4.3.4. Vitme đẩy khay
4.3.4.1. Tính tốn vít me
Chọn vật liệu:
- Vật liệu vít: Thép C45. - Vật liệu đai ốc: Gang xám.
- Trọng lực tác dụng lên khay được xác định theo công thức:
P = m.g ( 4.7 ) = (7,45+0,55).9,8
≈ 78,4 N
- Xác định đường kính trong d1 của vít me
Theo điều kiện bền ta có : 𝑑 = . , .
⋅[ ] ( 4.8 )
Trong đó: Fa là lực dọc trục
d1 là đường kính trong của vít me (mm).
[𝜎 ] = . Với chlà giới hạn chảy của vật liệu làm vít.
37
=> [K] = 120 (MPa)
- Thay các giá trị vào ta được giá trị của d1 = 4.1,3.78,4/120. 𝜋= 1,04 (mm)
Chọn d1= 15 (mm) - Đường kính bi: db= (0.08÷0.15) d1=0,1.15 =1,5 (mm) ( 4.9 ) Chọn db = 3,175 (mm) - Bước vít p = db + (1÷5) =3,175+2 =5,175 (mm) ( 4.10 ) Chọn p= 10 (mm) - Bán kính rãnh lăn: r1 = (0,51÷0,53) db = 0,51.3,175 = 1,62 (mm) ( 4.11 ) - Khoảng cách từ tâm rãnh đến tâm bi:
𝑐 = (𝑟 − )𝑐𝑜𝑠𝛽 = (1,62 − , )𝑐𝑜𝑠45 = 0,02 (𝑚𝑚) ( 4.12 )
Trong đó :β là góc tiếp xúc (45o)
- Đường kính vịng trịn qua các tâm bi:
Dtb = d1 + 2(r1-c) = 18,2 (mm) ( 4.13 )
- Đường kính trong của ren đai ốc:
D1 = Dtb + 2(r1-c) = 21,4 (mm) ( 4.14 )
- Chiều cao làm việc của ren h1:
h1 = (0.3÷0.35) db= 0,32.3,175=1,01 (mm) ( 4.15 ) Chọn h1= 1 (mm)
- Đường kính ngồi của vít d và của đai ốc D:
d = d1 + 2.h1 = 25 (mm) ( 4.16 ) D = D1 - 2.h1 = 27,4 (mm) ( 4.17 ) - Góc nâng vít γ : 𝛾 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 . = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔( . , ) = 4,17 ( 4.18 ) - Số bi trong các vòng ren làm việc:
Zb= . . − 1 = . , . ,
38
Với số vòng ren làm việc là K=2,3. Chọn Zb= 58
- Khe hở hướng tâm:
D1(2db d ) 29,4 (2.3,175 23) 0,05mm1 ( 4.20 ) - Khe hở tương đối:
1 0,05 0,0022 d 23 ( 4.21 ) - Góc ma sát lăn thay thế: o t 1 o 1 2f 2.0,005 arctg( ) arctg( ) 0,035 d .sin 23.sin 45 ( 4.22 ) Hệ số ma sát lăn ft = 0,005
Hiệu suất biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến:
1 tg tg4,17 0,99 tg( ) tg(4,17 0,035) ( 4.23 )
Thời gian vít me đẩy hết 1 khay: - Tổng thể tích hồn thành trong 1 giờ:
V = m/ρ ( 4.24 ) = 30/1,27
≈ 23,6 lít
- Số lần hồn thành trong 1 giờ:
n = V/Vkhay ( 4.25 ) = 23,6/0,5544
≈ 43 lần
- Thời gian hoàn thành 1 khay:
T = 3600/n ( 4.26 ) = 3600/43
39
Vậy tổng thời gian hoàn thành 1 khay là 84 giây. Trong đó, thời gian để cơng nhân đặt khay vào máy máy, lấy khay ra khỏi máy sau khi hoàn thành xong là 64 giây còn lại 20 giây là thời gian vít me di chuyển.
4.3.4.2. Chọn động cơ điều khiển vít me
Các thơng số đầu vào: G – Tải trọng: 7,45 kg. V – Vận tốc: 700mm/15s. a – Góc nghiêng của tải: 0 deg. f – Hệ số ma sát: 0,12.
nf – Hiệu năng bộ truyền: 0,9. K: Hệ số an tồn = 2.
Cơng suất cần thiết của động cơ:
P = K.(G.(fcosa + sina).V)/(6,12.nf) = 15,15 W. ( 4.27 ) Moment xoắn cần thiết:
T = 9,55.P/Nmax = 0,517 ( Nm ) = 51,67 ( Ncm ). ( 4.28 ) Chọn động cơ 4A50A4Y3:
Kiểu động cơ Công suất kW Vận tốc quay, vg/ph cosφ 𝜂%
4A50A4Y3 0,06 1378 0,6 50
40 4.3.5. Xy lanh nâng hạ khung gạt
4.3.5.1. Khung thanh gạt
- Thể tích thanh gạt:
Vthanh gạt = 0,08.0,53.0,0015+0,08.0,045.0,0015.2 ( 4.29 ) ≈7,44.10-5 m3
- Khối lượng thanh gạt:
mthanh gạt = ρgạt.Vthanh gạt ( 4.30 ) ≈ 7930.7,44.10-5
≈0,59 kg
Hình 4.6: Tấm nhựa teflon Hình 4.5: Thanh gạt Hình 4.5: Thanh gạt
41 - Thể tích tấm teflon:
Vteflon = 0,53.0,07.0,005+0,045.0,07.0,005.2 ( 4.31 )
≈ 2,17.10-4 m3 - Khối lượng của tấm teflon:
mteflon = 2200.2,17.10-4 ( 4.32 )
≈ 0,48 kg
Với khối lượng riêng teflon: ρteflon = 2200kg/m3 - Khối lượng của khung thanh gạt:
m = m thanh gạt + mteflon ( 4.33 )
≈ 0,59 + 0,48 ≈1,07 kg
4.3.5.2. Xylanh nâng hạ khung thanh gạt
- Lực tác động đến khung thanh gạt: P = m.g ( 4.34 ) ≈ 1,07.9,8 ≈10,49 N - Đường kính xylanh: F= P.π.D2/4 ( 4.35 ) => D = 𝐹. 4/(𝑃. 𝜋) = 10,49.4/(1. 10 . 𝜋) ≈ 0,0116 m ≈ 11,6 mm
Theo tiêu chuẩn nhà sản xuất đối với xylanh có hành trình từ 50 (mm) thì đường kính xylanh (D) từ 25 (mm) trở lên nên ta chọn xylanh là có đường kính 25 (mm) và hành trình 50 (mm).
42
- Chọn tổng thời gian cung cấp khí và đẩy xylanh là 2 giây.
Gọi:
- t1 là thời gian cung cấp khí cho ống dẫn (giây) - t2 là cung cấp khí cho xylanh (giây).
- Qống 2 là lưu lượng của ống cung cấp khí (lít/giây). - Qxylanh 2 là lưu lượng của xylanh đẩy khay (lít/giây). - Lưu lượng của ống cấp khí được tính theo cơng thức:
Qống 2 = Vống 2.A ống 2 ( 4.36 ) = (10/t1).(0,082.π/4)
= 0,016π/t1
Qxylanh 2 = Vxylanh 2.Axylanh 2 ( 4.37 ) = (0,5/t2).(0,252.π/4) = 7,8125.10-3π/t2 Mà Qống 2 = Qxylanh 2 - Ta có hệ phương trình: 𝑡 + 𝑡 = 2 , − , . . = 0 ( 4.38 ) t1 = 1,34 giây; t2 = 0,66 giây Vậy Q = Qxylanh 2 = Qống 2 = V.A = 0,016π/t1 ( 4.39 ) = 0,016π/1,34 ≈ 0,038 lít/giây ≈ 2,25 lít/phút
- Lưu lượng khí kéo piston đi lên.
- Chọn tổng thời gian cung cấp khí và kéo xylanh là 2 giây.
- Chiều dài ống dẫn khí kéo xylanh về bằng chiều dài ống dẫn khí đẩy xylanh lên. - Lưu lượng không đổi: Q ≈ 2,25 lit/phút.
43 4.3.6. Bơm trục vít
Bố trí đường ống dẫn:
Hình 4.7: Sơ đồ bố trí đường ống dẫn, rót chanh dây
1 - Máy bơm. 2 - Cut 90.
3 - Ống dẫn Ø25. 4 - Ống rót Ø6.
44
Tính tốn chọn máy bơm: Chọn thời gian rót 15 giây:
- Lưu lượng bơm:
Q = 0,5544/15 ( 4.40 )
≈ 0,03696 (lít/giây)
≈ 3,696.10-5 (m3/giây) ≈ 2,3 lít / phút.
Tổn thất áp suất trong q trình bơm:
- Vận tốc chảy trong ống dẫn: Vdẫn = Q/Adẫn ( 4.41 ) = 3,696.10-5/(π.0,01252) ≈ 0,074 (m/s) - Vận tốc chảy trong các ống rót: Vrót = Q/Arót.11 ( 4.42 ) = 3,696.10-5/(π.0,0032.11) ≈ 0,118 (m/s)
Tổn thất dọc đường được tính theo cơng thức:
- Ống dẫn 500mm và 700mm: hd1 = 0,687.1200.10-3.0,0742/(2.25.10-3.9,81) ( 4.43 ) ≈ 9,2.10-3 (m) - Ống dẫn 600mm: hd2 = (95.11+55.47+600).0,687.600.10-3.0,0742/(2.25.10-3.9,81) ( 4.44 ) ≈ 0,032(m) - Ống rót 6mm (11 ống): hd3 = 11.0,687.80.10-3.0,1182/(2.6.10-3.9,81) ( 4.45 ) ≈ 0,072 (m) - Tổn thất dọc đường: hd = hd1 + hd2 + hd3 ( 4.46 )
45
≈ 9,2.10-3 + 0,032 + 0,072 ≈ 0,11 (m)
- Tổn thất cục bộ được tính theo công thức: - Khớp nối 900 (3 cái): hc1 = 3.0,75.0,0742/(2.9,81) ( 4.47 ) ≈ 6,28.10-4 (m) - Ống rót 6mm (11 ống): hc2 = 11.0,37.1,3072/(2.9,81) ( 4.48 ) ≈ 0,35 (m)
Với ξ = 0,37 (Bảng 2.5: Hệ số ma sát cục bộ đối với dạng ống thu hẹp đột ngột)
- Tổng tổn cục bộ được tính theo cơng thức:
hc = hc1 + hc2 ( 4.49 ) ≈ 6,28.10-4 + 0,354 ≈ 0,35 (m) - Tổng tổn thất áp: hf = hd + hc ( 4.50 ) ≈ 0,11+ 0,35 ≈ 0,46 (m) - Chiều cao cột áp: Hb = z1 + v2/(2g) + hf ( 4.51 ) ≈ 0,7 + 0,0742/(2.9,81) + 0,46 ≈ 1,16 (m)
- Cơng suất bơm được tính theo cơng thức:
N = 1270.9,81.3,696.10-5.1,16 ( 4.52 ) ≈ 0,49 (kW)
≈ 490 (W)
- Cơng suất cần thiết được tính theo cơng thức:
46
≈ 576 (W)
Vậy chọn máy bơm công suất N = 1 Hp.
Phương tiện chế tạo:
Tên gọi Độ chính xác
Dụng cụ đo chiều dài: Thước kẹp Thước lá Thước dây 0,02mm 0,1mm 1mm Dụng cụ đo góc: Thước góc Thước ê-ke 10 10 Dụng cụ thí nghiệm: Cân điện tử 0,2 g
Thiết bị gia công: Máy hàn TIG
Máy khoan bàn Hitachi Máy khoan điện Bosch Máy mài đứng 2 đá mài Máy cắt Plasma
Máy tẩy mối hàn Mái cắt cằm tay Máy mài cằm tay Máy chặt Máy chấn Máy phay Máy tiện Chế độ Người dùng Người dùng Người dùng Người dùng Người dùng Người dùng Người dùng Người dùng Người dùng Người dùng Người dùng Người dùng
47
- Phụ thuộc: Tùy vào tay nghề người sử dụng để quyết định độ chính xác của các
sản phẩm.
- Chế độ: Mỗi máy có một chế độ khác nhau tùy vào mục đích phù hợp mà ta chọn
chế độ phù hợp.
4.4. Tính tốn thiết kế mạch điện 4.4.1. Giới thiệu về phần cứng: - PLC Delta DVP 14SS211T.
- HMI Delta DOP 107BV.
- Van solenoid AIRTAC 5/2 – 24 VDC.
- Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E3F – DS301 PNP 24 VDC.
- Relay kiếng 24 VDC.
- Domino.
- Nguồn tổ ong 220 VAC – 24 VDC (10 A).
- CB 1 pha 220 VAC.
- Thanh trung tính đồng.
- Quạt làm mát.
- Biến tần Mitsubishi Fr – E520.
- Motor điều khiển bơm và motor điều khiển cơ cấu vít me.
4.4.1.1. Bộ điều khiển PLC Delta DVP 14SS211T
48 Đặc tính của PLC Delta DVP 14SS211T: - Bộ nhớ: 8K steps.
- Module mở rộng: Analoge, nhiệt độ,... - Mở rộng tối đa 8 module đặc biệt.
- Số điểm mở rộng tối đa ngõ vào ra số: 480 I/O.
- Tích hợp 2 cổng COM (1 RS – 232 & 1 RS – 485) hoạt động độc lập không phụ
thuộc lẫn nhau.
- 8 ngõ vào tốc độ cao: 4 điểm 20 khz & 4 điểm 10 khz. - 4 ngõ ra phát xung phát xung tốc độ cao: 4 điểm 10 khz.
- PLC Delta DVP 14SS211T phù hợp cho mơ hình nhỏ điều khiển đơn giản, giá
thành rẻ. Tiết kiệm không gian tủ điện.
Sơ đồ nối dây cho PLC Delta DVP 14SS211T:
Hình 4.10: Sơ đồ nối dây PLC Delta DVP 14SS211T ( Nguồn Internet )
Theo sơ đồ trên ta có dây trắng được kết nối với nguồn V+ tức nguồn 24 VDC và dây đen kết nối với nguồn V- tức nguồn 0 VDC.
- Đấu dây ngõ vào: Có hai kiểu đấu dây cho tín hiệu ngõ vào là âm chung và dương
49
+ Kiểu đấu âm chung: Nguồn 0VDC đấu vào chân S/S và ta được chân X0 ~ X7 là chân âm 0 VDC. Các thiết bị ngoại vi sẽ kết nối với chân 24 VDC nguồn ngồi và sau đó kết nối vào chân X0 ~ X7.
+ Kiểu đấu dương chung: Nguồn 24 VDC đấu vào chân S/S và ta được chân X0 ~ X7 là chân dương 24 VDC. Các thiết bị ngoại vi sẽ kết nối với chân 0VDC nguồn ngoài và sau đó kết nối vào chân X0 ~ X7.
Dựa theo sơ đồ trên ta đấu ngõ vào kiểu âm chung.
- Đấu dây ngõ ra: Vì ngõ ra là Transistor nên 24 VDC nguồn ngoài nối vào chân
UP, 0 VDC nguồn ngoài nối vào chân ZP. Ta được chân Y0 ~ Y5 là chân âm 0 VDC. Các thiết bị ngoại vi sẽ được kết nối với nguồn 24 VDC bên ngồi và sau đó kết nối tiếp vào các chân Y0 ~ Y5 để hoạt động.
- PLC Delta hoạt động dựa trên các chương trình được viết (code) trong phần mềm
lập trình WPLSoft của hãng Delta. Dựa vào chường trình này mà nó sẽ xử lý tín hiệu ngõ vào X và sau đó điều kiển các ngõ ra Y. Sử dụng cáp kết nối để download/ upload chương trình vào PLC hay máy tính.
4.4.1.2. HMI Delta DOP 107BV
50
Thông số kỹ thuật của HMI Delta DOP 107BV: - Tên sản phẩm: Màn hình HMI DOP – 107BV Delta. - Điện năng tiêu thụ: 8,6 W.
- Flash ROM: 256 MB. - RAM: 256 MB.
- Các cổng của HMI Delta DOP 107BV:
Hình 4.12: Cổng kết nối của HMI Delta DOP 107BV ( Nguồn Internet )
A: Cổng USB Slave để kết nối mới máy tính thơng qua cáp kết nối. B: Cổng USB Host.
D: Cổng COM 1 truyền thông RS – 232, RS – 485, RS – 422. Để kết nối với PLC Delta thông qua cáp kết nối.
C: Cổng kết nối với nguồn 24 VDC bên ngoài cho HMI hoạt động.
HMI Delta DOP 107BV thông dụng trên thị trường, kết nối được với dòng PLC DVP để thiết kế và lập trình. Hỗ trợ thiết kế bằng các nút lệnh đơn giản giúp đơn giản hóa quá trình thiết kế. Đồ họa đẹp.
51
4.4.1.3. Cảm biến hồng ngoại E3F – DS30P1 PNP
Hình 4.13: Cảm biến hồng ngoại E3F – DS30P1 PNP ( Nguồn Internet ) Thông số kỹ thuật: Thông số kỹ thuật:
- Nguồn cấp 6 ~ 36 VDC.
- Khoảng cách phát hiện 10 ~ 30 cm và có thể điều chỉnh khoản các được thơng
qua biến trở.
- Ngõ ra dạng PNP thường mở. - Nhiệt độ hoạt động: -40 ~ 70 độ C.
Sử dụng để phát hiện vật, khi có vật đi qua thì chân tín hiệu sẽ kích lên mức cao và truyền tín hiệu xuống PLC.
Sơ đồ dây cảm biến:
Có 2 loại cảm biến PNP và NPN tùy theo cách đấu ngõ vào âm chung hay dương chung trên PLC mà sử dụng:
- Đấu dây cảm biến PNP: Nguồn 24 VDC cấp vào dây nâu của cảm biến, 0 VDC
cấp vào dây xanh của cảm biến đồng thời cấp vào chân S/S trên PLC. Dây đen được kết nối với ngõ vào X trên PLC. Sở dĩ phải đấu âm chung trên PLC là do cảm biến PNP dây đen được kết nối với chân 24 VDC như hình 4.15.
52
- Đấu dây cảm biến NPN: Nguồn 24 VDC cấp vào dây nâu của cảm biến đồng thời
cấp vào chân S/S trên PLC. Nguồn 0 VDC cấp vào dây xanh của cảm biến. Dây đen được kết nối vào ngõ vào X trên PLC. Sở dĩ phải đấu dương chung trên PLC lả do cảm biến NPN dây đen được kết nối với chân 0VDC như hình 4.15.
Hình 4.15: Sơ đồ đấu dây bên trong cảm biến PNP và NPN ( Nguồn Internet )
Do kiểu đấu dây ngõ vào trên PLC là âm chung nên ta chọn sử dụng cảm biến quang PNP để truyền tín hiệu cho PLC Delta.
53
4.4.1.4. Relay kiếng Omron 24VDC.
Hình 4.16: Relay kiếng Omron 24VDC ( Nguồn Internet ) Đặc tính của Relay Đặc tính của Relay
- Sử dụng nguồn 24 VDC. - Tiếp điểm: Silver alloy. - Nhiệt độ - 40 ~ 55 độ C.
Chú ý: Dịng đầu ra <100 mA. Khơng kích trực tiếp Relay sẽ dẫn đến cháy hỏng module. Nên dùng thêm mạch điều khiển Relay.
Sơ đồ các chân:
Hình 4.17: Sơ đồ các chân relay kiếng ( Nguồn Internet )
9 – 1: Cặp tiếp điểm thường đóng. 9 – 5: Cặp tiếp điểm thường hở.
54
12 – 4: Cặp tiếp điểm thường đóng. 12 – 8: Cặp tiếp điểm thường hở. 14: Nguồn 24VDC.
13: Nguồn 0VDC.
Ở đây ta sử dụng relay kiến làm tiếp điểm trung gian nhận tín hiệu từ chân Y của PLC (Chân 13 kết nối với chân Y của PLC) để điều kiển các cặp tiếp điểm. relay kiến được sử dụng như một thiết bị trung gian bảo vệ các ngõ ra Y của PLC phòng trường hợp có sự cố xảy ra.
4.4.1.5. Biến tần mitsubishi FR – E520
Hình 4.18: Biến tần FR – E520 Giới thiệu chung: Giới thiệu chung:
- FR – E520 là dịng biến tần thơng dụng của Mitsubishi Electric với nhiều chức
năng thơng minh và có thể kết nối với máy tính, cơng suất đầu ra lên tới 7,5 kW. Series này có điểm đặc trưng là điều khiển vector bằng SLV và phần mền PWM, cho phép mômen lớn, dải tốc độ chậm. Giới hạn dịng hữu cơng.
55
- FR – E520 sử dụng trường dữ liệu mở như profibus/DP, DeviceNet và CC-link.
Có tích hợp hệ thơng thơng tin khác là RS – 485, bề mặt có nhiều điểm cho phép lắp đặt (Lên tới 32 điểm).
- Tích hợp hệ thống điều khiển với cửa sổ điện Digital Dial làm cho việc điều khiển
các tham số đầu vào trở lên dễ dàng hoặc có thể điều khiển bằng cách thay đổi các ký tự trên panen điều khiển của biến tần (Panen điều khiển có nhiều kênh ngơn ngữ). Chức năng copy lưu lại thông số cài đặt.
Đặc tính kỹ thuật:
- Điện áp đầu vào: 3/1 pha 380/220 VAC. - Điện áp đầu ra: 3 pha 220VAC.
- Công suất: 3,7 KW.
- Có tích hợp cổng truyền thơng RS – 485. Các chân của biến tần FR – E520
56
R, S, T: Nguồn 3 pha 380 VAC cấp vào cho biến tần. STF – SD: Kết nối với nhau thì biến tần chạy thuận. STR – SD: Kết nối với nhau thì biến tần chạy nghịch.
RH – SD: Kết nối với nhau thì biến tần chạy theo cấp tốc độ 1 (cài đặt 16 cấp tốc độ trong mode).
RM – SD: Kết nối với nhau thì biến tần chạy theo cấp tốc độ 2 (cài đặt 16 cấp tốc