Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.34 MB, 38 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">
Đại học Đà Nẵng Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
<b>Trường Đại học Bách khoa </b> Độc lập - Tự do - Hạnh phúc --- ---- ---- ----
Khoa: <b>Cơ khí </b>
Bộ mơn: <b>Chế tạo máy NHIỆM VỤ </b>
<b>THIẾT KẾ ĐỒ ÁN LIÊN MÔN 2 </b>
Họ và tên sinh viên (nhóm sinh viên): Trần Trọng Nghĩa & Bùi Dĩ
<i><b>1. Tên đề tài : Mơ hình đóng dấu trên bìa carton. </b> 2. Các số liệu ban đầu: Sinh viên tự chọn </i>
<i>3. Nội dung thuyết minh: </i>
<i>3.1. Lời nói đầu </i>
3.2. Thiết kế động học và mơ phỏng hệ truyền động cơ khí +/ Phân tích và chọn phương án thiết kế.
+/ Thiết kế động học.
+/ Xây dựng bản vẽ sơ đồ nguyên lý (A3).
3.3. Tính tốn thiết kế kết cấu của hệ thống truyền động cơ khí +/ Tính tốn cơng suất.
+/ Tính tốn cơ cấu chính.
+/ Xây dựng bản vẽ kết cấu chung (A0). 3.4. Thiết kế hệ thống điều khiển
+/ Xây dựng nguyên lý điều khiển, biểu đồ trạng thái +/ Chọn phương pháp thiết kế mạch điều khiển +/ Thiết kế mạch điều khiển
+/ Xây dựng bản vẽ hệ thống điều khiển (A0) 3.5. Mục lục; Tài liệu tham khảo; Phụ lục (nếu có).
<i>4. Chế tạo mơ hình thiết kế, lắp ráp mạch điều khiển và vận hành. </i>
+/ Bản vẽ kết cấu chung của máy: 1A0
<i>6. Ngày giao nhiệm vụ: 10/01/2023 7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: </i>
Thông qua bộ môn Giảng viên hướng dẫn ngày tháng năm 2022 (ký và ghi rõ họ tên) Trưởng bộ môn
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3"><b>LỜI NĨI ĐẦU </b>
Trong q trình cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa sản xuất của nước ta,ngành cơ khí chế tạo máy đóng vai trị quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị, công cụ phục vụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân và tạo tiền đề cần thiết để các ngành phát triển mạnh hơn.Vì vậy việc ứng dụng điều khiển tự động trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy có ý nghĩa hàng đầu nhằm thiết kế hồn thiện và vận dụng q trình sản xuất đạt hiệu qủa kinh tế cao nhất.
Để đánh giá kết quả học tập, củng cố lại những kiến thức đã học và làm quen với
<b>công việc thiết kế của người kỹ thuật, nhóm em xin được nhận đề tài có tên:“Thiết kế mơ hình đóng dấu trên bìa carton ” </b>
Vì đây là lần đầu tiên thực hiện cơng việc làm quan việc thiết kế mặc dù nhóm đã cố gắng tìm hiểu, tham khảo nhiều tài liệu nhưng kinh nghiệm thực tế chưa có và kiến thức cịn hạn chế nên chắc chắn khơng thể tránh khỏi sai sót. Nhóm em rất mong sự góp ý, giúp đỡ của các thầy cô để đồ án được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Trần Minh Sang, thầy Tùng và các thầy trong khoa cơ khí. Và chúng em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc nhất đến các thầy cô đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">2) Phương án dùng xilanh thủy lực ... 10
1.1.2 Chọn phương án điều khiển ... 11
1) Kiểm tra tải trọng cho phép của cần piston ... 14
2) Kiểm tra sức bền của xilanh ... 15
2.1.2. Tính chọn xilanh mang con dấu ... 15
1) Kiểm tra tải trọng cho phép của cần piston ... 16
2) Kiểm tra sức bền của xilanh ... 16
2.1.3. Tính chọn xilanh đẩy sản phẩm ... 17
1) Kiểm tra tải trọng cho phép của cần piston ... 17
2) Kiểm tra sức bền của xilanh ... 17
2.1.4. Tính tốn lưu lượng làm việc ... 18
2.1.5. Các tính tốn cần thiết khác ... 18
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN. ... 21
3.1. Cơ sở lý thuyết điều khiển ứng dụng cho đề tài ... 21
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">3.2. Thiết lập biểu đồ trạng thái ... 22
3.2.1. Nguyên lý hoạt động: ... 22
3.2.2 Thiết kế mạch điều khiển bằng biểu đồ Karnaugh. ... 23
3.2.3. Thiết kế mạch điều khiển theo tầng ... 29
3.2.4. Thiết kế mạch điện theo nhịp ... 31
3.3. Lựa chọn các phần tử điều khiển ... 33
3.3.1 Cơ cấu chấp hành ... 33
3.3.2 Van đảo chiều ... 33
3.3.3 Một số phần tử khác ... 34
CHƯƠNG 4 : CHẾ TẠO MƠ HÌNH ... 36
4.1. Lựa chọn vật liệu làm khung mơ hình ... 36
4.2. Q trình chế tạo sản phẩm ... 36
4.2.1 Làm đế và cơ cấu cấp phôi ... 36
4.2.2 Gá xilanh và lắp con dấu ... 36
4.2.3 Lắp ráp hệ thống điều khiển và hoàn thiện sản phẩm ... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 38
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">Hình 3.4: Sơ đồ mạch logic (theo Karnaugh) ... 23
Hình 3.5: Biểu đồ Karnaugh 4 biến ... 24
Hình 3.6: Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh A ... 24
Hình 3.7: Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh B ... 25
Hình 3.8: Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh C ... 25
Hình 3.9: Biểu đồ Karnaugh đơn giản phần tử nhớ X ... 26
Hình 3.10: Sơ đồ mạch logic sau khi đơn giản bằng Karnaugh ... 26
Hình 3.11: Mạch điều khiển khí nén theo Karnaugh ... 27
Hình 3.12a,b: Mạch điều khiển điện-khí nén theo Karnaugh ... 27
Hình 3.13: Chia tầng trên bảng trạng thái ... 29
Hình 3.14: Sơ đồ mạch logic (theo tầng) ... 29
Hình 3.15: Mạch điều khiển khí nén theo tầng... 30
Hình 3.16: Mạch điều khiển điện-khí nén theo tầng ... 30
Hình 3.18: Mạch logic theo nhịp ... 31
Hình 3.19: Mạch điều khiển khí nén theo nhịp ... 32
Hình 3.20: Mạch điều khiển điện-khí nén theo nhịp ... 33
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">Hình 3.21: Xilanh khí nén Mal ... 33
Hình 3.22: Ngun lí hoạt động của van đảo chiều ... 34
Hình 3.23:Van đảo chiều phổ biến hiện nay ... 34
Hình 3.24:Van tiết lưu ... 35
Hình 3.25:Một số phần tử điện ... 35
Hình 4.1:Đế và cơ cấu cấp phơi ... 36
Hình 4.2:Gá xilanh và con dấu ... 36
Hình 4.3:Lắp ráp hệ thống điều khiển ... 37
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">Bảng 2.1: Đại lượng bổ sung c ... 15 Bảng 2.2: V<small>kt</small> theo hãng FESTO chế tạo ... 19 Bảng 3.17:Bảng hành trình bước ... 31
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">• Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
• Do có khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của khơng khí nên có thể tích chứa khí nén rất thuận lợi. Vì vậy, có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích
• Các phần tử trong hệ thống khí nén có cấu tạo đơn giản và giá thành rẻ.
• Các van khí nén phù hợp với các chức năng điều khiển logic, do đó phù hợp sử dụng để điều khiển quá trình phức tạp và với mức độ phối hợp cơ cấu cao. • Khả năng thích ứng cao với mơi trường, ít bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn, nhiệt độ
cao, ăn mòn…
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">• An tồn: hệ thống khí nén khơng gây cháy nổ. Ngồi ra khi hệ thống khí nén bị q tải thì nó chỉ tạm ngừng hoạt động
<i>❖ Nhược điểm: </i>
• Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp
• Khi tải trọng hệ thơng thay đổi thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn (nên khó thực hiện được nhũng chuyển động thẳng quay đều)
• Tải thấp: vì khả năng nén khí ở áp suất cao khá khó khăn nên áp suất khí nén chỉ ở mức trung bình do đó lực của xylanh khơng lớn cho nên chỉ áp dụng cho các hệ thống có tải khơng q lớn.
• Cần được xử lý khí nén trước khi sử dụng • Tiếng ồn: phát ra từ khí nén được giải phóng
<i><b>2) Phương án dùng xilanh thủy lực </b></i>
<i> Hình 1.2: Xilanh thủy lực </i>
<i>❖ Ưu điểm: </i>
• Truyền động được công suất cao và tải trọng lớn, cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao.
• Điều chỉnh được vơ cấp vận tốc của cơ cấu chấp hành
• Vị trí các phần tử dẫn và bị dẫn bố trí khơng phụ thuộc lẫn nhau.
• Có khả năng giảm khối lượng, kích thước các cơ cấu nhờ chọn áp suất cao. • Bơm và động cơ thủy lực có qn tính nhỏ, dầu có tính chịu nén nên có thể sử • dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong hệ truyền động cơ
khí hay truyền động điện.
• Dễ đề phịng q tải nhờ van an tồn.
• Có thể theo dõi tình trạng làm việc của hệ thống, kể cả các hệ phức tạp, nhiều
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">mạch nhờ áp kế.
• Thuận lợi trong việc thực hiện tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách sử dụng các phần tử tiêu chuẩn hóa.
<i>❖ Nhược điểm: </i>
• Tổn thất trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất làm việc.
• Do dầu có tính đàn hồi nên khó ổn định vận tốc khi tải thay đổi.
=> Kết luận: Sau khi phân tích và đánh giá, nhóm quyết định dùng xylanh khí nén để làm cơ cấu truyền động.
<b>1.1.2 Chọn phương án điều khiển </b>
<i><b>1) Điều khiển bằng bộ khả lập trình PLC </b></i>
<i>❖ Ưu điểm: </i>
• Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn.
• Thực hiện được các thuật tốn phức tạp và độ chính xác cao. • Mạch điện gọn nhẹ, đẽ dàng trong việc bảo quản và sủa chữa.
• Cấu trục PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào và ra, mở rộng các chức năng khác.
• Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong mơi trường cơng nghiệp.
• Giao tiếp được với các nối mạng thơng minh khác: máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12"><i><b>tổn thất thấp. </b></i>
<i>❖ Nhược điểm: </i>
• Sử dụng nhiều đường ống khí gây rối
<i><b>3) Điều khiển bằng điện – khí nén </b></i>
<i>❖ Ưu điểm: </i>
<i><b>tổn thất thấp. </b></i>
<i>❖ Nhược điểm: </i>
=>Kết luận: Sau khi phân tích và đánh giá, nhóm quyết định chọn phương án điều khiển điện – khí nén
<b>1.2 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC </b>
<b>Với đề tài “ Thiết kế mơ hình đóng dấu trên bìa carton “ sử dụng 3 xi lanh khí nén 1.2.1 Nguyên lý làm việc của máy </b>
❖ Phôi được chứa trong khay chứa phôi, xi lanh A đẩy phơi ra và kẹp chặt ở vị trí gia công, Sau khi kẹp xong, xilanh B mang đầu đóng dấu đi xuống để đóng dấu chi tiết. Sau khi đạt được chiều sâu đóng dấu thì xilanh B lùi về. Sau đó xilanh A lùi về. Khi xilanh A lùi về cuối hành trình thì xilanh C đẩy chi tiết ra, sau đó xilanh C lùi về và lặp lại chu trình.
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14"><i><b>2) Kiểm tra sức bền của xilanh </b></i>
❖ Vật liệu chế tạo xilanh là hợp kim nhơm có giới hạn bền 𝜎<sub>𝑏</sub>= 40 ( <sup>𝑘𝐺</sup> <small>𝑚𝑚2</small>). ❖ Chiều dày thành xylanh 𝑡<sub>𝑚𝑖𝑛</sub> ≥ m.D + c trong đó :
• m hệ số xác định theo giới hạn bền của vật liệu và áp suất làm việc, chọn m= 0,09.
• c đại lượng bổ sung cho chiều dày tối thiểu của
<i>xilanh [5] chọn c = 0,5 theo bảng: </i>
=> 𝑡<sub>𝑚𝑖𝑛</sub><i> ≥ 0,09.20+0,5=2,3 (mm). Bảng 2.1: Đại lượng bổ sung c</i>
❖ Ứng suất cho phép trên thành xilanh là 𝛿<sub>𝑐𝑓</sub>= (<sup>𝜎</sup><sup>𝑏</sup>
<b>2.1.2. Tính chọn xilanh mang con dấu [1] </b>
❖ Xilanh hoạt động cần một lực đóng dấu là 𝑃<sub>0</sub> = 50 (N) ❖ Tính diện tích 𝐴<sub>1</sub> của xilanh B
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16"><i><b>1) Kiểm tra tải trọng cho phép của cần piston </b></i>
<i><b>2) Kiểm tra sức bền của xilanh </b></i>
❖ Vật liệu chế tạo xilanh là hợp kim nhơm có giới hạn bền 𝜎<sub>𝑏</sub>= 40 ( <sup>𝑘𝐺</sup> <small>𝑚𝑚</small><sup>2</sup>). ❖ Chiều dày thành xilanh 𝑡<sub>𝑚𝑖𝑛</sub> ≥ m.D + c trong đó :
• m hệ số xác định theo giới hạn bền của vật liệu và áp suất làm việc, chọn m =
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">=>Ta có thể chọn xilanh MAL 20*250
<i><b>1) Kiểm tra tải trọng cho phép của cần piston </b></i>
<i><b>2) Kiểm tra sức bền của xilanh </b></i>
❖ Vật liệu chế tạo xilanh là hợp kim nhơm có giới hạn bền 𝜎<sub>𝑏</sub>= 40 ( <sup>𝑘𝐺</sup> <small>𝑚𝑚2</small>). ❖ Chiều dày thành xilanh 𝑡<sub>𝑚𝑖𝑛</sub> ≥ m.D + c trong đó :
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">• m hệ số xác định theo giới hạn bền của vật liệu và áp suất làm việc, chọn m =
<b>2.1.4. Tính tốn lưu lượng làm việc [2] </b>
❖ Lưu lượng khí cung cấp cho xilanh gắn con dấu là 𝑄<sub>11</sub> = 𝐴<sub>11</sub>. 𝑣<sub>11</sub><b> </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">=>V<small>2</small>=0,785.S.( 2. 𝐷<sup>2</sup>– 𝑑<sup>2</sup> ) + V<sub>kt</sub> = 0,785.7,5. ( 2. 2<sup>2</sup>– 0,8<sup>2</sup> ) + 11= 54(𝑐𝑚<sup>3</sup>) • Thể tích khí xilanh C đẩy sản phẩm là :
• Khơng khí trước khi đến cung cấp cho các cơ cấu chấp hành phải qua các đường ống dẫn khí, van dẫn tới có tổn thất do đó ta tăng thêm khoảng 30% thể tích các cơ cấu chấp hành
V<small>thực tế</small>=V<sub> 𝛴</sub>.1,3=336.1,3=437(𝑐𝑚<small>3</small>)
❖ Sự tiêu thụ khơng khí trong một chu trình làm việc : =>𝛺<sub>𝑡𝑡</sub><b> = ɛ. V</b><small>thực tế</small>.n=4,9.437.1=2141(𝑐𝑚<small>3</small>)
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">❖ Hệ thống điều khiển trong đồ án này có thể dùng điện khí nén vì nó có giá thành rẻ nhưng có rất nhiều ưu điểm:
• Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít.
• Do khả năng chịu nén lớn hơn khơng kí, nên có thể trích chứa khí nén thuật lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén.
• Khơng khí dùng để nén, hầu như có số lượng khơng giới hạn và có thể thải ra ngược lại bầu khí quyển.
• Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rị rỉ cũng khơng gây ra mối đe dọa bị nhiễm bẩn.
• Chi phí để thiết lập một hệ thống truyền động khí nén khá thấp.
• Hệ thống phịng ngừa áp suất giới hạn được đảm bảo nên có độ an tồn.
• Các thành phần vận hành trong hệ thống có cấu tạo đơn giản và giá thành không
<i>Hình 3.2 Cấu tạo và kí hiệu của role </i>
<b>3.2. Thiết lập biểu đồ trạng thái </b>
<i>Hình 3.3 Biểu đồ trạng thái </i>
<b>3.2.1. Nguyên lý hoạt động: </b>
❖ Bước 1: Khi đóng điện, ấn nút S<small>0</small>, xilanh A đẩy phơi được cấp sẳn đến vị trí cần đóng dấu.
❖ Bước 2: Sau khi xi lanh A đẩy hết hành trình chạm vào cơng tắc a<small>1</small> và cố định sản phẩm, tiếp theo xi lanh B mang con dấu đi hết hành trình b<small>1</small> và đóng dấu vào sản phẩm.
❖ Bước 3: Sau khi xi lanh B đóng dấu lên sản phẩm và lùi về chạm vào cơng tắc hành trình b<small>0</small> thì tiếp theo xi lanh A cũng lùi về chạm vào cơng tắc hành trình a<small>0</small>
và chuyển sang xilanh C.
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">❖ Bước 4: Xilanh C được kích hoạt đẩy hết hành trình chạm vào cơng tắc hành trình c<small>1</small> đồng thời đẩy phơi ra khỏi vị trí làm việc của hệ thống.
❖ Bước 5: Sau khi xi lanh C đẩy phôi hết hành trình và lùi về chạm vào hành trình c<small>0</small> và chu trình tiếp tục được lặp lại tự động.
<b>3.2.2 Thiết kế mạch điều khiển bằng biểu đồ Karnaugh</b>
Do trùng nên thêm một phần tử nhớ trung gian X với x và x̅ là tín hiệu ra. Tín hiệu điều khiển phần tử nhớ là : X<small>+ </small>= a<small>1</small>.b<small>1</small>.c<small>0.</small>x̅
X<sup>-</sup> = a<small>0</small>.b<small>0</small>.c<small>1</small>.x ❖ Sơ đồ mạch logic :
<i>Hình 3.4 Sơ đồ mạch logic </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">❖ Rút gọn bằng phương pháp biểu đồ Karnaugh: =>Biểu đồ karnaugh 4 biến được biểu diễn:
<i> Hình 3.5 Biểu đồ Karnaugh với 4 biến </i>
• Đơn giản hành trình xilanh A :
<i>Hình 3.6 Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh A </i>
A<small>+</small> = S<sub>0</sub>c<sub>0</sub>x̅ A<sup>−</sup> = b<sub>0</sub>x
• Đơn giản hành trình xilanh B :
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25"><i>Hình 3.7 Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh B </i>
B<small>+</small>= a<sub>1</sub>x̅ B<sup>−</sup>= x
• Đơn giản hành trình Xylanh C :
<i>Hình 3.8 Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh C </i>
𝐶<small>+</small>= 𝑎<sub>0</sub>𝑥 𝐶<small>−</small>= 𝑥̅
• Đơn giản phần tử nhớ trung gian X
</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26"><i>Hình 3.9 Biểu đồ Karnaugh đơn giản phần tử X </i>
𝑋<small>+</small>= 𝑏<sub>1</sub> 𝑋<small>−</small>= 𝑐<sub>1</sub>
• Phương trình logic sau khi đơn giản :
A<small>+</small>= 𝑆<sub>0</sub>𝑐<sub>0</sub>𝑥̅ ;A<small>-</small>= 𝑏<sub>0</sub>𝑥; 𝐵<sup>+</sup>= 𝑎<sub>1</sub>𝑥̅;𝐵<sup>−</sup><i>= 𝑥;C<small>+</small></i>= 𝑎<sub>0</sub>𝑥;𝐶<sup>−</sup>= 𝑥̅; X<small>+</small>= 𝑏<sub>1</sub>;𝑋<sup>−</sup>= 𝑐<sub>1</sub> • Sơ đồ mạch logic sau khi đơn giản :
<i>Hình 3.10 Sơ đồ mạch logic sau đơn giản </i>
❖ Phương án 1 : Mạch điều khiển khí nén
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27"><i>Hình 3.11 Mạch điều khiển khí nén theo Karnaugh </i>
❖ Phương án 2: Mạch điều khiển điện - khí nén
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28"><i>Hình 3.12a Mạch điều khiển điện – khí nén theo Karnaugh </i>
• Ứng dụng dùng van 1 đầu:
<i>Hình 3.12b Mạch điều khiển điện – khí nén theo Karnaugh </i>
</div>