4.1.1.Hệ thống cấp phôi tự động bằng piston – xilanh
Hình 4.1 Hệ thống cấp phôi tự động bằng piston - xilanh Hoạt động:
Trình tự hoạt động của hệ thống cấp phôi tự động nhƣ sau:
Khi phôi thép tấm đã đƣợc đặt lên sàn các con lăn , piston của con lăn (1) đi lên kẹp phôi lại .
ở đầu của piston này có đặt một cảm biến áp suất (5) ,khi piston kẹp đã đủ áp suất lên tấm thép để đủ tạo lực ma sát đủ lớn thì nó đóng mạch điều khiển piston (2) và đẩy cả hệ piston – xilanh(1) cùng tấm thép đi vào vị trí của đồ gá
Ƣu nhƣợc điểm của cơ cấu này:
+ Ƣu điểm: * Cơ cấu dễ điều khiển nếu ta sử dụng nguồn điều khiển là khí nén để tạo áp lực tác dụng lên piston.
*Thiết bị kết cấu g n đơn giản.
*Thiết bị điều khiển trong khí nén rẻ tiền - Nhƣợc điểm :
*Chiều của hành trình piston đẩy phôi bằng chiều dài lớn nhất khi yêu cầu cắt thép do vậy kết cấu bị cồng kềnh
Hình 4.2 Hệ thống cấp phôi tự động bằng lô cán Hoạt động:
Khi tác lực tác động của hai lô cán lên tấm thép đã đủ , lô cán (2) đƣợc dẫn động từ động cơ
Qua hộp giảm tốc làm quay lô cán và kéo tấm thép đi tới đến vị trí đồ gá. Lực kéo phôi này nhờ vào lực ma sát giữa lô cán với tấm thép, lực này lớn hơn ma sát của tấm phôi trên sàn con lăn.
Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp :
+ Ƣu điểm : hạn chế đƣợc nhƣợc điểm của cơ cấu cấp phôi bằng xilanh – piston khí nén , nó có thể cấp phôi khi chiều rộng tấm thép cần cắt thay đổi.
+ Nhƣợc điểm: Để dẫn động cho lô cán (2) thì phải cần nguồn động lực từ động cơ qua hộp giảm tốc do vậy làm kết cấu của máy them cồng kềnh.
Sơ đồ dẫn động cho lô cán 2
Hình 4.3 Sơ đồ dẫn động cho lô cán 2
4.2.Đƣa ra phƣơng pháp và chọn cơ cấu cấp phôi để thực hiện việc thiết kế 4.2.1.Hệ thống cấp phôi tự động bằng động cơ và piston.
62 Hệ thống cấp phôi tự động đƣợc truyền động bằng motor thong qua hệ thống bánh đai thang truyền động cho trục có bánh xích kéo băng kẹp bằng piston khí nén theo phƣơng Y so với máy.
- Ƣu nhƣợc điểm. + Ƣu điểm.
Dễ thực hiện và lắp ráp, đạt độ chính xác cao giá thành thấp không cồng kềnh.
+ Nhƣợc điểm
Dễ bị mòn đai xích do xích con dãn độ tin cậy không bằng đai. Kết luận phƣơng án tối ƣu
Kết Luận:
Từ ba phƣơng án trên ta thấy mỗi phƣơng án đều có những ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng nhƣng xét về yêu cầu cấp phôi cấp đƣợc các loại phôi có chiều dài và chiều rộng khác nhau và giá thành dễ lắp ráp thì ta ch n phƣơng án cấp phôi bằng động cơ và piston tuy rằng phƣơng án này dễ bị co giãn do xích.
4.3.Tính toán năng suất cấp phôi và động cơ.
