Tính toán các chân

Vật liệu chế tạo lò xo là thép đàn hồi có lượng cacbon (0,55 0,65%).

Xét trong điều kiện thanh chịu uốn thuần tuý (nghĩa là dao động lên xuống mà không có xoắn).

Hình 4.11: Thép lá lò xo

Thông số hình học của lò xo như hình vẽ. Trong ba thông số này ta chọn hai thông số và ta tính thông số còn lại:

Chọn: b = 25 (mm) L = 200 (mm)

Tính h = ? (vì độ cứng của lò xo sẽ phụ thuộc vào thông số còn lại này )  Ta có tần số dao động cưỡng bức :

L

b

 = 2f =2 .3,14 . 50 = 314 (rad/s) [7]

Trong thực tế thì tần số dao động cưỡng bức  luôn nhỏ hơn tần số dao động riêng 0 (<0). Hay 0 1   

. Vì vậy xét trong điều kiện hệ thống ổn định ta sẽ chọn

0

0,8 ÷ 0,95

 



 Suy ra tần số dao động riêng :

0 (rad/s) 0,95 314 = 320 0,95    

 Độ cứng tương đương của lò xo: cm.02

Trong đó:

- m: tổng khối lượng phía trên lò xo (bao gồm mphễu và mchi tiết) m= mphễu+ mchi tiết= 11+5=16 (Kg)

 c 16.(320)2 1638400(N/m)1639(N/mm)

Vì sử dụng 4 lò xo lá giống nhau nên ta có:

c = c1 +c2+c3 +c4=4c1  c1 = 410 (N/mm) Từ công thức: 1 3 3 l EJ c  [7] Trong đó:

 E: mô đun đàn hồi của vật liệu E = 2.105

(N/mm2)  J: mômen quán tính

Vì lò xo có tiết diện hình chữ nhật nên:

12

3

bh

b h Hình 4.11: Tiết diện thép lá 1 3 1 3 . . 3 14 (mm) 3 3 3 5 3Ebh c 12l 12 c l 12.410.200 h 3Eb 3.2.10 .25       4.6 TệNHăTOÁNăNAMăCHỂMăĐIỆN

4.6.1 Ch năs ănamăchơmăđi năt ăsửădụngătrongăcơăc uărung (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Khi thiết kế cơ cấu cấp phôi rung động có rãnh xoắn vấn đề xác định số lượng nam châm điện trong cơ cấu là rất quan trọng. Chỉ tiêu xác định số nam châm điện là tỉ lệ tương quan giữa lực kéo tác dụng lên các chân và độ cứng vững của đáy phễu.

4.6.1.1ăCơăc uăcóăm tănamăchơmăđi n

Khi có một nam châm điện

  P P1 P2 P0

Hình 4.12: Sơ đồ tác dụng lực khi có một nam châm điện [1] Ta có: P1 = P.Sin

Khi cơ cấu có bốn chân thì P = P0 /4 2 4 6 8 10 P ( Kg) 10 20 30 40 50  2 1

Hình 4.13: Quan hệ phụ thuộc giữa thành phần lực P1, P2 và góc nghiêng  [1]

Như vậy, khi có một nam châm trong cơ cấu thì nên chọn  lớn trong trường hợp này công suất để tạo ra lực kéo yêu cầu là thấp nhất.

Đường kính của phễu cũng phụ thuộc vào số nam châm điện trong cơ cấu. Khi đường kính phễu tăng thì độ cứng vững của đáy phễu giảm bởi vì khối lượng của đáy và thành phễu tăng không tỷ lệ với nhau, còn độ cứng vững không đủ của đáy phễu có thể làm cho nó dao động như một cái máng và biên độ của dao động xoắn có thể rất nhỏ và không có khả năng làm cho phôi chuyển động theo bề mặt.

4.6.1.2 Khiăcóăb n nam châm đi n



P

Các nam châm điện được gá đối diện với các chân và chúng tác dụng lên phễu ở các vị trí có độ cứng vững cao nhất, có nghĩa là theo chu vi ngoài của phễu.

Khi có bốn nam châm điện trong cơ cấu thì lực kéo P do một nam châm điện tạo ra sẽ tác dụng lên một chân theo phương có độ cứng vững thấp nhất.

Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy: cơ cấu có một nam châm điện được dùng trong cơ cấu cấp phôirung động với phễu nhỏ (đường kính < 0,4m) để cấp phôi nhỏ và nhẹ, còn cơ cấu có bốn nam châm điện được dùng trong cơ cấu cấp phôi rung động với phễu lớn (đường kính > 0,3÷1m) để cấp phôi có kích thước trung bình và lớn bởi vì bốn nam châm có khả năng tạo ra lực kéo lớn.

Vì vậy, đối với chi tiết được tính toán thiết kế trong đề tài, thì ở đây sẽ sử dụng một nam châm điện từ đặt tại đường tâm phễu.

4.7 C ăC UăRUNGăĐIỆNăT

Cơ cấu rung điện từ cần được xem như hệ dao động cơ điện thuần nhất, nơi mà điện năng chuyển thành cơ năng dao động. Sự thay đổi độ cứng vững của các chân, khối lượng của các phần di động, trạng thái vật lý của vật liệu chi tiết và các yếu tố khác sẽ làm cho biên độ dao động của cơ cấu thay đổi, vì vậy để có được các quy luật chuyển động cần thiết của máng chứa trong cơ cấu cấp phôi rung động người ta sử dụng các loại cơ cấu rung điện từ và các sơ đồ cấp điện khác nhau.Theo nguyên tắc hoạt động thì các cơ cấu rung điện từ được chia ra làm hai loại:

 Cơ cấu rung điện từ một nhịp (một nam châm điện)  Cơ cấu rung điện từ hai nhịp (hai nam châm điện)

4.7.1 Cơăc uărungăđi năt ăm tănh p

Cơ cấu rung điện từ một nhịp cấu tạo gồm một nam châm điện, trong đó xuất hiện lực một hướng. Hành trình ngược lại của phần ứng (của nam châm điện) được thực hiện nhờ năng lực đàn hồi được tích tụ ở các chân khi thực hiện hành trình thuận. Như vậy, trong cơ cấu rung điện từ một nhịp nhờ có tác dụng một phía của lực kéo đã xuất hiện tải trọng bổ sung ở các phần tử đàn hồi của cơ cấu.

Khi cấp dòng điện xoay chiều có tần số 50Hz cho cuộn dây trong mỗi nữa chu kỳ chuyển động của dòng điện sức kéo của phần ứng đạt giá trị cực đại, còn khi giảm dòng điện độ nén đàn hồi của thép lá trở về vị trí ban đầu. Như vậy, tần số dao động của máng chứa so với tần số cấp điện tăng lên hai lần .

I

t

P(t)

t

Hình 4.15: Tần số dao động [1]

4.7.2 Cơăc uărungăđi năt ăhaiănh p

Có cấu tạo gồm 2 nam châm điện và các phần ứng của chúng được nối cứng với nhau

Với kết cấu như vậy lực kéo nam châm điện tác dụng ở hai phía đối xứng và không gây ra tải trọng bổ sung cho hệ thống đàn hồi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Cơ cấu rung điện từ hai nhịp là cơ cấu hoàn thiện bởi vì chúng đảm bảo sự đối xứng của đường cong thay đổi dòng điện, loại bỏ khả năng xuất hiện sai số, đảm bảo độ ổn định của cơ cấu và nâng cao công suất hoạt động.

4.7.3 Tínhănamăchơmăđi n [1]

Trong phễu cấp phôi rung động. Dẫn động của các cơ cấu cấp phôi kiểu này có thể là các đầu rung điện từ, cơ khí, khí nén hoặc thủy lực. Thông dụng nhất là đầu rung điện từ vì chúng cho phép điều chỉnh vô cấp năng suất cấp phôi. Vì vậy trong phần tính dẫn động cho phễuta sẽ tính toándẫn độngbằng nam châm điện xoay chiều, có tần số là 50 (Hz) tương ứng với 3000(dao động /phút). Lực kích động ban đầu là H = 320 (N).

Lực kéo của nam châm điện P0 = 320 (N). Hiệu điện thế U=220 (V). Cảm ứng điện từ B=10000 Gaus(1 Gaus = 10- 4Tecla). Vật liệu của phần cảm là thép 1(A).

Lực kéo P0 của nam châm điện khi cấp dòng điện hình sin cho cuộn dây được viết bằng biểu thức: P0 = H.sinωt

Với: H –lực kích ban đầu → P0max = 320 (N) b S c lb l n l c n c h

Tiết diện của phần cảm: 2 2 0 5000 5000 320 12.5( ) . 0,8.10000 c S P cm K B                Trong đó:

 P0 (P0=320N): lực kéo trung bình do nam châm điện sinh ra (N)  B(B=10000): cảm ứng từ lớn nhất trong thép (T- tecla)

 K(K=0,8): hệ số phân tán cảm ứng từ trong khe hở Chiều dày của phần cảm trung tâm

. c c S l b Chọn: lc = 3,2 (cm) ( ) c c S 12,5 b = 4 cm l 3,2    Trong đó:

 b: chiều dày của thanh

 lc: bề rộng của phần cảm trung tâm Bề rộngcủa phần cảm ngoài (cm) c l 3,2 c = 1,6 2 2   Bề rộng cửa sổ: n = lc=3,2 (cm) Chiều cao của phần cảm

h = (2,5-3)n = 8  9,6 (cm) Chiều cao của thép

b

l  h c = 8+1,6 = 9,6 (cm) Bề rộng khuôn khổ của thép

l = l +2c+2n = 3,2+2.1,6 +2.3,2 = 12,8c (cm)

Theo kích thước hình học của thép có thể xác định số Ampe - vòng được cuốn vòng phần cửa sổ:

Ah n 10. . 2. . K0 8.3,2.100.2.0,3 = 1536 Trong đó:

  2(A/cm)

 K0: Hệ số điền đầy của dây đồng (K0= 0.25  0.3) Số vòng cần thiết là: 0 . . . 8 8 c 10 U 10 .220 = 793 4,44 f B S 4,44.50.10000.12,5   (vòng)

Trong đó: f0 = 50 (Hz): tần số của dòng điện Tiết diện của dây

. . 2 (mm ) 2 2 d h n 0,35.10 8.3,2.0,35.10 S = 1,13 793    Đường kính dây . 3.14 d 4 S 4.1,13 d = 1,2          (mm)

Dòng điện của cuộn dây

Số vòng ở hàng thứ nhất 0.9 k B n 0,9.28 K 21 d 1,2     (vòng) Trong đó:

 nk : bề rộng của cuộn dây. Chọn nk = 28 (mm)  0.9: hệ số tính đến các cuộn dây

Số hàng trong cuộn dây:

0.8 hk 0,8.70 m 46 d 1,2     (hàng) Trong đó: (A) A 1536 I 1,94 793     

 hk: chiều cao của cuộn dây(mm). Chọn hk = 70 (mm)

 0.8: hệ số tính đến lớp cách điện giữa các hàng trong cuộn dây Số vòng trong cuộn dây:

k KB.m21.46 = 966 (vòng) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Công suất sinh ra nhiệt Pađược tính theo công thức:

2 . cos R I UI Pa    a Trong đó:

 cos: hệ số công suất.

 Ra: điện trở của cuộn dây, được tính như sau:

d a S l R .0.  [1] Với:

 : điện trở riêng của đồng :

2 W.mm ( ) m 0,0175 

 l0: chiều dài của một vòng ở giữa cuộn dây

l0 = (7+7).2 = 28 (cm) = 0,28 (m) 0 . . 0, 28 ( ) a d l 0,0175. .793 R = 3,7 S 1,2      2 cos . 2 (W) a a P UI  R I 3,7.1,94 13,9      4.8 C ăC UăGẢMăCH N

Khi làm việc, cơ cấu cấp phôi rung động truyền lực kích thích lên máy làm cho máy bị rung động gây hậu quả xấu đến chất lượng gia công. Vì vậy, sử dụng cơ cấu cấp phôi rung động đòi hỏi phải có cơ cấu giảm rung.

Để giảm rung động người ta thường dùng các đế tỳ đàn hồi hay còn gọi là các cơ cấu giảm chấn. Cơ cấu giảm chấn có thể là lò xo, đệm cao su, chúng có khả năng giảm rung động, tạo điều kiện cho máy làm việc ổn định hơn.

Hình 4.18: Cơ cấu giảm chấn bằng cao su [1] Cơ cấu giảm chấn bằng lò xo

Hình 4.19: Cơ cấu giảm chấn bằng lò xo [1]

Giảm chấn bằng lò xo có ưu điểm là có thể điều chỉnh độ cứng vững do đó có thể đạt được tần số dao động riêng theo yêu cầu. Ngoài ra, giảm chấn lò xo còn giữ được tính đàn hồi lâu hơn giảm chấn cao su. Tuy nhiên, trong thực tế người ta sử dụng giảm chấn cao su nhiều hơn bởi vì chúng có khả năng chống rung tốt hơn, kết cấu đơn giản dễ chế tạo hơn.Trong quá trình làm viêc, cơ cấu giảm chấn hoạt động tốt chỉ khi tỷ số

a 1.41    . Nếu tỷ số a 1.41 

  thì hiệu quả giảm chấn không cao( tham khảo biểu đồ 6.31- [1]).

Trong đó:

 : tần số dao động cưỡng bức(=314rad/s)

a

 : tần số dao động riêng của cơ cấu giảm chấn Vậy để cơ cấugiảm chấn hoạt động tốt thì 314 222.7

1, 41

a

   (rad/s). Xác định kích thước của giảm chấn cao su:

 Để tính được kích thước của giảm chấn cần chọn trước thông số chiều cao: h (h=30mm).

 Xác định đường kính của giảm chấn cao su: Độ cứng của giảm chấn:  2 2 . 78. 222, 7 1290000( / ) 1290( / ) 3 a m C N m N mm n      (1) Mặt khác: 4 3 3 3. . 3. . . 64. E J E D C h h    (2) Từ (1) và (2) ta có: 3 3 41290.64. 41290.64.30 44( ) 3. . 3.3.14.60 h D mm E     Trong đó: a

 : tần số dao động riêng của cơ cấu giảm chấn(a=222.7 rad/s)

m

 : tổng khối lượng của cả cơ cấu rung(m=78 kg) h: chiều cao của cơ cấu giảm chấn (h=30 mm)

n: số lượnggiảm chấn (n=3)

E : môđun đàn hồivật liệu cao su (E=60 N/mm2) J: mômen quán tính tiết diện tròn ( (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

4 . 64 D J   )

4.9 MỌăHỊNHă3DăPH UăRUNG

Hình 4.20: Mô hình phễu rung cấp phôi

4.10 ĐI UăKHI NăPH U RUNG

Mô tả yêu cầu điều khiển phễu rung:

Hoạt động của phễu rung được điều khiển bởi 3 cảm biến S1, S2 và S3 được bố trí trên băng tải như hình.

Theo chiều di chuyển của phôi từ phễu rung xuống băng tải thì khi nhấn nút star thì phễu rung hoạt động. Phôi từ phễu rung sẽ di chuyển xuống băng tải và cảm biến S1 sẽ thấy sản phẩm trước. Phễu rung hoạt động cho tới khi S1, S2, S3 cùng nhìn thấy sản phẩm thì sẽ dừng. Phễu sẽ hoạt động trở lại khi cả hai cảm biến S2 và S3 không nhìn thấy sản phẩm nữa. Như vậy, ngoại trừ chu kỳ đầu tiên các chu kỳ tiếp theo phôi lúc nào cũng được dự trữ trên băng tải đảm bảo cho hệ thống hoạt động liên tục trong lùc chờ phễu rung tiếp tục cấp phôi cho chu kỳ

sau.

Chương trình điều kiển PLC

4.11 PH NGăPHÁPĐI UăCH NHăNĔNGăSU TăPH U

Để thay đổi năng suất của phễu, phương pháp thường dùng là thay đổi khoảng cách khe hở giữa lõi sắt từ và nam châm điện, thay đổi hiệu điện thế hay tần số dòng điện, hoặc thay đổi khối lượng của chi tiết trong cốc phễu.

Chươngă5

TÍNH TOÁN, THI TăK ăROBOT

5.1 CÁC THÔNG S K THU T C A ROBOT

Robot công nghiệp rất đa dạng về kết cấu và tính năng, được đánh giá bằng các thông số kỹ thuật rất khác nhau.

Robot được thiết kế trong hệ thống cấp phôi này là robot kiểu phẳng vì kết cấu robot kiều này khá đơn giản, dễ chế tạo, có thể đáp ứng được những yêu cầu của hệ thống.

Vì Robot trong hệ thống chỉ dùng để vẩn chuyển phôi từ băng tải, cấp cho máy NC nên chỉ cần 3 bậc tự do là đủ.

Một số thông số kỹ thuật của robot:

 Sức nâng của robot: là khối lượng lớn nhất của vật mà robot có thể nâng được trong điều kiện nhất định ( như khi tốc độ dịch chuyển cao nhất hoặc khi tay với dài nhất ). Trọng lượng của chi tiết mà robot cần phải nâng lớn nhất 0.5 kg.

 Truyền động cho robot: dùng truyền động khí nén để nâng và mang vật.

 Số bậc tự do: đây là robot 3 bậc tự do (robot có 3 bậc tự do chuyển động tịnh tiến) .

 V ù n g c ô n g t á c :vùng công tác của robot có dạng phẳng.

 Tầm với: là 33 (cm).

 Đặc tính của hệ điều khiển: Có hai kiểu điều khiển hay dùng cho robot đó là:

-Điều khiển điểm - điểm : được dùng cho các robot hàn điểm, vận chuyển,...vv.

vì phải sử dụng hệ thống điều khiển phức tạp và đắt tiền.

Vì robot trong đề tài chỉ có nhiệm vụ vận chuyển là chính nên dùng kiểu điều khiển điểm - điểm ( point to point ). Các điểm mà robot cần tới được đặt cố định và được xác định bằng cảm biến đặt tại điểm đó. Khi cảm biến báo robot đã tới điểm cần tới thì hệđiều khiển sẽ hoạt động thực hiện công việc đã được lập trình tại điểm đó.

Giao tiếp với thiết bị ngoại vi: Robot có nhiệm vụ cung cấp phôi phục vụ một máy tiện NC. Vì vậy hệ thống điều kiển robot phải kết nối được với hệ điều kiển của máy NC.

5.2ăăNGUYểNăLÝăHOẠTăĐ NGăC AăROBOT

Phôi nguyên liệu từ phễu rung cung cấp cho băng tải, được đưa vào đúng vị trí cấp phôi cho robot. Sau đó cơ cấu nâng phôi cấp cho robot. Robot gắp phôi di chuyển và gá phôi vào mâm cặp của máy NC. Sau đó di chuyển đến vị trí ban đầu chờ đến khi máy Nc gia công xong robot thực hiện chu kỳ tiếp theo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Để thực hiện được nhiệm vụ này robot cần có 3 bậc tự do chuyển động tịnh