B CễNG THNG
TNG CễNG TY MY NG LC & MY NễNG NGHIP
VIN CễNG NGH BO CO TNG KT TI
M S 234.08 RD/H KHCN

Tờn ti:

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển dừng vị
trí chính xác của xylanh khí hành trình đến
2000mm trong trờng hợp tải quán tính lớn.

C QUAN CH QUN: B CễNG THNG
C QUAN CH TRè: VIN CễNG NGH
CH NHIM TI: KS. TNG VN CNG
7104
16/02/2009

H NI, 12 2008

1. Sơ đồ khí nén cơ cấu di chuyển ngang 27
2. Sơ đồ điện điều khiển máy dỡ tải 30
Chơng 4: Khảo nghiệm và đánh giá kết quả 34
1. Vận hành khảo nghiệm 34
2. Đánh giá khả năng ứng dụng 37
Tài liệu tham khảo 38
Phụ lục báo cáo đề tài 39

3
Mở đầu
Trong những năm gần đây, Viện Công nghệ Bộ Công Thơng đã thực hiện
đợc nhiều Đề tài nghiên cứu khoa học có chất lợng tốt và đợc các doanh nghiệp
ứng dụng đánh giá là có hiệu quả cao. Tuy nhiên chúng tôi định hớng không
ngừng nghiên cứu nhằm tìm các giải pháp tốt hơn.
Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp bộ 17-06RD-HĐ-KHCN đã đạt
đợc những kết quả nổi bật, đã chế tạo và ứng dụng thành công Máy tạo sóng và
dỡ tải chân không ứng dụng trong Công Thơng sản xuất Vật liệu xây dựng, hiện
đang vận hành tại nhiều doanh nghiệp trên lãnh thổ Việt Nam. Với nhu cầu sản xuất
không ngừng mở rộng, thiết bị đòi hỏi phải có chế độ làm việc ổn định, độ bền cao,
đáp ứng đợc việc nâng cao năng suất của máy.
Chúng tôi đề xuất ở đây việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm bộ điều

không phải là quyết định.
Hiện nay xu hớng sử dụng khí nén kết hợp với các hệ thống điện, điện tử cho
phép mở rộng đáng kể lĩnh vực ứng dụng của các hệ truyền động khí nén, đặc biết
là trong lĩnh vực chế tạo máy và tự động hoá quá trình sản xuất.
5
1.2 Giới thiệu về máy dỡ tải chân không với cơ cấu di chuyển ngang bằng cơ
khí.

a. Thông số tốc độ làm việc:
Thông số tốc độ làm việc của thit b c công bố trong các ấn phẩm của Liên
xô cũ đợc nêu trong bng sau:

b. Yêu cu thc t:
- Hnh trình ca thit b: Gm 2 hnh trình i, li ca xe con v hnh trình lên
xung ca dn hút tấm, dn d khuôn. Di ây l bng hnh trình di chuyn ca
thit b:
Hnh trình H
(mm)
Truyn ng
1900
Di chuyn ca xe con (phi, trái)
150
Nâng (h) dn hút tấm
150

đợc hút tại vị trí 2 (trong chu kỳ làm việc trớc đó).
Bớc 2:
Sau khi hút khuôn và nhả tấm xong, hai dàn đợc nâng vị trí ban đầu
(1.a và 2.a).
Bớc 3:
Xe con di chuyển sang phải, dàn hút tấm đến vị trí số 2.a. Dàn hút dỡ
khuôn đến vị trí 3.a (vị trí bàn đặt khuôn).
Bớc 4:
Dàn hút tấm đi xuống vị trí 2.b, tấm sóng trên dàn tạo sóng đợc hút
lên . Dàn hút dỡ khuôn đi xuống vị trí 3.b nhả khuôn ra.
Bớc 5:
Hai dàn đợc nâng lên, dàn hút tấm trở về vị trí 2.a, dàn hút dỡ
khuôn trở về vị trí 3.a.
Bớc 6:
Xe con di chuyển về phía trái, dàn hút tấm trở về vị trí 1.a, dàn hút dỡ
khuôn trở về vị trí 2.a; Đến đây một chu kỳ làm việc của thiết bị kết thúc, một chu
kỳ là việc tiếp theo bắt đầu
đợc lặp lại.
Gia các bc thao tác cả thi gian ngh gian ngh h thng c khí cụ th
áp ng c vi iu khin. Nh vy thi gian cho mt chu k lm vic ca thit
b s c tính theo công thc l:
T
Chukì
=Xung+Dng+Lên+Dng+Phi+Dng+Xung+Dng+Lên+Dngt+Trái+
Dng.
Chu trình dịch chuyển là một trình tự xác định dịch chuyển của cơ cấu chấp hành
mà sau khi thực hiện xong chúng lại trở về vị trí ban đầu
Các hệ truyền động khí nén làm việc theo chu trình đợc chia theo kiểu điều
khiển thành ba nhóm:
Điều khiển theo vị trí: Hình 2: Xylanh khí điều khiển theo vi trí.
Trong sơ đồ nay vị trí tận cùng đợc kiểm tra bằng các cảm biến vị trí X11,
X12. Từ các cảm biến X11, X12 các tín hiệu về vị trí của các cơ cấu chấp hành
đợc báo tới hệ điều khiển, trên cơ sở đó tạo lập các lệnh điều khiển f và
f .Trong
các hệ điều khiển khí nén các cảm biến vị trí trên thờng là các van hành trình 3/2

9
thờng ngắt( ở vị trí đầu cửa ra của van nối với đờng xả) hoặc thờng mở( ở vị trí
đầu cửa ra của van nối với áp suất nguồn).
Hệ điều khiển có thể còn bao gồm các công tắc khí nén, công suất khởi động,
các thiết bị giữ chậm, các phần tử lôgíc Số các cơ cấu chấp hành đợc điều khiển
trong hệ thống có thể là 1, 2, 3 hoặc hơn nữa.
Hệ điều khiển theo thời gian: Hình 3: Sơ đồ hệ điều khiển theo thời gian bằng cơ cấu cam.
Trong sơ đồ này thời gian thực hiện một chu trình đợc xác định bằng cơ cấu
cam. Thời gian thực hiện và đờng phân các chu kỳ riêng biệt của nó ở đây đợc
xác định bởi profin của cam 1 và vận tốc quay( W) của nó. Thời gian của từng bớc
hoặc của cả chu trình làm việc có thể cho trớc bằng rơle thời gian các loại, đợc
nối tiếp nhau trong hệ thống .


động Ngoài ra, hệ thống điều khiển cần tính đến khả năng phải thay đổi trình tự
chuyển động của các cơ cấu chấp hành, can thiệp của ngời điều khiển tại từng
công đoạn bất kỳ của chu trình làm việc và các yếu tố khác.
- Điều khiển theo lôgíc ( Điều khiển số)
Trong các hệ khí nén phức tạp của các máy công nghệ, để đa các tín hiệu đến
đổi vị trí các van phân phối, ngoài vị trí của các cơ cấu chấp hành, cần tính đến một
loạt các thông tin về đối tợng đợc gia công, dụng cụ, các vấn đề về lao động
Ngoài ra hệ điều khiển còn tính đến khả năng phải thay đổi trình tự chuyển động
của các cơ cấu chấp hành, can thiệp của ngời điều khiển tại từng công đoạn bất kỳ
trong chu trình làm việc và các yếu tố khác.
Đa số các hệ thống tự động sử dụng trong thực tế, trong đó kể cả các hệ thống
truyền động tự động khí nén, thuộc nhóm các hệ thống điều khiển ngắt quãng. Hệ
điều khiển của các hệ thống tự động này đợc xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết
điều khiển lôgíc.

