Nghiên cứu hệ thống điều khiển thuỷ lợi và khí nén trong máy điều khiển số (CNC)

LỜI CAM ĐOAN Tác giải xin cam đoan kết số liệu nêu luận văn thân thực dƣới hƣớng dẫn TS Nguyễn Tiến Lƣỡng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Ngoài phần tài liệu tham khảo liệt kê số liệu kết thu đƣợc trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tác giả Phạm Quốc Việt DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT V - Thể tích chất lỏng (m3) p- Áp suất (N/m2) Q– Lƣu lƣợng (m3/s) N– Công suất (W) – Khối lƣợng riêng chất lỏng (kg/m3) m - Khối lƣợng (kg) C– Tỷ nhiệt trung bình (J/kg.K) T – Nhiệt độ tính theo K – Ứng suất trƣợt lớp chất lỏng (N/m2) dv/dy – Radian vận tốc : Độ nhớt động học m2/s=104cm2/s=106mm2/s=106cSt E0 - Độ nhớt Engler p1: Tổng tổn hao áp suất trở thủy lực p2: Tổng tổn hao áp suất trở quán tính pd, p0: Tổng tổn hao áp suất gây biến dạng dầu vào ống, trở biến dạng C1, C2: Tổng dung kháng dầu ống dẫn Re – Số Reynold α– Hệ số tiết lƣu ε– Hệ số giãn nở f : Độ biến đổi diện tích tƣơng đối p : Độ chênh áp suất tƣơng đối  : Dịch chuyển tƣơng đối : Khe hở hƣớng tâm tƣơng đối Tt, Tr: Hằng số thời gian chế độ chảy tầng, chảy rối Kt, Kr: Hệ số khuếch đại chế độ chảy tầng, chảy rối LHN: Liên hệ ngƣợc DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Máy tiện 15 Hình 1.2: Máy phay 16 Hình 1.3: Truyền liệu vòng kín 18 Hình 1.4: Sơ đồ khối CPU 19 Hình 1.5: Hệ thống liên lạc BUS 20 Hình 1.6: Vị trí chƣơng trình CNC 21 Hình 1.7: Động bƣớc 22 Hình 1.8: Động servo 23 Hình 1.9: Hệ thống điều khiển động servo thủy lực 25 Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát truyền dẫn thủy khí 27 Hình 2.2 Mạch điều khiển 28 Hình 2.3 Đồ thị biểu thị tốc độ dòng chảy ống 30 Hình 2.4 Sơ đồ tổng quát tính hiệu suất thể tích hiệu suất áp suất 35 Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền dẫn khí nén 41 Hình 3.1 Ký hiệu bơm dầu 43 Hình 3.2 Bơm bánh ăn khớp 43 Hình 3.3 Bơm bánh ăn khớp 43 Hình 3.4 Bơm trục vít 44 Hình 3.5 Bơm bánh điều chỉnh 44 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý bơm cánh gạt đơn 44 Hình 3.7 Một số loại bơm cánh gạt 44 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý bơm cánh gạt kép 45 Hình 3.9 Xilanh truyền lực 47 Hình 3.10 Một số loại xilanh 47 Hình 3.11 Phƣơng pháp dẫn dầu 47 Hình 3.12 Xilanh nhiều bậc 48 Hình 3.13 Xilanh truyền lực cánh gạt 48 Hình 3.14 Ký hiệu van lọc 49 Hình 3.15 Ký hiệu van chỉnh áp 49 Hình 3.16 Ký hiệu van tra dầu 49 Hình 3.17 Cách mắc lọc 49 Hình 3.18 Động xilanh hƣớng kính 51 Hình 3.19 Động tuabin 51 Hình 3.20 Xilanh màng tác dụng chiều 52 Hình 3.21 Nguyên lý làm việc cấu tạo xilanh va đập 52 Hình 3.22 Sơ đồ van an toàn van tràn 53 Hình 3.23 Van tràn 53 Hình 3.24 Van an toàn 54 Hình 3.25 Van an toàn bi - piston 55 Hình 3.26 Van phân áp 55 Hình 3.27 Van cản 56 Hình 3.28 Ký hiệu van tiết lƣu 57 Hình 3.29 Van tiết lƣu điều chỉnh dọc trục 57 Hình 3.30 Sơ đồ tính toán tiết diện chảy van tiết lƣu 58 Hình 3.31 Van tiết lƣu điều chỉnh quanh trục 59 Hình 3.32 Van chiều 60 Hình 3.33 Van chiều điều khiển đƣợc hƣớng chặn 60 Hình 3.34 