Đồ án máy đột dập khí nén

Lời nói đầu Để thực cơng nghiệp hóa đại hóa kinh tế Việt Nam, tương lai tới trình độ cơng nghệ sản xuất phải đánh giá tiêu công nghệ tiên tiến vàtự động hóa Chỉ tiêu cơng nghệ tiên tiến vàtự động hóa thể qua trang thiết bị, máy móc, cơng cụ kĩ thuật điều khiển để tự động hóa q trì nh sản xuất Với mức độ tự động hóa thiết bị, chất lượng chế tạo cao, màcụ thể độ xác cao, độ tin cậy lớn… máy cụm kết cấu ứng dụng lớn truyền động khí – thủy lực – khínén – điện Các thơng tin truyền dạng lượng phải làtí n hiệu tương tự, nhị phân vàtí n hiệu số, sử lý với vận tốc nhanh Những trang thiết bị trình độ cao chuyển giao công nghệ vào Việt Nam phần tương lai tiếp tục phát triển Chúng khai thác tối ưu, thí ch nghi, hồn thiện vàmở rộng, để đảm bảo qtrì nh sản xuất ổn định có hiệu kinh tế , cósức cạnh tranh thị trường Để cóthể vận dụng trang thiết bị, triển khai vào thực tế sản xuất địi hỏi kiến thức tự động hóa Truyền động thủy lực – khínén làmột dạng truyền động có tí nh tự hóa, làm việc với công suất cao vàtải trọng lớn, yêu cầu không gian lắp đặt nhỏ, dễ dàng điều chỉnh nhanh chóng vàchí nh xác Xi lanh thủy lực –khínén có kết cấu đơn giản vàhiệu kinh tế so truyền động khí khác Sự kết hợp ưu điểm mở phạm vi ứng dụng rộng rãi cho thủy lực- khínén ngành khí chế tạo máy, khí động lực vàngành hàng khơng Với tính ứng dụng cao cấp thiết thủy lực – khínén cơng nghiệp đời sống nên em chọn đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình kẹp chặt chi tiết khí nén máy đột dập Trong thời gian thực hiện đồ án em giúp đỡ vàchỉ bảo tận tì nh thầy giáo - Ts Đào Chí Cường, góp ýcủa thầy môn Công nghệ điện vàcác bạn lớp, giúp em hoàn thiện đề tài cách sớm Tuy thời gian vàkiến thức thân cóhạn, lên đồ án em cịn nhiều thiếu sót vàkhuyết điểm, em mong bảo đóng góp ý kiến từ thầy Em xin chân thành cảm ơn ! Hưng yên, Ngày 04 tháng năm 2014 Sinh viên thực Phạm Quốc Minh Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1 Khínén vàhệ thống khínén [1] 1.1.1 Vài nét phát triển cơng nghệ khínén Khơng khí xung quanh ta nhiều vơ kể nguồn lượng lớn mà người biết sử dụng chúng từ trước Công nguyên Tuy nhiên phát triển ứng dụng khí nén lúc cịn hạn chế chưa có phối hợp ngành vật lý, học v.v Mãi kỷ17, nhà kĩ sư chế tạo người Đức Otto von Guerike, nhà toán học triết học người Pháp Blaise Pascal, nhà vật lý người Pháp Denis Papin xây dựng nên tảng ứng dụng khínén Trong kỉ 19, máy móc thiết bị sử dụng lượng khínén phát minh như: thư vận chuyển ống khínén (1835) Josef Ritter, phanh khí nén (1880), búa tán đinh khí nén (1861)…Với phát triển mạnh mẽ lượng điện, vai trị sử dụng lượng khínén bị giảm dần Tuy nhiên việc sử dụng lượng khínén đóng vai trị cốt yếu nhiều lĩnh vực, mà sử dụng lượng điện nguy hiểm; sử dụng lượng khínén dụng cụ nhỏ, truyền động với vận tốc lớn; sử dụng lượng khínén thiết bị búa hơi, dụng cụ dập, phun sơn, giákẹp chi tiết… làcác dụng cụ, đồ gákẹp chặt máy Cùng với phát triển không ngừng lĩnh vực tự động hóa, ngày thiết bị truyền dẫn, điều khiển thủy lực – khínén sử dụng máy móc trở nên rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy uốn, máy ép phun, dây chuyền chế biến thực phẩm,… thiết bị làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chí nh xác cao, cơng suất lớn với kích thước nhỏ gọn vàlắp đặt dễ dàng không gian chật hẹp so với thiết bị truyền động điều khiển khí hay điện 1.1.2 Khả ứng dụng khí nén Trong lĩnh vực điều khiển Sau chiến tranh Thế giới thứ 2, làvào năm 50 60 ký 20 này, làthời gian phát triển mạnh mẽ kĩ thuật điều khiển khínén giai đoạn tự động hóa qtrình sản xuất phát triển rộng rãi đa dạng nhiều lĩnh vực khác Chỉ riêng Cộng hòa Liên bang Đức dãcó60 hãng chuyên sản xuất phân tử điều khiển khínén Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng lĩnh vực màở dễ xảy vụ cháy nổ, thiết bị phun sơn; loại đồ gákẹp chi tiết nhựa, chất dẻo; sử dụng cho lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử, vìcác thiết bị khínén cóthể đảm bảo điều kiện vệ sinh mơi trường tốt vàan toàn cao Ngoài hệ thống điều khiển khí nén sử dụng dây chuyền rửa tự động; thiết bị vận chuyển vàkiểm tra thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì cơng nghiệp hóa chất 2 Hệ thống truyền động Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Các thiết bị, máy móc lĩnh vực khai thác, khai thác đá, khai thác than; cơng trình xây dựng, xây dựng hầm mỏ, đường hầm, Truyền động quay Truyền động động quay với công suất lớn lượng khínén giá thành cao Nếu so sánh giáthành tiêu thụ điện động quay bầng lượng khínén vàmột động điện có cơng suất, thìgiá thành tiêu thụ điện động quay lượng khí nén cao 10 đến 15 lần so với động điện Nhưng ngược lại thể tí ch vàtrọng lượng nhỏ 30% so với động điện cócùng cơng suất Những dụng cụ vặn ví t từ M4 đến M300; máy khoan, cơng suất khoảng 3,5 kw; máy mài, công suất khoảng 2,5 kw, láy mài với công suất nhỏ, với số vịng quay cao 100.000 vịng/phút thìkhả sử dụng động truyền động khínén làphùhợp Truyền động thẳng Vận dụng truyền động áp suất khínén cho chuyển động thẳng dụng cụ, đồ gákẹp chặt chi tiết, thiết bị đơng gói, loại máy gia công gỗ, thiết bị làm lạnh, hệ thống phanh hãm ôtô Trong hệ thống đo kiểm tra Dùng thiết bị đo kiểm tra chất lượng sản phẩm 1.1.3 Ưu - nhược điểm khínén: Khí nén tạo từ khơng khílấy tự nhiên nên nócónhững ưu điểm: - Do khả chịu nén (đàn hồi) lớn khơng khí , cóthể trí ch chứa khínén cách thuận lợi Như cókhả ứng dụng để thành lập trạm trích chứa khínén - Có khả truyền tải lượng xa, độ nhớt động học khínén nhỏ vàtổn thất áp xuất đường dẫn í t - Khơng gay ơnhiễm mơi trường - Chi phíthấp để thiết lập hệ thống truyền động khínén, vìphần lớn xínghiệp hệ thống đường dẫn khí nén có sẵn - Hệ thống phịng ngừa qáp suất giới hạn đảm bảo Tuy thự tế khí nén córất nhiều hạn chế: - Lực truyền tải trọng thấp - Khi tải trọng hệ thống thay đổi, thìvận tốc truyền thay đổi, khả đàn hồi khínén lớn, thực chuyển động thẳng quay - Dịng khíthốt đường dẫn gây nên tiếng ồn - Hiện nay, lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển khínén với cơ, với điện, điện tử Cho nên khó xác định cách xác, rõ ràng ưu, nhược điểm hệ thống điều khiển 1.1.4 Đặc điểm, tính chất khơng khínén - - - - - - - - Số lượng: cóthể coi làvơtận Việc vận chuyển: lưu thơng dễ dàng đường ống dẫn, với khoảng cách định Đường hồi khơng cần thiết vìkhínén sau cơng tác ngồi mơi trường Lưu trữ: Máy nén khíkhơng thiết phải hoạt động liên tục Khơng khínén lưu trữ bì nh chứa, lắp nối hệ thống ống dẫn để cung cấp cho sử dụng cần thiết Nhiệt độ: Khơng khínén í t bị thay đổi theo nhiệt độ Chống cháy nổ: Khơng có nguy gây cháy khínén nên khơng tốn phívề phịng cháy Hoạt động với áp suất khoảng - bar nên việc phịng nổ khơng qphức tạp Mức độ sạch: Khơng khínén trường hợp lưu thông đường ống hay thiết bị Không nguy gây bẩn phải lo tới Điều đặc biệt cần thiết ngành công nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm sản, thuộc da… Cấu tạo trang thiết bị: Đơn giản nên cógiáthành thấp Vận tốc: Khơng khínén cóthể lưu thông với tốc độ cao Vận tốc công tác xy lanh khí nén thường khoảng đến m/s, số trường hợp cóthể đạt m/s Tí nh dễ điều chỉnh: Vận tốc vàáp lực thiết bị cơng tác dùng khí nén điều chỉnh cách vôcấp Vấn đề tải: Các cơng cụ vàthiết bị khí nén đảm nhận tải trọng chúng dừng hẳn, không xảy quátải Để phân định cách cặn kẽ lĩnh vực áp dụng kỹ thuật khínén, cần phải biết tính chất khơng thể khơng chútrọng đến sau đây: Cách xử lý: Khơng khínén phải chuẩn bị cho không chứa bụi bẩn, tạp chất nước vìchúng làm cho phần tử khínén chóng mịn Tí nh chịu nén: Khơng khícótí nh nén được, cho phép thay đổi điều chỉnh vận tốc Piston Lực tác dụng: Khơng khí nén khơng kinh tế chưa đạt công suất định, áp suất làm việc thường chấp nhận là7 bar Lực tác dụng giới hạn khoảng 20000 đến 30000 N (2000 đến 3000 kp) Độ lớn lực tác dụng cịn phụ thuộc vào vận tốc vàhành trì nh Thốt khí: Khơng khínén xả ngồi tạo âm gây ồn, nhờ giảm gắn đường thoát nên vấn đề giải Giá thành: Khơng khínén làmột nguồn lượng dồi dào, đơn giản sẵn cónên hệ thống sử dụng cógiáthành thấp 1.1.5 Các đại lượng vật lý đơn vị đo Khơng khítrong bầu khíquyển hỗn hợp khí ni tơ (chiếm 78% thể tích), ơxy (chiếm 21%), cịn lại số khí như: cácbonic, acgông, hyđrô, nêông, hêli, criptông, xênon, … Để hiểu rõ thêm định luật động lực học vàtrạng thái khơng khí , liệt kêcác thông số vật lývàcác hệ thống đo lường Trong thực tế người ta thường dùng hai hệ thống đo lường thuận lợi việc nghiên cứu vàứng dụng làhệ kỹ thuật vàhệ SI Bảng 1.1.Các thông số bản: Thông số Kýhiệu Hệ kỹ thuật Hệ SI Chiều dài Khối lượng Thời gian Nhiệt độ Cường độ dòng điện Cường độ ánh sáng l m t T I mét (m) kg giây (s) K A Candela (Cd) mét (m) kp.s2/m giây (s) C Ampe Bảng 1.2.Các thông số dẫn xuất: Thông số Kýhiệu Hệ kỹ thuật Hệ SI Lực Diện tích Thể tích Lưu lượng áp suất F A V Q p kp = kg.f = 9,8 N m2 m3 m3/s at (kỹ thuật) kp/cm2 N = kg.m/s2 m2 m3 m3/s Pa (1 Pa = N/m2) bar (1 bar = 105 Pa) Kết hợp hệ kỹ thuật vàhệ quốc tế (SI) ta cócơng thức Niutơn: F = m.a m – khối lượng; a – gia tốc; g - gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2) Quan hệ thông số sau: Khối lượng kg = kp.s2/9,81.m Lực kp = 9,81 N Để đơn giản tính tốn ta lấy kp = 10 N Nhiệt độ điểm 0: 00C = 2730 K, nhiệt độ khác: 10C = K • Đơn vị đo áp suất: Đơn vị áp suất theo Hệ đo lường SI lâPascal Pascal làáp suất phân bố lên bế mặt có diện tí ch 1m2 với lực tác động vng góc lên bề mặt Newton (N) l Pascal (Pa) = l N/m2 Pa = kg m/s2/m2 =1 kg/ms2 Trong thực tế người ta dùng đơn vị bội số pascal làMegapascal (MPA) 1MPa - l.000.000 Pa' Ngồi cịn dùng đơn vị bar: bar = 105 Pa = 100.000 Pa đơn vị kp/cm2 (theo DIN - Tiêu chuẩn Càng hòa.Liên bang Đức)' kg/cm2 = 0,980665 bar = 0,981 bar bar = 1,01972Kp/cm2 = 1,02 kp/cm2 Trong thực tế người ta coi: bar = kp/cm2 = at Ngồi sơ nước (Anh, Mỹ) cịn sử dụng đơn vị đo áp suất Pound (O,45336kg) per square inch (6,4521 cm2) Kíhiệu Ibf/in2 (psi) bar = 14,5 psi; 1psi = 0,06895 bar việt nam quen dùng đơn vị kG/cm2 tương đương với kp/cm2 1.1.6 Các tí nh chất định luật khơng khí Khơng khícótính chịu nén Khơng khílà hỗn hợp khí xác định gồm nhiều thành phần ơxy, hyđrơ, nitơ, nước,… nên nén vàgiãn nở Dựa vào Boyle – Mariotte phát biểu: " nhiệt độ không đổi áp suất chất khítỷ lệ nghịch với thể tích" Điều có nghĩa làtí ch áp suất vàthể tí ch làhằng số lượng khí xác định P1V1 = p2V2 = p3V3 = const Thể tích khơng khí thay đổi theo nhiệt độ Với lượng áp suất dư không đổi vànhiệt độ tăng K thể tí ch khơng khí tăng thêm 1/273 thể tích chí nh V1 T1 = Định luật Gay – Lussac: V2 T2 Tổng quát: T2 − T1 V2 = V1 + V1 273 Phương trình trạng thái chất khí p.V = G.R.T  - khối lượng riêng chất khí , kg/m3; R - số khí(của khơng khílà29,27); p - áp suất, bar; T – nhiệt độ, K; V – thể tích, m3; G – khối lượng, kg (G = V.) Các tổn thất hệ thống khínén + Tổn thất khí C: Làtổn thất ma sát chi tiết khí chuyển động tương + Tổn thất thể tích V: Làtổn thất rịrỉ khơng khíkhi di chuyển qua chỗ (chi tiết) ghép nối + Tổn thất áp suất  : p = 10. v2 (N/m2 P 2g  - khối lượng riêng (kg/m3) v – vận tốc trung bình (m/s)  - hệ số tổn thất cục bộ, phụ thuộc vào thực nghiệm, số Reynold Re, nhiệt độ, vận tốc, hướng chảy, hình dạng, tiết diện g - gia tốc trọng trường 1.1.7 Hệ thống khínén 1.1.7.1 Tổng quan hệ thống khínén Cơ cấu chấp hành Xi lanh, động Phần tử điều khiển Van đảo chiều, van tiết lưu Phần tử xử lýtí n hiệu Van logic, rơle thời gian Phần tử tạo tí n hiệu Van đảo chiều, cảm biến Phần tử cung cấp lượng Máy nén vàthiết bị sử lýkhínén Hình 1.1.Sơ đồ khối hệ thống khínén 1.1.7.2 Máy nén khí Máy nén khí thiết bị tạo áp suất khí, lượng học động điện động đốt chuyển đổi thành lượng khí nén nhiệt Ta phân loại máy nén khí sau: 1.Theo áp suất: - Máy nén khí áp suất thấp: p  15 bar - Máy nén khí áp suất cao: p  15 bar - Máy nén khí áp suất cao: p  300bar 2.Theo nguyên lý hoạt động: - Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittơng, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít - Máy nén khítuabin: máy nén khí ly tâm máy nén khí theo chiều trục 1.1.7.3 Bình trích chứa khínén Khínén sau khỏi máy nén khí xử lý thìcần phải có phận lưu trữ để sử dụng Bì nh trí ch chứa khínén cónhiệm vụ cân áp suất khí nén từ máy nén khíchuyển đến trí ch chứa, ngưng tụ tách nước Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào cơng suất máy nén khívàcơng suất tiêu thụ thiết bị sử dụng, ngồi kích thước cịn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng: vídụ sử dụng liên tục hay gián đoạn 1.1.7.3 Các phần tử hệ thống điều khiển Một hệ thống điều khiển bao gồm mạch điều khiển vòng hở (Open – loop Control System) với phần tử sau: - Phần tử đưa tín hiệu : nhận giá trị đại lượng vật lý đại lượng vào, phần tử mạch điều khiển Ví dụ: van đảo chiều, rơle áp suất - Phần tử xử lýtín hiệu: Xử lýtí n hiệu nhận vào theo quy tắc logic định, làm thay đổi trạng thái phần tử điều khiển Vídụ: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic OR AND - Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái đối tượng điều khiển, đại lương mạch điều khiển Vídụ: xilanh, động khí nén Van đảo chiều Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dịng lượng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng dòng lượng a Van đảo chiều 2/2 Làvan có2 cửa nối P vàA , vị trí0 và1 Vị trí0 cửa A vàbị chặn Nếu có tin hiệu tác động vào, thìvị trí0 chuyển sang vị trí 1, cửa P vàcửa A nối thong với Nếu tín hiệu khơng cịn tác động nữa, thìvan chuyển từ vị trí1 vị trí0 Hình 1.3.Van đảo chiều 2/2 b Van đảo chiều 3/2: Làvan có3 cửa, vị trí Cửa P nối với nguồn lượng, cửa A nối với buồng xi lanh cấu chấp hành , cửa T làcửa xả Khi trượt di chuyển sang trái cửa P thông với cửa A Khi trượt di chuyển sang phải thìcửa A thơng với cửa T xả khíra Van thường dùng làm rowle khínén Hình 1.4.Van đảo chiều 3/2 c Van đảo chiều 5/2 Khi chưa có tín hiệu điện tác động vào cửa (14), thìcửa (3) bị chặn, cửa (1) nối với cửa (2) vàcửa (4) nối với cửa (5) Khi cótí n hiệu điện tác động vào cửa (14) thìnịng van dịch chuyển sang phải, cửa (2) nối với cửa (3) vàcửa (1) nối với cửa (4) cịn cửa (5) bị chặn Khi tí n hiệu tác động vào cửa (14) tác động lòxo nòng van trở vị trí ban đầu Hình 1.5.Van 5/2 10 3.2 Thiết kế sơ 3.2.1 Các công việc cần thực Theo u cầu đề tài thiết kế mơ hình máy đột dập tự động sử dụng khínén, chúng em phân tích thành phần máy đột dập, bao gồm : cấu đột-dập, cấu cấp phôi, cấu kẹp phôi, cấu đẩy sản phẩm sau dập vàhệ thống điện khínén -Cần tính tốn lựa chọn các xi lanh khí nén để lắp đặt cho cấu chí nh máy đột dập, ổ phơi, dẫn hướng -Phân tích ngun lý hoạt động, thiết kế mạch điện điều khiển theo yêu cầu hoạt động máy dập -Tính chọn thiết bị điện, phần tử khínén dựa sơ đồ thiết kế -Đo đạc kích thước phần tử cấu chấp hành cấu điều khiển để từ xác định kích thước tổng thể, bố trívàthiết kế mặt làm việc cho máy 3.2.1.1.Phân tích lựa chọn quátrình làm việc hệ thống Xi lanh cấp phôi đẩy phôi rãnh dẫn hướng để đưa đến vị trídập, sau Lúc xi lanh kẹp hoạt động, kẹp chặt vàcố định phôi vị trídập Xi lanh dập thực thao tác dập Sau dập xong xi lanh kẹp vàxi lanh dập chở để xi lanh đẩy đưa sản phẩm ngồi, kết thúc qtrì nh Ta cóthể tóm tắt lại qtrì nh tốn ngắn gọn : 1A+ 1A- 2A+ 3A+ 3A- 2A- 4A+ 4A- 64 3.2.1.2 Xây dựng biểu đồ trạng thái vàbiểu đồ tí n hiệu 1s2 1A 2s2 T=3s 2s1 2A T=3s 3A 4s2 4A S1+S2 1s1 1s2 2s1 2s2 4s2 Hình 3.1.Biểu đồ trạng thái, tín hiệu 65 3.2.1.3.Mạch khínén vàmạchđiều khiển 100% 100% 4 3Y 1Y 4Y 2Y 100% 4S2 100% 100% 100% 2S2 100% 2S1 1S2 100% 1S1 1 0Y 1 +24V ST1 1S2 10 1S2 13 14 15 16 17 4S2 K4 T1 T1 TD 11 12 2S2 ST1 K4 K1 AT K2 K3 K2 K4 K3 ST K4 K1 2S1 4Y 2Y 0Y K3 1S1 K2 1Y K4 T1 3Y K1 0V 14 15 16 11 13 17 Hình 3.2 Mạch điều khiển điện khínén -Nguyên lýhoạt động Để xi lanh ta hoạt động ta bấm nút AT (nút an tồn ) đầu cuộn hút van 1Y0 có điện giúp van mở cho khí qua, nút để dừng hoạt động khẩn cấp cósự cố sảy Để chạy ta có phương án chạy chạy lần chạy tự đông Trường hợp 1: Chạy lần ta ấn đồng thời hai nút ST1 rơ le trung gian k1 có điện làm cho cuộn hút 1Y1 có điện, xi lanh 1A đẩy phơi tới vị tríkẹp( xi lanh xi lanh xi lanh hết hành trình) Xi lanh đẩy phơi chạm vào 1S2 thìlập tức ln đồng thời xi lanh 2A đẩy phôi tới vị trí đầu dập, đồng thời kẹp chặt chi tiết tác động vào 2S2 66 xi lanh dập 3A xuống dập chi tiết sau khoảng thời gian thìxi lanh 3A và2A đồng thời Lúc xi lanh 4A đẩy sản phẩm xuống thùng chứa vàkhi chạm vào 4S2 thìlập tức ln Trường hợp 2: ấn nút TD bước chuyển động Xi lanh 2A chạm vào 2S1 thìxi lanh lại tiếp tục cấp phơi tiếp qtrì nh lặp lặp lại đến ta ấn nút TD lần ấn nút ST quátrì nh dừng lại 3.2.2 Lựa chọn phần tử mơhình Từ sơ đồ thiết kế mạch điều khiển điện khínén ( hì nh 3.2) em chọn phần tử sau: Van tiết lưu chiều có điều khiển Số lượng Hình 3.3.Van tiết lưu chiều có điều điều khiển Van tiết lưu chiều có điều khiển có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức điều chỉnh vận tốc thời gian chạy cấu chấp hành Ngồi van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh thời gian chuyển đổi vị trícủa van đảo chiều Nguyên lý làm việc van tiết lưu lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào thay đổi tiết diện Van đảo chiều 5/2 Số lượng Hình 3.4.Van đảo chiều 5/2 67 Ở chúng em sử dụng van đảo chiều 5/2 đầu cuộn hút điều khiển cho xi lanh Khi chưa có tín hiệu điện tác động vào cửa (14), thìcửa (3) bị chặn, cửa (1) nối với cửa (2) vàcửa (4) nối với cửa (5) Khi cótí n hiệu điện tác động vào cửa (14) thìnịng van dịch chuyển sang phải, cửa (2) nối với cửa (3) vàcửa (1) nối với cửa (4) cửa (5) bị chặn Khi tín hiệu tác động vào cửa (14) tác động lịxo nịng van trở vị trí ban đầu Rơle trung gian Số lượng Hình 3.5.Rơle trung gian Khi chưa có tín hiệu điện tác động cặp tiếp điểm 5-9; 6-10; 7-11; 8-12 trang thái thường mở, cặp tiếp điểm 1-9; 2-10; 3-11; 4-12 trang thái thường đóng Khi có tín hiệu điện tác động cặp tiếp điểm thường mở đóng lại vàcác cặp tiếp điểm thường đóng mở Ở chúng em sử dụng rơle trung gian Rơle thời gian Số lượng Hình 3.6.Rơle thời gian 68 Cơng tắc giới hạn hành trì nh Số lượng Hình 3.7.Cơng tắc giới hạn hành trình Nút ấn Số lượng Hình 3.8.Nút ấn Đèn báo Số lượng Hình 3.9.Đèn báo 3.2.4 Cơ cấu chấp hành [1] Với hệ thống xi lanh khí động thủy lực, người ta bơm chất khíhoặc lỏng có áp xuất vào lịng Do ấp xuất tác động theo hướng nên bề mặt lịng xi lanh chịu lực ép tí nh áp xuất nhân với diện tí ch bề mặt Do vỏ xi lanh đủ độ bền theo thiết kế hầu hết chúng không di chuyển (chi biết dạng đàn hồi dạng ấp suất), piston di chuyển phí a có áp 69 xuất thấp hơn, với lực hiệu áp suất trước vàsau piston nhân với diện tích chịu áp suất Như vậy, muốn piston tạo lực ép thìphải có2 giátrị ấp xuất khác hai không gian trước sau Như muốn cólực ép lớn áp suất bơm máy nén khícố định tăng diện tí ch chịu áp piston lên vàgiảm ấp suất khơng gian phía sau nó, tức làphải có đường xả tốt Do hệ thống thủy khí thường cóhiệu suất 90~95%, nên cần lực ép cần tính dư thêm 5~10% Ta có ví dụ sau: 300kgf/cm2 cần diện tí ch tiết diện xy-lanh 100.000x110%/300 = 367cm Áp dụng cơng thức tính lưu lượng: Q = A.v 10−1 A= 𝜋.𝐷 10−2 (3.1) Hình 3.10.Quan hệ Q, A vàv Trong : D - Đường kính (mm) A - Diện tích xi lanh (𝑐𝑚2 ) Q - Lưu lượng (lít/phút) v - Vân tốc (m/phút) Suy từ cơng thức 3.1 thay số vào ta tìm D = 21,6cm Từ vídụ ta áp dụng vào điều kiện máy nén khícủa trường có áp suất 6÷8bar ≈ ÷ kgf/cm^2 (chọn 8bar= kgf/cm^2) thìcần diện tí ch xi lanh 100x110%/8 =13,75cm^2 suy cần đường kính xi lanh là4.18 cm = 41.8m -Xi lanh tác động hai chiều Hình 3.11.Xi lanh tác động hai chiều Hành trình piston có tác động khínén Sử dụng trường hợp địi hỏi phải có chuyển động hai chiều có điều khiển Độ kí n xylanh piston bảo đảm nhờ có đệm mép piston màng Đây 70 làloại xi lanh phổ biển, giáthành thấp, điều khiển đơn giản, dễ tìm kiếm thị trường Trong mơ hình thực tế mà nhóm sinh viên chúng em thiết kế có sử dụng tổng cộng xi lanh khínén, bao gồm: xi lanh cấp phơi, xi lanh kẹp phôi, xi lanh dập, xi lanh đẩy sản phẩm sau gia công xong 3.2.2.1 Tính tốn xi lanh kẹp chặt Hình 3.12 Sơ đồ phân tích lực -Thơng số phơi: Dài L = 80 mm = 0,8 dm Rộng a = 80mm = 0,8 dm Cao b = 40 mm = 0,4 dm Chất liệu thép CT45: D = 7,8 kg/dm3 Vphôi = a.b.L = 0,8 0,4 0,8 = 0,256 dm3 Suy ra: Mphôi = Vphôi D = 0.256 7,8 = 1,9968 kg 1.Tính tốn sơ đường kính xylanh kẹp Phản lực tác dụng lên bàn trượt: Nphôi trượt = Pphôi trượt Pphôi trượt = Mphôi 10 Trong đó: Mphơi = 1.9968 kg; Nên Pphơi= 19,968 N Suy ra: Fms = K.Nphôi trượt Với K = 0,5 làhệ số ma sát bàn trượt -Tí nh lực kẹp Lực kẹp phải đảm bảo không làm biến dạng phôi, đồng thời dập chi tiết giữ cố định 71 Lực kẹp W vng góc với lực dập P vàmặt chuẩn chí nh, áp dụng theo cơng thức 2.3 ta có: 𝐾𝑁 𝑊= 𝑓1 + 𝑓2 Trong : K-hệ số an toàn chung ; 𝑓1 -hệ số ma sát mặt chuẩn định vị chi tiết vàchi tiết định vị ( mặt thơ𝑓1 =0,2÷0,3 ; mặt tinh 𝑓1 =0,1÷0,15) ; 𝑓2 -hệ số ma sát mỏ kẹp vàchi tiết; N-lực trượt K = 𝑘0 𝑘1 𝑘2 𝑘3 𝑘4 𝑘0 -hệ số an toàn chung cho trường hợp 𝑘0 = 1,5÷2 𝑘1 -hệ số kể đến lượng dư không đều, gia công thô𝑘1 =1,2 ; gia công tinh 𝑘1 = 1,0 𝑘2 -hệ số xét đến nguồn sinh lực không ổn định, kẹp tay 𝑘2 =1,3 ; kẹp chặt khínén 𝑘2 = 1,0 𝑘3 -hệ số kể đến vị trítay quay cấu kẹp thuận tiện hay khơng thuận tiện, kẹp chặt tay : góc quay < 900 , 𝑘3 = 1,0 ; goc quay > 900 , 𝑘3 =1,5 𝑘4 -hệ số tính đến momen làm lật phôi quay quanh điểm tựa, định vị chốt tì: 𝑘4 =1,0 ; định vị phiến tì: 𝑘4 =1,5 Thay giátrị vào công thức 2.3 ta được: 𝐾𝑁 𝑊= = 110,5 𝑁 𝑓1 + 𝑓2 -Tí nh tốn sơ đường kí nh xylanh kẹp Lực đẩy tối thiểu xi lanh thỏa mãn điều kiện: F1 ≥ W  F1 ≥ 110,5 (N) Áp dụng công thức: F1 = A’ P Chọn máy nén khícóP = bar = 105 (N/m2) Bề mặt làm việc piston phí a cócần: A’ = Mà : A’= 𝐹1 𝑃 = 1,85 10-4 (m2 ) 𝜋𝐷2 Vậy ta có đường kính xylanh D=√ 4.𝐴′ 𝜋 = 0.0153 (m) = 15,3 (mm) Trên thực tế, kích thước xylanh tiêu chuẩn hóa, khơng tìm loại xylanh tương đương với kết quả, em tìm chọn xylanh kẹp có đường kính làD = 25 (mm) , hành trì nh 250 (mm) Tính tốn xylanh thực tế sau chọn - Lực đẩy: Lực đẩy phát sinh xylanh hoạt động phụ thuộc vào nguồn áp suất, đường kí nh xy lanh vàlực ma sát đệm 72 Lực đẩy lýthuyết xác định theo công thức sau: Fth = A.P Fth – lực đẩy lýthuyết (N) A – bề mặt làm việc piston (cm2) P - áp suất cung cấp (kPa, 105N/m2, bar, 14,5 psi) Thực tế, lực đẩy lý thuyết có sai số so với lực đẩy thật Để xác định lực đẩy thật, cần tính đến sai số sức cản, ma sát Trong điều kiện làm việc bì nh thường (phạm vi áp suất 400 – 800 kPa, – bar), cóthể giả định lực ma sát đến 20% lực lýthuyết Em chọn mức 10% Lực đẩy thực tế sau: + Xylanh tác động kép: - Hành trình thuận: Fn = A.P – FR - Hành trình ngược: Fn = A’.P – FR A – bề mặt làm việc piston (cm2): A = .D2/4 = 3,14.6,25/4 = cm2 A’ – bề mặt làm việc piston, phí a cócần (cm2): A’ = .(D2 – d2)/4 = 3,14.(6,25 – 1)/4 = cm2 +Lực đẩy lýthuyết hành trì nh tới : Fth = 5.104 (m2) 6.105 (N/m2) = 300 (N) Lực ma sát : FR = 30 (N) Lực đẩy thực tế hành trì nh tới : Fn = 300 – 30 = 270 N +Lực đẩy lýthuyết hành trì nh về: Fth = 4.104 (m2) 6.105(N/m2) = 240 (N) Lực ma sát : FR = 24 (N) Lực đẩy thực tế hành trì nh : Fn = 240 – 24 = 216 (N) FR – lực ma sát,  20% Fth (N) D – đường kính xylanh (cm) d – đường kính cần piston (cm) ▪ Độ dài hành trình: Độ dài hành trình xylanh khí nén thường khơng q2000 mm Cụ thể hành trình xi lanh em chọn 25cm Khi hành trình dài, đường kí nh xylanh qlớn thìviệc ứng dụng khínén khơng kinh tế Khi hành trình vượt q giới hạn định, độ mỏi học trục piston vàcủa bạc giảm độ Để tránh nguy xảy uốn dọc, người ta tăng đường kí nh cần piston lên hành trình dài, hành trình dài làm tăng khoảng cách cửa nhờ cải thiện tính dẫn hướng cần 73 ▪ Vận tốc xilanh khínén: Tốc độ xylanh khí nén hàm sức cản, áp suất khí, chiều dài mạng phân phối, tiết diện cấu phân phối điều khiển thiết bị làm việc, lưu lượng phân phối điều khiển Ngồi ra, tốc độ cịn bị ảnh hưởng giảm chấn cuối hành trình Vận tốc trung bình piston thay đổi phạm vi từ 0,1 đến 1,5 m/s Với xy lanh đặc biệt đạt tới 10 m/s Có thể điều chỉnh vận tốc piston nhờ có loại van đặc biệt van chiều có tiết lưu hay van khí nhanh (van xả nhanh) ▪ Lượng tiêu thụ khơng khí nén: Việc chuẩn bị lượng khơng khí cần thiết hay thống kê tổn hao lượng khí nén với lượng khơng khí chuẩn bị việc quan trọng 3.3 Thiết kế lắp đặt 3.3.1 Chọn kích thước mặt bố trílắp đặt chi tiết Với chi tiết chọn em chọn kích thước mặt bàn là800x600mm chi tiết bố trí hình Hình 3.13.Sơ đồ bố trítổng thể mơhình ➢ XL1 xilanh cấp phơi ➢ XL2 xilanh kẹp phôi ➢ XL3 xilanh dập ➢ XL4 xilanh đẩy sản phẩm ➢ Ổ đựng phôi 74 ➢ Thanh dẫn hướng ➢ Các van 5/2 vàvan 2/2 ➢ Hộp điện điều khiển 3.3.2 Sơ đồ bố trícác phần tử hộp điện 3.3.2.1 Sơ đồ bố trícác phần tử điện hộp Hình 3.14.Sơ đồ bố trícác phần tử hộp điện 3.3.2.2.Sơ đồ bố trí nút điều khiển nắp hộp Hình 3.15.Sơ đồ bố trí nút điều khiển nắp hộp 75 Kết luận chương Chương tổng hợp ưu - nhược điểm phương pháp kẹp chặt phổ biến, từ đáng giá xem phương pháp có tính khả thi vàtí nh ứng dụng cao kẹp chặt xylanh khínén Trong phần tính tốn xây dựng mơ hì nh tổng thể trước tiên nhóm sinh viên chúng em thực cơng đoạn: -Hình dung vàlựa chọn cách thức hoạt động máy đột dập khínén Từ đưa ngun lý hoạt động -Thiết kế mạch điện điều khiển cho hệ thống -Tính tốn, lựa chọn vàliệt kêcác phần từ cho hệ thống điều khiển -Xậy dựng biểu đồ trạng thái, biểu đồ tí n hiệu -Tính tốn lựa chọn xi lanh cho cấu chấp hành Sau cơng đoạn trên, chúng em tiến tới tổng hợp kích thước phần tử điện-khí nén, cấu chấp hành để đưa kích thước mặt làm việc chung vào thiết kế lắp đặt, bao gồm có: -Sơ đồ bố trítổng thể mơhì nh chung -Sơ đồ bố trílắp đặt phần tử điện hộp điện Từ thơng số tính tốn sơ đồ bố trí chúng em xây dựng vàlắp đặt mơhình thực tế máy đột dập tự động khínén 76 Chương Kết luận vàkiến nghị 4.1.Kết luận Sau thời gian tìm hiểu vànghiên cứu đề tài Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hì nh kẹp chặt chi tiết khí nén máy đột dập, em rút kết luận kết luận cuối cùng, : -Các khái niệm khínén, phần tử hệ thống khínén -Khái niệm cấu kẹp chặt, phương pháp kẹp chặt chi tiết -Thiết kế mạch điều khiển điện – khínén -Mơphỏng mạch điều khiển điện – khínén phần mềm chun dụng Festo Fluidsim -Tính tốn, chọn lựa thiết bị, phần tử phùhợp cho cấu -Xây dựng vàhoàn thiện mơhì nh 4.2.Kiến nghị Do thời gian thực đồ án điều kiện thiết bị không cho phép nên nhóm nghiên cứu chúng em chưa thể phát triển đồ án lên mức cao Để hồn thiện để tài mình, sau em xin đưa số kiến nghị cho hướng phát triển đề tài: • Hồn thiện hệ thống dập phơi tự động • Nâng cao khả kẹp chặt loại phơi cóhì nh dáng khác • Sử dụng vi điều khiển vào điều khiển hệ thống khínén Mặc dù có nhiều cố gắng với lượng kiến thức cóhạn nên chúng em khơng tránh khỏi sai lầm thiếu xót khơng mong muốn Rất mong qthầy cóýkiến đóng góp bổ sung để đề tài em hoàn thiện 77 Danh mục tài liệu tham khảo [1] Giáo trình khínén – Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên [2] Đồ gá gia cơng khí – Ts Trần Văn Địch [3] Công nghệ chế tạo máy – Ts Trần Văn Địch [4] Doko.vn 78 ... lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittơng, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít - Máy nén khítuabin: máy nén khí ly tâm máy nén khí theo chiều trục 1.1.7.3... lượng Máy nén vàthiết bị sử lýkh? ?nén Hình 1.1.Sơ đồ khối hệ thống kh? ?nén 1.1.7.2 Máy nén khí Máy nén khí thiết bị tạo áp suất khí, lượng học động điện động đốt chuyển đổi thành lượng khí nén nhiệt... loại máy nén khí sau: 1.Theo áp suất: - Máy nén khí áp suất thấp: p  15 bar - Máy nén khí áp suất cao: p  15 bar - Máy nén khí áp suất cao: p  300bar 2.Theo nguyên lý hoạt động: - Máy nén khí