TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ …… ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠNG NGHỆ THỦY LỰC-KHÍ NÉN ĐỀ TÀI: MÁY DẬP TỰ ĐỘNG GVHD: Trần Văn Cách SVTH: Đinh Văn Vinh TP Vinh 03 – 2011 Nhận xét giáo viên hướng dẫn: ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Mơ hình máy dập tự động ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách Lời nói đầu Ngày nay, nghành cơng nghiệp phát triển mạnh địi hỏi quy trình làm việc nhanh hiêu Quy trình cơng nghệ dập tự dộng mà thực phần nhỏ thời đại cơng nghiệp hóa đại hóa ngày Có nhiêu cách dể thiết kế mơ hình dập tự dộng khác nhau, thiết kế mô hình dập tự động điều khiển hệ thống khí nén Trong q trình thực hiên đồ án cố gắng chắn khơng thiếu sai xót Vì vậy, tơi mong ý kiến đóng góp q thầy bạn Nhân xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Văn Cách thầy Hoàng Hữu Tân bạn giúp tơi hồn thành đồ án Xin chân thành cảm ơn! Mơ hình máy dập tự động ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách CHƯƠNG I DẪN NHẬP Hiện trạng: Vài nét phát triển cơng nghệ thủy lực - khí nén: Khơng khí xung quanh ta nhiều vơ kể nguồn lượng lớn mà người biết sử dụng chúng từ trước Công nguyên Tuy nhiên phát triển ứng dụng khí nén lúc cịn hạn chế chưa có phối hợp ngành vật lý, học v.v Mãi kỷ17, nhà kĩ sư chế tạo người Đức Otto von Guerike, nhà toán học triết học người Pháp Blaise Pascal, nhà vật lý người Pháp Denis Papin xây dựng nên tảng ứng dụng khí nén Trong kỉ 19, máy móc thiết bị sử dụng lượng khí nén phát minh như: thư vận chuyển ống khí nén (1835) Josef Ritter, phanh khí nén (1880), búa tán đinh khí nén (1861)…Với phát triển mạnh mẽ lượng điện, vai trị sử dụng lượng khí nén bị giảm dần Tuy nhiên việc sử dụng lượng khí nén đóng vai trị cốt yếu nhiều lĩnh vực, mà sử dụng lượng điện nguy hiểm; sử dụng lượng khí nén dụng cụ nhỏ, truyền động với vận tốc lớn; sử dụng lượng khí nén thiết bị búa hơi, dụng cụ dập, phun sơn, giá kẹp chi tiết… dụng cụ, đồ gá kẹp chặt máy Cùng với phát triển khơng ngừng lĩnh vực tự động hóa, ngày thiết bị truyền dẫn, điều khiển thủy lực – khí nén sử dụng máy móc trở nên rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy uốn, máy ép phun, dây chuyền chế biến thực phẩm,… thiết bị làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo xác cao, cơng suất lớn với kích thước nhỏ gọn lắp đặt dễ dàng không gian chật hẹp so với thiết bị truyền động điều khiển khí hay điện Mơ hình máy dập tự động ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN  GVHD: Trần Văn Cách Ưu – nhược điểm khí nén: Ưu điểm: • Do khả chịu nén (đàn hồi) lớn khơng khí, trích chứa khí nén cách thuận lợi Như có khả ứng dụng để thành lập trạm trích chứa khí nén • Có khả truyền tải lượng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp xuất đường dẫn • Khơng gay nhiễm mơi trường • Chi phí thấp để thiết lập hệ thống truyền động khí nén, phần lớn xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén có sẵn • Hệ thống phịng ngừa q áp suất giới hạn đảm bảo Nhược điểm: • Lực truyền tải trọng thấp • Khi tải trọng hệ thống thay đổi, vận tốc truyền thay đổi, khả đàn hồi khí nén lớn, thực chuyển động thẳng quay • Dịng khí đường dẫn gây nên tiếng ồn • Hiện nay, lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển khí nén với cơ, với điện, điện tử Cho nên khó xác định cách xác, rõ ràng ưu, nhược điểm hệ thống điều khiển Yêu cầu giới hạn đề tài: Mơ hình máy dập tự động ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT A NGUỒN KHÍ NÉN Máy nén khí: Khái niệm: Máy nén khí thiết bị tạo áp suất khí, lượng học động điện động đốt chuyển đổi thành lượng khí nén nhiệt Phân loại: a Theo áp suất: • Máy nén khí áp suất thấp: p ≤ 15 bar • Máy nén khí áp suất cao: p ≥ 15 bar • Máy nén khí áp suất cao: p ≥ 300bar b Theo nguyên lý hoạt động: • Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittơng, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít • Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm máy nén khí theo chiều trục Bình trích chứa khí nén: Khí nén sau khỏi máy nén khí xử lý cần phải có phận lưu trữ để sử dụng Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ tách nước Mơ hình máy dập tự động ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào cơng suất máy nén khí công suất tiêu thụ thiết bị sử dụng, ngồi kích thước cịn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn Ký hiệu : B CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Một số khái niệm: Một hệ thống điều khiển bao gồm mạch điều khiển vòng hở (Open – loop Control System) với phần tử sau:  Phần tử đưa tín hiệu : nhận giá trị đại lượng vật lý đại lượng vào, phần tử mạch điều khiển Ví dụ: van đảo chiều, rơle áp suất  Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo quy tắc logic định, làm thay đổi trạng thái phần tử điều khiển Ví dụ: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic OR AND  Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái đối tượng điều khiển, đại lương mạch điều khiển Ví dụ: xilanh, động khí nén Van đảo chiều: Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dịng lượng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng dòng lượng Nguyên lý hoạt động: a) Van đảo chiều 3/2: Khi chưa có tín hiệu điện tác động vào cửa (12), cửa (1) bị chặn cửa (2) nối với cửa (3) Khi có tín hiệu điện tác động vào cửa (12), nịng van dịch chuyển phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) cửa (3) bị chặn Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) đi, tác động lò xo, nòng van trở vị trí ban đầu Ký hiệu: Mơ hình máy dập tự động ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách Một số van đảo chiều 3/2 b) Van đảo chiều 5/2: Khi chưa có tín hiệu điện tác động vào cửa (14), cửa (3) bị chặn, cửa (1) nối với cửa (2) cửa (4) nối với cửa (5) Khi có tín hiệu điện tác động vào cửa (14) nịng van dịch chuyển sang phải, cửa (2) nối với cửa (3) cửa (1) nối với cửa (4) cửa (5) bị chặn Khi tín hiệu tác động vào cửa (14) tác động lị xo nịng van trở vị trí ban đầu Ký hiệu: Mơ hình máy dập tự động ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách Một số van đảo chiều 5/2 Van tiết lưu: Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dịng chảy, tức điều chỉnh vận tốc thời gian chạy cấu chấp hành Ngoài van tiết lưu có nhiệm vụ điều thời gian chuyển đổi vị trí van đảo chiều Nguyên lý làm việc van tiết lưu lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào thay dổi tiết diện Van tiết lưu chiều điều chỉnh tay Nguyên lý hoạt động: Tiết diện chảy Ax thay đổi điều chỉnh vít điều chỉnh tay Khi dong khí nén từ A qua B, lò xo đẩy màng chắ xuống dịng khí nén qua tiết diện Ax Khi dịng khí nén từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lị xo đẩy màng chắn lên dong khí nén qua khoảng hở mành chắn mặt tựa màng chắn, lưu lượng khơng điều chỉnh Ký hiệu: Mơ hình máy dập tự động ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách Van tiết lưu chiều Công tắc hành trình điện - cơ: Ngun lí hoạt động: Bình thường tiếp điểm nối với 2, lăn chạm cữ hành trình, tiếp điểm nối với  Khi không tác động: S •  Khi có tác động: Mơ hình máy dập tự động 10 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách CHƯƠNG III THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG A PHẦN CƠ KHÍ Mơ hình thiết kế: Mơ hình máy dập tự động 14 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách Các cấu mơ hình:  Cơ cấu kẹp phơi: gồm có cấu: o Pitton A – bàn trượt: kẹp giữ kéo phôi vào để thực q trình cưa o Pitton C: kẹp giữ phơi lúc cưa pitton B kéo bàn trượt Cơ cấu đẩy phôi: pitton B mang theo bàn trượt – pitton  A  Cơ cấu nâng cưa: pitton D giá đỡ cưa Tính tốn cấu để chọn xylanh máy nén khí:  Thông số phôi cắt: Dài L = 2000 mm = 20 dm Rộng a = 30 mm = 0,3 dm Mơ hình máy dập tự động 15 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách Cao b = mm = 0,02 dm Chất liệu thép CT45: D = 7,8 kg/dm3 Vphôi = a.b.L = 0,3 0,02 20 = 0.12 dm3 Suy ra: Mphôi = Vphôi D = 0.12 7,8 = 0,936 kg  Đường kính xylanh B: Phản lực tác dụng lên bàn trượt: Nbàn trượt = Pbàn trượt Pbàn trượt = (Mphôi + Mbàn trượt + Mcơ cấu) 10 Trong đó: Mphơi = 0,936 kg; Mbàn trượt = 15 kg; Mcơ cấu = kg Nên Pbàn trượt = 209,36 N Suy ra: Fms = K.Nbàn trượt Với K = 0,2 hệ số ma sát bàn trượt Điều kiện để pitton B đẩy bàn trượt là: FB ≥ Fms FB ≥ K Nbàn trượt FB ≥ 0,2 209.36 = 41,872 N Mà FB = P AB Chọn máy nén khí có áp suất P = bar = 5.105 N/m2 áp suất thỏa yêu cầu Suy ra: AB = F B = 41.872/(5.105) = 5,3744 10-5 m2 Mà: AB = dB = P π d nên ta được: A B = 10,3 10-3 m = 10,3 mm π Như chọn pitton B có đường kính dB = 11 mm Mơ hình máy dập tự động 16 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách  Đường kính xylanh A: Lực ma sát phôi bàn trượt (K = 0,5): Fms phôi = K.N Phản lực bàn trượt lên phôi: N = Pphôi + Fép Suy ra: Fms phôi = K.(Pphôi + Fép) Để phôi nằm bàn trượt pitton B đẩy bàn trượt phơi theo bàn trượt phải có: Fms phơi ≥ Fđẩy Mà Fđẩy = FB = P.AB = 60,5 N Nên K.(Pphôi + Fép) ≥ FB Như Fép ≥ F B - Pphôi = 111,64 N K Hay AA.P ≥ 111,64 N suy AA ≥ 2.23 10-4 m2 Và ta được: dA ≥ S A = 1,68 10-2 m = 11,7 mm π Vậy chọn đường kính xylanh A: dA = 12 mm  Đường kính xylanh C D: Fgiữ phơi =500 N = F1 =F Fcắt = 500 N = F2 =F Từ đó: AD = F = 0,001 m2 P AC = 0.001 m2 Suy ra: dD = 4A = 0,0357 m = 35,7 mm π dC = 35,7 mm Vậy chọn đường kính xylanh C D là: d = 36 mm B PHẦN ĐIỆN – KHÍ NÉN Sơ đồ hành trình bước: Mơ hình máy dập tự động 17 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN Sơ đồ mạch điện – khí nén dùng Rơle: GVHD: Trần Văn Cách Sơ đồ mạch điện – khí nén dùng PLC: Mơ hình máy dập tự động 18 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách Chương trình PLC: Bảng I/O : Code chương trình theo tập lệnh LAD: Mơ hình máy dập tự động 19 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN Mơ hình máy dập tự động GVHD: Trần Văn Cách 20 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách C QUY TRÌNH VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC Quy trình thực hiện: Hệ thống gồm xylanh bố trí theo phương Phôi dạng nạp tự động nhờ xylanh A,B Xylanh C kẹp phôi xylanh D xuốnglàm nhiệm vụ cắt Mơ hình máy dập tự động 21 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách Mơ hình cấu chấp hành Trình tự cắt thực sau: ⇒ Xylanh A xuống kẹp phôi ⇒ Xylanh B đẩy cấu mang xylanh A kẹp phôi, đưa phơi vào vị trí cắt ⇒ Xylanh C xuống kẹp phôi ⇒ Xylanh A rút đồng thời xylanh D xuống để cưa cắt phôi tự động rút cắt xong ⇒ Sau xylanh D rút về, xylanh B mang theo xy lanh A xylanh C kẹp giữ phôi ⇒ Sau xylanh C kết thúc việc kẹp phôi ⇒ Xylanh A xuống kẹp phôi xylanh B tới nạp phôi chuẩn bị cho lần cắt Chế độ làm việc: Mơ hình máy dập tự động 22 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách Trước hoạt động hệ thống tự Reset trạng thái ban đầu, q trình hoạt động Reset hệ thống cách nhấn nút Reset bảng điều khiển Nhấn nút Start hệ thống bắt đầu hoạt động lặp lại chu kỳ hoạt động Mơ hình máy dập tự động 23 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ A KẾT QUẢ THỰC HIỆN Sau trình thực với nhiều cố gắng nỗ lực thân với tận tình hướng dẫn thầy Tưởng Phước Thọ, tập đồ án hoàn thành thời gian quy định theo yêu cầu đặt Thiết kế mơ hình cắt phơi tự động Để thực yêu cầu chúng em nghiên cứu, tìm hiểu vấn đề về:  Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén  Mơ mạch điều khiển điện – khí nén phần mềm chuyên dụng Festo Fluidsim  Mô đồ họa Autocad  Lập trình ứng dụng PLC  Tính tốn lực, tải trọng chọn lựa thiết bị phù hợp cho cấu  Và vấn đề khác có liên quan đến đề tài B HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Do giới hạn thời gian thực đồ án điều kiện thiết bị khơng cho phép nên nhóm nghiên cứu chưa thể phát triển đồ án lên mức cao Một số hạn chế hướng phát triển đề tài: • Hồn thiện hệ cắt phơi tự động • Các chi tiết để cắt phơi mang tính mơ chưa thực tế hóa Mơ hình máy dập tự động 24 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách • Mở rộng khả cắt điều chỉnh kích thước cắt phôi cách linh hoạt Mặc dù có nhiều cố gắng với trình độ kiến thức có hạn nên chúng tơi khơng tránh khỏi sai lầm thiếu xót khơng mong muốn Rất mong q thầy có ý kiến đóng góp bổ sung để đề tài hoàn thiện MỤC LỤC CHƯƠNG I: DẪN NHẬP Hiện trạng -3 Mơ hình máy dập tự động 25 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách Vài nét phát triển công nghệ thủy lực – khí nén 3 Yêu cầu giới hạn đề tài -5 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT A NGUỒN KHÍ NÉN Máy nén khí Bình trích chứa khí nén B CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN -7 Van đảo chiều -7 Van tiết lưu Cơng tắc hành trình điện – -10 Xylanh khí nén 12 C PLC SIEMENS S7 – 200 CPU 214 -15 Giới thiệu chung PLC S7 – 200 (Siemens) 15 Mô tả PLC S7 – 200 CPU 214 18 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG A PHẦN CƠ KHÍ 21 Mơ hình thiết kế 21 Các cấu mơ hình -22 Tính tốn cấu để chọn xylanh máy nén khí 22 B PHẦN ĐIỆN – KHÍ NÉN 25 Sơ đồ hành trình bước 25 Sơ đồ mạch điện – khí nén dùng Rơle -26 Sơ đồ mạch điện – khí nén dùng PLC 27 Chương trình PLC 27 C QUY TRÌNH VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC 29 Quy trình thực -39 Chế độ làm việc -30 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ A KẾT QUẢ THỰC HIỆN -31 B HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI -31 Mơ hình máy dập tự động 26 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG – HUỲNH NGUYỄN HOÀNG, Hệ Thống Điều Khiển Bằng Thủy Lực, NXB Giáo Dục [2] NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG, Hệ Thống Điều Khiển Bằng Khí Nén, NXB Giáo Dục Mơ hình máy dập tự động 27 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách [3] Ths PHẠM BẠCH DƯƠNG, Ths ĐỒNG SĨ LINH, giảng Lập trình ứng dụng PLC, Bộ môn Cơ Điện Tử, ĐH SPKT TP HCM [4] NGUYỄN THẾ HÙNG, giảng Điều khiển tự động, Bộ môn Cơ Điện Tử, ĐH SPKT TP HCM Mơ hình máy dập tự động 28 ... dùng công tắc từ Mơ hình máy dập tự động 13 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách CHƯƠNG III THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG A PHẦN CƠ KHÍ Mơ hình thiết kế: Mơ hình máy dập tự động 14 ĐỒ ÁN. .. Yêu cầu giới hạn đề tài: Mơ hình máy dập tự động ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN GVHD: Trần Văn Cách CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT A NGUỒN KHÍ NÉN Máy nén khí: Khái niệm: Máy nén khí thiết bị tạo... KHÍ NÉN Sơ đồ hành trình bước: Mơ hình máy dập tự động 17 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ THỦY LỰC KHÍ NÉN Sơ đồ mạch điện – khí nén dùng Rơle: GVHD: Trần Văn Cách Sơ đồ mạch điện – khí nén dùng PLC: Mơ hình máy