Sơ đồ nâng hạ tải dùng van chiều điều khiển đƣợc hƣớng chặn 60 Hình 3.35 Van 2/2 61 Hình 3.36 Van 3/2 61 Hình 3.37 Sơ đồ dùng van 4/2 62 Hình 3.38 Sơ đồ van 4/3 62 Hình 3.39 Van 5/3 63 Hình 3.40 Ký hiệu số loại van 4/2 63 Hình 3.41 Ký hiệu số loại van 4/3 63 Hình 3.42 Nắp điều chỉnh van khí 64 Hình 3.43 Nắp điều khiển điện từ 65 Hình 3.44 Nắp điều khiển dầu ép 66 Hình 3.45 Cấu tạo ký hiệu van đảo chiều điều khiển trực tiếp 67 Hình 3.46 Cấu tạo ký hiệu van đảo chiều điều khiển gián tiếp 67 Hình 3.47 Bộ đảo chiều khí trực tiếp 68 Hình 3.48 Bộ đảo chiều điện – dầu ép 68 Hình 3.49 Bộ đảo chiều van xoay 69 Hình 3.50 Một số ký hiệu cho dòng khí nén điều khiển 70 Hình 3.51 Van xả 70 Hình 3.52 Kết cấu van 3/2 đơn giản 70 Hình 3.53 Van 3/2 điều khiển điều khiển điện từ - khí nén 71 Hình 3.54 Van đảo chiều 4/2 71 Hình 3.55 Van đảo chiều 5/2 71 Hình 3.56 Van điều chỉnh áp suất 72 Hình 3.57 Van tiết lƣu chiều điều khiển tay 72 Hình 3.58 Điều chỉnh tốc độ hai chiều tiết lƣu đƣờng khí 73 Hình 3.59 Rơle thời gian đóng chậm 73 Hình 3.60 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đảo chiều rơle thời gian đóng chậm 73 Hình 3.61 Van logic OR 73 Hình 3.62 Sơ đồ nguyên lý điều khiển hai vị trí 73 Hình 3.63 Van logic AND 74 Hình 3.64 Kết cấu ký hiệu van xả khí nhanh 74 Hình 3.65 Ứng dụng van xả khí nhanh 74 Hình 3.66 Van chân không 74 Hình 3.67 Truyền dẫn servo chuyển động thẳng liên hệ ngƣợc khí theo vị trí 75 Hình 3.68 Liên hệ ngƣợc khí – thủy lực theo vị trí 75 Hình 3.69 Truyền dẫn servo chuyển động thẳng LHN điện thủy lực theo vị trí 76 Hình 3.70 Truyền dẫn servo chuyển động thẳng với van servo điện - thủy lực liên hệ ngƣợc điện theo tốc độ 76 Hình 3.71 Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn servo chuyển động quay với van servo điện thủy lực liên hệ ngƣợc điện theo tốc độ 76 Hình 3.72 Điều chỉnh tốc độ động với liên hệ ngƣợc điện - thủy lực 77 Hình 3.73 Sơ đồ truyền dẫn chuyển động quay liên hệ ngƣợc điện thủy lực liên hệ ngƣợc theo tốc độ với điều chỉnh lƣu lƣợng bơm 77 Hình 3.74 Truyền dẫn servo chuyển động thẳng liên hệ ngƣợc theo tải trọng 78 Hình 3.75 Truyền dẫn servo chuyển động thẳng với van servo điện thủy lực có liên hệ ngƣợc theo áp suất vận tốc 78 Hình 3.76 Nguồn áp suất với bơm không điều chỉnh 78 Hình 3.77 Nguồn điều chỉnh áp suất lƣu lƣợng không đổi 79 Hình 3.78 Sơ đồ điều chỉnh áp suất bơm không đổi 79 Hình 3.79 Ký hiệu sơ đồ điều khiển bơm để lƣu lƣợng không đổi 80 Hình 3.80 Điều chỉnh thủy lực để công suất bơm không đổi 80 Hình 3.81 Đồng liên hệ khí 80 Hình 3.82 Đồng phối hợp bơm 81 Hình 3.83 Dùng van tiết lƣu điều chỉnh lƣu lƣợng vào xilanh lực 81 Hình 3.84: Sơ đồ đồng làm việc hai chiều hai xilanh lực van tiết lƣu lắp đƣờng 82 Hình 3.85 Đồng làm việc liên hệ ngƣợc khí theo vị trí 82 Hình 3.86 Đồng làm việc liên hệ ngƣợc điện theo vị trí tốc độ 83 Hình 3.87 Đồng làm việc nối tiếp xilanh lực 84 Hình 3.88 Đồng làm việc xilanh lực 84 Hình 3.89 Sơ đồ khối mạch điều khiển tự động thủy khí 85 Hình 3.90 Sơ đồ mạch điều khiển thủy lực dùng khí 85 Hình 3.91 Sơ đồ điều khiển dùng tiếp điểm tự trì công tắc hành trình 86 Hình 3.92 Sơ đồ điều khiển dùng tiếp điểm tự trì cảm biến 86 Hình 3.93 Điều khiển hai chiều chuyển động xilanh 87 Hình 3.94 Sơ đồ hệ thống khí nén máy CNC SL-153 88 Hình 3.95 Sơ đồ hệ thống thủy lực máy tiện CNC SL-153 89 Hình 3.96 Sơ đồ hệ thống thủy lực máy phay CNC GV - 503 90 Hình 3.97 Sơ đồ hệ thống thủy lực máy DECKEL MAHO 91 Hình 3.98 Sơ đồ hệ thống khí nén máy DECKEL MAHO 92 Hình 3.99 Sơ đồ hệ thống khí nén máy DECKEL MAHO 93 Hình 3.100 Sơ đồ hệ thống khí nén máy DECKEL MAHO 93 Hình 3.101 Sơ đồ hệ thống khí nén máy DECKEL MAHO 94 Hình 4.1: Sơ đồ thí nghiệm Raynol 96 Hình 4.2: Sơ đồ van trƣợt bốn mép điều khiển LHN 98 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ ( f , p ) 101 Hình 4.4: Biểu diễn thông số dùng tính toán 102 Hình 4.5: Đồ thị phụ thuộc p theo d 103 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc độ nhạy lớn vào  104 Hình 4.7: Sơ đồ cấu tạo trƣợt hai mép điều khiển LHN 109 Hình 4.8 : Đồ thị biễu diễn phụ thuộc Δp vào Δf 111 Hình 4.9 : Sơ đồ tiết lƣu điều khiển dạng vòi phun – chắn 114 Hình 4.10: Con trƣợt mép điều khiển với liên hệ ngƣợc 126 Hình 4.11 Đƣờng cong biểu diễn quan hệ p với  129 Hình 4.12: Sơ đồ cấu tạo van trƣợt bốn mép điều khiển 137 Hình 4.13: Sơ đồ cấu tạo van trƣợt hai mép điều khiển 138 Hình 4.14 Sơ đồ khối cấu trúc khuyếch đại thủy lực theo liên hệ ngƣợc 139 Hình 4.15 Phần so sánh tăng áp liên hệ ngƣợc lƣu lƣợng kế 140 Hình 5.1 Mô hình toán học tổng quát 145 Hình 5.2: Sơ đồ khối phần tử (hệ thống) điều khiển 146 Hình 5.3 Sơ đồ khối phần tử phụ thuộc tuyến tính theo thời gian 148 Hình 5.4 Sơ đồ khối biểu diễn hàm truyền 150 Hình 5.5 Sơ đồ điều khiển điện – khí – thủy lực 151 Hình 5.6 Mô hình toán học cho truyền dẫn Servo điện – thủy lực 152 Hình 5.7 Sơ đồ khối truyền dẫn Servo điện thuy lực 154 Hình 5.8 Sơ đồ Servo thủy lực 157 Hình 5.9 Sơ đồ khối tƣơng đƣơng 157 Hình 5.10 Đồ thị biểu diễn quan hệ PM/PS QM/QS 161 Hình 5.11 Đồ thị quan hệ áp suất độ dịch chuyển số trƣợt 163 Hình 5.12 Sơ đồ mạch cầu trƣợt lý tƣởng 164 Hình 5.13 Sơ đồ khối cho (5.53) 166 Hình 5.14 Biểu diễn sơ đồ khối (5.56) 166 Hình 5.15 Biểu diễn sơ đồ khối (5.57) 167 Hình 5.16 Sơ đồ khối thiết lập theo ma trận chuyển với trƣợt lý tƣởng 167 Hình 5.17 Sơ đồ cấu tạo môtơ chuyển động quay với cấu Servo thủy lực 168 Hình 5.18 Sơ đồ cấu tạo thông số môtơ thủy lực 172 Hình 5.19 Sơ đồ khối biểu diễn hàm truyền khớp nối cứng tải trọng bên 176 Hình 5.20 Sơ đồ cấu tạo tải trọng nối mềm với mô tơ 178 Hình 5.21 Sơ đồ biểu diễn hàm truyền với khớp nối mềm chế độ có tải 179 Hình 5.22 Đồ thị biểu diễn trị số logarit biên độ tần số trƣờng hợp nối cứng không tải trọng 184 Hình 5.23 Đồ thị biểu diễn trị số logarit biên độ tần số trƣờng hợp nối cứng có tải trọng 188 Hình 5.24 Đồ thị logarit biên độ tần số hàm FZ(s) 192 Hình 5.25 Đồ thị logarit biên độ tần số hàm FM(s) 195 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Phạm vi ứng dụng thích hợp hệ thống điều khiển khác 38 Bảng 2.2 Chiều dài tƣơng đƣơng phụ tùng nối 39 Bảng 3.1 Ký hiệu cửa nối van 61 Bảng 3.2 Ký hiệu phƣơng tiện