Thiết kế hệ thống tự động đẩy phôi cho máy phay mộng ngón FJ 100 tại trung tâm CNR trường đại học lâm nghiệp

Lời nói đầu
Đối với ngành cơng nghiệp chế biến gỗ vấn đề cơ giới hóa, tự động hóa các
q trình cơng nghệ gia cơng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng bởi tính đặc thù
của nguyên liệu (gỗ và vật liệu từ gỗ) cũng như sự đa dạng, phong phú của các
loại hình sản phẩm. Chỉ trên cơ sở các thiết bị cơng nghệ có trình độ kỹ thuật
cao mới đáp ứng được u cầu của các q trình cơng nghệ.
Nhằm góp phần giải quyết một vấn đề cụ thể từ thực tiễn sản xuất sau khi
được trang bị những kiến thức cơ bản về lí thuyết trong chương trình đào tạo,
em thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ thống tự động đẩy
phôi cho máy phay mộng ngón FJ-100 tại Trung tâm CNR Trường Đại học
Lâm Nghiệp”. Báo cáo khóa luận bao gồm các nội dung chính:
Chương 1: Những vấn đề chung
Chương 2: Cơ sở thiết kế
Chương 3: Nội dung thiết kế
Cùng với sự cố gắng của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo
TS. Hồng Việt em đã hồn thành khố luận tốt nghiệp của mình. Tuy nhiên
do kiến thức và khả năng của bản thân còn nhiều hạn chế nên trong đề tài
khơng tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong sẽ nhận được các ý kiến
đánh giá, góp ý của các thầy cơ giáo và các bạn đồng nghiệp để khố luận tốt
nghiệp của em được hồn thiện hơn.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo Khoa Chế biến Lâm
sản, các cán bộ, nhân viên tại Trung tâm CNR, các cán bộ nhân viên Trung tâm
thông tin khoa học thư viện đã tạo điều kiện cho em thực hiện Khoá luận tốt
nghiệp này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Hồng Việt
người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn cho em thực hiện đề tài này.
Em chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Hoàng Văn Toàn

1

Mục lục
Lời nói đầu...........................................................................................................1
Mục lục................................................................................................................2
Chương 1. Những vấn đề chung.......................................................................4
1.1. Đặt vấn đề......................................................................................4
1.2. Mục tiêu của đề tài........................................................................5
1.2.1. Mục tiêu chung................................................................................5
1.2.2. Mục tiêu cụ thể................................................................................5
1.3. Nội dung cơ bản............................................................................5
1.4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................6
1.5. Phạm vi nghiên cứu......................................................................6
Chương 2. Cơ sở thiết kế...................................................................................7
2.1. Cơ sở lí luận...................................................................................7
2.1.1. Hệ thống điều khiển tự động...........................................................7
2.1.2. Hệ thống điều chỉnh tự động.........................................................12
2.1.3. Chức năng của của thống điều khiển tự động...............................16
2.1.4. Các thiết bị thường dùng trong hệ thống tự động.........................16
2.1.5. Nhiệm vụ phân tích và thiết kế hệ thống tự động.........................17
2.1.6. Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển và điều chỉnh tự động 17
2.2. Kết quả khảo sát thực tiễn.........................................................18
2.2.1. Tổng quan về máy phay mộng ngón.............................................18
2.2.2. Cơ cấu đẩy bàn tiếp phơi của máy phay mộng ngón FJ-100........24
2.2.3. Ngun liệu của máy phay mộng ngón........................................24
2.3. Cơ cấu đẩy và di chuyển phôi của máy chế biên gỗ................25
Chương 3. Nội dung thiết kế...........................................................................28
3.1. Các phương án và lựa chọn phương án hợp lí.........................28
3.1.1. Hệ thống tự động đẩy bàn tiếp phơi.............................................28
3.1.2. Hệ thống điều chỉnh tốc độ đẩy bàn tiếp phơi..............................35
3.2. Tính toán, thiết kế mạch điều khiển tự động............................40

2


3.2.1. Tính tốn áp suất và lưu lượng.....................................................40
3.2.2. Tính tốn hệ số khuyếch đại.........................................................44
3.2.3. Tính tốn sai số điều khiển của hệ thống.....................................45
3.3. Lựa chọn các phần tử, thiết bị của hệ thống............................47
3.3.1. Phần tử cảm biến..........................................................................47
3.3.2. Phần tử van servo.........................................................................48
3.3.3. Bộ khuyếch đại.............................................................................50
3.3.4. Bộ điều khiển................................................................................51
3.4. Sơ đồ các phần tử thiết bị của hệ thống tự động điều khiển tốc
độ.......................................................................................................................52
3.4.1. Sơ đồ nguyên lí của hệ thống.......................................................52
3.4.2. Sơ đồ chức năng của các phần tử.................................................53
3.4.3. Sơ đồ nối ghép các phần tử...........................................................54
3.4.4.Sơ đồ mạch điều khiển của hệ thống.............................................54
Kết luận và kiến nghị.......................................................................................56
Tài liệu tham khảo............................................................................................58

3


Chương 1
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
1.1. Đặt vấn đề
Tự động hoá là ngành khoa học kỹ thuật nghiên cứu những nguyên tắc thành
lập các hệ thống tự động và các phần tử cần thiết đối với hệ thống; nghiên cứu
những phương pháp phân tích và tổng hợp các hệ thống đó.
Triển vọng của tự động hoá rất lớn. Lý thuyết tự động hoá đang được phát

triển và ứng dụng ở đỉnh cao trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Tự
động hoá thâm nhập ngày càng sâu và đan chéo với các ngành khoa học kỹ
thuật khác và ngược lại nó cũng lĩnh hội, kế thừa các thành tựu mới của các
ngành khoa học lân cận và giáp ranh nhờ ngun tắc thích nghi.
Trong các ngành kỹ thuật đó, ngành Chế biến Lâm sản cũng đã có những
bước phát triển để nâng cao trình độ tự động hố, từng bước giải phóng con
người khỏi những lao động nặng nhọc và độc hại.
Những trang thiết bị có trình độ cao trong lĩnh vực này đã được chuyển giao
công nghệ vào Việt Nam, một số máy móc thiết bị được sản xuất trong nước
cũng bước đầu đáp ứng được mức độ tự động hoá sản xuất. Các trang thiết bị
này đang được khai thác tối ưu, được nghiên cứu thích nghi, hồn thiện và mở
rộng để đảm bảo quá trình sản xuất ổn định có hiệu quả kinh tế cao, có sức
cạnh tranh ở thị trường trong nước, khu vực và quốc tế.
Trong q trình cắt gọt gỗ q trình đẩy phơi là một trong những yếu tố ảnh
hưởng rất lớn đến năng suất, chất lượng của sản phẩm và trực tiếp ảnh hưởng
đến hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất. Trong đó vận tốc đẩy phơi chính là
yếu tố quyết định đến q trình đẩy phơi. Đối với mỗi q trình cơng nghệ, mỗi
loại gỗ, mỗi loại sản phẩm,... khác nhau thì yêu cầu một vận tốc đẩy khác nhau.
Vì vậy trong quá trình sản xuất việc điều chỉnh và ổn định vận tốc đẩy phôi là
một yêu cầu quan trọng để tạo ra tốc độ đẩy phù hợp với từng yêu cầu cụ thể
của quá trình sản xuất nhằm tạo ra các sản phẩm có chất lượng và tạo ra năng
suất cao trong sản xuất.

4


Tại TTCNR Trường Đại học Lâm nghiệp cũng như nhiều doanh nghiệp và
công ty chế biến lâm sản ở nước ta, thời gian gần đây đã trang bị các thiết bị,
máy móc, các dây chuyền tự động tương đối hiện đại có trình độ cơ giới hóa và
tự động hóa ở mức độ cao. Đặc biệt trong dây chuyền sản xuất ván ghép thanh,

các máy phay mộng ngón hiện nay rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên cơ cấu
đẩy phơi của các máy cịn những tồn tại, hạn chế: vận tốc đẩy phơi theo cấp,
q trình theo dõi và điều chỉnh tốc độ nặng về thủ công, việc ổn định tốc độ
đẩy phơi cịn khó khăn…
Để có thể khắc phục những tồn tại, hạn chế đã nêu trên ở máy phay mộng
ngón FJ-100 tại Trung tâm CNR -Trường Đại học Lâm Nghiệp em thực hiện đề
tài “Thiết kế hệ thống đẩy phơi tự động cho máy phay mộng ngón FJ-100 tại
Trung tâm CNR trường Đại học Lâm nghiệp”. Kết quả nghiên cứu của đề tài
có thể là giải pháp kỹ thuật hiệu quả để nâng cao mức độ tự động hóa và tính
năng cơng nghệ của thiết bị gia cơng, góp phần tăng năng suất và chất lượng
sản phẩm trong quá trình sản xuất.
1.2. Mục tiêu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu chung
Mục tiêu của đề tài là thiết kế được hệ thống tự động đẩy phôi cho máy
phay mộng ngón, đảm bảo điều chỉnh tốc độ vơ cấp nhằm nâng cao tính năng
cơng nghệ cho máy và góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Lựa chọn được các phần tử, thiết bị phù hợp cho hệ thống tự động đẩy bàn
tiếp phôi và hệ thống điều chỉnh tốc độ;
- Xây dựng được chương trình điều khiển các hệ thống phù hợp với thực tế
sản xuất;
- Bố trí được các thiết bị của hệ thống trên máy đang hoạt động tại phân
xưởng.

