intTypePromotion=1

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp cơ sở do Đại học Đà Nẵng quản lý: Nghiên cứu chế tạo mô hình bàn máy CNC điều khiển vị trí bằng động cơ thủy lực

Chia sẻ: Bautroibinhyen26 Bautroibinhyen26 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

0
77
lượt xem
7
download

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp cơ sở do Đại học Đà Nẵng quản lý: Nghiên cứu chế tạo mô hình bàn máy CNC điều khiển vị trí bằng động cơ thủy lực

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu lý thuyết, khảo sát đáp ứng vị trí của bàn máy CNC truyền động bằng động cơ thủy lực, chế tạo mô hình bàn máy CNC truyền động và điều khiển bằng thủy lực, khảo sát đáp ứng vị trí của bàn máy trên mô hình thực nghiệm nhằm nâng cao khả năng nghiên cứu chuyên sâu cũng như góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu khoa học cho sinh viên, học viên cao học thuộc các chuyên ngành Chế tạo máy và Cơ điện tử.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp cơ sở do Đại học Đà Nẵng quản lý: Nghiên cứu chế tạo mô hình bàn máy CNC điều khiển vị trí bằng động cơ thủy lực

1<br /> <br /> 2<br /> <br /> BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG<br /> <br /> ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG<br /> <br /> BÁO CÁO TỔNG KẾT<br /> <br /> BÁO CÁO TỔNG KẾT<br /> <br /> ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ<br /> <br /> ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ<br /> <br /> DO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG QUẢN LÝ<br /> <br /> DO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG QUẢN LÝ<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH BÀN MÁY CNC ĐIỀU<br /> KHIỂN VỊ TRÍ BẰNG ĐỘNG CƠ THỦY LỰC<br /> <br /> Mã số: Đ2013-02-55<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH BÀN MÁY CNC ĐIỀU<br /> KHIỂN VỊ TRÍ BẰNG ĐỘNG CƠ THỦY LỰC<br /> <br /> Mã số: Đ2013-02-55<br /> <br /> Xác nhận của Cơ quan chủ trì đề tài<br /> (ký, họ và tên, đóng dấu)<br /> <br /> Chủ nhiệm đề tài: ThS. Trần Ngọc Hải<br /> <br /> Đà Nẵng, 12/ 2013<br /> Đà Nẵng, 12/ 2013<br /> <br /> Chủ nhiệm đề tài<br /> (ký, họ và tên)<br /> <br /> 1<br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI<br /> Máy CNC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong các<br /> trường đại học, cao đẳng kỹ thuật. Hiện nay, các máy trên chủ yếu là<br /> nhập ngoại. Trong những năm gần đây có nhiều đề tài nghiên cứu và<br /> dự án sản xuất máy CNC. Tuy nhiên, các nghiên cứu mới chỉ thiên về<br /> nghiên cứu ứng dụng, trên cơ sở tích hợp các phần tử mua từ nước<br /> ngoài. Mặt khác, một số máy được chế tạo hiện nay chủ yếu bàn máy<br /> truyền động và điều khiển bằng động cơ điện một chiều, động cơ<br /> điện AC servo, loại truyền động này phù hợp với những máy có công<br /> suất nhỏ và trung bình. Còn với những máy có công suất lớn và cần<br /> kết cấu gọn thì nhiều hãng nước ngoài đã ứng dụng hệ truyền động<br /> và điều khiển thủy lực. Ở Việt Nam lĩnh vực này còn mới mẻ nên<br /> việc nghiên cứu này là hết sức cần thiết.<br /> 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI<br /> Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu lý thuyết, khảo sát đáp ứng<br /> vị trí của bàn máy CNC truyền động bằng động cơ thủy lực, chế tạo<br /> mô hình bàn máy CNC truyền động và điều khiển bằng thủy lực,<br /> khảo sát đáp ứng vị trí của bàn máy trên mô hình thực nghiệm nhằm<br /> nâng cao khả năng nghiên cứu chuyên sâu cũng như góp phần nâng<br /> cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu khoa học cho sinh viên, học<br /> viên cao học thuộc các chuyên ngành Chế tạo máy và Cơ điện tử.<br /> 3. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC<br /> LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI<br /> 3.1. Ngoài nước<br /> <br /> 2<br /> Các công ty sản xuất máy CNC trên thế giới. Tuy nhiên, không có<br /> tài liệu nào được công bố về nghiên cứu động lực học của bàn máy<br /> CNC truyền động và điều khiển hệ thủy lực.<br /> 3.2. Trong nước<br /> Hiện nay, nhiều đề tài nghiên cứu và dự án sản xuất máy CNC như<br /> ở trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trường Đại học Bách khoa Tp<br /> HCM, viện máy công cụ (IM),..nhưng bàn máy truyền động và điều<br /> khiển bằng động cơ điện một chiều, động cơ điện AC servo mà chưa<br /> ứng dụng động cơ thủy lực.<br /> Các đề tài liên quan được công bố:<br /> - Đề tài: “Nghiên cứu điều khiển quá trình động lực học cụm<br /> truyền động môtơ thủy lực - vít me bi tạo chuyển động tịnh tiến”, đề<br /> tài cấp Bộ của chủ nhiệm PGS.TS Trần Xuân Tùy, năm 2001;<br /> - Bài báo: “Mô hình toán của hệ điều khiển tự động của môtơ thủy<br /> lực khi sử dụng Proprotional - valve”, của tác giả PGS.TS Trần<br /> Xuân Tùy. Tập san Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, năm<br /> 1998;<br /> - Bài báo: “Mô hình điều khiển tốc độ môtơ thủy lực khi sử dụng<br /> van Servo”, của tác giả PGS.TS Trần Xuân Tùy. Tuyển tập các công<br /> trình khoa hoc, Hội nghị khoa học toàn quốc về Cơ kỹ thuật, năm<br /> 2001;<br /> - Bài báo: “Nghiên cứu động lực học của cụm bàn dao máy CNC<br /> truyền động bằng thủy lực, khi tính đến khối lượng của dầu và rôto<br /> của môtơ thủy lực”, của nhóm tác giả Trần Xuân Tùy, Trần Ngọc<br /> Hải. Tuyển tập báo cáo khoa học tại hội nghị toàn quốc lần thứ 4 về Cơ<br /> điện tử, 2008.<br /> 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU<br /> 4.1. Đối tượng nghiên cứu<br /> <br /> 3<br /> Cụm bàn máy CNC điều khiển bằng động cơ thủy lực<br /> 4.2. Phạm vi nghiên cứu<br /> Xây dựng mô hình nghiên cứu; Thiết lập mô hình tính toán mô tả<br /> hệ; Lập chương trình tính toán và các kết quả của chương trình mô<br /> phỏng; nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm.<br /> 5. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 5.1. Cách tiếp cận<br /> Lý thuyết và thực nghiệm<br /> 5.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> Đề tài sử dụng các phương pháp mô hình hoá, sử dụng lý thuyết<br /> điều khiển tự động và phương pháp số để giải bài toán động lực học<br /> <br /> 4<br /> Chương 1: TỔNG QUAN<br /> 1.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG<br /> 1.1.1. Khả năng ứng dụng của hệ điều khiển tự động thủy lực<br /> Tự động hóa quá trình sản xuất và tự động hóa quá trình công<br /> nghệ là yêu cầu bức thiết của quá trình chuyển tiếp từ cách mạng<br /> khoa hoc - kỹ thuật sang cách mạng khoa học - công nghệ từ nửa<br /> cuối thế kỷ 20 và tự động hóa công nghệ cao của thế kỷ 21.<br /> Để công nghiệp hóa và hiện đại hóa nền kinh tế Việt Nam trong<br /> tương lai tới thì trình độ công nghệ của sản xuất phải được đánh giá<br /> bằng chỉ tiêu công nghệ tiên tiến và tự động hóa. Chỉ tiêu công nghệ<br /> tiên tiến và tự động hóa được thể hiện qua các dây chuyền sản xuất tự<br /> <br /> trên máy vi tính; khảo sát trên mô hình thực nghiệm và so sánh.<br /> <br /> động như dây chuyền chế biến thực phẩm, các máy tự động gia công<br /> <br /> 6. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU<br /> <br /> sản phẩm nhựa, máy công cụ điều khiển theo chương trình số,...<br /> <br /> - Nghiên cứu lý thuyết về điều khiển tự động thủy lực;<br /> - Xây dựng mô hình bàn máy CNC truyền động bằng động cơ thủy<br /> lực;<br /> <br /> Góp phần vào quá trình đó, kỹ thuật truyền động và điều khiển hệ<br /> thủy lực đã phát triển mạnh ở các nước công nghiệp. Kỹ thuật này<br /> được ứng dụng để truyền động cho những cơ cấu có công suất lớn,<br /> <br /> - Khảo sát đáp ứng vị trí của bàn máy trên máy vi tính;<br /> <br /> thực hiện điều khiển logic cho các thiết bị hoặc dây chuyền thiết bị tự<br /> <br /> - Lắp ráp mô hình thực nghiệm bàn máy CNC truyền động và điều<br /> <br /> động, đặc biệt nhờ khả năng truyền động được vô cấp mà nó được<br /> <br /> khiển bằng thủy lực;<br /> <br /> ứng dụng để điều khiển vô cấp tốc độ, tải trọng và vị trí của cơ cấu<br /> <br /> - Sử dụng ngôn ngữ C và phần mềm Visual Basic để thiết kế giao<br /> <br /> chấp hành. Hiện nay, hệ thủy lực được sử dụng để điều khiển các<br /> <br /> diện, kết nối mô hình thực nghiêm với máy vi tính và khảo sát các<br /> <br /> thiết bị như máy ép điều khiển số, rôbot công nghiệp, máy CNC hoặc<br /> <br /> đáp ứng vị trí của bàn máy CNC trên mô hình thực nghiệm.<br /> <br /> trong các dây chuyền sản xuất tự động.<br /> Ở Việt Nam, kỹ thuật điều khiển tự động thủy lực đã bước đầu<br /> được áp dụng trong những dây chuyền tự động, trong các máy điều<br /> khiển theo chương trình số (CNC). Tuy nhiên, đây là một lĩnh vực<br /> còn rất mới mẻ, cần nghiên cứu phát triển và áp dụng một cách có<br /> hiệu quả, thiết thực hơn.<br /> <br /> 6<br /> <br /> 5<br /> 1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG<br /> 1.2.1. Khái niệm về hệ thống điều khiển tự động<br /> <br /> Chương 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU CỤM BÀN<br /> MÁY CNC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ BẰNG ĐỘNG CƠ<br /> <br /> 1.2.1.1. Khái niệm chung;<br /> 1.2.1.2. Đáp ứng quá độ<br /> 1.2.1.3. Tín hiệu tác động và phản ứng của hệ<br /> <br /> THỦY LỰC<br /> 2.1. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU<br /> <br /> 1.2.2. Chất lượng của hệ thống điều khiển tự động<br /> 1.2.2.1 Ổn định của hệ thống điều khiển tự động<br /> 1.2.2.2. Tiêu chuẩn ổn định<br /> <br /> Y<br /> <br /> 1.2.2.3. Sai số điều khiển<br /> <br /> Sóng trượt<br /> <br /> 1.2.2.4. Các chỉ tiêu chất lượng của đáp ứng quá độ<br /> <br /> nt<br /> <br /> Cảm biến đo<br /> góc<br /> Bộ truyền đai răng<br /> <br /> 1.2.2.5. Các phương pháp số thông dụng<br /> <br /> Bàn máy<br /> <br /> 1.2.3. Chức năng và hàm truyền của bộ điều khiển PID<br /> 1.2.4. Bộ điều khiển mờ (Fuzzy)<br /> 1.3. NHẬN XÉT<br /> Giới thiệu tổng quan khả năng ứng dụng của hệ điều khiển tự<br /> <br /> Vít me bi<br /> X<br /> <br /> động thủy lực vào các máy CNC và một số cơ cấu đã được dùng<br /> trong bàn máy CNC.<br /> Tổng hợp cơ sở lý thuyết điều khiển tự động: hàm truyền, lý<br /> <br /> Động cơ thủy lực<br /> <br /> thuyết Laplace, đại số sơ đồ khối, đáp ứng quá độ, tín hiệu tác động,<br /> phản ứng của hệ và chất lượng của hệ thống điều khiển tự động…Lý<br /> thuyết này nhằm phục vụ nghiên cứu lý thuyết động lực học máy và<br /> phương pháp số để lập chương trình tính toán.<br /> <br /> Máy vi tính<br /> <br /> Bộ điều<br /> khiển<br /> D/<br /> A<br /> A/<br /> D<br /> <br /> Van tỷ lệ<br /> <br /> Hình 2.1. Mô hình bàn máy CNC<br /> <br /> Mô hình bàn máy CNC được thể hiện trên hình 2.1 có 2 trục dịch<br /> chuyển X và Y. Tuy nhiên, trong giới hạn của đề tài chỉ nghiên cứu<br /> điều khiển vị trí trục X của cụm bàn máy CNC, truyền động bằng<br /> động cơ thủy lực thể hiện ở hình 2.2. Để điều khiển động cơ thủy lực<br /> <br /> 7<br /> <br /> 8<br /> <br /> ta sử dụng van tỷ lệ. Thiết bị đo vị trí dịch chuyển của bàn máy được<br /> <br /> X<br /> <br /> sử dụng thông qua cảm biến đo góc quay và cảm biến này nhận tín<br /> hiệu vị trí của trục vít me bi thông qua bộ truyền đai răng (phương<br /> pháp đo này hiện cũng được dùng nhiều trong các máy CNC)<br /> λ<br /> <br /> C<br /> <br /> Ω<br /> <br /> D0<br /> m<br /> <br /> Q<br /> <br /> θ<br /> <br /> Q<br /> <br /> x Cảm biến đo<br /> góc quay<br /> <br /> Vít me-đai ốc bi (bước tx)<br /> <br /> Bộ điều khiển<br /> <br /> E<br /> <br /> Bộ điều<br /> khiển<br /> <br /> I<br /> <br /> Cụm van + động cơ<br /> thủy lực<br /> <br /> F<br /> <br /> E<br /> <br /> Ω<br /> <br /> F<br /> <br /> + U<br /> <br /> X<br /> Vít me bi + bàn máy<br /> <br /> Cảm biến đo góc quay<br /> <br /> Hình 2.2. Sơ đồ mạch điều khiển<br /> <br /> 2.2. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN<br /> 2.2.1. Mô hình tính toán: Mô hình tính toán được thiết lập trên cơ<br /> sở là hệ tuyến tính, trong đó có tính đến biến dạng đàn hồi của dầu,<br /> tổn thất lưu lượng trong hệ truyền động thủy lực. Ma sát và giá trị<br /> mômen quán tính khối lượng trên trục động cơ thủy lực là các giá trị<br /> thu gọn từ bàn máy và giá trị trên rôto của động cơ thủy lực. Trục vít<br /> me bi được coi là cứng vững tuyệt đối, bộ truyền đai răng coi như<br /> một khâu khuếch đại (do tải rất nhỏ nên gần như không có đàn hồi).<br /> Mô hình phân tích được thể hiện trên hình 2.3.<br /> <br /> b<br /> <br /> J<br /> θ<br /> Động cơ thủy lực<br /> <br /> I<br /> <br /> I<br /> <br /> tx<br /> Van tỷ lệ<br /> <br /> Hình 2.3. Mô hình phân tích động lực học<br /> 2<br /> <br /> x<br /> <br /> Van tỷ lệ<br /> <br /> Ω<br /> Dm<br /> Q<br /> <br /> m<br /> <br /> KC<br /> <br /> U<br /> <br /> λ<br /> <br /> X<br /> <br /> Ω<br /> θ<br /> <br /> fm<br /> <br /> V<br /> 2B<br /> <br /> Q<br /> <br /> tx<br /> <br /> J2<br /> <br /> I<br /> I<br /> <br /> θ<br /> b2<br /> <br /> X<br /> Động cơ thủy lực<br /> p<br /> <br /> fm<br /> <br /> Ω<br /> <br /> p<br /> <br /> m<br /> <br /> 2<br /> t <br /> t<br /> b 2 = f m . x  ; J 2 = m. x  ; b = b1 + b2; J = J1 + J2<br />  <br />  2π <br />  2π <br /> <br /> (2.1)<br /> <br /> Các ký hiệu sử dụng trong mô hình: b1 - Hệ số ma sát nhớt trên trục động<br /> cơ; b2 Hệ số ma sát nhớt quy đổi từ bàn máy về trục vít me bi; fm - Hệ số ma<br /> sát nhớt của bàn máy ; U - Tín hiệu điều khiển; E - Tín hiệu so sánh; F - Tín<br /> hiệu phản hồi; tx - Bước của vít me bi; I - Dòng điện điều khiển van; KV Hệ số khuếch đại của van tỷ lệ; Q - Lưu lượng cung cấp của van tỷ lệ; X Vị trí của bàn máy; B - Mô đun đàn hồi của dầu; J1 - Giá trị mômen quán<br /> tính khối lượng của dầu và rôto của động cơ thủy lực; J2 - Giá trị mômen<br /> quán tính khối lượng quy đổi từ khối lượng bàn máy về trục vít me; λ - Hệ<br /> số tổn thất lưu lượng; p - Áp suất làm việc của động cơ thuỷ lực; Dm - Thể<br /> tích của động cơ thủy lực/rad; D 0 - Thể tích riêng của động cơ thuỷ lực; V m<br /> Thể tích chứa dầu trong buồng công tác; Ω - Vận tốc góc của trục động cơ<br /> thuỷ lực; θ - Góc quay của trục động cơ thuỷ lực.<br /> <br /> 2.2.2. Các phương trình mô tả toán học của hệ<br /> Mối quan hệ giữa chuyển động thẳng và chuyển động quay qua bộ<br /> <br /> truyền vít me bi được xác định theo công thức sau: θ = 2π .X<br /> <br /> (2.2)<br /> <br /> tx<br /> <br /> Trên môtơ thủy lực và van tỷ lệ, ta có:<br /> Phương trình cân bằng lưu lượng trên động cơ thủy lực và van tỷ<br /> <br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2