12 Hình 6: Sơ đồ hệ điều khiển xylanh theo phơng pháp điều khiển số.
Hệ thống bao gồn khối điều khiển lôgíc với các đầu vào P1, P2,P
n
; X1,
X2X
n
và các đầu ra Z1, Z2Z
n
; Các phần tử nhỏ dạng trigiơ có các đầu vào
riêng biệt V10V50 và các đầu ra Y1, Y2Y
n
. Tổng hợp giá trị của các tín hiệu

giản hoá đợc các mô tả điều kiện làm việc và tổng hợp hệ điều khiển.
1.4 Hệ truyền động khí nén có hãm cuối hành trình.
Một trong những hạn chế cơ bản của các hệ truyền động khí nén là dễ xảy ra va
đập cuối các hành trình, đặc biệt là khi chúng làm việc với tải nặng và vận tốc lớn.
Vì vậy, việc đảm bảo cho các hệ khí nén dừng nhẹ nhàng ở cuối các hành trình là
điều quyết định trong các hệ truyền động khí nén. Việc tính toán quá trình hãm và
các thiết bị hãm cho chúng là một bớc cần thiết mang tính chất bắt buộc, khi chọn
các thông số làm việc cho hệ thống.
Cơ cấu điều khiển tốc độ trực tiếp của cơ cấu công tác bao gồm van tiết lu và
van một chiều thờng gọi là thiết bị điều khiển tốc độ. Cách gọi nh vậy thực tế
không hoàn toàn đúng nghĩa, bởi vì van tiết lu đợc chỉnh ngay từ ban đầu khi cơ
cấu chấp hành làm việc và trong quá trình chuyển động tình trạng của van tiết lu
không thay đổi. Bởi vậy đúng nghĩa của nó phải gọi là cơ cấu cài đặt thời gian hành
trình chuyển động. Phụ thuộc vào cách lắp đặt van tiết lu và van một chiều ta phân
biệt hai phơng pháp điều khiển tốc độ thiết bị công tác. Tiết lu ở đầu vào( đầu cấp
khí) và tiết lu ở đầu ra (đầu thoát khí) nh hình 7.

14

Hình 7: Biểu đồ thay đổi áp suất với tiết lu đầu vào và tiết lu đầu ra
Ta hãy xét quá trình tiết lu đầu cấp khí đờng cong thay đổi áp suất của một
chu kỳ là đờng nét liền trên đồ thị.
Để đơn giản bài toán ta hãy giả thiết trong một số thời điểm dừng chuyển động
của pittông và chênh áp suất
B
PPP

=

= const. Vào thời điểm A lực cản

khác nhau. Thông thờng thực hiện bằng phơng pháp đối áp của cơ cấu phanh
chuyên dụng.
Trong trờng hợp cần phanh truyền động đã có sẵn thì tốt nhất là sử dụng thêm
bình chứa( bình tích khí) với van tiết lu. Xem hình 8 Hình 8: Hm băng cách dùng bình tích áp. 16
Trong lúc đầu của chu trình khí trong bình tích có áp suất bằng áp suất khí
quyển. Khi đó pittông chuyền động tăng tốc, sau đó trong bình tích khí áp suất tăng
và chuyền động pittông đợc phanh lại.
Kích thớc bình tích khí có thể xác định bằng con đờng tính toán, hoặc thí
nghiệm trong đó tiện lợi nhất đo bằng cách đổ đầy dần trong bình tích khí.
Trong tất cả các phơng pháp thì năng lợng động năng phanh của khối lợng
truyền đồng truyền sang cũng nén khí, liên quan lợng khí trong khoang xả trong
thời điểm phanh, tỷ số nén khí và quá trình nhiệt động học liên quan.
Trong một số trờng hợp khi khối lợng lớn và di chuyển tốc độ cao thì quãng
đờng phanh là tơng đối lớn thì kinh tế nhất là chọn thời gian khởi động gần nh
thời gian phanh. Nh vậy hợp lý nhất phải điều khiển tốc độ trong suốt quá trình
truyền động hoặc phải giảm khối lợng truyền động. Với biện pháp nh vậy thì
hành trình phanh và thời gian phanh có giá trị gần bằng thời gian và hành trình khởi
động.
Một trong những phơng pháp hẵm cơ bản là tạo đệm khí đối áp cuối hành
trình bằng cách làm giảm đột ngột tiết diện đờng xả. Để thực hiện đợc điều này
tác giả sử dụng thiết bị hãm ngoài (van hãm).
Van hãm ngoài thờng có kết cấu gồm một tiết lu mắc song song với một van
một chiều và một van hành trình kiểu 2/2 thờng mở, đợc lắp trên hình 2-14a.


