Phần điều khiển: Van đảo chiều:
Ta sử dụng van đảo chiều vì nĩ dùng để đĩng mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để đảo chiều các chuyển động của cơ cấu chấp hành. Một số loại van đảo chiều:
- Van đảo chiều 2 cửa, 2 vị trí (2/2). - Van đảo chiều 3 cửa , 2 vị trí (3/2). - Van đảo chiều 4 cửa , 2 vị trí (4/2). - Van đảo chiều 4 cửa, 3 vị trí (4/3)…
Van đảo chiều cịn phong phú về tín hiệu tác động.
Ở đây ta sử dụng van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí, lị xo định tâm, điều khiển bằng solenoid vận hành lái thủy lực.
Phần chấp hành :
Cơ cấu chấp hành cĩ nhiệm vụ biến năng lượng thủy lực thành năng lượng cơ học. Cơ cấu chấp hành chuyển động tịnh tiến va chuyển động quay trịn.
Hệ thống xylanh:
Xylanh gồm 2 loại : Xylanh lực và xylanh moment.
٭Trong xylanh lực,chuyển động tương đối giữa pistongvới xylanh là chuyển động tịnh tiến
٭Trong kết cấu,xylanh lực chia ra làm 2 loại: ەXylanh tác động đơn.
ەXylanh tác động kép.
+Xylanh tác động kép:
Chất lỏng làm việc tác động một lực cần thiết khi đi cũng như khi về,tạo nên chuyển động ở cả 2 chiều khi đi cũng như khi về
Hình 3.15 Xy lanh tác động kép.
٭ Nguyên lý hoạt động:
Chất lỏng làm việc tác động lên cả hai phía của pittong và tạo nên chuyển động hai chiều.
3.4 Tính tốn và chọn các phần tử thủy lực:
Ta chọn máy ép phun (BJ500-V1) với các thơng số cụ thể:
Kích
cao cao di
kính L/D phun tích phun tịnh quay Chu tích Kích 3.4.1 Tính tốn chọn xy lanh:
Tính tốn và chọn xy lanh cho bộ phận kẹp khuơn:
Dựa vào sơ đồ của cơ cấu cho bộ phận kẹp khuơn ta phân tích lực ra làm 2 phần:
Hình 3.17 : Lực tác dụng vào các khâu của nữa trên bộ phận kẹp khuơn
Vì lực kẹp khuơn là 5000KN, do đĩ ta cĩ lực tác dụng vào nữa trên của bộ phận kẹp khuơn là F= 2500 (KN)
F1 F cos30 2500 cos 3o
2496.6
Trong tam giác IJP ta cĩ: Gĩc IJP = 180o 900 30 870 F IF 100 870 2 1 F IF 770 2 1 F2 F cos77 0 2500 cos77 0 561, 6(KN ) F F sin100 561.6 sin100 97, 5(KN ) 3 2
Lực tổng hợp tác động vào cần của xy lanh: F 2F3 195(KN)
Mà ta cĩ F= p.A
Trong đĩ: p: áp suất trong xylanh= áp suất của hệ thống=17,5
(Mpa) A: tiết diện của xy lanh kẹp khuơn.
F 195
A (3.2)
p 17.5 Đường kính của xy lanh kẹp khuơn:
4A
D
Chọn theo tiêu chuẩn: D=120 (mm)
Tính tốn chọn xy lanh di chuyển cụm phụn nhựa:
Đường kính xy lanh trục vít : D= 95(mm) Diện tích của trục vít : A
Ta cĩ áp lực phun : p= 130(Mpa)
Lực tác dụng vào trục vít : F=p A=130 7088.22=921,468(KN) Áp suất của hệ thống p=17,5(Mpa)
Diện tích của xy lanh di chuyển cụm phun:
A F 921.468 52, 657(mm2 )
p 17.5
Đường kính của xy lanh di chuyển cụm phun:
D
Chọn theo tiêu chuẩn D=250 (mm)
Với xy lanh di chuyển trục vít D=250(mm) tra bảng chọn được
d=120(mm) Mã hiệu của xy lanh: D-210-M00-250/120-450-A/20-B-1-C-H- U-M-WW Thơng số hình học cụ thể của xy lanh xem phục lục.
Hình 3.18 Xy lanh thủy lực
3.4.2 Tính tốn chọn bơm thủy lực và động cơ điện:Tính tốn cơng suất kẹp khuơn: Tính tốn cơng suất kẹp khuơn:
Ta cĩ diện tích của pittong kep khuơn:
A=11,14 10 3 ( m2 ) Áp suất trong hệ thống: p= 17,5 (Mpa)
Hành trình của xy lanh : l=220 (mm) trong khoảng thời gian t=4s Vận tốc của xy lanh kẹp khuơn:
v l 220
55(mm ) 0.055(m )
t
Lưu lượng bơm cần cấp là cho xy lanh kẹp khuơn: Q 0.055 11.14 10 3 6.127 10 4
(m3 s ) 36.762( l phut ) Cơng suất của bơm cần cung cấp cho xy lanh kẹp khuơn:
N k P Q 1.1 17.5 106 4.233 10 3 11, 794(KW )
Trong đĩ:
- kb: Là hệ số tổn thất năng lượng do ma sát dầu trong đường ống. Tính tốn cơng suất phun:
Thể tích nhựa phun tối đa là:Vmax= 2736 ( cm3 )
Khối lượng nhựa phun tối đa: m=2597(g) Tốc độ phun tối đa: v=522(g/s)
Thời gian phun: tm 2597 5(s) max
v
522
Lưu lượng phun tối đa:
Qmax V
max
t
max
Cơng suất phun tối đa:
N k P Q 1.1 17.5 106 0.5472 10 3 10, 534(KW )
p b
Khi trục vít lùi về nạp liệu: Thơng số của trục vít:
Đường kính đỉnh răng : D=95(mm) Đường kính chân răng : d=60(mm) Bước vít :
pc 32(mm)
Khi quay 1 vịng trục vít vận chuyển được :
(D2
v
) 4 Thể tích nhựa phun tối đa là: Vmax= 2736 ( cm3 )
Mà ta cĩ vận tốc quay của trục vít là: n= 120(vịng/phút) Thời gian trục vít quay 10 vịng trên là:
t20
n
Diện tích của phần đầu phun chứa nhiên liệu:
A
Quãng đường di chuyển của trục vít :
l
Vận tốc di chuyển của trục vít:
v l
Lưu lượng khi trục vít lùi về:
QVA232
Cơng suất bơm cần cung cấp để đẩy lùi trục vít:
Np kb
P Q 1.1 17.5 10
Tính tốn chọn motor thủy lực làm quay trục vít:
Tốc độ quay của trục vít là: n=120 rpm
Dựa vào vận tốc quay của động cơ ta chọn động cơ :
TE series HY13-1590-007/US cĩ vận tốc quay của động cơ n=1000 (rpm), lưu
Hình 3.19: Motor thủy lực TE series HY13-1590-007/US
Tính tốn chọn động cơ điện:
Cơng suất tối đa của bơm trong điều kiện làm việc của hệ thống dưới áp suất p=17,5 Mpa là :
N
m k
b p Q 1.1 17.5 106
Trong chu trình hoạt động của máy ép nhựa cĩ 2 quá trình hoạt động đồng thời là bơm làm quay trục vít và xy lanh đưa trục vít lùi về:
N Nm N p 24.38 28.233 52.613(kN )
Ta thấy N lớn nhất so với các quá trình cịn lại.Do đĩ ta dùng cơng suất này để chọn bơm và động cơ của hệ thống cung cấp cho hoạt động của tồn mạch.
Loại bơm được chọn là 3K280sb6 với giá trị cơng suất Ndc=55(kW), tốc độ quay n=985 (vg/ph), điện áp 380V AC. Với các thơng số hình học để lắp đặt (hình 3.12) tham khảo(phụ lục).
Hình 3.20: Thơng số hình học động cơ 3 pha lồng sĩc.
Tín tốn chọn bơm thủy lực cho hệ thống:
Lưu lượng lớn nhất mà bơm tạo ra trong hệ thống là:
Qb
ht
Dung tích bơm cung cấp trong một vịng quay của động cơ chọn ở trên là:
q Q
n
Dựa vào dung tích trên ta chọn bơm cánh gạt cĩ mã số PV2R4-237 q=237(ml/vg) .Thơng số hình học của bơm tham khảo phục lục.
3.4.3 Chọn valve thủy lực :
Van tràn chỉnh áp suất của bơm:
Van tràn được chọn là model RF/RCF-16-H-20 [6] với lưu lượng tối đa cho phép qua là 500(l/phut), áp suất làm việc tối đa là 21Mpa (Hình 3.15) được dùng để chỉnh áp suất ra của bơm đưa vào mạch điều khiển.
Hình 3.21: Van tràn và sơ đồ nguyên lý van tràn [6].Valve tiết lưu : Valve tiết lưu :
Chọn van điều khiển lưu lượng 1 chiều model SRCT/SRCG- 03/06/10.Áp suất làm việc tối đa là 25Mpa, lưu lượng tối đa cho phép qua valve là 200(l/phut).
Hình 3.22: Van tiết lưu 1 chiều SRCT/SRCG- 03/06/10.
Van phân phối :
Chọn valve phân phối 3 cửa 4 vị trí model DSG-01-3C2 hoạt động với áp suất tối đa cho phép p= 25Mpa .lưu lượng Q = 100 (lit/phut)
Qua việc tính tốn chọn các phần tử thủy lực phù hợp với các số liệu đưa ra cho việc thiết kế ta lắp ráp các phần tử này lại với nhau thành một hệ thống.
Sơ đồ hệ thống thủy lực của máy ép nhựa:
CHƯƠNG 4 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN:
Trong các chương trước ta đã tính tốn,thiết kế các phần tử thủy lực,cũng như cách lắp rắp các phần tử này với nhau để tạo nên 1 hệ thống hồn chỉnh của máy ép nhựa.Để cho máy ép nhựa hoạt động theo sự chu trình và sự tính tốn thì ta cần phải điều khiển nĩ.Do đĩ trong chương này ta sẽ xây dựng một chương trình điều khiển hồn chỉnh để thấy được một cách trực quan hoạt động của máy như thế nào.
Hệ thống điều khiển phải được thực hiện theo một chu trình tự động và liên tục.
Trong quá trình hoạt đơng của hệ thống.Cĩ nhiều tình huống xảy ra đặt biệt là về vấn đề an tồn lao động.Để đảm bảo an tồn lao động ta cần phải thiết kế các nút nhấn chức năng để dừng hệ thống một cách đột ngột.Sau đĩ nhấn nút khởi động thì chương trình sẽ tiếp tục thực hiện cơng việc sau thời điểm dừng cho đến hết chu trình làm việc của máy.Ta sẽ thấy một cách trực quan trong phần mơ phỏng.
Đẩy rơi sản phẩm yes Mở khuơn hết Mở khuơn yes
4.2 Phân tích chu trình hoạt động của máy ép nhựa:
Chu trình hoạt động của máy ép phun nhựa như sau:
Sau khi nhấn nút khởi động,máy thực hiện:
+Bước 1:pistong (mang tấm khuơn di động) đi vào đĩng khuơn lại. Đến cuối hành trình thì dừng lại.
+Bước 2: Trục vít tiến vào bắt đầu phun nhựa.
+Bước 3: Sau khi phun nhựa xong,trục vít lùi ra,đồng thời động cơ dầu làm quay trục vít được khởi động.Trục vít lùi cuối hành trình thì động cơ dầu cũng dừng lại. +Bước 4: Pistong A lùi ra để mở khuơn.
+Bước 5: Pistong C( dùng để đẩy sản phẩm) tiến vào. +bước 6: Pistong C lùi lại.
Khi kết thúc ,nếu nút khởi động vẫn cịn tác dụng thì chu trình được lặp lại
4.3 Mạch điều khiển chương trình bằng phần mền Automation studio:4.3.1 Mạch điều khiển bằng tín hiệu điện: 4.3.1 Mạch điều khiển bằng tín hiệu điện:
Khi đĩng nút Start mạch điện được kết nối với với nguồn điện.Lúc này các cơng tắc hành trình bắt đầu nhận được tín hiệu làm xy lanh di chuyển theo chu trình đã được lập trình trong phần mền mơ phỏng này. Trong chương trình này cĩ các cơng tắc hành thường đĩng,thường mở,các cuộn dây điện, solenoid và timer.Khi nhận được tín hiệu từ các cảm biến hành trình thì cơng tác hành trình thường mở sẽ đĩng lại cho dịng điện chạy qua,khi khơng cĩ tín hiệu thì nĩ sẽ hở,ngắt dịng điện. Cịn cơng tắc thường đĩng thì hoạt động ngược lại,bình
thường khơng cĩ tín hiệu điện thì cơng tắc đĩng, khi cĩ tín hiệu điện thì cơng tắc hở và ngắt dịng điện. Các cuộn dây đĩng vai trị trung gian điều khiển các tín hiệu cơng tắc đĩng mở của chương trình.khi cĩ tín hiệu điện các cuộn dây sẽ chuyển thành màu đỏ trong chương trình mơ phỏng.Các solenoid cũng hoạt động tương tự. Khi cĩ tín hiệu nĩ sẽ chuyển thành màu đỏ trong chương trình, đồng thời khi cĩ tín hiệu thì các solenoid sẽ điều khiển, chỉnh hướng hoạt động các valve phân phối, từ đĩ bộ phận chấp hành là xy lanh di chuyển theo hướng đã định trong chương trình.
Mạch điều khiển điện:
4.3.2 Điều khiển bằng PLC:
Automaton Studio hỗ trợ người sử dụng lập trình PLC để điều khiển các cơ cấu chấp hành thủy lực, khí nén trong điều khiển tự động. Trong thư viện của phần mềm này hỗ trợ lập trình Ladder của các hãng như Seimens, Allen Bradley. Khi kết nối với card giao tiếp I/O riêng của phần mềm Automation Studio người sử dụng cĩ thể mơ phỏng chương trình PLC với thiết bị thực. Trong thư viện của phần mềm này số lượng cổng I/O cho phép tối đa là 32.
CHƯƠNG 5: MƠ PHỎNG
Để cĩ một cái nhìn tổng quan về hoạt động của máy ép nhựa thì việc mơ phỏng quá trình hoạt động của máy ép nhựa là thật sự cần thiết.Quá trình mơ phỏng được thực hiện theo trình tự sau:
Dùng phần mền automation studio để mơ phỏng.
Lấy các phần thủy lực trong thư viện của phần mền, như đã tính tốn trong chương 3
Kết nối các phần tử thủy lực này lại thành một hệ thống hồn chỉnh của máy ép nhựa.
Đưa ra chương trình điền khiển hệ thống bằng điện và PLC.
Vì máy ép nhựa cĩ kết cấu phức tạp và cồng kềnh.Do đĩ trong chương trình mơ phỏng này ta chỉ mơ phỏng các phần tử thủy lực mà cơ cấu chấp hành là các xy lanh và motor thủy lực để thấy được trình tự hoạt động của từng cơ cấu chấp hành theo mỗi thời điểm khác nhau.
5.1 Mạch thủy lực hoạt động theo kết quả mơ phỏng bằng automation studio:
5.2 Mơ phỏng trên máy tính:
Mơ phỏng hoạt động của máy bằng phần mền automation studio.File mơ phỏng xem video.
Qua file mơ phỏng ta thấy chu trình hoạt động của máy thực hiện theo đúng trình tự ta đã thiết kế cho hệ thống điều khiển ở chương 4 .Do đĩ phần thiết kế ở chương 4 là phù hợp.
KẾT LUẬN:
Những kết quả đạt được:
Qua luận văn này ta đã tìm hiểu về ngành nhựa. Tình tình phát triển của ngành ở thời điểm hiện tại và tương lai. Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của máy ép phun nhựa , cũng như đưa ra được cấu tạo từng cụm bộ phận của máy. Từ đĩ tính tốn thiết kế cho hệ thống thủy lực của máy với một lực ban đầu là 5000(KN).
- Hiểu rõ về cấu tạo,nguyên lý hoạt động cua máy ép nhựa. - Hiểu và thiết kế hệ thống thủy lực phục vụ cho vận hành máy.
- Mơ phỏng thành cơng hoạt động của máy bằng phần mền automation studio.
Những hạn chế của luận văn:
- Chưa cĩ mơ hình thực tế để kiểm chứng.
- Hệ thống điều khiển chỉ thiết kế PLC. Cần tìm hiểu thêm về board mạch điện điều khiển dùng vi xử lý.
- Chưa thiết kế được nút reset trong chương trình điều khiển. - Chưa thiết kế được bộ phận kiểm sốt nhiệt độ.
Hướng phát triển trong tương lai:
- Thiết kế một bộ điều khiển hồn chỉnh cho máy.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Michael J Pinches , John G Ashby .Power hydraulic.
[2] Trịnh Chất- Lê Văn Uyển . Tinh tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí- tập1, tập2. [3] Lê Khánh Điền . Vẽ kỹ thuật cơ khí.
[4] Lê Hồi Quốc – Chung Tấn Lâm. PLC trong điều khiển các quá trình cơng nghiệp.Bộ điều khiển khả lập trình plc.
Tài liệu trên Internet
[5] Http: Hydraulics.com.vn [6] Http: Automationstudio.com
[7] Http://www.injection-molding-resource.org/injection-molding-machines/