Hệ thống cấp phôi tự động thép tấm cuộn khổ rộng 1m dầy 0.6mm
Tính Toán Động Cơ Và Tỷ Số Truyền
1: Động cơ điện 2: Lulo
3: Hộp giảm tốc 4: Bộ truyền đai 5: Bộ truyền xích
4.3.1.Công suất trên trục công tác:
Điều kiện làm việc với số liệu ban đầu:
- Yêu cầu cấp phôi nhanh và chính xác
- Kích thƣớc khung : Dài 1600 mm, rộng 1200 mm, cao 1000mm
- Kích thƣớc pulley:
- Pulley dẫn: 71 mm
- Pulley bị dẫn: 250 mm
- Khối lƣợng 1 tấm khổ 1m x 2m x 0.6mm: m = 9,5 (kg). Đặc điểm của tải tr ng:
- Tải tr ng và đập nhẹ, quay 1 chiều.
4.3.2.Tính toán công suất hệ thống: (Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí tập 1) khí tập 1)
Hiệu suất chung:
η = ηtv.ηol10.ηBr.ηnt.ηx4 (4.1)
Tra bảng 2.3 trang 19 ta có: ηtv = 0,3 : Hiệu suất trục vít.
ηol = 0,99 : Hiệu suất 1 cặp ổ lăn. ηBr = 0,96 : Hiệu suất 1 cặp bánh răng. ƞx = 0,9 : Hiệu suất bộ truyền xích. ηnt = 1 : Hiệu suất nối trục.
- Vậy η = 0,3.0,9910.0,96.1.0,94 = 0,17
4.4.Chọn động cơ:
- Công suất của động cơ gồm 3 yếu tố: + Công suất cần thiết để chạy không tải + Công suất cần thiết để di chuyển vật cần tải + Công suất cần thiết để thắng lực ma sát - Ta có: công suất máy công tác:
P = (4.2) V=0,000013 m/s Lực ma sát tác dụng vào vật : Fms = f.N (N) (4.4) - Tra bảng 4.1 ta có: f = 0,35 (hệ số ma sát) Ta có phƣơng trình cân bằng lực: F = Fms Fms = f.m.g = 0,35.0,5.9,81 = 1,71675 (N) => P = = =2,23.10-8 kW Công suất cần thiết cho động cơ.
Pct =
1,13.10-7 kW Tỉ số truyền: u=3,5
Số vòng quay của trục máy công tác nlv=
=
64 Số vòng quay đồng bộ: nsb=nlv.ut=0,02905 v/ph
(4.5)
Ta có Pct nên ta cần ch n động cơ có công suất thỏa điều kiện: Pđm> Pct. - Thực tế có nhiều động cơ thỏa điều kiện này. Dựa vào các thông số đã cho và mục đích giảm bớt về kinh tế → Ta ch n:
- Động cơ loại: 51K90GU-SW
- Số vòng quay: n = 1450 (vòng/phút). - Công suất định mức : Pdm = 90 (W)
-
= 1,7
= 1,6 Cosφ = 0,65
4.4.1. Bộ truyền đai thang
Loại đai này có tiết diện hình thang, mặt làm việc là hai mặt hai bên tiếp xúc với các rãnh hình thang tƣơng ứng trên bánh đai, nhờ đó hệ số ma sát giữa đai và bánh đai lớn hơn so với đai dẹt và do đó khả năng kéo cũng lớn hơn. Tuy nhiên cũng do ma sát lớn hơn nên hiệu suất của đai hình thang thấp hơn đai dẹt
.Chọn loại đai và tiết diện đai:
+ Vì tải tr ng nhỏ + vận tốc quay < 25m/s => ch n đai thƣờng
. Xác định các thông số của bộ truyền:
1. Xác định đƣờng kính bánh đai nhỏ d1: d1= (5,2...6,4) √ , hoặc ch n tiết diện dây đai dựa vào hình 4.1, đƣờng kính bánh đai nhỏ đƣợc ch n theo bảng 4.13, tham khảo vào dãy số sau: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 315...
Theo bảng 4.13, ch n đƣờng kính bánh đai nhỏ d1 = 71 mm, vận tốc đai:
= .71.80/60000=0,3 m/s Nhỏ hơn vận tốc cho phép vmax= 25 m/s
2. Từ d1 , tính d2 theo thức 4.2: , đƣờng kính bánh đai lớn d2 = d1u(1-
=3,5.71(1-0,02) = 243 mm, Theo bảng 4.26 ch n đƣờng kính tiêu chuẩn d2 = 250 Tỉ số truyền thực tế: ut= d2/[d1(1- =250/[71(1-0,02)]= 3,6 < 4%
3. Xác định khoảng cách trục a thỏa điều kiện a>=(1,5...2)(d1+d2),
Theo bảng 4.4, ch n sơ bộ khoảng cách trục a=d2=250mm, theo công thức 4.4 thì chiều dài đai: l= 2.a + 0,5 (d1 + d2)+( d2 - d1)2/4a=1036 mm
Theo bảng 4.13, ch n chiều dài dây đai tiêu chuẩn là: 1000 mm
Nghiệm số vòng quay của đai trong 1 giây, theo công thức (4.15), i=v/l=0,3/1=0,3/s<10/s
Tính lại khoảng cách trục a theo chiều dài tiêu chuẩn l=1000 mm Theo (4.6), a= 230 mm
4. Xác định góc ôm: Theo công thức (4.7), góc ôm 1=180-57(d1+d2)/a=135 >120 5. Xác định số đai: Theo công thức 4.16, z = P1Kđ/([P0]C C1 Cu Cz)
z = P1Kđ/([P0]C C1 Cu Cz) Theo bảng (4.7)
P1=90 W- Công suất trên trục bánh đai chủ động Kđ=1,25- Hệ số tải tr ng động
P0=32W – Công suất cho phép
C =0,88- Hệ số kể đến ảnh hƣởng của góc ôm C1=1- Hệ số kể đến ảnh hƣởng của chiều dai đai Cu=1,14 – Hệ số kể đến ảnh hƣởng của tỉ số truyền
Cz=0,93- Hệ số kể đến ảnh hƣởng của sự phân bố không đều Do đó z=3, 77, lấy z=4 đai
6. Chiều rộng bánh đai. Theo (4.17) và bảng 4.21, B=(z-1)t+2e=(4- 1)19+2.12.5=82mm
Đƣờng kính ngoài của bánh đai da=d+2h0=71+2.4,2=79,4
Xác định tiết diện đai: A=b. =FtKđ/[ F], trong đó b và là chiều rộng và chiều dài dây đai
Lực vòng đƣợc xác định từ công suất P1, Kw và vận tốc v, m/s: Ft=1000 P1/v
66 Lực căng trên 1 đai đƣợc xác định theo công thức sau:
F0 = 780P1Kđ/(vC .z)+ Fv Trong đó
Fv : Lực căng lo lực li tâm sinh ra, trƣờng hợp bộ truyền có khả năng tự động điều chỉnh lực căng, Fv=0; nếu định kì điều chỉnh lực căng thì: Fv = qmv2=0,178.0,32=0,16
Trong đó: qm=0,178- khối lƣợng 1 mét chiều dài đai Do đó, F0=83,3N
Theo (4.21), lực tác dụng lên trục: Fr=2.F0.z.sin( 1/2)=666 N
4.5.Một số phƣơng án dùng mạch điều khiển cấp phôi tự động 4.5.1.Rơle 4.5.1.Rơle
* Ƣu điểm:
Có khả năng đo lƣờng và có thể nối mạng phục vụ cho điều khiển, giám sát, điều chỉnh tự động từ xa. Ƣu việt rất lớn của rơle số so với các loại rơle khác là khả năng tổ hợp các chức năng bảo vệ rất thuận lợi và rộng lớn, việc trao đổi và xử lý thông tin với khối lƣợng lớn với tốc độ cao làm tăng độ nhạy, đ chính xác, độ tin cậy cũng nhƣ mở rộng tính năng của bảo vệ
Hạn chế đƣợc nhiễu và sai số do việc truyền thông tin bằng số.
Có khả năng tự lập trình đƣợc nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho đối tƣợng bảo vệ khác nhau.
Công suất tiêu thụ nhỏ.
* Nhƣợc điểm:
Giá thành cao nên đòi hỏi phải có vốn đầu tƣ lớn để thay thế các rơle cũ bằng các rơle số.
Đòi hỏi ngƣời vận hành phải có trình độ cao.
Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sữa chửa và nâng cấp thiết bị.
4.5.2.Cấu trúc điển hình của rơle số:
Điện áp đầu vào hoặc dòng điện đầu vào của rơle đƣợc lấy qua các BU từ đối tƣợng bảo vệ. Lƣu ý tín hiệu tƣơng tự chỉ chuyển sang tín hiệu số đối với điện áp nên đối với các tín hiệu dòng điện thì trƣớc tiên phải biến đổi nó sang điện áp theo nhiều cách. Ví dụ: cho dòng điện chạy qua một điện trở có giá trị xác định và lấy điện áp trên hai đầu của điện trở đó để biểu diễn dòng điện. Sau đó các tín hiệu này đƣợc l c bằng bộ l c giải mã.
Hoạt động của rơle kỹ thuật số: Tín hiệu từ BI, BU sau khi đƣợc biến đổi thành tín hiệu phù hợp. Các tín hiệu đã đƣợc biến đổi này đƣợc đƣa vào bộ ch n kênh. Bộ xử lý trung tâm sẽ gởi tín hiệu đi mở kênh mong muốn. Đầu ra của bộ ch n kênh đƣa vào bộ biến đổi tƣơng tự -số (ADC) để biến đổi tín hiệu tƣơng tự thành tín hiệu số và đƣa vào bộ vi xử lý. Nguyên lý biến đổi tín hiệu phải thông qua bộ lấy và giữ mẫu
Vì các bộ chuyển đổi tƣơng tự - số (ADC) thƣờng rất đắt nên khi thiết kế ngƣời ta cố gắng tinh giản chỉ sử dụng một bộ ADC trong một rơle số, chính vì lý do đó mà trong bộ vi xử lý có đặt một bộ dồn kênh để lựa ch n các tín hiệu cần thiết cung cấp cho đầu vào các bộ ADC. Vì ADC có thời gian trễ xác định khoảng 25 s nên phải duy trì tín hiệu tƣơng tự ở đầu vào của ADC trong suốt quá trình chuyển đổi từ tƣơng tự sang số. Điều này đƣợc thực hiện bằng bộ khuyếch đại duy trì và lấy mẫu S/H.
Tín hiệu đầu ra của bộ ADC bây giờ có thể biến đổi tùy ý bởi bộ vi xử lý. Nhìn chung trong một rơle số ngƣời ta sử dụng nhiều bộ vi xử lý (để thực hiện các chức năng khác nhau). Ví dụ bộ vi xử lý TMS320 để thực hiện thuật toán của rơle, bộ vi xử lý 80186 để thực hiện các phép toán logic. Bộ vi xử lý đƣợc đƣa vào chế độ làm việc theo chƣơng trình đƣợc cài đặt sẵn trong bộ nhớ ROM, đây là bộ nhớ không thay đổi đƣợc và không bị mất dữ liệu khi bị mất nguồn. Nó so sánh thông tin đầu vào với các giá trị đặt chứa trong bộ nhớ EEPROM (bộ nhớ chỉ đ c, lập trình điện và xóa đƣợc bằng điện). Các phép tính trung gian đƣợc lƣu giữ tạm thời ở bộ nhớ RAM.
Modul nguồn làm nhiệm vụ biến đổi nguồn một chiều thành nhiều nguồn một chiều có cấp điện áp khác nhau để cung cấp cho các chức năng khác nhau của rơle. Đây là bộ biến đổi DC/DC với đầu vào lấy từ acquy, hoặc bộ nguồn chỉnh lƣu lấy điện từ lƣới điện tự dùng của trạm. Vì nguồn cung cấp từ acquy thƣờng không ổn định trong khi rơle số lại rất nhạy đối với sự thăng giáng của điện áp nên trong nội bộ rơle số đã đƣợc tích hợp một nguồn DC phụ có giá trị biến đổi với phạm vi ± 5V hoặc 1V nhằm ổn định nguồn cung cấp cho rơle số.
68
Giao diện của rơle số:
Cấu trúc phần cứng điển hình của một rơle số
Truyền dữ liệu (communication) là điều cần thiết vì ba lý do sau đây: Để dễ dàng cho việc cài đặt các chƣơng trình vào bên trong rơle. Rơle phải trao đổi dữ liệu với các bộ phận đo lƣờng ở xa.
Rơle phải phát ra tín hiệu đi cắt (Trip) và tín hiệu báo động (Alarm) khi có sự cố.
Không giống các rơle điện cơ và các loại rơle tĩnh khác, rơle số hầu nhƣ không cần phải hiệu chỉnh. Việc cài đặt thƣờng thực hiện bằng các chƣơng trình phần mềm từ một máy tính cá nhân hay đƣợc tích hợp trong rơle. Vì lý do đó mà một số loại giao diện đã đƣợc sử dụng để ngƣời dùng trao đổi dữ liệu với rơle.
* Loại 1: Loại này phổ biến đối với các loại rơle số hiện đại có màn hình tinh thể lỏng (LCD) và bàn phím lắp ở mặt trƣớc của rơle. Để nhập các giá trị cài đặt, ngƣời sử dụng phải ấn các phím để hiển thị và thay đổi các giá trị số xuất hiện trên màn hình.
* Loại 2: Sử dụng màn hình hiển thị thông thƣờng (VDU) nối đến rơle số thông qua cổng nối tiếp. Loại giao diện này thƣờng thấy ở các trạm biến áp (để hiển thị sơ đồ vận hành) hoặc đƣợc sử dụng trong sơ đồ kết nối với rơle tại trạm qua modem từ trung tâm điều khiển ở xa để lấy dữ liệu hay cài đặt lại thông số.
Yêu cầu đối với rơle số là phải có phƣơng pháp phát ra tín hiệu đi cắt và tín hiệu báo động thích hợp. Vì các tín hiệu này có dạng mã nhị phân (Binary) cho nên bộ vi xử lý dễ dàng giải mã các địa chỉ. Điều này đƣợc thực hiện bởi khối tín hiệu đầu ra (digital output) trong hình 5.1. Mặc dù công nghệ số đã đƣợc áp dụng trong
bảo vệ rơle nhƣng các tín hiệu cắt và báo động vẫn phải là các tín hiệu tƣơng tự để đƣa đến các rơle điện cơ thực hiện mệnh lệnh.
Môi trƣờng làm việc của rơle:
Trạm biến áp là môi trƣờng điện từ nguy hiểm đối với rơle kỹ thuật số vì nó nằm gần các đƣờng dây cao áp, dao cách ly và máy cắt. Khi có sự cố hay đóng cắt xảy ra điều cần thiết là không cho nhiễu bên ngoài xâm nhập vào rơle làm ảnh hƣởng đến sự làm việc bình thƣờng của nó. Những nhiễu tác động không mong muốn này g i là tác hại điện từ EMI (electromagnetic intefrence).
Có hai nguyên nhân sinh ra EMI trong trạm biến áp là:
Do thao tác đóng cắt đƣờng dây hay xung sét truyền từ ngoài đƣờng dây làm nhiễu tín hiệu điện áp đầu vào của rơle.
Do sét đánh trực tiếp vào thiết bị điện hoặc sóng radio.
Vì bộ vi xử lý làm việc với tốc độ cao nên rơle số dễ bị ảnh hƣởng của EMI. Vì vậy điều bắt buộc khi chế tạo rơle số là nó phải có tính tƣơng hợp điện từ EMC
(Electromagnetic compatibility).Để rơle số đáp ứng đƣợc EMC phải áp dụng các biện pháp thích nghi.
Các rơle điện cơ không chịu ảnh hƣởng của EMC, do đó việc dùng rơle số cũng gặp những trở ngại nhất định bên cạnh những ƣu điểm của nó.
4.5.3. Dùng PCL
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình đƣợc (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic