Thiết kế hệ thống khoan gỗ tự động cho DNTN Kim Long 2

Thiết kế hệ thống khoan gỗ tự động cho DNTN Kim Long

LỜI CÁM ƠN

Chúng con xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến ba mẹ, người đã sinh thành, nuôi dưỡng, chăm sóc và tạo mọi điều kiện để chúng con được cắp sách đến trường

Chúng tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Th.S Phạm Văn Toản đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm thực tế và cung cấp tài liệu tạo điều kiện cho chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng đào tạo, ban chủ nhiệm khoa Cơ Điện trường Đại học Lạc Hồng đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn tập thể giảng viên khoa Cơ Điện trường Đại Học Lạc Hồng đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng tôi trong suốt quá trình học Đại Học

1.2 Quy trình sản xuất sản phẩm: kệ hoặc vali 4

1.3 Quy trình khi người công nhân khoan gỗ bằng tay 5

1.4 Kiến thức cơ bản về vật liệu gỗ 5

1.5 Quá trình cắt và các yếu tố cắt khi khoan 7

1.7.4 Van đảo chiều 5/2 20

1.7.5 Van tiết lưu .21

1.8 Các thiết bị chỉ báo .23

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG TẠI DOANH NGHIỆP 24

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG

28

3.1 Cơ sở thiết kế hệ thống khoan gỗ trong sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ 28

3.2 Phương án thiết kế cơ khí 29

3.2.1 Phương án thiết kế cơ cấu cấp gỗ 29

3.2.2 Phương án thiết kế cơ cấu kẹp gỗ 34

3.2.3 Phương án thiết kế cơ cấu khoan gỗ 36

3.2.4 Phương án thiết kế cơ cấu gạt gỗ 39

3.3.6 Động cơ kéo băng tải 47

3.3.7 Cảm biến từ dùng cho xilanh và công tắc hành trình 48

3.4 Thiết kế phần điều khiển .48

3.5 Ưu - nhược điểm khi khoan gỗ bằng máy khoan tự động 51

3.6 So sánh năng suất – hiệu quả kinh tế 52

3.7 Một số hình ảnh thực tế của hệ thống máy khoan gỗ tự động 53

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU

A HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Nguyên vật liệu từ cây mây – tre – lá .2

Hình 1.2 Các sản phẩm: kệ, vali 3

Hình 1.3 Các sản phẩm: giỏ đựng hoa quả 3

Hình 1.4 Laptop có vỏ ngoài làm từ tre thiên nhiên 4

Hình 1.5 Sơ đồ khối các công đoạn chính hoàn thành sản phẩm kệ hoặc vali 4

Hình 1.6 Sơ đồ khối các công đoạn khoan hai lỗ cho thanh gỗ bằng tay .5

Hình 1.7 Nguyên liệu gỗ .7

Hình 1.8 Các yếu tố của chế độ cắt khi khoan .7

Hình 1.9 Lực cắt khi khoan 9

Hình 1.10 Máy nén khí 15

Hình 1.11 Ký hiệu xilanh tác động đơn 16

Hình 1.12 Tải trọng lên cần Piston 19

Hình 1.13 Trạng thái 0 của van 5/2 20

Hình 1.14 Trạng thái van 5/2 có tín hiệu tác động 20

Hình 1.15 Cấu tạo van tiết lưu hai chiều có tiết diện thay đổi 21

Hình 1.16 Cấu tạo và ký hiệu van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay 22

Hình 1.17 Hình dạng thực tế van tiết lưu một chiều của hãng Festo 22

Hình 2.1 Khoan gỗ bằng máy khoan bàn tại DNTN Kim Long 24

Hình 2.2 Các thanh gỗ có kích thước 20 x 20 x 300 mm 25

Hình 2.3 Dùng máy khoan bàn hoặc khoan tay để khoan lỗ 25

Hình 2.4 Người thợ mất nhiều thời gian canh chỉnh cữ .26

Hình 3.4 Bản vẽ tách chi tiết cơ cấu cấp gỗ .30

Hình 3.5 Kích thước của phễu cấp gỗ .31

Hình 3.6 Cơ cấu băng tải 31

Hình 3.7 Cơ cấu băng tải có gai dọc 32

Hình 3.8 Xilanh đẩy gỗ 32

Hình 3.9 Thanh dẫn hướng 32

Hình 3.10 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp gỗ 33

Hình 3.11 Cơ cấu kẹp gỗ 34

Hình 3.12 Bản vẽ lắp ráp các chi tiết của cơ cấu kẹp gỗ .34

Hình 3.13 Hai thanh sắt vuông lồng vào nhau 35

Hình 3.14 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu kẹp gỗ 35

Hình 3.15 Bộ khung của cơ cấu khoan 36

Hình 3.16 Cơ cấu khoan gỗ .36

Hình 3.17 Bản vẽ tách chi tiết cơ cấu khoan gỗ .37

Hình 3.18 Bộ phận khoan 37

Hình 3.19 Bản vẽ tách chi tiết bộ phận khoan 38

Hình 3.20 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu khoan gỗ 38

Hình 3.21 Cơ cấu gạt gỗ đã khoan .39

Hình 3.22 Bản vẽ tách chi tiết cơ cấu gạt gỗ đã khoan 39

Hình 3.23 Rãnh dẫn hướng thanh gỗ 40

Hình 3.24 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu gạt gỗ 40

Hình 3.25 Hệ thống máy khoan gỗ tự động hoàn chỉnh 41

Hình 3.26 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống máy khoan gỗ tự động 41

Hình 3.27 Bản vẽ tách chi tiết hệ thống máy khoan gỗ tự động 42

Hình 3.35 Động cơ kéo băng tải 47

Hình 3.36 Cảm biến từ dùng cho xilanh và công tắc hành trình 48

Hình 3.37 Biểu đồ trạng thái của hệ thống .50

Hình 3.44 Thanh gỗ được đẩy vào vị trí kẹp 53

Hình 3.45 Thanh gỗ được kẹp bởi Xylanh kẹp .53

Hình 3.46 Động cơ khoan lỗ 54

Hình 3.47 Xilanh gạt gỗ ra thùng chứa 54

Hình 3.48 Tủ điện điều khiển 54

B BẢNG BIỂU

Bảng đơn vị thứ nguyên tính lực 16

Bảng mã màu VDI/ VDE 0113/57113 23

PHẦN MỞ ĐẦU

Mặt hàng thủ công mỹ nghệ hiện nay đang rất phát triển tại Biên Hòa và nhiều nơi khác có giá trị xuất khẩu cao Trong đó để làm ra các sản phẩm như: kệ, vali, … phải thông qua công đoạn làm khung Trong công đoạn này phải tiến hành các bước như cắt cây, khoan cửa, ghép khung… Và hầu hết các doanh nghiệp đang sản xuất dưới hình thức là thủ công Vì vậy năng suất thấp đồng thời gây ra sai số lớn đặc biệt là công đoạn khoan cửa kệ hoặc vali Khi khoan cửa người công nhân thường dùng máy khoan bàn và tốn rất nhiều thời gian cho việc khoan, làm cử Thiết kế hệ thống máy khoan gỗ tự động từ khâu cấp liệu đến khoan hai lỗ cho thanh gỗ cung cấp cho các công đoạn tiếp theo, hệ thống còn có thể thay đổi khoảng cách giữa hai lỗ một cách nhanh chóng Do đó việc tăng năng suất sản xuất, nâng cao độ chính xác, giảm tối thiểu các sai lệch trong quá trình khoan gỗ là yêu cầu cần thiết đối với các doanh nghiệp sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ

Được sự chấp thuận của Hội đồng khoa học và đào tạo khoa Cơ Điện trường

Đại học Lạc Hồng, đề tài được mang tên: “Thiết kế hệ thống máy khoan gỗ tự động”

Đề tài được tiến hành dưới sự hướng dẫn của Th.S Phạm Văn Toản, các sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Chung và Lưu Đăng Khoa

Nội dung thực hiện của đề tài là ứng dụng tự động hóa để thực hiện công việc khoan hai lỗ cho thanh gỗ cung cấp cho các doanh nghiệp sản xuất mặt hàng thủ công mỹ nghệ Hệ thống sẽ đảm bảo độ chính xác của hai lỗ khoan trên thanh gỗ cao hơn so với các thanh gỗ sau khi được người công nhân tiến hành khoan bằng tay

Mục đích của đề tài là nâng cao độ chính xác của hai lỗ khoan trên thanh gỗ và

nâng cao năng suất

PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT1.1 Mặt hàng thủ công mỹ nghệ

1.1.1 Nguyên vật liệu của mặt hàng thủ công mỹ nghệ [12]

Các làng nghề truyền thống ở nước ta rất đa dạng và phong phú, nổi bật nhất là các ngành nghề chạm trổ, điêu khắc gỗ, đan mây - tre - lá … đang rất thịnh hành, đặc biệt ở Biên Hòa, tạo ra nhiều sản phẩm như: kệ, vali, túi xách, bình hoa, bàn ghế, … từ nguồn nguyên vật liệu dân dã như: lá bèo, dây chuối sứ, lục bình khô, dây đai, cói, tre trúc, rơm rạ, … các nghệ nhân tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế và nghệ thuật cao, được thị trường các nước: Mỹ, Pháp, Đức, Ý, Hàn Quốc, … rất ưa chuộng

Hình 1.1 Nguyên vật liệu từ cây mây – tre – lá

1.1.2 Sản phẩm thủ công mỹ nghệ [12]

Sau khi nguyên liệu thô từ thân cây đay, lục bình được người dân thu hoạch, xử lý sơ bộ trở thành nguyên liệu chính để sản xuất các mặt hàng thủ công mỹ nghệ Nguyên liệu được chuyển đến tay nghệ nhân để tạo ra các sản phẩm xuất khẩu

Hình 1.2 Các sản phẩm: kệ, vali

Hình 1.3 Các sản phẩm: giỏ đựng hoa quả.

Hình 1.4 Laptop có vỏ ngoài làm từ tre thiên nhiên

1.2 Quy trình sản xuất sản phẩm: kệ hoặc vali [13]

Để hình thành đươc một sản phẩm có giá trị cao về mặt kinh tế, doanh nghiệp phải bắt tay vào việc làm chuẩn bị nguyên liệu gỗ để làm khung, từ khung đó người nghệ nhân mới hình thành các loại mặt hàng Làm sạch các thành phần dư thừa của sản phẩm là công đoạn kế tiếp cuối cùng là hoàn thiện, đóng gói sản phẩm

Hình 1.5 Sơ đồ khối các công đoạn chính hoàn thành sản phẩm kệ hoặc vali

Trong các công đoạn được trình bày trên hình thì làm khung là một trong các công đoạn quan trọng để có thể hình thành nên một sản phẩm đạt tiêu chuẩn, có chất lượng mà khách hàng yêu cầu

1.3 Quy trình khi người công nhân khoan gỗ bằng tay [13]

Hình 1.6 Sơ đồ khối các công đoạn khoan hai lỗ cho thanh gỗ bằng tay

Ưu điểm: - Chi phí đầu tư thấp

- Phù hợp cho sản xuất đơn chiếc

.Nhược điểm:

- Phế phẩm nhiều

- Tốn khá nhiều thời gian cho việc canh chỉnh cử - Năng suất tương đối thấp

1.4 Kiến thức cơ bản về vật liệu gỗ [5]

Gỗ có các ưu điểm như: nhẹ, cường độ cao, đàn hồi, có thể chịu đựng va đập và chấn động, lại có hoa văn đẹp Gỗ là vật liệu không thể thiếu trong xây dựng kinh tế và đời sống

Gỗ là vật liệu thiên nhiên, phân biệt gỗ một cách chính xác, sử dụng gỗ một cách đúng đắn, tìm hiểu và nắm vững đặc trưng của gỗ là việc hết sức cần thiết

Gọi vật liệu gỗ là để chỉ bộ phận thân cây có tác dụng trong công nghệ mộc sau khi đã loại bỏ lá cành và rể

Tính chất vật liệu của gỗ:

Nước và hàm lượng nước trong gỗ, thành phần nước và hàm lượng nước trong gỗ chiếm phần lớn trọng lượng gỗ Thành phần nước này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của gỗ Gỗ sẽ thay đổi theo sự tăng giảm của nước

Phương pháp xác định hàm lượng nước:

Gỗ tươi: hàm lượng nước 50 – 100 %

Gỗ ướt: gỗ vận chuyển dưới nước hoặc bảo quản dưới nước thường có hàm lượng nước trên 100 %

Gỗ tự nhiên: gỗ để khô tự nhiên hàm lượng nước khoảng 12 -18 % Gỗ sấy khô: gỗ sấy nhân tạo hàm lượng nước khoảng 4 – 15 %

Phương pháp tính tỷ số nước:

Tỷ số nước là tỷ số giữa trọng lượng nước chứa trong gỗ so với trong lượng gỗ gọi là tỷ số chứa nước

Trong đó: Gướt : là trọng lượng gỗ ướt (gam)

Gkhô : là trọng lượng gỗ khô hoàn toàn (gam) W : tỷ số chứa nước của gỗ (%)

Các thanh gỗ dùng trong ngành sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ được lấy từ các loại cây được trồng đại trà ở nước ta như: Thông, Điều, Xà Cừ, Tràm, …

Hình 1.7 Nguyên liệu gỗ [12]

Đây là những loại gỗ có cấu tạo và cơ tính không cứng chắc nên rất thuận lợi cho việc chọn tốc độ và công suất của động cơ khoan

1.5 Quá trình cắt và các yếu tố cắt khi khoan [10]

Khi khoan, mũi khoan có chuyển động quay tròn, đồng thời chuyển động tịnh tiến theo chiều trục mũi khoan

Hình 1.8 Các yếu tố của chế độ cắt khi khoan [10]

Tốc độ cắt V :là tốc độ vòng ứng với đường kính lớn nhất của mũi khoan

phmnDV=π../

Trong đó : D – đường kính của mũi khoan

n – số vòng quay của mũi khoan trong một phút (vòng/phút)

Lượng chạy dao S: là khoảng di chuyển của mũi khoan sâu vào trong vật sau

một vòng quay của mũi khoan Được tính bằng mm/vòng Vì mũi khoan có hai lưỡi cắt chính nên lượng chạy dao của một lưỡi là:

Lượng chạy dao phút tính theo công thức: Sph =S.nmm/ph

Chiều rộng cắt b, chiều dài cắt a và diện tích lớp cắt f Khi tính bỏ qua không tính đến ảnh hưởng của lưỡi cắt ngang:

Ta có:

f ==

a- Lực Py còn gọi là lực hướng kính tác dụng trên hai lưỡi cắt chính, có trị số bằng nhau và ngược chiều nhau nên cùng triệt tiêu lẫn nhau Nếu chú ý cả hai lưỡi cắt phụ thì phải kể cả hai lực Py’ nữa và chúng cũng triệt tiêu lẫn nhau

b- Lực chiều trục P0 có xu hướng chống lại lực chạy dao Lực P0 bằng tổng các lực chiều trục Px tác dụng lên lưỡi cắt chính, lực chiều trục Px’ tác dụng lên lưỡi cắt phụ và lực chiều trục Pn tác dụng lên lưỡi cắt ngang

Lực Px chiếm khoảng 40% lực P0 Lực Px’ chiếm khoảng 3% lực P0 Lực Pn chiếm khoảng 57% lực P0

Hình 1.9 Lực cắt khi khoan [10]

c- Lực tiếp tuyến Pz gây ra mômen cắt chính Thực nghiệm chứng tỏ rằng 80% mômen là do lực tiếp tuyến tác dụng trên lưỡi cắt chính, 12% là do lực tiếp tuyến trên lưỡi cắt phụ, còn lại 8% là do lực tiếp tuyến trên lưỡi cắt ngang

Hiện nay chưa có công thức lý thuyết để tính mômen cắt và lực chiều trục Người ta nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố cắt và điều kiện gia công đến mô men và lực cắt rồi từ đó lập nên các công thức thực nghiệm có dạng sau đây:

Mô men cắt : Mx = Cm Dxm.symKm (N.mm) Lực chiều trục : P0 = C0 Dxp.s Kyp p0 (N)

Trong đó : Cm, C0 - Hệ số phụ thuộc tính chất vật liệu gia công, hình dạng hình học của mũi khoan và các điều kiện khác

D - Đường kính mũi khoan mm S - lượng chạy dao mm/vg

Các gía trị của các hệ số Cm,C0 của các số mũ xm, ym, xp, yp ,các giá trị của hệ số điều chỉnh Km, Kp0 có thể tra trong sổ tay về chế độ cắt

Đối với mũi khoan đường kính nhỏ (D<10mm),để tăng độ bền và độ cứng vững của chúng người ta chọn góc xoắn ω = 18-280

Ảnh hưởng của lượng chạy dao và đường kính mũi khoan đến lực hướng trục và momen xoắn :

Khi khoan thép : ym =0,8 và yp = 0,7; Khi khoan gang : ym = 0,8 và yp = 0,8;

Khi gia công thép các bon kết cấu ( ơb = 750 N/mm2 ) thì Cm = 33,8 và C0 = 84,7; khi gia công gang xám thì Cm = 23,3 và C0 = 60,5

Ảnh hưởng của vật liệu gia công:

Thay đổi tính chất cơ lý của vật liệu gia công cũng dẫn đến sự thay đổi lực chiều trục và mô men xoắn

Tốc độ cắt khi khoan và các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ cắt:

Tốc độ cắt khi khoan phụ thuộc vào lượng chạy dao s, đường kính mũi khoan D,

tuổi bền T, chiều sâu khoan lỗ l , các thông số hình học của bộ phận cắt, vật liệu chế

tạo mũi khoan , vật liệu gia công dung dịch trơn nguội

Qua nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ cắt, ta lập được các công thức thực nghiệm có dạng sau đây:

Trong đó : Cv : Hệ số tỉ lệ ứng với một loại vật liệu gia công nhất định Kv : Hệ số điều chỉnh tốc độ đo do các điều kiện cắt khác nhau Dưới đây ta xét ảnh hưởng của các nhân tố đến tốc độ cắt khi khoan

a Ảnh hưởng của lượng chạy dao: Khi tăng lượng chạy dao thì tốc độ cắt

phải giảm xuống Mức độ giảm được biểu thị bằng số mũ yv Trị số của só mũ này phụ thuộc vào lượng chạy dao, vật liệu chế tạo mũi khoan và vật liệu gia công

b Ảnh hưởng của đường kính mũi khoan: Khi tăng đường kính mũi khoan

thì độ cứng vững của mũi khoan tăng, điều kiện truyền nhiệt cũng được cải thiện Nhưng khi tăng đường kính mũi khoan thì vì t = D/2 tăng nên hạn chế việc tăng tốc độ cắt

c Ảnh hưởng của chiều sâu lỗ khoan l: chiều sâu lỗ khoan càng lớn (khoan

càng sâu) thì điều kiện cắt càng xấu Vì lỗ khoan càng sâu thoát phoi càng khó Do đó khi khoan lỗ có chiều dài l >3D thì tốc độ cắt khi khoan phải nhân với hệ số điều chỉnh tốc độ Kv lỗ (tra trong các sổ tay kỹ thuật)

d Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến tốc độ khi khoan: Ảnh hưởng của

vật liệu gia công đến tốc độ cắt được biểu thị bằng hệ số điều chỉnh KVL

Giá trị gần đúng của hệ số Kvl có thể tính theo công thức thực nghiệm sau đây:

Kvl = 750σb

Trong đó : σb giới hạn bền của vật liệu N/mm2 nv số mũ

Nếu σb < 550 N/mm2 thì nv = -0,9 Nếu σb > 550 N/mm2 thì nv = 0,9

e Ảnh hưởng của vật liệu làm mũi khoan đến tốc độ cắt

Ảnh hưởng của vật liệu làm mũi khoan được biểu thị bằng hệ số điều chỉnh Kvd Đối với mũi khoan thép gió P18 và P9 thì Kvd =1 còn đối với mũi khoan chế tạo bằng thép hợp kim dụng cụ 9XC có Kvd = 0.65, mũi khoan bằng thép cac bon dụng cụ Kvd= 0,5 và mũi khoan hợp kim cứng thì Kvd = 2 - 3

Cụ thể chế độ cắt được lựa chọn theo trình tự sau:

- Chọn mũi khoan: Mũi khoan có thể có nhiều hình dạng khác nhau tùy theo công dụng và vật liệu chế tạo mũi khoan Ở mũi khoan thép gió thì các thông số hình học của phần cắt mũi khoan đã được tiêu chuẩn hoá, còn đối với mũi khoan gắn hợp kim cứng tùy từng loại vật liệu gia công mà hình dáng hình học có thể khác nhau Khi chọn hình dáng hình học phải xét sao cho có lợi về mặt lực cắt, tốc độ cắt và tuổi bền của dao

- Với đường kính lỗ D<35mm thì khoan 1 lần, khi đó chiều sâu cắt là

t = D/2 với D > 35mm thì khoan 2 lần, lần đầu dùng mũi khoan có đường kính D1 = (0,5 -0,7 ) D

- Chọn lượng chạy dao tối đa cho phép

Như đã biết lượng chạy dao phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố : điều kiện kỹ thuật, độ bền của mũi khoan, độ bền và độ cứng vững của cơ cấu chạy dao, chiều sâu khoan

Lượng chạy dao cho phép bởi độ bền của mũi khoan có thể tính theo công thức sau:

Khoan thép s = 38,8

b0 81

0 94,

Khoan gang s = 7,34

0 810 75,

Trong đó : σb giới hạn của vật liệu gia công HB Độ cứng của gang được gia công

- Với D và s đã chọn cho trước tuổi bền T, tính chế độ cắt và số vòng quay - Xác định lực chiều trục P0, mômen xoắn Mx và công suất cắt Nc Nếu như đã chọn máy trước thì kiểm nghiệm P0, Mx, Nc theo D, s ,n ,v đã chọn

- Tính thời gian máy Thời gian máy T0 được tính theo công thức:

T0 = L

n s. (ph)

Trong đó : L - chiều dài hành trình của mũi khoan theo phương chạy dao (mm) L = l + l1 + l2

l - chiều dài (chiều sâu) khoan (mm)

l1 - lượng ăn tới mm Ta có : l1 =Dg2cot ϕ

l2 - lượng vượt quá (mm)

Đối với mũi khoan tiêu chuẩn có thể lấy l1+l2 = 0,3 D

1.6 Lý thuyết về khí nén

1.6.1 Cấu trúc của hệ thống truyền động bằng khí nén [9]

Các thành phần trong hệ thống truyền động bằng khí nén dù đơn giản hay phức tạp đều có thể được chia thành 4 nhóm cơ bản sau:

+ Nhóm cung cấp năng lượng, gồm các thiết bị cung cấp không khí nén như: máy nén, bình chứa, bộ điều tiết áp suất và các thiết bị xử lý khí nén ( bộ lọc, bộ sấy … )

+ Nhóm các phần tử nhập, gồm có: van điều khiển hướng, chuyển mạch giới hạn, nút nhấn và các cảm biến

+ Nhóm các phần tử xử lý gồm: phần tử logic, van điều khiển áp suất, …

+ Nhóm các phần tử điều khiển sau cùng và các phần tử tác động ( hay các phần tử đầu ra ) trong đó:

- Các phần tử điều khiển sau cùng có các van điều khiển hướng

- Các phần tử tác động gồm: xylanh khí nén, động cơ khí nén, các phần tử chỉ báo (đèn chỉ thị …)

- Các phần tử trong hệ thống được biểu diển bằng các ký hiệu, các ký hiệu cũng thể hiện một cách vắn tắt chức năng của phần tử Sự kết hợp các phần tử khí nén theo một logic sẽ thực hiện các chức năng điều khiển theo yêu cầu tương ứng, sự kết hợp các ký hiệu của các phần tử sẽ tạo nên sơ đồ mạch của hệ thống

1.6.2 Các yêu cầu về khí nén [9]

Không khí nén cung cấp cho hệ thống điều khiển và các phần tử sinh công có các yêu cầu cơ bản sau:

- Không khí nén phải sạch - Không khí nén phải khô

- Áp suất của không khí nén phải đúng yêu cầu

Không khí nén nếu chứa chất bẩn có thể gây rối loạn hoạt động trong mạch điều khiển Các chất bẩn từ xâm nhập vào khí nén gồm: hơi nước, bụi bẩn, dầu bôi trơn còn sót lại của máy nén khí, các lớp vảy, rỉ sét, …

Do không khí nén sẽ tiếp xúc với nhiều thiết bị làm việc khác nhau như: xilanh, các phần tử điều khiển, các phần tử tạo tín hiệu, … nên nhất thiết phải loại trừ các chất bẩn ra khỏi không khí nén Không khí nén sạch sẽ làm tăng tuổi thọ của các thiết bị, giảm đến mức tối thiểu thời gian ngừng hoạt động do hư hỏng

Phải lưu ý đặc biệt đến lượng hơi nước có trong không khí nén Do không khí từ môi trường được hút vào máy nén rồi nén lại nên không khí nén cung cấp cho hệ thống sẽ có hơi nước Lượng hơi nước phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm tương đối, nghĩa là phụ thuộc vào nhiệt độ và điều kiện thời tiết của môi trường Nếu vượt qua điểm bảo hòa của không khí nén, hơi ẩm sẽ ngưng tụ thành nước

Dầu bôi trơn còn sót lại ở máy nén khí cùng với không khí nén có thể tạo ra một hỗn hợp gồm dầu dạng sương và không khí, đây là hỗn hợp khí cháy, nó có thể gây nổ ở nhiệt độ cao ( trên 353 oK )

1.7 Hệ thống khí nén

1.7.1 Máy nén khí [4] Nguyên tắc hoạt động

Nguyên lý thay đổi thể tích: Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó

thể tích buồng sẽ nhỏ lại như vậy theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên Các máy nén khí hoạt động theo kiểu này như máy nén khí kiểu pittông, cánh gạt, bánh răng

Nguyên lý động năng: Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp

suất khí nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất lớn Các máy nén khí hoạt động theo kiểu này là máy nén khí kiểu li tâm

Hình 1.10 Máy nén khí [12]

1.7.2 Xilanh tác động đơn [3]

Trong xilanh tác động đơn, không khí nén chỉ đặt vào một phía của Piston, phía còn lại thông với khí quyển Xilanh chỉ tạo ra công theo một chiều, chuyển động trở về của Piston là do tác động của lò xo nén hay của ngoại lực Lò xo nén được thiết kế sao cho phản lực do nó tạo ra đưa Piston ở trạng thái không tải trở về vị trí ban đầu một cách nhanh chóng

(a): chiều tác động ngược lại do ngoại lực tác động (b): chiều tác động ngược lại do lực lò xo tác động.

Hình 1.11 Ký hiệu xilanh tác động đơn [3]

Trong xilanh tác động đơn, với sự trở về vị trí ban đầu của Piston nhờ tác dụng của lò xo, hành trình của Piston bị giới hạn bởi chiều dài tự nhiên ( chiều dài ở trạng thái không bị nén ) của lò xo Vì vậy loại xilanh này có hành trình Piston xấp xỉ 80 mm

Cần Piston tạo ra lực đẩy F được tính bằng tích của diện tích bề mặt Piston A và áp suất trong xylanh pe Đơn vị thứ nguyên của lực được tính theo bảng sau:

A = D2 / 4 [cm2] : Diện tích Piston D [cm]: Đường kính Piston

pe [bar]: Áp suất khí nén trong xilanh

FR : Lực ma sát, phụ thuộc vào chất lượng bề mặt giữa Piston và xilanh, vận tốc chuyển động của Piston, loại vòng đệm, trạng thái vận

hành bình thường, lực ma sát FR = 0,15 A pFF : Lực lò xo

Xilanh tác động đơn có cấu tạo và hoạt động đơn giản nên vận hành chắc chắn và với đặc điểm là hành trình Piston ngắn nên loại xilanh này được sử dụng trong các ứng dụng như:

+ Kẹp chặt các chi tiết + Các tác động cắt + Các tác động nén, ép + Nạp và nâng các chi tiết

1.7.3 Xilanh tác động kép [3]

Nguyên tắc cấu tạo của xilanh tác động kép tương tự như xilanh tác động đơn Tuy nhiên trong xilanh tác động kép không có lò xo trở về và 2 cổng của xilanh vừa có chức năng là cổng nạp vừa có chức năng là cổng thoát khí

Ưu điểm của xilanh tác động kép là có thể sinh công ở cả hai chiều chuyển động Cần lưu ý rằng lực được truyền bởi thanh đẩy Piston trong hành trình duổi ra hơi lớn hơn so với hành trình trở về Sở dĩ có điều này vì bề mặt tác dụng của Piston ở phía có thanh Piston bị giảm do diện tích mặt cắt ngang của thanh Piston

Trong loại xilanh này, ở cả hai chiều chuyển động xilanh đều chịu sự điều khiển bởi nguồn không khí nén cung cấp

Về nguyên tắc, chiều dài hành trình của xilanh không bị giới hạn nhưng khi thanh Piston (còn gọi là cán Piston) dài cần phải xem xét sự công vênh, sự

Cũng giống như xilanh tác động đơn, việc làm kín giữa Piston và xilanh được thực hiện nhờ các vòng đệm kín hoặc các màng

Xilanh tác dụng kép được chia làm 2 loại:

Xilanh tác dụng kép không có giảm chấn ở cuối hành trình Xilanh tác dụng kép có giảm chấn ở cuối hành trình

Nguyên lý hoạt động của xilanh tác dụng hai chiều là áp suất khí nén được dẫn vào cả hai phía của xilanh

Các đặc tính kỹ thuật của xylanh [4]

Các đặc tính kỹ thuật của xylanh có thể được xác định bằng lý thuyết hoặc bằng các số liệu do nhà sản xuất cung cấp Cả hai phương pháp đều được chấp nhận, nhưng một cách tổng quát thì các số liệu của nhà sản xuất có liên quan với đặc điểm cấu tạo và ứng dụng cụ thể hơn

Lực tác động của Piston

Lực tác động của Piston phụ thuộc vào các yếu tố: áp suất không khí nén, đường kính xylanh và sự ma sát của các bộ phận làm kín Về mặt lý thuyết lực Piston được tính gần đúng bằng công thức:

Trong đó: + Fth: Lực Piston (N)

+ A : Diện tích tác dụng của Piston (m2) + p : Áp suất hoạt động (Pa)

Lực tác động lên cần Piston của xylanh tác động kép

Khi tính toán lực cần phải để ý đến chiều chuyển động của cần Piston.

Lực tác động khi cần Piston đi ra:

Trong đó: FA [daN] : Lực tác động khi cần Piston đi ra A1 [cm2] : Diện tích mặt đáy Piston A1 = π D2 / 4.

FA = A1 pe2 η

Fth = A p

D [cm] : Đường kính mặt đáy Piston pe2 [bar] : Áp suất khí nén trong xylanh

η : Hiệu suất xylanh, thông thường η = 0,8

Lực tác động khi cần Piston đi vào:

Trong đó: FE [daN] : Lực tác động khi cần Piston đi vào

A2 [cm2] : Diện tích vòng găng Piston A2 =π.( D2 – d2)/ 4.D [cm] : Đường kính mặt đáy Piston

D [cm] : Đường kính cần Piston

pe2 [bar] : Áp suất khí nén trong xylanh

η : Hiệu suất xylanh, thông thường η = 0,8

Kiểm tra tải trọng cho phép của cần Piston [4]

Hình 1.12 Tải trọng lên cần Piston [4]

A Trường hợp l = h B Trường hợp l = 2h

FE = A2 pe2 η

Trong thực tế, vị trí của xylanh như trong hình có ý nghĩa để kiểm tra tải trọng cho phép của cần Piston Người ta phân ra làm hai loại:

Trường hợp l = h: 2 2 2 2

Trường hợp l = 2.h: 2 2 2 2

1.7.4 Van đảo chiều 5/2 [4]

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều 5 / 2 tác động bằng nam châm điện van phụ trợ bằng khí nén:

Hình 1.13 Trạng thái 0 của van 5/2

Van đảo chiều 5/ 2 đang ở trạng thái 0, nghĩa là van chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa ( P ) sẽ thông với cửa ( B )

Hình 1.14 Trạng thái van 5/2 có tín hiệu tác động

Trạng thái van khi có tín hiệu tác động

Theo hình 1.14, khi có tín hiệu thì đường (14) có tín hiệu thì nòng van sẽ dịch chuyển sang phải nhờ tác dụng của từ truờng và nguồn từ cửa (P) sẽ di chuyển thông lên cửa (A) Khi mất tín hiệu thì do áp lực của lò xo nòng van sẽ di chuyển sang trái và nguồn cửa (P) thông lại với cửa (B)

Ký hiệu:

1.7.5 Van tiết lưu [4]

Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng khí, tức là điều chỉnh vận

tốc hoặc thời gian của cơ cấu chấp hành

Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng khí qua van phụ thuộc vào sự thay đổi tiết diện

Van tiết lưu lắp trực tiếp lên cửa S và cửa R của van đảo chiều, để điều chỉnh vận tốc đường ra của cơ cấu chấp hành

Hình 1.15 Cấu tạo van tiết lưu hai chiều có tiết diện thay đổi [4]

¾ Van Tiết Lưu Một Chiều Điều Chỉnh Bằng Tay:

Nguyên lý hoạt động của van tiết lưu một chiêu điều chỉnh bằng tay được trình bày như hình sau: tiết diện chảy Ax thay đổi nhờ điều chỉnh vít điều chỉnh bằng tay Khi dòng khí nén đi từ A qua B, lò xo đẩy màng chắn xuống và dòng khí nén chỉ đi qua tiết diên Ax Khi dòng khí nén đi từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lò xo đẩy màng chắn lên và như vậy dòng khí nén sẽ đi qua khoảng hở giữa màng chắn và mặt tựa màng chắn, lưu lượng không được điều chỉnh

Hình 1.16 Cấu tạo và ký hiệu van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay [4]

Hình 1.17 Hình dạng thực tế van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay của

hãng Festo [4]

1.8 Các thiết bị chỉ báo [9]

Các thiết bị chỉ báo được dùng để báo hiệu tình trạng hoạt động của hệ thống khí nén và trợ giúp cho việc chẩn đoán hư hỏng

Một số thiết bị chỉ báo thông dụng:

9 Các thiết bị chỉ háo bằng ánh sáng, một hoặc nhiều màu.

9 Các bộ đếm, hiển thị các chu kỳ đếm được.

9 Áp kế, chỉ thị giá trị của áp suất không khí.

9 Timer, hiển thị thời gian trì hoãn.

Các thiết bị chỉ báo bằng ánh sáng được quy định mỗi màu biểu thị cho một tình trạng của hệ thống Các thiết bị chỉ báo này được đặt trên một Panel điều khiển để chỉ báo tình trạng của hệ thống

BẢNG MÃ MÀU VDI/ VDE 0113/57113 [9]

Xanh lá cây An toàn Hoạt động bình thường, an toàn

Xanh lục Thông tin đặc biệt Có ý nghĩa đặc biệt mà không thể làm rõ ràng bởi các màu đỏ, vàng hoặc xanh lá

Trắng hoặc màu sáng

Thông tin tổng quát Không có ý nghĩa đặc biệt

CHƯƠNG 2

HIỆN TRẠNG TẠI DOANH NGHIỆP

Hiện nay trên lĩnh vực sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ nói chung và trong việc sản xuất các mặt hàng như: kệ, va li, nói riêng, các doanh nghiệp thường chủ yếu dùng máy khoan bàn để tiến hành khoan lỗ cho các thanh gỗ ( Doanh Nghiệp Tư Nhân Kim Long Địa chỉ: Đường Phi Trường – Phường Tân Phong – Thành Phố Biên Hòa – Tỉnh Đồng Nai )

Hình 2.1 Khoan gỗ bằng máy khoan bàn tại DNTN Kim Long [13]

Quy trình hình thành sản phẩm kệ, vali tại Doanh Nghiệp Tư Nhân Kim Long n Chuẩn bị gỗ:Khung kệ được hình thành từ các thanh gỗ có kích thước 20 x 20 x 300 mm

Hình 2.2 Các thanh gỗ có kích thước 20 x 20 x 300 mm [13]

o Sau đó đem thanh gỗ đi khoan lỗ: có thể khoan bằng máy khoan bàn hoặc máy

khoan tay

Hình 2.3 Dùng máy khoan bàn hoặc khoan tay để khoan lỗ [13]

p Trong khi khoan lỗ, người thợ phải canh chỉnh sao cho đúng kích thước và khoảng

cách giữa hai lỗ, công đoạn này tốn rất nhiều thời gian