điều khiển van 61 Bảng 4.1: Biểu diễn quan hệ p f 128 Bảng 5.1 : Các thông số Servo điện thủy lực số hãng 171 Bảng 5.2 Môtơ thủy lực 175 Bảng 5.3 Thông số logarit biên độ trƣờng hợp nối cứng không tải trọng 183 Bảng 5.4: Thông số logarit biên độ tần số trƣờng hợp nối cứng có tải trọng 187 Bảng 5.5: Trị số biên độ pha hàm FZ(s) 191 Bảng 5.6 Trị số đặc tính biên độ pha hàm FM(s) 194 LỜI NÓI ĐẦU Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Tiến Lưỡng Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ngƣời hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đến trình thực hoàn chỉnh luận văn Tác giả bày lòng cảm ơn tất thầy, cô giáo giảng dạy Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, thầy cô giáo Viện Cơ Khí, tạo điều kiện cho tác giả làm tốt luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi khiếm khuyết tác giả mong nhận đƣợc đóng góp thầy giáo, cô giáo, nhà khoa học, bạn đồng nghiệp để đề tài đƣợc tốt PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay, phát triển nhanh chóng khoa học công nghệ nâng cao mức độ tự động hóa trình sản xuất nhƣ máy móc, thiết bị lên mức đáng kể Sự kết hợp phƣơng tiện truyền động nhƣ điện, điện tử, khí, thủy lực, khí nén ngày có hiệu Đặc biệt máy công cụ CNC Loại máy có phát triển vƣợt bậc chủng loại, số lƣợng, tính năng, hiệu sử dụng Nhờ tính ƣu việt riêng mình, hệ thống thủy lực khí nén góp phần đáng kể tự động hóa có mặt hầu hết máy CNC Tính ƣu việt hệ thống thủy lực khí nén nhƣ truyền dẫn vô cấp tốc độ, vô cấp tải trọng, làm việc môi trƣờng khắc nghiệt … góp phần đáng kể tự động hóa máy CNC Máy CNC nói riêng hay máy công cụ nói chung phải đảm bảo yêu cầu cần thiết, đảm bảo độ tin cậy, tuổi thọ, an toàn ngƣời thiết bị xung quang, giảm giá thành chế tạo, bảo trì Mỗi phận hay phần tử cấu thành hệ thống truyền dẫn, điều khiển phải thể nhiệm vụ định Dù đơn giản hay phức tạp tồn hai dòng lƣợng cho mạch động lực mạch điều khiển Để điều khiển hoạt động hệ thống thủy lực, khí nén theo mục đích định trƣớc có nhiều phƣơng án, phƣơng án đƣợc sử dụng rộng rãi sử dụng phần tử tham gia điều khiển điều chỉnh: cấu điều chỉnh áp suất, cấu điều chỉnh lƣu lƣợng cấu điều chỉnh hƣớng Chính việc hiểu rõ tính năng, công dụng, ƣu nhƣợc điểm cấu điều chỉnh giúp cho ngƣời thiết kế, vận hành, sửa chữa máy móc trang thiết bị hoạt động xác hơn, tin cậy suất Trong mạch điều khiển nói chung hay mạch điều khiển thủy lực khí nén nói riêng có thông số tác động để tạo nên điều khiển thông số đầu vào, đối tƣợng chịu tác động điều khiển đầu Từ đó, nghiên cứu phần tử thủy lực khí nén cách tổng hợp để miêu tả hệ thống điều khiển dƣới dạng toán học Nhằm xây dựng phƣơng án tối ƣu cho hệ thống điều khiển thủy lực khí nén Từ lý tác giả lựa chọn: “Nghiên cứu hệ thống thủy lực khí nén cho máy điều khiển số (CNC)” làm đề tài luận văn tốt nghiệp cao học 10 + + + TS j  tính toán phần không tải  j   1   2000  tƣơng tự với  C = 2000  j   32, 26  1   tƣơng tự với  C = 32,26 Ta có bảng tính kết nhƣ bảng 5.4 Đồ thị biểu diễn hình 5.23 186 f 10 20 30 40 50 100 150 200  6,28 12,57 18,85 25,13 31,42 62,83 125,66 188,56 251,33 314,16 628,32 942,48 1256,64 1 0 0 0 0 0 0 2 -3,183 -6,346 -9,171 -12,540 -15,538 -29,017 -48,039 -59,059 -65,792 -70,218 -79,805 -83,163 -84,862 3 -0,539 -1,077 -1,616 -2,154 -2,692 -5,371 -10,650 -15,752 -20,611 -25,179 -43,236 -54,662 -61,997 4 -10,241 -19,806 -28,457 -35,853 -42,091 -61,034 -74,530 -79,546 -82,120 -83,683 -86,832 -87,887 -88,415 t -13,962 -27,289 -39,543 -50,547 -60,321 -95,482 -113,22 -154,36 -168,52 -179,08 -209,87 -225,71 -235,27 Mag1 -0,4455 -0,4455 -0,4455 -0,4455 -0,4455 -0,4455 -0,4455 -0,4455 -0,4455 -0,4455 -0,4455 -0,4455 -0,4455 Mag2 -0,0134 -0,0534 -0,1192 -0,2097 -0,3234 -1,1701 -3,4963 -5,7782 -7,7432 -9,4102 -15,041 -18,486 -20,958 Mag3 -0,0004 -0,0015 -0,0035 -0,0061 -0,0096 -0,0382 -0,1509 -0,3325 -0,5746 -0,8672 -2,7510 -4,7555 -6,5670 Mag4 -0,1395 -0,5329 -1,1185 -1,8247 -2,5910 -6,2979 -11,478 -14,825 -17,261 -19,169 -25,150 -28,665 -31,161 Magt -0,5988 -1,0333 -1,6867 -2,4861 -3,3395 -7,9518 -15,571 -21,381 -26,024 -29,892 -43,388 -53,352 -59,132 Bảng 5.4: Thông số logarit biên độ tần số trƣờng hợp nối cứng có tải trọng 187 Hình 5.23 Đồ thị biểu diễn trị số logarit biên độ tần số trƣờng hợp nối cứng có tải trọng 188 Đặc tính tần số hàm truyền FZ(S) đƣợc tính toán theo tham số TS  8,85.103 [ s];  cm3 / s  K QP  1,37  3  kg / cm   cm3 / s  K Qi  5,  ; 3  kg / cm  K  21.103 [kg.cm / rad ];  cm3  GPM  0,12  3  kg / cm  bZ  J M  1, 77.102 [ kg.cm ] VM  5, 75 2  cm3   rad  ;   J Z  0, 726 [kg.cm.s ] Tính toán hệ số hàm truyền V  a =(G PM +K QP )+PM +  M   (0,12  1,37).0,55  5, 752  33,88  2  a1  J M (G PM +K QP )  bM CM  0, 0177.(0, 012  1,37)  0,55.2,13.10 3  0, 0275 a2  J M CM  0, 0177.2,13.10 3  3, 77.10 5 L0  a0  33,88d bZ  C1  ( J M +J Z ).(G PM +K QP )  (bM  bZ ).CM  (0, 0177  0, 726)(0,12  1,37)  0,55.2,13.10 3  1,1093 C2  ( J M +J Z ).CM  (0, 0177  0, 726)2,13.10 3  1,58.10 3 K Qi VM  5, 6.5, 75  32, 2 Hàm truyền FZ ( S )  i ( S )  KQi VM 2 TS S  (a S  a S  a )( J S  b ) S  L S  L S  L Z Z K 32,  S 3 5  1,58.103 S  1,1093S  33,88 8,85.10 S  13, 77.10 S  0, 0275.S  33,88  0, 726.S   2,1.10 i(S ) Giữ nguyên thừa số (TSS+1) ta rút gọn phần mẫu số lại đƣa chúng dạng dễ sử dụng Phần mẫu số bằng: a2 J Z a1 J Z a2 J Z S  S  S  L2 S  L1S  L0 K K K 189  a2 J Z a1 J Z  a2 J Z  S  S   L2  S  L1S  L0 K K  K  3, 77.105.0, 726 0, 0275.0, 726  33,88.0, 726  S  S   1,58.103  S  1,1093.S  33,88 3 21.10 21.10  21.10  9 8 3  1,3.10 S  95.10 S  2, 75.10 S  1,1093.S  33,88  Phân tích đƣa đa thức dạng khâu quán tính bậc bậc ta đƣợc đa thức viết dƣới dạng: 1,3.109.( S  33, 25)( S  396,85)( S  300,17 S  1972486,57) Vậy hàm truyền viết: 32, 33,88 (8,85.103.S  1)( S S S2  1)(  1)(  0,15218.103 S  1) 33, 25 396,85 1972486,57 Chuyển tần số tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp trƣớc : Đã đƣợc tính toán  C1=113 [rad/s] (8,85.103 j  1) ( j  1) 33, 25 ( : (j: sau chuyển sang dạng tần số)  C2=33,25 [rad/s] j  1) 396,85 Còn :  C3=396,85[rad/s]  j  thì: (  0,15218.10 1972486,57  n 2 n  3  j   1)  n  1972486,57  1404, 45 [rad / s ] 1972486,57  0,15218.103    0,15218.103.1404, 45  0,1068  Đây giá trị dƣới cản cách lập bảng tính (bảng 5.5) vẽ đƣợc đồ thị logarit biên độ tần số hình 5.24 190 f 10 20 30 40 50 100 150 200  6,28 12,57 18,85 25,13 31,42 62,83 125,66 188,56 251,33 314,16 628,32 942,48 1256,6 1 -3,183 -6,346 -9,471 -12,54 -15,52 -29,08 -48,04 -59,06 -65,79 -70,28 -79,81 -83,16 -84,86 2 -10,70 -20,70 -29,55 -37,09 -43,38 -62,13 -75,18 -79,99 -82,46 -83,96 -86,97 -87,98 -88,48 3 -0,907 -1,814 -2,719 -3,624 -4,526 -8,997 -17,57 -25,41 -32,35 -38,37 -57,72 -67,62 -72,47 4 -0,055 -0,110 -0,164 -0,219 -0,274 -0,549 -1,104 -1,672 -2,261 -2,879 -6,813 -14,62 -43,78 t -14,85 -28,97 -41,90 -53,47 -63,71 -100,7 -141,9 -166,1 -182,9 -195,4 -231,3 -252,9 -289,6 Mag0 -0,442 -0,442 -0,442 -0,442 -0,442 -0,442 -0,442 -0,442 -0,442 -0,442 -0,442 -0,442 -0,442 Mag1 -0,013 -0,053 -0,119 -0,209 -0,323 -1,170 -3,496 -5,778 -7,743 -9,410 -15,04 -18,49 -20,96 Mag2 -0,152 -0,579 -1,210 -1,963 -2,77 -6,60 -11,84 -15,20 -17,64 -19,56 -25,54 -29,06 -31,54 Mag3 -0,001 -0,004 -0,009 -0,017 -0,027 -0,108 -0,115 -0,884 -1,465 -2,113 -5,449 -8,222 -10,43 Mag4 0,0002 0,0004 0,0005 0,0007 0,0008 0,0012 -0,001 -0,002 -0,006 -0,011 -0,069 -0,176 -0,318 Magt -0,608 -1,079 -1,781 -2,631 -3,562 -8,318 -16,19 -22,39 -27,29 -31,53 -46,84 -50,38 -63,69 Bảng 5.5: Trị số biên độ pha hàm FZ(s) 191 Hình 5.24 Đồ thị logarit biên độ tần số hàm FZ(s) 192 Đặc tính biên độ pha hàm FM(S) đƣợc suy đặc tính tần biên pha hàm FZ(S) theo công thức: FM ( S )  M ( S ) iS   J S2 b S   FZ ( S )  Z  Z  1 K  K  Theo kiện cho:  J Z  0, 762  kg cm.s     bZ    K  2,1.10  kg cm.rad  Nhƣ vậy, theo định nghĩa tính chất hàm logarit ta suy ra: Mag FM ( j )  Mag FZ ( j )  Mag jZ b  j   Z j  K K Thay số với: jZ 0, 726   3, 46.105 ; K 2,1.104 bZ 0 K Thừa số bậc biểu thức trở thành jZ b 2  j   Z j   3, 46.105  j   K K Không có nghiệm thực mà có nghiệm phức, nhƣ vậy: Mag  20.lg 1  3, 46.10 5    20.lg  3, 46.105  2 Thay số liệu với: f=1÷200; =2f kết hợp với FZ(j) ta có MagFM(j) từ giá trị ta lập thành bảng 5.6 Tƣơng ứng với giá trị tính toán bảng ta vẽ đƣợc đồ thị (hình 5.25) 193 f 10 20 30 40 50 100 150 200  6,28 12,57 18,85 25,13 31,42 62,83 125,66 188,56 251,33 314,16 628,32 942,48 1256,6 1 -3,183 -6,346 -9,171 -12,540 -15,538 -29,017 -48,039 -59,059 -65,792 -70,218 -79,805 -83,163 -84,862 2 -10,701 -20,703 -29,549 -37,085 -43,375 -62,133 -75,179 -79,996 -82,464 -83,958 -86,971 -87,979 -88,484 3 -0,907 -1,814 -2,719 -3,624 -4,526 -8,997 -17,517 -25,407 -32,346 -38,366 -57,723 -67,615 -72,474 4 -0,055 -0,110 -0,164 -0,219 -0,274 -0,549 -1,104 -1,672 -2,261 -2,879 -6,813 -14,616 -43,783 t -14,845 -28,97 -41,90 -53,467 -63,713 -100,74 -141,89 -166,13 -182,86 -195,42 -231,31 -252,92 -289,60 Mag0 -0,4418 -0,4418 -0,4418 -0,4418 -0,4418 -0,4418 -0,4418 -0,4418 -0,4418 -0,4418 -0,4418 -0,4418 -0,4418 Mag1 -0,0134 -0,0534 -0,1192 -0,2097 -0,3234 -1,1701 -3,4963 -5,7782 -7,7432 -9,4102 -15,041 -18,486 -20,958 Mag2 -0,1524 -0,5798 -1,2103 -1,9627 -2,7709 -6,6000 -11,842 -15,203 -17,644 -19,556 -25,539 -29,055 -31,554 Mag3 -0,0013 -0,0044 -0,0098 -0,0174 -0,0271 -0,1075 -0,1150 -0,8835 -1,4646 -2,1130 -5,4490 -8,2218 -10,425 Mag4 0,0002 0,0004 0,0005 0,0007 0,0008 0,0012 -0,0007 -0,0015 -0,0055 -0,0111 -0,0688 -0,1756 -0,3183 Magt -0,6084 -1,0798 -1,7805 -2,6309 -3,5623 -8,3182 -16,195 -22,388 -27,299 -31,532 -46,838 -50,380 -63,694 Mag -0,0119 -0,0476 -0,1074 -0,1919 -0,3018 -1,2757 -6,8662 -12,789 1,4782 7,6579 22,048 29,465 34,589 -0,5966 -1,0314 -1,6730 -2,4389 -3,2605 -7,0424 -9,3284 -9,5185 -28,778 -39,189 -68,587 -85,845 -98,283 Mag FM(j) Bảng 5.6 Trị số đặc tính biên độ pha hàm FM(s) 194 Hình 5.25 Đồ thị logarit biên độ tần số hàm FM(s) 195 5.5 Kết luận Việc xây dựng đặc tính tần biên pha cấu Servo thủy lực cho ta kết sau - Xét hệ thống làm việc có ổn định hay không, khác không tải có tải, khớp nối mềm nối cứng, từ ta có phƣơng pháp bù ổn định cho hệ thống, cho đầu ra: Ổn định vận tốc cấu chấp hành - Trong chƣơng xây dựng đƣợc hàm truyền cấu Từ đầu vào dòng điện i – tín hiệu điều khiển, ta tính đƣợc lƣu lƣợng Q vào môtơ thủy lực từ xác định đƣợc vận tốc môtơ nhƣ cấu chấp hành – đầu - Xây dựng đƣợc hệ thống phƣơng trình tính toán mà xét đến loại trở thủy lực: Trở quán tính, trở biến dạng, trở ma sát Từ sau vào nghiên cứu hệ thống thủy lực, ta mô hình hóa chung dƣới dạng sơ đồ khối để giải toán dễ dàng 196 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Ngọc Cẩn (1974), truyền động dầu ép máy cắt kim loại, trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Tiến Lƣỡng (2008), Tự động hóa thủy khí máy công nghiệp, NXB Giáo dục Nguyễn Ngọc Phƣơng, Huỳnh Nguyễn Hoàng (2000), Hệ thống điều khiển thủy lực, NXB Giáo dục Nguyễn Ngọc Phƣơng (1998), Hệ thống điều khiển khí nén, NXB Giáo dục Trần Xuân Tùy (2000), Hệ thống điều khiển thủy lực, NXB Giáo dục Бaлитa T M Гидpaвдичские следящие машчиэ (1960) Электротидравлические следящие спcиемья B.A Xoxoлoвa Ing Juraj Ihring (1983), Projektovanie Hydraulických a Pneumatických obvodov, Praha Prokes J ((1973), Hydraulieke mechanizmy v automatizace, Praha 197 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU PHẦN MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 13 1.1 Lịch sử phát triển 13 1.2 Phân loại công dụng 14 1.2.1 Máy khoan thẳng đơn trục 15 1.2.2 Máy tiện 15 1.2.3 Máy phay 15 1.2.4 Trung tâm gia công tiện 16 1.2.5 Trung tâm khí đa 16 1.3 Những khái niệm phân loại hệ điều khiển 16 1.3.1 Khái niệm 16 1.3.2 Hệ điều khiển máy CNC 17 1.4 Các loại động dùng máy CNC 21 1.4.1 Động chiều 21 1.4.2 Động xoay chiều 22 1.4.3 Động bƣớc 22 1.4.4 Động servo 23 1.4.5 Động servo thủy 24 1.5 Kết luận 25 Chƣơng II CƠ SỞ TRUYỀN DẪN THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN 27 2.1 Khái quát chung 27 2.1.1 Mạch động lực 27 2.1.2 Mạch điều khiển 28 2.2 Cơ sở truyền dẫn thủy lực 29 2.2.1 Thế 29 2.2.2 Động 30 198 2.2.3 Dƣới dạng nhiệt 30 2.2.4 Một số tính chất lý chất lỏng dùng truyền dẫn 30 2.2.5 Một số nhân tố ảnh hƣởng đến độ nhớt khả làm việc chất lỏng, chất lỏng Newton, dầu khoáng 31 2.2.6 Các vấn đề lựa chọn dầu bôi trơn 33 2.2.7 Hiệu suất hệ thống truyền dẫn dầu ép 34 2.3 Cơ sở truyền dẫn khí nén 36 2.3.1 Truyền dẫn lƣợng khí nén 36 2.3.2 Một số đặc điểm hệ thống truyền động khí nén 37 2.3.3 Tính công suất truyền 38 2.3.4 Cấu trúc hệ thống truyền dẫn khí nén 41 2.4 Kết luận 41 CHƢƠNG III: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC – KHÍ NÉN 43 3.1 Cơ cấu biến đổi lƣợng hệ thống thủy lực 43 3.1.1 Bơm dầu 43 3.1.2 Động dầu 45 3.2 Cơ cấu biến đổi lƣợng hệ thống khí nén 48 3.2.1 Thiết bị xử lý khí 48 3.2.2 Máy nén khí 49 3.2.3 Động khí nén 50 3.3 Một số phần tử chức điều khiển truyền dẫn thủy lực 53 3.3.1 Cơ cấu chỉnh áp 53 3.3.2 Cơ cấu chỉnh lƣu 56 3.3.3 Cơ cấu dẫn hƣớng 59 3.4 Một số phần tử chức điều khiển khí nén 69 3.4.1 Van chỉnh hƣớng 70 3.4.2 Van chỉnh áp suất 72 3.4.3 Van tiết lƣu 72 3.4.4 Một số loại van khác 73 3.5 Ứng dụng truyền dẫn thủy lực khí nén máy tự động hóa 75 3.5.1 Cơ cấu điều khiển có liên hệ ngƣợc 75 3.5.2 Đồng làm việc nhiều cấu chấp hành 80 3.5.3 Mạch điều khiển tự động hóa thủy lực khí nén 85 199 3.5.4 Một số mạch điều khiển thủy lực – khí nén máy CNC 88 3.6 Kết luận 94 CHƢƠNG IV: ĐẶC TRƢNG ĐỘNG HỌC VÀ TĨNH HỌC BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT THỦY LỰC 96 4.1 Nghiên cứu số tính chất chất lỏng 96 4.1.1 Chảy tầng 97 4.1.2 Chảy rối 97 4.2 Đặc trƣng động học, tĩnh học khuếch đại thủy lực liên hệ ngƣợc 97 4.2.1 Đặc trƣng tĩnh học khuếch đại liên hệ ngƣợc (LHN) 98 4.2.2 Phƣơng trình chuyển động khuếch đại thủy lực liên hệ ngƣợc 117 4.3 Đặc trƣng động học tĩnh học khuếch đại thủy lực có liên hệ ngƣợc 126 4.3.1 Đặc trƣng động học tĩnh học khuếch đại thủy lực mép điều khiển với liên hệ ngƣợc theo dịch chuyển trƣợt van phân phối 126 4.3.2 Phƣơng trình truyền động khuếch đại thủy lực với liên hệ ngƣợc theo dịch chuyển van phân phối 136 4.3.3 Phân tích khuếch đại thủy lực với liên hệ ngƣợc theo lƣu lƣợng 139 4.4 Kết luận 143 CHƢƠNG V: MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA MẠNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC KHÍ NÉN 145 5.1 Lý thuyết mô hình toán học 145 5.2 Bài toán 151 5.2.1 Các thông số “Vào – Trạng thái – Ra” 152 5.2.2 Biểu diễn mô hình toán học 152 5.3 Khảo sát trƣợt điều khiển 157 5.3.1 Phƣơng pháp tính toán 157 5.3.2 Khảo sát đặc tính trƣợt điều khiển lý tƣởng 160 5.4 Thiết lập đặc tính động học môtơ chuyển động quay với điều khiển servo điện thủy lực 168 5.4.1 Thiết lập đặc tính động học môtơ chuyển động quay với Servo thủy lực 168 5.4.2 Bài toán 176 5.5 Kết luận 196 TÀI LIỆU THAM KHẢO 197 200 ... biến đổi lƣợng hệ thống điều khiển thủy lực khí nén - Phần tử chức điều khiển hệ thống điều khiển thủy lực khí nén Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu phần tử, cấu hệ thống thủy lực khí nén - Khảo sát... chọn: Nghiên cứu hệ thống thủy lực khí nén cho máy điều khiển số (CNC) làm đề tài luận văn tốt nghiệp cao học 10 Mục đích nghiên cứu: - Tầm quan trọng hệ thống điều khiển thủy lực khí nén máy. .. tài: Nghiên cứu hệ thống thủy lực khí nén cho máy điều khiển số (CNC) Tác giả hoàn thành đƣợc đề tài đạt đƣợc kết sau: - Các cấu biến đổi lƣợng, phần tử chức điều khiển hệ thống thủy lực khí nén