Khái niệm:
Cảm biến hồng ngoại hay còn được gọi là IR Sensor, chúng là một thiết bị điện
tử có khả năng đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh.
Hình 2.18 Cảm biến hồng ngoại AMOS.
Cấu tạo:
Cấu tạo cảm biến hồng ngoại bao gồm các chi tiết sau:
- Đèn led hồng ngoại: thiết bị phát ra nguồn sáng hồng ngoại.
- Máy dò hồng ngoại: thiết bị nhận tín hiệu và phát hiện bức xạ hồng ngoại phản xạ trở lại.
- Điện trở: hiết bị có tác dụng cản trở cường độ dòng điện quá lớn chạy quá đèn led làm hệ thống chập cháy.
Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến hồng ngoại sẽ hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánh sáng cụ thể để phát hiện bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại (IR). Bằng cách sử dụng đèn LED tạo ra ánh sáng có cùng bước sóng với cảm biến đang tìm kiếm, bạn có thể xem cường độ của ánh sáng nhận được. Khi một vật ở gần cảm biến, ánh sáng từ đèn LED bật ra khỏi vật thể và đi vào cảm biến ánh sáng. Điều này dẫn đến một bước nhảy lớn về cường độ, mà chúng ta đã biết có thể được phát hiện bằng cách sử dụng một ngưỡng.
Phân loại:
Cảm biến hồng ngoại được chia thành 2 loại là cảm biến hồng ngoại chủ động và cảm biến hồng ngoại thụ động.
- Cảm biến hồng ngoại thụ động có nghĩa là chỉ nhận các tia hồng ngoại phát ra từ vật thể khác như người, động vật hoặc một nguồn nhiệt bất kỳ, chứ tự nó không phát ra tia hồng ngoại nào cả. Sau khi nhận biết được nguồn nhiệt, bộ phận cảm biến sẽ phân tích để xách định điều kiện báo động. Vì thế người ta gọi đó là thụ động, chỉ phát hiện chứ không phải là nguồn phát ra tia hồng ngoại.
- Cảm biến hồng ngoại chủ động (Active Infrared) có cấu tạo gồm 2 phần là diode phát sáng và máy thu. Khi một vật thể đến gần cảm biến thì ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED sẽ phản xạ khỏi vật thể, nhờ đó người nhận sẽ phát hiện ra. Cảm biến hồng ngoại chủ động đóng vai trò như một cảm biến tiệm cận và nó được dùng để phát hiện các chướng ngại vật.
2.6.2 Cảm biến lưu lượng nước Khái niệm: Khái niệm:
Cảm biến lưu lượng (thường được gọi là “đồng hồ đo lưu lượng”) là một thiết bị
điện tử có chức năng đo hoặc điều chỉnh tốc độ dòng chảy của chất lỏng và khí trong ống.
Hình 2.20 Cảm biến lưu lượng YF-S401
Cấu tạo:
Cảm biến lưu lượng nước bao gồm:
- Một thiết bị phát hiện và đo tốc độ dòng chất lỏng.
- Một bộ chuyển đổi tín hiệu đầu ra dưới dạng điện áp, dòng điện hoặc dạng xung vuông.
Nguyên lý hoạt động:
Khi có dòng chất lỏng chảy qua cảm biến, khi đó thiết bị phát hiện dòng chảy có thể là tuabine, thiết bị phát sóng siêu âm, từ trường… sẽ gửi tín hiệu về cho bộ chuyển đổi tín hiệu, khi đó bộ chuyển đổi sẽ xuất tín hiệu đầu ra tương ứng với lưu lượng chảy của chất lỏng ở dưới dạng điện áp, dòng điện hoặc dạng xung vuông.
Phân loại:
- Cảm biến đo lưu lượng nước siêu âm.
- Cảm biến đo lưu lượng nước điện từ.
- Cảm biến đo nước dựa vào chênh lệch áp suất.
- Cảm biến lưu lượng nước theo nguyên lý Coriolis.
- Cảm biến đo lưu lượng nước Turbine
2.6.3 Van điện từ đóng mở Khái niệm: Khái niệm:
Van điện từ đóng mở là van sử dụng từ trường để đóng mở, kiểm soát lưu chất
trong hệ thống đường ống, van sử dụng nguồn điện 24v, 220v xoay chiều hoặc một chiều.
Hình 2.21 Van điện từ đóng mở UD-30
Cấu tạo:
- Valve Body (Thân van): Thường được chế tạo từ vật liệu đồng, gang sử dụng cho các hệ thống nước, hơi, khí nén hoặc có thể là nhựa, inox khi sử dụng trong các môi trường như hơi nóng có nhiệt độ cao, hóa chất có độ ăn mòn.
- Seal (Đệm van, màng van): Được làm từ các loại vật liệu như cao su EPDM, Teflon (PTFE), Buna, Viton. Với nhiệm vụ làm kín, ngăn không cho nước rò rỉ qua
- Plunger (Piston): Là bộ phận trực tiếp giúp van đóng hoặc mở, được làm từ vật liệu inox
- Spring (Lò xo van): Lò xo được chế tạo từ inox, có độ đàn hồi tốt, giúp đẩy trục van lên xuống để đóng mở van. Lò xo của van điện từ thường được thiết kế khoảng 8-10 bar
- Coid (Cuộn điện của van): Là bộ phận chính giúp tạo ra từ trường cho van. Coid điện của van được quấn từ dây đồng sử dụng nguồn điện thông dụng như 24v, 110v hoặc 220v
Hình 2.22 Cấu tạo van điện từ đóng mở.
Nguyên lý hoạt động:
Van sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để hoạt động. Khi dòng điện đi qua cuộn dây thì nó sẽ sinh ra một dòng từ trường. Dòng từ trường này sẽ hút pit tông lên trên. Pit tông rời khỏi vị trí ban đầu sẽ giúp cho dòng lưu chất đi qua hoặc chặn hoàn toàn dòng lưu chất.
Phân loại:
Van điện từ đóng mở được chia làm hai loại sau:
- Van điện từ thường đóng
- Van điện từ thường mở
2.6.4 Van điện từ khí nén Khái niệm: Khái niệm:
Van điện từ khí nén là một thiết bị điều khiển của hệ thống khí nén, chúng được
dùng để điều khiển các chuyển động của thiết bị cũng như điều khiển áp lực và lưu lượng cung cấp cho cơ cấu chấp hành, van khí nén cũng chia làm nhiều loại theo từng chức năng riêng biệt gồm các loại cơ bản.
Hình 2.23 Van điện từ khí nén AirTac 5/2.
Cấu tạo:
- Thân van: Thường được làm từ nhôm giúp van có trọng lượng nhẹ nhưng có độ bền cao khi vận hành. Thân van được chia thành 2 vị trí truyền động và 5 cửa như sau:
- Nòng van: Còn được gọi là thanh trượt (piston điều khiển). Khi có tín hiệu tác động, thanh trượt sẽ di chuyển qua lại. Đồng thời, chốt van cũng thay đổi vị trí để thay đổi hướng của dòng khí.
- Tín hiệu tác động: Khi nhận được các tín hiệu tác động (dòng khí nén, cuộn dây điện...) sẽ đẩy thanh trượt của van di chuyển.
Hình 2.24 Cấu tạo van điện từ khí nén
Nguyên lý hoạt động:
Van hoạt động nhờ vào các nguồn cấp điện 12V, 24V, 110V và 220V.
Trong van có một cuộn dây. Khi được cấp điện, từ trường sinh ra trong cuộn dây làm piston thắng lực đàn hồi lò xo; từ đó làm cho piston di chuyển lên/ xuống hoặc di chuyển qua lại tùy theo từng loại van (van mở). Khi ngừng cấp điện, dưới
tác dụng của lực đàn hồi lò xo, piston sẽ bị kéo hoặc đẩy trở về vị trí ban đầu (van đóng lại).
Cuộn dây trong van có chức năng chuyển đổi điện năng thành cơ năng và thực hiện lần lượt thao tác đóng/ mở van.
Phân loại
Theo thiết kế cấu hình van:
Dựa vào số cửa, số vị trí và số tín hiệu điện thế mà van điện từ khí nén được chia thành: van 2/2 hai cửa hai vị trí, van 3/2 ba cửa hai vị trí, van 4/2 bốn cửa hai vị trí, van 5/2 năm cửa hai vị trí, van 5/3 năm cửa 3 vị trí.
Trong đó:
Số cửa: Là số lỗ trên van để dẫn khí nén ra/ vào. Van điện từ nén khí thường có 2 cửa, 3 cửa, 4 cửa và 5 cửa. Đôi khi có thể nhiều hơn nhưng phổ biến nhất vẫn là 4 loại cửa trên.
Số tín hiệu điện thế (cuộn coil): Đây là tín hiệu đẩy/ hút con trượt để di chuyển từ vị trí này qua vị trí khác. Số cuộn coil thường là 1 cuộn hoặc 2 cuộn.
Vị trí: Đây là số chỗ định vị của van. Thông thường sẽ chỉ có 2 vị trí hoặc 3 vị trí. Một số trường hợp đặc biệt có thể nhiều hơn.
Theo điện áp:
Với cách phân loại này thì van điện từ khí nén được chia thành 3 loại sử dụng 3 nguồn điện khác nhau là: 220V, 24V và 12V.
Trong đó, van có điện áp 220V là thiết bị được sử dụng rộng rãi vì chúng phù hợp với mạng lưới điện dân dụng của nước ta. Riêng đối với van sử dụng dòng điện 1 chiều 24V và 12V thì khá hiếm, ít được sử dụng.
Theo chức năng:
Gồm có 2 loại chính là:
- Van thường mở (NO): Van mở khi ngắt nguồn điện và đóng khi có nguồn điện chạy qua.
- Van thường đóng (NC): Van mở khi có dòng điện chạy qua và đóng khi không có điện.
2.6.5 Nút nhấn Khái niệm: Khái niệm:
Nút nhấn là một loại khí cụ dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện, máy móc
hoặc một số loại quá trình trong điều khiển.
Hình 2.25 Nút nhấn nhả
Cấu tạo:
Cấu tạo của nút nhấn bao gồm:
- Núm nút nhấn (1)
- Lò xo nhả (2)
- Tiếp điểm thường đóng (3)
- Tiếp điểm động (4)
- Tiếp điểm thường mở (5)
- Ốc đấu dây (6)
- Trục dẫn hướng (7)
Nguyên lý hoạt động:
Nút nhấn có đặc tính tự trả về vị trí ban đầu, có nghĩa là khi tác động các tiếp điểm của nút nhấn thay đổi, các tiếp điểm thưởng mở sẽ đóng lại còn các tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra khi ngừng tác động thì các tiếp điểm trở về trạng thái cũ. Phân loại: Theo chức năng: - Nút nhấn đơn - Nút nhấn kép Theo cấu trúc: - Loại hở - Loại kín - Loại chống cháy nổ - Loại kín nước - Loại có đèn báo
2.6.6 Rơle trung gian Khái niệm: Khái niệm:
Rơle trung gian (Relay trung gian) là loại thiết bị có chức năng chuyển mạch tín
hiệu điều khiển và khuếch đại chúng với kích thước nhỏ. Thiết bị được lắp đặt ở vị trí trung gian nằm giữa thiết bị điều khiển công suất nhỏ và thiết bị công suất lớn hơn.
Hình 2.27 Relay trung gian ECNKO
Cấu tạo của rơ le trung gian bao gồm 2 phần chính là:
- Mạch tiếp điểm (mạch lực).
- Cuộn hút (nam châm điện): Bao gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây, cuộn dây được dùng để cuộn cường độ, điện áp hoặc cuộn cả điện áp lẫn cường độ.
Hình 2.28 Cấu tạo relay trung gian
Nguyên lý hoạt động:
Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế.
Phân loại:
Relay trung gian được phân loại theo số lượng chân như sau:
- Relay trung gian 8 chân
- Relay trung gian 14 chân
2.6.7 Van tiết lưu khí nén Khái niệm: Khái niệm:
Van tiết lưu khí nén là loại van làm giảm tốc độ của dòng chảy khí nén trong
mạch nén khí của máy nén khí hoặc hệ thống khí nén.
Hình 2.29 Van tiết lưu khí nén.
Cấu tạo của một van tiết lưu khí nén bao gồm: - cửa khí vào – ra - thân van - màng chắn - chốt chắn - vít vặn
Hình 2.30 Cấu tạo van tiết lưu khí nén.
Nguyên lý hoạt động:
Khi dòng môi chất đi qua các van được lắp trên đường ống thì áp suất môi chất sẽ bị giảm xuống do những dòng xoáy và ma sát mạnh được sinh ra. Độ giảm áp suất môi chất sẽ phụ thuộc vào bản chất, trạng thái môi chất, độ co hẹp của ống dẫn và tốc độ của dòng chảy.
Cách điều chỉnh van tiết lưu khí nén thường làm cho hiệu suất môi chất giảm đi, nhưng đôi khi phải tạo ra sự tiết lưu để điều chỉnh công suất các thiết bị đo lưu lượng, giảm áp, …
Phân loại:
Van tiết lưu 1 chiều điều khiển bằng tay.
- Van có tiết diện không thay đổi được.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHA CHẾ SƠN
3.1 Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí 3.1.1 Tính chọn động cơ 3.1.1 Tính chọn động cơ
Yêu cầu bài toán: Tính toán công suất cần thiết trên trục động cơ Pdc.
Thông số đầu vào của bài toán:
- Tải trọng lon tối đa: Pmax=2N.
- Năng suất mong muốn: N= 4 (lon/phút).
- t1: Thời gian xilanh 1 đẩy lon ra (t1=1s).
- t2: Thời gian trung bình các van điện đóng mở hoạt động (t2=5s).
- t3: Thời gian trộn sơn (t3=4s).
- t4: Thời gian dập nắp (t4=1s).
- S1: Quãng đường từ vị trí đầu băng chuyền đến vị trí chiết rót (S1=138mm).
- S2: Quãng đường từ vị trí chiết rót đến vị trí trộn (S2=121mm).
- S3: Quãng đường từ vị trí trộn đến vị trí dập nắp (S3=175mm) .
Công suất động cơ chuyền động cho băng chuyền được tính theo công thức:
P
P dc tt
= (3.21) Trong đó:
- Pdc: Công suất cần thiết trên trục động cơ.
- Ptt: Công suất tính toán trên máy công tác.
- : Hiệu suất truyền động hệ thống.
Tính Ptt:
Trong quá trình vận chuyển, tải trọng băng chuyền không đổi:
P = Ptt lv (3.22) Plv: Công suất làm việc trên trục máy công tác.
Băng chuyền làm việc dựa theo nguyên lý chuyển động nhờ lực ma sát giữa băng tải và con lăn theo nguyên lý bộ truyền đai dẹt. Tính toán băng chuyền tại thời điểm lon có khối lượng lớn nhất và lực tác dụng là lớn nhất.
Hình 3.1 Phân tích lực trên băng chuyền
Trong đó:
- Pmax: Trọng lực có khối lượng lớn nhất
- T: Lực căng của băng tải
- S: Lực liên kết
- 𝜶: Góc võng của băng chuyền xét tại thời điểm chịu lực lớn nhất Áp dụng định luật II Newton ta có:
Ox: T = S.cos (1) Oy: Pmax= 2S.sin (2) Từ (1) và (2) => T = P 2tan max => F = F = T. = s .P 2tan max k m Trong đó:
- Fk : Lực kéo băng tải
- Fms: Lực ma sát mà băng tải và con lăn tạo ra
- : Hệ số ma sát giữa con lăn và băng tải => P = F .v = .P .v (3) 2tan max tb lv k tb
Với:
- vtb: Vận tốc trung bình của băng chuyền
Tính vtb:
Thời gian lon đi hết một chu trình là:
1 S1 2 S2 3 S3 4 t = t + t t t vtb + + vtb + + vtb + (3.23) Thay số ta được: 138 121 175 t = 1 + 5 4 1 vtb + + vtb + + vtb + 11 + 434 vtb = (s) (3.24) Với hiệu suất mong muốn: N = 4 ( lon/phút)
=> t.N = 60 => (11 + 434
vtb ).4 = 60
=> vtb = 72 (mm/s)
Thay số vào công thức (3):
vtb = 72 (mm/s)
Pmax = mmax.g = 0,2 . 10 = 2 (N)
= 0,35
: Hệ số ma sát giữa con lăn và mặt tiếp xúc bằng cao su
Băng tải có kích thước bé, tải trọng thấp cho nên góc võng là không đáng kể
0,5 max = . => P = 2 . 0,35 . 0,072 2.tan0.5 lv ( W ) (3.25) Tính :
Động cơ truyền cho băng tải thông qua một bộ bánh đai và một cặp ổ lăn:
= d . e (3.26)
- d : Hiệu suất của bộ truyền đai để hở
- e : Hiệu suất của cặp ổ lăn được che kín
Tra bảng 2.3 sách “ Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động” tập 1, Trịnh Chất- Lê Văn Uyển.
Ta có: d = 0,95; e=0,99 => = 0,95 . 0,99 =0,9405
Thay số vào (3.21) =>Pdc= 4 (W)
Lựa chọn động cơ băng tải:
Từ công suất tính toán được ở trên, nhóm tác giả lựa chọn động cơ JB37
Hình 3.2 Động cơ JB37 Thông số kỹ thuật: - Tốc độ quay: 170 vòng/phút. - Điện áp vào: 12VDC. - Công suất định mức: 5W. - Dòng điện định mức: 0.4A. - Đường kính trục: 8mm. - Trọng lượng: 200g.