại hai điểm A và B 52

Trang 9

Lời nói đầu

1

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học và kĩ thuật, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển thủy lực – khí nén ngày càng được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, máy y khoa, máy ép phun, dây chuyền chế biến thực phẩm… do những thiết bị này làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác, công suất lớn với kích thước nhỏ gọn, an toàn và lắp đặt dễ dàng ở những không gian chật hẹp hơn so với các

thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện

Là một sinh viện theo học chuyên ngành Tự động hóa tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và sau thời gian thực tập tìm hiểu về hệ thống khí nén & thủy lực tại nhà

máy DAP Đình Vũ nên em chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là: “ Nghiên cứu

hệ truyền động khí nén & thủy lực áp dụng cho robot” Đề tài này là cơ hội giúp em

kiểm tra lại những kiến thức đã được học tại trường cùng những gì chúng em đã học tập,

nghiên cứu trong đợt thực tập vừa rồi

Trong quá trình hoàn thành đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ rất tận tâm của

thầy giáo TS Nguyễn Quang Địch Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy và chúc thầy luôn mạnh khỏe

Đồ án này không chỉ giúp em kiểm tra lại kiến thức của mình mà còn là cơ hội để học hỏi thêm được những điều mà em chưa biết Vì vậy, em rất mong nhận được những lời đánh giá và chỉ bảo của thầy cô Đấy sẽ là những điều đánh giá hết sức quý báu giúp

em trong quá trình học tập và làm việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn

Hà nội, ngày 10 tháng 6 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Tô Trung Thực

Trang 10

Chương 1 Tổng quan về hệ truyền động khí nén & thủy lực

2

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG

KHÍ NÉN & THỦY LỰC

1.1 Đặt vấn đề

Trước khi làm việc thực tế với một hệ thống truyền động thủy lực & khí nén cần có những kiến thức cơ bản nhất trong kĩ thuật thủy lực và khí nén, như các cơ sở vật lí và kĩ thuật của thủy lực và khí nén, các nguyên tắc cấu tạo va tình chất hoạt động cơ bản của các phàn tử cấu trúc như bơm dầu, máy nén khí, các van điều khiển, các động cơ và các xi-lanh lực Bên cạnh đó, cần có thêm các kiến thức về kết nối mạch thủy lực, khí nén, về tính chất hoạt động của các mạch chuyển động và điều khiển tiêu biểu, về khả năng điều khiển và điều chỉnh hệ thống một cách tự động từ đó tạo khả năng để lựa chọn các phần

tử tiêu chuẩn và thiết kế các hệ thống truyền động điều khiển thủy lực khí nén phù hợp với yêu cầu công nghệ đã đặt ra

1.2 Tìm hiểu hệ truyền động khí nén & thủy lực

1.2.1 Nguyên lý điều khiển chung

Truyền động thủy lực & khí nén được được xếp chung vào chuyên ngành kĩ thuật truyền lực Nhiệm vụ của kỹ thuật truyền lực là xây dựng hệ thống truyền lực của máy hay thiết bị sao cho nhiệm vụ công nghệ của chúng được tối ưu Một hệ thống truyền lực

có sơ đồ nguyên lý sau:

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền lực

truyền động

Máy hay thiết bị

cần dẫn động

Trang 11

3

Cấu trúc cơ bản của hệ thống truyền lực được trình bày như hình trên Công suất truyền lực được cung cấp từ động cơ điện hay động cơ đốt trong Các thông số M ,ω e ecủa động cơ cần được chuyển đổi thành các thông số vào yêu cầu của máy hay thiết bị

a a

F ,v nhờ một bộ chuyển đổi Nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng này được hệ thống truyền động đảm nhận Đối với các máy công tác khác nhau, các nhà thiết kế có rất nhiều dạng truyền động khác nhau để lựa chọn ra các phương án phù hợp với điều kiện cụ thể để đảm bảo máy và thiết bị hoạt động tốt nhất có thể

1.2.2 Cấu trúc hệ truyền động khí nén & thủy lực

Cấu trúc và tác động lẫn nhau của các nhóm cấu trúc truyền động thủy lực được trình bày trên hình 1.2

Phần thủy lực bao gồm bơm thủy lực tạo dòng dầu có áp suất, xi-lanh thủy lực hoặc động cơ thủy lực là phụ tải Giữa các phần tử cơ bản còn có ống dẫn dầu, các van điều khiển và các bộ phận phụ trợ thủy lực đặc biệt như bình lọc, bộ làm mát, bộ tích áp và các bộ phận khác

Hình 1.2 Sơ đồ truyền công suất trong một thiết bị thủy lực

Máy động lực thường được sử dụng là động cơ điện hoặc động cơ đốt trong, truyền

Trang 12

Trong đó: p - là áp suất dầu yêu cầu từ máy công tác

Q - lưu lưu lượng được tính từ tần số quay và kích thước của bơm Dòng dầu có áp suất trong thiết bị thuỷ lực được dẫn qua các đường ống và các van điều khiển đến xi-lanh lực hoặc động cơ thuỷ lực, tại đó công suất thuỷ lực lại được biến đổi thành công suất cơ học cần thiết của máy công tác Đối với các xi-lanh thuỷ lực công suất cần thiết được tính theo lực yêu cầu trên cần piston và vận tốc piston:

ch

Tùy theo công suất và khoảng cách vận chuyển mà người ta có thể áp dụng các loại truyền động khác nhau Trong thực thế có 3 dạng truyền động phổ biến là truyền động điện, truyền động cơ khí và truyền động thủy lực

a Truyền động cơ khí

Một hệ truyền động cơ khí bao gồm các bọ phận chính sau:

- Bộ phận nối ( Trục truyền động, khớp nối,…)

- Bộ phận đáp ứng (bộ giảm tốc hoặc tăng tốc, hộp số,….)

- Bộ phận an toàn (phanh, bộ hạn chế momen,…)

Truyền động cơ khí cho phép truyền những công suất tương đối lớn, hiệu suất cao, nhưng cồng kềnh, khoảng cách truyền hạn chế và độ chính xác kém

b Truyền động thủy lực

Trong truyền động thủy lực, cơ năng được truyền qua môi chất là chất lỏng Một hệ truyền động thủy lực gồm có các bộ phận chính sau:

- Bơm thủy lực làm nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành thủy năng

- Động cơ thủy lực làm nhiệm vụ biến đổi thủy năng thành cơ năng ở khâu ra của hệ truyền động

- Hệ thống đường ống và cơ cấu chất lỏng

- Các phần tử thủy lực ( cơ cấu phân phối, cơ cấu an toàn, cơ cấu điều chỉnh)

- Các thiết bị kiểm tra các thông số nhiệt độ, mức,…

Trang 13

5

Truyền thủy lực có ưu điểm là công suất truyền lớn, truyền động êm, phòng được quá tải, độ nhạy và chính xác cao Truyền động vô cấp cho phép đảo chiều chuyển động

c Truyền động điện

Các bộ phận của truyền động điện bao gồm :

- Máy phát điện làm nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành điện năng

- Động cơ điện (cơ cấu chấp hành) làm nhiệm vụ chuyển đổi từ điện năng sang cơ năng

- Các khâu trung gian như dây nối, công tắc, bộ đáp ứng, cơ cấu phân phối, cơ cấu

an toàn…

- Tần số quay của động cơ điện hiện có thể thay đổi trong một khoảng rộng

Đặc điểm của truyền động điện là cho phép truyền công suất ở khoảng cách xa, điều chỉnh vận tốc với độ chính xác cao Hệ thống yêu cầu một không gian lắp đặt xác định giữa động cơ và máy công tác

Cấu trúc tổng quát của truyền động khí nén cũng tương tự như cấu trúc của truyền động thuỷ lực Điều khác biệt cơ bản dẫn đến sự khác biệt về tính chất hoạt động và cấu trúc giữa truyền động thủy lực và truyền động khí nén chính là môi chất truyền năng lượng Trong các hệ thống truyền động khí nén môi chất là không khí nén – một chất

“lỏng” chịu nén Như vậy có thể lấy không khí từ môi trường, nén lại, truyền dẫn làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xi-lanh khí nén và lại thải ra môi trường

1.3 Cơ cấu chấp hành hệ truyền động khí nén & thủy lực

1.3.1 Hệ truyền động khí nén

Cũng như trong các hệ thống truyền động thủy lực, hệ thống truyền động khí nén gồm có các bộ phận để chuyển đổi năng lượng khí nén, các bộ phận để điều khiển hệ thống, để điều khiển và điều chỉnh môi chất, ngoài ra còn có các bộ phận để chuẩn bị khí nén, lưu giữ và phân phối khí nén… Các bộ phận chuyển đổi năng lượng khí nén gồm: các máy nén khí (biến năng lượng cơ học thành áp năng tích lũy trong khí nén), các động

cơ và xi-lanh khí nén (biến năng lượng tích lũy trong khí nén thành năng lượng cơ học ở dạng chuyển động quay, chuyển động thẳng hoặc chuyển động lắc)

 Máy nén khí

Trang 14

6

Hiện nay máy nén khí là các sản phẩm kỹ thuật đồng bộ và hiện đại, có các chức năng kiểm tra, điều chỉnh và điều khiển thông minh Máy nén khí có thể được sử dụng ở dạng tĩnh hoặc di động

Các thông số đặc trưng tiêu biểu để mô tả một máy nén khí là:

- Áp suất hoạt động (bar)

- Lưu lượng cung cấp (lít/phút)

cơ khí nén có thể phân loại theo sơ đồ sau:

Hình 1.3 Sơ đồ phân loại động cơ khí nén

Động cơ khí nén được phân loại theo các phần tử cấu trúc để tạo ra công suất cơ học từ phía áp suất cao đến phía áp suất thấp của động cơ Các động cơ piston hướng trục

và hướng kính được xếp vào nhóm động cơ piston Trong sản xuất ứng dụng nhiều nhất các động cơ rôto như động cơ cánh quay và bánh răng Kết cấu gọn nhẹ của động cơ cánh

Trang 15

 Ống dẫn khí và kết nối ống

Ống dẫn khí thường dùng, đa số cấu tạo từ ống đồng hàn, các hệ thống ống kết nối bằng các phần tử kẹp và ổ cắm ngày càng được ứng dụng rộng rãi, nhờ đó có thể lắp ráp nhanh và thay đổi nhanh các phương án mạch khí nén Nhờ có các hệ thống phân phối khí nén linh hoạt mà người ta có thể tích hợp thành các máy mới, thay đổi chỗ làm việc,

mở lắp ráp nhanh và thay đổi nhanh các phương án mạch khí nén Nhờ có các hệ thống phân phối khí nén linh hoạt mà người ta có thể tích hợp thành các máy mới, thay đổi chỗ làm việc, mở rộng nhà xưởng sản xuất…

Việc nối ống mềm và ống cứng có thể được thực hiện thuận lợi khi ứng dụng các đầu nối tháo lắp nhanh Có hai loại đầu nối tháo lắp nhanh thường gặp:

- Đầu nối tháo nhanh không chứa van chặn dòng

- Đầu nối tháo lắp nhanh chứa van chặn dòng

 Bộ phận làm kín

Làm kín có ý nghĩa rất lớn trong kỹ thuật khí nén, bởi vì không khí có độ nhớt rất nhỏ, có thể dễ dàng lọt qua các khe hở rất hẹp, từ đó gây ra hao tổn đáng kể trong hệ thống Để làm kín các đầu nối ren trong hệ thống đường ống có thể sử dụng phần tử làm kín bằng PVC cứng hoặc vật liệu dẻo tương tự Làm kín tĩnh trên vỏ hoặc các chi tiết cứng có thể dùng vòng làm kín chữ O, vành làm kín hoặc tấm làm kín dán lên chi tiết Các vị trí làm kín chuyển động thường gặp thí dụ như trên piston và cần piston, và thậm chí ngay cả trong van Có rất nhiều loại bộ phận làm kín để thực hiện các nhiệm vụ làm kín khác nhau Có thể phân biệt chúng theo vật liệu, kết hợp nhiều vật liệu và theo hình dạng hình học

Trang 16

8

Hình 1.4 Một số bộ phận làm kín trong hệ thống phân phối khí nén

a) Vòng làm kín chữ O b) Vành tiết diện vuông c) Vành có rãnh

d) Vành có rãnh một bên e) Làm kín kiểu chõ f) Làm kín chõ kép

Hình 1.5 Các dạng cấu trúc làm vành kín piston

Để làm kín giữa các buồng làm việc của piston, giữa cần piston và vỏ người ta hay dùng các vòng làm kín chữ O, vành làm kín thiết diện vuông hoặc bộ phận làm kín có mép rãnh (vành có rãnh) Do nhiệm vụ làm kín đối xứng nên các bộ phận làm kín có mép rãnh lắp trên piston có tác dụng về cả hai phía Các dải dẫn hướng cũng có thể được sử

dụng để làm kín piston cũng như phần dẫn hướng của cần piston để chịu lực ngang

1.3.2 Hệ truyền động thủy lực

Trang 17

9

a Bơm và động cơ

Bơm thuỷ lực có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng thuỷ lực và ngược lại động cơ thuỷ lực chuyển đổi năng lượng thuỷ lực đưa đến từ bơm thành năng lượng cơ học cung cấp cho các phụ tải chuyển động quay Bơm thuỷ lực nhận truyền động từ động cơ điện khi hệ thống làm việc tĩnh, từ động cơ diezel khi hoạt động trên các thiết bị tự hành như máy kéo, máy xây dựng, máy làm đường

Theo hoạt động cơ bản có thể phân loại bơm và động cơ thuỷ lực thành hai dạng: thay đổi được thể tích làm việc và không thay đổi được thể tích làm việc Thể tích làm việc của bơm được hiểu là thể tích dầu cung cấp trong một vòng quay, còn thể tích làm việc của động cơ là thể tích dầu tiếp nhận theo mỗi vòng quay

 Bơm

Bơm bánh răng: Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn

giản, dễ chế tạo Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ở những hệ thống có áp suất nhỏ trên các máy khoan, doa, bảo… Phạm vi áp suất sử dụng bơm bánh răng hiện

nay có thể từ 10-120bar (phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo)

Hình 1.6 Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Bơm bánh răng gồm có: loại bánh răng ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong, có thể là

răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chữ V

Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là sự thay đổi thể tích: Khi thể tích của buồng hút (A) tăng, bơm dầu hút, thực hiện chu kỳ hút; và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra buồng (B), thực hiện chu kỳ nén Nếu trên đường đi của dầu ta đặt một vật cản thì

Trang 18

10

dầu sẽ bị chặn lại tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết

cấu của bơm

Bơm cánh gạt: Bơm cánh gạt được dùng rộng rãi do ổn định về lưu lượng, hiệu suất

thể tích cao hơn Bơm cánh gạt cũng là loại bơm được dùng rộng rãi sau bơm bánh răng

và chủ yếu dùng ở hệ thống có áp thấp và trung bình So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt bảo đảm lưu lượng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn.Kết cấu bơm đánh răng có

nhiều loại khác nhau, nhưng có thể chia thành hai loại chính:

- Bơm cánh gạt đơn

- Bơm cánh gạt kép

Lưu lượng bơm có thể thay đổi bằng cách thay đổi độ lệch tâm

Hình 1.7 Bơm cánh gạt tác động đơn

Bơm trục vít: Bơm trục vít là sự biến dạng của bơm bánh răng Nếu bánh răng

nghiêng có số răng nhỏ, chiều dày và góc nghiêng của bánh răng lớn thì bánh răng sẽ

thành trục vít Bơm trục vít thường có 2 trục vít ăn khớp với nhau

Hình 1.8 Bơm trục vít

Trang 19

11

Bơm trục vít thường có đặc điểm là dầu được chuyển từ buồng hút sang buồng nén theo chiều trục và không có hiện tượng chèn dầu ở chân ren Nhược điểm của bơm trục vít là chế tạo trục vít khá phức tạp trong khi ưu điểm căn bản là chạy êm độ nhấp nhô lưu

lượng nhỏ

Bơm piston: Bơm piston có khả năng làm kín tốt hơn so với bơm cánh gạt và bánh

răng, bởi vậy bơm piston được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thủy lực làm việc ở áp suất cao Phụ thuộc vào vị trí của piston đối với rôto, có thể phân biệt chúng thành bơm hướng kính và hướng trục

 Động cơ

Động cơ có nhiệm vụ biến đổi năng lượng thế năng hay động năng của môi chất thành năng lượng cơ học – chuyển động quay

Động cơ bánh răng: Động cơ bánh răng được phân thành 3 loại: động cơ bánh răng

thẳng, động cơ bánh răng nghiên, động cơ bánh răng chữ V

Động cơ quay 1 chiều Động cơ quay 2 chiều

Hình 1.9 Kí hiệu động cơ

Động cơ piston: Động cơ piston có khả năng làm kín tốt hơn so với bơm cánh gạt

và bánh răng, bởi vậy động cơ piston được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thủy khí

làm việc ở áp suất cao

Phụ thuộc vào vị trí của piston đối với rôto, có thể phân biệt động cơ hướng kính và

hướng trục

Động cơ cánh gạt :Nguyên lý hoạt động của động cơ cánh gạt (hình 1.10): Môi chất

được dẫn vào cửa 1, qua rãnh vòng 2 vào lỗ dẫn môi chất 3 Dưới tác dụng áp suất lên cánh gạt, rôto quay Môi chất được thải ra ngoài bằng lỗ 8 (nếu là dầu thì lỗ 8 được nối

về bể dầu, còn khí nén thì thải ra môi trường không khí)

Trang 20

Xi-lanh tác dụng đơn: Xi-lanh tác động đơn chỉ được dầu thuỷ lực tác động vào một

phía, thường là để thực hiện hành trình làm việc Hành trình trả về được thực hiện nhờ lực cơ học như lò xo, trọng lượng piston hoặc thường gặp nhất là trọng lượng của thiết bị hoặc trọng lượng cần nâng

Hình 1.11 Xi-lanh tác động đơn

Trang 21

13

Trong thực tế thường sử dụng 3 loại xi-lanh tác động đơn:

- Xi-lanh Plunger hoặc xi-lanh thụt

- Xi-lanh tác động đơn thông dụng

- Xi-lanh nhiều cấp hoặc vươn xa

Xi-lanh tác dụng kép: Xi-lanh tác động kép có thể tiếp nhận tác động của dầu thuỷ

lực ở hai phía của piston, nhờ đó có thể truyền lực ở cả hai chiều hành trình

Xi-lanh tác động kép được phân biệt theo các dấu hiệu sau:

- Cần piston 2 phía

- Cần piston 1 phía

Xi-lanh tác động kép cần piston 2 phía Xi-lanh tác động kép cần piston 1 phía

Hình 1.12 Xi-lanh tác động kép

Xi-lanh có cần piston 2 phía còn được gọi là xi-lanh chuyển động đều

Xi-lanh có cần piston 1 phía được gọi là xi-lanh vi sai Xi-lanh vi sai thường có đường kính cần piston lớn hơn

 Van

Van là các thiết bị để điều khiển hoặc điều chỉnh việc khởi hành, dừng lại và đảo chiều dòng, cũng như áp suất hay dòng chảy (lưu lượng) của môi chất được cung cấp từ bơm hoặc chứa trong thùng dầu Nhờ các van mà có thể thay đổi công suất thủy lực thông qua việc thay đổi áp suất hoặc lưu lượng

Trong thực tế sử dụng, có rất nhiều loại van thủy lực khác nhau và được chia làm 4 nhóm van sau:

Trang 22

Trang 23

15

Tác động cơ học: Các phương tiện tác động cơ học như tay đòn, bàn đạp, nút ấn

Chúng có nhược điểm là cần phải gá lắp trực tiếp vào van nên rất ít được sử dụng khi điều khiển từ xa Ngoài ra chúng chỉ phù hợp với lực định vị giới hạn và thiếu chính xác đối với nhiều nhiệm vụ điều khiển

Tác động áp suất: Nếu sử dụng áp suất thuỷ lực và áp suất khí nén (chỉ trong các

điều kiện hoạt động đặc biệt) để tác động van thì có thể truyền được lực định vị lớn và với khoảng cách khá xa Tác động áp suất có thể được phân biệt theo tác động trực tiếp

và tác động gián tiếp nhờ van điều khiển trước Trường hợp thứ nhất là van một cấp có piston điều khiển chịu tác động trực tiếp của áp suất Trường hợp thứ hai là một van hai cấp, van điều khiển trước của nó có nhiệm vụ điều khiển dòng dầu để tác động vào van chính Để tác động vào van điều khiển trước chỉ cần lực tác động rất nhỏ Trên các thiết

bị thuỷ lực có áp suất cao và lưu lượng lớn nên sử dụng các van điều khiển trước Trong nhiều trường hợp, chúng có tính chất hoạt động thuận lợi hơn là van điều khiển trực tiếp

Tác động nam châm điện: Việc điều khiển các hệ thống thuỷ lực sẽ thuận lợi hơn rất

nhiều nếu kết hợp hoạt động giữa năng lượng thuỷ lực và tín hiệu điện

c Các bộ phận khác

 Bể chứa dầu:

Thùng dầu thực hiện nhiều nhiệm vụ:

- Chứa dầu thuỷlực

- Tản nhiệt dầu

- Tách nước và cặn bẩn

- Tách không khí hoà tan trong dầu

- Làm bình ổn dòng chất lỏng chảy rối khi về thùng

Ngoài ra thùng dầu còn là bộ phận để lắp đặt các thiết bị bơm và các thiết bị thuỷ lực đi kèm Thùng dầu cần phải đủ lớn sao cho khi nạp đầy vẫn còn một khoảng không khí bên trên mặt thoáng của chất lỏng, khoảng 15% thể tích dầu

 Bầu lọc dầu: có tác dụng loại bỏ các chất bẩn, cặn, tạp chất phát sinh trong trong dầu để chúng không thể xâm nhập vào các phần tử, cơ cấu trong hệ thống thủy lực

Dựa vào kích thước của các hạt tạp chất mà bộ lọc có thể lọc được, ta phân loại bộ lọc thành các loại:

- Bộ lọc thô: có thể lọc được các hạt cặn đến 0.1 mm

- Bộ lọc trung bình : có thể lọc được các hạt cặn đến 0.01 mm

Trang 24

16

- Bộ lọc tinh : có thể lọc các hạt cặn đến 0.005 mm

- Bộ lọc đặc biệt : có thể lọc các hạt cặn đến 0.001 mm

Dựa vào kết cấu của bộ lọc, người ta chia bộ lọc thành 2 loại:

- Bộ lọc lưới : gồm 1 khung cứng có các lưới đồng bao quanh

- Bộ lọc bằng sợi thủy tinh: lưới lọc cấu tạo từ các sợi thủy tinh

Trong quá trình làm việc không tránh khỏi dầu bị bẩn do các chất bẩn được tạo ra từ bên ngoài hay bản thân của nó Những chất bẩn này đã gây ra hiện tượng kẹt các khe hở, các tiết diện dòng chảy làm ảnh hưởng rất lớn đến sự ổn định hoạt động của hệ thống và

hư hỏng Do đó trong hệ thống dầu ép ta thường gắn các bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu, phần tử dầu ép

Bộ lọc dầu thường đặt ở ống hút của bơm dầu Trường hợp cần dầu sạch hơn, đặt thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm và một ở ống xả của hệ thống dầu ép

Hình 1.15 Bộ lọc

Tùy theo yêu cầu chất lượng của dầu trong hệ thống điều khiển mà ta có thể lắp các

bộ lọc dầu ở các vị trí khác nhau

Đồng hồ đo: Trong hệ thống truyền động khí nén- thủy lưc , đồng hồ đo áp suất, lưu

lượng … được dùng để người sử dụng, vận hành có thể quan sát được, ghi chép lại được các thông số Giúp người vận hành giải quyết sớm được những rủi ro khi hệ thống có sự

cố

Trang 25

b Van đảo chiều

Van đảo chiều là cơ cấu chỉnh hướng có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng đi qua van chủ yếu bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng của dòng

năng lượng

Van có tác động bằng cơ – lò xo lên nòng van và kí hiệu lò xo nằm ngay vị trí bên phải của kí hiệu van ta gọi đó là vị trí “ không ” Tác động tín hiệu lên phía đối diện nòng van (ô vuông phía bên trái kí hiệu van) có thể là tín hiệu bằng cơ, khí nén, dầu hay điện Khi chưa có tín hiệu tác động lên phía bên trái nòng van thì lúc này tất cả các cửa nối của

Trang 26

18

van đang ở vị trí ô vuông nằm bên phải, trường hợp có giá trị đối với van đảo chiều hai vị

trí Đối với van đảo chiều 3 vị trí thì vị trí “ không ” dĩ nhiên là nằm ở giữa

Một số loại van đảo chiều:

- Van đảo chiều 2/2

Van đảo chiều 2/2 là van có 2 cửa nối P và A, 2 vị trí 0 và 1 Vị trí 0 cửa P và cửa A

bị chặn Nếu có tín hiệu tác động vào, thì vị trí 0 sẽ chuyển sang vị trí 1, như vậy cửa P

và cửa A nối thông với nhau Nếu tín hiệu không còn tác động nữa, thì van sẽ chuyển từ

vị trí 1 về vị trí 0 ban đầu bằng lực nén lò xo

Hình 1.18 Van 2/2

Van đảo chiều 3/2 có 3 cửa và 2 vị trí Cửa P nối với nguồn năng lượng, cửa A nối với buồng xi-lanh cơ cấu chấp hành, cửa T cửa xả Khi con trượt di chuyển sang trái cửa

P thông với cửa A Khi con trượt di chuyển sang phải thì cửa A thông với cửa T xả dầu

về thùng hoặc là xả khí ra môi trường Van này thường dùng để làm Rơle dầu ép hoặc khí nén

Hình 1.19 Van 3/2

Cửa P nối với nguồn năng lượng cửa A và cửa B lắp vào buồng trái và buồng phải của xi-lanh cơ cấu chấp hành; cửa T lắp ở cửa ra đưa năng lượng về thùng đối với dầu, còn thải ra môi trường xung quanh đối với khí nén

Trang 27

19

Khi con trượt của van di chuyển qua phải cửa P thông với cửa A năng lượng vào lanh cơ cấu chấp hành, năng lượng ở buồng ra xi-lanh qua cửa B nối thông với cửa T ra ngoài Ngược lại khi con trượt của van di chuyển qua trái, cửa P thông với cửa B và cửa

xi-A thông với cửa xả T

Hình 1.20 Van 4/2

Van đảo chiều 5/2 là van có 5 cửa 2 vị trí Cửa P là cung cấp nguồn năng lượng, cửa

A lắp với buồng bên trái lanh cơ cấu chấp hành, cửa B lắp với buồng bên phải của lanh cơ cấu chấp hành, cửa T và cửa R là cửa xả năng lượng Khi con trượt van di chuyển qua phải, cửa P thông với cửa A, cửa B thông với cửa T Khi con trượt của van di chuyển qua trái, cửa P thông với cửa B, cửa A thông với cửa R

xi-Hình 1.21 Van 5/2

Hình 1.22 Van 4/3

Trang 28

20

Van 4/3 là van có 4 cửa 3 vị trí Cửa A, B lắp vào buồng làm việc của xi-lanh cơ cấu chấp hành, cửa P nối với nguồn năng lượng, cửa T xả về thùng đối với dầu hoặc ra môi trường đối với khí

Van 5/3 có 5 cửa và 3 vị trí Cửa A, B lắp vào buồng làm việc của xi-lanh cơ cấu chấp hành, cửa P nối với nguồn năng lượng, cửa T xả về thùng đối với dầu hoặc ra môi trường đối với khí

Hình 1.23 là kí hiệu của van 5/3 Van 5/3 thường được sử dụng trong hệ thống khí nén

Hình 1.23 Ký hiệu van 5/3

c Van tuyến tính

Sự khác nhau cơ bản của van tuyến tính so với van đóng mở (On / Off) ở chỗ là quá trình làm việc của nam châm điện và lưu lượng môi chất chảy qua van

Ở các van đóng mở thì tín hiệu tác động vào cuộn dây điện từ ở dạng bậc thang, còn

ở van tuyến tính thì tín hiệu vào là dòng hay điện áp ở dạng tuyến tính, như vậy độ dịch chuyển của nòng van và lượng môi chất chảy qua van thay đổi tuyến tính

1.4 Ứng dụng hệ truyền động khí nén & thủy lực

1.4.1 Ưu, nhược điểm hệ truyền động khí nén & thủy lực

a Hệ thống khí nén

 Ưu điểm

- Có khả năng truyền năng lượng đi xa bởi nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ

- Khả năng quá tải lớn của động cơ khí lớn

- Hệ thống khí nén sạch sẽ, số lượng không có giới hạn và có thể thải ra ngược trở lại bầu khí quyển

Trang 29

21

- Chi phí nhỏ (do cơ cấu dẫn động, van… rẻ, cấu tạo đơn giản) để thiết lập một hệ thống truyền động khí nén, hệ thống phòng ngừa áp suất quá giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động khí nén thấp

- Tuổi thọ cơ cấu khí nén lớn

 Nhược điểm

- Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử

- Lực truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp

- Khi tải trọng hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn

- Dòng khí thoát ra ở đường dẫn gây tiếng ồn

- Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, ngay cả những hệ mạch phức tạp

- Tự động hóa đơn giản dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

 Nhược điểm

- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất

và phạm vi ứng dụng

- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của dầu

và tính đàn hồi của đường ống dẫn

- Khả năng lập trình và tích hợp hệ thống kém nên khó khăn khi thay đổi chương trình làm việc

- Nhiệt độ và độ nhớt thay đổi làm ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển

Trang 30

1.4.2 Ứng dụng thực tế hệ truyền động khí nén & thủy lực

Hệ thống khí nén – thủy lực được sử dụng rộng rãi ở những lĩnh vực mà ở đó vấn

đề nguy hiểm, hay xảy ra các cháy nổ như: các đồ kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo, hoặc được sử dụng trong các ngành cơ khí như cấp phôi gia công, hoặc trong môi trường vệ sinh sạch sẽ như công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử Cụ thể:

- Dùng cho các thiết bị công nghiệp, giao thông, dân dụng: búa máy dùng hơi, thiết bị nâng hạ, đồ gá kẹp dao trong máy CNC, đóng mở cửa xe bus, điều khiển bàn máy, kẹp dao

- Trong các dây chuyền sản xuất hoặc lắp ráp tự động: xúc rửa chai, đóng gói bao bì, lắp ráp các linh kiện điện tử,…

- Các dụng cụ, thiết bị va đập: đục hơi, máy khai thác đá, khai thác than, thiết bị hầm mỏ,…

- Có khả năng tạo chuyển động quay bằng khí nén với công suất lớn giá thành rất cao

so với điện nhưng có thể tích và trọng lượng rất nhỏ

- Trong công nghiệp gia công các sản phẩm nhựa (máy ép), các thiết bị dây chuyền chế biến thực phẩm, sản xuất hóa chất,…

- Truyền động bằng khí nén- thủy lực có thể ứng dụng trong các lĩnh vực ở đó cần vệ sinh môi trường và an toàn cao, không gây cháy

Hình 1.24 Ứng dụng của hệ thống thủy lực và khí nén

Trang 31

hệ Các kiến thức cơ bản này sẽ phục vụ cho việc làm thực nghiệm trên mô hình Robot ở phần sau Trong các chương sau em sẽ trình bày việc xây dựng lại hệ truyền động thủy lực cho một đối tượng cụ thể Ở đây là cánh tay Robot Thiết kế chương trình mô phỏng, điều khiển đơn giản chuyển động cho cánh tay Robot

Trang 32

Chương 2 Xây dựng hệ thống điều khiển – truyền động thủy lực cho mô hình Robot

24

Chương 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG

THỦY LỰC CHO MÔ HÌNH ROBOT

2.1 Yêu cầu từ bài toán thực tế

Vận dụng những kiến thức đã được học để ứng dụng vào công việc trong thực tế là một yêu cầu thiết yếu với sinh viên, đặc biệt là với sinh viên ngành kỹ thuật Xuất phát từ yêu cầu đó và những kiến thức đã được tìm hiểu về hệ truyền động khí nén & thủy lực

em đã bắt tay vào xây dựng lại mô hình truyền động khí nén & thủy lực cho cánh tay Robot

Cánh tay Robot được sử dụng gồm 6 khớp, sử dụng nguồn thủy lực để hoạt động Các mạch lực điều khiển, nguồn cấp thủy lực đều đã hỏng hóc hoặc bị mất Chúng em đã tiến hành sửa chữa, thiết kế lại hệ thống mạch, nguồn thủy lực; thực hiện ghép nối, điều khiển bằng tay và bằng phương pháp tự động thông qua card dSPACE 1104

2.2 Xây dựng và hoàn thiện cơ cấu chấp hành của Robot

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của mô hình Robot

Hình 2.1 Mô hình Robot thủy lực

Trang 33

25

Mô hình Robot thủy lực gồm có 6 khớp - 6 xi-lanh Trong đó các khớp từ khớp 1 đến khớp 5 đều sử dụng xi-lanh tác dụng kép sử dụng cơ cấu quay thanh răng – bánh răng, sử dụng phản hồi vị trí (góc quay) bằng chiết áp vít xoay Các xi-lanh này có kết cấu tương tự nhau, chỉ khác về thể tích và độ dài hành trình Riêng khớp thứ 6 của mô hình Robot là tay gắp nên sử dụng xi-lanh kép đơn thuần

a Cấu tạo của xi-lanh

Xi-lanh thủy lực dùng trong mô hình Robot có cấu tạo như hình 2.2 dưới đây:

Hình 2.2 Cấu tạo của xi-lanh

Xi-lanh sử dụng là xi-lanh kép, gồm 2 piston ở 2 đầu của xi-lanh Một buồng piston gồm có: màng chắn, piston, đế xi-lanh, cửa môi chất, bánh răng Trong đó:

 Lớp màng chắn được làm từ hợp chất của cao su, bền với nhiệt độ và một số loại dung dịch chuyên dụng Lớp màng chắn này có dạng hình trụ, có kích thước đúng bằng buồng của piston Đáy của lớp màng chắn được gắn chặt vào mặt của piston, còn thành miệng của lớp màng chắn này thì được gắn vào đế của xi-lanh, nơi có tác động trực tiếp của cửa môi chất Piston có thể trượt dễ dàng trên lớp màng cao su này Màng chắn có nhiệm vụ nhận và giữ môi chất và truyền lực tác dùng của môi chất tới piston

 Piston được làm từ nhựa cứng bền với hóa chất, ít bị biến dạng và mài mòn Piston có đường kính xấp xỉ với đường kính trong của xi-lanh, có tác dụng định hướng cho thanh răng, piston nhận lực tác động của môi chất thông qua lực đẩy của màng chắn, tác động lực đẩy lên thanh răng

 Đế xi-lanh : có tác dụng làm kín buồng chứa, cùng với thân xi-lanh để giữ chặt

miệng của màng chắn Trên đế xi-lanh có các lỗ nhỏ là đầu vào và đầu ra của môi chất

 Cửa môi chất: Lối vào và ra của môi chất

Trang 34

26

 Bánh răng: Được gắn cố định và ăn khớp với thanh răng trên thân xi-lanh Là bộ

phận giúp biến đổi từ chuyển động thẳng của thang răng sang chuyển động quay của các khớp Robot

b Nguyên lý hoạt động cơ bản của 1 khớp Robot

Mỗi khớp của robot là 1 xi-lanh kép, có thể chuyển động được nhờ cơ cấu cơ khí

thanh răng - bánh răng như hình 2.3 dưới đây Trong đó, bánh răng được gắn cố định với

cánh tay Robot, khi bánh răng quay làm cánh tay Robot quay theo

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của một khớp Robot

Các khớp từ khớp 1 đến khớp 5 của Robot hoạt động theo nguyên lý như sau: Khi môi chất được bơm vào một cửa buồng xi-lanh bên này thì cửa xả của buồng xi-lanh còn lại sẽ được mở ra để giảm áp suất trong buồng xi-lanh đồng thời giúp hồi môi chất về bể dầu Dầu được bơm qua cửa vào môi chất, đi vào buồng xi-lanh Tại đây, dầu tiếp tục được bơm làm tăng thể tích môi chất trong buồng xi-lanh Thể tích môi chất tăng tạo ra áp lực tác động lên màng chắn và truyền lực cho piston Piston truyền lực cho thanh răng, thanh răng sẽ chuyển động ngang tịnh tiến so với thân xi-lanh Nhờ cơ cấu thanh răng- bánh răng, chuyển động tịnh tiến của thanh răng được chuyển thành chuyển động quay của bánh răng Bánh răng được gắn cố định với cánh tay Robot nên cánh tay Robot cũng sẽ chuyển động quay theo bánh răng với các góc khác nhau tùy thuộc vào độ dịch chuyển của thanh ngang

Trang 35

27

2.2.2 Đặc điểm của các khớp mô hình Robot

Robot có 6 khớp, mỗi khớp có phương và góc quay như hình 2.4 dưới đây:

Hình 2.4 Mô hình Robot

d Không gian hoạt động khớp 1

Khớp 1 là khớp dưới cùng, được lắp phía trong mặt đế của mô hình Khớp này giúp Robot chuyển động xung quanh trục thẳng đứng

 Khớp 1 có:

Chiều dài hành trình của piston là : d=101mm

Đường kính trong của xi-lanh là : D =54mmt

Trục của piston ăn khớp với bánh răng có đường kính là: D =64,5mmr

Từ đó, ta tính được thể tích hữu dụng của xi-lanh dùng trong khớp 1 là:

3 t1

Trang 36

e Không gian hoạt động và thể tích từ khớp 2 đến khớp 5

Tính toán tương tự như khớp 1 ta có các thông số của các khớp 2, khớp 3, khớp 4, khớp 5 như sau:

Bảng 2.1: Thể tích và không gian hoạt động các khớp

Khớp i

li (mm)

tiD( mm)

riD(mm)

2 ti

l

α = 360πD

 Khớp 3

Khớp 3 là khớp ngay trên khớp 2, khớp này có vai trò và tác dụng tương đương với khớp 2 Cùng với khớp 2, khớp 3 giúp cho tầm hoạt động của Robot rộng hơn Khớp có thể quay được một góc có phạm vi khoảng 150o

 Khớp 4

Khớp 4 có thể quay được góc có phạm vi khoảng 180 Là khớp nằm phía trên,

không chịu nhiều lực khi hoạt động nên dung tích xi lanh nhỏ hơn so với 3 khớp trước nó

Trang 37

Xi-lanh khớp 6 có độ dài hành trình đo được là:

Trang 38

30

Các vấn đề đặt ra: Mô hình cánh tay robot đã quá cũ, các bộ phận điện tử đã hư

hỏng, không còn khả năng tái sử dụng Hệ thống bơm, nguồn cấp không còn Một số chi tiết cơ khí bị nứt vỡ, han gỉ

Giải quyết vấn đề: Đứng trước bài toán thực tế như vậy, em đã quyết định tiến

hành theo hướng chỉ tận dụng lại 6 khớp cơ khí và 24 cặp van điện của robot Vận dụng những kiến thức đã tìm hiểu về hệ truyền động khí nén- thủy lực để tiến hành làm mới các bộ phận đã mất, hỏng hóc để hoàn thiện mô hình Robot

a Bơm dầu

 Tính toán lưu lượng và áp suất của bơm

Dựa vào các thông số đo đạc và tính toán được từ trên ta tính được tổng thể tích của các xi-lanh là:

V=V +V +V +V +V +V 1,23 (lít)

Để tính được lưu lượng cần thiết của bơm, ta cần xác định được thời gian Robot chuyển động Thời gian lý tưởng (dựa trên thực nghiệm) để Robot đi hết các hành trình- tương ứng với việc bơm đã cung cấp thể tích là 1.23(lít) là 12s Từ đó ta tính được lưu lượng của bơm là:

V 1,23Q= = 60=6,15

Ta có công thức tính công suất bơm (công suất động cơ kéo bơm) :

Trong đó :

HP : Công suất bơm tính theo mã lực (1HP=1,36kW )

GPM : Lưu lượng của bơm (1GPM=3,785 l/p)

PSI : Áp suất định mức của bơm (1psi=0,069bar)

0,000583 : Hệ số chuyển đổi đơn vị

Công thức trên áp dụng cho trường hợp bơm hoạt động với công suất 100%, không

có hao tổn và ma sát Tuy nhiên trong thực tế hoạt động với bơm bánh răng, hiệu suất chỉ đạt khoảng 80% Ngoài ra, hệ thống mạch van điều khiển thủy lực và hệ thống ống nối của mô hình được thay thế hoàn toàn nên không đảm(( bảo sự đồng đều về tiết diện và

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	2,93 MB