Thiết kế máy đóng dấu tự động

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và việc tự động hoá ngày càng
cao đã góp phần làm giảm sức lao động của con người. Vì vậy, tự động hoá là vấn đề
rất cấp thiết hiện nay.
Đồ án môn học hệ thống cơ điện tử giúp sinh viên hiểu rõ thêm và ứng dụng vào
thực tế. Sau khi được học các môn về điều khiển tự động và với sự hướng dẫn của thầy
giáo, nhóm chúng em đã chọn đề tài “ THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU TỰ ĐỘNG” để
đóng dấu cho sản phẩm trong một dây chuyền sản xuất.
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Đặng Phước Vinh và sự nổ
lực của chúng em đã hoàn thành đề tài của mình. Vì đây là đồ án lần đầu có mô hình
cơ khí và lập trình PLC nên trong khi thiết kế khó tránh khỏi những sai sót, mong
được sự chỉ bảo của các thầy trong khoa để chúng em nắm vững thêm kiến thức và
những đồ án lần sau được tốt hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày 10 tháng 8 năm 2013
Nhóm 2

Nhóm 2

Trang 1


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

M ỤC L ỤC
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN....................................................................4
1.1. Tổng quan về hệ truyền động thuỷ lực.............................................................................4
1.1.1. Khả năng ứng dụng của khí nén :..............................................................................4
1.1.2. Những ưu điểm và nhược điểm của hệ truyền động bằng khí nén:...........................4
1.1.3. Nguyên lý truyền động:.............................................................................................5
1.1.4. Đơn vị đo các đại lượng cơ bản:................................................................................5
1.2. Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén...............................................................................6
1.2.1. Máy nén khí: .............................................................................................................6
1.2.2. Thiết bị xử lý khí nén:................................................................................................7
1.3. Hệ thống thiết bị phân phối khí nén..................................................................................8
1.3.1. Bình trích chứa khí nén:.............................................................................................8
1.3.2. Mạng đường ống dẫn khí nén:...................................................................................9
1.3.3. Các phần tử trong hệ thống điều khiển:.....................................................................9
1.3.4. Van đảo chiều:...........................................................................................................9
1.3.5. Van tiết lưu:.............................................................................................................15
1.3.6. Van điều chỉnh thời gian:.........................................................................................15
1.3.7. Van chân không:......................................................................................................16
1.3.8. Các loại van khác:....................................................................................................17
1.3.9. Các loại van điện ứng dụng trong mạch điều khiển tự động khí nén:.....................17
1.4 Cơ cấu chấp hành.............................................................................................................20
CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN
THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG........................................................24
2.1 Đưa ra các phương án thiết kế.........................................................................................24
2.1.1. Phương án 1: ...........................................................................................................24
2.1.2. Phương án 2:............................................................................................................26

2.2. Kết luận chọn phương án................................................................................................27
2.3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý.................................................................................................27
2.4. Mô tả hoạt động của máy................................................................................................28
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG....................29
3.1. Nguồn cấp khí nén..........................................................................................................29
3.2. Tính chọn các phần tử khí...............................................................................................30
3.2.1. Chọn các phần tử thuỷ lực:......................................................................................30
3.2.2. Tính toán các cụm pittông-xylanh tạo tải trọng:......................................................31
3.3. Tính và chọn công suất của bơm và công suất động cơ điện dẫn động bơm.................32
3.4 Chọn động cơ...................................................................................................................33
3.4.1. Một số loại động cơ bước thường gặp:....................................................................33
3.4.2. Chọn động cơ:..........................................................................................................35
3.5. Tính toán thiết kế băng tải..............................................................................................37
3.5.1.Tính chiều rộng tấm băng (B):..................................................................................37
3.5.2.Xác định lực kéo băng tải (Wo):...............................................................................38
3.5.3.Tính chọn động cơ:...................................................................................................38

Nhóm 2

Trang 2


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

3.5.4.Thiết kế bộ truyền đai: .............................................................................................39
3.6. Cảm biến quang xác định sản phẩm đi qua....................................................................41

3.6.1. Nguyên lý hoạt động chung của cảm biến quang:...................................................41
3.6.2. Cấu trúc cơ bản:.......................................................................................................41
3.6.3. Cảm biến quang BR100-DDTP:..............................................................................42
3.7.Giới thiệu chung về PLC.................................................................................................42
3.7.1. Giới thiệu sơ bộ về PLC:.........................................................................................42
3.7.2. Phân loại:.................................................................................................................44
3.7.3 Phần mềm trợ giúp:...................................................................................................44
3.7.4 Các ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC...........................................46
3.7.5 Giới thiệu các ngôn ngữ lập tình .............................................................................46
3.7.6. Chương trình điều khiển (theo mô hình):................................................................49
...................................................................................................................................................50
...................................................................................................................................................51
...................................................................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................................53

Nhóm 2

Trang 3


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN
1.1. Tổng quan về hệ truyền động thuỷ lực
1.1.1. Khả năng ứng dụng của khí nén :
a) Trong lĩnh vực điều khiển

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng rộng ở nhiều lĩnh vực,
các thiết bị phun sơn: các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo; hoặc là được sử
dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt
và an toàn cao. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây
chuyền rửa tự động; trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi bị mạ
điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất.
b) Hệ thống truyền động
- Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai
thác, như khai thác than, khai thác đá, trong các công trình xây dựng, như xây dựng
hầm mỏ, đường hầm…
- Truyền động quay: những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300: máy khoan, công
suất khoảng 3,5 kW; máy mài, công suất khoảng 2,5 kW, cũng như những máy mài với
công suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao 100.000 vòng/phút thì khả năng sử dụng
động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp.
- Truyền động thẳng: vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển
động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong
các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong hệ thống phanh
hãm ô tô.
- Trong các hệ thống đo và kiểm tra: dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất
lượng sản phẩm.
1.1.2. Những ưu điểm và nhược điểm của hệ truyền động bằng khí nén:
a) Ưu điểm:
- Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ
và tổn thất trên đường dẫn nhỏ.

Nhóm 2

Trang 4



ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

- Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể tích chứa khí
nén rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng thành lập trạm trích chứa khí nén.
- Hệ thống khí nén sạch, dù cho sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống dẫn, do
đó không tồn tại mối đe dọa nhiễm bẩn.
- Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần
lớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.
- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm
của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
- Các thành phần vận hành trong hệ thống (cơ cấu đẫn động, van…) có cấu tạo
đơn giản và giá thành không đắt.
- Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành
logic, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các móc phức hợp.
b) Nhược điểm:
- Lực truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp.
- Khi tải trọng hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi vì
khả năng đàn hồi của khí nén lớn (không thể thực hiện chuyển động thẳng hoặc 5auk
đều).
- Dòng khí thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn.
-Điều khiển vô cấp khó điều khiển hơn so với thủy lực
1.1.3. Nguyên lý truyền động:
Thế năng của khí nén

Cơ năng làm chuyển

PQ

động thẳng và quay

Hình 1.1 Nguyên lý truyền động
1.1.4. Đơn vị đo các đại lượng cơ bản:
a) Áp suất:
Đơn vị đo cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là Pascal.

Nhóm 2

Trang 5




ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

1 pascal là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m 2 với lực tác dụng
vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N).
1 Pascal (Pa) = 1 N/m2
1 Pa = 1 kg.m/s2/m2 = 1 kg/ms2
Ngoài ra ta còn dùng đơn vị bar
1 bar = 105 Pa
b) Lực:
Đơn vị là Newton (N).
1 N là lực tác dụng lên đối trọng có khối lượng 1 kg với gia tốc 1 m/s2.
1 N = 1 kg.m/s2

c) Công suất:
Đơn vị công suất là Watt
1 Watt là công suất trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 Joule.
1 W = 1 Nm/s
1W=1

m kg.m
.
s s2

1.2. Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén
1.2.1. Máy nén khí:
Áp suất khí được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ đốt
trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng.

Máy nén khí
kiểu pittông

Máy nén khí kiểu cánh
gạt
Hình 1.2 Các loại máy nén khí

Nhóm 2

Trang 6

Máy nén khí
kiểu root

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

 Nguyên tắc hoạt động, phân loại và phạm vi ứng dụng máy nén khí:
a) Nguyên tắc hoạt động:
- Nguyên lý thay đổi thể tích : không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích
của buồng chứa sẽ nhỏ lại. Như vậy theo định luật Boylc-Mariotte áp suất trong buồng
chứa sẽ tăng lên. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này, ví dụ như máy nén khí
kiểu pittong, bánh răng, cánh gạt.
- Nguyên lý động năng : không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén
được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng
và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này, ví dụ như máy nén khí
kiểu li tâm.
b) Phân loại:
- 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 rất cao : p ≥ 300 bar
- Theo nguyên lý hoạt động :
+ Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích : máy nén khí kiểu
pittông, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu trục vít.
+ Máy nén khí tuabin : máy nén khí li tâm và máy nén khí theo chiều
trục.
c) Phạm vi ứng dụng của các loại máy nén khí :
Thông số kĩ thuật để chọn máy nén khí là áp suất p và lưu lượng Q.
1.2.2. Thiết bị xử lý khí nén:
a) Yêu cầu về khí nén:

Khí nén được tải từ máy nén khí gồm những chất bẩn thô : những hạt
bụi, chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí, phần lớn những chất bẩn này
được xử lí trong thiết bị, gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời, sau khi khí nén đượ đẩy ra từ
máy nén khí. Sau đó khí nén được dẫn vào bình làm hơi nước ngưng tụ, ở đó độ ẩm

Nhóm 2

Trang 7




ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

của khí nén ( lượng hơi nước ) phần lớn sẽ được ngưng tụ ở đây. Giai đoạn xử lí này
gọi là giai đoạn xử lí thô. Nếu như thiết bị để thực hiện xử lí khí nén giai đoạn này tốt,
hiện đại, thì khí nén có thể được sử dụng, ví dụ những dụng cụ khí nén cầm tay, những
thiết bị, đồ gá đơn giản dùng khí nén.
Yêu cầu khí nén trong hệ thống điều khiển và một số thiết bị khác, đòi hỏi chất
lượng khá cao.
b) Các phương pháp xử lí khí nén :
+ Bình ngưng tụ - Làm lạnh bằng không khí (bằng nước): Khí nén sau khi ra khỏi
máy nén khí sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại đây áp suất khí sẽ được làm lạnh và
phân lớp lượng hơi nước chứa trong không khí sẽ được ngưng tụ và tách ra.
+ Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh: Khí nén từ máy nén khí sẽ qua bộ phận trao
đổi nhiệt khí – khí. Tại đây dòng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dòng khí
nén đã được sấy khô và xử lí từ bộ phận ngưng tụ đi lên. chất bẩn, dầu bôi trơn cũng
đã được tách ra.

+ Thiết bị sấy khô bằng hấp thụ: Sấy khô bằng hấp thụ có thể là quá trình vật lý
hay là quá trình hóa học.
- Van lọc: Van lọc có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nước ra khỏi
khí nén có 2 nguyên lí thực hiện :
• Chuyển động xoáy của dòng áp suất khí nén trong van lọc.
• Phần tử lọc xốp làm bằng các chất như: vải dây kim loại, giấy
thấm ướt , kim loịa thiêu kết hay là vật liệu tổng hợp.
1.3. Hệ thống thiết bị phân phối khí nén
1.3.1. Bình trích chứa khí nén:
Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ là cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí
chuyển đến, trích chứa và ngưng tụ, tách nước.
Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu
thụ của các thiết bị máy móc sử dụng, ngoài ra còn phụ thuộc vào phương pháp sử
dụng khí nén: ví dụ sử dụng khí nén liên tục hay gián đoạn.

Nhóm 2

Trang 8


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

Bình trích chứa khí nén lắp ráp trong không gian thoáng, để thực hiện nhiệm vụ như
vừa nêu trên là ngưng tụ và tách nước trong khí nén.
1.3.2. Mạng đường ống dẫn khí nén:
Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân chia thành 2 loại:

- Mạng đường ống được lắp ráp cố định (ví dụ mạng đường ống trong nhà máy).
- Mạng đường ống được lắp ráp di động (ví dụ mạng đường ống trong dây chuyền
hoặc trong máy móc, thiết bị).
1.3.3. Các phần tử trong hệ thống điều khiển:
- Phần tử xử lí tín hiệu : xử lí tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định,
làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ : van đảo chiều, van tiết lưu, van
logic OR hoặc AND.
- Phần tử điều khiển : điều khiển dòng năng lượng (lưu lượng) theo yêu cầu, thay
đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành. Ví dụ : van đảo chiều, li hợp…
- Cơ cấu chấp hành : thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là địa lượng ra
của mạch điều khiển. Ví dụ : xi lanh, động cơ.
Những hệ thống điều khiển phức tạp bao gồm nhiều phần tử, nhiều mạch điều
khiển khác nhau.
1.3.4. Van đảo chiều:
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở hay
chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng.
* Nguyên lí hoạt động của van đảo chiều:

Hình 1.3 Nguyên lí hoạt động của van đảo chiều
Nhóm 2

Trang 9




ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

Khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12), thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với
cửa (3). Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12), ví dụ tác động bằng khí nén, nòng van
sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn. Trường
hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tác động của lực lò xo, nòng van trở về
vị trí ban đầu.
* Kí hiệu van đảo chiều:

Hình 1.4 Kí hiệu các cửa nối của van đảo chiều
* Tín hiệu tác động:
a) Tín hiệu tác động bằng tay

a)
b)
c)
d)
Hình 1.5 Các tín hiệu tác động bằng tay
a) Ký hiệu nút ấn tổng quát
b) Nút bấm
c) Tay gạt
d) Bàn đạp

Nhóm 2

Trang 10




ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

b) Tín hiệu tác động bằng cơ

a)
b)
c)
d)
Hình 1.6 Các tín hiệu tác động bằng cơ

f)

a) Đầu dò
b) Cữ chặn bằng con lăn tác động hai chiều
c) Cữ chặn bằng con lăn, táv động một chiều
d) Lò xo
e) Nút ấn có rãnh định vị
c) Tín hiệu tác động bằng khí nén

a)

b)
c)
d)
Hình 1.7 Các tín hiệu tác động bằng khí nén

f)

a)
Trực tiếp bằng dòng khí nén vào

b)
Trực tiếp bằng dòng khí nén
c)
Trực tiếp bằng dòng khí nén vào với 2 đầu
nòng van khác nhau
d)
Gián tiếp bằng dòng khí nén vào qua van phụ
trợ
e)
Gián tiếp bằng dòng khí nén ra qua van phụ
trợ
d) Tín hiệu tác động bằng nam châm điện

a)
b)
c)
Hình 1.8 Các tín hiệu tác động bằng nam châm điện
a)
b)
c)

Trực tiếp
Bằng nam châm điện và van phụ trợ
Tác động theo hướng cụ thể

* Van đảo chiều có vị trí “0”: là loại van có tavs động bằng cơ – lò xo lên nòng
van.
Nhóm 2

Trang 11

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

- Van đảo chiều 2/2: tín hiệu tác động bằng cơ –đầu dò. Van có 2 cửa P và R, 2 vị
trí “0” và “1”, vị trí “0” cửa P và R bị chặn.

Hình 1.9 Van đảo chiều 2/2
Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí “0” van sẽ chuyển đổi sang vị trí “1”, như vậy
cửa P và R sẽ nối với nhau. Khi đầu dò không tác động nữa, thì van sẽ quay trở về vị
trí ban đầu (vị trí “0”) bằng lực nén của lò xo.
- Van đảo chiều 3/2: tín hiệu tác động bằng cơ – đầu dò. Van có 3 cửa P,A và R,
có 2 vị trí “0” và “1”. Vị trí “0” cửa P bị chặn. Cửa A nối với cửa R, nếu đầu dò tác
động vào, từ vị trí “0” van sẽ được chuyển sang vị trí “1”, như vậy cửa P và cửa A sẽ
được nối với nhau, cửa R bị chặn. Khi đầu dò không tác động nữa, thì van sẽ quay trở
về vị trí ban đầu (vị trí “0”) bằng lực nén lò xo.

Hình 1.10 Van đảo chiều 3/2
- Tín hiệu tác động bằng tay-nút ấn

Nhóm 2

Trang 12


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

Hình 1.11 Tín hiệu tác động bằng tay – nút ấn
- Tín hiệu tác động bằng nam châm qua van phụ trợ

Hình 1.12 Kí hiệu và kết cấu van đảo chiều 3/2
tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ
Tại vị trí “0” cửa P bị chặn, cửa A nối với cửa R. Khi dòng điện vào cuộn dây,
pittông trụ bị kéo lên, khí nén sẽ theo hương P 1 , 12 tác động lên pittông phụ, pittong
phụ bị đẩy xuống, van sẽ chuyển sang vị trí “1”, lúc này cửa P nối với cửa A, cửa R bị
chặn.
Khi dòng điện mất đi, pittông trụ bị lò xo kéo xuống và khí nén ở phần trên của
pittông phụ sẽ theo cửa Z thoát ra ngoài.
- Van đảo chiều 4/2:

a)
b)
Hình 1.13 Các tín hiệu tác động
a) Tín hiệu tác động bằng tay-bàn đạp
b) Tín hiệu tác động trực tiếp bằng nam châm điện

Nhóm 2

Trang 13


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

- Van đảo chiều 5/2:

a)
b)
Hình 1.14 Các tín hiệu tác động
a) Tín hiệu tác động bằng cơ-đầu dò
b)Tín hiệu tác động bằng khí nén
* Van đảo chiều không có vị trí “0”: là van mà sau khi tín hiệu tác động lần cuối
lên nòng van không còn nữa, thì van sẽ giữ nguyên vị trí lần đó, chừng nào chưa có tác
động lên phía đối diện nòng van. Kí hiệu vị trí tác động là a,b,c…
Tín hiệu tác động lên nòng van có thể là:
• Tác động bằng tay, bàn đạp.
• Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ 2 phía của
nòng van.
• Tín hiệu tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua
van phụ trợ. Loại van này đựoc gọi là van đảo chiều xung, vì vị trí của van được
thay đổi khi có tín hiệu xung tác động lên nòng van.
- Van đảo chiều 3/2:

Hình 1.15 Tín hiệu tác động bằng tay
Khi ở vị trí a, cửa P nối với cửa A và cửa R bị chặn. Vị trí b, cửa A nối với cửa R
và cửa P bị chặn.

- Van xoay đảo chiều 4/3: tín hiệu tác động bằng tay.
Nhóm 2

Trang 14


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

Hình 1.16 Tín hiệu tác động bằng tay
Nếu vị trí xoay nằm tại vị trí a, thì cửa P nối với cửa A và cửa B nối với cửa R. Vị
trí xoay nằm ở vị trí b thì cửa nối A,B,P,R đều bị chặn. Vị trí xoay nằm tại vị trí c, thì
cửa P nối với cửa B và cửa A nối với cửa R
- Van đảo chiều xung 4/2: tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi từ
hai phía nòng van.

Hình 1.17 Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén
Khi xả cửa X, nòng van sẽ dịch chuyển sang vị trí b, cửa P nối với cửa A và cửa
B nối với cửa R.
Khi cửa X ngừng xả khí, thì vị trí của nòng van vẫn nằm ở vị trí b cho đén khi có
tín hiệu xả khí ở cửa Y.
1.3.5. Van tiết lưu:
Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dòng khí

a)

b)
Hình 1.18 Các loại van tiết lưu
a)Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi

b)Van tiết lưu có tiết diện thay đổi
c)Van tiết lưu một chiều

1.3.6. Van điều chỉnh thời gian:
a) Rơle thời gian đóng chậm:
Nhóm 2

Trang 15

c)


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

Hình 1.19 Rơle thời gian đóng chậm
Khí nén qua van một chiều, cần thời gian t 1 để làm đầy bình chứa, sau đó
tác động lên nòng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa P nối với cửa A.
b) Rơle trời gian ngắt chậm:

Hình 1.20 Rơle trời gian ngắt chậm
Rơle thời gian ngắt chậm, nguyên lí cấu tạo cũng tương tự như rơle trời gian đóng
chậm, nhưng van tiết lưu có chiều ngược lại.
1.3.7. Van chân không:
Van chân không là cơ cấu có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực chân không,
chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lí ống Venturi.

Hình 1.21 Van chân không
Ta có lực hút chân không:

Nhóm 2

Trang 16


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

π .D 2
F=
.∆p ( ∆p =p0 – pu)
4
Trong đó:
F – Lực hút chân không (N)
D – Đường kính đĩa hút (m)
p0 – Áp suất không khí ở điều kiện tiêu chuẩn (N/m2)
pu – Áp suất chân không tai cửa U (N/m2)
Lực F phụ thuộc vào D và pu.
1.3.8. Các loại van khác:

a)

b)
c)

Hình 1.22 Các loại van khác

d)

a) Van 1 chiều
b) Van logic OR
c) Van logic AND
d) Van xả khí nhanh
1.3.9. Các loại van điện ứng dụng trong mạch điều khiển tự động khí nén:
a) Phân loại:
- Van Solenoid
- Van tỉ lệ và van Servo
b) Công dụng:
- Van Solenoid: dùng để đóng mở (như van phân phối thông thường), điều khiển bằng
nam châm điện. Được dùng trong mạch điều khiển logic.
- Van tỉ lệ và van Servo: là loại van phối hợp giữa hai loại van đó là van phân phối và
van tiết lưu (gọi là van đóng mở liên tiếp), có thể điều khiển được vô cấp lưu lượng
qua van. Được dùng trong các mạch điều khiển tự động.

Nhóm 2

Trang 17


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

c) Van Solenoid:
Cấu tạo của van Solenoid gồm các bộ phận chính sau:
- Loại điều khiển trực tiếp gồm: thân van, con trượt và hai nam châm
điện
- Loại điều khiển gián tiếp gồm: van sơ cấp 1, cấu tạo van sơ cấp giống
van điều khiển trực tiếp và van thứ cấp 2 điều khiển con trượt bằng khí nén, nhờ tác
dụng của van sơ cấp.
Con trượt của van sẽ hoạt động ở 2 hay 3 vị trí tuỳ theo tác động của nam châm. Có thể
gọi van Solenoid là van điều khiển có cấp.

Hình 1.23 Kết cấu và kí hiệu van Solenoid
d) Van tỉ lệ:
Cấu tạo của van tỉ lệ gồm có 3 bộ phận chính là : thân van, con trượt,
nam châm điện. Để thay đổi tiết diện của van, tức là thay đổi hành trình của con trượt
bằng cách thay đổi dòng điện điều khiển của nam châm. Có thể điều khiển con trượt ở
vị trí bất kỳ trong phạm vi điều chỉnh nên van tỉ lệ có thể coi là van điều khiển vô cấp.

Nhóm 2

Trang 18


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

Hình 1.24 Kết cấu và kí hiệu của van tỉ lệ
e) Van Servo:

Kí hiệu và kết cấu của một loại van Servo điển hình
- Kí hiệu:

Hình 1.25 Ký hiệu van Servo

Nhóm 2

Trang 19


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

- Kết cấu:

Hình 1.26 Kết cấu van Servo
1.4 Cơ cấu chấp hành
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ
học.
Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xylanh) hoặc chuyển động
quay (động cơ khí nén).
Ở trạng thái làm việ ổn định, thì khả năng truyền năng lượng có phương pháp tính
toán giống thuỷ lực.
Ví dụ:
Công suất: N = p.Q
Vận tốc :

Nhóm 2

v=

N
Ft

(khí nén)
(cơ cấu chấp hành)

Trang 20


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

Hình 1.27 Xylanh
Cụ thể :

p. A = F1x + Ft ⇒ p =

v=

F1x + Ft
A

Q

A

Một số xylanh, động cơ khí nén thường gặp
a)Xylanh tác dụng đơn (tác dụng một chiều):
Áp lực tác động vào xylanh đơn chỉ một phía, phía ngược lại do lò xo tác động hay do
ngoại lực tác động.

FZ = A. pe − FR − FF
Trong đó:
FZ [daN] :

Lực tác động lên pittông

[

]

D 2 .π
A=
cm 2 :
4

Diện tích pittông

D [cm] :

Đường khí pittông

pe [bar] :

Áp suất khí nén trong xylanh

FR :

Lực ma sát, phụ thuộc vào chất lượng bề mặt

giữa pittông và xylanh, vận tốc chuyển động pittông, loại vòng đệm. Lực ma sát FR ≈
0,15.A.p
FF : Lực lò xo
Xylanh tác dụng đơn được sử dụng cho thiết bị, đồ gá kẹp chi tiết

Nhóm 2

Trang 21




ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

a)
b)
Hình 1.28 Kí hiệu xylanh tác dụng đơn
a) Chiều tác động ngược lại do ngoại lực tác động
b) Chiều tác động ngược lại do lực lò xo tác động
b)Xylanh tác dụng hai chiều (tác dụng kép):
Nguyên lí hoạt động của xylanh tác dụng 2 chiều (tác dụng kép) là áp suất khí nén
được dẫn vào cả 2 phía của xylanh

Hình 1.29 Kí hiệu xylanh tác dụng 2 chiều
Tính toán xylanh tác dụng 2 chiều
- Lực tác động lên cần pittông
+ Lực tá động khi cần pittông đi ra:

FA = A1. pe 2 .η
FA [daN] :

Lực tác động khi cầ pittông đi ra

A1 [cm2] :

Diện tích mặt đáy pittông, A1=π.D2/4

D [cm] :

Đường kính mặt đáy pittông

pe2 [bar] :

Áp suất khí nén trong xylanh

η:

Hiệu suất xylanh, thường lấy η=0,8

+ Lực tác động khi cần pittông đi vào:

FE = A2 . p e 2 .η

Nhóm 2

FE [daN] :

Lực tác động khi cầ pittông đi vào

A2 [cm2] :

Diện tích vòng găng pittông. A 2=π.(D2-d2)/4

D [cm] :

Đường kính mặt đáy pittông

d [cm] :

Đường kính cần pittông

Trang 22




ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

pe2 [bar] :

Áp suất khí nén trong xylanh

η:

Hiệu suất xylanh, thường lấy η=0,8

c) Xylanh quay bằng thanh răng:

Hình 1.30 Xylanh quay bằng thanh răng
d) Động cơ khí nén 1 chiều, 2 chiều:

a)
b)
Hình 1.31 Xylanh quay bằng thanh răng
a)Động cơ khí nén 1 chiều
b) Động cơ khí nén 2 chiều

Nhóm 2

Trang 23




ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN
THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG

2.1 Đưa ra các phương án thiết kế
Sản phẩm cần đóng dấu là các bao cà phê, việc đã kiểm định chất lượng sản phẩm
con dấu in dòng chữ đã kiểm định chất lượng
Để thực hiện việc đóng dấu lên sản phẩm thì cần phải có 2 chuyển động chính và
một chuyển động phụ.
- Chuyển động chính thứ nhất: là tịnh tiến khứ hồi của cụm mang đầu
đóng dấu.
- Chuyển động chính thứ hai: là tịnh tiến khứ hồi của đầu đóng dấu
- Chuyển động phụ: là chuyển động tịnh tiến khứ hồi của bộ phận mang
sản phẩm cần đóng dấu.
Từ đó ta có thể đưa ra 2 phương án thiết kế như sau:
2.1.1. Phương án 1:
Phương án này sử dụng thuần túy cơ khí
Sử dụng bộ truyền bánh răng – thanh răng để thực hiện chuyển động
chính thứ nhất, nguồn phát động từ động cơ. Chuyển động chính thứ hai tạo ra bởi cơ
cấu Vítme-đai ốc, nguồn phát động từ động cơ thứ hai. Chuyển động phụ sử dụng cụm
Robo Xilanh.

Nhóm 2

Trang 24




ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ MÁY ĐÓNG DẤU

7

8

6
5

9

4

3
2
1

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý truyền động của phương án 1
Động cơ

6.

Khớp nối

Cụm

mang

đầu

đóng dấu

Hộp giảm tốc

7.

Bánh răng

Động

cơ,

hộp

giảm tốc

Thanh răng

8.

Vitme – đai ốc

9.

Đầu đóng dấu

Nguyên lý hoạt động :
Từ động cơ quay truyền chuyển động qua các khớp nối, hộp giảm tốc đến bộ
truyền bánh răng-thanh răng có tác dụng làm cụm mang đầu đóng dấu chuyển động
tịnh tiến từ vị trí lấy mực đóng dấu đến vị trí sản phẩm cầ được đóng dấu. Lúc này

Nhóm 2

Trang 25