BTL Hệ thống tự động thủy khí xy lanh máy uốn tôn thủy lực

(BM01)
PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM
I. Thông tin chung
1.Tên lớp:
Khóa
2.Tên nhóm: Nhóm 18
Họ và tên thành viên
II. Nội dung học tập
1. Tên chủ đề :

Máy uốn tôn thuỷ lực dài 3 m lắp ráp với 2 xy lanh

được liên kết bằng dấm máy ép như hình . Hai xy lanh phải thực hiện hành
trình làm việc ở cùng một tốc độ. Áp
suất làm việc phải được hiệu chỉnh
thích hợp với vật liệu của chi tiết
phôi. Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng
lên pittong là 2000 kg , vận tốc
chuyển động ổn định của pittong là
0.05 m/s , thời gian tăng tốc từ 0 tới
0.05m/s là 1 (s) là ; thời gian giảm
tốc ở cuối hành trình bằng thời gian
tăng tốc; thời gian pittong thực hiện
được một hành trình bằng 5s; áp suất của chất lỏng làm việc p=60at. Máy ép
phải có khả năng chỉ vận hành trong chế độ từng bước (INCHING). Máy ép
phải đi đến trạng thái dừng nếu nút ấn dừng khẩn cấp (EMERGENCY
STOP) được nhấn

2. Hoạt động của sinh viên

- Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống?
- Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch
thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài?
- Nội dung 3: Thiết kế mạch điện điều khiển để có thể vận hành cửa với
4 nút đóng, mở, dừng và nút dừng khẩn (sử dụng mạch rơ le giữ trạng thái)
3. Sản phẩm nghiên cứu : Bài thu hoạch và các chương trình mô phỏng
Fluid Sim.
III. Nhiệm vụ học tập
1. Hoàn thành tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án theo đúng thời gian
quy định (từ ngày 25/04/2020 đến ngày 05/05/2020)
2. Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng
viên và những sinh viên khác
IV. Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
1. Tài liệu học tập: Bài giảng hệ thống tự động thủy khí, tài liệu Fluid
Sim.
2. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
(nếu có): Máy tính.
KHOA/TRUNG TÂM

2

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


MỤC LỤC

3


CHƯƠNG 1.

thống

Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ

1.Biểu đồ trạng thái

2. Lưu đồ tiến trình của hệ thống

4


*Chú thích : -Cảm biến A0, A1, B0, B1
- pittong 1,2 đi ra : A+,B+
- pittong 1,2 đi vào : A-,B- Nút S1 : nút bắt đầu cho quá trình đẩy pittong đi ra
- Nút S2 : nút bắt đầu cho quá trình đẩy pittong đi vào

CHƯƠNG 2. Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế
mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài
2.1 Các thành phần thủy lực

- Xylanh tải trọng
- Van Servo
- Ác quy thủy lực
5


- Đồng hồ đo áp suất
- Van tràn
- Bơm dầu ( Bơm bánh răng)
- Van cản

- Van tiết lưu 1 chiều
2.2 Các kích thước cơ bản của xy lanh lực :

a, Do đề tài có 2 xylanh lực như nhau, nên ta tính cho mỗi xylanh là như nhau
:
- Đường kính trong của xy lanh.
- Chiều dài hành trình piston.
- Đường kính cần piston.
b, Để xác định các kích thước cơ bản của xy lanh lực trước tiên phải xác định
tải trọng cực đại tác dụng lên piston. Tài trọng đó bao gồm tải trọng tĩnh và tải
trọng động. Tài trọng tĩnh dược xác định trong đề tài tải trọng động xuất hiện
khi pittong tăng tốc hay giảm tốc và có thể xác định được bằng công thức

+ Trong đó:
m : khối lượng của vật thể chuyển động tịnh tiến.
a : gia tốc của vật thể trước khi đạt được tốc độ ổn định
- Đường kính của xylanh lực được xác định theo công thức
+ Trong đó:
P=
: tải trọng tĩnh ;
6


K : hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất
p : áp suất của chất lỏng làm việc.
p = 60 at = 607,95 N/
- Tải trọng động :
=
- Tải trọng tổng cộng :
P = = 10000 + 50 = 10050 N

Vậy:
= = 5,22 cm
Lấy trong đường kính D theo tiêu chuẩn D = 50 mm. Xác định lại áp
suất của chất lỏng làm việc để cho xy lanh thắng được tải trọng tác dụng :

- Đường kính cần d pittong xác định gần đúng phụ thuộc vào áp suất p theo tỷ
số sau:
p15at

15 at p 50 at

50at p 80 at

- Áp suất của chất lỏng làm việc trong điều kiện bài toán
p = > 50 at.
Vì vậy ta chọn .
=> Đường kính cần pittong có giá trị bằng d = 0,7.D = 35 mm.
c, Xác định hành trình pittong:
7


- Đoạn đường pittong chuyển động có gia tốc:
- Đoạn đườngpittong chuyển động đều:
- Hành trình pittong :

c, Xác định lưu lượng của xylanh làm việc:
- Với xylanh tác động kép :

8

Trong đó:
D : đường kính xylanh ( D= 0,5 dm)
d : đường kính cần pittong (d= 0,35 dm)
L: hành trình xylanh ( L= 12,5 dm)
n : số hành trình khép kín của xylanh/đơn vị thời gian ( n = 12
hành trình/phút)
i: tỷ số nén, I được tính :
P : áp suất nguồn cấp cho xylanh ( P= 60 bar)
d, Tổn thất trong hệ thống thủy lực

•

Tổn thất thể tích Tổn thất thể tích do dầu thủy lực chạy qua các khe hở
trong các phân tử của hệ thống. Áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ và
độ nhớt càng nhỏ thì tổn thất thể tích càng lớn. Tổn thất thể tích đáng
kể nhất là các cơ cấu biến đổi năng lượng.

•

Tổn thất cơ khí Tổn thất cơ khí do ma sát giữa các chi tiết có chuyển
động tương đối với nhau.

•

Tổn thất áp suất Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên
đường chuyển động của dâu từ bơm đến cơ cấu chấp hành, phụ thuộc
vào những yếu tố khác nhau như:
+ Chiều dài ống dẫn
+ Độ nhẵn ống dẫn

+ Tốc độ dòng chảy
+ Độ lớn tiết diện ống dẫn
-

Công thức tính tổn thất áp suất trong hệ thống truyền động thủy lực:

Trong đó:

V : vận tốc trung bình của dầu (m/s)
9


g: gia tốc trọng trường ( 10 m/
Ta có phương trình cân bằng tĩnh của lực tác dụng lên piston :
p1.A1 = p2.A2 + P
Trong đó :
p1. p2 : áp suất ở các buồng xylanh
P = 10050(N) : Tổng tải trọng
A1, A2 diện tích hai phía của piston
A1= 19,63 cm2 ; A2= 10,01 cm2
p1 = p = 665,732 N/cm2 =6,57 Mpa
=> p2 = 3,01 (MPa)

Phương trình lưu lượng
Xét ở hành trình công tác :
Q1 =
Q1 lưu lượng cần cung cấp trong hành trình công tác
Vct : vận tốc chuyển động trong hành trình công tác , (Vct=Vmax = 5 cm /s)
Act=A1: diện tích bề mặt làm việc của piston ( D = 5 cm )
Q1=vmax.A1=6 (l / ph ) .

Do hệ thống hoạt động với 2 xylanh => ∑Q1 = 2 Q1 = 12 (l/ph)
Xét ở hành trình lùi về :
Q1 =
10


Q2 lưu lượng cần cung cấp trong hành trình về
Vv : vận tốc chuyển động trong hành trình về , (Vv=Vmax = 5 cm /s)
Av=A2: diện tích bề mặt làm việc của piston ( D = 5 cm )
Q2=vmax.A2=3 (l / ph ) .
Do hệ thống hoạt động với 2 xylanh => ∑Q2 = 2 Q2 = 6 (l/ph)


Van tiết lưu 1 chiều H =

e, Tính và chọn các thông số của bơm
-Lưu lượng của bơm
Qb=Q1=12 (l/ph) ( bỏ qua tổn thất )
-Áp suất của bơm
Pb= P0=P1=665,732 N/
-Công suất của bơm
Nb = Pb*Qb/612=13,05 [ kW ]
-Công suất động cơ điện dẫn động bơm :
Ta có :
Nđc = Nb/(Hb.Hd)
Nđc: Công suất của động cơ điện
Hb: hiệu suất của bơm , Hb=( 0,6 -> 0,9 ) , chọn Hb=0,87
Hd: hiệu suất truyền động từ động cơ qua bơm , chọn Hd=0.985
=> Nđc=15,23(kW)
f, Tính toán ống dẫn :

Ta có lưu lượng chảy qua ống
Q = π.d’2.v/4
Q: lưu lượng chảy qua ống ( l/ph )
d’ : đường kính trong của ống ( mm )
v : vận tốc chảy qua ống ( m/s )
11


-Đối với ống nén thì v= ( 6-7 m/s ) , chọn v= 6 m/s => dn= 2,546
( mm )
-Đối với ống hút thì v= ( 0,5-1,5 m/s) , chọn v=1,5 m/s =>dh = 10,19
( mm )
-Đối với ống xả thì v = ( 0,5-1,5 m / s ) , chọn v= 1,5 m/s =>dx= 10,19 (
mm )

12


CHƯƠNG 3. Thiết kế mạch điện điều khiển để có thể vận hành
cửa với 4 nút đóng, mở, dừng và nút dừng khẩn (sử dụng mạch
rơ le giữ trạng thái)
3.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng Festo Fluidsim:
•

Phần mềm mô phỏng thuỷ lực khí nén Festo Fluidsim
-

-

-

-

-

•

Fluidsim thường là một gói phần mềm mà bạn có thể sử dụng để mô
phỏng , thế hệ và nghiên cứu của khí nén và thủy lực.
Công cụ này cũng có thể được sử dụng để xây dựng và kiểm tra
mạch ảo . Tất cả các chức năng trong chương trình được kết hợp
một cách độc đáo, vì vậy có thể dễ dàng sử dụng . Phần mềm này là
một trình soạn thảo mạch và mô phỏng chi tiết cực kỳ tốt, có các
tính năng chi tiết về tất cả các thành phần .
Các mặt thuận lợi của Fluissim làm cho nó trở nên hoàn hảo đến
việc hướng dẫn và tạo ra những bài học . Các công cụ rất tốt cho
việc chuẩn bị và là một phần mềm tự học . Tất cả các bạn muốn làm
là để có thể xác định xây dựng đầu vào của chất lỏng và dạng hình
học trên trường thì mô phỏng chất lỏng này thúc đẩy sự chuyển
động trong chất lỏng bằng cách sử dụng phương trình Euler cộng
thêm phương trình Navier-Stokes. Những phương trình minh họa
tính chất vật lý trong các chất lỏng.
Festo Fluidsim khí nén và thủy lực cung cấp một số các khả năng
liên quan đến kết nối giữa một số phần mềm khác thông qua DDE
và OPD.
Công cụ này chắc chắn có thể chứa mặt cắt, bản vẽ của xi-lanh, van
và quản lý dòng chảy thiết bị. Kéo và thả các tính năng cũng có thể
được hỗ trợ mà sẽ cho phép bạn vẽ mạch dễ dàng.
Tóm lại Festo Fluidsim khí nén và thủy lực thường là một công cụ
rất hiệu quả mà sẽ cho phép bạn mô phỏng khí nén và thủy lực.

Đặc điểm của Festo Fluidsim khí nén và thủy lực

Dưới đây là một số tính năng đáng chú ý mà bạn sẽ gặp sau khi Festo
Fluidsim khí nén và thủy lực tải về miễn phí.
13


- Có thể tạo ra mô phỏng cho khí nén và thủy lực.
- Tất cả các chức năng có thể dễ dàng tiếp cận.
- Một biên tập mạch tương tác bao gồm.
+ Kéo thả và the tính năng hỗ trợ.
- Có thể được sử dụng để tự nghiên cứu và hướng dẫn.
- Cung cấp một loạt các khả năng thông tin liên lạc giữa các sản phẩm phần
mềm khác.
- Chứa hình mặt cắt và bản vẽ của xi lanh, van.

3.2 Mô phỏng về mạch điện hoạt động theo đè tài

14


Nút ON/OFF : nút cấp nguồn hoạt động cho toàn mạch
Nút EMERGENCY_STOP : nút dừng khẩn cấp
Nút S1 : nút bắt đầu cho quá trình đẩy pittong đi ra
Nút S2 : nút bắt đầu cho quá trình đẩy pittong đi vào

15

3.3 Sơ đồ pittong hoạt động

Khi pittong bắt đầu đẩy ra

16


Khi pittong bắt đầu đi vào

17


Biểu đồ trạng thái khi hệ thống thủy lực hoạt động trên mô phỏng:

18


3.4 Kết luận
-

19

Khi mô phỏng hoạt động có nhiều sai số do tính toán nên có nhiều
sai số
Do tổn thất trong quá tình hoạt động nên quá trình hoạt động chưa
được chuẩn theo đề tài