LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay ở tất cả các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp đều trang bị các hệ thống tự động hoá ở mức cao. Các hệ thống này nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, giải phóng người lao động ra khỏi những vị trí độc hại … Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát quy trình công nghệ thông qua các chỉ số của hệ thống đo lường kiểm tra. Các hệ thống tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiển toàn bộ quy trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chung. Hệ thống tự động hoá đảm bảo quy trình công nghệ trong điều kiện cần thiết và đảm bảo nhịp độ sản xuất mong muốn của từng công đoạn. Chất lượng của sản phẩm và năng suất lao động của các phân xưởng, của từng nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc rất lớn vào chất lượng làm việc của các hệ thống tự động hoá này. Để phát triển sản xuất, ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các quy trình công nghệ hoặc ứng dụng công nghệ mới, thì một hướng nghiên cứu không kém phần quan trọng là nâng cao mức độ tự động hoá các quy trình công nghệ. Với nhu cầu trên em đã được giao đề tài BTL Thủy lực Khí nén. Để hoàn thành được đề tài này em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Quang Huy đã hướng dẫn em tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thiện bài. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ – BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN THỦY LỰC &KHÍ NÉN GVHD : Lê Quang Huy Mã đề : 10 Hưng Yên, tháng năm 2021 LỜI NÓI ĐẦU TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Ngày tất nhà máy xí nghiệp cơng nghiệp trang bị hệ thống tự động hoá mức cao Các hệ thống nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao suất lao động, giảm chi phí sản xuất, giải phóng người lao động khỏi vị trí độc hại … Các hệ thống tự động hố giúp theo dõi, giám sát quy trình cơng nghệ thông qua số hệ thống đo lường kiểm tra Các hệ thống tự động hoá thực chức điều chỉnh thông số công nghệ nói riêng điều khiển tồn quy trình cơng nghệ tồn xí nghiệp nói chung Hệ thống tự động hố đảm bảo quy trình cơng nghệ điều kiện cần thiết đảm bảo nhịp độ sản xuất mong muốn công đoạn Chất lượng sản phẩm suất lao động phân xưởng, nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc lớn vào chất lượng làm việc hệ thống tự động hố Để phát triển sản xuất, ngồi việc nghiên cứu hồn thiện quy trình cơng nghệ ứng dụng cơng nghệ mới, hướng nghiên cứu không phần quan trọng nâng cao mức độ tự động hố quy trình cơng nghệ Với nhu cầu em giao đề tài BTL Thủy lực & Khí nén Để hồn thành đề tài em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Quang Huy hướng dẫn em tận tình suốt q trình nghiên cứu, hồn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy! Hưng Yên, Tháng Năm 2021 Sinh viên thực TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí ĐỀ 10 Câu 1(5 điểm): Cho sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển khí nén - Lực uốn 500N, hành trình 200mm u cầu: - Viết u cầu cơng nghệ Tính tốn(Dpiston, drod,P,Q lượng khí tiêu thụ hành trình xy lanh) lựa chọn phần tử cho hệ thống(van, xylanh – kiểu lắp xy lanh, đầu nối khí, ống khí, cảm biến, cơng tắc hành trình…) Xây dựng giản đồ trạng