18
mất ý nghĩa. Trong trờng hợp này, hoặc phải điều chỉnh tốc độ trên cả hành trình
hoặc phải giảm khối lợng chuyển động của hệ thống. Khối lợng hệ thống thì
không thể giảm đợc, nếu điều chỉnh tốc độ trên toàn bộ hành trình xylanh cũng
làm giảm tốc độ của xylanh. Trong trờng hợp đề tài tác giả sử phơng pháp hãm
kết hợp vừa làm giảm tiết diện đờng xả để làm giảm tốc độ xylanh, đồng thời kết
hợp với phanh khí nén ở cuối hành trình.
G : Tổng tải trọng đặt lên bánh xe :
)(1400 kgMG
i
==


f : Hệ số ma sát giữa cổ trục lắp ổ bi; f = 0.015

k
d
: Đờng kính cổ trục lắp ổ bị;
)(70 mmd
k
=
=7(cm)

:
à
Hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và ray;
03,0
=
àk
D : Đờng kính bánh lăn :
)(200 mmD
k
=
=20(cm)


)(7.121,1.
20
03.0.27.015,0
1400 kgW
ct
=
+
=

2.1.2. Tính toán sơ bộ gia tốc
Với yêu cầu về thời gian, khoảng cách và tốc độ điều khiển sau;
Thời gian xe đi hết hành trình: t = 4,5(s)
Thời gian yêu cầu đạt vận tốc lớn nhất:
)(1
1
st =
Vận tốc lớn nhất :
)/(55,0
max
smv
=

Hành trình lớn nhất:
)(9,1
max
ms
=

Các khoảng hành trình nh sơ đồ dới đây:

2
2
1
2
1
1
2
11
sma
t
s
a
t
as
===
=

Lực quán tính sinh ra :
)(112)(11208,0.1400.
1
kgNaMF
qt

=
=
=

b, Với khoảng hành trình 2:
)(1,1
2

)(4,0
3
mS
=

Thời gian xe con đi hết hành trình còn lại này là:
)(5,1)21(5,4)(
213
stttt
=
+

=
+=

Vận tốc :
)/(55,0
33
smvv
t
==
=)/(38,0
5,1
5,1.55,04,0
.2
.
2


=
=
=

Vậy: Quán tính của xe con lớn nhất tại thời điểm
1
t tơng ứng với gia tốc
1
a
2.1.3. Chọn Xylanh:
Với các kết qủa trên, so sánh quán tính của xe con tại mỗi thời điểm, ta chọn
thời điểm có quán tính lớn nhất (khoảng thời gian
1
t ) để tính toán lựa chọn xylanh:
áp dụng định luật 2 Niutơn:

cttt
WFaM

=.
(2)

22
Với:

:
tt
F
Lực đẩy (kéo) của 2 xylanh

10.6.2
1247
2
2
cm
p
F
S
tt
===

Mà:

)(4,36)(64,324,13
4,10.44
4
.
2
mmcm
S
D
D
S ======



Nh vậy xylanh chọn phải thoả mãn điều kiện:
)(4,36 mmD

Nhóm đề tài chọn xylanh loại AM của hãng TPC (Hàn Quốc) với các thông số sau: