Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

Lời mở đầu
Nền sản xuất của thế giới trong những năm gần đây đợc đặc trng
bởi cờng độ cao của các quá trình sản xuất vật chất. Chất lợng và hiệu
quả của các quá trình sản xuất phụ thuộc vào rất nhiều trình độ của các
ngành công nghiệp chế tạo máy. Một nền chế tạo máy tiên tiến sẽ đảm
bảo cho các ngành kinh tế các loại thiết bị có năng suất cao với chất lợng hoàn hảo. Để thực hiện tốt các nhiệm vụ của mình, công nghiệp
chế tạo máy cần không ngừng hoàn thiện và nâng cao trình độ kĩ thuật
của các quá trình sản xuất.
Việc ứng dụng thành công các thành tựu của lý thuyết điều khiển
tối u, công nghệ thông tin, công nghệ máy tính, công nghệ điện tử và
các lĩnh vực khoa học kĩ thuật khác trong những năm gần đây đã dẫn
đến sự ra đời và phát triển thiết bị điều khiển logic khả lập trình (PLC).
Cũng từ đây đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực kĩ thuật điều
khiển.
Ngày nay, ai cũng biết rõ rằng công nghệ PLC đóng vai trò quan
trọng trong năng lợng cơ và làm bộ não cho các bộ phận cần tự động
hóa và cơ giới hóa. Do đó điều khiển khả lập trình PLC rất cần thiết đối
với các kĩ s cơ khí, điện, điện tử. Từ đó giúp họ nắm đợc phạm vi ứng
dụng rộng rãi và kiến thức về PLC cũng nh cách sử dụng thông thờng.
Trong thời gian làm đồ án môn học tự động hóa quá trình công
nghệ, em nghiên cứu đề tài: ứng dụng PLC trong việc điều khiển tự
động cho máy xấn tôn tại nhà máy khóa Minh Khai . Đây là một đề
tài không mới nhng nó rất phù hợp với tình hình thực tế hiện nay, càng
đi sâu nghiên cứu càng thấy nó hấp dẫn và thấy đợc vai trò của nó trong
điều khiển tự động.
Tuy nghiên trong quá trình thực hiện đồ án, trình độ hiểu biết của
em còn hạn chế nên nội dung đồ án không tránh khỏi những sai xót. Vì
vậy, em rất mong nhận đợc sự chỉ bảo góp ý của thầy cô và mọi ngời

quan tâm đến vấn đề này để đồ án của em đợc hoàn thiện hơn. Em xin
chân thành cảm ơn thầyđã trực tiếp hớng dẫn tận tình và các thầy
cô trong khoa đã giúp đỡ và tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án này!

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

1


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.
I. Giới thiệu chung về điều khiển lập logic khả lập
trình(PLC)
1.1. Khái niệm về PLC
PLC là chữ viết tắt từ : Programmable Logic controller
Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa Kỳ( NEMA National
Electrical Manufactures Association) thì PLC là một thiết bị điều khiển mà
đợc trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm sung và
cho phép điều khiển nhiều loại máy móc các bộ xử lý. Các chức năng đó đợc
đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chơng trình. Nói một cách ngắn
gọn, PLC là một máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình.
1.2. Điểm mạnh và điểm yếu của PLC.
a, Điểm mạnh của PLC
Từ thực tế sử dụng ngời ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh nh sau:
- PLC dễ dàng tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chơng trình.
- Chơng trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chơng trình tác động
đến bên trong bộ PLC cụ thể đợc ngời lập trình thay đổi dễ dàng bằng
xem xét việc thực hiện và giải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan
đến sản xuất, các trạng thái thực hiện cụ thể nhận biết dễ dàng bằng

công nghệ điều khiển chu trình trớc đây. Nh thế, ngời thực hiện chơng
trình thực hiện việc kết nối PLC với công nghệ điều khiển chơng trình.
Ngời lập chơng trình đợc trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi
cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay hay theo dõi đợc cả
phần cứng và phần mềm dễ dàng hơn.
- Các tín hiệu đa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu
đợc cấp từ bộ điều khiển bằng rơ le.
- Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: Phần mềm đợc hiểu là không cần
những ngời sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơ le tiếp điểm
và không tiếp điểm.
- Không nh máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức năng
điều khiển chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để thực hiện
chức năng đó.
- Ngôn ngc dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến kiến thức
chuyên môn về PLC cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng nh trong
việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc.
- Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động
bên ngoài các tác động bên trong (tức chơng trình) mà chơng trình tác
Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

2


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.
động nối tiếp bên trong cũng trở thành một phần mềm có dạng tơng
ứng song song với các tác động bên ngoài. Sự chuyển đổi ngợc này là
sự khác biệt lớn so với máy tính.
- Thực hiện nối trực tiếp: PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp tới

bộ xử lý(CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý. Đầu I/O đợc đặt
giữa các dụng cụ ngoài và CPU có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ
các dụng cụ ngoài thành các mức logic và chuyển đổi các giá trị đầu ra
từ CPU ở mức logic thành các mức mà các dụng cụ ngoài có thể làm
việc đợc.
- Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: Trong khi phải ghi nhớ rất
nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơ le, thì
ở PLC những công cụ đơn giản đợc hiện thực hiện bởi chơng trình và
các chơng trình đó đợc lu giữ bằng catset hay đĩa CDROM, sau đó thì
chỉ việc sao trở lại.
- Thiết lập hệ thống trong 1 vùng nhỏ: Vì linh kiện bán dẫn đợc đem
- D dng ni mch v thit lp h thng: trong khi phi chi phớ rt
nhiu cho vic hn mch hay ni mch trong cp iu khin rle,
thỡ PLC nhng cụng vic ú n gin c thc hin bi chng ra
sử dụng rộng rãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ hơn cấp điều kiện bằng
rơ le trớc đây.
- Tuổi thọ là bán vĩnh cửu: Vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp điểm
nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lớn hơn so với rơ le có tiếp điểm.
b, Điểm yếu của PLC.
- Do cha tiêu chuẩn hóa nên mỗi công ty sản xuất ra PLC, đều đa ra các
ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục về hợp
thức hóa.
- Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt
hơn khi sử dụng bằng phơng pháp rơ le.

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

3



Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

II. ứng dụng PLC trong việc điều khiển tự động
cho máy xấn tôn tại nhà máy khoá minh khai
2 Khảo sát máy hiện có tại nhà máy
2.1 Giới thiệu chung về máy xấn tại nhà máy khóa Minh Khai.
Máy xấn tại nhà máy khoá Minh Khai là máy xấn thuỷ lực đợc điều
khiển bằng hệ thống điện. Bao gồm các mạch điện và hệ thống các tiếp
điểm Rơ le.
Máy xấn do Trung Quốc sản xuất năm1998. Máy này tạo ra các sản
phẩm nhờ việc ép định hình (xấn) từ phôi liệu ban đầu là thép tấm
thông qua lực ép thuỷ lực từ các Piston.
áp suất lớn nhất đợc tạo ra từ bơm Piston hớng trục là P = 23 Mpa.
2.2 Sơ đồ kết cấu của máy:
Sơ đồ kết cấu của máy đợc chia làm ba bộ phận chính nh sau:
khiển:
a) Sơ đồ kết cấu cơ khí của máy:
Sơ đồ kết cấu cơ khí của máy đợc thể hiện qua một số bản vẽ chính nh
sau:
1

2
3

10

4


11

5

6

7
8
9

Trong đó:

Hình chiếu tổng thể máy chấn tôn

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

4


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

1

Thân máy

2

Hệ thống thuỷ lực


3

Trục khuỷu

4

Sống trợt

5

Lỡi dập

6

Cữ chặn

7

Bàn đỡ phôi

8

Trụ trợt

9

Bộ vít me đai ốc

10


Tay quay cơ khí

11

Tủ điện

1

2

3

B

C

4

5

B

A

6
A
7

B

B-B

C

B

C-C

Kết cấu xi-lanh thuỷ lục

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

5


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

Trong đó
1

Mô tơ

4

Xi lanh 3

2


Xi lanh 1

5

Trục vit

3

Xi lanh 2

6

Công tắc hành trình

1

2

3

4

5

8

7

6


9

10

Kết cấu bộ phận điều khiển cũ chặn

1

Tay quay

6

Trục vít

2

Gối đỡ khuôn

7

Đĩa căng xích

3

Vít me đai ốc

8

Xích truyền động


4

Trụ trợt

9

Bộ bánh răng truyền động

5

Cữ chặn

10

Mô tơ

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

6


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

Tính toán bộ truyền chuyển động của cữ chặn

Cơ câu điều khiển cữ chặn:
1.Bộ truyền đai:


n

Do cơ cấu điều khiển không có yêu cầu gì đặc biệt nên ta chọn loại
đai và động cơ nh sau
+Đai: đai thang bằng cao su.
Kí hiệu: O (Nga)
+Động cơ: 4A có các thông số kỹ thuật sau
Kí hiệu: 4A71B6Y3
Công suất:0,55 Kw
Số vòng quay: 920 v/ph
Chọn tỉ số truyền: u =

n1
n2

=2

d1 = 80 mm
d2 = u.d1 =2.80 = 160 mm
khoảng cách trục:
a (1,5 ữ 2)(d1 +d2) = 480 mm
Ta chọn a = 480 mm
Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

7


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.



Góc ôm trên bánh chủ động đợc tính theo công thức sau:

1 = 180

0

(
d 2 d1 ).57 0

a

= 180

0

(
160 80 ).57 0

480

= 170 0

2.Bộ truyền bánh răng :

Ta chọn :
+ Tỉ số truyền: u = 4
+ Mô đun cặp bánh răng : m = 2
+ Số răng bánh răng chủ động : Z1 = 21 răng

Số răng bánh răng bị động :
Z2 = Z1.u = 21x4 = 84 răng
Đờng kính vòng chia bánh răng chủ động:
d1 = m.Z1 = 2.21 = 42 mm
Đờng kính vòng chia bánh răng bị động:
d2 = m.Z2 = 2.84 = 168 mm
Khoảng cách trục:
aW = m.(Z1+Z2)/2 = 2.(42+84)/2 = 126 mm
3.Bộ truyền xích:

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

8


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

Do yêu cầu của bộ truyền là phải dẫn động cho hai trục mang cữ
chặn có số vòng quay bằng nhau nên tỉ số truyền là: u = 1
Do tải trọng nhỏ không yêu cầu độ chính xác quá cao nên ta chọn
loại xích con lăn,
+Bớc xích p = 24,5 mm
+Số răng bánh mỗi đĩa xích là: Z1 = Z2 = 15 răng
Đờng kính đĩa xích đợc tính theo công thức:
d1 = d 2 =

p
24.5

=
= 92 mm
sin ( / Z ) sin(180 / 15)
A-A

Kết cấu Cơ khí Điều chỉnh lên xuống của luỡi cắt

Kết cấu khuôn dập

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

9


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.
A
B

Kết cấu Luỡi cắt

Các hình dạng phôi có thể dập

b) Kết cấu của hệ thống thuỷ lực
Hệ thống thuỷ lực của máy xấn nh sau:

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.


10


Trêng: §¹i Häc C«ng NghiÖp Hµ Néi.
§å ¸n m«n häc: Tù ®éng hãa qu¸ tr×nh c«ng nghÖ.

S¬ ®å thñy lùc m¸y xÊn trung quèc
18

16

16

16

14

14

15

7
8

Yv3
8
Yv1a

Yv1b


Yv2b

Yv2a
Yv4
M

3~

Sinh viªn thùc hiÖn: Ng« Quang Trung.
Líp: LT C§- §H §iÖn 1K4.

11


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

1

Động cơ ba pha

10 Van tiết lu

2

Bơm dầu

11 Đồng hồ đo áp suất

3


Van tiết lu (điều chỉnh lu l- 12 Van an toàn
ợng)

4

Van tiết lu đờng dầu về

13 Van điều áp

5

Van đảo chiều 4 của 3 vị trí

14 Piston hành trình kép

6

Van đảo chiều 4 của 3 vị trí

15 Piston đơn

7

Van một chiều

16 Van một chiều

8


Van an toàn

17 Lọc dầu

9

Cụm van điều áp

18 Thùng dầu

Nguyên lý làm việc:
Khi bơm dầu đợc bật dầu đợc hút qua bộ lọc dầu và đến bộ chia để đi
đến các van khi có tín hiệu cho phép.
Công suất để điều khiển các van đợc cấp từ bộ điều khiển điện nhằm
đóng mở các van trong hệ thống thuỷ lực.
Hành trình xuống.
Khi cuôn Yv1a và cuộn Yv3 đợc cấp công suất, các cuộn này mở từ đó
dầu có thể đi qua các van này ( theo chiều mũi tên đợc kí hiệu trong
van ) rồi đi đến xi lanh. Trong khi đó dầu đợc thoát ra ở phía dới và đi
về bể dầu, khiến cho Piston chuyển động xuống dới.
Khi Piston đi xuống và chạm vào công tắc giới hạn xuống, sự chạm này
làm mở cuộn Yv1a và Yv2b do đó các Piston đi xuống chậm hơn. ở đây
xảy ra quá trình ép định định hình ( tạo sản phẩm).
Sau khi quá trình ép định hình đã hoàn tất ta cần lấy sản phẩm ra và
cung cấp phôi mới khi đó cuộn Yv1b đợc cấp công suất. Đó là quá trình
lên.
Để máy ở chế độ hoạt động không tải (treo) thì cuộn Yv2a luôn đợc cấp
công suất.
Cụm van tràn 13 có tác dụng giữ một áp suất nhất định trong hệ thống
và có nhiệm vụ xả bớt áp suất khi hệ thống quá tải.


Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

12


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

Các van tiết lu có trong hệ thống có nhiệm vụ điều chỉnh lu lợng khiến
cho các Piston chuyển động đều hơn.
Từ đó ta có bảng trạng thái theo sơ đồ thuỷ lực trên.

Bảng trạng thái của sơ đồ thủy lực
Trạng thái

Van

Hoạt động
không
tải (Treo)

Xuông nhanh Xuống chậm

+

Yv1a

Xả áp lực


Lên

+

Vi chỉnh

+
+

Yv1b

+

Yv2a

+

Yv2b

+

Yv3

+
+
+

Yv4


+

Tinh toán và chọn các bộ phận trong hệ thống thuỷ lực:
Các thông số cho trớc:
Vận tốc của khối trợt:
ở chế độ xuống nhanh v = 60 mm/s:
ở chế độ xuống chậm v = 10 mm/s:
ở chế độ lên

v = 60 mm/s:

Đờng kính Piston nhỏ: d1 = 15 cm.
Đờng kính Piston lớn : d2 = 18 cm.
Trọng lợng của khối trợt: G = 1000 Kg.
Lực ép cần để xấn ( cao nhất) P = 1300 KN.
Cần tính:
áp suất bơm pb:

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

13


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

lu lợng bơm: Qb:
công suất động cơ: Nđc:
loại bơm và loại động cơ:

Gọi f là diện tích bề mặt của Piston nhỏ:
F là diện tích bề mặt của Piston lớn:
pb: là áp suất của bơm:
Ta có phơng trình cân bằng lực:
2 ì F1 ì pb + F2 ì pb = P G
pb =

Q G
2 F1 + F2

Trong đó:
2

F1 =

d1
15 2
=
= 175cm 2
4
4

F2 =

d2
18 2
=
255cm 2
4
4


2

Tổng diện tích bề mặt của các Piston là: dt:

dt = 2 F

1

+ F2

dt = 2 ì 175 + 255 = 605cm

2

= 605.10 4 m 2

Từ đó:
10000 + 1300000 12900.10 6
=
21,3.10 6 N / m 2
4
605
605.10
hay : pb = 21,3MPa
pb =

Lu lợng bơm và lu lợng tự chảy do chênh lệch áp suất giữa thùng dầu
và xilanh:
Qtt= Fxilanh.v

Lu lợng nhỏ nhất ứng với vmin:
vmin= 10 mm/s = 600 mm/ phút = 0.6 m/ ph.

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

14


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.
4

Qtt min = 605.10 ì 0.6 = 363.10
hay : Qtt min = 36.3

4

m3
ph

lit
phut

Lu lợng lớn nhất ứng với vmax:
vmax= 60 mm/s = 3600 mm/ phút = 3.6 m/ ph.
QttMax = 605.10 4 ì 3.6 = 2023.10 4
hay : Qtt max = 202.3

m3

ph

lit
phut

Do trong quá trình xấn dầu chỉ do bơm cung cấp nên Q ttmin chính bằng
lu lợng dầu do bơm cung cấp đã bị tổn thất trong hệ thống thuỷ lực.
Để bù lại phần tổn thất ta lấy lu lợng của bơm là 40 lít/phút.
Tính công suất của động cơ:
Gọi N là công suất truyền động của bàn trợt:
Ta có: N= P.v/60 [w] P [N] v [m/ph].
Với:

v = 0.48m / ph; P = 1300 KN
N=

1300.10 3 ì 0.48
10.10 3 w.
60

hay : N = 10 Kw

Vậy ta chọn bơm là bơm Pitông hớng trục:
+Kí hiệu: HP 50M (Nga)
+Lu lợng lớn nhất: 50 Lít/ phút.
+áp suất làm việc lớn nhất: P = 250 MPa
+Công suất truyền động N = 12.5 Kw.
+Số vòng quay trục bơm n = 960 vg/ phút.
+Hiệu suất: = 0.8
Công suất cần thiết của động cơ điện là :


Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

15


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.
N dc =

N 12.5
=
= 15.5 Kw

0.8

Vậy cần chọn động cơ điện có thông số nh sau:
+Công suất 15.5 Kw 220/380V 50Hz
+Số vòng quay: n = 960 vòng/ phút.
Hoặc ta có thể chọn động điện cơ và bơm dầu của Việt Nam hay Liên
Xô sản xuất với công suất và vòng quay phù hợp.
Tính toán bơm piston hớng trục
a. cấu tạo và nguyên lý làm việc
Trên hình vẽ trình bày sơ đồ kết cấu của một bơm hớng trục có liên kết
giữa piston và đĩa nghiêng 2 là liên kết tỳ . Bơm thực hiện việc phân
phối chất lỏng bằng đĩa phân phối3 . Bloc xilanh1 quay cùng trục và
nghiêng với đĩa nghiêng 2 một góc . Góc này đợc điều chỉnh nhờ
một cơ cấu phụ4 . Các lò xo 5 làm nhiệm vụ đẩy các piston luôn tỳ vào
đĩa nghiêng.

5
4



2

1

3

Kết cấu bơm pisotn hớng trục có liên kết giữa piston và đĩa nghiêng

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

16


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

Khi bloc xilanh quay độ nghiêng giữa trịc của bloc xi lanh và của đĩa
nghiêng tạo nên hành trình chuyển động của các piston . Mỗi cặp piston
xilanh thực hiện việc hút đẩy chất lỏng theo nguyên lý hút đẩy của
một bơm piston đơn . Khi điều chỉnh góc nghiêng sẽ cho phép điều
chỉnh lu lợng của bơm.
b.Lu lợng của bơm piston hớng trục
* Lu lợng rung bình
Lu lợng lý thuyết trung bình của bơm piston hớng trục đợc tính theo

công thức sau :
d 2
Qlt = q.n =
.s.z.n
4

Trong đó :
d- đơng kính của piston;
s- hành trình cả piston;
z- số piston;
s = D. sin = Dx. tg
D - đờng kính của đĩa nghiêng;
Dx - đờng kính của mặt trụ trên đó phân bố các đờng trục của
các xilanh.
Vì vậy :
d 2
Qlt = q.n =
..z.n.D. sin
4

Hoặc :
Qlt = q.n =

d 2
..z.n.D.tg
4

*Lu lợng tức thời
Để tính lu lợng tức thời của bơm , chúng ta sẽ tìm phơng trình chuyển
động và xác định vận tốc tức thời của các piston.

Giả thiết tại thời điểm ban đầu , tay quay ở vị trí A . Khi đĩa nghiêng
quayđợc một góc ( cungAB ) , thì piston dịch chuyển đợc một đoạn x
(hình vẽ ):
x = AB.sin = (OA OB).sin = (OA OBcos).sin
= (R - R cos).sin
x = R(1 - cos). sin

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

17


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

Trong đó , R là bán kính làm việc của đĩa nghiêng ( bán kính tay
quay) .

A





O

B

O


4
1

3

2

sơ đồ tính lu lợng của bơm piston hớng trục
Nh vậy, vận tốc chuyển động của piston trong xi lanh sẽ là :
v=

dx dx d
=
dt d dt

= R. sin sin

Lu lợng tức thời của mỗi piston là :
q =

d 2
d 2
.v =
R.. sin . sin
4
4

Lu lợng tức thời của m piston trong hành trình đẩy sẽ là :
Q =

=

d 2
4
d 2
4

Trong đó a =

R.sin.[ sin + sin( + a )+ ... + sin( + m.a )]
m

R.sin. (sin + i.a)
2
z

i =i

là góc giữa hai piston kề nhau

Hình vẽ :

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

18


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.




y

x

x

y

Sơ đồ tính lu lợng tức thời của bơm piston hớng trục góc giữa hai
piston kề nhau
Trong hình vẽ (dới) là đồ thị l lợng tức thời của một bơm piston hớng
trục . Cũng nh bơm piston hớng kính. hệ số không lu lợng của bơm
piston hớng trục sẽ giảm theo chiều tăng của số piston và trong một
khoảng lân cận liên tíêp của số piston, dao động lợng của bơm có số
piston lẻ nhỏ hơn so với bơm có số piston chẵn . Việc điều chỉnh góc
nghiêng giữa trục bloc xilanh và đĩa nghiêng (để điều chỉnh lu lơng) đợc tiến hành trong một khoảng với giá trị giới hạn là :
max <200
đối với bơm.
0
max <30
đối với động cơ
Sở dĩ hạn chế góc max không quá lớn vì khi tăng góc hành trình của
các piston sẽ tăng nhng lực tác dụng lên các cổ cũng tăng.

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.


19


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.
Q



0



2



Lu lợng tức thời của bơm piston hớng trục
Môme quay của bơm
Trong bơm piston hớng trục,áp lực của lỏng lên bề mặt piston, thông
qua đĩa nghiên tạo nên một mô men tác dụng lên trục bơm.
Gọi P là áp lực chất lỏng tác dụng lên piston:
P = p.

.d 2
4

P đợc phân thành hai lực thành phần (hình 3.41 ) nh sau :
P = P.sin
N = P.cos

Lực Q trong mặt phẳng đĩa nghiêng đợc phân thành lực vòng T và một
lực hớng tâm . Lực vòng T này sẽ tạo nên momen trên trục máy :
M0 = R.T
M0 = R.P.sin sin
hay
M0 = Rx.P.tg sin
Trong đó
R bán kính của đĩa nghiêng ( R = D/2)
T = Q .sin

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

20


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

Rx bán kính của mặt trụ phân bố các trục xi lanh

x

y

Q



A P

N
x
y
T
A



Q

y

Sơ đồ tính momen quay của bơm piston hớng trục.
Tổng momen của m piston trong hành trình đẩy là :
m

M =

M = R.P.sin.[ sin + sin( + a )+ ... + sin( + m.a )]
i =i

0

m

M = R.P.sin (sin + i.a)
i =i

So sánh công thức tính lu lợng tức thời và công thức tính momen tức
thời chúng ta thấy qui luật biến thiên của mômen tức thời giống nh đối

với lu lợng tức thời . Khi lu lợng đạt giá trị cc đại , mômen cũng đạt giá
trị cực đại , khi lu lợng có giá trị cực tiểu , mômen cũng có giá trị cực
tiểu

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

21


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

Tính toán bể dầu.
Cơ sở để tính toán bể dầu là đảm bảo nhiệt độ T của dầu không vợt quá một giới hạn là 55 ữ 600 C sau thời gian làm việc t giờ, ta dùng
công thức đợc xác định từ phơng trình cân bằng nhiệt, nếu nh giả thiết
nhiệt độ dầu khi khởi động bằng nhiệt độ không khí:

.t

K
T = T0 +
1 e c.V +c1 .G [ 0 C ](1)

k .F


k .F

Trong đó:

T0 : Nhiệt độ không khí xung quanh ( 0C ).
K = 633 (kcal/ giờ): là tổng nhiệt lợng đợc sản ra do tổn thất công suất
trong hệ thống dầu ép
k hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào môi trờng làm nguội:

- ở bể dầu đặt trong thân máy: k = 8,7 ( kcal/ m2 0C giờ).
- ở bể dầu đặt ngoài không khí k = 13 ( kcal/ m2 0C giờ).
- ở bể dầu làm nguội bằng quạt không khí k = 20 ( kcal/ m 2
0
C giờ).
- ở bể dầu làm nguội bằng nớc lu thông k = 95 ữ 150 ( kcal/
m2 0C giờ).
F là diện tích bề mặt truyền nhiệt của bể dầu (m 2), có thể
lấy gần đúng:
F = F1+ F2/ 2
Trong đó: F1: diện tích bề măt tiếp xúc với dầu (m2).
F2: diện tích bề mặt không tiếp xúc với dầu (m2).
c 0,45 kcal/ kg.0C: là tỉ nhiệt của dầu.
c1: tỉ nhiệt của vật liệu làm bể dầu ( kcal/ kg.0C).
Trờng hợp làm bằng gang c1 = 0,12 ( kcal/ kg.0C).
- Trờng hợp làm bằng thép c1 = 0,11 (kcal/ kg.0C).
Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

22


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.


- G trọng lợng bể dầu (kg).
Từ công thức (1) ta có thể xác định nhiệt độ ổn định của dầu, khi
t
T = T0 +

K 0
[ C ](2)
k .F

Thực nghiệm đã cho

thấy rằng nhiệt độ của dầu tính từ công thức (2) so với nhiệt độ tính từ
công thức (1) trong thời gian một ca làm việc chỉ sai lệch 5 ữ10 %, vì
thế trong thực tế ngời ta dùng công thức (2) để xác định kích thớc của
bể dầu.
Ta xét mối quan hệ của bề mặt truyền nhiệt F trong công thức (2)
với thể tích dầu cần thiết V. Giả thiết là:
Chiều ngang bể dầu: a (m).
Chiều dài bể dầu: b = k1.a(k1 hệ số tỉ lệ).
Chiều cao bể dầu: H = k2.a.
Chiều cao mực dầu: h = 0,8H = 0,8.k2.a
Thì diện tích bề mặt tiếp xúc với dầu ( kể cả đáy bể dầu ) có thể
viết nh sau:
F1 = a2( k1 + 2.0,8.k2 + 2.0,8.k1.k2 )
Và diện tích bề mặt không tiếp xúc với dầu ( kể cả nắp bể).
F2 = a2( k1 + 2.0,2.k2 + 2.0,2.k1.k2 )
Vì điều kiện truyền nhiệt ở hai loại bề mặt trên là không nh nhau nên
ta lấy bề mặt truyền nhiệt của bể dầu theo công thức:
F = F1 + F2/2 = a2( 1,5k1 + 1,8.k2 + 1,8.k1.k2) (3)
Thể tích của dầu ở trong bể:

V = a.b.h = 0,8.k1.k2.a3 (4)
Từ công thức này ta rút ra trị số a và thay vào công thức (3), ta
có:
F = 3 V2.

1,5k1 + 1,8k 2 + 1,8k1 .k 2
3

(0,8k1 .k 2 )

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

2

= .3 V 2 (5)
23


Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

Nếu thay đổi k1 = 1 ữ 3 và k2 = 1 ữ 2 thì = 6 ữ 6,9. Ta lấy trị số

trung bình
= 6,4 ứng với k1 = 2,65 và k2 = 1, khi đó quan hệ giữa bề măt
truyền nhiệt và thể tích dầu nh sau:
F = 6,43 V 2 [m 2 ](6)

Thay (6) vào (2) ta có:

T = T0 +

K
6,4k 3 V 2

Từ đây ta có thể xác định thể tích dầu cần thiết :
3

3



K
K
V =
(7 )
=
6,4kT
6,4k (T T0 )

Nhiệt độ dầu giới hạn không quá 55 ữ 60 0C, và nếu nhiệt độ
trung bình trong phân xởng thay đổi từ 20 ữ 25 0C, thì T = 35 0C.
Với bể dầu đặt ngoài không khí của máy ta chọn:
k = 13 (kcal/ m2 0C giờ).
Thay các giá trị tìm đợc vào công thức (7) ta đợc:
3

633
V =
= 0,10135(m 3 )

6
,
4
.
13
.
35



Thay V vào (6) ta có:
F = 6,43 0,10135 2 = 1,391[m 2 ]

Thay F vừa tìm đợc vào công thức (3) ta có:
1,391 = a2(1,5k1 + 1,8k2 +1,8k1k2)
= a2(1,5.2,65 + 1,8.1 + 1,8.2,65.1)
= a2.10,545
a=

1,391
= 0,363(m)
10,545

Chọn a = 40 ( cm )
b = k1.a = 2,65.40 = 106 ( cm ), chọn b = 110 ( cm )
H = k2.a = 1.40 = 40 ( cm ), chọn H = 50 ( cm )
Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

24



Trờng: Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
Đồ án môn học: Tự động hóa quá trình công nghệ.

h = 0,8.H = 0,8.40 = 32 ( cm ), chọn h = 40 ( cm )
Thể tích dầu cần thiết là:
V = a.b.h = 40.110.50 = 220000 ( cm3 )= 220 ( lit )
3. Chọn loại dầu sử dụng.
a) Yêu cầu đối với loại dầu sử dụng.
Hệ thống dầu ép làm việc trong giới hạn vận tốc, áp suất và nhiệt
độ khá lớn. Trong điều kiện làm việc nh thế, dầu dùng trong hệ
thống dầu ép phải thoả mãn hàng loạt các yêu cầu mới có thể đảm
bảo cho các cơ cấu làm việc đợc bình thờng. Dựa trên những kinh
nghiệm thực tế, các yêu cầu đối với dầu có thể tóm tắt nh sau:
- Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn của nhiệt độ
và áp suất
- Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ
- Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt, hạn chế đợc khả
năng xâm nhập của khí, nhng dễ dàng tách khí ra.
- Phải có độ nhớt thích hợp ứng với điều kiện chắn khít và khe hở
của các chi tiết di trợt nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng nh tổn
thất ma sát ít nhất.
- Dầu cần phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong
nớc và không khí, dầu dẫn nhiệt tốt.
Trong những yêu cầu trên dầu khoáng vật đợc thoả mãn đầy đủ nhất.
Hiện nay có rất nhiều loại dầu khác nhau phục vụ cho các hệ thống
truyền động dầu ép. Các loại dầu này đợc chế tạo với những chất phụ
gia khác nhau nhằm cải thiện những đặc tính nh: Độ nhớt, độ bền
hoá học và cơ học. Trong khi sử dụng chất lợng của dầu đợc đánh

giá bằng độ nhớt và độ bền.
b) Lựa chọn loại dầu.
Trên thực tế ngành công nghiệp dầu mỏ đã sản xuất đợc rất nhiều
loại dầu khác nhau phục vụ cho những hệ thống dầu ép có những yêu
cầu khác nhau. Do đó khi thiết kế hệ thống dầu ép, việc lựa chọn loại
dầu sử dụng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và vì thế khó đề ra nguyên
tắc đồng nhất để lựa chọn, mà chỉ dựa trên những nguyên tắc tổng quát.
Dới đây xét đến một số loại dầu thông dụng đợc dùng trong hệ
thống dầu ép (trong bảng đặc tính các loại dầu).
Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Trung.
Lớp: LT CĐ- ĐH Điện 1K4.

25