NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG SAN PHẲNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG LASER

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG
SAN PHẲNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG LASER

Họ và tên sinh viên: ĐỖ ĐÔNG HÙNG
TRẦN MẪN MINH QUÂN
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2006-2010

Tháng 7/2010


NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG SAN PHẲNG
ĐIỀU KHỂN TỰ ĐỘNG BẰNG LASER

Tác giả

ĐỖ ĐÔNG HÙNG
TRẦN MẪN MINH QUÂN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu
cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
CƠ ĐIỆN TỬ

Giáo viên hướng dẫn:
Tiến sĩ NGUYỄN VĂN HÙNG
Kĩ sư ĐÀO DUY VINH

Tháng 7 năm 2010

i


LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn!
Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng và Kĩ sư Đào Duy Vinh– Giáo viên hướng dẫn đề tài.
Thầy đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi
trong suốt quá trình làm đề tài.
Xin cảm ơn Quý thầy, cô đã phản biện đề tài cho những lời nhận xét quý báu.
Qua những phản hồi đó chúng tôi có thể hoàn thiện hơn quá trình nghiên cứu.
Cảm ơn cha mẹ, anh em, bạn bè đã tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốt quá
trình học tập cũng như làm đề tài.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!
Tp.HCM, ngày 22 tháng 07 năm 2010.
Người nghiên cứu
Đỗ Đông Hùng – Trần Mẫn Minh Quân

ii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống máy san
phẳng điều khiển tự động bằng công nghệ laser”
Địa điểm thực hiện: được tiến hành tại xưởng Cơ điện tử trường đại học Nông lâm
TP.HCM và tại nhà.
Thời gian thực hiện: từ 1/5 đến 22/7.
Chúng tôi tiến hành thực hiện luận văn “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ

thống máy san phẳng điều khiển tự động bằng công nghệ laser” để có thể ứng
dụng những nghiên cứu của mình nhằm nội địa hóa một số cụm thiết bị của hệ thống.
Kết quả đạt được:
Đã chế tạo thành công mô hình máy san phẳng điều khiển tự động bằng công nghệ
laser.
Qua quá trình khảo nghiệm cho thấy rằng mô hình có thể hoạt động trong phạm vi
2m2 ổn định.
Qua quá trình khảo nghiệm mô hình hệ thống máy san phẳng cho thấy bề mặt đồng
đã giảm đi được 85% độ nhấp nhô của trước và sau khi san phẳng.

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa……i
Cảm tạ ………...........................................................................................................ii
Tóm tắt…..…............................................................................................................iii
Mục lục……….........................................................................................................iv
Danh sách các chữ viết tắt.........................................................................................vi
Danh sách các bảng..................................................................................................vii
Danh sách các hình.................................................................................................viii
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU............................................................................................1
1.2 Đặt vấn đề............................................................................................................1
1.2 Mục đích đề tài.....................................................................................................1
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN....................................................................................2
2.1 Sơ lược về hệ thống máy san phẳng.....................................................................2
2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống san phẳng laser..........................4
2.1.2 Bộ phát laser………..........................................................................................4
2.1.3 Bộ nhận laser…….............................................................................................5

2.1.2 Hộp điều khiển……..........................................................................................5
2.1.2 Hệ thống thủy lực……......................................................................................6
2.1.6 Gàu san……......................................................................................................8
2.1.7 Máy kéo…….....................................................................................................9
2.2 Sơ lược về hệ thống khí nén.................................................................................9
2.3 Sơ lược về các phần tử dùng trong hệ thống.......................................................11
2.3.1 Các phần tử cơ khí...........................................................................................11
2.3.2 Các linh kiện điện tử.......................................................................................14
2.3.3 Sơ lược về tín hiệu RF tần số 315Hz...............................................................16
2.3.4 Cơ sở tính toán................................................................................................19
CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................23
iv


3.1 Nội dung nghiên cứu..........................................................................................23
3.2 Phương pháp nghiên cứu...................................................................................23
3.3 Cơ sở thiết kế mô hình hệ thống san phẳng........................................................23
3.3.1 Bộ phát tín hiệu...............................................................................................23
3.2.2 Bộ nhận tín hiệu..............................................................................................24
3.2.3 Cụm van khí nén.............................................................................................24
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.........................................................25
4.1 Kết quả tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống máy san phẳng..............................25
4.1.1 Yêu cầu thiết kế...............................................................................................25
4.1.2 Lựa chọn nguyên lý cấu tạo mô hình...............................................................25
4.1.3 Kết quả tính toán.............................................................................................33
4.1.4 Kết quả chế tạo mô hình..................................................................................33
4.2 Tính toán thiết kế hệ thống thủy lực củ hệ thống san phẳng thực tế...................38
4.3 Kết quả khảo nghiệm sơ bộ................................................................................39
4.4 Nhận xét chung..................................................................................................41
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.............................................................42

TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................43
PHỤ LỤC................................................................................................................ 44

v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu viết tắt
RF
DC
HP
IRRI

Viết đầy đủ
Radio Frequency
Direct current
Horse Power
International Rice Research Institute

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1 Bảng chân trị IC 74HC00........................................................................15
Bảng 4.1 Bảng tra hiệu suất thao áp suất của bơm..................................................18
Bảng 4.2 Bảng kết quả tính toán các thông số mô hình...........................................32

Bảng 4.3 Bảng số liệu thể hiện việc nâng hạ gàu san theo vị trí..............................39

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy san phẳng laser..........................................2
Hình 2.2 Hệ thống san phẳng lắp trên máy kéo MTZ 80..........................................3
Hình 2.3 Cấu tạo máy phát laser..............................................................................4
Hình 2.4 Bộ nhận lắp trên dụng cụ đo độ cao...........................................................5
Hình 2.5 Bộ nhận lắp trên gàu san............................................................................5
Hình 2.6 Hộp điều khiển (Control box)....................................................................6
Hình 2.7 Sơ đồ kết nối hộp điều khiển với các thiết bị.............................................6
Hình 2.8 Hệ thống thủy lực.......................................................................................7
Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống thủy lực.............................................................................8
Hình 2.10 Gàu san....................................................................................................9
Hình 2.11 Máy kéo...................................................................................................9
Hình 2.12 Xy lanh khí nén......................................................................................11
Hình 2.13 Van khí nén đảo chiều 5/3......................................................................12
Hình 2.14 Bộ điều chỉnh áp suất.............................................................................12
Hình 2.15 Động cơ khí nén.....................................................................................13
Hình 2.16 Động cơ điện một chiều.........................................................................14
Hình 2.17 Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega8.........................................................14
Hình 2.18 Vi điều khiển Atmega8...........................................................................15
Hình 2.19 IC 74HC00.............................................................................................15
Hình 2.20 Sơ đồ chân PT2272................................................................................16

Hình 2.21 Sơ đồ tổng quát của bộ thu sóng RF.......................................................17
Hình 2.22 Thực tế mạh thu RF dùng IC PT2272IC 74HC00..................................17
Hình 2.23 Sơ đồ chân PT2262................................................................................18
Hình 2.24 Kết cấu xi lanh 2 chiều...........................................................................19
Hình 4.1a Sơ đồ cấu tạo gàu san.............................................................................26
Hình 4.1b Mô hình gàu san.....................................................................................26
viii


Hình 4.2 Cấu tạo bộ phát laser...............................................................................27
Hình 4.3 Cấu tạo phần nhận tín hiệu laser..............................................................27
Hình 4.4 Van 5/3 ở trạng thái duy trì.......................................................................28
Hình 4.5 Van 5/3 ở trạng thái nâng gàu...................................................................29
Hình 4.6 Van 5/3 ở trạng thái hạ gàu.......................................................................29
Hình 4.7 Sơ đồ khối hệ thống.................................................................................30
Hình 4.8 Lưu đồ giải thuật điều khiển....................................................................31
Hình 4.9 Kết quả mô hình gàu san..........................................................................33
Hình 4.10 Kết quả mô hình máy kéo......................................................................33
Hình 4.11 Mô hình hệ thống máy san phẳng...........................................................34
Hình 4.12 Mạch trung tâm điều khiển.....................................................................35
Hình 4.13 Mạch vi điều khiển điều khiển xy lanh..................................................35
Hình 4.14 Mạch vi điều khiển điều khiển động cơ................................................. 36
Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H.................................................................. 37
Hình 4.16 Hình chụp mạch cầu H........................................................................... 37
Hình 4.17 Hình chụp mạch rơle.............................................................................. 38
Hình 4.18 Hình vẽ thể hiện mặt đồng lúc chưa được san phẳng.............................40
Hình 4.19 Hình vẽ thể hiện mặt đồng đã được san phẳng lần đầu..........................40
Hình 4.20 Hình vẽ thể hiện mặt đồng đã được san phẳng lần 2.............................. 40
Hình 4.21 Hình vẽ thể hiện mặt đồng đã được san phẳng lần cuối........................41

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Trong việc cơ giới trong nông nghiệp, khâu làm đất sau thu hoạch là hết sức cần
thiết cho việc gieo trồng, tưới tiêu và canh tác, đặc biệt là khâu san phẳng mặt đồng
trước khi gieo trồng. Nếu mặt đồng không được san phẳng, còn nhấp nhô thì tốn nhiều
thời gian cho công việc tưới tiêu và bón phân vì lượng nước và phân bón không được
phân bố đều trên đồng ruộng. Chính vì điều này sẽ tạo điều kiện cho cỏ dại và các loại
côn trùng gây hại phát triển làm ảnh hưởng đến năng suất cây trồng.
Nhưng các loại máy phục vụ cho điều này là của nước ngoài hoàn toàn với chi
phí để mua và bảo dưỡng khi máy hư là rất đắt. Trên cơ sở đó chúng tôi tiến hành thực
hiện luận văn “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống máy san phẳng điều
khiển tự động bằng công nghệ laser” để có thể ứng dụng những nghiên cứu của
mình nhằm nội địa hóa một số cụm thiết bị của hệ thống.
1.2. Mục đích
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống san phẳng mặt đồng bằng laser
làm cơ sở cho việc chế tạo nội địa hóa một số bộ phận của hệ thống san phẳng Laser
phục vụ nhu cầu san phẳng đồng ruộng ở Việt Nam.
Ngoài ra mô hình có thể được sử dụng để làm học cụ trong giảng dạy các ngành
liên quan.

1


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Sơ lược về hệ thống máy san phẳng

2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống san phẳng laser
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống san phẳng laser được thể hiện như (hình 2.1) và
hệ thống thực được thể hiện như (hình 2.2)

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy san phẳng laser
1. Máy phát laser

6. Ống dầu thủy lực

2. Xi lanh thủy lực

7. Van thủy lực

3. Thiết bị nhận tín hiệu

8. Hộp điều khiển

4. Gàu san

9. Máy kéo

5. Bộ phận làm mát dầu thủy lực
Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau:
Bộ phát laser (1) được đặt trên giá đỡ, phát ra tia laser tạo thành một mặt phẳng
laser cố định song song nằm ngang. Bộ nhận tín hiệu laser (3) lắp cố định trên cụm
gàu san (4) sẽ xác định vị trí tương đối của gàu san so với mặt phẳng laser khi hai bánh
xe mang gàu san lên vùng cao hay xuống vùng đất trũng rồi truyền tín hiệu về bộ điều
2

khiển (8). Sau khi xử lý, tín hiệu được truyền tới hộp phân phối thuỷ lực để kích đóng
hoặc mở các vị trí của van thuỷ lực (7) lúc này dầu được đưa từ bơm qua các đường
ống dẫn (6) đến điều khiển cơ cấu chấp hành (xi lanh thủy lực 2). Dầu trả về thùng
được làm mát qua bộ phận làm mát dầu (5). Nghĩa là khi cụm gàu san lên vùng đất
cao thì bộ phận điều khiển sẽ điều khiển cho xi lanh thủy lực đi xuống làm hạ gàu san
để lấy đất, khi cụm gàu san xuống vùng đất thấp thì điều khiển cho xi lanh thủy lực sẽ
đẩy lên, gàu san được nâng lên để thả đất. Gàu san được nâng lên hoặc hạ xuống sao
cho vạch chuẩn trên bộ nhận (được cài đặt sẵn) luôn nằm trên mặt phẳng laser.
Máy kéo

Bộ điều khiển

Bộ nhận laser

Bộ phát laser

Hệ thống
thủy lực

Gàu san
Hình 2.2 Hệ thống san phẳng laser lắp trên máy kéo MTZ 80
2.1.2 Bộ phát laser
Bộ phát laser được gắn trên giá đỡ, phát chùm tia laser tỏa ra xung quanh tạo
thành một mặt phẳng laser song song với mặt phẳng nằm ngang có bán kính khoảng
400m, tốc độ quay của đèn phát laser có thể điều chỉnh được từ 300 ÷ 600(vòng/phút),
đưa tín hiệu đến bộ nhận laser lắp trên cụm gàu san. Sai lệch về độ nghiêng của mặt
phẳng laser so với mặt phẳng ngang là ± 5 0 và có thể điều chỉnh mặt phẳng laser nằm
song song hoặc nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang. Bộ phát laser phải được đặt tại
chỗ bằng phẳng, ít người qua lại để tia laser không bị che khuất (tốt nhất là cao hơn
đầu người).

3


1
6

2

7

3
4

8
9
10

5

11

Hình 2.3 Cấu tạo máy phát laser
1. Đèn phát tia laser

5, 10. Nút vặn điều chỉnh sự cân bằng của máy

2. Nút tắt/mở máy

6. Đèn báo pin

3. Nút thay đổi chế độ của máy

7. Tay cầm máy

(phát tia laser phẳng hoặc nghiêng)

9. Đèn báo máy đã được cân bằng

4, 8. Đèn báo máy không cân bằng

11. Chân máy

Khi mở máy, ấn nút (2) chờ khoảng 5 giây, nếu khi thấy đèn (4) báo nghĩa là
máy chưa cân bằng, vặn nút điều chỉnh (5) theo chiều mũi tên của đèn (4). Tương tự
nếu thấy đèn (8) báo thì ta vặn nút điều chỉnh (10) theo chiều mũi tên của đèn (8) cho
đến khi đèn (9) bật sáng lúc đó máy đã cân bằng và đèn phát (1) sẽ quay và phát ra tia
laser. Nếu bấm vào nút (3) thì máy phát sẽ phát tia laser nghiêng so với mặt phẳng
ngang.
2.1.3 Bộ nhận laser
Là một thiết bị dùng để xác định chiều cao của mặt phẳng laser nó gồm có các
tế bào nhạy cảm với ánh sáng laser gọi là cảm biến ánh sáng laser. Một trong những
đặc điểm quan trọng nhất của bộ nhận là phải có khả năng đáp ứng nhanh vì thời
gian kích hoạt của ánh sáng laser là rất ngắn, tại thời điểm này phải truyền thông tin
về cho bộ điều khiển. Phương trình tính toán thời gian kích hoạt của ánh sáng laser
tới bộ nhận.
T

30d
RN

4


Trong đó :
d – đường kính tia laser (m);
R – khoảng cách giữa bộ phát và bộ thu laser (m);
N – tốc độ quay của đèn phát laser (vòng/phút).
Bộ nhận được đặt trên trụ của cụm gàu san. Cảm biến ánh sáng laser sẽ xác
định độ chênh lệch của mặt phẳng laser được phát ra từ bộ phát so với mức chuẩn ở 3
mức: mức giữa; mức thấp; và mức cao. Trong quá trình di chuyển của cụm gàu san
bộ nhận sẽ cho biết được độ chênh lệch của gàu san khi ở vùng đất cao hay vùng đất
trũng, và sẽ truyền tín hiệu về cho bộ điều khiển sử lý để nâng hạ gàu san. Tín hiệu
xuất ra từ bộ nhận về cho bộ sử lý tín hiệu là dòng điện một chiều DC từ 3V ÷ 8V.
Ngoài ra còn có bộ nhận laser lắp trên thước đo chiều cao dùng để đo chiều cao nhấp
nhô của mặt đồng trước khi san phẳng.

Hình 2.4 Bộ nhận lắp

Hình 2.5 Bộ nhận lắp trên gàu

trên dụng cụ đo độ cao
2.1.4 Hộp điều khiển

san

Nhận tín hiệu truyền tới từ bộ nhận laser, sử lý tín hiệu, nhận biết vị trí của
gàu san trên mặt đồng. Khi hộp điều khiển cài đặt ở chế độ tự động, nó sẽ cung cấp
tín hiệu ra là dòng điện một chiều DC để điều khiển đóng – mở cụm van thủy lực để
xi lanh nâng – hạ gàu san ở các vị trí mong muốn. Hộp điều khiển được đặt trên máy
kéo cạnh người điều khiển để điều khiển bằng tay khi cần thiết. Trên hộp điều khiển

có công tắc ON/OFF, chế độ tự động, chế độ bằng tay, chế độ nhanh, chậm cho phép
người điều khiển có thể tăng hay giảm tốc độ nâng hạ của gàu san.

5


CONTROL SYSTEM

AUTO

POWER

HIGH
MANUAL

TRIMBLE
ON

RAISE M
A
N
U
A
L

ON

LOW

LOWER

10 AMP
OFF

Hình 2.6 Hộp điều khiển (Control box)
Sơ đồ kết nối của hộp điều khiển với các thiết bị của hệ thống được thể hiện ở
(hình 2.7).

Nối với bộ nhận

Bộ nhận laser

Hộp điều khiển

Nối với nguồn nuôi
Nối với van thủy lực

Van thủy lực

Hình 2.7 Sơ đồ kết nối hộp điều khiển với các thiết bị
2.1.5 Hệ thống thủy lực
Hệ thống thủy lực của máy kéo dùng cung cấp dầu cho van thủy lực điều
khiển dùng để điều khiển nâng, hạ xi lanh. Bơm thủy lực lấy từ động cơ của máy
6


kéo, do đó áp suất của bơm phụ thuộc vào vận tốc di chuyển của máy kéo. Trong quá
trình hoạt động dầu được bơm liên tục nên áp suất dầu lớn khoảng 120 ÷ 200 bar, do
đó cần phải có van giảm áp để giảm áp lực dầu và đồng thời phải có bộ phận làm mát
dầu khi về thùng. Cụm van điều khiển xi lanh được sử dụng của hệ thống gồm hai

van đảo chiều 3/2 điều khiển solenoid do hãng Trimble cung cấp mắc nối tiếp nhau
như (hình 2.8)

Hình 2.8 Hệ thống thủy lực.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển thủy lực theo 3 trường hợp
“Nâng, Duy trì và Hạ” bộ phận gàu san như (hình 2.9).
Khi nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển sẽ tác động làm đóng, mở các vị
trí của van thủy lực, dầu từ thùng qua bộ lọc đến bơm rồi qua van thủy lực để điều
khiển xi lanh thủy lực theo ba trường hợp như sau:

7


Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống thủy lực
a) Trạng thái nâng; b) Trạng thái duy trì; c) Trạng thái hạ theo trọng lượng


Trường hợp 1 (hình 2.9a): Khi máy kéo xuống vùng thấp, van A và B
đều được kích ở trạng thái 1, đường dẫn dầu từ bơm được nối với xi lanh để
nâng cụm gàu san và đổ đất nâng cao vùng này.



Trường hợp 2 (hình 2.9b): Khi máy kéo đang ở vị trí trung gian (bộ phận
điều khiển hiển thị ở mức giữa), van A và B đều được kích ở trạng thái 2, cả
đường dẫn dầu từ bơm và xi lanh đều bị chặn, và trạng thái xi lanh thủy lực
được duy trì.



Trường hợp 3 (hình 2.9c): Khi máy kéo ở vùng cao, van A được kích ở
trạng thái 1, van B được kích ở trạng thái 2, đường dẫn dầu từ bơm bị chặn
và đường dẫn dầu từ xi lanh được nối về thùng để cụm gàu san tự hạ xuống
do trọng lượng.

2.1.6 Gàu san
Có thể treo hoặc móc sau máy kéo. Loại móc thì dễ lắp đặt hệ thống thủy lực
hơn, vì dùng xi lanh thủy lực riêng, so với loại treo phải sử dụng chung thủy lực của hệ
8


thống treo 3 điểm. Kích cỡ gàu tùy máy kéo: máy 80HP có thể lắp gàu rộng 2m, cao
1m, công suất càng lớn năng suất càng cao.

Hình 2.10 Gàu san

2.1.7 Máy kéo
Nên dùng máy kéo với 4 bánh chủ động để ít trượt bánh. IRRI đã sử dụng các
cỡ máy kéo 30-100HP để san laser.

Hình 2.11 Máy kéo

9


2.2. Sơ lược về hệ thống khí nén và ưu nhược điểm
a) Sơ lược hệ thống khí nén
Hệ thống khí nén bao gồm bộ phận cung cấp - gồm các máy nén và phần xử lý
không khí, và bộ phận tiêu thụ - gồm hệ thống lưu trữ, phân phối và các thiết bị sử
dụng cuối cùng. Quản lý tốt bộ phận cung cấp sẽ đảm bảo có khí nén sạch, khô và ổn

định ở áp suất thích hợp với chi phí thấp và đáng tin cậy. Quản lý tốt bộ phận tiêu thụ
sẽ giúp giảm thiểu lãng phí và sử dụng khí nén một cách hợp lý. Để cải thiện và duy trì
hoạt động của hệ thống khí nén ở hiệu suất cao nhất cần quan tâm đến cả hai bộ phận
cung và tiêu thụ của hệ thống cũng như cách thức kết hợp giữa hai bộ phận này.
Các phần chính trong hệ thống khí nén :


Hệ thống khí nén bao gồm hai phần chính: bộ lọc khí vào, thiết bị làm
mát giữa các cấp (làm mát trung gian), thiết bị làm mát sau (làm mát sau
nén), thiết bị làm khô khí, bộ lọc ẩm, bình chứa, hệ thống đường ống, bộ
lọc, thiết bị điều tiết và bôi trơn.



Bộ lọc khí vào : Ngăn không cho bụi vào máy nén: bụi vào gây tắc ngẽn
van, làm mòn xi lanh và các bộ phận khác, vv…



Thiết bị làm mát giữa các cấp : Giảm nhiệt độ khí trước khi đi vào cấp
tiếp theo để giảm tải nén và tăng hiệu suất. Khí thường được làm mát bằng
nước.



Thiết bị làm mát sau : Để loại bỏ hơi nước trong khí bằng cách giảm
nhiệt độ trong bộ trao đổi nhiệt dùng nước làm mát.



Bộ làm khô khí : Lượng hơi ẩm còn sót lại sau khi qua thiết bị làm mát
sau được loại bỏ nhờ sử dụng bộ làm khô khí, vì khí sử dụng cho các thiết bị
khí nén phải gần như khô hoàn toàn. Hơi ẩm bị loại bỏ nhờ sử dụng các chất
10


hấp thụ như gel silic oxit /than hoạt tính, hoặc giàn làm khô được làm lạnh,
hay nhiệt từ các bộ sấy của máy nén.

b) Ưu và nhược điểm của hệ thống khí nén


Ưu điểm



Tính đồng nhất năng lượng giữa phần điều khiển và phần chấp hành nên
bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện.



Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng.



Khả năng quá tải cao của động cơ khí.



Độ tin cậy cao ít trục trặc kỹ thuật.



Tuổi thọ lớn.



Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí
nén nhỏ và tổn thất trên đường dẫn ít.



Trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén
nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể
đạt được vận tốc rất cao.



Nhược điểm



Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử.



Khả năng lập trình kém vì kồng kềnh so với điện tử, chỉ điều khiển theo
chương trình có sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp kém.



Lực truyền tải trọng thấp.

11




Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây tiếng ồn.

2.3 Sơ lược về các phần tử dùng cho mô hình hệ thống
2.3.1 Các phần tử cơ khí
a) Xi lanh khí nén

Hình 2.12 Xi lanh khí nén
Có 2 ngõ cho khí vào và ra, khi khí được cho vào ngõ dưới thì xi lanh được đẩy
đi ra, còn khi khí được cấp vào ngõ trên thì xi lanh được đẩy đi vào.
b) Van khí nén đảo chiều 5/3
12


B

A

R

P

S

Hình 2.13 Van khí nén 5/3
Van đảo chiều 5/3 có 5 cửa cho khí lưu thông, cửa P là cửa cho khí vào, các cửa
R và S là các cửa xả khí, các cửa A và B là các cửa cho khí ra. Van đảo chiều 5/3 được
điều khiển bằng nam châm điện và được hỗ trợ bởi lò xo. Khi có điện đưa vào một đầu
nòng van thì van sẽ chuyển trạng thái, khi nguồn điện không được cấp vào đầu nòng
van nữa thì lò xo sẽ đẩy van chuyển về trạng thái mặc định của nó (trạng thái ban đầu).

c) Bộ điều chỉnh áp suất

Kí hiệu

Hình 2.14 Bộ điều chỉnh áp suất
Dùng để điều chỉnh áp suất đúng với áp suất mà người dùng mong muốn bằng
cách vặn ốc điều chỉnh. Vặn ốc theo chiều kim đồng hồ cho ốc đi xuống sẽ làm tăng áp
13


suất, còn vặn ốc theo chiều ngược lại thì sẽ làm cho áp suất được điều chỉnh giảm
xuống.
Áp suất cao nhất: 150 PSI.
d) Động cơ khí nén

Hình 2.15 Động cơ khí nén
Động cơ khí nén có tác dụng hút không khí, hơi ẩm, khí đốt ở một áp suất nhất
định và tạo ra nguồng lưu chất có áp suất cao hơn. Động cơ (máy nén) pittong là máy
3

nén phổ biến nhất và có thể cung cấp năng suất đến 500m /phút. Máy nén một pít tông
có thể nén khí khoảng 6 bar và cũng có thể đến 10 bar.

e) Động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều được sử dụng là động cơ 24V, có bộ giảm tốc bên trong
để giảm số vòng quay của động cơ xuống.

14


Hình 2.16 Động cơ điện một chiều
2.3.2 Các linh kiện điện tử
a) Vi điều khiển

Hình 2.17 Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega8

Hình 2.18 Vi điều khiển Atmega8
8 Kbytes bộ nhớ trong Flash
15