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

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

Nhóm nghiên cứu đề tài gồm:
TT Họ và tên Học hàm, học vị
chuyên môn
Cơ quan
1 Tống Văn Cờng Kỹ s Viện Công nghệ
Chủ nhiệm Đề tài
2 Đỗ Quốc Quang Tiến sĩ cơ học Viện Công nghệ
3 Nguyễn Thành Long Kỹ s Viện Công nghệ
4 Đào Trung Hiếu Kỹ s Viện Công nghệ
5 Nguyễn Văn Quân Kỹ s Viện Công nghệ
6 Tăng Bích Thuỷ Kỹ s Viện Công nghệ

2
Mục lục

Chơng I: Khảo sát, nghiên cứu 3
1.1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống có sử dụng khí nén 3
1.2. Giới thiệu về máy dỡ tải chân không với cơ cấu di chuyển ngang
bằng cơ khí 5
1.3. Sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển ngang bằng xylanh khí nén 7
1.4. Hệ truyền động khí nén có hãm cuối hành trình 13
Chơng 2: Nghiên cứu tính toán, mô phỏng truyền động
của thiết bị 19
2.1. Tính toán và chọn thông số xylanh khí 19
2.2. Mô phỏng truyền động của thiết bị 25
Chơng 3: Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển 26

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

khiển dừng vị trí chính xác của xylanh khí hành trình đến 2000 mm trong trờng
hợp tải quán tính lớn. Nhằm thay thế cho cơ cấu di chuyển ngang của máy dỡ tải
chân không để nâng cao năng suất của máy.
Chúng tôi đã tiến hành rà soát và theo dõi suốt quá trình vận hành của Máy
dỡ tải chân không, khảo sát, rút kinh nghiệm và triển khai 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 nhằm ứng dụng cho máy dỡ tải chân
không.


4
Chơng I: Khảo sát - nghiên cứu
1.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống có sử dụng khí nén.
Các hệ thống truyền động khí nén đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
nh trong chế tạo máy, luyện kim, hàng khôngChúng thờng đợc sử dụng dới
dạng các hệ truyền động kẹp, vận chuyển, nâng hạ, phanh hãm, các cơ cấu tự động
hoá
Sở dĩ các hệ thống khí nén đợc sử dụng rộng rãi nh vậy bởi khí nén có nhiều
u điểm mà các hệ truyền động khác không có đợc, đó là:
- Kết cấu cơ khí đơn giản.
- Tác động rất nhanh.
- Độ tin cậy làm việc cao trong môi trờng dễ cháy nổ.
- Tiết kiệm năng lợng.
Tuy nhiên các hệ thống khí nén có nhợc điểm là kích thớc lớn, tính nén và
giãn của không khí khá lớn gây ảnh hởng tới hệ thống. Nhất là đối với tải có khối
lợng lớn, quán tính lớn. Do vận tốc của các cơ cấu chấp hành khí nén khá lớn dễ
xảy ra va đập ở cuối các hành trình. Việc điều khiển dừng vị trí chính xác rất khó
thực hiện đợc nh đối với các hệ thống thuỷ lực và cơ khí.
Mặc dù còn có những hạn chế nh vậy, các hệ các hệ truyền động khí nén vẫn
đợc sử dụng rất thành công trong các trờng hợp khi mà những nhợc điểm trên

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

Nâng (h) dn hút khuôn
c. Sơ đồ động học của thiết bị:

Hình 2.1. Sơ đồ động học của thiết bị

Truyn ng Tc
Di chuyn
256 (mm/s)
Nâng h
125 (mm/s)

6
d. Mô tả hoạt động của thiết bị:
Xe con di chuyển phải trái trên khung máy với vận tốc V
DC
từ vị trí 1-2 đến vị
trí 2-3 và ngợc lại, hành trình di chuyển là H
1
= 1.900 mm; Hai dàn dàn hút tấm
(trái) và dàn dỡ hút khuôn (phải) nâng lên, hạ xuống với vận tốc V
NH
, hành trình
nâng (hạ) H
2
= 150 mm. Vị trí số 1 của dàn hút tấm là trùng với đờng tâm băng tải
2, dàn dỡ hút khuôn trùng với bàn nâng hạ khuôn. Một chu kỳ làm việc của thiết
bị bao gồm các bớc sau:
Bớc 1:
Từ vị trí 2.a, dàn hút khuôn đi xuống vị trí 2.b để hút khuôn trên chồng
tấm và khuôn sếp xen kẽ, dàn hút tấm đi từ vị trí 2.a xuống vị trí 2.b để nhả tấm vừa

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.

7
e. Di chuyn ngang ca xe dẫn động cơ khí( bánh răng, thanh răng).

Hình 2.2. Sơ đồ truyền động xe con
* Nhợc điểm của cơ cấu di chuyển ngang kiểu banh răng- thanh răng:
- Hệ thống cơ khí phức tạp nhiều phần tử nên gây khó khăn trong việc chế tạo và
lắp đặt.
- Sau thời gian làm việc bộ truyền bánh răng thanh răng bị dơ làm cho xe con đỗ
dừng bị sai vị trí.
- Bộ truyền bánh răng thanh răng khi di chuyển tốc độ cao bị kêu và rung nhiều.
1.3. Sơ đồ dẫn động cơ cấu di chuyển ngang bằng xylanh khí nén.
a. Sơ đồ dẫn động bằng xylanh khí cơ bản.


Hình 1.Sơ đồ dẫn động
Hệ trên bao gồm xylanh khí 1 đợc nối với xe 2. Khi pittông dịch chuyển trong
xylanh sẽ làm cho xe dịch chuyển sang trái hoặc sang phải.

8
*Ưu điểm: - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
- Di chuyển êm, trơn hơn cơ khí.
*Nhợc điểm: - Khó điều khiển quá trình tăng tốc, giảm tốc , dừng vị trí chính xác.
b. Các phơng pháp điều khiển.
Hệ thống điều khiển các truyền động khí nén phải đảm bảo việc đóng mở
các van phân phối với các điều kiện làm việc đã cho. Các phơng pháp thực hiện
chúng rất đa dạng . Khi thiết kế các máy tự động với các khâu cứng, điều kiện làm
việc đợc cho dới dạng các chu trình (biểu đồ) làm việc. Đó là một dạng đồ thị qui
ớc biểu diễn sự phụ thuộc vào thời gian dịch chuyển của các cơ cấu chấp hành.

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 .

10

Hình 4: Sơ đồ hệ điều khiển theo thời gian bằng rơle thời gian.
Trong sơ đồ này đờng rơ le thời gian để đặt thời gian cho mọi chu trình làm
việc của xi lanh khí nén, phanh khí nén và động cơ khí nén.
- Hệ điều khiển theo áp suất:
Các hệ điều khiển theo áp suất coi nh các biến thể của hệ điều khiển theo vị trí.
Chúng đợc sử dụng trong các trờng hợp khi pittông dịch chuyển những khoảng
khác nhau phụ thuộc vào khích thớc của các chi tiết đợc gia công, hoặc do khó
khăn trong việc lắp đặt các công tắc cuối hành trình với cần píttông vơn dài. Để
điều khiển các van phân phối, trong trờng hợp này cần sử dụng các van nối liên
tục.


Hình 5: Sơ đồ hệ điều khiển xylanh theo áp suất.

11
Nguyên lý làm việc của nó nh sau:
Van 5 sẽ làm việc ở cuối hành trình của pittông do hiệu áp suất trong các
khoang của xi lanh 1. Khi làm việc sẽ có một xung áp suất đa tới van phân phối 2,
chuyển nó về vị trí đầu. Vị trí ban đầu của pittông đợc kiểm tra bằng công tắc
hành trình 3. Để pittông dịch chuyển về phía trớc sử dụng công tắc khởi động 4.
Nhợc điểm của cách điều khiển dới là khi tải thay đổi đột ngột, hoặc khi các
thông số khí thay đổi , chuyển động của cơ cấu chấp hành có thể xảy ra trớc. Bởi
vậy, các hệ điều khiển theo vị trí, trong đó chuyển động của từng cơ cấu chấp hành
có thể bắt đầu theo một trình tự vị trí xác định của tất cả các cơ cầu chấp hành còn
lại là phổ biến nhất trong các hệ thống truyền động tự động khí nén.
Trong các hệ khí nén phức tạp của các máy công nghệ, để đa tín hiệu tới 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 an toàn lao

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

trong chúng xác định trạng thái trong khối điều khiển lôgíc. Các tín hiệu X1,
X2X
n
đợc đa đến khối điều khiển lôgíc từ các cảm biến vị trí( Các công tắc
hành trình), Các tín hiệu P1, P2P
n
đến từ các sơ đồ kiểm tra đặc biệt, gọi là các
khối kiểm tra điều kiện lôgíc. Tại đầu vào của một bớc bất kỳ trong chu trình làm
việc, từng bộ phận công tác sẽ đè lên các công tắc hành trình tơng ứng. Nói cách
khác, vị trí của chúng đợc xác định bởi công tắc hành trình đó. Các tín hiệu vào
tơng ứng ( X
1
, X
2
X
n
tín hiệu chính) sẽ có những giá trị cụ thể xác định.
Tiếp theo trong quá trình chuyển động của một bộ phận công tác nào đó tới vị
trí xác định mới, sẽ có ít nhất một công tắc hành trình đợc giải phóng( không bị
đè) tức là có giá trị không xác định. Các tín hiệu chính ở đầu vào lôgíc do vậy cũng
có giá trị không xác định. Tuy nhiên, ở trạng thái này, bộ phận công tác của bộ
truyển động cơ sở vẫn phải tiếp tục giữ chuyển động theo phơng hớng đã có cho
đến tận cuối bớc.

13
Vì vậy, khối điều khiển lôgíc vẫn phải đảm bảo các tín hiệu đầu ra với giá trị
không đổi đã có trớc đó tơng ứng với đầu bớc chuyển động, tức là tơng ứng với
các giá trị xác định của các tín hiệu chính ở đầu bớc. Đây chính là một trong
những yêu cầu xác định cấu trúc của hệ điều khiển lôgic. Cách xây dựng hệ thống
điều khiển lôgic cho phép giảm đợc số phần tử dùng trong khối điều khiển, đơn

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

đột ngột giảm. Khi đó tốc độ pittông tăng, áp suất P trong khoang chứa giảm do
thay đổi thể tích( giảm).
Việc xác lập chênh lệch áp suất P1 tơng ứng với nghĩa là có tải mới tơng
ứng.
Nếu sau đó lực tăng ở thời điểm B thì quá trình xảy ra ngợc lại. Chênh lệch áp
suất là P2 . Khi tăng tải trọng một cách đáng kể, pittông không chỉ chậm lại hành
trình, mà có thể dừng lại một số thời điểm đến khi chênh lệch áp suất cha đạt đợc
giá trị cần thiết. Cũng nh việc chống rơi áp( chênh lệch áp) trong trờng hợp quá
nhỏ, có thể bằng biện pháp thay đổi áp suất trong khoang chứa một cách từ từ( trớc
và sau đặt tiết lu ở lối vào). Nh vậy, quá trình đệm trung gian chiếm thời gian khá
lớn. Khi đó truyền động trớc và sau không có đệm khí sẽ gần tính chất chuyển
động một hớng.

15
Bây giờ ta tiếp tục phân tích tiết lu ở đầu ra. Trong trờng hợp này trong
khoang cấp khí áp suất tăng nhanh( Xem đồ thị nét đứt). Xong thời gian chuẩn bị
cho chu trình t
I
kéo dài hơn. Tơng tự nh vậy cho thời gian xác lập chênh lệch áp
suất, ổn định và xác lập tải mới dài hơn, đó là nhợc điểm.
Phân tích đồ thị trên ta thấy khi tiết lu ở đầu ra, thời gian chuyền động cho chu
trình có giá trị lớn hơn nhiều so với việc tiết lu ở đầu vào. Song phơng pháp này
có đặc tính mềm và ít nhạy cảm với việc thay đổi tải trọng. Việc phân tích trên khí
tiết lu thực ra cha tính đến các yều tố công suất và các yếu tố khác. Điều đó ta
phải chú ý trong các bài toán cụ thể. Ngoài ra việc xử dụng van tiết lu nhằm giảm
tốc lực trong toàn bộ hành trình của píttông nhằm đảm bảo ổn định và tránh va đập
cuối hành trình không phải lúc nào cũng đạt đợc, bởi vì nó lại gây ra việc kéo dài
thời gian chu trình. Do đó, cần phải nghiên cứu quá trình phanh trong truyền động
khí nén.
Phanh trong truyền động khí nén đợc thực hiện bằng các thiết bị và biện pháp

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.

Hình 9: Hm bằng cách lắp tiết lu ngoài.

17
Khí nén từ mạng khí nén chảy vào khoang làm việc qua van một chiều 1, khí từ
khoang xả phần lớn thoát qua van vành xuyến 5 và một phần qua van tiết lu 4.
Khi píttông 2 chồng lên van trung tâm, khí nén thoát ra chỉ qua van tiết lu 4. Khi
đó khí trong khung xả bị nén, phanh chuyển động pítttông các định bằng trạng thái
van tiết lu. Khi pittông trở về vị trí ban đầu dới tác dụng của khí chảy qua van
một chiều 5.
Ngoài phơng pháp hãm ngoài còn có phơng pháp hãm trong, các thiết bị hãm
trong có kết cấu và làm việc cũng tơng tự nh van hãm ngoài; ở đây, vai trò của
van hãm cuối hành trình đợc thực hiện bởi pittông, khi đến gần cuối hành trình nó
sẽ bịt đờng khí chính và khí nén chỉ có thể đi qua tiết lu trong để xả ra ngoài khí
quyển. Trong trờng hợp này việc hiệu chỉnh quãng đờng hãm hầu nh không thực
hiện đợc và độ lớn của nó phụ thuộc vào kết cấu xylanh. .


Hình 10: Hm bằng cách dùng tiết lu trong
Ngoài hai cách trên, có thể giảm tiết diện đờng xả bằng cách bố trí các kênh
xả (có tiết diện khác nhau) ngay trên thành xylanh ở cuối các hành trình pitông. Khi
pittông đến cuối hành trình nó sẽ lần lợt bịt dần các kênh xả và vận tốc của nó
giảm dần cho đến khi dừng hẳn.
Trong tất cả các phơng pháp hãm nh vậy, động năng của khối lợng chuyển
động đều chuyển thành công nén khí nén đợc hình thành trên cơ sở lợng khí có
trong khoang xả tại thời điểm hãm.
Với các hệ truyền động khí nén có khối lợng chuyển động lớn, làm việc với
vận tốc lớn nh xe con của máy dỡ tải chân không quãng đờng hãm có thể có trị
số lớn (tức là thời gian hãm lớn) làm cho việc tiết kiệm thời gian chạy đà hoàn toàn

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.

19
Chơng 2: Tính toán, mô phỏng truyền động của thiết bị
2.1. Tính toán và chọn thông số xylanh khí:
2.1.1. Lực cản :
Với đề tài Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị dỡ tải chân không dùng trong
công nghiệp sản xuất tấm lợp. Khối lợng của xe di chuyển trên ray là 1400 kg,
4 bánh xe di chuyển trên ray.
Để di chuyển thiết bị trên ray, cần phải có một lực đủ lớn để thắng lực cản tĩnh.

Lực cản tĩnh: (Tài liệu tham khảo 1)
WbWk
D
df
GW
ykp
k
ict
++
+
=

.
2.
.
à
(1)
Với :

i

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
=
à


k
D : Đờng kính bánh lăn :
)(200 mmD
k
=
=20(cm)

:
p
k
Hệ số tính đến của gờ bánh xe với ray ; Với bánh xe không gờ có
1.1=
p
k


:
yk
W
Lực cản do độ dốc của ray; với ray không dốc
0=
yk
W


20

b
W
: Lực cản gió; Trong nhà xởng :
0
=
b
W

Thay các giá trị trên vào công thức

)(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:

a, Với khoảng hành trình 1:
)(4,0
1
mS
=

áp dụng công thức :
2
2
t
atvs
o
+=

Với
)(4,0
1
ms =
,
0=
o
v
( Ban đầu xe đứng yên)

21
)/(8,0
1
4,0.2
2

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

mS
=

Vận tốc :
)/(55,0
12
smvv
t
==
=
=const

0
2
= a


)(2
55,0
1,1
2
2
2
s
v
s
t ===

Không có quán tính tại hành trình này.
c, Với khoảng hành trình 3:

)(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

2
2
2
1
2
3
333
3
2
3
3333
sma
t
tvs
a
t
atvs
=

=

=
+=

Dấu (-) thể hiện xe con chuyển động chậm dần đều.
Lực quán tính sinh ra:
)(2,53)(53238,0,0.1400.
3
kgNaMF
qt

=
=
=

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

SpF
tt
2=
p: áp suất khí cung cấp cho thiết bị (chọn
)/(6
2
cmkgp =
)
S: Tiết diện xylanh (m
2
)
M=1400(kg) : Khối lợng xe con
Từ (2) ta có:

)(124710.7,121120. NFWaMF
ttcttt
=
+
=
+=
124
(kg)
Mặt khác:
SpF
tt
2=


)(4,10

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:

D=50(mm) : Đờng kính xylanh
d=20(mm) : Đờng kính cần Piston
S=2000(mm): Hành trình xylanh
2.1.4. Kiểm nghiệm lại kết quả tính toán với kết quả thực nghiệm do nhà sản xuất
cung cấp:
Theo bảng thực nghiệm do nhà sản xuất TPC cung cấp:
Với loại xylanh AM, áp suất khí p=6(kg/cm
2
) (
6P
bar), đờng kính
D=50(mm) thì lực đẩy của cần pittông là 117,8 (kg), lực kéo là 99 (kg)

23


24