.8 Phơi di chuyển trên máng dẫn nhờ trọng lượng

Chi tiết cần cấp phơi của đề tài có dạng hình trụ 2 trục đối xứng cho nên ta chọn máng dẫn phơi có dạng hình chữ nhật như hình sau:

Hình 2.9 Cấu tạo máng dẫn phơi sử dụng trong đề tài

2.4.2 Tính tốn máng dẫn phơi

Để phơi di chuyển được trên máng ta phải tác dụng lực vào phơi. Có nhiều cách tạo ra lực di chuyển phơi như:

 Dùng trọng lực của phôi bằng cách đặt máng nghiêng một góc so với phương 23

nằm ngang. Nếu phơi lăn thì độ dốc của máng nhỏ khoảng 5070. Nếu phơi trượt thì góc

nghiêng phải lớn hơn góc ma sát giữa phôi và đáy máng (khoảng 300).  Dùng phương pháp rung động.

 Dùng lực cơ khí hoặc thủy lực để đẩy phơi.

+ Phôi dịch chuyển trong máng của đề tài dưới tác dụng của lực rung động của phễu rung và máng rung được đặt nghiêng một góc 300 so với mặt phẳng nằm ngang để phôi dễ dàng trượt xuống mà không bị kẹt.

+ Khi tính tốn chiều cao của máng dùng cho chi tiết dạng trượt thì ta cần chú ý đến kích thước kẹt phơi hay cịn gọi là điều kiện kẹt phơi.

+ Trên hình vẽ có biểu diễn một phơi có kích thước L, D đang trượt trong máng có chiều rộng H. Trong q trình trượt phơi có thể bị nghiêng đi như hình vẽ.

+ Khi phơi chạm vào máng tại điểm A thì phơi sẽ chịu tác dụng của các lực pháp tuyến N và lực ma sát F. Hợp lực của chúng là T, T tạo với N một góc β là góc ma sát, đường chéo OA tạo với N một góc α.

Hình 2.10 Lực tác dụng khi phơi trượt trong máng

 Nếu α> β thì T sẽ tạo với điểm A một mơmen mà mơmen đó sẽ làm cho phơi bớt nghiêng nghĩa là phôi hết kẹt.

 Nếu α<β thì T sẽ tạo với điểm A một mơmen mà mơmen đó càng làm cho phơi bị nghiêng thêm tức là bị kẹt.

Vậy α = β là giới hạn giữa trạng thái kẹt và trạng thái có khả năng trở về trạng thái ban đầu. Góc α lại phụ thuộc vào khe hở giữa máng. H càng nhỏ thì α càng lớn, α lớn nhất khi D = H. Nhưng để phôi dễ dàng di chuyển trong máng và không bị đổi hướng thì:

D < H < Hmax Trong đó, Hmax đạt được khi α = β

24

Từ hình vẽ ta có: Mà : Suy ra : Khi α = β thì : Với μ = tg β: là hệ số ma sát Vậy: cos cos H max L D 2 H

Để phôi di chuyển trong máng khơng bị kẹt thì:

D min H Trong đó:

 D: đường kính phơi (D=24,5mm)

 μ: hệ số ma sát (μ= 0,3 vì máng làm bằng thép)

 Δ min: khe hở nhỏ nhất giữa phôi và máng (Δmin=1mm)

Suy ra:

Chọn H = 25(mm).

24,51 H

 24,5 H 25,35

2.5. TÍNH TỐN CÁC CHÂN2.5.1 Kết cấu của các chân 2.5.1 Kết cấu của các chân

Kết cấu của các chân trong các cơ cấu cấp phôi rung động thường có các loại sau: lị xo phẳng, lị xo phẳng nhiều lớp và lị xo có tiết diện trịn.

25

Lị xo phẳng Hình 2.11 Lị xo phẳng một lớp Lị xo phẳng nhiều lớp: Hình 2.12 Lị xo phẳng nhiều lớp Lị xo có tiết diện trịn: Hình 2.13 Lị xo có tiết diện trịn

Chế độ hoạt động của cơ cấu cấp phơi rung động phụ thuộc vào độ cứng vững của các chân đó như nhau hay khơng. Ngun nhân gây ra độ cứng vững khác nhau là:

 Kích thước chế tạo không giống nhau  Vật liệu khác nhau

26

 Lắp chân vào đáy phễu khơng chính xác

Độ cứng vững khơng đồng đều (khác nhau) sẽ làm cho máng dao động đứt quãng (khơng đều). Do đó dịch chuyển của chi tiết trên máng khơng đồng đều. Vì vậy tính tốn các chân có hiệu quả khi các yếu tố làm thay đổi độ cứng vững của các chân được loại bỏ.

2.5.2 Tính tốn 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 t (nghĩa là dao động lên xuống mà khơng có xoắn).

Hình 2.14 Thép lá lị xo

Thơng số hình học của lị xo như hình vẽ. Trong ba thơng số này ta chọn hai thơng số và ta tính thơng số cịn lại:

Chọn: b = 25 (mm) L = 200 (mm)

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

  2 f 2.3,14.50 314( rad / s)

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



 1. Vì vậy xét trong điều kiện hệ thống ổn định ta sẽ chọn:

 0



 Suy ra tần số dao động riêng:

 

0

 Độ cứng tương đương của lò xo:

c m.2 0

Trong đó:

 m: tổng khối lượng phía trên lị xo (bao gồm mphễu vàmchitiet )

m  m pheu mchitiet 11 5 16( Kg)

 c 16.3202 1638400( N / m)1639( N / mm)

Vì sử dụng 4 lị xo lá giống nhau nên ta có: c = c1 +c2+c3 +c4=4c1

Từ cơng thức:

c1 = 410 (N/mm)

Trong đó:

 E: mơ đun đàn hồi của vật liệu E

 J: mơmen qn tính

Vì lị xo có tiết diện hình chữ nhật nên:

J  bh 3 12 Tiết diện thép lá

 

3Ebh3 c

1

12l3

28

 h 3

2.6. TÍNH TỐN NAM CHÂM ĐIỆN

2.6.1 Chọn số nam châm điện từ sử dụng trong cơ cấu rung

Khi thiết kế cơ cấu cấp phơi 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.

a.Cơ cấu có một nam châm điện

 Khi có một nam châm điện

P0

P2

P1

Hình 2.15 Sơ đồ tác dụng lực khi có một nam châm điện

Ta có: P1 = P.Sin P2 = P.Cos

 Khi cơ cấu có bốn chân thì P = P0 /4

Hình 2.16 : Quan hệ phụ thuộc giữa thành phần lực P1, P2 và góc nghiêng

Như vậy, khi có một nam châm trong cơ cấu thì nên chọn lớn trong trường hợp này cơng 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 khơng tỷ lệ với nhau, cịn độ cứng vững khơng 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 khơng có khả năng làm cho phơi chuyển động theo bề mặt.

b. Khi có bốn nam châm điện

Hình 2.17 : Sơ đồ tác dụng lực khi có ba nam châm điện

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 ngồi 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 phơi rung động với phễu nhỏ (đường kính < 0,4m) để cấp phơi nhỏ và nhẹ, còn cơ cấu có bốn nam châm điện được dùng trong cơ cấu cấp phơi rung động với phễu lớn (đường kính > 0,3÷1m) để cấp phơi 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 tốn thiết kế trong đề tài, thì ở đây sẽ sử dụng một nam châm điện từ đặt tại đường tâm phễu.

30

2.6.2 Cơ cấu rung điện từ

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)

2.6.2.1 Cơ cấu rung điện từ một nhịp

Hình 2.18 Cơ cấu rung điện từ một nhịp

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 dịng 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.

P(t)

Hình 2.19 Tần số dao động

31

2.6.2.2 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp

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

Hình 2.20 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp

Với kết cấu như vậy lực kéo nam châm điện tác dụng ở hai phía đối xứng và khơng gây ra tải trọng bổ sung cho hệ thống đàn hồi.

Cơ cấu rung điện từ hai nhịp là cơ cấu hồn 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.

2.6.2.3 Tính nam châm điện

Trong phễu cấp phơi rung động, dẫn động của các cơ cấu cấp phơi kiểu này có thể là các đầu rung điện từ, cơ khí, khí nén hoặc thủy lực. Thơng dụng nhất là đầu rung điện từ vì chúng

cho phép điều chỉnh vơ cấp năng suất cấp phơi. Vì vậy trong phần tính dẫn động cho phễu ta sẽ tính tốn dẫn động bằng 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 dịng điện hình sin cho cuộn dây được viết bằng biểu thức: P0 = H.sinωt

Với: H – lực kích ban đầu. → P0max = 320 (N)

Hình 2.21 Nam châm điện

32

Tiết diện của phần cảm:

S

c

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

Sc lc.b Chọn: lc = 3,2 (cm) bSc 12,5 4cm => lc 3,2 Trong đó:

 b: chiều dày của thanh

 lc: bề rộng của phần cảm trung tâm

 Bề rộng của phần cảm ngoài

c

 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

lb h c= 8+1,6 = 9,6 cm

 Bề rộng khuôn khổ của thép

l  lc 2c 2n 3,2 2.1,6 2.3,212,8cm

Theo kích thước hình học của thép có thể xác định số Ampe - vòng được cuốn vòng phần cửa sổ: A h.n.102..K 8.3,2.100.2.0,3 = 1536 0 Trong đó:   2(A/cm)

 K0: Hệ số điền đầy của dây đồng (K0= 0.25 0.3) Số vòng cần thiết là:

  vịng

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

h.n.0,35.10 Sd



Đường kính dây:

d

Dịng điện của cuộn dây

I

Số vịng ở hàng thứ nhất

KB 

Trong đó:

 nk: bề rộng của cuộn dây. Chọn nk = 28 (mm)  0,9: hệ số tính đến các cuộn dây

34

Số hàng trong cuộn dây:

m k

Trong đó:

 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 (vịng)

Cơng suất sinh ra nhiệt Pa được tính theo cơng thức:

P  UI cos Ra .I 2

a

Trong đó:

Với :

 cos: hệ số công suất.

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

R

a

điện trở riêng của đồng : 0, 0175

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

l0 = (7+7).2 = 28 (cm) = 0,28 (m) Ra .l

0 . 0,0175.0,28.793 3,7 ()

Sd 1,2

=> Pa U .I .cos=R a .I 2 =3,7.1,94 213,9(W)

2.6.3 Cơ cấu giảm chấn

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

35

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 lị xo, đệm cao su, chúng có khả năng giảm rung động, tạo điều kiện cho máy làm việc ổn định hơn.

Cơ cấu giảm chấn cao su thường được lắp giữa hai tấm đệm bằng thép.

Hình 2.22 Cơ cấu giảm chấn bằng cao su

Cơ cấu giảm chấn bằng lị xo:

Hình 2.23: Cơ cấu giảm chấn bằng lị xo

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 lị xo cịn 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

hiệu quả giảm chấn khơng cao.

  a 1,41. Nếu tỉ số   a  1,41 thì Trong đó:

 : tần số dao động cưỡng bức( =314rad/s)  a : tần số dao động riêng của cơ cấu giảm chấn

Vậy để cơ cấu giảm chấn hoạt động tốt thì a 1,314

41 222, 7( rad / s)

Để tính được kích thước của giảm chấn cần chọn trước thông số chiều cao: h (h=30mm). 36

Xác định đường kính của giảm chấn cao su: - Độ cứng của giảm chấn: m. a C n (1) Mặt khác: C Từ (1) và (2) ta có: (2) D 4 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 lượng giảm chấn (n=3)

E: môđun đàn hồi vật liệu cao su (E=60 N/mm2)

J: mơmen qn tính tiết diện trịn ( J

64.D4 )

Vậy giảm chấn có kích thước: chiều cao h=30 mm và đường kính D= 44 mm.

2.6.4 MƠ HÌNH 3D PHỄU RUNG

Hình 2.24 Mơ hình phễu rung cấp phơi

38

CHƯƠNG 3 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

3.1. KHÁI QUÁT VỀ PLC3.1.1 Lịch sử hình thành. 3.1.1 Lịch sử hình thành.

Thiết bị điều khiển khả trình (PLC, programmable logic controller) là một loại máy tính điều khiển chuyên dụng, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình, do nhà phát minh người Mỹ Richard Morley lần đầu tiên đưa ra ý tưởng vào năm 1968. Dựa trên yêu cầu kỹ thuật của General Motors là xây dựng một thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho mạch điều khiển logic