Nghiên cứu mô phỏng số vị trí của piston xylanh khí nén trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thay đổi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu mơ số vị trí pistonxylanh khí nén điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi NGUYỄN VĂN KHOA khoa.nguyenvan1810@gmail.com Ngành Kỹ thuật Cơ điện tử Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thùy Dương Chữ ký GVHD Viện: Cơ khí HÀ NỘI, 5/2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Nguyễn Văn Khoa Đề tài luận văn: Nghiên cứu mơ số vị trí piston-xylanh khí nén điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số SV: CB190060 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 29/04/2021 với nội dung sau: - Chỉnh sửa lỗi soạn thảo văn bản, bảng biểu, hình vẽ Việt hóa thích hình Thêm danh mục từ viết tắt - Chỉnh sửa, cô đọng kết luận chương - Chỉnh sửa luận giải phù hợp cho hình kết mơ Ngày 20 tháng 05 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu mơ số vị trí piston-xylanh khí nén điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô, cán Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng đào tạo sau Đại học, thầy Viện khí viện chun ngành tận tình giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho em suốt trình học tập nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy Viện Cơ khí, Bộ mơn Máy ma sát học tận tình hộ trợ, động viên em trình tìm kiếm tư liệu, nghiên cứu, bồi dưỡng kiến thức để em hoàn thành tốt luận văn Em xin đặc biệt cảm ơn TS.Nguyễn Thùy Dương hướng dẫn, bảo ý kiến vô quý báu, hỗ trợ tạo điều kiện tốt cho em trình học tập thực luận văn Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, người ln động viên, chia sẻ, bên cạnh giúp đỡ em q trình học tập nghiên cứu Tóm tắt nội dung luận văn Ngày nay, piston-xylanh khí nén (PTXLKN) ứng dụng phổ biến hệ thống tự động hóa cơng nghiệp Tuy nhiên, PTXLKN làm việc mơi trường khí hậu nhiệt đới gió mùa nước ta với biên độ nhiệt độ độ ẩm thay đổi cao làm thay đổi đặc tính ma sát, gây trở ngại cho việc điều khiển xác vị trí ổn định tốc độ Điều ảnh hưởng đến chất lượng làm việc PTXLKN nói riêng hệ thống điều khiển tự động hóa nói chung Do đó, việc nghiên cứu mơ số vị trí piston xylanh khí nén điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi cần thiết, làm sơ cho việc điều khiển xác vị trí PTXLKN hệ thống tự động hóa góp phần nâng cao độ xác hệ thống Kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết mô phỏng, luận văn xây dựng phương trình phụ thuộc lực ma sát (FS FD) piston xylanh khí nén phụ thuộc vào nhiệt độ T độ ẩm tương đối RH Mơ sai lệch vị trí dừng piston xylanh khí nén ổ cấp dao máy phay CNC cỡ trung điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi từ xác định khoảng hiệu chỉnh vị trí ổ cấp dao điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi Đối tượng nghiên cứu thiết bị thực nghiệm xylanh tiêu chuẩn có mã hiệu TGC50x150 - S STNC, đường kính piston D = 50mm; đường kính cần piston d = 20mm Đề tài nghiên cứu luận văn có ý nghĩa khoa học thực tiễn, xây dựng phương trình chuyển động PTXLKN điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi Đánh giá độ xác dừng PTXLKN thơng qua mô số làm sở cho giải pháp điều kiển xác vị trí PTXLKN hệ thống tự động hóa Luận văn sử dụng làm tài liệu tham khảo lĩnh vực sản xuất tự động có sử dụng piston-xylanh khí nén Hà Nội, ngày 25 tháng 04 năm 2021 Tác giả luận văn MỤC LỤC CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PISTON-XYLANH KHÍ NÉN 12 1.1 Vai trị đặc điểm piston-xylanh khí nén 12 1.2 Một số đặc điểm hệ thống truyền động khí nén 13 1.3 Cấu tạo piston xylanh khí nén 13 1.4 Phân loại piston xylanh khí nén 15 1.5 Đặc tính làm việc piston xylanh khí nén 19 1.6 1.5.1 Lực đẩy piston 19 1.5.2 Chiều dài hành trình 20 1.5.3 Tốc độ piston 21 1.5.4 Lượng khí tiêu thụ 21 Điều khiển vị trí piston xylanh khí nén 22 1.7 Tình hình nghiên cứu nước ngồi nước đặc tính ma sát piston xylanh khí nén 27 1.7.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 27 1.7.2 Tình hình nghiên cứu nước: 29 KẾT LUẬN CHƯƠNG 31 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT & PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG DỪNG CỦA PISTON XYLANH KHÍ NÉN 32 2.1 Lực ma sát piston xylanh khí nén 32 2.2 Đặc điểm tiếp xúc ma sát cặp ma sát trượt 33 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cặp ma sát trượt 36 2.4 2.5 2.3.1 Ảnh hưởng áp suất pháp tuyến 36 2.3.2 Sự phụ thuộc hệ số ma sát vào vận tốc trượt 37 2.3.3 Sự phụ thuộc lực ma sát vào tốc độ dịch chuyển có bơi trơn 38 2.3.4 Ảnh hưởng vật liệu bôi trơn [18] 39 2.3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ [18] 40 2.3.6 Ảnh hưởng độ ẩm [18] 40 Cơng thức tính hệ số ma sát 41 2.4.1 Cơng thức tính hệ số ma sát theo thực nghiệm 41 2.4.2 Tính lực ma sát xylanh piston khí nén 43 Phương pháp xác định lực ma sát thực nghiệm 46 2.6 Xây dựng phương trình mơ sai lệch vị trí dừng xylanh-piston khí nén 49 KẾT LUẬN CHƯƠNG 52 CHƯƠNG MƠ PHỎNG SỐ VỊ TRÍ PISTON XYLANH KHÍ NÉN TRONG ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM THAY ĐỔI 53 3.1 3.2 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 53 3.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 53 3.1.2 Đối tượng nghiên cứu 53 3.1.3 Thông số ổ cấp dao máy phay CNC V30 54 Ứng dụng Matlab toán kỹ thuật [30] 56 3.3 Xây dựng phương trình lực ma sát PTXLKN điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi 59 3.3.1 Mơ hình thực nghiệm xác định lực ma sát 59 3.3.2 Phương trình lực ma sát PTXLKN điều kiện nhiệt độ vận tốc thay đổi 61 3.3.3 thay đổi Phương trình lực ma sát PTXLKN điều kiện độ ẩm 64 3.4 Mô số sai lệch vị trí dừng PTXLKN điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi 67 3.4.1 Mơ số sai lệch vị trí dừng PTXLKN dùng ổ cấp dao máy phay CNC điều kiện nhiệt độ thay đổi 67 3.4.2 Mô số sai lệch vị trí dừng PTXLKN dùng ổ cấp dao máy phay CNC điều kiện độ ẩm thay đổi 71 KẾT LUẬN CHƯƠNG 77 CHƯƠNG KẾT LUẬN 78 4.1 Kết luận 78 4.2 Hướng phát triển luận văn tương lai 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 82 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Xylanh piston khí nén 12 Hình 1.2: Cấu tạo piston xylanh khí nén [1] 13 Hình 1.3: Một số loại gioăng xylanh piston khí nén [1] 15 Hình 1.4: Xylanh màng [2] 16 Hình 1.5: Xylanh tác động đơn [1] 16 Hình 1.6: Xylanh tác động kép [1] 16 Hình 1.7: Xylanh tác động kép có giảm chấn [1] 16 Hình 1.8: Xylanh tác động kép tiếp đơi [1] 17 Hình 1.9: Xylanh piston hai đầu cần [1] 17 Hình 1.10: Xylanh va đập [1] 17 Hình 1.11: Xylanh nhiều vị trí [1] 17 Hình 1.12: Xylanh không cần loại đai [1] 18 Hình 1.13: Xylanh quay [1] 18 Hình 1.14: Đồ thị quan hệ lực, áp suất đường kình PTXLKN [1] 20 Hình 1.15: Đồ thị quan hệ chiều dài hành trình, lực đường kính cần PTXLKN [1] 20 Hình 1.16: Tốc độ trung bình piston [1] 21 Hình 1.17: Đồ thị quan hệ đường kình piston (mm) , áp suất làm việc (bar) lưu lượng khí tiêu thụ (l/phút) [1] 22 Hình 1.18: Sơ đồ hệ thống điều khiển piston-xylanh khí nén [2] 23 Hình 1.19: Sơ đồ hệ thống điều khiển xylanh khí nén đơn giản [3] 24 Hình 1.20: Sơ đồ cấu tạo cấu chấp hành xylanh nhiều vị trí [3] 24 Hình 1.21: Điều khiển vị trí phanh khí nén [3] 25 Hình 1.22: Điều khiển vị trí với van servo van tỷ lệ [3] 26 Hình 1.23: Quan hệ phụ thuộc lực ma sát với vận tốc [15] 29 Hình 1.24: Đặc tính ma sát giai đoạn dịch chuyển ban đầu với áp suất khác [17] 29 Hình 2.1: Cấu tạo xylanh khí nén 32 Hình 2.2: Đồ thị nguyên tắc biến thiên lực ma sát theo dịch chuyển [21] 32 Hình 2.3: Đặc điểm tiếp xúc hai bề mặt [21] 34 Hình 2.4: Tiếp xúc bề mặt ma sát trượt [9] 34 Hình 2.5: Điểm tiếp xúc lý tưởng mơ tả lị xo tuyến tính [23] 35 Hình 2.6: Biến dạng đàn hồi tác dụng lực [23] 35 Hình 2.7: Liên kết phá vỡ bắt đầu tượng trượt [23] 35 Hình 2.8: Đồ thị nguyên tắc biến thiên hệ số ma sát phụ thuộc áp suất pháp tuyến f = f(p) [21] 36 Hình 2.9: Đồ thị nguyên tắc biến thiên hệ số ma sát phụ thuộc vận tốc trượt f = f(V)[21] 37 Hình 2.10: Đường cong Stribeck [23] 38 Hình 2.11: Vùng bơi trơn giới hạn [23] 38 Hình 2.12: Chuyển động chất bôi trơn vào vùng tiếp xúc [23] 39 Hình 2.13: Vùng bơi trơn hỗn hợp [23] 39 Hình 2.14: Trạng thái 4- bơi trơn uớt hồn tồn [23] 39 Hình 2.15: Các loại gioăng PTXLKN 43 Hình 2.16: Hiệu suất hàm áp suất đường kính piston [27] 44 Hình 2.17; Đặc tính ma sát tương ứng với phương trình (2.17) (2.18) [28] 46 Hình 2.18: Đặc tính ma sát tương ứng phương trình (2.17) (2.18) cho trường hợp chênh lệch áp suất 0, , 4, 6, 8, 10 bar [28] 46 Hình 2.19: Phương án [18] 47 Hình 2.20: Phương án [18] 47 Hình 2.21: Sơ đồ nguyên lý đo ma sát Belforte đồng nghiệp [8] 48 Hình 2.22: Sơ đồ đo lực ma sát Hochang đồng nghiệp [10] 49 Hình 2.23: Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động cho XLPTKN thiết bị thực nghiệm [18] 49 Hình 2.24: Sơ đồ chuyển động piston-xylanh khí nén 50 Hình 3.1: Kết cấu Xylanh TGCSx150 [18] 53 Hình 3.2: Máy phay CNC – V30 LEADWELL 54 Hình 3.3: Mơ hình hệ thống thay dao máy phay CNC V30 55 Hình 3.4: Giao diện hình Matlab 57 Hình 3.5: Kết mô đồ họa 2D Matlab 57 Hình 3.6: Giao diện hình Matlab 58 Hình 3.7: Kết mơ đồ họa 3D Matlab 58 Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị khảo sát đặc tính ma sát PTXLKN[18] 60 Hình 3.9: Thiết bị khảo sát đặc tính ma sát PTXLKN [18] 60 Hình 3.10: Đồ thị đặc tính ma sát PTXLKN [21] 61 Hình 3.11: Đồ thị phụ thuộc lực ma sát tĩnh (FS) vào nhiệt độ khơng khí ẩm (T) vận tốc (v) 63 Hình 3.12: Đồ thị phụ thuộc lực ma sát động (FD) vào nhiệt độ khơng khí ẩm (T) vận tốc (v) 63 Hình 3.13: Đồ thị phụ thuộc ma sát tĩnh (FS) vào độ ẩm tương đối (RH) vận tốc (v) 65 Hình 3.14: Đồ thị phụ thuộc ma sát động (FD) vào độ ẩm tương đối (RH) vận tốc (v) 66 Hình 3.15: Sự phụ thuộc sai lệch vị trí dừng L vào vận tốc v nhiệt độ T, M=90Kg 67 Hình 3.16: Sự phụ thuộc sai lệch vị trí dừng L vào vận tốc v nhiệt độ T, M=240Kg 68 Hình 3.17: Sai lệch vị trí dừng nhiệt độ T thay đổi từ 15 – 49oC vận tốc v=30mm/s (RH = 75%) 68 Hình 3.18: Sai lệch vị trí dừng nhiệt độ T thay đổi từ 15 – 49oC vận tốc v=50mm/s (RH = 75%) 69 Hình 3.19: Sai lệch vị trí dừng nhiệt độ T thay đổi từ 15 – 49oC vận tốc v=100mm/s (RH = 75%) 69 Hình 3.20: Dung sai sai lệch vị trí dừng nhiệt độ T thay đổi từ 15 - 49oC 70 Hình 3.21: Sự phụ thuộc sai lệch vị trí dừng L vào vận tốc v độ ẩm tương đối RH M=240Kg 72 Hình 3.22: Sự phụ thuộc sai lệch vị trí dừng L vào vận tốc v độ ẩm tương đối RH M=90Kg 72 Hình 3.23: Sai lệch vị trí dừng độ ẩm RH thay đổi từ 51 - 99%, vận tốc v=30mm/s 73 Hình 3.24: Sai lệch vị trí dừng độ ẩm RH thay đổi từ 51 - 99%, vận tốc v=50mm/s 73 Hình 3.25: Sai lệch vị trí dừng độ ẩm RH thay đổi từ 51 - 99%, vận tốc v=100mm/s 73 Hình 3.26: Dung sai sai lệch vị trí dừng độ ẩm thay đổi từ 51 - 99% 75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật PTXLKN [18] 53 Bảng 3.2: Thông số ổ cấp dao máy phay CNC 55 Bảng 3.3: Kết thí nghiệm – Đặc tính ma sát phụ thuộc nhiệt độ (T) vận tốc (v) 62 Bảng 3.4: Kết thí nghiệm – Đặc tính ma sát phụ thuộc độ ẩm tương đối (RH) vận tốc (v) 65 Bảng 3.5: Tổng hợp sai số vị trí dừng ổ cấp dao nhiệt độ thay đổi từ 15 đến 49oC 71 Bảng 3.6: Tổng hợp sai số vị trí dừng ổ cấp dao độ ẩm thay đổi từ 51% đến 99% 74 dao M = 240Kg Sai lệch vị trí dừng nhỏ vùng nhiệt độ T = 15oC, vận tốc dịch chuyển v = 30 mm/s khối lượng ổ cấp dao M = 90Kg Dung sai sai lệch vị trí dừng Δ thể hình 3.20, xét khoảng biến thiên nhiệt độ T từ 15 – 49oC, dung sai sai lệch vị trí dừng giảm khối lượng ổ cấp dao tăng (dung sai sai lệch vị trí dừng khối lượng M = 240Kg nhỏ khối lượng M = 90Kg) Dung sai sai lệch vị trí dừng tăng vận tốc dịch chuyển tăng Khoảng dung sai  phân bố trong bảng 3.5 Sai lệch lớn dẫn tới độ khơng đồng tâm trục gá dao ngun nhân gây mịn va đập lỗ trục máy phay CNC Do đó, cần phải điều chỉnh để tâm khoảng dung sai  trùng đường tâm lỗ trục (tham khảo kích thước LT bảng 3.5) Khi giảm ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ đến mòn va đập lỗ trục Việc điều chỉnh cần thực thơng qua q trình hiệu chỉnh máy chạy thử lắp ráp Mặt khác khối lượng ổ cấp dao thay đổi ảnh hưởng đến sai lệch vị trí dừng khoảng dung sai sai lệch Khi mang tối đa dụng cụ tối thiểu dụng cụ gây sai số tới 13-17% Vì vận hành máy CNC bên cạnh việc lựa chọn số dao trữ ổ cấp dao phù hợp với quy trình cơng nghệ gia cơng cần phải quan tâm tới tổng khối lượng dao để giảm dung sai sai lệch vị trí dừng Hình 3.20: Dung sai sai lệch vị trí dừng nhiệt độ T thay đổi từ 15 - 49oC 66 Bảng 3.5: Tổng hợp sai số vị trí dừng ổ cấp dao nhiệt độ thay đổi từ 15 đến 49oC M=90Kg v 15oC 49oC (mm/s) Lmin1 Lmax1 M=240Kg 15oC Δ1 49oC Lmin20 Lmax20 L=(Lmin1+Lmax20) Δ20 /2 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 30 0.68 0.72 0.04 0.82 0.83 0.01 0.76 50 1.95 2.02 0.07 2.28 2.32 0.04 2.14 100 7.35 7.63 0.28 8.9 9.05 0.15 8.2 Trong đó: Lmin1 - Sai lệch nhỏ ổ cấp dao chứa dao dừng; Lmax1 - Sai lệch lớn ổ cấp dao chứa dao dừng; 1 - Dung sai sai lệch ổ cấp dao chứa dao dừng; Lmin20 - Sai lệch nhỏ ổ cấp dao chứa đủ dao dừng; Lmax20 - Sai lệch lớn ổ cấp dao chứa đủ dao dừng; 20 - Dung sai sai lệch ổ cấp dao chứa đủ dao dừng; LT - Khoảng hiệu chỉnh vị trí ổ cấp dao 3.4.2 Mơ số sai lệch vị trí dừng PTXLKN dùng ổ cấp dao máy phay CNC điều kiện độ ẩm thay đổi Từ phương trình lực ma sát (3.4), thay vào phương trình sai lệch vị trí dừng PTXLKN (2.26), xác định sai lệch vị trí L q trình dừng ổ cấp dao máy CNC xét đến ảnh hưởng độ ẩm theo phương trình (3.6): V L   f m.g  p Mv 00  p10 RH  p01 v  p20 RH  p11  RH  v  a.e ( w1 v )  dv (3.6) Trong đó: a = 49.05 , p00 = 14.41, p01 = 0.05426 , p10 = 0.006261; p11 = 0.0007671 ; p20 = -0.0007448; w1 = 0.123 Từ điều kiện làm việc hệ thống thay dao tự động máy CNC, ta xét đến trường hợp sau: hệ thống thay dao có khối lượng lớn nhỏ nhất; độ ẩm tương đối cao thấp nhất; vận tốc lớn nhỏ Sự phụ thuộc sai lệch vị trí dừng L vào khối lượng M, độ ẩm RH vận tốc v thể hình 3.21 67 Hình 3.21: Sự phụ thuộc sai lệch vị trí dừng L vào vận tốc v độ ẩm tương đối RH M=240Kg Hình 3.22: Sự phụ thuộc sai lệch vị trí dừng L vào vận tốc v độ ẩm tương đối RH M=90Kg Từ hình 3.21, hình 3.22 sai lệch vị trí dừng xylanh khí nén điều kiện RH thay đổi từ 51 đến 99% ảnh hưởng đáng kể đến vị trí dừng ổ cấp dao máy CNC, đặc biệt thay đổi khối lượng M Sai lệch vị trí dừng có xu hướng tăng vận tốc v, độ ẩm RH trọng lượng M cấu thay dao tự động tăng Ảnh hưởng trọng lượng ổ cấp dao đến sai lệch vị trí dừng với vận tốc thể hình 3.23, 3.24, 3.25 68 Hình 3.23: Sai lệch vị trí dừng độ ẩm RH thay đổi từ 51 - 99%, vận tốc v=30mm/s Sai lệch vị trí dừng PTXLKN độ ẩm thay đổi từ 51 – 99% v = 30mm/s tăng độ ẩm tương đối tăng Sai lệch vị trí dừng PTXLKN ổ cấp dao máy CNC – V30 mang đủ 20 dao (M = 240Kg) lớn trường hợp mang dao (M = 90Kg) điều kiện độ ẩm vận tốc Hình 3.24: Sai lệch vị trí dừng độ ẩm RH thay đổi từ 51 - 99%, vận tốc v=50mm/s Tương tự vận tốc thay đổi v = 50 mm/s, giá trị sai lệch vị trí dừng nhỏ vùng độ ẩm RH = 51% (L = 1,96 mm), lớn RH = 99% (với L =2.34 mm) Hình 3.25: Sai lệch vị trí dừng độ ẩm RH thay đổi từ 51 - 99%, vận tốc v=100mm/s 69 Tác động độ ẩm RH (thay đổi từ 51 – 99%) có dẫn đến sai số vị trí dừng xylanh khí nén dùng ổ cấp dao máy pháy CNC Từ hình 3.22, 3.23, 3.24 ta rút nhận xét sai lệch vị trí dừng L ổ cấp dao máy phay tăng vận tốc dịch chuyển tăng (tại điều kiện độ ẩm RH thay đổi từ 51 – 99%, trọng lượng M = 90Kg M = 240Kg) Sai lệch vị trí dừng tăng khối lượng cấu chấp hành tăng Sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao lớn vùng độ ẩm RH = 99%, vận tốc dịch chuyển v = 100 mm/s khối lượng ổ cấp dao M = 240Kg Sai lệch vị trí dừng nhỏ vùng nhiệt độ T = 51%, vận tốc dịch chuyển v = 30 mm/s khối lượng ổ cấp dao M = 90Kg Dung sai sai lệch vị trí dừng Δ thể hình 3.26, xét khoảng biến thiên độ ẩm RH từ 51 – 99%, dung sai sai lệch vị trí dừng giảm khối lượng ổ cấp dao tăng (dung sai sai lệch vị trí dừng khối lượng M = 240Kg nhỏ khối lượng M = 90Kg) Dung sai sai lệch vị trí dừng tăng vận tốc dịch chuyển tăng Khoảng dung sai  phân bố trong bảng 3.6 Sai lệch lớn dẫn tới độ khơng đồng tâm trục gá dao ngun nhân gây mịn va đập lỗ trục máy phay CNC Do đó, cần phải điều chỉnh để tâm khoảng dung sai  trùng đường tâm lỗ trục (tham khảo kích thước LT bảng 3.6) Khi giảm ảnh hưởng yếu tố độ ẩm đến mòn va đập lỗ trục Việc điều chỉnh cần thực thơng qua q trình hiệu chỉnh máy chạy thử lắp ráp Bảng 3.6: Tổng hợp sai số vị trí dừng ổ cấp dao độ ẩm thay đổi từ 51% đến 99% M=90Kg v (mm/s) 51% M=240Kg 99% 51% L=(Lmin1+Lmax20) 99% Lmin1 Lmax1 Δ1 Lmin20 Lmax20 Δ20 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) /2 30 0.7 0.74 0.04 0.82 0.84 0.02 0.77 50 1.96 2.06 0.1 2.28 2.34 0.06 2.15 100 7.4 7.8 0.4 8.9 9.15 0.25 8.28 70 Trong đó: Lmin1 - Sai lệch nhỏ ổ cấp dao chứa dao dừng; Lmax1 - Sai lệch lớn ổ cấp dao chứa dao dừng; 1 - Dung sai sai lệch ổ cấp dao chứa dao dừng; Lmin20 - Sai lệch nhỏ ổ cấp dao chứa đủ dao dừng; Lmax20 - Sai lệch lớn ổ cấp dao chứa đủ dao dừng; 20 - Dung sai sai lệch ổ cấp dao chứa đủ dao dừng; LT - Khoảng hiệu chỉnh vị trí ổ cấp dao Mặt khác khối lượng ổ cấp dao thay đổi ảnh hưởng đến sai lệch vị trí dừng khoảng dung sai sai lệch Vì vận hành máy CNC bên cạnh việc lựa chọn số dao dự trữ ổ cấp dao phù hợp với quy trình cơng nghệ gia công cần phải quan tâm tới tổng khối lượng dao để giảm dung sai sai lệch vị trí dừng Mmax=240(kg) Mmin=90(kg) Hình 3.26: Dung sai sai lệch vị trí dừng độ ẩm thay đổi từ 51 - 99% Tác động độ ẩm khí hậu cụ thể Việt Nam với RH thay đổi từ 51 đến 99% dẫn đến sai số vị trí dừng ổ cấp dao sử dụng xylanh khí nén Khoảng dung sai Δ L thể Bảng 3.6 Các giá trị sai số cao dung sai độ không đồng tâm trục ổ đỡ dao ổ cấp dao Đây ngun nhân dẫn đến mịn va chạm lỗ trục máy phay CNC Do đó, cần phải điều chỉnh vị trí tâm khoảng dung sai Δ trùng với đường tâm lỗ trục (tham khảo kích thước L Bảng 3.6) theo RH môi trường Việc điều chỉnh cần thực trình chạy thử hiệu chỉnh máy trình lắp ráp 71 Mặt khác, trọng lượng thay đổi cấu thay dao ảnh hưởng đến sai số vị trí dừng, khoảng dung sai Khi mang tối đa tối thiểu số dụng cụ, sai số vị trí dừng lên đến 11–17% Vì vậy, vận hành máy CNC, bên cạnh việc lựa chọn số lượng dao chứa ổ cấp dao phù hợp với dẫn gia cơng, tổng khối lượng dao thiết phải xem xét để giảm sai số dung sai vị trí dừng Trong thực tế cơng nghiệp, việc sử dụng điều hịa khơng khí cho nhà máy khơng khả thi hiệu thấp Vì vậy, việc trang bị hệ thống hút ẩm để trì độ ẩm ổn định thích hợp Đây điều kiện để điều chỉnh khoảng LT lắp ráp chạy thử máy CNC 72 KẾT LUẬN CHƯƠNG Ảnh hưởng ma sát đến sai số vị trí dừng thay dao máy CNCV30 sử dụng xylanh khí nén nhiệt độ độ ẩm thay đổi khảo sát Từ quy luật tác động ma sát xylanh khí nén điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi với đặc điểm khí hậu Việt Nam, luận văn xác định lượng sai số vị trí dừng PTXLKN sau: Sai số ổ cấp dao máy CNC phụ thuộc vào RH, T, vận tốc số lượng dao lưu trữ ổ cấp dao Sai số vị trí dừng ổ cấp dao đạt đến giá trị lớn RH 99%, T = 49oC, chứa đầy đủ 20 dụng cụ vận tốc cao piston xylanh khí nén Ngược lại, sai số nhỏ RH 51%, T =15oC, lưu trữ công cụ vận tốc nhỏ Trong hành trình PTXLKN, kết vận tốc cao tạo sai số vị trí lớn Khoảng hiệu chỉnh vị trí cấp dao xác định Bảng 3.5, 3.6 sử dụng để hiệu chuẩn chạy thử lắp đặt máy phay CNC điều kiện khí hậu Việt Nam với vận tốc từ 30 đến 100 mm/s Điều hạn chế suy giảm độ xác máy CNC nói chung độ xác lắp ráp cụm trục giá đỡ dao nói riêng hoạt động Việt Nam 73 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận PTXLKN sử dụng phổ biến hệ thống điện tử, chất lượng chuyển động PTXLKN định đến chất lượng hệ thống Ma sát nguyên nhân quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng làm việc PTXLKN Mơi trường khí hậu nhiệt đới ẩm Việt Nam với yếu tố đặc trưng RH T có ảnh hưởng rõ rệt đến lực ma sát PTXLKN, thể qua phương trình F= F(v,RH) F= F(v,T) Xây dựng phương trình chuyển động dừng PTXLKN có kể đến ảnh hưởng ma sát PTXLKN điều kiện nhiệt độ T độ ẩm tương đối RH thay đổi Bằng phương pháp mô số xác định dung sai sai lệch vị trí dừng PTXLKN điều kiện nhiệt độ T độ ẩm RH khác Đưa khoảng điều chỉnh LT trình hiệu chỉnh vận hành máy phay CNC làm việc điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm gió màu Việt Nam 4.2 Hướng phát triển luận văn tương lai Tiếp tục nghiên cứu mô ảnh hưởng ma sát điều kiện nhiệt đới ẩm Việt Nam đến độ xác chuyển động PTXLKN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Peter Croser Frank Ebel, Pneumatics basic Festo, 2002 [2] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển khí nén Nhà xuất giáo dục, 2008 [3] Igor Lazar Krivts, German Vladimir Krejnin, Pneumatic Actuating Systems for Automatic Equipment, Structure and Design, CRC Press, 2016 [4] Bashir M Y Nouri, Farid Al-Bender, Jan Swevers, Paul Vanherck and Hendrik Van Brussel Modeling a Pneumatic Servo Positioning System with Friction Proceedings of the ACC 2000, pp 1067-1071 [5] Kuo-Ming Chang1, Yung-Tien Liu2 and Sheng-Jung Hsieh1; Fuzzy Control with Friction Compensation for a Pneumatic Positioning System; In Proceedings of the 13th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO 2016) - Volume 1, pages 471-476 [6] Xuan Bo Tran1, Van Lai Nguyen1,2 , and Khanh Duong Tran1; Effects of friction models on simulation of pneumatic cylinder; Mech Sci., 10, 517– 528, 2019 [7] T Raparelli, A Manuello Bertettot and L Mazzat Experimental and numerical study of friction in an elastomeric seal for pneumatic cylinders Tribology international Vol 30(1997) No 7, pp 54lT552 [8] G.Sc Belforte, G Mattiazzo and S Mauro Measurement of Friction Force in Pneumatic Cylinders Tribotest Journal, Vol 10(2003), No 1, pp 33-48 [9] Bashir Nouri, Modelling and control of pneumatic servo positioning systems, 2001 [10] Ho Chang, Chou-Wei LAN, Chih-Hao Chen, Tsing-Tshih Tsung, Jia-Bin GUO, Measurement of frictional force characteristics of pneumatic cylinders under dry and lubricated conditions Przegląd Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, R 88 NR 7b, pp261-264, 2012 [11] Xuan Bo Tran, Hideki Yanada, Dynamic Friction Behaviors of Pneumatic Cylinders Intelligent Control and Automation, 4, 180-190, 2013 [12] Yasunori WAKASAWA*1, Yuhi ITO*2 and Hideki YANADA*3 Friction and Vibration Characteristics of Pneumatic Cylinder The 3rd International 75 Conference on Design Engineering and Science, ICDES 2014 Pilsen, Czech Republic, August 31 – September 3, 2014 [13] Niko Herakovič, Jože Duhovnik, Dragica Noe, Friction Force in the Pneumatic Cylinder, Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering, 38,10-12, pp.279-288, 1992 [14] Takahiro KOSAKI, Manabu SANO; Effect of Sliding Surface Temperature on Frictional Force in a Pneumatic Cylinder; transactions of the Japan hudraulics & Pneumatics society; Vol 32 Issue 4, pp.98-103, 2001 [15] Nguyễn Minh Trường, Xác định lực ma sát xylanh khí nén Luận án tiến sỹ kỹ thuật khí động lực, 2004 [16] Trần Xuân Bộ, Nguyễn Trung, Friction behavior of pneumatic cylinder in pre-sliding regime RCMME2014, 2014 [17] Trần Xuân Bộ, Mô đặc tính động lực học hệ thống servo khí nén, Tạp chí khoa học cơng nghệ 140, pp.018-024, 2020 [18] Nguyễn Thùy Dương, Luận án tiến sỹ, 2016 [19] Thuy-Duong Nguyen, Van – Hung Pham; Study of the effects of relative humidity and velocity on the friction characteristics of pneumatic cylinders; International Journal of Modern Physics B, Vol 34, Nos 22–24, pp.20401391-5, 2020 DOI: 10.1142/S0217979220401396 [20] V.-H Pham, T.-D Nguyen,* T.-A Bui; Behavior of Friction in Pneumatic Cylinders with Different Relative Humidity; Tribology in Industry, Vol 42, No 3, pp.400-406, 2020, DOI: 10.24874/ti.878.04.20.07 [21] Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Văn Hùng, Ma sát học Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2005 [22] Nguyễn Dỗn Ý, Giáo trình ma sát mịn bơi trơn Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 [23] Brian Armstrong-Helouvry, Control of machines with friction Springerscience+business media, LLC, 1991 [24] Peter Beater, Pneumatic Drives Spinger, 2007 [25] Tustin A, The effects of backlash and of speed-dependent friction stability of closed-cylce control systems IEE Journal 94: 143–151, 1947 76 [26] Fleischer H, Manual of pneumatic system operation McGraw-Hill, NewYork San Francisco Washington, 1995 [27] Komvopoulos K, Li H, The effect of tribofilm formation and humidity on the friction and wear properties of ceramic materials, J Tribol, 114, pp.131– 40, 1992 [28] Ballard R L, The dynamic characteristics of pneumatic actuator and valve systems Ph.D thesis, University of Bath, 1974 [29] Eschmann R, Reibkräfte an Pneumatikdichtungen Proc 10 Aachener Fluidtechnisches Kolloquium, Aachen, 1992 [30] Nguyễn Quang Hoàng, MATLAB & SIMULINK cho kỹ sư, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2019 77 PHỤ LỤC Chương trình MATLAB Sai lệch vị trí dừng v = 30 mm/s clc; clearvars; close all; load('L_1dao_30.mat');load('L_20dao_30.mat'); %% Plot Dealta_V % Create figure figure2 = figure(2); % Create axes axes2 = axes(figure2); hold(axes2,'on'); % plot2 = plot(T, L_1dao_V30*1000,T, L_20dao_V30*1000,'LineWidth',1); set(plot2(1),'DisplayName','$$M_{min}$$$$=$$$$90$$ $$\rm($$$${kg}$$$$\rm)$$'); set(plot2(2),'DisplayName','$$M_{max}$$$$=$$$$240$$ $$\rm($$$${kg}$$$$\rm)$$', 'LineStyle',' '); % Create ylabel ylabel({'$$L$$ $$\rm($$$$mm$$$$\rm)$$'}, 'Interpreter','latex'); % Create xlabel xlabel('$$T$$ $$\rm($$$$^0C$$$$\rm)$$','Interpreter','latex'); box(axes2,'on'); % Set the remaining axes properties set(axes2,'FontSize',8,'GridAlpha',1,'GridLineStyle',':', 'TickLabelInterpreter','latex','XGrid','on','XMinorTick','on','YGrid', 'on', 'YMinorTick','on'); % Create legend legend2 = legend(axes2,'show'); set(legend2,'Orientation','horizontal','Location','southeast', 'Interpreter','latex'); Sai lệch vị trí dừng v = 50 mm/s clc; clearvars; close all; load('L_1dao_50.mat');load('L_20dao_50.mat'); %% Plot Dealta_V % Create figure figure2 = figure(2); % Create axes axes2 = axes(figure2); 78 hold(axes2,'on'); % plot2 = plot(T, L_1dao_V50*1000,T, L_20dao_V50*1000,'LineWidth',1); set(plot2(1),'DisplayName','$$M_{min}$$$$=$$$$90$$ $$\rm($$$${kg}$$$$\rm)$$'); set(plot2(2),'DisplayName','$$M_{max}$$$$=$$$$240$$ $$\rm($$$${kg}$$$$\rm)$$', 'LineStyle',' '); % Create ylabel ylabel({'$$L$$ $$\rm($$$$mm$$$$\rm)$$'}, 'Interpreter','latex'); % Create xlabel xlabel('$$T$$ $$\rm($$$$^0C$$$$\rm)$$','Interpreter','latex'); box(axes2,'on'); % Set the remaining axes properties set(axes2,'FontSize',8,'GridAlpha',1,'GridLineStyle',':', 'TickLabelInterpreter','latex','XGrid','on','XMinorTick','on','YGrid', 'on', 'YMinorTick','on'); % Create legend legend2 = legend(axes2,'show'); set(legend2,'Orientation','horizontal','Location','southeast', 'Interpreter','latex'); Sai lệch vị trí dừng v = 100 mm/s clc; clearvars; close all; load('L_1dao_100.mat');load('L_20dao_100.mat'); %% Plot Dealta_V % Create figure figure2 = figure(2); % Create axes axes2 = axes(figure2); hold(axes2,'on'); % plot2 = plot(T, L_1dao_V100*1000,T, L_20dao_V100*1000,'LineWidth',1); set(plot2(1),'DisplayName','$$M_{min}$$$$=$$$$90$$ $$\rm($$$${kg}$$$$\rm)$$'); set(plot2(2),'DisplayName','$$M_{max}$$$$=$$$$240$$ $$\rm($$$${kg}$$$$\rm)$$', 'LineStyle',' '); % Create ylabel ylabel({'$$L$$ $$\rm($$$$mm$$$$\rm)$$'}, 'Interpreter','latex'); % Create xlabel xlabel('$$T$$ $$\rm($$$$^0C$$$$\rm)$$','Interpreter','latex'); box(axes2,'on'); % Set the remaining axes properties set(axes2,'FontSize',8,'GridAlpha',1,'GridLineStyle',':', 79 'TickLabelInterpreter','latex','XGrid','on','XMinorTick','on','YGrid', 'on', 'YMinorTick','on'); % Create legend legend2 = legend(axes2,'show'); set(legend2,'Orientation','horizontal','Location','southeast', 'Interpreter','latex'); Dung sai sai lệch vị trí dừng Δ clc; clearvars; close all; load('Delta_1.mat');load('Delta_20.mat'); %% Plot Dealta_V % Create figure figure2 = figure(2); % Create axes axes2 = axes(figure2); hold(axes2,'on'); % plot2 = plot(V*1000, Delta_1dao*1000,V*1000, Delta_20dao*1000,'LineWidth',1); set(plot2(1),'DisplayName','$$M_{min}$$$$=$$$$90$$ $$\rm($$$${kg}$$$$\rm)$$'); set(plot2(2),'DisplayName','$$M_{max}$$$$=$$$$240$$ $$\rm($$$${kg}$$$$\rm)$$', 'LineStyle',' '); %'DisplayName','$$M_{max}$$$$=$$$$240$$ $$\rm($$$${kg}$$$$\rm)$$', % 'LineStyle',' '); %'DisplayName','$$M_{min}$$$$=$$$$90$$ $$\rm($$$${kg}$$$$\rm)$$'); % Create ylabel ylabel({'$$\Delta$$ $$\rm($$$$mm$$$$\rm)$$'}, 'Interpreter','latex'); % Create xlabel xlabel({'$$V$$ $$\rm($$$${mm/s}$$$$\rm)$$'},'Interpreter','latex'); box(axes2,'on'); % Set the remaining axes properties set(axes2,'FontSize',8,'GridAlpha',1,'GridLineStyle',':', 'TickLabelInterpreter','latex','XGrid','on','XMinorTick','on','YGrid', 'on', 'YMinorTick','on'); % Create legend legend2 = legend(axes2,'show'); set(legend2,'Interpreter','latex'); 80 ... trình mơ sai lệch vị trí dừng xylanh -piston khí nén 49 KẾT LUẬN CHƯƠNG 52 CHƯƠNG MƠ PHỎNG SỐ VỊ TRÍ PISTON XYLANH KHÍ NÉN TRONG ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM THAY ĐỔI 53 3.1 3.2... riêng hệ thống điều khiển tự động hóa nói chung Do đó, việc nghiên cứu mơ số vị trí piston xylanh khí nén điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi cần thiết, làm sơ cho việc điều khiển xác vị trí PTXLKN... nhiệt độ T độ ẩm tương đối RH Mơ sai lệch vị trí dừng piston xylanh khí nén ổ cấp dao máy phay CNC cỡ trung điều kiện nhiệt độ độ ẩm thay đổi từ xác định khoảng hiệu chỉnh vị trí ổ cấp dao điều kiện