thái, tín hiệu Phân tích tín hiệu Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén + Đánh số cầu đấu sơ đồ mạch điện + Sơ đồ cổng nối - Câu 2(5 điểm): Thiết kế hệ thống thủy lực có yêu cầu sau: - Lực ép: 200.000N - Hành trình L = 200mm - Vận tốc Vmax= 500mm/p Tính tốn(Dpiston, drod,P,Q) lựa chọn phần tử cho hệ thống(van, xylanh – kiểu lắp xy lanh, đầu nối , ống dẫn dầu, cảm biến, cơng tắc hành trình…) Thiết kế sơ đồ hệ thống thủy lực mạch điều khiển điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí BÀI LÀM Câu 1: a Yêu cầu công nghệ: - Hệ thống uốn phôi gồm xy lanh điều khiển hệ thống điện khí nén - toán điều khiển xy lanh theo : 1A+2A+1A-2A- Khi phôi đưa vào , nhấn nút S1 xy lanh 1A đến cuối hành trình tác động vào cảm biến từ lắp xy lanh xy lanh 2A bắt đầu hết hành trình - Sau 2s xy lanh 1A hết hành trinh tác động vào cảm biến từ , xy lanh 2A Áp suất dịng khí giữ ổn định van điều áp tương đương với lực uốn ly lanh 500N - Nhấn nút S1 có tác dụng xy lanh vị trí Hệ thống có nút dừng khẩn cấp Tốc độ hành trình xy lanh điều khiển van tiết lưu tích hợp xy lanh Hệ thống hoạt động phôi giữ cố định an tồn b Tính tốn(Dpiston, drod,P,Q lượng khí tiêu thụ hành trình xy lanh) lựa chọn phần tử cho hệ thống(van, xylanh – kiểu lắp xy lanh, đầu nối khí, ống khí, cảm biến, cơng tắc hành trình…) drod ( Đường kính cần piston) : TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Bảng 1-1 Mối quan hệ đường kính cần, hành trình lực đẩy piston Theo yêu cầu công nghệ: - Lực đẩy piston lớn F = 500N - Hành trình : L = 200 mm Từ Bảng 1.1, lựa chọn đường kính cần piston d rod = mm Dpiston ( Đường kính piston): TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Bảng 1-2 Mối quan hệ đường lực đẩy, áp suất đường kính piston Lựa chọn nguồn áp suất có áp suất khoảng từ bar, áp suất hành trình xi lanh giữ ổn định giá trị P cho lực đẩy đạt 500N Từ Bảng 1.1, lựa chọn đường kính piston Dpiston = 32 mm TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Kiểm nghiệm lại thông số: Lựa chọn xi lanh tác động kép với D = 32 mm; d = mm; Fms 10%; F = 500 N - Lực đẩy thực tế : + Hành trình thuận : FR= (A.p) - Fms + Hành trình ngược : FV= (A’.p) - Fms Trong đó: D piston A : Tiết diện làm việc piston (A=π ) ( D piston d rod )2 A’: Tiết diện làm việc piston, phía cần (A=π Fms: Lực ma sát, 10% Flt (N) Tính tốn: ) - Tiết diện làm việc Piston: A = 3,1416 = 8,042(cm 2) - Tiết diện làm việc Piston phía có cần: A’ = 3,1416 = 4,524 (cm 2) - Lực đẩy lý thuyết hành trình thuận: Flt = 8,042.10-4(m2) p(N/m2) = 8,042 10-4.p (N) 1 Lực ma sát : Fms= 10 Flt = 10 8,042 10-4.p = 8,042 105 p (N) - Lực đẩy thực tế hành trình thuận: 9 Ftt = Flt – Fms = 10 Flt= 10 8,042 10-4.p =7,238 10-4.p = Fđẩy=500N Áp suất cần để piston đạt lực đẩy 500N hành trình đẩy : P = = = 690799(N) 6,908 (bar) bar ( áp suất nhỏ nguồn) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Vậy chọn giá trị cho van áp suất để giới hạn áp suất cấp cho hành trình thuận xi lanh 6,908 bar Lượng khí tiêu thụ hành trình xy lanh : Việc chuẩn bị lượng khí khơng cần thiết hay thống kê tổn hao lượng khí nén với lượng khơng khí chuẩn bị việc quan trọng Với áp suất cung cấp xác định, đường kính Piston hành trình cho trước, tiêu thụ khơng khí tính theo cơng thức : Lượng khí