Chương 2. Xây dựng hệ thống điều khiển – truyền động thủy lực cho mô hình Robot
30
Các vấn đề đặt ra: Mô hình cánh tay robot đã quá cũ, các bộ phận điện tử đã hư
hỏng, không còn khả năng tái sử dụng. Hệ thống bơm, nguồn cấp không còn. Một số chi tiết cơ khí bị nứt vỡ, han gỉ.
Giải quyết vấn đề: Đứng trước bài toán thực tế như vậy, em đã quyết định tiến
hành theo hướng chỉ tận dụng lại 6 khớp cơ khí và 24 cặp van điện của robot. Vận dụng những kiến thức đã tìm hiểu về hệ truyền động khí nén- thủy lực để tiến hành làm mới các bộ phận đã mất, hỏng hóc để hoàn thiện mô hình Robot
a. Bơm dầu
Tính toán lưu lượng và áp suất của bơm
Dựa vào các thông số đo đạc và tính toán được từ trên ta tính được tổng thể tích của các xi-lanh là:
1 2 3 4 5 6
V=V +V +V +V +V +V 1,23 (lít)
Để tính được lưu lượng cần thiết của bơm, ta cần xác định được thời gian Robot chuyển động. Thời gian lý tưởng (dựa trên thực nghiệm) để Robot đi hết các hành trình- tương ứng với việc bơm đã cung cấp thể tích là 1.23(lít) là 12s. Từ đó ta tính được lưu lượng của bơm là:
V 1,23
Q= = .60=6,15
t 12 (lít/phút)
Ta có công thức tính công suất bơm (công suất động cơ kéo bơm) :
HP=GPM.PSI.0,000583 (2.1)
Trong đó :
HP : Công suất bơm tính theo mã lực (1HP=1,36kW ) GPM : Lưu lượng của bơm (1GPM=3,785 l/p)
PSI : Áp suất định mức của bơm (1psi=0,069bar) 0,000583 : Hệ số chuyển đổi đơn vị
Công thức trên áp dụng cho trường hợp bơm hoạt động với công suất 100%, không có hao tổn và ma sát. Tuy nhiên trong thực tế hoạt động với bơm bánh răng, hiệu suất chỉ đạt khoảng 80%. Ngoài ra, hệ thống mạch van điều khiển thủy lực và hệ thống ống nối của mô hình được thay thế hoàn toàn nên không đảm(( bảo sự đồng đều về tiết diện và
Chương 2. Xây dựng hệ thống điều khiển – truyền động thủy lực cho mô hình Robot
31
hình dạng của các cút nối, do đó, hiệu suất truyền tải của hệ thống thủy lực chỉ đạt khoảng 75%. Từ đó, ta tính được công suất của bơm như sau :
Chọn bơm
6,15 10
HP=( . .0,000583):(0,8.0,75)=0.23(HP) 3,785 0.069
(2.2)
Hệ thống thủy lực trong mô hình Robot có các đặc điểm chính sau : đòi hỏi áp suất không cao (10 bar), lưu lượng dầu cần thiết ở mức thấp (6.15 lít/phút), thường xuyên phải hoạt động trong chế độ bơm không tải, độ ổn định cao.
Từ đó, ta lựa chọn bơm bánh răng ăn khớp ngoài, bởi các lý do chính như sau :
Kết cấu đơn giản, dễ vận hành và sửa chữa Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ gọn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Có khả năng chịu quá tải trong 1 khoảng thời gian ngắn Dải áp suất rộng, thích hợp với hệ thống vừa và nhỏ
Số vòng quay và công suất trên một đơn vị trọng lượng nhỏ Bơm chân không
Giá thành rẻ
Nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng ăn khớp ngoài :
Chương 2. Xây dựng hệ thống điều khiển – truyền động thủy lực cho mô hình Robot
32
Bơm bánh răng làm việc theo nguyên lý dẫn và nén chất lỏng trong một thể tích kín thay đổi được dung tích. Quá trình hút đẩy được diễn ra như sau:
Bánh răng chủ động được nối với trục của bơm quay và kéo theo bánh răng bị động quay. Chất lỏng ở trong các rãnh răng theo chiều quay của các bánh răng vận chuyển từ khoang hút đến khoang đẩy vòng theo vỏ bơm. Khoang hút và khoang đẩy được ngăn cách với nhau bởi những mặt tiếp xúc của các bánh răng ăn khớp và được xem là kín.
Khi một cặp bánh răng vào khớp ở khoang đẩy, chất lỏng được đưa vào khoang đẩy bị chèn ép và dồn vào đường ống đẩy. Đó là quá trình đẩy.
Đồng thời với quá trình đẩy, tại khoang hút có một cặp bánh răng ra khớp, dung tích của khoang hút được dãn ra, áp suất ở khoang hút giảm và chất lỏng sẽ được hút vào buồng hút từ bể chứa thông qua ống hút vào bơm. Nếu áp suất trên mặt thoáng là áp suất khí quyển thì áp suất ở khoang hút sẽ là áp suất chân không.
Về nguyên lý, nếu bơm tuyệt đối kín nghĩa là giữa khoang hút và khoang đẩy không có sự dò rỉ chất lỏng qua nhau hoặc dò rỉ chất lỏng ra ngoài thì áp suất của bơm chì phụ thuộc vào tải.
Trong thực tế bơm không thể nào hoàn toàn kín do khả năng chế tạo hoặc nhiều trường hợp người ta phải cố ý tạo ra sự thoát lưu lượng nào đó thì áp suất không phải thuần túy chỉ tăng theo tải.
Bơm bánh răng được lựa chọn có hình ảnh như dưới đây :
Chương 2. Xây dựng hệ thống điều khiển – truyền động thủy lực cho mô hình Robot
33
Bơm có dải lưu lượng hoạt động từ 4 – 25 (cm3/vòng) với áp suất đầu ra thay đổi từ 0 – 120 (bar) tùy theo tải.
Bơm bánh răng có 1 nhược điểm là khi sử dụng 1 thời gian (tùy theo điều kiện và chế độ hoạt động) áp suất do bơm tạo ra sẽ bị sụt giảm, không giữ được áp suất định mức ban đầu. Để hạn chế nhược điểm này, cần tránh cho bơm hoạt động ở chế độ quá tải trong thời gian dài, cần phải tạo độ tinh khiết cho dầu để tránh việc các bánh răng bị ăn mòn trong quá trình sử dụng.
Động cơ
Do động cơ có công suất nhỏ, yêu cầu chịu được quá tải trong thới gian dài và có momen ổn định khi tải thay đổi nên sử dụng động cơ điện 1 chiều.
Động cơ điện 1 chiều sử dụng trong mô hình có hình ảnh như sau :
Hình 2.8. Động cơ một chiều dùng trong mô hình.
Động cơ có nguồn cấp là 100V- DC, tốc độ định mức là 3000 vòng/phút, công suất định mức là 0.4 HP.
Để truyền động giữa bơm và động cơ, ta sử dụng khớp nối động. Vì 2 trục của bơm và động cơ có đường kính lần lượt là 12 và 14mm nên không có khớp nối sẵn. Do đó, em đã tiến hành gia công khớp nối động. Việc gia công khớp nối động giúp cho việc truyền
Chương 2. Xây dựng hệ thống điều khiển – truyền động thủy lực cho mô hình Robot
34
động từ động cơ sang máy bơm dễ dàng hơn. Khớp nối vẫn hoạt động tốt khi trục động cơ và trục xi-lanh hơi lệch nhau. Dễ dàng tháo lắp, thay thế và sửa chữa khi gặp sự cố.
Hình 2.9. Khớp nối động sử dụng trong mô hình.
Dầu
Xuất phát từ yêu cầu của một hệ thống thủy lực nói chung và của Robot đang thực nghiệm nói riêng. Em đã quyết định sử dụng dầu làm mát cho ô-tô, xe ga làm dung dịch trong hệ thống thủy lực của mình bởi nó có những ưu điểm phù hợp với hệ thống như sau :
Có độ nhớt trung bình (do có khoảng 4-6% dầu bôi trơn) Hấp thu nhiệt tốt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Có nhiệt độ đóng băng tương đối thấp (<15ºC)
Có khả năng chống gỉ, ăn mòn tốt do các phân tử dầu sẽ cách ly nước với bề mặt các phần tử khác
Dễ thay thế, giá thành không cao
Tương đối sạch, không ô nhiễm môi trường, phù hợp với điều kiện nghiên cứu và thực nghiệm của sinh viên.
Chương 2. Xây dựng hệ thống điều khiển – truyền động thủy lực cho mô hình Robot
35 Kết quả :
Trong quá trình chạy thực nghiệm đã cho thấy dầu làm mát đã phát huy được tác dụng của mình, hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của thực nghiệm đặt ra.
Bể dầu, bầu lọc dầu
Bể dầu
Bể dầu là nơi cung cấp nguồn thủy lực cho toàn bộ hệ thống. Bể dầu cần đạt những yêu cầu như :
- Thể tích bể dầu đủ lớn để có thể cung cấp đủ lượng dầu cho toàn bộ hệ thống khi làm việc và là nơi tỏa nhiệt để quá trình vận hành đạt kết quả cao nhất - Bể dầu phải kín, tránh sự tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài - Thiết kế nhỏ gọn, phù hợp với không gian làm việc
Trước những yêu cầu đặt ra và khả năng thực tế cho phép, nhóm đã tận dụng lại bình đựng nước lọc 20 lít thông thường để làm bề dầu.
Bầu lọc dầu
Bầu lọc dầu là một bộ phận nhỏ nhưng rất quan trọng. Bầu lọc dầu giúp lọc bỏ những chất bẩn có lần trong dầu. Trong quá trình chạy thực nghiệm sẽ có rất nhiều các chất bẩn cũng như các mạt kim loại do quá trình ma sát gây ra và lẫn trong dầu thủy lực. Nếu như các chất bẩn này không được xử lý, lâu dần sẽ làm hỏng máy bơm, tắc các hệ thống van hoặc các đường ống dẫn.
Xuất phát từ điều đó nhóm đã tiến hành tham khảo các kiểu dạng bầu lọc và tiến hành thiết kế ra một bầu lọc giấy từ những dụng cụ có sẵn. Trong quá trình chạy thực tế bầu lọc tự chế cũng đã phát huy tốt nhiệm vụ của mình.
Ống dẫn, cút nối
Ống dẫn
Ống dẫn có nhiệm vụ vận chuyển dầu tới các câu cấu của robot. Ống dẫn được sử dụng là ống dẻo có kích thước và khả năng chịu được áp suất thích hợp cho từng vị trí.
- Sử dụng ống dẫn nhỏ để dẫn dầu từ mạch lực thủy lực lên các xi-lanh. Ý nghĩa của việc này là làm tăng áp suất dòng chảy nên sẽ đưa dầu vào xi-lanh dễ dàng hơn.
- Sử dụng các ống nhựa dẻo có đường kính 10mm làm đường dẫn dầu chính từ nguồn cấp tới hệ thống mạch thủy lực
Chương 2. Xây dựng hệ thống điều khiển – truyền động thủy lực cho mô hình Robot
36
Cút nối, khớp nối
Cút nối có nhanh nhiệm vụ là mối nối giữa đường ống và các cơ cấu cơ khí của robot .Khớp nối giúp kết nối 2 đoạn đường ống khác nhau. Cút nối và khớp nối giúp dễ dàng tháo lắp hoặc sửa chữa thay thế khi gặp sự cố. Được chế tạo bởi các vật liệu bền chắc, chịu va đập và áp suất lớn.
Sau đây là hình ảnh của các loại cút nối và khớp nối
Hình 2.11. Khớp nối nhanh cho dây nguồn và hồi lưu.
Đồng hồ đo áp suất
Do Robot có thể hoạt động tốt khi được cấp nguồn có công suất từ 5-7 bar. Vì vậy em đã chọn đồng hồ có dải đo từ 0 -25bar, giới hạn chia nhỏ nhất là 0,5bar. Việc chọn dải đo rộng phù hợp với điều kiện thực nghiệm, giúp tránh các sự cố khi áp suất trong hệ thống tăng vọt khi gặp sự cố.
Chương 2. Xây dựng hệ thống điều khiển – truyền động thủy lực cho mô hình Robot
37 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});