5


1.3. Nội dung nghiên cứu
1. Khảo sát máy phay mộng ngón FJ-100 và hệ thống đẩy bàn tiếp phơi của
máy tại cơ sở sản xuất;

2. Xây dựng các phương án tự động đẩy bàn tiếp phơi cho máy phay mộng
ngón và lựa chọn phương án hợp lí;
3. Lựa chọn các phần tử, thiết bị và phương pháp kết nối các phần tử thiết bị
trong hệ thống.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu là:
 Các phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết trong giải quyết và tạo
lập cơ sở khoa học cho thiết kế hệ thống tự động điều khiển, điều chỉnh
các cơ cấu máy.
 Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế trong xác lập số liệu về thiết bị
FJ-100 phục vụ cho viêc hệ thống hóa số liệu ban đầu cho thiết kế.
 Các phương pháp thiết kế các hệ thống tự động.
1.5. Phạm vi nghiên cứu.
Trên cơ sở thiết bị sẵn có là máy phay mộng ngón FJ-100 trong dây
chuyền sản xuất ván ghép thanh tại TTCNR, em tiến hành nghiên cứu hoàn
thiện hệ thống đẩy phơi cho máy. Trong đó tập trung thiết kế hệ thống điều
chỉnh tốc độ bàn tiếp phôi ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật (chưa chế tạo và thử
nghiệm).
Các phần tử, bộ phận của hệ thống là các thiết bị thơng dụng và sẵn có ở
Việt Nam.

6


Chương 2
CƠ SỞ THIẾT KẾ
2.1. Cơ sở lí luận về hệ thống điều khiển, điều chỉnh tự động
2.1.1. Hệ thống điều khiển tự động
a) Khái niệm
Trong những năm gần đây, điều khiển tự động đóng vai trị quan trọng

trong việc phát triển và tiến bộ của khoa học và kỹ thuật và đã đạt được
trình độ kỹ thuật cao. Theo quan điểm điều khiển học, thực tế mỗi khía cạnh
của các hoạt động hàng ngày đều bị chi phối bởi một vài hình thức điều
khiển và xung quanh chúng ta có rất nhiều hệ thống điều khiển. Trong các
hệ thống đó đối tượng điều khiển có thể là các hệ thống vật lí, các trang bị
kỹ thuật, hệ thống quản lí kinh tế, cơ chế sinh vật,... phạm vi nghiên cứu đối
tượng là các trang thiết bị kỹ thuật, các hệ thống vật lí được điều khiển gọi
là điều khiển học kỹ thuật {1}.
Mỗi hệ thống đều có tác động vào và đáp ứng ra hay gọi là tín hiệu vào
và tín hiệu ra. Trong một hệ thống có thể có một hoặc nhiều tín hiệu vào và
nhiều tín hiệu ra.

Hệ thống điều khiển tự động là tập hợp các thành phần vật lí có mối liên
quan và tác động qua lại lẫn nhau, để chỉ huy, hiệu chỉnh bản thân hoặc
điều khiển các hệ thống khác.
Trong lĩnh vực kỹ thuật thì hệ thống tự động là tập hợp bao gồm các
phương tiện kỹ thuật, các phương pháp điều khiển các đối tượng khơng có
7


sự tham gia của con người, bảo đảm hoạt động an tồn, khơng sai sót theo
một chương trình định sẵn{5}.
b) Các phần tử cơ bản của hệ thống
Trong trường hợp tổng quát, các phần tử, bộ phận của hệ thống điều khiển
tự động có thể quy về ba phần tử cơ bản là:
 Thiết bị điều khiển;
 Đối tượng điều khiển;
 Thiết bị đo lường.
Ta có sơ đồ các phần tử cơ bản của hệ thống được giới thiệu như hình 2.2.

Hình 2.2. Sơ đồ khối các bộ phận của hệ ĐKTĐ
Trong đó:
u- Tín hiệu vào.
y- Tín hiệu ra.
e- Tín hiệu so sánh.
x- Tín hiệu tác động vào đối tượng điều khiển.
f- Tín hiệu phản hồi.
Sơ đồ cấu trúc của hệ thống tự động:

8


Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc các bộ phận của hệ tự động
a- hệ hở; b-hệ kín
c) Các nguyên tắc điều khiển cơ bản
Nguyên tắc điều khiển nói lên bằng cơ sở và nguyên tắc nào để hình
thành tác động điều khiển trong hệ thống.
Hiện nay đang có 3 nguyên tắc điều khiển cơ bản {5}:
 Điều khiển theo độ lệch: Thực hiện so sánh, san bằng giá trị đáp ứng ra
và giá trị tín hiệu vào, nguyên tắc này ứng dụng mạch điều khiển có phản
hồi.

Hình 2.4. Sơ đồ điều khiển theo nguyên tắc sai lệch
Ta có thể sử dụng nguyên tắc này để xây dựng các hệ thống tự động hoặc bán
tự động có liên hệ ngược hoặc hệ thống có mạch khép kín. Tác động điều khiển
được thành lập theo trị số của hàm chênh lệch tức là hàm của tín hiệu số
9


X (t ) giữa trị số yêu cầu XV(t) và trị số thực tế Xr (t) của lượng được điều

khiển.
u  f (x)

x(t )  xv (t ) 

x (t )
r

Trong hệ thống tự động có liên hệ ngược, ta có thể thực hiện những quy
luật biến đổi khác nhau với lượng được điều khiển: ổn định, biến đổi theo
chương trình; tuỳ động (theo dõi); đặc biệt trong những hệ thống kín làm nhiệm
vụ tính tốn, chép hình, nhân, chia, vi phân, tích phân, đạo hàm...
Nguyên tắc điều khiển theo độ lệch cho phép điều khiển được những đối
tượng không ổn định, giảm được ảnh hưởng của tác động nhiễu.
 Điều khiển theo phương pháp bù nhiễu: Sử dụng các thiết bị bù
trừ nhiễu để giảm ảnh hưởng của nhiễu đến đáp ứng của hệ,
nguyên tắc điều khiển này có thể ứng dụng mạch hở và các tác
động điều khiển được xác định theo hàm của tác động nhiễu và tác
động chủ đạo:
u = F (xv, ftđ)
Trong đó: ftđ - hàm tác động; xv -đại lượng đầu vào.

Hình 2.5. Sơ đồ điều khiển theo nguyên tắc bù nhiễu
Nguyên tắc này làm giảm sai số của hệ thống tự động trên cơ sở bù trừ có
tác động nhanh do phản ứng trực tiếp với nguyên nhân gây nhiễu. Tuy nhiên,
phải lưu ý là nhiễu cần phản ứng phải được chọn lọc qua đánh giá tác động
chung hệ thống để xác định chương trình điều khiển.

10

 Điều khiển phối hợp: Là kết hợp giữa điều khiển theo độ lệch và
điều khiển bù nhiễu. Hệ thống điều khiển các tác động theo hàm
của tác động chủ đạo hay của tác động nhiễu hay đồng thời cả hai:
U = F1 ( x , ftđ)
U = F2 ( x , Xv)
Uth = Kth( v   t ) = Kth. 
Trong đó: Uth - Điện áp tín hiệu
Kth - Hệ số truyền tín hiệu

 ,
v

r

- Các biến ở dạng góc quay.

Hình 2.6. Sơ đồ điều khiển theo ngun tắc phối hợp
Hệ thống điều khiển theo phương pháp này được áp dụng rộng rãi hiện nay.
Ngoài các nguyên tắc trên cịn có các ngun tắc khác là:
- Điều khiển theo chương trình số: Tín hiệu ra biến đổi theo một chương
trình định trước.
- Điều khiển thích nghi: Tín hiệu đầu vào biến đổi phù hợp với yêu cầu
của tín hiệu ra.

11


2.1.2. Hệ thống điều chỉnh tự động

a) Khái niệm
Hệ thống điều chỉnh tự động là một tổ hợp động học khép kín bao gồm
đối tượng điều khiển và bộ điều khiển (thiết bị điều khiển). Điều chỉnh tự động
đó là q trình duy trì một hay một số thơng số kỹ thuật của mức giá trị hoặc
biến đổi theo một giá trị định trước. Để thực hiện một quá trình điều chỉnh tự
động ta ứng dụng thiết bị điều chỉnh tự động mà trong q trình làm việc sẽ
ln đo các giá trị tương ứng của đại lượng cần điều chỉnh và khi xuất hiện sự
sai lệch của giá trị này so với giá trị yêu cầu thì bằng cách điều chỉnh theo một
quy luật tương ứng với nguồn vật chất hay năng lượng đầu vào để hiệu chỉnh
lại biến động đó. {5}
Hệ thống điều chỉnh tự động đặc trưng bởi các tác động bên ngồi và bên
trong:

Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống điều chỉnh tự động
1. Tác động điều khiển g(t) là đại lượng cho trước của thông số điều khiển.
Đại lượng này được đặt hoặc chọn sẵn và đưa vào thiết bị điều khiển.
2. Giá trị thực tế của thông số điều khiển y(t) ở đầu ra của đối tượng điều
khiển.
3. Sai số điều khiển của thông số đầu ra của đối tượng điều khiển X(t).
Trong hệ thống điều chỉnh tự động thực hiện liên hệ ngược ở dạng hồi
tiếp âm, vì vậy X(t) = g(t) - y(t).
4. Tác động điều khiển Xp(t) của thiết bị điều khiển theo xu hướng loại bỏ
các sai số điều khiển.
Hàm số Xp = Xp(x) gọi là quy luật (định luật điều khiển).

12


5. Các tác động nhiễu loạn lên đối tượng điều khiển f1(t)...fm(t) làm xuất
hiện các sai số điều khiển X(t).

b) Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của hệ thống điều chỉnh
Trong chế biến gỗ và lâm sản hệ thống tự động điều chỉnh được sử dụng
trong nhiều khâu: trong công nghệ trang sức, chuẩn bị keo, sấy, điều chỉnh tốc
độ đẩy, cắt,...Với trình độ khoa học và cơng nghệ ngày càng cao địi hỏi ngày
càng nhiều hơn sự có mặt của hệ thống tự động điều chỉnh.
Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều chỉnh:

Hình 2.9. Sơ đồ cấu trúc các bộ phận của hệ tự động
a- hệ hở; b-hệ kín
Trong các hệ thống điều khiển tự ổn định thì tác động điều khiển g(t)=
const. Có nghĩa là ở thiết bị điều khiển, mức điều khiển đặt sẵn ở một giá trị
cho trước được chọn.
Trong các hệ thống điều khiển theo chương trình tác động điều khiển g(t)
biến đổi theo một chương trình là hàm thời gian. Khi đó mức điều khiển ở thiết
bị điều khiển có thể được điều chỉnh bằng tay hoặc tự động.
Trong các hệ thống tự động điều chỉnh, sự thay đổi của tác động điều khiển
g(t) được khống chế bằng quy luật quay của trục dẫn động. Tương tự đối với hệ
thống tự động điều chỉnh, hệ thống tự động điều khiển theo chương trình hướng
13


sự thay đổi của thông số điều khiển y(t) tương ứng với sự biến đổi của các tác
động điều khiển.
Hệ thống điều khiển khép kín là tổ hợp các thiết bị bảo đảm cho việc biến
đổi một loạt các thông số của đối tượng điều khiển với mục đích đáp ứng chế
độ làm việc cần thiết của đối tượng điều khiển. Chế độ làm việc cần thiết của
đối tượng điều khiển được hiểu là chế độ làm việc đáp ứng đầy đủ yêu cầu của
quá trình điều khiển. Bảo đảm sự đạt được các giá trị mong muốn của các đại
lượng cần điều khiển và đạt được các chỉ tiêu tối ưu về chất lượng điều khiển.
Hệ thống điều khiển khép kín có thể là hệ mở, hệ đóng, hay hệ hỗn hợp.

So với hệ thống điều chỉnh tự động hệ thống điều khiển khép kín phức tạp
hơn trong quá trình điều khiển.

Hình 2.8. Sơ đồ điều khiển khép kín
Trong thành phần của thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển khép kín có hệ
thống (thiết bị) đo lường thực hiện các phép đo các giá trị thực của thông số
điều khiển y(t) và biến đổi thông số này sang dạng điện áp, dịng điện hoặc áp
suất khí, áp suất thuỷ lực y1(t). Khi đó y1(t) = K.y(t) và K= const.
Trong hệ thống (thiết bị) so sánh, đại lượng y1(t) được so sánh với giá trị
thông số điều khiển cho trước g(t) (ở đây g(t) và y1(t) phải đồng tính về mặt vật
lí) và trừ đi sai số điều khiển x(t) được đưa ra từ thiết bị điều khiển tương ứng
với quy luật điều khiển tạo ra tác động xp1(t) lên cơ cấu chấp hành có bộ phận
điều khiển. Phần tử cuối cùng của thiết bị điều khiển thực hiện các tác động
điều khiển xp(t) lên đối tượng điều khiển, bằng cách thay đổi lượng vật chất hay
năng lượng đưa vào hệ thống và đồng thời đưa sai số điều khiển x(t) = 0.
14


Sơ đồ nguyên lí hoạt động của hệ thống điều chỉnh.

Nguồn năng lượng
Khuyếch đại

U1

Động cơ điều khiển

S1

Cơ cấu điều chỉnh

R1

U= U x – U0
Ux

Cơ cấu so sánh

Phần tử cảm biến

Vx

Đối
tượng
điều
khiển

U0

Cơ cấu chuẩn

Hình 2.10. Sơ đồ ngun lí hoạt động của hệ thống điều
chỉnh tự động

Về nguyên tắc điều chỉnh hoạt động theo sơ đồ trên. Trong chế biến gỗ giả
sử máy phay mộng ngón yêu cầu tốc độ đẩy bàn tiếp phôi là V0. Song trong
thực tế không như vậy tại một thời điểm nào đó tốc độ đẩy là Vx. Thông số tiếp
nhận là Ux tỷ lệ thuận với Vx. Vậy đầu vào tiêu chuẩn U0 có phương trình:
U0 = k.V0
Với k- hệ số tỷ lệ

Như vậy U0 ứng với V0, còn Ux ứng với Vx, vậy chúng ta có thể lập mối tương
quan:
U = Ux - U0
ứng với
V = Vx -V0
Nếu tín hiệu U được truyền đến bộ khuyếch đại và cơ cấu chấp hành chúng
ta có đại lượng tương quan đầu ra và sai số đầu vào. Tất nhiên khi cơ cấu chấp
hành ghi dương thì V là dương và chắc chắn U dương. Nếu sau khi khuyếch đại
chúng ta có U1 tác động lên động cơ S1 và đến điều chỉnh van tiết lưu làm xuất
hiện thơng số R1 để làm giảm lưu lượng của khí nén vào xi lanh. Kết quả là vận
tốc của bàn tiếp phôi sẽ giảm.

15


2.1.3. Chức năng của hệ thống điều khiển tự động
Trong các ngành cơng nghiệp nói chung, hệ thống điều khiển và điều chỉnh tự
động thường thực hiện 3 chức năng cơ bản là:
- Điều khiển vị trí: Trường hợp chuyển động thẳng là điều khiển hành trình
chiều dài dịch chuyển của cơ cấu chấp hành, trường hợp chuyển động quay là
điều khiển góc quay của cơ cấu chấp hành hoặc góc quay của trục động cơ.
- Điều khiển tốc độ: Đối với chuyển động hành trình là điều khiển tốc độ
chuyển động thẳng, đối với chuyển động quay là vận tốc góc của trục cơng tác.
- Điều khiển theo tải trọng: Đối với các thiết bị chuyển động tịnh tiến là điều
khiển lực, đối với chuyển động quay là mô men xoắn để thích ứng với tải trọng
tác dụng lên cơ cấu chấp hành. Ngoài ra, với các thiết bị thuỷ lực, khí nén thì
có thể điều khiển theo áp suất.
2.1.4. Các thiết bị thường dùng trong các hệ thống điều khiển tự động
Các thiết bị thường dùng trong các hệ thống điều khiển và điều chỉnh tự
động là các phần tử cảm nhận (bao gồm các phần tử biến cảm, phần tử nhạy

cảm), các bộ khuyếch đại, các phần tử nhớ, các cấu trúc lôgic và biến đổi, các
loại Relays, các thiết bị điều khiển từ các loại công tắc đơn giản đến các máy
tính điện tử, các phần tử, thiết bị chấp hành tác động trực tiếp đến đối tượng
điều khiển.
- Cảm biến, thiết bị đo lường:
Tuỳ theo trường hợp điều khiển mà ta sử dụng các loại cảm biến và đo lường
khác nhau, có thể gọi chung các thiết bị đó là cảm biến vị trí, cảm biến tốc độ,
cảm biến tải trọng. Nguyên tắc chung của các loại cảm biến là đo các đại lượng
vật lí và chuyển đổi các đại lượng đó thành các dạng tín hiệu khác để tiện lợi
cho việc điều khiển, thơng thường là tín hiệu điện, nghĩa là chuyển các đại
lượng không điện như nhiệt độ, áp suất, chuyển vị dài, chuyển vị góc, tốc
độ,...thành tín hiệu điện áp. Một trong những vấn đề cần chú ý là các cảm biến
phải được chế tạo sao cho quan hệ giữa các đại lượng cần đo và đại lượng
chuyển đổi là tuyến tính hoặc đã được tuyến tính hố.

16


Các loại cảm biến: Để đo chuyển vị dài có thể sử dụng cảm biến điện trở như
Potentiometer, cảm biến quang học hoặc bộ quang điện. Để đo chuyển vị góc
có thể dùng bộ quang điện, bộ đo dạng con quay, xenxin. Để đo tốc độ người ta
dùng các cảm biến tốc độ (tốc kế) như: DC Tachometer, AC Tachometer,
Optical Tachometer. Cảm biến đo nhiệt độ là Termocouple. Để điều khiển tải
trọng có thể dùng các loại cảm biến như lực kế, mô men kế, áp kế.
Các loại cảm biến trên có thể là cảm biến tương tự hoặc cảm biến số, có thể đo
trực tiếp hoặc đo từ xa.
Các loại thiết bị điều khiển và đối tượng điều khiển.
Thiết bị điều khiển bao gồm: Bộ khuyếch đại và làm đều PID, carte chuyển đổi
số A/D, D/A và máy tính điều khiển.
Bộ phận chấp hành: Là bộ phận trực tiếp nhận tín hiệu tác động từ bộ khuyếch

đại (thơng thường là dòng điện) để tạo nên các tác động cần thiết khác. Bộ phận
chấp hành bao gồm: Động cơ một chiều và xoay chiều, động cơ bước, các loại
Servo-moter, động cơ thuỷ khí, các loại van điều khiển như Servo-valve và
valve tỷ lệ thuỷ lực và khí nén.
Đối tượng điều khiển: Rất đa dạng và bao gồm nhiều lĩnh vực. Đó có thể là
một thiết bị, một máy, một dây chuyền cơng nghệ hay tồn bộ một nhà máy
hoạt động tự động.
Ngày nay nhờ sự phát triển của khoa học và sự liên thông giữa các ngành khoa
học như cơ khí- điện- điện tử- cơng nghệ thơng tin mà kỹ thuật điều khiển đã
đạt được trình độ tự động hố cao.
2.1.5. Nhiệm vụ phân tích và thiết kế hệ thống tự động
Nội dung cơ bản của lí thuyết điều khiển tự động là bài tốn phân tích và
tổng hợp hệ thống (hoặc thiết kế hệ thống).
Hệ thống thiết bị đang vận hành có sự cố cần điều chỉnh lại các tham số
thì cần giải quyết bài tốn phân tích hệ thống, đánh giá lại bộ chỉ tiêu chất
lượng của từng phần tử và của cả hệ thống, có nghĩa là khảo sát sự ổn định của

17


hệ theo các chỉ tiêu đã được đặt ra mà cơng cụ để giải quyết bài tốn này là
máy vi tính.
Thiết kế kệ thống thiết bị hoặc các dây chuyền sản xuất linh hoạt là xác
định bộ tham số và cấu trúc dựa vào các yêu cầu như độ chính xác, thời gian
đáp ứng, năng lượng tiêu hao cực tiểu, cũng như những đặc tính động học và
động lực học khác,...
2.1.6. Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển, điều chỉnh
Chất lượng của quá trình điều khiển được xác định bởi các đại lượng tán
xạ của các thông số đầu ra và tính dao động của nó trong q độ, các sai số ổn
định (sai số tĩnh) của quá trình điều khiển, thời gian xảy ra quá trình quá độ và

độ ổn định của hệ thống tự động điều chỉnh.
Chất lượng của các sản phẩm cơng nghiệp, các chi phí nguyên liệu, năng
lượng phụ thuộc vào chất lượng của hệ thống tự động. Vì vậy việc nâng cao và
ổn định chất lượng của hệ thống tự động là yêu cầu thiết yếu đối với mỗi máy
và thiết bị nói riêng, cũng như toàn bộ các dây chuyền tự động trong sản xuất.
Trong đề tài, chất lượng của hệ thống tự động đẩy phôi được đánh giá
qua mức độ đáp ứng các q trình cơng nghệ của hệ thống, thời gian đáp ứng
của hệ thống, khả năng ổn định vận tốc trong q trình đẩy phơi và sai số vận
tốc trong quá trình điều khiển.
2.2. Kết quả khảo sát thực tiễn
2.2.1. Tổng quan về máy phay mộng ngón FJ-100
Để thực hiện đề tài này, em đã khảo sát máy phay mộng ngón FJ-100 tại
TTCNR -Trường ĐHLN. Qua q trình tìm hiểu em được biết đây là máy phay
mộng ngón trong dây chuyền sản xuất ván ghép thanh, được sử dụng để tạo ra
các ngón ghép để nối các thanh gỗ theo chiều dài của thanh. Máy do Cơng ty
cơ khí Lâm nghiệp Sài Gòn Safomec sản xuất năm 2006.

18


Hình 2.11. Máy phay mộng ngón FJ-100
Cấu tạo của máy gồm có một cưa đĩa làm nhiệm vụ cắt tề đầu gỗ trước khi
tiến hành phay ngón, một trục phay làm nhiệm vụ tạo ra các ngón ghép. Ngồi
ra cịn có bàn đẩy phơi có chức năng kẹp giữ các phơi trên đó và đẩy các phơi
qua cưa đĩa và trục phay. Các phôi được kẹp giữ trên bàn tiếp phơi bởi các
xilanh khí nén. Bàn tiếp phơi di chuyển trên ray trượt bi, với sự dẫn động của
xilanh khí nén có sự hỗ trợ của thủy lực để ổn định vận tốc di chuyển của bàn
tiếp phôi. Để thay đổi tốc độ của bàn tiếp phơi, trên máy có các van tiết lưu
điều chỉnh bằng tay.
Nguyên lí tạo mộng của máy phay mộng ngón FJ-100 là dựa trên nguyên tắc

phay tạo mộng.

Hình 2.12. Ngun lí tạo mộng của máy phay mộng ngón
Nguyên lý hoạt động của máy phay mộng ngón:
Sau khi ta xếp phơi lên bàn tiếp phơi các xi lanh khí nén sẽ kẹp giữ phơi 3
sẽ cố định trên bàn tiếp phôi 2. Lúc này bàn tiếp phơi 2 sẽ được đẩy bởi xi lanh
khí nén 5 qua cưa đĩa cắt tề đầu 6 và trục phay ngón 8. Cưa đĩa 6 được dẫn
động trực tiếp từ trục động cơ 7. Trục phay 8 nhận chuyển động từ động cơ 9
qua bộ truyền đai.
19


Tại 2 đầu rãnh trượt của bàn tiếp phơi có 2 cơng tắc hành trình 11 và 12. Sau
khi phay tạo ngón hồn thành bàn tiếp phơi 2 sẽ di chuyển tác động vào cơng
tắc hành trình 12. Khi đó 2 xi lanh kẹp phôi 3 sẽ mở đồng thời xi lanh 10 sẽ
thực hiện hành trình đẩy phơi ra ngồi. Sau khi phơi được đẩy ra ngồi xi lanh
5 sẽ đẩy bàn tiếp phơi về vị trí ban đầu. Khi về vị trí ban đầu bàn tiếp phơi sẽ
chạm vào cơng tắc hành trình 11 và xi lanh 5 sẽ dừng lại. Chu kì tiếp theo sẽ
được lặp lại.

Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lí làm việc của máy phay mộng ngón FJ-100
Trong đó :
1- Phơi
2- Bàn tiếp phơi

20


3- Xilanh nén phôi từ trên xuống
4- Xi lanh nén phôi ngang

5- Xi lanh đẩy bàn tiếp phôi
6- Cưa đĩa
7- Động cơ cắt
8- Trục phay
9- Động cơ phay
10- Xi lanh đẩy phơi sau khi phay
11, 12- Cơng tắc hành trình điện cơ.
Ta có biểu đồ trạng thái của các xi lanh khí nén như hình 2.13

Hình 2.14. Biểu đồ trạng thái

21


Bảng các thông số cơ bản của máy phay mộng ngón FJ- 100 tại TTCNR –
Trường Đại học Lâm nghiệp:
THƠNG SỐ

FJ-100

Chiều rộng làm việc tối đa

400mm

Chiều cao làm việc tối đa

120mm

Động cơ trục cắt

3HP

Tốc độ trục cắt

2870RPM

Động cơ trục phay

10HP

Tốc độ trục phay

2930RPM

Đường kính lưỡi cưa & trục

260mm/25.4mm

Đường kính trục phay

50mm

Trọng lượng

1550kg

Kích thước máy

2000x1600x1400mm

+ Động cơ cưa cắt ngang :
Kiểu 3K100L2

3 pha

4 HP

3 KW

n=2870 r/min

P=30Kg

Cấp B

50Hz
=84.5%
TCVN :1987-94

+ Động cơ phay :

22

IP 44

220/380V 10.7/6.2A


Kiểu 3K132M2 3 pha

50Hz

10 HP

7.5 KW

=87.5%

n=2930 r/min

P=64Kg Cos = 0.84

Cấp B

IP 44

220/380V

25.6/14.8A

TCVN :1987-94

Các động cơ do Nhà máy chế tạo máy điện Việt Nam- Hungary Vihem
sản xuất .
Trên máy có 4 xi lanh khí nén làm nhiệm vụ kẹp giữ phôi, đẩy phôi và
đẩy nàm tiếp phôi.
Xi lanh

Kiểu xi lanh

Nén phôi ngang

SC 100x100

Nén phôi từ trên xuống

SC 50x100

Đẩy phôi

SC 50x50

Đẩy bàn tiếp phơi

SC 50x1000

Hệ thống khí nén được cung cấp từ máy nén khí đặt trong phân xưởng và máy
có thể cung cấp khí nén với áp suất:
P=1.5-8 kgf/cm2
Pmax= 9.0 kgf/cm2

23


2.2.2. Cơ cấu đẩy phơi của máy phay mộng ngón FJ-100
Trên máy phay mộng ngón FJ-100 phơi được đưa vào bàn tiếp phơi và
được kẹp bởi 2 xi lanh khí nén. Bàn tiếp phôi được đẩy tự động bằng xi lanh
khí nén có sử dụng thuỷ lực để ổn định vận tốc đẩy và được liên kết cứng với xi
lanh khí nén. Bàn tiếp phơi trượt trên rãnh với con lăn trượt bi chính xác.
Cơ cấu đẩy bàn tiếp phơi có khả năng điều chỉnh vận tốc đẩy bàn tiếp

phơi thơng qua lưu lượng khí nén bằng van tiết lưu điều chỉnh bằng tay, với vận
tốc đẩy tối đa có thể đạt được là 6m/phút. Xi lanh đẩy phơi có chiều dài hành
trình là 1000mm, đường kính xilanh là 50mm.
Qua tìm hiểu và quan sát thực tế em nhận thấy, hệ thống đẩy phơi của
máy phay mộng ngón FJ-100 đã bước đầu đáp ứng được yêu cầu tự động đẩy
phôi. Tuy nhiên trong hệ thống vẫn còn nhiều hạn chế cần được nghiên cứu
hồn thiện. Hệ thống chưa có thiết bị đo, theo dõi tốc độ dịch chuyển thực tế
của bàn tiếp phôi, việc điều chỉnh vận tốc bằng van tiết lưu điều chỉnh bằng tay
nên tốc độ mà ta điều chỉnh rất khó để phù hợp với yêu cầu công nghệ. Mặc dù
trong máy đã sử dụng thủy lực để ổn định vận tốc dịch chuyển của xi lanh
nhưng khơng có khả năng điều chỉnh vận tốc theo u cầu cơng nghệ. Vì vậy
trong hoạt động thực tế máy thường xảy ra hiện tượng kẹt phôi, chất lượng của
các ngón ghép khơng cao do vận tốc đẩy thay đổi. Khi máy hoạt động người
vận hành cũng không nắm được vận tốc đang hoạt động của bàn tiếp phôi mà
chỉ dựa trên cảm tính mà điều chỉnh tốc độ cho phù hợp.
2.2.3. Nguyên liệu của máy phay mộng ngón
Nguyên liệu của máy phay mộng ngón hiện nay chủ yếu là các loại gỗ
rừng trồng (keo, trẩu, bồ đề,…) được xẻ dưới dạng các thanh ngắn. Các thanh
này sẽ được máy phay tạo ra các ngón ghép sau đó được nối ghép với nhau để
tạo ra các thanh có chiều dài lớn hơn. Đặc điểm của các thanh này là có khối
lượng và kích thước nhỏ, khơng đồng đều. Vì vậy trong quá trình cắt gọt
thường phải sử dụng các hệ thống tỳ nén phơi. Đặc biệt trong q trình phay

24


mộng ngón thì tốc độ cắt là tương đối lớn nên địi hỏi lực tỳ nén phơi phải đảm
bảo khơng có sự dịch chuyển của phơi trong q trình cắt phay.
2.3. Các cơ cấu đẩy và di chuyển phôi
Các cơ cấu đẩy và di chuyển phôi với chức năng dùng để thực hiện các

chuyển động đẩy phôi hoặc bộ phận làm việc của cơ cấu chuyển động chính.
Các cơ cấu vận chuyển để rời phơi từ vị trí gia cơng này tới vị trí gia cơng khác
được gọi là cơ cấu di chuyển. Về nguyên tắc hoạt động và cấu tạo các cơ cấu
này có thể như nhau. Theo Giáo trình Máy Và Thiết bị Chế biến Gỗ - Hồng
Việt ta có thể phân loại các cơ cấu đẩy như hình 2.15 sau:

25