nén tiêu thụ = Tỷ số nén Tiết diện bề mặt làm việc Piston Hành trìnhSố hành trình phút Q A.S n pd p0 p0 Trong đó, tỷ số nén tính theo cơng thức : - pd p0 (kPa ) p0 =7,82 Lượng khí tiêu thụ hành trình thuận xi lanh : QR = A.L D piston = π L =7,82 3,1416 20cm = 125784,64(cm3) - Lượng khí tiêu thụ hành trình nghịch xi lanh : QV = A’.L ( Dpiston d rod ) = π L =7,82 3,1416 20cm = 70753,86(cm3) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Lựa chọn phần tử cho hệ thống : 1, Xi lanh Với thông số ta lựa chọn xy lanh : Chọn xi lanh khí nén hãng SMC dịng CM2 loại CDBM2G32-200AK-HL-M9B-C Bảng 1-3 Thơng số dịng xi lanh CM2 Thơng số kí thuật : - Bore size (Dpiston) =32 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí - D= 12 (> drod =8mm, thỏa mãn điều kiện) - Ren kết nối P ren 1/8 - Áp suất tối đa : 10 bar - Áp suất phá hủy: 15 bar - Tùy chọn vòng từ : Có từ - Nhiệt độ lưu chất : -10 ÷700C - Giảm chấn : cao su, đệm khí -Kiểu lắp: Vì xi lanh sử dụng để tạo lực đẩy( lực ép ) nên ta chọn kiểu lắp cứng cuối xi lanh hình 2, Ống khí - Vận tốc trung binh piston thay đổi phạm vi từ 0.1 đến 1.5 m/s Với xy lanh đặc biệt đạt tới 10m/s - chọn vmax = 1,5 , ta có cơng thức tính lưu lượng tối đa sau : Qmax = A.vmax Dpiston = π 1,5 = 3,1416 (m2).1,5(m/s) = 1,206.10-3(m3/s) 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí 4.2, chọn van khí nén Van điện từ khí nén AIRTAC 4V220-08 loại van khí nén 5/2 có cổng vị trí đầu coil điện, thường dùng để điều khiển xi lanh khí nén Kích thước cổng: 1/4''.(ren 13) kích thước cổng xả: 1/8" (ren 9.6) Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa Loại van cửa vị trí (1 đầu coil điện) Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan) Dịng series 4V200 có loại sau: Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC 4V210-08 loại van khí nén 5/2 có2 đầu coil điện (Ren 13mm) 18 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí 5, Cảm biến Yêu cầu : a,Sử dụng xi lanh có từ tính, cảm biến đặt thân xi lanh Chọn cảm biến từ tiệm cận - Định nghĩa : Cảm biến từ cảm biến sử dụng để nhận thấy nhiễu loạn thay đổi từ trường cường độ, hướng từ thông Chọn cảm biến : CS1-S loại dây - Chọn cảm biến từ lắp đầu cuối xy lanh Cách kết nối cảm biến từ CS1-S 19 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Xây dựng biểu đồ trạng thái tín hiệu 20 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Mạch khí nén Phân tích tín hiệu sơ đồ mạch điện 21 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Câu : 22 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Yêu cầu : - Lực ép: 200.000N - Hành trình ép L = 1000mm - Vận tốc ép Vmax= 500mm/p Yêu cầu cơng nghệ : - Trên hình lắp ráp thực lắp ghép ống lót nhựa vào chi tiết kim loại cố định bu lông - Khi khởi động S1 nhấn , xy lanh 1A ép ống lót nhựa vào chi tiết kim loại Khi áp suất buồng nén đạt áp suất P động thủy lực 2M quay vặn bu lơng vào theo bước ren Kết thúc q trình nhấn nút S2 xy lanh 1A quay trở lại vị trí ban đầu đồng thời động thủy lực dừng lại Khi xy lanh 1A quay vị trí ban đầu hệ thống có đèn báo sáng tính tốn : a Dpiston, drod - Chọn nguồn áp suất có áp suất giới hạn hệ thống 200 bar - Chọn kiểu lắp : Vì xi lanh sử dụng để tạo lực đẩy( lực ép ) nên ta chọn kiểu lắp cứng cuối xi lanh hình - Từ tính chiều dài làm việc cho phép cán xilanh L=Lm.k, quy định đặc tính lắp ghép Hệ số k = K /2,5 Với K tra bảng : 23 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Trong trường hợp cần piston lắp chặt bề mặt ép, dẫn hướng nên K= k=K/2,5= 1,6 Từ tính Lm L = k = (mm) Hình 2-1 Bảng tra thực nghiệm 24 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí - Kết hợp với lực đẩy yêu cầu F= 200.000 N, áp suất giới hạn hệ thống 160 bar Ta gióng theo bảng tra được: Đường kính xi lanh Dpiston= 130mm Đường kính cần xi lanh drod= 37 mm Chọn xi lanh : mã CHAGF 160-1200 Thông số: + Dpiston = 160mm + drod = 43 ( thỏa mãn drod 40 mm) + Hành trình L=200mm + Áp suất hoạt động : 35÷160 bar + Ren P = 3/4 ” 25 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Tính tốn áp suất P đặt cho cơng tắc áp suất: để xi lanh đặt lực ép 200.000N Biết áp suất đường hồi (sự đối đáp ) bar, hiệu suất thủy lực hm =0,95 Tính tốn hệ số tỷ lệ diện tích bề mặt làm việc khơng có cần piston có cần : D piston ( D piston d rod ) D piston D piston 1602 1,87 :1 ( D piston d rod )2 ( D piston d rod ) (160 43) Tổn thất áp suất tác động từ phía đường hồi, từ φ = 1,87:1 Phồi � 1,87 = = 3,21 bar F F F D .hm A A = hm P= hm + Phồi= piston P- Phồi (N/m2) 200000( N ) 10470719,94 0,16 (m ) .0,95 = 104,71 bar Vậy đặt giá trị cho công tắc áp suất P = 104,7 bar Lưu lượng Q: - Vận tốc ép Vmax= 500mm/p hay Vmax = dm/p D2 1, 62 (dm ) piston 4 - Diện tích bề mặt piston : AK = =2,01(dm2) 26 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí Lưu lượng Q cần thiết để xi lanh đạt vận tốc ép Vmax= 500mm/p là: Q = AK Vmax=2,01(dm2) dm/p= 10,05 (dm3/p) =10,05 (lít/p) Lựa chọn phần tử cịn lại cho hệ thống : 1, Ống dẫn dầu Công thức xác định đường kính ống : d2 Q Với ống nén p> 100 bar, vận tốc giới hạn vđẩy = 6÷7m/s 10, 05.103 (m / s ) 60 �5,962.103 (m) 6(m / s ) DƠnén = Vậy chọn ống có đường kính 6mm Tra bảng chọn ống có nhãn 387-4 27 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí 2, Khớp nối nhanh Khớp đầu đực đầu tương ứng xi lanh ống dẫn dầu : mã B800106 B800212 ren 3/4” 3, Van điều khiển - Chọn Van phân phối thủy lực Yuken DSG-03-3C2 28 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG N Khoa: Cơ khí - Thơng số kĩ thuật : 29 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG N Khoa: Cơ khí 4, Cơng tắc hành trình, cơng tắc áp suất - Cơng tắc hành trình Chọn cơng tắc hành trình D4MC-2020 OMRON ( Nhật Bản ) - Công tắc áp suất : 30 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG N Khoa: Cơ khí Chọn cơng tắc áp suất Jcs-02H Pt1 Thiết kế sơ đồ hệ thống thủy lực mạch điều khiển điện : 31 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí 32 ... mm), thơng số cửa xả khí cua van 5/2 phần chọn van 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí 4, Van khí nén 4.1, Van giảm áp khí nén : Trong hệ thống khí nén có nguồn đầu vào mà áp suất hành... đạt lực đẩy tối đa 500N, ta sử dụng van giảm áp để đảm bảo luồng khí nén đầu sau van áp suất khí nén áp suất mà ta đặt (P=7 bar) Lựa chọn : Bộ lọc khí nén AIRTAC AFC2000 ren 13 Bộ lọc khí nén. .. SPKT HƯNG YÊN Khoa: Cơ khí 4.2, chọn van khí nén Van điện từ khí nén AIRTAC 4V220-08 loại van khí nén 5/2 có cổng vị trí đầu coil điện, thường dùng để điều khiển xi lanh khí nén Kích thước cổng: