Truyền động thủy lực khí nén Power Hydraulics and Pneumatics TS Ngô Quang Hiếu TS Trần Trung Tính Ngày 27 tháng 12 năm 2013 Mục lục Giới thiệu 1.1 Sơ lược dạng truyền động 1.2 Ưu điểm nhược điểm hệ thống truyền động 1.3 Nguyên lý hệ thống thủy lực 1.3.1 Áp suất áp suất thủy tĩnh 1.3.2 Nguyên lý Pascal 1.3.3 Phương trình dòng chảy liên tục 1.3.4 Phương trình Bernoulli 1.4 Tổn thất hệ thống thủy lực 1.4.1 Tổn thất thể tích 1.4.2 Tổn thất khí 1.4.3 Tổn thất áp suất 1.5 Độ nhớt yêu cầu dầu thủy lực 1.5.1 Định luật Newton 1.5.2 Yêu cầu dầu thủy lực 1.5.3 Cách lựa chọn dầu thủy lực 1.6 Đại lượng vật lý truyền dẫn thủy lực 1.6.1 Áp suất 1.6.2 Lực 1.6.3 Công 1.6.4 Công suất 1.7 Ứng dụng hệ thống truyền dẫn thủy lực Bơm thủy lực 2.1 Phân loại bơm thủy lực 2.2 Đại lượng đặc trưng 2.3 Bơm dùng hệ thống thủy lực 2.3.1 Bơm piston 2.3.2 Bơm bánh 2.3.3 Bơm cánh gạt thủy lực 2 6 7 9 9 10 11 12 12 12 13 13 13 13 17 17 19 20 20 23 23 MỤC LỤC 2.3.4 ii Bơm trục vít 26 Van thủy lực 3.1 Van điều khiển hướng chuyển động chất lỏng 3.1.1 Van chiều 3.1.2 Van đảo chiều (van phân phối) 3.2 Van điều khiển áp suất 3.2.1 Van an toàn 3.2.2 Van cân - Counterbalance valve 3.2.3 Van 3.2.4 Van giảm áp 3.3 Van điều chỉnh lưu lượng 3.3.1 Van tiết lưu 3.3.2 Van ổn định vận tốc 28 28 28 29 34 34 34 36 36 37 37 38 Cơ cấp chấp hành thủy lực 4.1 Xy lanh thủy lực 4.1.1 Cấu tạo xy lanh thủy lực 4.1.2 Phân loại xy lanh thủy lực 4.1.3 Cách lắp ghép xy lanh thủy lực 4.1.4 Tính toán xy lanh thủy lực 4.1.5 Kiểm tra bền cần piston (trạng thái uốn dọc) 4.1.6 Điều kiện làm việc xy lanh thủy lực 4.1.7 Bảo quản vận hành xy lanh thủy lực 4.2 Động thủy lực 4.2.1 Động dầu bán quay 4.2.2 Động dầu 4.2.3 Công thức tính toán động 39 39 39 41 43 44 44 46 46 48 48 49 51 52 52 52 54 54 54 55 56 56 56 56 Thiết bị phụ 5.1 Thùng dầu 5.2 Bộ lọc dầu 5.3 Thiết bị làm mát 5.4 Ống dẫn, đầu nối 5.4.1 Ống dẫn 5.4.2 Đầu nối 5.5 Ắc quy thủy lực 5.5.1 Bình ắc quy trọng lực 5.5.2 Bình ắc quy chứa lò xo 5.5.3 Bình ắc quy thủy khí MỤC LỤC iii Mạch thủy lực thông thường 6.1 Mạch điều khiển áp suất 6.1.1 Mạch thủy lực với van tràn trực tiếp 6.1.2 Mạch thủy lực với van tràn trực tiếp 6.1.3 Mạch thủy lực với van tràn gián tiếp (unloading van) 6.1.4 Mạch 6.1.5 Mạch hãm cân 6.2 Mạch điều khiển lưu lượng 6.2.1 Mạch điều khiển lưu lượng vào 6.2.2 Mạch điều khiển lưu lượng 6.2.3 Mạch vi sai 6.2.4 Mạch thay đổi vận tốc 6.3 Mạch điều khiển trực tiếp 6.3.1 Mạch sử dụng công tắc hành trình chuyển động van điện từ 6.3.2 Mạch sử dụng nhiều van điều khiển nối với 6.4 Mạch thủy lực ứng dụng 6.4.1 Máy ép thủy lực 6.4.2 Ngàm kẹp thủy lực Đại 7.1 7.2 7.3 7.4 cương khí nén Giới thiệu kỹ thuật khí nén Đặc điểm không khí Đặc điểm truyền động khí nén Cấu trúc hệ thống truyền động khí nén Cung cấp xử lý khí nén 8.1 Máy nén khí 8.1.1 Máy nén khí thể tích 8.1.2 Máy nén khí kiểu root 8.1.3 Máy nén khí kiểu tuabin 8.2 Bộ lọc 8.3 Bộ điều chỉnh áp suất 8.3.1 Bộ điều chỉnh áp suất lỗ thoát 8.3.2 Bộ điều chỉnh áp suất có lỗ thoát 8.4 Thiết bị bôi trơn 8.5 Nhóm thiết bị điều hòa 8.6 Hệ thống xử lý khí nén công nghiệp 8.6.1 Bình ngưng tụ - Làm lạnh khí nén (bằng nước) 8.6.2 Sấy khô chất làm lạnh không khí 58 58 58 59 59 59 60 60 60 61 62 62 63 63 63 67 67 67 68 68 69 71 72 73 73 73 75 75 76 77 77 78 78 79 79 80 80 MỤC LỤC 8.7 8.8 iv 8.6.3 Sấy khô hấp thụ Hệ thống thiết bị phân phối khí nén Ký hiệu sử dụng thiết bị khí nén 8.8.1 Biểu diễn đường dẫn ký tự 8.8.2 Biểu diễn số 8.8.3 Nguyên tắc trình bày sơ đồ mạch khí nén Phần tử xử lý 9.1 Van điều chỉnh áp suất 9.1.1 Van an toàn 9.2 Van chiều 9.3 Van điều chỉnh lưu lượng (Van 9.4 Van logic 9.4.1 Van logic AND 9.4.2 Van logic OR 9.4.3 Van xả khí nhanh 9.4.4 Van định thời 9.4.5 Van áp suất tiết lưu) 10 Phần tử điều khiển 10.1 Van phân phối (Van đảo chiều) 10.2 Ký hiệu vị trí cửa van phân phối 10.3 Phương pháp điều khiển van phân phối 10.4 Van đảo chiều thông dụng 11 Cơ cấu tác động 11.1 Xy lanh khí nén 11.1.1 Phân loại xy lanh khí nén 11.1.2 Phương pháp cố định xy lanh (xem mục 4.1.3) 11.1.3 Tính toán xy lanh 11.1.4 Tính toán kiểm tra bền cần piston (xem mục 11.1.5 Độ dài hành trình 11.1.6 Tốc độ piston 11.1.7 Sự tiêu thụ không khí 11.2 Động khí nén 11.3 Van chân không 80 81 82 82 82 82 85 85 85 85 85 87 87 87 88 88 89 90 90 91 91 93 4.1.5) 96 96 96 96 96 97 97 97 97 98 99 12 Mạch khí nén 101 12.1 Điều khiển trực tiếp 101 12.2 Điều khiển gián tiếp 102 12.3 Mạch khí nén sử dụng van logic OR 102 MỤC LỤC 12.4 12.5 12.6 12.7 Mạch Mạch Mạch Mạch v khí khí khí khí nén nén nén nén dùng dùng dùng dùng van xả khí nhanh van logic AND van 5/2 công tắc hành trình 13 Thiết kế mạch khí nén hoạt động tự động 13.1 Phương pháp thiết kế mạch khí nén hoạt động tự động 13.2 Giản đồ hoạt động 13.3 Phương pháp biểu diễn trình tự làm việc theo Grafcet 13.4 Phương pháp thiết kế mạch theo module (mạch đếm bước) 13.5 Phương pháp thiết kế mạch biểu đồ Karnaugh 13.5.1 Các khái niệm đại số Boolean 13.5.2 Cấu trúc bảng chân trị cách sử dụng 13.5.3 Bảng chân trị phần tử logic khí nén 13.5.4 Biểu đồ Karnaugh 103 103 104 104 105 105 106 107 108 109 110 110 111 111 Danh sách hình vẽ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 Thủy tĩnh thủy động học Nguyên lý truyền dẫn thủy lực Phương trình Bernoulli Tổn thất mạch thủy lực Hệ thống cân xe Hệ thống thắng trợ lực ABS Máy xúc thủy lực Máy gặt đập liên hợp 10 14 15 16 16 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 Phân loại bơm thủy lực Bơm ly tâm Bơm hướng trục Bơm piston thông thường Bơm piston hướng tâm Bơm piston hướng trục Điều chỉnh lưu lượng bơm piston hướng trục Cấu tạo bơm bánh Bơm bánh ăn khớp Bơm bánh ăn khớp Bơm cánh gạt điều chỉnh lưu lượng Kết cấu bơm cánh gạt điều chỉnh lưu lượng Bơm cánh gạt kép Kết cấu bơm cánh gạt Bơm trục vít Kết cấu bơm trục vít 17 18 18 21 21 22 22 23 24 24 24 25 25 25 26 27 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Ký hiệu van chiều Cấu tạo van chiều tải lò xo Tổn thất áp suất van chiều Dòng chảy bị ngăn từ B đến A Dòng chảy từ A đến B 29 30 30 30 30 DANH SÁCH HÌNH VẼ vii 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 Dòng chảy từ B đến A có tín hiệu điều khiển Mạch thủy lực sử dụng van chiều có điều khiển Cấu tạo van đảo chiều Các phương pháp tác động vào van đảo chiều Van đảo chiều cửa, vị trí Van đảo chiều cửa, vị trí Van đảo chiều cửa, vị trí Van đảo chiều cửa, vị trí Van an toàn điều khiển trực tiếp Van an toàn điều khiển gián tiếp Van an toàn kiểu nắp đậy Van an toàn kiểu vi sai Van cân thông thường Van cân có điều khiển Mạch thủy lực sử dụng van Van giảm áp Van ổn định vận tốc (giảm tốc) 31 31 31 32 32 32 33 33 35 35 35 35 36 36 37 37 38 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 Cấu tạo xy lanh thủy lực Xy lanh tác động đơn Xy lanh tác động kép Xy lanh nhiều tầng Xy lanh tác động hai phía Xy lanh quay (cơ cấu - bánh răng) Lắp xy lanh cố định Lắp xy lanh có chuyển động Bảng tra thông số xy lanh Chiều dài tương đương theo phương pháp cố định xy lanh Động cánh gạt đơn Động cánh gạt kép Động bán quay kiểu - bánh Động bánh Động cánh gạt Động dầu piston hướng kính Động dầu piston hướng trục Động dầu piston hướng trục thay đổi lưu lượng riêng 40 41 42 42 42 43 43 43 45 46 48 48 48 49 49 50 50 50 5.1 5.2 5.3 5.4 Thùng dầu thủy lực Các loại lọc dầu Các loại lọc dầu Ống dẫn thủy lực 53 53 54 55 DANH SÁCH HÌNH VẼ viii 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 Đầu nối ống thủy lực Cách lắp ống dẫn mềm Ắc quy trọng lực Ắc quy lò xo Ắc quy thủy khí Ắc quy thủy khí vào đầu nối 55 55 56 57 57 57 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11 6.12 6.13 6.14 Mạch thủy lực điều khiển tay với van tràn trực tiếp Mạch thủy lực với van tràn trực tiếp Mạch thủy lực với van tràn gián tiếp Mạch thủy lực Mạch hãm cân Mạch điều khiển lưu lượng Mạch vi sai Mạch thay đổi vận tốc Mạch điều khiển trực tiếp công tắc hành trình Mạch nối song song Mạch riêng lẻ Mạch nối tiếp Mạch máy ép thủy lực Ngàm kẹp thủy lực 58 59 60 60 61 61 62 62 63 64 65 66 67 67 7.1 7.2 7.3 Thành phần không khí 70 Áp suất tuyệt đối áp suất dư (áp suất tương đối) 71 Cấu trúc hệ thống truyền động khí nén 72 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 8.11 8.12 8.13 8.14 Máy nén khí kiểu piston Máy nén khí kiểu piston ba cấp Máy nén khí kiểu màng Máy nén khí kiểu cánh gạt Máy nén khí kiểu root Máy nén khí kiểu tuabin Bộ lọc khí Bộ điều chỉnh áp suất khí lỗ thoát Bộ điều chỉnh áp suất khí có lỗ thoát Thiết bị bôi trơn Nhóm thiết bị điều hòa Thiết bị sấy khô khí nén chất làm lạnh Sấy khô khí nén hấp thụ Hệ thống thiết bị phân phối khí nén 73 74 75 75 76 76 76 77 78 79 79 80 81 81 DANH SÁCH HÌNH VẼ ix 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 Van khí nén chiều Ký hiệu van chiều Van tiết lưu Ký hiệu van tiết lưu Van logic AND Van logic OR Van xả khí nhanh Van định thời Van áp suất 86 86 86 86 87 87 88 88 89 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 Van phân phối Mô tả vị trí cửa van phân phối Tác động vào van phân phối Van phân phối 3/2, tác động nút nhấn Van phân phối 3/2, tác động khí Van phân phối 3/2, tác động lăn Van phân phối 4/2, tác động nút nhấn Van phân phối 4/3, tác động cần gạt có chốt định vị Van phân phối 5/2, tác động hỗn hợp khí nút nhấn 90 91 92 93 93 94 94 94 95 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 Động khí nén kiểu cánh gạt Động khí nén kiểu ly tâm tuabin Một số động khí nén thị trường Cấu tạo ký hiệu van chân không Van chân không Thiết bị nâng kiếng sử dụng van chân không 98 98 99 99 99 100 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 Điều khiển trực tiếp xy lanh đơn Điều khiển gián tiếp xy lanh đơn Mạch khí nén sử dụng van OR Mạch khí nén sử dụng van xả khí nhanh Mạch khí nén sử dụng van xả khí nhanh Mạch khí nén sử dụng van 5/2 Mạch khí nén sử dụng công tắc hành trình 101 102 102 103 103 104 104 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 Bộ thiết bị cho thiết kế mạch khí nén tư động Module khí nén Mạch khí nén với module Mạch khí nén theo chu trình A+, B+, B-, A- Các định lý boolean (đầy đủ) Phần tử OR) Phần tử AND 107 109 109 110 111 112 112 11.3 Van chân không 100 Hình 11.6: Thiết bị nâng kiếng sử dụng van chân không Tại phần cuối ống Ventury chân không tạo thành Như cửa nối U tạo chân không Cửa U nối với đĩa hút đĩa dạng tròn làm vật liệu tổng hợp cao su Áp suất chân không cửa U đạt đến 0,7 bar phụ thuộc vào áp suất p dòng khí nén Lực hút chân không thông thường đạt đến 200N, phụ thuộc vào đường kính D đĩa hút áp suất chân không tạo cửa U πD2 ∆p, F = (11.7) đó, F lực hút chân không (N), D đường kính đĩa hút (m), ∆p = pa − pu với pa áp suất không khí điều kiện tiêu chuẩn (N/m2 ), pu áp suất chân không cửa U (N/m2 ) Thông thường thực tế, lực hút F van chân không phụ thuộc vào yếu tố chất lượng bề mặt chi tiết hút, biến dạng trọng lượng chi tiết hút, ảnh hưởng lực tác dụng nằm ngang Chương 12 Mạch khí nén 12.1 Điều khiển trực tiếp Hình 12.1: Điều khiển trực tiếp xy lanh đơn 12.2 Điều khiển gián tiếp 12.2 Điều khiển gián tiếp Hình 12.2: Điều khiển gián tiếp xy lanh đơn 12.3 Mạch khí nén sử dụng van logic OR Hình 12.3: Mạch khí nén sử dụng van OR 102 12.4 Mạch khí nén dùng van xả khí nhanh 12.4 Mạch khí nén dùng van xả khí nhanh Hình 12.4: Mạch khí nén sử dụng van xả khí nhanh 12.5 103 Mạch khí nén dùng van logic AND Hình 12.5: Mạch khí nén sử dụng van xả khí nhanh 12.6 Mạch khí nén dùng van 5/2 12.6 104 Mạch khí nén dùng van 5/2 Hình 12.6: Mạch khí nén sử dụng van 5/2 12.7 Mạch khí nén dùng công tắc hành trình Hình 12.7: Mạch khí nén sử dụng công tắc hành trình Chương 13 Thiết kế mạch khí nén hoạt động tự động 13.1 Phương pháp thiết kế mạch khí nén hoạt động tự động Kỹ thuật thiết kế mạch trình tự không đồng cho hệ thống điều khiển tự động phát triển 30 năm qua Có thời gian mạch lắp ghép lại với trực giác mà không ứng dụng phương pháp thiết kế logic xác Phương pháp dựa sở mày mò rút kinh nghiệm phương tiện phục vụ công việc thiết kế sử dụng biểu đồ thời gian, giản đồ nguyên lý, Hiện để thiết kế mạch khí nén tự động có nhiều phương pháp phạm vi giáo trình nghiên cứu hai phương pháp chính: phương pháp Karnaugh phương pháp Grafcet Cả hai phương pháp thiết kế chứng thực hoàn thiện; nhiều mạch điều khiển dựa sở phương pháp ứng dụng nhiều máy móc khắp giới Cũng cần ý hai phương pháp sử dụng để lập trình cho điều khiển logic khả lập trình (PLC), đặc biệt phương pháp Grafcet đơn giản thích hợp để lập trình điều khiển điện tử để áp dụng cho việc điều khiển máy theo trình tự Để dễ dàng việc nghiên cứu, xây dựng mạch khí nén tự động ta ký hiệu đơn giản phần tử sau: 13.2 Giản đồ hoạt động A, B, C, A+: A-: a0: a1: 13.2 106 ký hiệu tên gọi xy lanh xylanh A thực hành trình duỗi xylanh A thực hành trình co lại công tắc hành trình xác định trạng thái co (ban đầu) xylanh A công tắc hành trình xác định trạng thái duỗi (công tác) xylanh A Giản đồ hoạt động Giản đồ biểu diễn đồ thị cách đơn giản, hiệu dễ hiểu trình tự dịch chuyển (các bước trình tự) tuyến tính cấu dẫn động khí nén Người kỹ sư thiết kế xác định trình tự dịch chuyển vẽ giản đồ hoạt động tương xứng, thiết lập liên lạc và tảng cấu tạo cho tất nhóm thiết bị liên quan với thiết kế, để đưa vào vận hành toàn hệ thống điều khiển Những nguyên tắc sau phải tuân theo xếp giản đồ hoạt động: Những yêu cầu bước dịch chuyển biểu diễn đường kẻ thẳng đứng (“đường kẻ thời gian”) Hướng tỉ lệ tốc độ chuyển động cấu thể đường kẻ nghiêng Các bước trình tự đánh số phía vạch kẻ thời gian Sự bắt đầu chu kỳ trễ đánh dấu chữ T, chiều dài hành trình tốc độ hành trình xem nhau, từ chỗ đại lượng không liên quan đến trình tự làm việc hệ thống Những đường kẻ nằm ngang biểu thị giới hạn hành trình đánh dấu theo tên van cảm biến vị trí (các van giới hạn), định vị cuối hành trình cấu dẫn động Việc đánh dấu mạch tín hiệu điều khiển dựa sở hệ thống số nhị phân, cách cấu dẫn động duỗi biểu thị số nhị phân hành trình co vào đánh dấu số nhị phân Ví dụ, tín hiệu điều khiển A+ làm cho cấu dẫn động duỗi Van giới hạn a1 xác nhận duỗi cấu Tín hiệu điều khiển A- làm cho cấu dẫn động co vào, van giới hạn a0 (tín hiệu phản hồi) xác nhận hoàn tất trình dịch chuyển co vào cấu Bên giản đồ “khoá giải mã” Khoá giải mã gồm thông tin quan trọng trở thành tảng cho việc thiết kế mạch Khoá giải mã trình bày van giới hạn tác động bước trình tự riêng biệt suốt chu kỳ làm việc Khoá giải mã sử dụng để ghi chép tín hiệu xác nhận yếu kết hợp tín hiệu, mà tín hiệu can thiết để khởi bước trình tự 13.3 Phương pháp biểu diễn trình tự làm việc theo Grafcet 107 Hình 13.1: Bộ thiết bị cho thiết kế mạch khí nén tư động 13.3 Phương pháp biểu diễn trình tự làm việc theo Grafcet Grafcet công cụ mô tả chu trình làm việc liên tiếp giai đoạn chuyển tiêu chuẩn quốc tế (Giai đoạn trạng thái làm việc hệ thống, chuyển tiếp điều kiện để chuyển từ giai đoạn thứ n sang giai đoạn thứ n+1) Những qui ước mô tả theo Grafcet • Mỗi giai đoạn (trạng thái) biểu diễn ô vuông, riêng trạng thái biểu diễn ô vuông kép • Tại trạng thái xuất hay nhiều tín hiệu điều khiển • Giữa trạng thái đường chuyển tiếp Đường vuông góc với đường chuyển tiếp điều kiện chuyển tiếp • Có nối tiếp trạng thái thứ n đến chuyển tiếp (có điều kiện chuyển tiếp) đến trạng thái thứ n+1 Ví dụ mô tả theo Grafcet: Một chu trình làm việc thiết bị dập tôn gồm có hai nhát dập sau: Xylanh B thực công việc kẹp tôn nhờ vào 13.4 Phương pháp thiết kế mạch theo module (mạch đếm bước) 108 hai công tắc hành trình b0, b1 Xylanh A thực công việc dập tôn nhờ vào ba công tắc hành trình a0, a1, a2 Chu trình làm việc sau: Có giai Kẹp tôn B+ Dập lần A+ Xylanh A lên ADập lần A+ Xylanh A lên ATháo kẹp Bđoạn làm việc, sơ đồ Grafcet có ô ô ban đầu Sơ đồ sau: 13.4 Phương pháp thiết kế mạch theo module (mạch đếm bước) Phương pháp biểu diễn Grafcet làm sở cho việc thiết kế module khí nén Mỗi module thực công việc cụ thể xác định sơ dồ Grafcet Mạch theo kết cấu module bao gồm chuỗi khối hay module mạch kết lại mà bước trình tự phân bố thành module Tính đơn giản kết cấu xuất phát từ cấu trúc theo module kết hợp module lại thành chuỗi theo trình tự Mỗi module tạo thành từ van “MEMORY” (van “nhớ”) van logic “AND” chuyển mạch trước Mỗi module phải thực ba chức sau: • Cung cấp cho van công suất (van phân phối điều khiển cấu dẫn động) tín hiệu lệnh để duỗi lùi cấu dẫn động • Thiết đặt lại van nhớ module trình tự trước (Reset) • Cung cấp tín hiệu chuẩn bị cho module trình tự (ngõ vào van AND) Trong hình 13.2, (1) tín hiệu chuẩn bị từ module trước, (2) tín hiệu báo chuyển trạng thái từ bước thứ tự trước, (3) tín hiệu chuyển mạch van công suất, (4) tín hiệu thiết đặt lai module trước (RESET), (5) tín hiệu chuẩn bị đến module sau, (6) tín hiệu thiết đặt lai cho module sau Khi chương trình hoạt động hoàn thành, module cuối chuỗi mạch trì cố định module thiết đặt lại nó, sau tác động vào tín hiệu khởi động Tín hiệu chuẩn bị cho chức “AND” module đưa vào thông qua van khởi động (hình 13.3) Hay nói cách 13.5 Phương pháp thiết kế mạch biểu đồ Karnaugh 109 Hình 13.2: Module khí nén Hình 13.3: Mạch khí nén với module khác, người ta đặt van khởi động vào đường dẫn tín hiệu xác nhận trước đến van “AND” module Do đó, van “START” làm gián đoạn chu kỳ làm việc liên tục chu kỳ bắt đầu lệnh “START” tác động Hình 13.4 biểu diễn mạch khí nén với module cho chu trình A+, B+, B-, A- 13.5 Phương pháp thiết kế mạch biểu đồ Karnaugh Khi tín hiệu ngõ mạch phụ thuộc vào trạng thái tức thời tín hiệu ngõ nhập, trì hoãn thời gian việc ghi nhớ tín hiệu không xem xét việc sử dụng biểu đồ Karnaugh làm cho việc thiết kế mạch tổ hợp tương đối đơn giản Các công cụ dùng để thiết kế mạch tổ hợp bao gồm: i) Đại số Boolean; ii) Bảng chân trị (bảng giá trị chân lý); iii) Biểu đồ Karnaugh 13.5 Phương pháp thiết kế mạch biểu đồ Karnaugh 110 Hình 13.4: Mạch khí nén theo chu trình A+, B+, B-, A- 13.5.1 Các khái niệm đại số Boolean Các định đề Boolean ¯0=1 0•0 = 0•1 = 1•0 = 1•1 = 0 ¯1=0 0+0 0+1 1+0 1+1 = = = = 1 Các định lý boolean X•0 = X+0 = X X•1 = X X+1 = X•X = X X+X = X ¯ = X+X ¯ =1 X•X 13.5.2 Cấu trúc bảng chân trị cách sử dụng Bảng chân trị công cụ giúp cho việc xác định giá trị hàm logic ngõ nhiều cổng logic (AND, OR, NOT) dựa vào giá trị 13.5 Phương pháp thiết kế mạch biểu đồ Karnaugh 111 Hình 13.5: Các định lý boolean (đầy đủ) tín hiệu nhập Một bảng chân trị bao gồm cột hàng, Chúng ký hiệu mẫu tự, cột cuối bên phải tín hiệu kết (giá trị hàm logic) ngõ Số hàng (K) số tổ hợp nhị phân có tín hiệu nhập (n) Số hàng xác định theo công thức: K = 2n Ví dụ: hàm logic có tín hiệu nhập bảng chân trị có cột, hàng (23 ) Mỗi tín hiệu nhập hệ thống nhị phân nhận hai giá trị phân biệt, trạng thái ON trạng thái OFF Một nút nhấn hay van điều khiển lăn chịu tác động tức thời vào vị trí làm thay đổi trạng thái ON OFF gọi có đặc tính chuyển mạch nhị phân 13.5.3 Bảng chân trị phần tử logic khí nén 13.5.4 Biểu đồ Karnaugh Biểu đồ Karnaugh công cụ đơn giản nhanh để tối giản (rút gọn) phương trình chuyển mạch logic Biểu đồ dạng đồ họa bảng chân trị Mỗi ô biểu đồ biểu diễn cho hàng bảng chân 13.5 Phương pháp thiết kế mạch biểu đồ Karnaugh 112 Hình 13.6: Phần tử OR) Hình 13.7: Phần tử AND Hình 13.8: Phần tử YES Hình 13.9: Phần tử NOT trị tương đương với tổ hợp nhị phân liên kết biến hàm AND (phép toán logic AND) Do ô biểu diễn cho hàng bảng chân trị nên số ô biểu đồ xác định công thức: K = 2n , nghĩa số ô với số hàng Khi biểu đồ Karnaugh dùng để tối giản phương trình chuyển mạch, tổ hợp logic tương ứng với ô chọn theo mã GRAY Khi di chuyển từ ô đến ô kế cận tổ hợp biến ô thay đổi biến (từ mức logic thành mức logic 13.5 Phương pháp thiết kế mạch biểu đồ Karnaugh 113 Hình 13.10: Phần tử MEMORY hay ngược lại) Việc thiết lập biểu đồ trình bày thông qua ví dụ sau Ví dụ 13.1 Thiết kế mạch điều khiển hai xy lanh làm việc theo trình tự sau: A+, B+, A-, B- (hình vuông) a Mô hình làm việc hệ thống b Thiết lập bảng Karnaugh hệ Hình 13.11: Chu trình làm việc thống Hệ thống có hai xy lanh, xy lanh có hai trạng thái (A: a0, a1; B: b0, b1) Do có hai biến logic, bảng Karnaugh có ô: c Xác định hàm điều kiện (với ϕ giá trị tuỳ định) d Mạch khí nén Ví dụ 13.2 Thiết kế mạch điều khiển hai xy lanh làm việc theo trình tự sau: A+, B+, B-, A- (chữ L) a Mô hình làm việc hệ thống Khi thay đổi trạng thái từ B+ sang B- bị chồng lắp tín hiệu nên phải sử dụng biến nhớ Khi trình tự làm việc sau: A+, B+, X+, B-, A-, X- 13.5 Phương pháp thiết kế mạch biểu đồ Karnaugh 114 Hình 13.12: Bảng Karnaugh hệ thống Hình 13.13: Hàm điều kiện xy lanh b Thiết lập bảng Karnaugh hệ thống Có hai xy lanh, xy lanh có hai trạng thái trạng thái nhớ A: a0, a1 B: b0, b1 X: x0, x1 Có ba biến logic nên bảng Karnaugh có ô c Xác định hàm điều kiện (là giá trị tuỳ định) d Mạch khí nén Ví dụ 13.3 Thiết kế mạch điều khiển hai xy lanh làm việc theo trình tự sau: A+, A-, B+, A+, A-, B-(chữ U) a Mô hình làm việc hệ thống b Thiết lập bảng Karnaugh hệ thống Có hai xy lanh, xy lanh có hai trạng thái trạng thái nhớ, trạng thái hoạt động sau A+, X+, A-, B+, A+, X-, A-, B- A: a0, a1 B: b0, b1 X: x0, x1 Có ba biến logic bảng Karnaugh có ô c Xác định hàm điều kiện (là giá trị tuỳ định) d Mạch khí nén [...]... các dạng truyền động Sự phát triển của công nghiệp đặt ra nhu cầu phải tải năng lượng trên những quãng đường lớn, từ nguồn sản xuất đến nơi tiêu thụ Tuỳ theo công suất và khoảng cách vận chuyển, người ta có thể áp dụng các loại truyền động khác nhau Trong thực tế có 3 dạng truyền động phổ biến là truyền động điện, truyền động cơ khí và truyền động thuỷ lực • Truyền động cơ khí Truyền động cơ khí là phương... hệ thống thủy lực 1.3 1.3.1 6 Nguyên lý cơ bản của hệ thống thủy lực Áp suất và áp suất thủy tĩnh Thủy lực là ngành khoa học về lực và mô men được truyền bằng chất lỏng Thủy lực thuộc về cơ học chất lỏng Một sự khác biệt giữa thủy tĩnh và thủy động học là hiệu ứng động học gây ra bởi áp suất và tiết diện đối với hiệu ứng gây ra bởi khối lượng và gia tốc khối lưu chất Chất lỏng có đặc tính là nén lên... thống truyền động thủy lực 4 • Moment tạo ra bởi cơ cấu chấp hành thủy lực (động cơ và xy lanh thủy lực) thì tỉ lệ với độ chênh lệch áp suất và chỉ bị giới hạn bởi van an toàn Vì vậy cơ cấu chấp hành thủy lực có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao Đặc điểm này thể hiện sự nổi trội của hệ thống thủy lực khi so sánh với đặc tính của động cơ điện Moment tạo ra bởi động. .. dụng hệ thống truyền dẫn thủy lực Hình 1.6: Hệ thống thắng trợ lực ABS 15 1.7 Ứng dụng hệ thống truyền dẫn thủy lực Hình 1.7: Máy xúc thủy lực Hình 1.8: Máy gặt đập liên hợp 16 Chương 2 Bơm thủy lực Bơm thủy lực: là một thiết bị biến đổi năng lượng, dùng để biến cơ năng thành năng lượng của dầu thủy lực Thông số cơ bản của bơm là lưu lượng Q và áp suất P 2.1 Phân loại bơm thủy lực Bơm thủy lực được phân... thủy lực 3 – Động cơ điện (cơ cấu chấp hành) làm nhiệm vụ chuyển đổi từ điện năng sang cơ năng – Các khâu trung gian như dây nối, công tắc, bộ đáp ứng, cơ cấu phân phối, cơ cấu an toàn và các thiết bị kiểm tra, • Truyền động thủy lực Truyền động thủy lực là phương pháp truyền động mà trong đó cơ năng được truyền đi thông qua môi chất là chất lỏng Các bộ phận chính của một hệ truyền động thủy lực gồm... Nm/s 1.7 Ứng dụng hệ thống truyền dẫn thủy lực Hiện nay, truyền động thuỷ lực đang được sử dụng rất phổ biến trên các loại ô tô, máy kéo và thiết bị cơ khí: Hệ thống lái cơ học trợ lực thuỷ lực: Trong hệ thống này, lực đòi hỏi ở người điều khiển khi tác dụng vào vô lăng là đủ cho lực bánh lái mở các van thuỷ lực để điều khiển các mạch thuỷ lực hoạt động tác động vào cơ cấu chấp hành giúp xe chuyển hướng... của bơm và động cơ thủy lực, có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong trường hợp cơ khí hay điện • Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn • Dễ quan sát và theo dõi bằng áp kế 1.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền động thủy lực 5 Mặc dù truyền động thủy lực mang lại rất nhiều thuận lợi, nhưng những khó khăn sau làm cho việc ứng dụng chúng bị giới hạn • Nguồn thủy lực thì... • Truyền động điện Truyền động điện là phương pháp truyền động mà trong đó cơ năng và điện năng được biến đổi qua lại với nhau Đặc điểm của truyền động điện là cho phép truyền công suất ở khoảng cách xa, điều chỉnh vận tốc với độ chính xác cao Các bộ phận của truyền động điện bao gồm: – Máy phát điện làm nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành điện năng 1.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền động thủy. .. lại, với những ưu điểm của mình, truyền động thủy lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống máy phục vụ cho mỗi lĩnh vực sản xuất Có nhiều vị trí truyền động phức tạp mà các hệ thống truyền động cơ học không thể đáp ứng được như truyền động trên các máy xúc, ủi và các máy công trình khác Truyền động thủy lực đã mang lại nguồn lợi rất lớn cho các hoạt động sản xuất của con người Hình 1.5:... bản trong truyền dẫn thủy lực 12 – Tuyệt đối không dùng lẫn các loại dầu khác nhau – Không để dầu làm việc ở nhiệt độ quá giới hạn cho phép 1.5.3 Cách lựa chọn dầu thủy lực Thông thường, dầu thủy lực được lựa chọn trên hai yếu tố chính: các yêu cầu của bộ phận thủy lực sử dụng trong hệ thống truyền động thủy lực và thời tiết nơi thiết bị sử dụng Độ nhớt: Sau khi chọn chủng loại dầu thủy lực phù hợp,