Giáo trình mô đun Lắp đặt và bảo trì hệ thống khí nén, thủy lực (Trình độ: Cao đẳng)

theo phương trình 1-1 ta có: 11 Hình 1.3: Sự thay đổi thể tích khi áp suất là hằng số Trong đó: T1 : nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V1 (K) T2 : nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V2 (K) Hình1. 3 biểu diễn sự thay đổi thể tích khi áp suất là hằng số. Năng lương nén và năng lượng giãn nở không khí được tính theo phương trình: W = p(V2 – V1) 1.3.3. Định luật 2 Gay – Lussac: Khi thể tích V thay đổi, theo phương trình (1-1) ta có: Hình 1.4: Sự thay đổi áp suất khi thể tích là hằng số Hình 1.4: biểu diễn sự thay đổi áp suất khi thể tích là hằng số. Vì thể tích V không thay đổi nên năng lượng nén và năng lượng giãn nở bằng 0 W = 0 Phương trình trạng thái nhiệt khi cả 3 đại lượng áp suất, nhiệt độ và thể tích thay đổi Theo phương trình (1-1) ta có: 12 hay: 1.3.4. Phương trình dòng chảy liên tục: Lưu lượng (Q) chảy trong đường ống từ vị trí (1) đến vị trí (2) là không đổi (const). Lưu lượng Q của chất lỏng qua mặt cắt A của ống bằng nhau trong toàn ống(điều kiện liên tục). Ta có phương trình dòng chảy như sau: Q = A.v = hằng số (const) Với v là vận tốc chảy trung bình qua mặt cắt A Nếu tiết diện chảy là hình tròn, ta có: Q1 = Q2 hay v1.A1 = v2.A2 Trong đó: Q1[m 3/s], v1[m/s], A1[m 2], d1[m] lần lượt là lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí 1; Q2[m 3/s], v2[m/s], A2[m 2], d2[m] lần lượt là lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí 2. 1.3.5. Phương trình Bernulli: Tổng năng lượng dòng chảy thủy lực sẽ được bảo toàn nếu không có sự thoát năng lượng ra ngoài , hoặc năng lượng từ bên ngoài tác động vào hệ thống năng lượng bao gồm: - Thế năng (sức áp của trọng lực) phụ thuộc vào chiều cao của cột chất lỏng và áp suất thủy tĩnh - Động năng (năng lượng do chuyển động) phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy Có một dòng chảy như hình vẽ 13 2. Khả năng ứng dụng của khí nén : 2.1. Trong lĩnh vực điều khiển: Hệ thống điều khiển khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực có khả năng nguy hiểm nhiều như: cháy, nổ, VD: Các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá, kẹp chi tiết, plastic hoặc dược sử dụng trong lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa xe tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm ra lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói bao bì và trong công nghiệp hóa chất 2.2. Trong hệ thống truyền động: - Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Máy khai thác đá, khai thác than, xây dựng hầm mỏ, đường hầm. - Trong truyền động quay: Các động cơ quay với công suất lớn, mặc dù giá thành gấp 10 đến 15 lần so với động cơ điện có cùng công suất nhưng thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% . Như dụng cụ văn vít M4÷ M30, máy khoan có công suất khoảng 3,5 kw, máy mài có công suất khoảng 2,5 kw. Cũng như những máy mài với công suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao 100.000 vòng/ phút thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp. - Truyến động thẳng: Được sử dụng trong các đồ gá kẹp, các thiết bị đóng gói, máy gia công gổ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong các hệ thống phanh hãm ôtô. - Trong các hệ thống đo và kiểm tra, trong các hệ thống vận chuyển xi măng, kiểm tra chất lượng sản phẩm. ❖ Một số ứng dụng của khí nén: 14 Hình 1.5: Máy hàn điểm Hình 1.6: Máy khoan Hình 1.7: Dụng cụ cầm tay khoan tay dụng Hình 1.8: Hệ thống lắp ráp ôtô Hình 1.9: Hệ thống điều khiển tự động 3. Ưu- nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. 3.1. Ưu điểm: Do khả năng chịu nén( đàn hồi) lớn của không khí , do vậy khả năng tích chứa áp suất nén một cách thuận lợi. Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm tích chứa khí nén. - Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít. - Đường dẫn khí ra ( khí thải) không cần thiết. - Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén. - Hệ thống phòng ngừa quá tải áp suất giới hạn được đảm bảo. 15 3.2. Nhược điểm: - Lực truyền tải trọng nhỏ. - Khi tải trọng hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, vì khả năng đàn hồi của khí lớn, do đó không thể thực hiện được những chuyển động quay đều. - Khí thoát ra nhanh gây ra tiếng ồn. - Do đó, hiện nay trong lĩnh vực điều khiển người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với cơ khí hoặc khí nén với điện, điện tử. do vậy rất khó xác định được một cách chính xác ưu, khuyết điểm của từng hệ thống điều khiển. CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 1 1. Khí nén là gì? Điều khiển khí nén được thiết kế với mục đích gì? Hãy nêu một số ứng dụng của hệ thống điều khiển khí nén? 2. Nêu các định luật của khí nén? 3. Ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển khí nén? 4. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, khí nén có bị lạc hậu không? Vì sao? 16 BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN-THỦY LỰC Giới thiệu: Bài 2 trình bày được cấu tạo, ký hiệu của các phần tử trong hệ thống khí nén- thủy lực. Mục tiêu: - Phân tíchnhiệm vụ, nguyên lý hoạt động của các xy lanh,van đảo chiều, nút nhấn, các cơ cấu chấp hành, công tắc hành trình - Lắp đặt và vận hành được các loại van khí nén, thủy lực. - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong thực tập môn học. Nội dung chính: 1. Khái niệm: Một hệ thống điều khiển thông thường bao gồm các phần tử sau: - Nguồn: đây là nguồn khí nén với áp suất làm việc ( 6- 8 bar) - Phần tử đưa tín hiệu vào: nhận những gi trị của tín hiệu vào, cũng là phần tử đầu tiên của mạch như: nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến, - Phần tử xử lý tín hiệu: tín hiệu vo được xử lý theo quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển như: Van tiếc lưu, van logic AND hoặc OR. - Phần tử điều khiển: điều khiển dịng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trang thái của cơ cấu chấp hành như: Van đảo chiều, ly hợp. - Cơ cấu chấp hành: làm thay đổi trang thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển như; xy lanh, động cơ. 2. Cơ cấu chấp hành: 2.1. Xy lanh: - Xy lanh tác động một phía phục hồi bằng lò xo. Hình 4.1: xy lanh tác động 1 phía 17 - Xy lanh tác động 2 phía, piston có một trục. Hình 4.2: xy lanh tác động 2 phía 2.2. Động cơ khí nén: Động cơ quay một chiều Động cơ quay hai chiều 18 Hình 4.3: động cơ khí nén 3. Van đảo chiều: Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng – mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng của dòng năng lượng. Ký hiệu: 2 1 Van 2/2: - Chỉ số đầu chỉ số cổng. - Chỉ số thứ 2 chỉ số vị trí (số ô vuông). Sự chuyển đổi nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau, dòng năng lượng sẽ di chuyển theo chiều mũi tên, và sẽ bị chặn lại khi chữ ký hiệu chữ T. Nguyên lý hoạt động: - Van đảo chiều không duy trì 3/2 : 19 Hình 4.4: van đảo chiều không duy trì 3/2 - Ký hiệu: 2 1 3 12 - Van đảo chiều duy trì 5/2: Hình 4.5: van đảo chiều duy trì 5/2 - Ký hiệu: 4 2 5 1 3 14 12 20 4. Nút nhấn: 4.1. Nút nhấn 3/2: - Nút nhấn 3/2 thường đóng không duy trì: 2 1 3 - Nút nhấn 3/2 thường mở không duy trì : 2 1 3 4.2. Nút nhấn 5/2: - Nút nhấn 5/2 không duy trì. 4 2 5 1 3 - Nút nhấn 5/2 duy trì (công tắc) 4 2 5 1 3 5. Công tắc hành trình: 5.1. Công tắc hành trình tác động hai chiều: Hình 4.6: công tắc hành trình tác động hai chiều - Ký hiệu: 2 1 3 2 1 3 Loại thường đóng Loại thường mở 21 5.2. Công tắc hành trình tác động một chiều. Hình 4.7: công tắc hành trình tác động một chiều - Ký hiệu: 2 1 3 2 1 3 Loại thường đóng Loại thường mở 6. Van tiếc lưu: Hình 4.8: van tiếc lưu - Ký hiệu: 100% 100% Van tiếc lưu 2 chiều Van tiếc lưu một chiều Van tiếc lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành. Nguyên lý làm việc của van tiếc lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đồi tiết diện. 6.1. Van logic: 6.1.1. Van OR: 22 Hình 4.9: Van OR - Ký hiệu: 1 1 2 Van này có 2 cổng vào E1 , E2, và 1 cổng ra A. Khi E1 làm việc thì E2 bị đóng( do dòng khí nén đẩy viên bi hoặc màng chắn). Lúc này khí nén từ E1 đến A rồi đến các cơ cấu điều khiển. Khi cổng E2 làm việc thì cổng E1 đóng lại, khí nén từ E2 đến A rồi đến các cơ cấu điều khiển. Van này dùng để điều khiển các tín hiệu từ các vị trí khác nhau. 6.1.2. Van AND: Hình 4.10: Van AND - Ký hiệu: 1 1 2 Van này có 2 cổng vào E1, E2 và 1 cổng ra A.khi khí nén ra cổng A thì phải tác động cùng lúc 2 cổng E1 và E2 . trong trường hợp áp suất ở 2 ổng khác nhau ,thì dòng áp suất khí nén đến cổng A từ cổng có áp suất nhỏ hơn, còn cổng có áp suất nhỏ hơn bị khóa lại. Van này dùng để điều khiển tín hiệu hóa đảm bảo an toàn khi làm việc. 23 6.2. Van trì hoãn thời gian: 6.2.1. Van trì hoãn thời gian thường đóng: Hình 4.11: Van trì hoãn thời gian thường đóng - Ký hiệu: 100% 2 1 12 3 Van này bao gồm van 3/2 nối với bình chứa khí và van tiếc lưu 1 chiều. Thời gian trì hoãn được cài đặt tờ 0 đến 30s. bình chứa dùng để tăng thời gian trì hoãn. Dòng khí nén đi vào van tiếc lưu 1 chiều đến bình chứa khí, khi đạt đến áp suất điều chỉnh thì dòng khí nén tác động vào van 3/2 làm cho cổng 1 thông với cổng 2 và khi đi vào xy lanh điều khiển. Kết quả là cổng 2 và cổng 3 bị ngắt sau thời gian trì hoãn. 6.2.2. Van trì hoãn thời gian thường mở: Tương tự như van trì hoãn thời gian 3/2 thường đóng, nhưng van này có van 3/2 thường mở. Dòng khí nén đi qua van tiết lưu đến bình chứa khí, khi đạt áp suất điều chỉnh thì dòng khí nén tác động vào van 3/2 làm cổng 2 và cổng 3 thông nhau, khí thoát ra ngoài. Kết quả là cổng 1 và cổng 2 bị ngắt sau một thời gian trì hoãn. - Ký hiệu: 100% 2 1 10 3 6.3. Van áp suất: 6.3.1. Van an toàn: Nguyên lý làm việc Van an toàn có nhiệm vụ giữ cho áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải Khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dòng áp suất khí nén sẽ thắng lực lò xo và như vậy khí nén sẽ theo cửa R ra ngoài không khí 24 Hình 4.12: Van an toàn - Ký hiệu: 6.3.2. Van tràn: Nguyên lý làm việc: Nguyên tắc hoạt động của van tràn tương tự như van an toàn, nhưng khác ở chỗ là khi áp suất ở cửa P đạt được giá trị xác định thì cửa P nối với cửa A và nối với hệ thống điều khiển. - Ký hiệu 6.3.3. Van điều chỉnh áp suất: Nguyên lý làm việc Van điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ giữ cho áp suất không đổi cả khi có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đầu ra hoặc sự dao động áp suất ở đầu vào.Trong trường hợp áp suất của đầu ra tăng so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác dụng lên màng, vị trí kim van sẽ thay đổi, khí nén sẽ qua cửa xả khí ra. Ký hiệu 25 Hình 4.13: Van điều chỉnh áp suất 6.3.4. Rơ le áp suất: Rơle áp suất có nhiệm vụ đóng mở công tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vượt quá mức yêu cầu. Trong hệ thống điều khiển điện- khí nén, rơ le áp suát có thể coi như phần tử chuyển đổi tín hiệu điện- khí nén. Công tắc điện đóng, mở tương ứng với những áp suất khác nhau có thể điều chỉnh bằng vít điều chỉnh. Hình 4.14: Rơle áp suất 26 6.4. Van xả nhanh: Hình 4.15: Van xả nhanh Van này có 2 cổng vào 1, 2 và 1 cổng xả 3. Thì khí nén đi vào cổng 1 đẩy viên bi hoặc màng ngăn đóng cổng 3 lại, lúc này dòng khí nén đi qua cổng 2 tác động đến xy lanh đẩy piston duỗi ra. Khi piston thụt vào, áp lực khí nén đẩy viên bi đóng cổng 1, lúc này cổng 2 và 3 thông nhau khí thoát ra ngoài. Van này dùng để xả lượng khí lớn ra ngoài rất nhanh chóng nên tăng tốc độ thụt vào của piston. 6.5. Van chân không: Van chân không là cơ cấu có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực chân không, chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống venturi. Hình 4.16: Van chân không - Ký hiệu: P U R 27 Ta có lực hút chân không: Giới thiệu Van chân không VSMR Series Bộ điều tốc chân không từ khí nén về cơ bản làm việc theo nguyên lý của van chân không Ejector (Vacuum Cartridge). Được sử dụng nhiều trong công nghiệp dây chuyền tự động hóa, trong các cánh tay robot...thời gian đáp ứng nhanh. Hình 4.17: Van chân không VSMR Series - Độ chân không max: -26.5 inHg (-90kPa) - Lưu lượng dòng chảy: 3 scfm (85 Nl/min) - Nguồn khí cung cấp: 43~87 psi, max 101.5psi (4~6bar, max7bar) - Lưu lượng khí tiêu thụ: 0.7 ~1.13 scfm (20~32 Nl/min) - Kiểu khí cung cấp: khí khô - Nhiệt độ làm việc : -4˙F ~ 176˙F - Độ ồn: 60-65 dBA 28 6.6. Van kiểm tra: (Van một chiều) Hình 4.18: Van kiểm tra - Ký hiệu: Van này dòng khí nén đi theo 1 hướng nhất định từ cổng 1 sang cổng 2, hướng còn lại từ cổng 2 đến cổng 1 bị khóa lại bằng 1 viên bi, tấm chắn hoặc màng ngăn. 6.7. Van tuần tự: Hình 4.18: Van tuần tự Van này làm việc như van áp suất, nếu áp suất quá giá trị cài đặt thì van mở ra, dòng khí thổi từ cổng 1 sang cổng 2, cổng 3 đóng lại. 29 7. Các loại van thủy lực Sơ đồ nguyên lý và kết cấu van an toàn đơn giản nhất: +Van lắp ép mặt phẳng cạnh hai cấp: +Van có điều khiển xả tải bằng van điện từ kiểu lắp mặt phẳng cạnh: +Van an toàn chỉnh hai chế độ áp suất kiểu lắp mặt phẳng cạnh: +Van an toàn kiểu lắp ép trên mặt phẳng ngang: 30 +Van an toàn kiểu lắp trên mặt phẳng ngang có xả tải bằng van điện từ: +Van an toàn kiểu lắp trên mặt phẳng ngang với hai chế độ áp suất: +Van an toàn kiểu lắp chồng cỡ -01 (modul): 31 CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 2 1. Một hệ thống điều khiển khí nén gồm có những phần tử nào? 2. Cho biết chức năng, nhiệm vụ các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén? 3. Vẽ và trình bày nguyên lý hoạt động của van đảo chiều 3/2, 5/2 và các tín hiệu tác động? 4. Có mấy loại van tiết lưu, van trì hoãn thời gian? Hãy vẽ kí hiệu và trình bày nguyên lý hoạt động của chúng? 32 BÀI 3: THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN + ĐIỆN KHÍ NÉN Giới thiệu: Bài 3 tìm hiểu phần mềm FluidSim Hydraulics, trình bày cách thiết kế mạch khí nén- điện khí nén Mục tiêu: - Biết biểu diễn biểu đồ trạng thái để thể hiện yêu cầu công nghệ của mạch điện khí nén. - Hiểu và vận dụng phương pháp thiết kế vào thiết kế mạch khí nén bằng phần mềm Festo FluidSim - Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong công việc Nội dung chính: 1. Biểu đồ trạng thái. Ký hiệu Hình 3.1: Ký hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái Thiết kế biểu đồ trạng thái - Biểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử. - Trục tọa độ thẳng dứng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, góc quay, áp suât..). 33 - Trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc là thời gian hành trình. - Hành trình làm việc được chia thành các bước. Sự thay đổi trạng thái trong các bước được được biểu diễn bằng nét đậm. Sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn bằng đường nét nhỏ và chiều tác động biểu diễn bằng mũi tên Ví dụ1: Thiết kế biểu đồ trạng thái của quy trình điều khiển sau: Xy lanh tác dụng 2 chiều A sẽ duỗi ra khi tác động vào nút ấn 1.2 hoặc 1.4. Muốn xylanh thụt về thì phải tác động đồng thời nút ấn 1.6 và 1.8 Biểu đồ trạng thái của xylanh A được biểu diễn trên hình 5.2. - Nút ấn 1.2 và nút ấn 1.4 là liên kết OR - Nút ấn 1.6 và 1.8 là liên kết AND - Xy lanh duỗi ra ký hiệu dấu “+”, xylanh lùi vào ký hiệu “- “ Hình 3.2: Biểu đồ trạng thái của xylanh A 4 2 5 1 3 14 12 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 1 1 2 1 1 2 1 .2 1 .4 1 .6 1 .8 A O R A ND Hình 3.3: Sơ đồ mạch khí nén của quy trình điều khiển xy lanh A 2. Phương pháp thiết kế mạch khí nén bằng phần mềm Festo FluidSim 2.1. Các phương pháp điều khiển. Bao gồm: - Điều khiển bằng tay 34 - Điều khiển tùy động theo thời gian - Điều khiển tùy động theo hành trình - Điều khiển theo tầng - Điều khiển theo nhịp 2.1.1. Điều khiển bằng tay: Điều khiển bằng tay được ứng dụng phần lớn ở những mạch điều khiển bằng khí nén đơn giản như gá kẹp chi tiết, khoan Điều khiển trực tiếp Điều khiển trực tiếp có đặc điểm là chức năng đưa tín hiệu do một phần tử đảm nhận hoặc hai phần tử riêng biệt Ví dụ 1: Mạch điều khiển trực tiếp sử dụng một phần tử Hình 3.4: Mach điều khiển trực tiếp sử dụng một phần tử điều khiển Ví dụ 2: Mạch điều khiển trực tiếp sử dụng hai phần tử 35 Hình 3.5: Mạch điều khiển trực tiếp sử dụng hai phần tử Điều khiển gián tiếp: - Pittong duỗi ra và thụt về được điều khiển bằng phần tử nhớ Hình 3.6: Điều khiển gián tiếp - Mạch điều khiển xylanh tác động 2 chiều với phần tử nhớ 1.3: 36 Hình 3.7: Mạch điều khiển gián tiếp xylanh tác động 2 chiều 2.1.2. Điều khiển tùy động theo thời gian: Khi nhấn nút ấn 1.1 van đảo chiều 1.3 đổi vị trí, pittông 1.0 duỗi ra, đồng thời khí nén sẽ qua cửa X để vào phần tử thời gian 1.2. Sau khoảng thời gian” t” van 1.3 đổi vị trí xylanh 1.0 sẽ thụt về. 37 Hình 3.8: Điều khiển tùy động theo thời gian - Điều khiển tùy động theo thời gian có chu kỳ tự động (Hình 6.19). Hình 3.9: Sơ đồ mạch điều khiển tùy động theo thời gian có chu kỳ tự động - Điều khiển vận tốc bằng van tiết lưu một chiều 38 Khi ấn nút ấn 1.1, vận tốc duỗi ra của xylanh 1.0 phụ thuộc vào độ mở của van tiết lưu. Khi ngắt nút ấn, vận tốc thụt vào của xylanh sẽ tăng lên nhờ khí nén thoát theo 2 đường van tiết lưu và van một chiều. 4 2 5 1 3 60% 2 1 3 Hình 3.10: Điều khiển vận tốc bằng van tiết lưu - Điều khiển vận tốc bằng van thoát khí nhanh Khi ấn nút ấn 1.1, vận tốc đi ra của xylanh 1.0 sẽ chậm. Khi ngắt nút ấn, vận tốc đi vào của xylanh sẽ tăng lên nhờ khí nén thoát ở van xả khí nhanh. Hình 3.11: Điều khiển vận tốc bằng van thoát khí nhanh 2.1.3. Điều khiển tùy động theo hành trình: Cơ sở lý thuyết điều khiển tùy động theo hành trình là vị trí của các công tắc hành trình. Khi một bước thực hiện trong mạch điều khiển có lỗi thì mạch điều khiển sẽ không hoạt động. - Điều khiển tùy động theo hành trình một xy 39 Hình 3.12: Điều khiển tùy động theo hành trình một xylanh - Điều khiển tùy động theo hành trình một xylanh có chu kỳ tự động - Mạch điều khiển được thực hiện tự động nhờ sử dụng nút ấn có rãnh định vị 1.1, khi nút ấn 1.1 ở vị trí b thì mạch sẽ ngừng hoạt động. ( hình 6.23) 40 Hình 3.13: Điều khiển tùy động theo hành trình một xylanh có chu kỳ tự động - Điều khiển tùy động theo hành trình với một xylanh có phần tử thời gian giới hạn dừng pittong ở cuối hành trình. ( hình 6.24) Hình 3.14: Điều khiển tùy động theo hành trình một xylanh có phần tử thời gian Ví dụ 1: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phương pháp điều khiển tùy động hành trình của thiết bị khoan với biểu đồ trạng thái sau : (Hình 6.25) - Điều khiển với một hành trình 41 Hình 3.15. Sơ đồ khí nén điều khiển 2 xylanh hoạt động 1 chu kỳ. Điều khiển với chu kỳ tự động Hình 3.16: Sơ đồ khí nén điều khiển 2 xylanh với chu kỳ tự động lặp lại 2.1.4. Điều khiển theo tầng: Đặc điểm: Phương pháp thiết kế theo tầng trên hệ thống khí nén được chia thành nhiều nhóm nhỏ, tránh xảy ra các tín hiệu đối lập, tại một thời điểm nào đó chỉ có một nhóm hoạt động mà thôi. Tuần tự hoạt động của hệ thống khí nén tùy thuộc vào sơ đồ mạch thiết kế. - Các bước thiết kế mạch điều khiển theo tầng trên mạch khí nén. Bước 1: Vẽ sơ đồ bước dịch chuyển hoạt động theo tuần tự các piston trong các xy lanh. 42 Bước 2: Chia tầng sao cho không xuất hiện hai kí tự giống nhau trong cùng một tầng. Bước 3: Vẽ sơ đồ tác động( hoạt động) tuần tự đến các van điều khiển, các cảm biến hay công tắc hành trình thể hiện bằng dấu mũi tên. Bước 4: Vẽ các sơ đồ dẫn động, các van điều khiển và các công tắc hành trình( mạch động lực) Bước 5: Hoàn thành sơ đồ mạch điều khiển theo tầng cho từng tầng( mạch điều khiển). Ví dụ 1: Hoàn thành sơ đồ mạch khí nén điều khiển hoạt động hai xy lanh A,B theo tuần tự: A + B + B – A – Bước 1: Sơ đồ hành trình bước hoạt động của hai xy lanh A và B: A : Chỉ sự hoạt động của piston A. B : Chỉ sự hoạt động của piston B. Số 1: Chỉ vị trí piston duỗi ra. Số 0: Chỉ vị trí piston thụt vào. 1,2,3,4, : Chỉ 4 bước hoạt động của 2 piston trong 2 xy lanh A và B. Bước 1: Vẽ sơ đồ hành trình bước: Bước 2: Chia tầng: A + B + B – A – Bước 3: Sơ đồ tác động đến các van ( sơ đồ hành trình hoạt động tuần tự): A + B + B – A – Bước 4: Vẽ mạch động lực và cụm đảo tầng: T 1 T 2 ( T1 ) ( T2 ) A1 B0 A1 A0 1 B1 START E1 E2 43 4 2 5 1 3 A+ A - 60% A1A0 4 2 5 1 3 B+ B - 60% B1B0 T 1 T 2 4 2 5 1 3 E1 E2 Bước 5: Vẽ mạch điều khiển: 4 2 5 1 3 A+ A - 60% A1A0 4 2 5 1 3 B+ B - 60% B1B0 T 1 T 2 4 2 5 1 3 E1 E2 2 1 3 2 1 3 A0 START/STOP 2 1 3 A1 2 1 3 B0 2 1 3 B1 Hình 3.17: Mạch khí nén 2 tầng điều khiển 2 xylanh Cụm đảo tầng: - 2 tầng: 44 T 1 4 2 5 1 3 E1 E2 T 2 - 3 tầng: 4 2 5 1 3 E2 T 1 T 2 T 3 4 2 5 1 3 E1 E3 - 4 tầng: 4 2 5 1 3 E2 T 1 T 2 T 3 4 2 5 1 3 E3 T 4 4 2 5 1 3 E1 E4 Ví dụ 2: Thiết kế mạch Khí nén hoạt động theo trình tự sau: A+ A- B+ B- Hình 3.18: Cụm đảo tầng của 2 tầng Hình 3.19: Cụm đảo tầng của 3 tầng Hình 3.20: Cụm đảo tầng của 4 tầng 45 4 2 5 1 3 E2 T 1 T 2 T 3 4 2 5 1 3 E1 E3 4 2 5 1 3 A+ A- A0 A1 4 2 5 1 3 B+ B- B0 B1 2 1 3 P E 2 1 3 A1 2 1 3 A0 2 1 3 B1 2 1 3 B0 Hình 3.21. Sơ đồ khí nén 3 tầng điều khiển 2 xylanh với chu kỳ tự động lặp lại. 2.1.5. Điều khiển theo nhịp: Các phương pháp điều khiển trên đều có một đặc điểm là khi thay đổi quy trình công nghệ hay yêu cầu đề ra, đòi hỏi phải thiết kế lại mạch điều khiển. Như vậy mất nhiều công sức và thời gian. Phương pháp điều khiển theo nhịp khắc phục được những nhược điểm trên Cấu tạo khối của nhịp điều khiển. 46 - Cấu tạo của khối nhịp điều khiển gồm 3 phần tử: Phần tử AND, phần tử nhớ và phần tử OR. Hình 3.22: Cấu tạo khối của nhịp điều khiển - Nguyên tắc thực hiện của điều khiển theo nhịp là: Các bước thực hiện xảy ra tuần tự. Nghĩa là khi các lệnh trong 1 nhịp được thực hiện xong thì sẽ thông báo cho nhịp tiếp theo đồng thời sẽ xóa nhịp thực hiện trước đó. - Tín hiệu Yn tác động (ví dụ: tín hiệu khởi động), tín hiệu điều khiển A1 có giá trị thấp, đồng thời sẽ tác động vào nhịp trước đó Zn-1 để xóa lệnh thực hiện trước đó, và chuẩn bị cho nhịp tiếp theo cùng với tín hiệu vào X1. Như vậy một khối nhịp điều khiển sẽ thực hiện các chức năng: + Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo + Xóa các lện của nhịp trước đó + Thực hiện lệnh của tín hiệu điều khiển Trong thực tế có 3 loại khối điều khiển theo nhịp: Hình 3.24: Biểu diễn đơn giản chuỗi điều khiển theo nhịp - Loại ký hiệu TAA.(hình vẽ 6.43): Khi cổng Yn có giá trị L, van đảo chiều (phần tử nhớ) đổi vị trí: Hình 3.23: Mach logic của chuỗi điều khiển theo nhịp 47 + Tín hiệu ở cổng A có giá trị L + Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo bằng phần tử AND và tín hiệu X + Đèn tín hiệu sáng + Phần tử nhớ của nhịp trước đó trở về reset - Loại ký hiệu TAB (hình vẽ 6.44): loại này thường đặt ở vị trí cuối cùng trong chuỗi điều khiển theo nhịp. Ngược lại với kiểu TAA, kiểu TAB phần tử OR nối với cổng Yn. Khi cổng L có khi nén thì toàn bộ các khối của chuỗi điều khiển (trừ khối cuối cùng) sẽ trở về vị trí ban đầu. Như vậy khối kiểu TAB có chức năng như là điều kiện để chuẩn bị khởi động. Khi cổng Yn có giá trị L, van đảo chiều đổi vị trí: + Tín hiệu ở cổng A có giá trị L + Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo bằng phần tử AND của tín hiệu X + Đèn tín hiệu sáng + Phần tử nhớ của nhịp trước đó trở về vị trí Reset Hình 3.25: Khối kiểu TAA Hình 3.26: Khối kiểu TAB Hình 3.27: khối kiểu TAC - Loại ký hiệu TAC (viết tắt loại C): Không có phần tử nhớ và phần tử OR. Như vậy loại C có chức năng là trong nhịp điều khiển tiếp theo, khi tín hiệu ở cổng X của nhịp trước đó vẫn còn giá trị L thì đèn tín hiệu vẫn còn sáng ở nhịp tiếp theo.(Hình 6.38) 48 Ví dụ: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phương pháp điều khiển nhịp với biểu đồ trạng thái của các xylanh sau: Hình 3.28.Biểu đồ trạng thái của 2 xylanh 2.2. Giới thiệu chức năng phần mềm FluidSim Hydraulics FluidSIM là một phần mềm hoàn hảo cho sự sáng chế, mô phỏng, giảng dạy và nghiên cứu các mạch điện-khí nén, thủy lực và các mạch số. Tất cả các chức năng của chương trình tương tác với nhau 1 cách trơn tru, kết hợp các hình thức đa phương tiện và các nguồn thông tin khác nhau trong một biểu mẫu có thể truy nhập được 1 cách dễ dàng. FluidSIM kết hợp một trình biên tập sơ đồ mạch trực quan với những mô tả chi tiết về tất cả các thành phần, các bức ảnh cấu thành, các hoạt ảnh về hình chiếu cắt và các chuỗi video. Các điểm nổi bật: - Các thư viện thành phần có thể mở rộng và tùy chỉnh được - Ký hiệu các bộ phận cấu thành theo DIN ISO 1219 - Có nhiều chức năng CAD hơn và các chức năng được cải thiện đáng kể (căn chỉnh, nhóm và vẽ các layer) - Mô-đun xây dựng van - Chức năng in ấn mới với nhiều khả năng tùy chỉnh khác nhau - Các phiên bản danh sách các phần tự động hóa và có thể tùy chỉnh được - Bộ mô tả kết nối - Bộ ghi và thể hiện trực quan của các giá trị ấn định - Hỗ trợ các đơn vị đo không thuộc hệ đo lường quốc tế (lbf, psi, gal) - Giao diện thích hợp - Tài liệu giảng dạy được sửa đổi và cập nhật - Được tối ưu hoá cho Windows 98/ME/2000/XP Với phiên bản festo fluidsim 4.2 (chỉ sử dụng thiết kế mạch điều khiển khí nén, điện – khí nén): - Sự mô phỏng các thành phần số - Đánh số đường dẫn hiện hành và chuyển đổi bảng các phần tử một cách tự động - Thư viện sơ đồ mạch được mở rộng và đã được sửa đổi - Hiển thị giá trị hiện tại của các thành phần với bộ đếm và xử lý độ trễ - Các giá trị có thể điều chỉnh được hiện đã có ở các xylanh khí nén - Van tiết lưu chạy bằng khí nén mới. 2.3. Thư viện ký hiệu – giao diện 2.3.1. Giao diện chính của Festo Fluidsim 4.2 Pneumatic 49 Hình 3.29: Giao diện chính 2.3.2. Thư viện ký hiệu 50 Hình 3.30: Các phần tử cung cấp Hình 3.31: Các thiết bị truyền động Hình 3.32: Các thiết bị van điều khiển Hình 3.33: Các thiết bị điều khiển điện Hình 3.34: Các thiết bị cổng logic 51 2.4. Thao tác thiết kế Để lấy linh kiện từ bên thư viện vào vùng bản vẽ, các bạn nhấp vào linh kiện cần sử dụng giữ chuột và lôi thả vào vùng bản vẽ, linh kiện sẽ được thả qua đấy. Bằng cách tương tự các bạn lấy các phần tử nguồn, xylanh khí nén và van tiết lưu một chiều, để xoay các phần tử các bạn chọn phần tử đó, click chuột phải chọn lệnh Rotate. 52 Tiếp theo các bạn phải khai báo tín hiệu tác động cho van đảo chiều khí nén, trong bài này mình chọn “van đảo chiều khí nén 3/2, tác động bằng nút nhấn, phục hồi bằng lò xo” theo đó mình sẽ khai báo như 2 hình bên dưới. 53 Sau bước này ta có van đảo chiều hoàn chỉnh Ta được van đảo chiều 3/2 hoàn chỉnh Tiếp đó các bạn tiến hành nối dây khí nén bằng cách click chuột vào các nốt, sau đó rê chuột đến nốt còn lại thả ra và cứ thế nối hết mạch. Các bạn chú ý các ngõ xả khí cũng cần được khai báo dạng đầu giảm chấn như hình dưới. Nối dây khí và khai báo ngõ xả khí 54 2.5. Mô phỏng Mạch hoàn chỉnh và mô phỏng CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 3 Câu 1: Nêu các phương pháp điều khiển trong mạch khí nén- điện khí nén? Câu 2: Thiết kế và mô phong trong phần mềm festo fluidsim 4.2. • Hãy thiết kế mạch điều khiển khí nén hoạt động lặp lại theo tuần tự sau: 1. A+ B+ A- B- 2. A+ B- A- B+ 3. A+ B+ B- A- 4. A+ B- B+ A- • Hãy thiết kế mạch điều khiển điện khí nén hoạt động lặp lại theo tuần tự sau: 1. A+ B+ A- B- 2. A+ B- A- B+ 3. A+ B+ B- A- 4. A+ B- B+ A- 55 BÀI 4: LẮP ĐẶT MẠCH MÁY DẬP DÙNG CẢM BIẾN ĐIỆN CẢM Giới thiệu: Bài 4 thiết kế mạch điện khí nén và Lắp đặt mạch máy dập dùng cảm biến điện cảm Mục tiêu: - Phân tích các khái niệm và ký hiệu cảm biến điện cảm; - Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch máy dập tự động - Lắp đặt và vận hành mạch điện- khí nén của mạch máy dập tự động đúng yêu cầu kỹ thuật. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. - Có ý thức kỹ luật, phát huy tính sáng tạo trong công việc. 1. Khái niệm và ký hiệu cảm biến điện cảm Cấu trúc: Hình 4.1: Cấu tạo cảm biến tiệm cận điện cảm Một bộ cảm biến tiệm cận điện cảm gồm có 4 khối chính: Cuộn dây và lõi ferit. Mạch dao động. Mạch phát hiện. Mạch đầu ra. Nguyên lý hoạt động: Hình 4.2: Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện cảm Mạch dao động tạo dao động điện từ, từ trường biến thiên từ lõi sắt sẽ tác động với vật kim loại đặt trước nó. Khi có đối tượng lại gần, xuất hiện dòng điện cảm ứng chống lại sự thay đổi dòng điện, giảm biên độ tín hiệu dao động. 56 Bộ phát hiện sẽ phát hiện sự thay đổi tín hiệu và tác động để mạch ra lên mức ON. Ký hiệu trên phần mềm festo fluidsim 4.2 2. Yêu cầu công nghệ: Lúc đầu đầu dập ở vị trí chờ, khi đưa chi tiết cần dập vào ta nhấn Start, đầu dập tịnh tiến ra chậm dập chi tiết. Dập xong ( tác động công tắc hành trình a1 ) đầu dập tự động thụt vào nhanh, kết thúc hành trình. Trong quá trình dập, nếu nhấn Stop , đầu dập thụt vào ngay. 3. Sơ đồ hành trình bước: 4. Sơ đồ mạch động lực: 4 2 5 1 3 Y A1 70% - Sơ đồ mạch điều khiển: 57 0V K +24V A1 YK K STOP START 1 2 3 2 3 5. Nguyên lý hoạt động: - Nhấn nút Start, cuộn hút K có điện, tiếp điểm thường mở K lại để duy trì và cấp điện cho Y , xy lanh A duỗi ra để dập chi tiết. - Cuối hành trình tác động a1 thì K mất điện, các tiếp điểm của K được phục hồi nên Y mất điện, do lực đàn hồi của lò xo làm vị trí nòng van dịch chuyển về vị trí ban đầu nên piston A thụt vào.( piston duỗi ra chậm, thụt vào nhanh nhờ van tiết lưu một chiều). Trong quá trình piston duỗi ra để dập. Muốn dừng ta nhấn Stop thì piston thụt vào ngay. 6. Các sai hỏng thường gặp - nguyên nhân và phòng ngừa TT HIỆN TƯỢNG NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC 1 Nhấn nút nhấn mạch điều khiển không có điện Lắp nhầm tiếp điểm thường đóng sang thường mở của công tắc hành trình. - Các đầu nối không tiếp xúc tốt. -Lắp tiếp điểm thường đóng của công tắc hành trình. - Đo kiểm, nối lại. 2 Nhấn nút nhấn piston không duỗi ra, buông nút nhấn piston thụt vào ngay. Mạch không duy trì. Lắp duy trì cho K 7. Lắp đặt mạch trên mô hình 7.1. Công tác chuẩn bị: 7.1.1. Nghiên cứu sơ đồ mạch: - Phân tích sơ đồ mạch. - Xác định cách thức lắp đặt mạch. 7.1.2. Thiết bị: Các phần tử điện khí nén: 58 - Van điện từ 5/2 không duy trì. - Xy lanh tác động kép. - Công tắc. - Rơ le . - Van tiết lưu một chiều. 7.1.3. Vật tư: - Ống dẫn khí nén. - Dây điện. 7.1.4. Dụng cụ: VOM, tuốt nơ vít. 7.2: Các bước tiến hành: 7.2.1.Lựa chọn, kiểm tra các phần tử: - Nút nhấn: 2 cái. - Công tắc hành trình: 1 cái. - Rơ le trung gian: 1 cái. - Xy lanh tác động kép : 1 cái. - Van tiết lưu một chiều : 1 cái. - Van điện từ 5/2 : 1 cái. Cách kiểm tra nút nhấn và rơ le trung gian thực hiện như đã học ở môn thực hành trang bị điện. Cách kiểm tra van điện từ: + Dùng VOM để thang đo điện trở- đo cuộn hút của van điện từ. + Cấp điện cho cuộn hút của van và cấp khí cho van để kiểm tra sự điều khiển dòng khí nén của van. 7.2.2. Bố trí thiết bị: Các thiết bị bố trí trên bảng mạch phải đảm bảo chắc chắn, gọn đẹp đồng thời dễ đi dây và sửa chữa. 7.2.3. Lắp đặt mạch: - Lắp mạch động lực. 4 2 5 1 3 Y A1 70% - Lắp mạch điều khiển: 59 0V K +24V A1 YK K STOP START 1 2 3 2 3 + Lắp điểm dây âm trước. + Lắp từ trên xuống, từ trái sang phải. 7.2.4. Kiểm tra mạch: Dùng VOM để kiểm tra mạch điện điều khiển: - Đặt thang đo điện trở x1 ( hoặc x 10) - Đặt 2 đầu VOM vào 2 đầu cấp nguồn của mạch. Nhấn S1, đo được điện trở Y song somg với 7.2.5. Vận hành mạch: Cấp nguồn khí nén, điện. - Nhấn Start để cho mạch hoạt động. - Nhấn Stop để dừng mạch khi cần. CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 4 Thiết kế mạch máy Dập hoạt động lặp lại. 60 BÀI 5: LẮP ĐẶT MẠCH MÁY LẮP RÁP DÙNG CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG Giới thiệu: Bài 5 thiết kế mạch điện khí nén và lắp đặt mạch máy lắp ráp dùng cảm biến điện dung. Mục tiêu: - Phân tích các khái niệm và ký hiệu cảm biến điện dung; - Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch máy lắp ráp. - Lắp đặt và vận hành mạch điện- khí nén của mạch máy lắp ráp đúng yêu cầu kỹ thuật. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. - Có ý thức kỹ luật, phát huy tính sáng tạo trong công việc. 1. Khái niệm và ký hiệu cảm biến điện dung Cấu trúc: Hình 5.1: Cấu tạo cảm biến tiệm cận điện dung Cảm biến tiệm cận điện dung gồm bốn bộ phận chính : Cảm biến(các bản cực cách điện). Mạch dao động.` Bộ phát hiện. Mạch đầu ra. Nguyên lý hoạt động: Trong cảm biến tiệm cận điện dung có bộ phận làm thay đổi điện dung C của các bản cực. Nguyên lí hoạt động cơ bản của cảm biến điện dung dựa trên việc đánh giá sự thay đổi điện dung của tụ điện.Bất kì vật nào đi qua trong vùng nhạy của cảm biến điện dung thì điện dung của tụ điện tăng lên.Sự thay đổi điện dung này phụ thuộc vào khoảng cách,kích thước và hằng số điện môi của vật liệu. Bên trong có mạch dùng nguồn DC tạo dao động cho cảm biến dòng, cảm biến dòng sẽ đưa ra một dòng điện tỉ lệ với khoảng cách giữa 2 tấm cực Ký hiệu trên phần mềm festo fluidsim 4.2 61 2. Yêu cầu công nghệ: Ấn nút Start, chi tiết (1) được lắp vào chi tiết (2) bằng piston A với tốc độ chậm. Sau đó chi tiết (3) được lắp vào chi tiết (1)và (2) bằng piston B với tốc độ chậm. Thì Piston A thụt vào nhanh , sau đó Piston B thụt vào nhanh. Quá trình lặp lại cho đến khi ấn lại Start, mạch hoạt động hết hành trình thì dừng. 3. Sơ đồ hành trình bước: Sơ đồ hành trình hoạt động: 62 4. Sơ đồ mạch điện – khí nén: 4 2 5 1 3 A+ A- 60% A0 A1 4 2 5 1 3 B+ B- 60% B0 B1 +24V 0V START K B0 K T2 K K T1 B1 A+ B+ A- B- A1 A0 1 2 3 6 8 2 3 6 5. Nguyên lý hoạt động: Cấp nguồn cho mạch, tấng 2 ( T2) có điện, cuộn dây van điện từ A – , B - có điện. Nhấn nút START, K có điện, tiếp điểm thường đóng K mở ra, tầng 2 mất điện và tiếp điểm thường mở K đóng lại để duy trì và cấp điện cho tầng 1. A + có điện, piston A duỗi ra, đến cuối hành trình thì cảm biến A1 tác động cấp điện cho B +, piston B duỗi ra đến cuối hành trình thì tác động vào B1 làm K mất điện các tiếp điểm của K được phục hồi. Tầng 1 mất điện và tầng 2 có điện, cấp điện cho A -, piston A thụt vào, đến cuối hành trình thì cảm biến A0 tác động cấp điện cho B -, piston B thụt vào. Kết thúc một chu trình hoạt động và bắt đầu một chu trình mới cho đến khi nhấn lại Start mạch hoạt động hết chu trình thì dừng. 63 6. Các sai hỏng thường gặp - nguyên nhân và phòng ngừa TT HIỆN TƯỢNG NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC 1 Dây đấu không theo màu xanh, đỏ chạm nhau - Đấu ngắn mạch. Đấu dây không theo quy ước: đỏ nguồn (+), xanh nguồn(-) Đo kiểm, nối lại. - Đấu dây lại theo quy ước. 2 Đầu dây chồng chéo không thẩm mỹ Chọn cỡ dây không phù hợp Chọn lại cỡ dây. 3 Mạch chạy không đúng hành trình Xác định nhầm các đầu dây van điện từ. Kiểm tra xác định lại 7. Lắp đặt mạch trên mô hình 7.1. Công tác chuẩn bị: 7.1.1. Nghiên cứu sơ đồ mạch: - Phân tích sơ đồ mạch. - Xác định cách thức lắp đặt mạch. 7.1.2. Thiết bị: Các phần tử điện khí nén: - Van điện từ 5/2 duy trì. - Xy lanh tác động kép. - Công tắc. - Rơ le . - Van tiết lưu một chiều. 7.1.3. Vật tư: - Ống dẫn khí nén. - Dây điện. 7.1.4. Dụng cụ: VOM, tuốt nơ vít. 7.2. Các bước tiến hành: 7.2.1. Lựa chọn, kiểm tra các phần tử: - Nút nhấn: 2 cái. - Rơ le trung gian: 1 cái. - Van điện từ 5/2 : 1 cái. Cách kiểm tra nút nhấn và rơ le trung gian thực hiện như đã học ở môn thực hành trang bị điện. Cách kiểm tra van điện từ: + Dùng VOM để thang đo điện trở- đo cuộn hút của van điện từ. + Cấp điện cho cuộn hút của van và cấp khí cho van để kiểm tra sự điều khiển dòng khí nén của van. 7.2.2. Bố trí thiết bị: Các thiết bị bố trí trên bảng mạch phải đảm bảo chắc chắn, gọn đẹp đồng thời dễ đi dây và sửa chữa. 7.2.3. Lắp đặt mạch: - Lắp mạch động lực. 64 - Lắp mạch điều khiển: + Lắp điểm dây âm trước. + Lắp từ trên xuống, từ trái sang phải. 7.2.4. Kiểm tra mạch: Dùng VOM để kiểm tra mạch điện điều khiển: - Đặt thang đo điện trở x1 ( hoặc x 10) - Đặt 2 đầu VOM vào 2 đầu cấp nguồn của mạch, đo được điện trở A- Nhấn START, đo được điện trở K. 7.2.5. Vận hành mạch: Cấp nguồn khí nén, điện. - Nhấn START để cho mạch hoạt động. - Nhấn SET nếu mạch gặp sự cố. - Nhấn( Mở) STAR để dùng mạch. CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 5 Thiết kế mạch máy Lắp ráp hoạt động lặp lại. 65 BÀI 6: LẮP ĐẶT MẠCH MÁY KHOAN DÙNG CẢM BIẾN QUANG ĐIỆN Giới thiệu: Bài 6 thiết kế mạch điện khí nén và lắp đặt mạch máy khoan dùng cảm biến quang điện. Mục tiêu: - Phân tích các khái niệm và ký hiệu cảm biến quang điện; - Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch máy khoan. - Lắp đặt và vận hành mạch điện- khí nén của mạch máy khoan đúng yêu cầu kỹ thuật. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. - Có ý thức kỹ luật, phát huy tính sáng tạo trong công việc 1. Khái niệm và ký hiệu cảm biến quang điện Cấu trúc: Hình 6.1: Cấu tạo cảm biến quang điện Ký hiệu trên phần mềm festo fluidsim 4.2 2. Yêu cầu công nghệ: Ấn nút duy trì Start, piston A duỗi ra chậm kẹp chi tiết, kẹp chặt chạm công tắc hành trình a1, a1 điều khiển piston B(điều khiển cần khoan) duỗi ra chậm khoan chi tiết, khoan xong công tắc hành trình b1 tác động, b1 điều khiển piston B thụt vào nhanh gặp công tắc hành trình b0 , b0 tác động điều khiển 66 piston A thụt vào nhanh để lấy chi tiết ra. Quá trình lặp cho đến khi mở nút nhấn Start, thì mạch hoạt động hết chu trình thì dừng. Ấn nút Set thì Piston A,B luôn thụt vào bất kỳ ở vị trí nào. Hình 6.2. Máy khoan. 3. Sơ đồ hành trình bước: Sơ đồ hành trình hoạt động: 67 4. Sơ đồ mạch điện – khí nén: 4 2 5 1 3 A+ A- 60% A0 A1 4 2 5 1 3 B+ B- 60% B0 B1 +24V 0V START K A0 K T2 K K T1 B1 A+ B+ B- A- A1 B0 SET SET 1 3 6 8 2 3 6 5. Nguyên lý hoạt động: Cấp nguồn cho mạch, tấng 2 ( T2) có điện, cuộn dây van điện từ A – , B - có điện. Nhấn nút START, K có điện, tiếp điểm thường đóng K mở ra, tầng 2 mất điện và tiếp điểm thường mở K đóng lại để duy trì và cấp điện cho tầng 1. A + có điện, piston A duỗi ra, đến cuối hành trình thì cảm biến A1 tác động cấp điện cho B +, piston B duỗi ra đến cuối hành trình thì tác động vào B1 làm K mất điện các tiếp điểm của K được phục hồi. Tầng 1 mất điện và tầng 2 có điện, cấp điện cho B -, piston B thụt vào, đến cuối hành trình thì cảm biến B0 tác động cấp điện cho A -, piston A thụt vào. Kết thúc một chu trình hoạt động và bắt đầu lặp lại cho đến khi nhấn lại vào nút Start, mạch hoạt động hết chu trình thì dừng. Trong quá trình hoạt động, nếu có sự cố thì ta nhấn SET thì K một bị cắt điện nên tầng 1 mất điện và tầng 2 có điện, piston A,B luôn thụt vào bất kỳ đang ở vị trí nào. 6. Các sai hỏng thường gặp - nguyên nhân và phòng ngừa TT HIỆN TƯỢNG NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC 1 Dây đấu không theo màu xanh, đỏ chạm nhau - Đấu ngắn mạch. Đấu dây không theo quy ước: đỏ nguồn (+), xanh nguồn(-) Đo kiểm, nối lại. - Đấu dây lại theo quy ước. 2 Đầu dây chồng chéo không thẩm mỹ Chọn cỡ dây không phù hợp Chọn lại cỡ dây. 3 Mạch chạy không đúng hành trình Xác định nhầm các đầu dây van điện từ. Kiểm tra xác định lại 68 7. Lắp đặt mạch trên mô hình 7.1. Công tác chuẩn bị: 7.1.1. Nghiên cứu sơ đồ mạch: - Phân tích sơ đồ mạch. - Xác định cách thức lắp đặt mạch. 7.1.2. Thiết bị: Các phần tử điện khí nén: - Van điện từ 5/2 duy trì. - Xy lanh tác động kép. - Công tắc. - Rơ le . - Van tiết lưu một chiều. 7.1.3. Vật tư: - Ống dẫn khí nén. - Dây điện. 7.1.4. Dụng cụ: VOM, tuốt nơ vít. 7.2. Các bước tiến hành: 7.2.1. Lựa chọn, kiểm tra các phần tử: - Nút nhấn: 2 cái. - Rơ le trung gian: 1 cái. - Van điện từ 5/2 : 1 cái. Cách kiểm tra nút nhấn và rơ le trung gian thực hiện như đã học ở môn thực hành trang bị điện. Cách kiểm tra van điện từ: + Dùng VOM để thang đo điện trở- đo cuộn hút của van điện từ. + Cấp điện cho cuộn hút của van và cấp khí cho van để kiểm tra sự điều khiển dòng khí nén của van. 7.2.2. Bố trí thiết bị: Các thiết bị bố trí trên bảng mạch phải đảm bảo chắc chắn, gọn đẹp đồng thời dễ đi dây và sửa chữa. 7.2.3. Lắp đặt mạch: - Lắp mạch động lực. - Lắp mạch điều khiển: 69 + Lắp điểm dây âm trước. + Lắp từ trên xuống, từ trái sang phải. 7.2.4. Kiểm tra mạch: Dùng VOM để kiểm tra mạch điện điều khiển: - Đặt thang đo điện trở x1 ( hoặc x 10) - Đặt 2 đầu VOM vào 2 đầu cấp nguồn của mạch, đo được điện trở A- , Nhấn START, đo được điện trở K. 7.2.5. Vận hành mạch: Cấp nguồn khí nén, điện. - Nhấn START để cho mạch hoạt động. - Nhấn SET nếu mạch gặp sự cố. - Nhấn( Mở) STAR để dùng mạch. CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 6 Thiết kế mạch máy Lắp ráp hoạt động lặp lại. 70 BÀI 7: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN THỦY LỰC Giới thiệu: Bài 7 tìm hiểu phần mềm FluidSim Hydraulics, trình bày cách thiết kế mạch khí nén- điện khí nén Mục tiêu: - Sử dụng được phần mềm FluidSim Hydraulics để thiết kế và mô phỏng các mạch thủy lực cơ bản và nâng cao - Kiểm tra và tối ưu mạch thiết kế - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong thực tập môn học. Nội dung chính: 1. Giới thiệu chức năng phần mềm FluidSim Hydraulics Hình 3.29: Giao diện chính 2. Thư viện ký hiệu Hình 3.30: Các phần tử cung cấp Hình 3.31: Các thiết bị truyền động 71 Hình 3.32: Các thiết bị van điều khiển Hình 3.33: Các thiết bị điều khiển điện Hình 3.34: Các thiết bị cổng logic 3. Thao tác thiết kế Để lấy linh kiện từ bên thư viện vào vùng bản vẽ, các bạn nhấp vào linh kiện cần sử dụng giữ chuột và lôi thả vào vùng bản vẽ, linh kiện sẽ được thả qua đấy. 72 Bằng cách tương tự các bạn lấy các phần tử nguồn, xylanh khí nén và van tiết lưu một chiều, để xoay các phần tử các bạn chọn phần tử đó, click chuột phải chọn lệnh Rotate. Tiếp theo các bạn phải khai báo tín hiệu tác động cho van đảo chiều khí nén, trong bài này mình chọn “van đảo chiều khí nén 3/2, tác động bằng nút nhấn, phục hồi bằng lò xo” theo đó mình sẽ khai báo như 2 hình bên dưới. 73 Sau bước này ta có van đảo chiều hoàn chỉnh 74 Ta được van đảo chiều 3/2 hoàn chỉnh Tiếp đó các bạn tiến hành nối dây khí nén bằng cách click chuột vào các nốt, sau đó rê chuột đến nốt còn lại thả ra và cứ thế nối hết mạch. Các bạn chú ý các ngõ xả khí cũng cần được khai báo dạng đầu giảm chấn như hình dưới. Nối dây khí và khai báo ngõ xả khí 4. Mô phỏng 75 Mạch hoàn chỉnh và mô phỏng CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 3 Câu 1: Thiết kế và mô phong trong phần mềm festo FluidSim Hydraulics. Hãy thiết kế mạch điều khiển thủy lực hoạt động lặp lại theo tuần tự sau: 1. A+ B+ A- B- 2. A+ B- A- B+ 3. A+ B+ B- A- 4. A+ B- B+ A- 76 BÀI 8:LẮP ĐẶT MẠCH THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY Giới thiệu: Bài 8 trình bày nguyên lý và lắp đặt mạch thủy lực điều khiển bằng tay Mục tiêu: - Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch thủy lực điều khiển bằng tay. - Lắp đặt và vận hành mạch thủy lực đúng yêu cầu kỹ thuật. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. - Có ý thức kỹ luật, phát huy tính sáng tạo trong công việc. Nội dung chính: 1. Yêu cầu công nghệ: Khi có tín hiệu tác động bằng tay, xinh lanh A mang đầu dập tịnh tiến đi xuống để dập chi tiết. Xinh lanh A lùi về khi thả tay ra. 2. Sơ đồ hành trình bước: 77 Sơ đồ mạch động lực: Sơ đồ mạch điều khiển: 3. Nguyên lý hoạt động: - Khi tác động bằng tay piston duỗi chậm để dập chi tiết. - Trong quá trình piston duỗi ra để dập, muốn thụt về nhanh thì ta thả tay ra. 4. Các sai hỏng thường gặp - nguyên nhân và phòng ngừa TT HIỆN TƯỢNG NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC 1 Dây đấu không theo màu xanh, đỏ chạm nhau - Đấu ngắn mạch. Đấu dây không theo quy ước: đỏ nguồn (+), xanh nguồn(-) Đo kiểm, nối lại. - Đấu dây lại theo quy ước. 78 2 Đầu dây chồng chéo không thẩm mỹ Chọn cỡ dây không phù hợp Chọn lại cỡ dây. 3 Mạch chạy không đúng hành trình Xác định nhầm các đầu dây van điện từ. Kiểm tra xác định lại 5. Lắp đặt mạch trên mô hình 5.1. Công tác chuẩn bị: 5.1.1. Nghiên cứu sơ đồ mạch: - Phân tích sơ đồ mạch. - Xác định cách thức lắp đặt mạch. 5.1.2. Thiết bị: Các phần tử điện khí nén: - Van điện từ 5/2 không duy trì. - Xy lanh tác động kép. - Công tắc. - Rơ le . - Van tiết lưu một chiều. 5.1.3. Vật tư: - Ống dẫn khí nén. - Dây điện. - Dầu 5.1.4. Dụng cụ: VOM, tuốt nơ vít. 5.2. Các bước tiến hành: 5.2.1.Lựa chọn, kiểm tra các phần tử: - Nút nhấn: 2 cái. - Công tắc hành trình: 1 cái. - Rơ le trung gian: 1 cái. - Xy lanh tác động kép : 1 cái. - Van tiết lưu một chiều : 1 cái. - Van điện từ 5/2 : 1 cái. Cách kiểm tra nút nhấn và rơ le trung gian thực hiện như đã học ở môn thực hành trang bị điện. Cách kiểm tra van điện từ: dùng VOM để thang đo điện trở- đo cuộn hút của van điện từ. 5.2.2. Bố trí thiết bị: Các thiết bị bố trí trên bảng mạch phải đảm bảo chắc chắn, gọn đẹp đồng thời dễ đi dây và sửa chữa. 5.2.3. Lắp đặt mạch: - Lắp mạch động lực. 79 - Lắp mạch điều khiển: 5.2.4. Kiểm tra mạch: Dùng VOM để kiểm tra mạch điện điều khiển: - Đặt thang đo điện trở x1 ( hoặc x 10) - Đặt 2 đầu VOM vào 2 đầu cấp nguồn của mạch. 5.2.5. Vận hành mạch: Cấp nguồn khí nén, điện, dầu - Nhấn Start để cho mạch hoạt động. - Nhấn Stop để dừng mạch khi cần. CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 8 Thiết kế mạch máy Xúc điều khiển bằng hệ thống thủy lực. 80 BÀI 9:LẮP ĐẶT MẠCH THỦY LỰC Giới thiệu: Bài 9 trình bày nguyên lý và lắp đặt mạch thủy lực Mục tiêu: - Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch thủy lực điều khiển một piston. - Lắp đặt và vận hành mạch thủy lực đúng yêu cầu kỹ thuật. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. - Có ý thức kỹ luật, phát huy tính sáng tạo trong công việc Nội dung chính: 1. Yêu cầu công nghệ: Đưa chi tiết cần khoan vào vị trí cần khoan, khi đó ta ấn nút Start PB, đầu khoan tịnh tiến đến và khoan chi tiết. Đạt đến chiều sâu cần thiết (S2) đầu khoan tự động quay về. Trong quá trình khoan nếu xảy ra sự cố ta ấn nút Stop PB đầu khoan tự động lùi về. 2. Sơ đồ hành trình bước: Sơ đồ mạch động lực: 81 + Phương trình điều khiển: + Phương trình tải: Sơ đồ mạch điều khiển: 3. Nguyên lý hoạt động: - Nhấn nút Start xy lanh duỗi ra để dập chi tiết. 82 - Cuối hành trình tác động S2, do lực đàn hồi của lò xo làm vị trí nòng van dịch chuyển về vị trí ban đầu nên piston thụt vào.( piston duỗi ra chậm, thụt vào nhanh nhờ van tiết lưu một chiều). Trong quá trình piston duỗi ra để dập. Muốn dừng ta nhấn Stop thì piston thụt vào ngay. 4. Các sai hỏng thường gặp - nguyên nhân và phòng ngừa TT HIỆN TƯỢNG NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC 1 Dây đấu không theo màu xanh, đỏ chạm nhau - Đấu ngắn mạch. Đấu dây không theo quy ước: đỏ nguồn (+), xanh nguồn(-) Đo kiểm, nối lại. - Đấu dây lại theo quy ước. 2 Đầu dây chồng chéo không thẩm mỹ Chọn cỡ dây không phù hợp Chọn lại cỡ dây. 3 Mạch chạy không đúng hành trình Xác định nhầm các đầu dây van điện từ. Kiểm tra xác định lại 5. Lắp đặt mạch trên mô hình 5.1. Công tác chuẩn bị: 5.1.1. Nghiên cứu sơ đồ mạch: - Phân tích sơ đồ mạch. - Xác định cách thức lắp đặt mạch. 5.1.2. Thiết bị: Các phần tử điện khí nén: - Van điện từ 5/2 không duy trì. - Xy lanh tác động kép. - Công tắc. - Rơ le . - Van tiết lưu một chiều. 5.1.3. Vật tư: - Ống dẫn khí nén. - Dây điện. - Dầu 5.1.4. Dụng cụ: VOM, tuốt nơ vít. 5.2. Các bước tiến hành: 5.2.1. Lựa chọn, kiểm tra các phần tử: - Nút nhấn: 2 cái. - Công tắc hành trình: 1 cái. - Rơ le trung gian: 1 cái. - Xy lanh tác động kép : 1 cái. - Van tiết lưu một chiều : 1 cái. - Van điện từ 5/2 : 1 cái. Cách kiểm tra nút nhấn và rơ le trung gian thực hiện như đã học ở môn thực hành trang bị điện. 83 Cách kiểm tra van điện từ: dùng VOM để thang đo điện trở- đo cuộn hút của van điện từ. 5.2.2. Bố trí thiết bị: Các thiết bị bố trí trên bảng mạch phải đảm bảo chắc chắn, gọn đẹp đồng thời dễ đi dây và sửa chữa. 5.2.3. Lắp đặt mạch: - Lắp mạch động lực. - Lắp mạch điều khiển: 5.2.4. Kiểm tra mạch: Dùng VOM để kiểm tra mạch điện điều khiển: - Đặt thang đo điện trở x1 ( hoặc x 10) - Đặt 2 đầu VOM vào 2 đầu cấp nguồn của mạch. 5.2.5. Vận hành mạch: 84 Cấp nguồn khí nén, điện, dầu - Nhấn Start để cho mạch hoạt động. - Nhấn Stop để dừng mạch khi cần. CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 9 Thiết kế hệ thống cẩu tải trọng nhẹ điều khiển bằng hệ thống thủy lực. 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Phạm Công Ngô, “Lý thuyết điều khiển tự động” Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1996. [2]. Trần Chấn Chỉnh – Lê Thị Minh Nghĩa, “Cơ học chất lỏng kỹ thuật” Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1992. [3]. Nguyễn Ngọc Phương, “Hệ thống điều khiển bằng khí nén” Nhà xuất bản giáo dục, 1999. Nhà xuất bản giáo dục, 1999. [4]. Trần Doãn Đình – Hà Văn Vui –Đỗ Văn Chi, “Truyền dẫn thủy lực trong chế tạo máy” Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1984. [5]. Nguyễn Ngọc Cẩn, “Truyền dẫn dầu ép trong máy cắt kim loại” Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1978. [6]. Ron Tocci, “Digiatal System” Prentice-Hall. [7]. Robert N.Bateson, “Introduction To Control System Technology” Maxwell Macmillan International Editions.