Đề tài: Ngiên cứu thiết kế và thi công mô hình hệ thống phối trộn và đóng nắp sơn tự động sử dụng PLC

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
************

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG
ĐÓNG NẮP VÀ PHỐI TRỘN SƠN TỰ ĐỘNG

HÀ NỘI, 2019


2

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................

.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................

Hà Nội, Ngày tháng 5 năm 2019
Giảng viên hướng dẫn


3

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
Hà Nội, ngày

tháng 5 năm 2019
Hội đồng phản biên


4

MỤC LỤC


5

DANH MỤC HÌNH ẢNH


6

DANH MỤC VIẾT TẮT
ST
T

Kí hiệu

1

Chú thích

Đơn vị

Hành trình xylanh

mm

2

F

Lực đẩy của piston cấp hộp sơn

N

3

F’

Lực đẩy của piston đóng nắp

N

Lực ma sát giữa hộp sơn và mặt phẳng

N

4
5

p

Áp suất khí nén

6

D

Đường kính xylanh

cm

7

Khối lượng nắp hộp sơn

kg

8

Vận tốc xylanh đóng nắp

m/s

9

Vận tốc nắp khi chạm piston đóng nắp

m/s

10

Vận tốc nắp sau khi đóng nắp

m/s

11

Động lượng trước của nắp

kg.m/s

12

Động lượng sau của nắp

kg.m/s

13

Độ biến thiên động lượng của nắp

kg.m/s

14

Lực cản sinh ra khi đóng nắp

N

15

Vận tốc nắp khi chạm xylanh đóng nắp

m/s

16

Moment cản của động cơ khuấy

N.m

17

Lực cản của động cơ khuấy

N

Độ dài nối trục của động cơ khuấy

m

Công suất động cơ khuấy trộn

W

18

d

19
20

n

Tốc độ quay của động cơ khuấy trộn

Vòng/phút

21

m

Tổng tải trọng trên băng tải

kg

22

v

Tốc độ băng tải khi có tải

m/phút

23

Hệ số ma sát


7

Lực cần thiết để dịch chuyển băng tải khi
có hộp sơn

N

Chiều dài băng tải

m

26

Khối lượng phôi trên băng tải

kg

27

Góc nghiêng băng tải

28

Công suất cần thiết để dịch chuyển hộp
sơn trên băng tải

W

Công suất động cơ băng tải

W

24
25

29

L

P


8

LỜI MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con
người ngày càng cao, vì thế bài toán về cung cầu đang được các nhà sản xuất
tìm cách giải quyết. Tự động hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương án
tối ưu, nó đòi hỏi sự nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu được nhân công
lao động, từ đó giảm giá thành cho sản phầm. Quá trình sản xuất càng được tự
động hóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất, giảm chi phí, từ đó tăng tính
cạnh tranh cho các doanh nghiệp để vươn lên hội nhập với thế giới.
Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế
của bộ môn Cơ điện tử, sau một thời gian em học tập tại trường, được các
thầy, cô giáo trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên nghành, đồng thời
được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo, nhóm tác giả đã thực hiện đề tài
“nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống đóng nắp và phối trộn

sơn tự động”.
Cùng với sự nỗ lực của cả nhóm và sự chỉ bảo tận tình của thầy hướng
dẫn nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của chúng em còn có sự
hạn chế nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm tác giả rất mong
được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy, cô và các bạn nhằm đóng góp
phát triển thêm cho đề tài.
Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn!


9

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Lịch sử nghiên cứu
Sơ lược về sự phát triển trong công nghiệp sơn: Đầu thế kỷ XVIII, nhà
bác học Thomas Child đã trình làng chiếc máy nghiền sơn đầu tiên tại Boston,
Massachusett, USA. Thế nhưng phải mất gần 150 năm sau vào năm 1868 con
người mới có đủ kiến thức về Lý Hóa để trộn màu và pha sơn sẵn bỏ vào
thùng. Năm 1880, người ta đã đặc chế ra chất liên kết (Binder) đầu tiên cùng
với nhiều phụ gia và một số nguyên vật liệu khác để sản xuất ra sơn như
chúng ta đang sử dụng ngày nay. Khởi đi từ đó ngành công nghiệp sơn bắt
đầu cống hiến cho nhân loại những dòng sơn dầu.
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của KH – KT và những kiến
thức lý hóa của nhân loại đã chế tạo và phát triển nhiều loại hệ thống máy
móc hỗ trợ con người trong việc sản xuất và pha chế ra nhiều loại màu sơn có
tính năng ưu việt giúp cho chúng ta có thể lựa chọn những loại sơn phù hợp
với mục đích và yêu cầu của người sử dụng. Cùng với đó là những thách thức
về những yêu cầu ngày càng cao của xã hội ngành công nghiệp sơn luôn phải
nghiên cứu và triển khai các giải pháp công nghệ mới nguyên liệu mới để áp
ứng được sự phát triển của xã hội.

Hình 1.1: Hệ thống sản xuất sơn của công ty Sweden


10

1.2 Các vấn đề đặt ra
Trước kia, để tạo ra được một màu sơn, công nhân tại các nhà máy sơn
sẽ phải thực hiện việc trộn các màu sơn đơn sắc theo tỉ lệ nhất định, thực hiện
khuấy trộn và đóng nắp thủ công để hoàn thành việc trộn và cho ra một thùng
sơn có màu sắc mong muốn. Vì vậy để tỉ lệ khi pha trộn đạt được độ chính
xác cao hơn và tiết kiệm thời gian trong quy trình sản xuất ra một thùng sơn
thì việc áp dụng tự động hóa vào quy trình sản xuất là điều rất quan trọng. Để
làm được điều đó, cần quan tâm đến các vấn đề:
- Màu sơn cần pha gồm những màu đơn sắc nào tạo thành.
- Trạm pha trộn sơn có thể pha chế màu một cách chính xác.
- Công suất của hệ thống và hiệu quả khi trộn.
- Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
- Các hệ thống, dây chuyền tự động hóa phối trộn màu sơn, đóng nắp
hộp và đưa ra sản phẩm đạt chất lượng màu theo ý muốn của khách hàng.
- Nắm rõ về PLC Mitsubishi FX2N 48MT.
- Vận dụng ngôn ngữ lập trình của PLC để điều khiển mô hình hệ thống
đóng nắp và phối trộn sơn tự động.
- Nghiên cứu, nắm rõ các cảm biến và cơ cấu chấp hành thường được
sử dụng cho lĩnh vực tự động hóa.
1.4 Phương pháp thực hiện
- Phân tích và tổng hợp:
+ Phân tích các thiết bị, cơ cấu cấu thành nên một hệ thống hay
dây chuyền tự động, từ đó hiểu được bản chất, cái chung, cái riêng của
từng bộ phận cấu thành.

+ Tổng hợp kết quả của sự phân tích để có sự nhận thức đầy đủ,
đúng đắn về bản chất, quy trình vận hành của hệ thống.
- Tuần tự và đồng thời: thực hiện từng bước để xây dựng một cơ cấu
nào đó trong hệ thống, đồng thời có thể song song thực hiện xây dựng


11

các cơ cấu tách biệt khác để có thể sớm hoàn thiện xây dựng mô hình.
1.5 Dự kiến kết quả đạt được
- Hệ thống hoạt động tuần tự, đúng quy trình.
- Pha màu sơn đúng tỷ lệ, đúng màu.
- Cơ cấu cấp nắp và đóng nắp hoạt động chính xác.
- Sản xuất ra một hộp sơn pha màu hoàn chỉnh trong thời gian dưới một
phút.


12

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP VÀ
PHỐI TRỘN SƠN TỰ ĐỘNG
2.1 Tìm hiểu về một số mô hình hệ thống đóng nắp và phối trộn sơn trong
thực tế

Hình 2.1: Hệ thống chiết rót sơn theo khối lượng và đóng nắp

2.1.1 Máy chiết rót sơn theo khối lượng và đóng nắp sơn tự động
•

Cấu tạo:

- Gồm một băng tải được chia làm 2 dãy vận chuyển hộp sơn đến vị trí

chiết rót.
- Cụm 4 van bơm đóng/ngắt dòng chảy và chiết rót sơn vào hộp theo
khối lượng.
- Cụm 4 xy lanh thủy lực thực hiện đóng nắp hộp sơn:
- Phần điều khiển: sử dụng các nút nhấn, các đèn báo (start/stop), màn
hình hiển thị và cài đặt các thông số.
•

Nguyên lý hoạt động:
- Người vận hành nhấn nút vận hành hệ thống và băng tải bắt đầu chạy.

Công nhân đưa các vỏ hộp sơn vào băng tải.
- Các hộp sơn di chuyển đến vị trí chiết rót dưới mỗi van và băng tải
dừng lại. Van bơm sơn mở thực hiện việc chiết rót sơn vào từng hộp sơn. Sau


13

đó, cảm biến đo lượng sơn được bơm vào mỗi hộp và hiển thị lên màn hình
điều khiển.
- Sau khi bơm đủ giá trị cài đặt, van bơm ngắt và băng tải chạy.
- Công nhân đặt nắp lên mỗi hộp sơn đang di chuyển đến vị trí đóng
nắp.
- Cảm biến ở vị trí đóng nắp phát hiện hộp sơn, băng tải dừng, xy lanh
đóng thủy lực thực hiện đóng nắp các hộp sơn. Sau đó quy trình tiếp tục được
vận hành hoặc dừng lại.

Hình 2.1: Xylanh thủy lực đóng nắp hộp sơn

•

Ưu điểm của hệ thống:
- Chiết rót sơn đúng theo đúng khối lượng.
- Quy trình vận hành trong thời gian ngắn, hiệu suất cao.

•

Nhược điểm: chưa có cơ cấu cấp hộp sơn và cấp nắp. Hai quy trình này vẫn
phụ thuộc vào người tham gia vận hành.


14

2.1.2 Mô hình hệ thống đóng nắp và phối trộn sơn sử dụng PLC S7-200

Hình 2.2: Mô hình hệ thống đóng nắp và phối trộn sơn sử dụng PLC S7-200
• Về cấu tạo, mô hình gồm có các phần:
- Phần cấp hộp sơn: bao gồm xy lanh đẩy và ống chứa hộp sơn.
- Phần các thùng đựng và chiết rót sơn: bao gồm 4 thùng đựng 4 màu
sơn đơn sắc và các van điện chiết rót sơn.
- Phần cơ cấu cấp và đóng nắp hộp sơn: sử dụng một xy lanh chặn, một
xy lanh cấp nắp và một xy lanh đóng nắp.

Hình 2.4: Cơ cấu đóng nắp của mô hình


15

- Phần khung cơ khí và băng tải: gồm khung cơ khí đỡ van và 4 bể

trộn, khung cơ khí đỡ xylanh đóng nắp. Ngoài ra, có một băng tải phụ đưa
nắp vào vị trí đẩy.
- Phần cơ cấu quay lắc trộn sơn: sử dụng một xy lanh đẩy hộp sơn đã
đóng nắp vào hộp quay để lắc trộn đều hộp sơn.
- Phần điều khiển: sử dụng PLC S7-200.
•

Nguyên lý hoạt động của mô hình:
- Khi bắt đầu hoạt động, chọn màu sơn cần pha, băng tải chuyển động,

piston ở ống cấp hộp đẩy hộp sơn vào băng tải.
- Cảm biến ở vị trí chiết rót báo hộp sơn đến vị trí chiết rót, băng tải
dừng. Đồng thời các van được mở và chiết rót sơn theo tỉ lệ đã được cài đặt
vào hộp sơn.
- Sau khi chiết rót xong, băng tải chạy đưa hộp sơn đến vị trí đóng nắp
và các xy lanh thực hiện đẩy nắp và đóng nắp.
- Đóng nắp xong, băng tải chạy đưa hộp sơn đến vị trí lắc: xy lanh đẩy
hộp sơn đã đóng nắp vào trong, động cơ quay theo vận tốc đã cài đặt để lắc
trộn đều sơn trong hộp.
- Kết thúc quá trình lắc, hộp sơn được đưa ra ngoài băng tải bằng một
xy lanh đẩy và băng tải đưa hộp sơn đến cuối băng tải và trượt vào máng
chứa.
•

Ưu điểm của mô hình:
- Có các cảm biến báo mức sơn trong thùng chứa khi hết sơn.
- Có thể thực hiện chiết rót sơn vào các hộp sơn một cách liên tục:

trong quá trình thực hiện quay lắc có thể đưa một hộp sơn mới vào băng tải để
quy trình sản xuất được liên tục.

- Phối trộn được màu sắc đa dạng từ 4 màu sơn đơn sắc.
- Tính ứng dụng của mô hình trong thực tế.
•

Nhược điểm của mô hình:


16

- Lượng sơn chiết rót vào bình không đo được giá trị cụ thể do không
sử dụng cảm biến đo lưu lượng.
2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống
Từ việc phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ưu điểm và nhược điểm
của các mô hình và hệ thống trên, nhóm tác giả đã chọn lọc và khái quát
những nội dung cần thiết trong việc xây dựng mô hình.
2.2.1 Về cấu tạo
-

Phần cơ khí:
+ Thiết kế khung đỡ thùng chứa sơn; khung cơ cấu cấp và đóng nắp.
+ Thiết kế bể khuấy trộn sơn và cơ cấu khuấy trộn.

- Phần thiết bị:
+ Một băng tải.
+ 2 động cơ (một động cơ khuấy trộn và một động cơ băng tải).
+ 4 xy lanh (một xy lanh cấp hộp sơn, một xy lanh chặn, một xy lanh
đẩy nắp và một xy lanh đóng nắp).
+ 4 Van điện từ điều khiển 4 xy lanh.
+ 4 Cảm biến quang phát hiện vị trí hộp sơn trên băng tải.
+ 3 Cảm biến đo lưu lượng sơn đưa vào bể trộn.

+ 6 Van điện (đóng/ngắt dòng chảy).
+ Bộ điều khiển: một PLC sử dụng điều khiển hệ thống và 12 rơ le
đóng cắt mạch.
2.2.2 Nguyên lý làm việc
Bước 1: Sau khi khởi động, hệ thống tiếp nhận thông tin về màu sơn
cần pha và số lượng thùng sơn cần pha.
Bước 2: Động cơ điều khiển băng tải được khởi động, băng tải quay.
Đồng thời hệ thống trộn sơn hoạt động, ba màu sơn cơ bản được đưa vào bình
trộn với lượng tỉ lệ nhất định dựa trên cảm biến đo lưu lượng sơn và van nước


17

đóng mở để điều khiển dòng chảy của sơn. Sau khi sơn được đổ vào hết vào
bình trộn thì động cơ điện trộn sơn được kích hoạt để trộn sơn.
Bước 3: Trong quá trình hệ thống trộn sơn hoạt động, khi cảm biết
quang phát hiện hộp sơn có trong ống chứa thì xy lanh cấp hộp sơn được kích
hoạt để đẩy hộp sơn vào băng tải đang chạy và hộp sơn di chuyển đến vị trí
chiết rót sơn.
Bước 4: Khi hộp sơn có tại vị trí chiết rót sơn và sơn đã được trộn thì
van nước chiết rót sơn hoạt động đưa dòng sơn từ trong thùng trộn sơn xuống
hộp sơn. Quá trình trộn sơn và chiết rót hoàn tất.
Bước 5: Hộp sơn tiếp tục được băng tải đưa đến vị trí đóng nắp, xy lanh
đẩy nắp vào hộp sơn và xy lanh đóng nắp hoạt động thực hiện quá trình đóng
nắp hộp sơn.
Bước 6: Hộp sơn được đưa đến cuối băng tải và được phát hiện bởi
cảm biến quang ở cuối băng tải. Sau khi hộp sơn đầu tiên đi qua cảm biến
quang cuối băng tải, cảm biến quang ở ống cấp phôi tiếp tục phát hiện có hộp
sơn trong ống và xy lanh cấp hộp sơn tiếp tục đưa hộp sơn tiếp theo vào băng
tải để tiếp tục thực hiện quá trình trộn sơn.

Bước 7: Sau khi đủ số lượng hộp sơn đã được trộn và đóng nắp, hệ
thống tạm dừng hoạt động và chờ lần trộn sơn tiếp theo.
2.2.3 Nguyên lý pha màu
Nhóm tác giả lựa chọn pha màu từ 3 màu sơn đơn sắc tạo thành: đỏ,
vàng và xanh da trời.


18

● Hệ màu (Đỏ - Vàng - Xanh) là cơ sở lựa chọn tạo nên bánh xe màu. Trong
lĩnh vực hội họa, các họa sĩ thường pha màu theo hệ.

Hình 2.5: Nguyên lý pha màu

- Ba màu gốc (tiếng Anh gọi là primary) gồm Đỏ- Vàng- Xanh dương.
- Ba màu cấp hai (secondary) được pha từ ba màu gốc theo cách sau:
Đỏ + Vàng = Da cam.
Đỏ + Lam = Tím.
Vàng + Lam = Lục.
-

Khi nhóm màu cấp 2 được phối với nhóm màu cấp 1 sẽ tạo ra nhóm màu cấp
3, và nhờ đó chúng ta sẽ có được một vòng tròn màu khép kín với mười hai
sắc màu cơ bản.


19

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
3.1 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống

3.1.1 Mô hình hóa hệ thống cơ khí bằng phần mềm Solidwork

Hình 3.1:Mô hình hóa hệ thống cơ khí

Cấu tạo của hệ thống
1: Bàn đỡ hệ thống.
3: Cảm biến quang.
5: Băng tải
7: Cơ cấu cấp nắp hộp.
9: Van điện từ khí nén.
11: Động cơ kéo băng tải.
13: Ống dẫn sơn.
15: Cảm biến lưu lượng.
17: Cơ cấu khuấy trộn.
19: Tủ điện.

2: Giá đỡ cảm biến.
4: Chân băng tải.
6: Khung hệ thống.
8: Xy lanh chặn hộp.
10: Cơ cấu cấp hộp sơn.
12: Thùng chứa sơn
14: Van nước điện từ.
16: Động cơ khuấy trộn
18: Xy lanh đóng nắp.


20

3.1.2 Mô phỏng hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén được mô phỏng bằng phần mềm Festo Fluisim để mô
phỏng sự hoạt động của 4 xylanh trong mô hình hệ thống.

Hình 3.2:Mô phỏng mạch điện điều khiển hệ thống khí nén

Trong đó:
Y4: Xylanh chặn hộp sơn.
Y5: Xylanh cấp nắp cho hộp sơn.
Y6 : Xylanh đóng nắp hộp sơn.
Y20: Xylanh cấp hộp sơn cho băng tải.


21

3.2 Phân tích chức năng
3.2.1 Băng tải

Hình 3.3: Mô hình băng tải

Khái niệm: Băng tải là một máy cơ khí dùng để vận chuyển các đồ vật từ
điểm này sang điểm khác, từ vị trí A sang vị trí B. Thay vì vận chuyển sản
phẩm bằng sức người vừa tốn thời gian, chi phí nhân công lại tạo ra môi
trường làm việc lộn xộn thì băng chuyền tải có thể giải quyết điều đó.
Cấu tạo, ưu điểm và nguyên lý hoạt động của băng tải:

•

Thành phần cấu tạo:
-

Động cơ điện giảm tốc
Bộ truyền chuyển động
Khung băng tải
Rulo chủ động, rulo bị động
Dây băng tải

Ưu điểm:
Cấu tạo đơn giản, độ bền cao, vân hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng
Năng suất cao và không gây tiếng ồn cho xung quanh
- Giảm sức lao động cho con người, hoạt động ổn định liên tục trong
-

thời gian dài.
Nhược điểm:
- Để tăng tuổi thọ khi sử dụng cho băng tải thì nên chạy với tốc độ
trung bình.
- Độ nghiêng của băng tải nhỏ hơn 24 độ.


22

- Để vận chuyển theo đường cong cần bố trí thêm động cơ và khung
băng tải để đổi hướng.
•

Nguyên lý hoạt động:
Động cơ hoạt động sẽ truyền chuyển động đến Rulo chủ động thông

qua bộ truyền chuyển động (đai, xích, bánh răng,..). Khi đó, Rulo chủ động
quay làm cho dây băng tải chuyển động nhờ lực ma sát giữa Rulo và dây băng

tải. Để tạo ra lực ma sát giữa Rulo và dây băng tải, người ta điều chỉnh Rulo
bị động để dây băng tải căng ra tạo ra lực ma sát. Lực ma sát này sẽ làm cho
băng tải chuyển động tịnh tiến. Khi các vật liệu được đặt trên bề mặt dây băng
tải, vật liệu sẽ được di chuyển nhờ chuyển động của băng tải.
3.2.2 Động cơ điện một chiều
•

Định nghĩa: Động cơ điện một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện
một chiều sang năng lượng cơ.
• Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều:
Gồm có 3 phần chính: Stato (phần cảm), Roto (phần ứng) và phần chỉnh
• Phân loại động cơ điện một chiều.

Hình 3.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều

Phân loại theo kích từ:
- Kích từ độc lập.
- Kích từ song song.
- Kích từ nối tiếp.
- Kích từ hỗn hợp.
Với mỗi loại động cơ điện một chiều như trên thì có các ứng dụng khác nhau.
Công thức tính dòng điện chạy qua động cơ :
(3.1)


23

Trong đó:
U là điện thế nguồn.
là suất điện động phần ứng.

là điện trở của phần ứng.
•

Các phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều:

a) Nguyên lý điều khiển động cơ điện một chiều:
-

Đặc điểm của động cơ đện một chiều: Động cơ điện một chiều có quán tính

-

cơ tương đối nhỏ. Dễ thay đổi tốc độ trong một khoảng rộng.
Cấu tạo phức tạp do có chổi than dẫn tới tuổi thọ động cơ không cao, phải bảo
dưỡng định kỳ, dễ phát sinh tia lửa điện nên không làm việc ở nơi có khí gas

-

hầm lò, chống cháy nổ.
Công suất của động cơ điện một chiều thấp vì có cấu tạo tương đối phức tạp,

-

nếu công suất cao thì cồng kềnh đắt tiền.
Hiệu suất không cao so với các loại động cơ khác. Tuy vậy do ưu điểm của
động cơ điện một chiều là có nhiều phương pháp thay đổi tốc độ và dễ dàng
thay đổi tốc độ và chiều quay nên các động cơ điện một chiều công suất nhỏ
vẫn thường được sử dụng hiện nay.
b) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu

việt hơn so với loại động cơ khác, không những có khả năng thay đổi tốc độ
một cách dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng
thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Từ
phương trình tốc độ:

(3.2)
Suy ra để điều chỉnh có thể :
-

Điều chỉnh .
Điều chỉnh bằng cách thêm vào mạch phần ứng.
Điều chỉnh từ thông .
Điều khiển điện áp phần ứng.
Điều khiển điện áp phần ứng.

Thực tế có hai phương pháp cơ bản điều khiển tốc độ động cơ điện một
chiều bằng điện áp:


24

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ.
- Điều khiển điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ.
Thông thường người ta sử dụng cách điều chỉnh điện áp phần ứng. khi
thay đổi phần ứng thì tốc độ động cơ thay đổi theo phương trình (3.2).
Vì từ thông của động cơ không đổi nên độ dốc của đặc tính cơ không
đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển
của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp này là triệt để.
Điều chỉnh tốc độ bằng dung thêm :

•

Mắc nối tiếp

vào phần ứng, từ (3.2) suy ra tăng lên, suy ra giảm. Ưu

điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục, nhưng do
thêm nên tổn hao tăng, không kinh tế.
Điều khiển từ thông:

•

ĐIều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều
chỉnh moment điện từ của động cơ.
(3.3)
và sức điện động quay của động cơ
(3.4)
Khi từ thông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong phạm vi giới
hạn. Nhưng theo công thức trên thay đổi thì moment, dòng điện cũng thay
đổi nên khó tính toán chính xác dòng điều khiển và moment tải, vậy nên
moment này cũng ít dùng.
3.2.3 Van nước điện từ
•

Khái niệm: Là một thiết bị cơ điện, dùng để kiểm soát các dòng chảy chất

khí hoặc lỏng dựa vào nguyên lý chặn đóng mở do lực tác động của cuộn dây
điện từ
•

Nguyên lý hoạt động: Có một cuộn dây điện, trong đó có một lõi sắt và một lò
xo nén vào lõi sắt. Trong khi đó, lõi sắt lại tỳ lên đầu một giăng bằng cao su.
Bình thường nếu không có điện thì lò xo sẽ ép vào lõi sắt, van sẽ ở trạng thái


25

đóng. Nếu chúng ta tiếp điện, tức là cho dòng điện chạy qua, cuộn dậy sinh từ
trường sẽ tác động làm hút lõi sắt ra, Từ trường này có lực đủ mạnh để thắng
được lực lò xo, lúc này van sẽ mở ra.
1: Thân van Đồng hoặc inox.
2: Môi chất: Chất lỏng hay khí.
3: Ống rỗng: Lưu chất chưa qua.
4: Vỏ ngoài: Bảo vệ cuộn điện.
5: Cuộn từ.

6: Dây điện.
7: Trục van.
8: Lò xo.
9: Khe hở để lưu chất đi qua.

Hình 3.5: Cấu tạo van nước điện từ

3.2.4 Xylanh khí nén
•

Khái niệm: Xy lanh khí nén là dạng cơ cấu vận hành dựa trên nguyên tắc
chuyển đổi năng lượng khí được nén lại trong ống xy lanh thành động năng
cung cấp các chuyển động cho cơ cấu cơ học khác nhằm phục vụ mục đích sử

•

dụng của con người.
Phân loại:
- xylanh tác động đơn (chỉ có một đầu bơm và xả khí, có lò xo hồi).

Hình 3.1: Xylanh tác động đơn DLC SC100X75