đồ án hệ thống điều khiển tự động

LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án môn học là một trong những đồ án đúc kết lại quá trình học tập
của sinh viên qua nhiều môn học. Nó là tiền đề cho đồ án tốp nghiệp sau này cũng
như là giúp sinh viên nhận thức bước đầu công việc sau này phải làm
Trong các đồ án môn học, thì đồ án hệ thống điều khiển tự động là một
đồ án cũng rất quan trọng. Nó là một đồ án đúc kết từ nhiều môn học khác nhau
như: sức bền vật liệu, điều khiển thuỷ lực và khí nén, máy công cụ, cơ sở thiết kế
máy, kỹ thuật điều khiển tự động, điều khiển thuỷ khí và lập trình PLC…. Là một
đồ án không những áp dụng những môn học chủ yếu của ngành, con ứng dụng một
số môn học điều khiển tự động.
Trong đồ án này, hệ thống mà nhóm em chọn để thiêt kế là hệ thống
cưa gỗ bàng lưỡi cưa đĩa tự động điều khiển bằng khí nén và mạch điện. Đây cũng
là một hệ thống có thể ứng dụng tốt cho thực tế, nó sẽ góp phần giảm được nhân
công trong các nhà máy chế biến các sản phẩm từ gỗ như: bàn, ghế, tủ, giường…mà
các sản phẩm này cũng đang được sản xuất rộng rãi tại các nhà máy gỗ do Đài Loan
đầu tư để xuất khẩu
Do đây là đồ án điều khiển tự đông đầu tiên mà nhóm em thiết kế,
nguồn tài liệu và kiến thức còn nhiều han chế nên không thể tránh khỏi những thiếu
sót, mong thầy cô và các bạn thông cảm.
Cuối cùng nhóm em xin cảm ơn Thầy Bùi Trương Vĩ, các thầy bộ môn
và các bạn đã góp ý và giúp đỡ tụi em hoàn thành đồ án này

Nhóm sinh viên thực hiện
Đoàn Ngọc Hậu
Đồng Thành Đạt
Phạm Thanh Phương
Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ

Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY
I. Nguyên lý làm việc:

Hình 1_1 sơ đồ nguyên lý hoạt động
S
M1
K2
K3
DC3
DC2
VD
DC1
K1
S
K1
Hình 1_2 sơ đồ mạch điện điều khiển
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang2
Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
K3
K2
SOL
PT
Hình 1_3 sơ đồ mạch khí nén điều khiển
Khi đóng mạch điện, động cơ 1 hoạt động làm quay băng tải đẩy
phôi( gỗ tấm) đã được cấp sẵn trên băng tải đến khi chạm công tắc hành trình K1.
K1 là công tắc hành trình kết hợp vừa là thường đóng của động cơ 1, vừa là thường
mở của van điện khí nén. Khi phôi chạm vào K1 thì ngắt mạch động cơ 1 làm băng
tải dừng, đồng thời đóng mạch điện của van điện, làm cho van điện có tín hiệu tác
động, cho khí nén qua đẩy pistông co mang lưỡi cưa đang quay cưa đứt phôi. Khi
cắt xong, đến cuối hành trình thì pistông chạm vào nút ấn thường mở K3 đóng mạch
động cơ 2 làm băng tải đưa phôi ra hoạt động mang phôi đã được cắt ra. Khi phôi
đã được cắt ra không còn tác dụng vào K1 nữa thì K1 trở về vị trí ban đầu. Do

pitông vẫn duỗi thẳng nên không tác dụng vào nút ấn thường mở K2 nên động cơ 1
vẫn không hoạt động. Bên cạnh đó van điện bị ngắt và trở về vị trí ban đầu nhở tín
hiệu tác dụng của lò xo, đưa pistông về vị trí ban đầu và tác dụng vào nút ấn thường
mở K2 dóng mạch động cơ 1. Quá trình hoạt động cư thế được thực hiện lại như
trên cho đến khi ngắt nguồn điện cung cấp vào hệ thống.
Chu trình hoạt động.
Khi ấn nút ấn công tắc start thì động cơ 1 hoạt động ,động cơ 1 truyền động thông
qua bộ truyền xích làm quay băng tải 1 đưa phôi vào, sau một thời gian phôi sẽ
chạm vào công tắc hành trình M1. Lúc này động cơ 1 được ngắt điện, đồng thời van
điện từ 5 cửa 2 vị trí sẽ được đóng điện và động cơ 2 hoạt động, điều khiển pistong
mang lưỡi cắt vào cắt vật liệu,sau một thời gian lưỡi cắt sẽ cắt xong vật liệu và đến
cuối hành trình của pistong sẽ chạm váo công tắc hành trình M3 làm động cơ 3 quay
đưa sản phẩm ra ngoài , khi sản phẩm ra khỏi băng tải 2 sẽ không còn chạm vào
công tắc hành trình M1 làm van 5 cửa 2 vị trí mất điện điều khiển pistong mang
lưỡi cắt rút về. Đến cuối hành trình rút về sẽ chạm vào công tắt hành trình M2 lúc
này động cơ 2 ngưng hoạt động,chu trình lại được tiếp tục.
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang3
Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
II.Khả năng ứng dụng vào thực tế:
Trong thực tế, hiện nay có rất nhiều cơ sở sản xuất đồ gỗ dân dụng cung
cấp trong nước và dùng làm hàng xuất khẩu. những mặt hàng như giường, tủ, bàn,
ghế… Máy được ứng dụng để cắt gỗ từ tấm hoặc thanh dài thành từng đoạn bằng
nhau đảm bảo được độ chính xác cao, và cung cấp cho các nguyên công gia công
khác là: bào, lắp ghép, đánh bóng và sơn. Nguyên công cát này có thể kết hợp cùng
với nguyên công bào tạo thành một dây chuyền tự động, giảm được nhân công đồng
thời tăng được năng xuất( do kích thước được xác định do máy) đảm bảo được độ
chính xác cao, tạo điều kiện cho việc lắp ghép được chính xác.
Bên cạnh đó, nếu tính toán và chọn lại công suất động cơ theo chế độ cắt
sắt thép, thì máy còn ứng dụng để cắt thép tấm, cắt tôn trong các nhà máy cắt

tôn….Mà chỉ cần tính toán và thay thế cụm dao cắt, còn các bộ phận còn lại vẫn
được giữ nguyên.
Chương II: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY
I. Phân tích các phương án và chọn phương án thiết kế máy:
1.Chọn phương án cắt:
+ Phương án cho lưỡi cưa chạy từ trên xuống:
Đây là phương án thích hợp đối với cắt gỗ có dạng thanh, bề
rộng cắt phải nhỏ hơn đường kính của lưỡi cưa và chiều sâu cắt phải nhỏ hơn bán
kính lưỡi cưa, cần lực cắt lớn( bởi vì chiều dài cắt lớn). Đối với phương án này thì
khi cắt không cần kẹp chặt chi tiết theo phương thẳng đứng, chi cần cố định hai bên
chi tiết, lưỡi cưa thực hiện chuyển động cắt từ trên xuống sẽ tạo nên lực ép kẹp chi
tiết theo phương thẳng đứng. Phương án này có nhiều hạn chế, không ứng dụng cắt
được những phôi có chiều rộng cắt lớn hơn đường kính của lưỡi cưa
+ Phương án cho lưỡi cưa chạy ngang;
Đây là phương án có thể cắt được gỗ có dạng thanh hoặc dạng
tấm có chiều rộng cắt lớn hơn đường kính lưỡi cưa, chiều sâu cắt nhỏ hơn bán kính
lưỡi cưa. lực cắt nhỏ hơn so với phương án trên, ứng dụng cắt được nhiều chi tiết có
chiều rộng cắt khac nhau. Phương án này cần cố định chi tiết theo phương thẳng
đứng và một bên đối diện với lưỡi cưa của chi tiết. Phương án này có nhiều ưu điểm
hơn so với phương án trên nên chọn phương án này để bố trí và thiết kế máy
2.Chọn hệ thống cấp và thoát phôi:
Hệ thống cấp và thoát phôi ở đay có thể sử dụng nhiều loại như:
hệ thống băng tải, hệ thống băng tải sử dụng con lăn, xích tải…Đối với băng tải thì
có hệ thống các con lăn ở phía dưới băng tải để tăng độ cứng vững khi vận chuyển
của băng tải, băng tải chỉ cần cung cấp chuyển động cho một trục, các truc còn lại
và các con lăn chuyển động nhờ ma sát giữa bề mặt con lăn và băng, băng tải có thể
là băng tải dạng đai. Còn đối với băng tai gồm hệ thống các con lăn thì cần phải
cung cấp chuyển độngcho một trục, giữa các trục còn lại và trục được cung cấp
chuyển động cần có thêm một bộ truyền để liên kết chuyển dộng với nhau, do vậy
cần phải thiết kế thêm bộ truyền xích dùng chung cho các trục cần cấp chuyển động,

SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang4
Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
do đó việc lắp ráp yêu cầu độ chính xác cao hơn xo với băng tải đai nhưng lại thích
hợp với việc vận chuyển các loại nguyên liệu có dạng tâm hơn băng tải đai. Còn
băng tải xích thì có kết cấu gần giống với băng tải đai, việc chế tạo và lắp ráp băng
tải xích yêu cầu độ chính xác cao hơn băng tải đai, khả năng làm việc tốt hơn băng
tải đai nhưng giá thành cao hơn. Do gỗ là loại vật liệu tương đối nhẹ nên ta sử dụng
băng tải đai để thiết kế
3.Chọn hệ thống cung cấp chuyển động tịnh tiến cho lưỡi cưa:
a.Sống trượt:
Sống trượt là một bộ phận dùng để dẫn hướng cho các bộ phận di
động, ngoài đảm bảo khả năng di động sống trượt còn có nhiệm vụ truyền lực. Do
đó sống trược cần thỏa mãn một số yêu cầu sau:
- Bề mặt làm việc phải chịu độ mài mòn cao
- Phải đảm bảo độ chính xác truyền động
- Các sống trược cần phải có khả năng điều chỉnh khe hở và các biện
pháp bảo vệ để chống nhiễm bẩn và tránh tác dụng trực tiếp của phoi
- Ngoài ra độ cứng vững và độ bền phải đảm bảo yêu cầu
Có nhiều loại sống trượt khác nhau như: sống trượt phẳng, sống
trược lăng trụ, sống trượt rãnh chữ V, sống trược đuôi én, sống trượt hình trụ. Bên
cạnh các sống trược còn có sống lăn
So với sống trượt, sống lăn có hệ số ma sát nhỏ hơn khoảng 20 lần,
việc sửa chữa sống lăn cũng dễ dàng hơn sống trược nhưng sống lăn có giá thành
cao, bề mặt làm việc của sống lăn phải gia công rất chính xác và việc bảo vệ sống
lăn yêu cầu phức tạp hơn. Do đó sử dụng sống trượt để dùng truyền động
Việc sử dụng loại sống trượt nào còn phải tùy thuộc vào kết cấu của
máy. Ở đây, do cần sử dụng 2 sống trượt để truyền động sử dụng sống trượt trụ, vì
sống trượt trụ có kết cấu đơn giản dễ chế tạo nhưng độ cứng vững kém. Do đó sử
dụng 2 sống trượt cùng lúc để tăng độ cứng vững của sống trượt

Soáng tröôït
Chi tieát tröôït
Hình 2-1 kết cấu sống trượt trụ
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang5
Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
b. Hệ thống thủy lực và khí nén:
Để truyền chuyển động cho máy chạy doc theo sống trượt thì có thể
sử dụng mạch khí nén hoặc mạch thủy lực để truyền chuyển động và truyền lực.
Đối với mạch khí nén thì lực của pittong sinh ra nhỏ và không ổn định do khí có
tính chất nén được và dễ bị mất trong khi truyền, khó điều chỉnh vận tốc khi cưa,
nhưng các thiết bị đơn giản, rẽ tiền. Còn với mạch thủy lực thì lực sinh ra tốt, ổn
định do chất lỏng không có tính nén được, dễ điều chỉnh vận tốc và lực đẩy bằng
cách điều chỉnh lưu lượng nhờ các van tiết lưu. Tuy nhiên các phần tử của hệ thống
thủy lực đắt hơn nhiều so với các phần tử khí nén.
Ở đây ta chọn hệ thống khí nén vì cấu tạo của hệ thống đơn giản so
với hệ thống thủy lực.
Sơ đồ nguyên lý của cụm truyền động cho lưỡi cưa:
3
4
2
1
Hình 2_2 sơ đồ nguyên lý cụm truyền động cho lưỡi cưa
1_Lưỡi cưa; 2_ Bộ truyền đai; 3_ Sống trượt; 4_ Động cơ
II. Tính toán hệ thống dẫn động băng tải:
1.Tính toán băng tải:
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang6
Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Hệ thống cấp phôi vào máy để cưa ta chọn hệ thống dẫn động bằng băng tải để

cấp phôi. Từ trục động cơ qua trục chủ động của băng tải ta chọn bộ truyền xích và
một bộ truyền bánh răng để giảm tốc cho băng tải.
Hình 2_3 sơ đồ kết cấu băng tải
Các số liệu ban đầu: Tốc độ vận chuyển của băng tải: v=2(m/s)
Năng suất vận chuyển của băng tải: Q
Chiều dài của băng tải: L= 2m
Bề rộng băng: B= 600mm
Số lượng của lớp lõi: Z= 3
Chọn vật liệu làm băng là vải dệt tổng hợp
Đường kính tang: D> k.Z= 125.3 = 375
Đối với tang dân co Z= 3 thì k = 125
Chọn D = 400mm
Nhằm tạo lực căng ban đầu cho tấm băng để có thể truyền lực ma sát.
Ngoài ra sau thời gian làm việc băng bị dãn nên cần thiết phải căng băng. Sử dụng vít
điều chỉnh cứng để căng băng:
Hình 2_4 kết cấu của vít điều chỉnh
Năng suất vận chuyển của băng tải:
vqQ .36,0
=
Mặt khác:Năng suất vận chuyển của băng tải là:
ρ
...3600 vAQ
=
Với
33
/03,0/30 mTmkg
==
ρ
: khối lượng riêng của ván gỗ
A= 0,5.0,14 = 0,07m

2
: diện tích tiết diện của ván gỗ
Q= 3600.0,07.0,03= 15,12 T/m
3
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang7
Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Lực cản trên những đoạn băng có tải:
W
ct
= ( q
vl
+ q
bt
+ q
cl
)L.c
Chọn c= 1,3: hệ số cản chuyển động
( )
210
...
/21
2.36,0
12,15
.36,0
δδδρ
++=
===
ZBq
mN

v
Q
q
bt
vl
Chọn:
1,1
0
=
ρ
,
;2,0
=
δ

4,0
21
==
δδ
q
bt
= 1,1.0,6.(0,2.3+ 0,4 + 0,4).10
-3
= 0,001N/m
Chọn t= 0,5m
Giả sử trọng lượng phần quay của con lăn : G
cl
= 3N
Trên 2m băng tải có 4 con lăn

mN
t
G
q
cl
cl
/24
5,0
3.4
===⇒
∑
Vậy : W
ct
= (21 + 0,001 + 24).1,3.2= 117N
Lực cản chuyển động trên đoạn băng không tải :
W
kt
= (q
bt
+ q
cl’
).L.c
Chọn t’= 1m, số con lăn chịu không tải là 2 con
mN
t
G
q
cl
cl
/6

1
3.2
'
'
===⇒
∑
Vậy : W
kt
= ( 0,001 + 6).1,3.2= 16N
Vậy : W
0
= W
ct
+ W
kt
= 117 + 16 =133N
Công suất của động cơ là :
N
vW
N 28,0
96,0.1000
2.133
.1000
.
0
===
η
Do đó tra bảng P1.3 sách TTTKHDDCK_ Trịnh Chất chọn động cơ có
ký hiệu4a71A6Y3 có công suất của động cơ là : N= 0,37 kW
Số vòng quay của động cơ : n= 920 vg/phút

Số vòng quay của tang :

phutvg
D
v
n
tg
/96
400.14,3
2.1000.60
.
.1000.60
===
π
⇒
6,9
96
920
==
i
= i
x
.i
br
Chọn i
x
= 3, i
br
= 3,2
1.Thiết kế bộ truyền xích:

Chọn xích ống con lăn vì giá thành rẻ hơn xích răng.
Định số răng đĩa xích.
Vói tỉ số truyên i=3 chọn số răng đĩa xích dẫn là: Z
1
=25
Số răng đĩa xích bị đẫn là:Z
2
=3.25=75
Vì Z
1
và Z
2
nênlaays số lẻ ăn khớp với số mắt xích chẵn để cho các khớp
bản lề và răng đĩa xích sẽ mòn đều hơn
Hệ số điều kiện sử dụng
K = K
đ
. K
A
. K
0
. K
đc
. K
b
. K
c
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang8