Tài liệu De_thi_va_dap_an_truyen_dong_khi_nen_thuy_luc

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỀ THI MÔN: TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN-THỦY LỰC Khoa Cơ khí Chế tạo máy Bộ môn: Cơ điện tử Mã môn học: 1129050 Học kỳ: 1, Năm học 2010-2011, ĐỀ SỐ: 1 Đề thi có 6 trang, Thời gian: 60 phút, Được phép sử dụng tài liệu (trừ laptop) Sinh viên làm bài trên đề thi, nộp lại đề thi Họ và tên: MSSV: CBCT 1: Điểm: STT: CBCT 2: Câu 1(2 điểm) Cho hệ thống truyền động thủy lực như hình vẽ 1, để đáp ứng yêu cầu thiết kế thời gian di chuyển của xylanh A và B đi ra và đi vào là 10 giây. Hình 1: Hệ thống truyền động thủy lực câu 1, a) Cho biết tên gọi van 1V1 (0.5 điểm): b) Mục đích của van 1 (0.5 điểm): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .............................................................................. .............................................................................. 1 c) Cho tín hiệu vào solenoid Y1 và Y2 như hình vẽ dưới, yêu cầu sinh viên vẽ lại sơ đồ hành trình bước của xylanh A và B đáp ứng các tín hiệu vào Y1 và Y2. (Y1 có điện khi giá trị là 1 và 0 là không có điện, Y2 tương tự với Y1) vào hình. (1.0 điểm) 1 Y1 0 1 Y2 0 1 Xylanh A 0 1 Xylanh B 0 0 5 10 15 20 25 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Giây Hình 2: Sơ đồ hành trình bước với 2 selonoid và 2 xylanh A và xylanh B, Câu 2 (1 điểm) Cho van đảo chiều điều khiển gián tiếp với sơ đồ nguyên lý như hình 3(a), yêu cầu sinh viên vẽ lại van đảo chiều gián tiếp này với ký hiệu đơn giản ở hình 3(b). a b Y T P A B Hình 3: Van đảo chiều thủy lực (a) sơ đồ nguyên lý (b) ký hiệu đơn giản Câu 3 (3 điểm) Thiết kế mạch điện điều khiển 2 xylanh khí nén A và B theo biểu đồ hành trình bước 1 chu kỳ như hình 4 dưới. Xylanh A ra vào n (n có thể cài đặt giá trị tùy ý 1≤n), sau khi kết thúc thì xylanh B đi ra và sau đó ra về. Hệ thống truyền động khí nén gồm 2 xylanh A và B, xylanh A điều khiển bởi van 5/2 điều khiển 2 vị trí bằng solenoid, xylanh B điều khiển bằng van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng solenoid quay trở về bằng lò xo như hình 4. 2 1 2 3 n Xylanh A s2 ... s1 s4 Xylanh B s3 Xylanh A s1 Y1 s2 Y2 Xylanh B s3 (a) s4 Y3 (b) Hình 4: Sơ đồ hành trình bước (a) và hệ thống truyền động khí nén (b) dành cho câu 3. Câu 4 (2 điểm) Một cơ cấu dẫn động thẳng sử dụng xylanh khí nén đẩy kiện hàng lên một cầu dốc vào băng chuyền phân loại. Đoạn dốc có độ nghiêng 50o. Hệ số ma sát giữa kiện hàng và bề mặt trượt là 0,1. Khối lượng kiện hàng là 130 kg. Cơ cấu giảm chấn bằng khí nén, với khoảng hành trình giảm chấn là 28 mm, gia tốc của kiện hàng xảy ra trong khoảng hành trình giảm chấn, vận tốc chuyển động bình ổn là 0,5 m/s. Áp Suất tối thiểu của hệ thống là 600 Kpa. Hãy tính đường kính piston đối với hành trình duỗi ra. Giả sử tổn thất do ma sát bên trong xylanh là 12%. Câu 5 (2 điểm) Cho 2 xylanh tác động kép A và B, xylanh A và B có sơ đồ hành trình bước như hình 5(b). Xylanh A có gắn 2 công tắc hành trình ở đầu và cuối là a0, a1 và xylanh B gắn 3 công tắc hành trình ở vị trí đầu, giữa cuối hành trình của xylanh là b0, b1, b2 như hình vẽ. Thiết kế mạch điện điều khiển 2 xylanh như hành trình bước đưa ra ở hình 5(a) theo phương pháp thiết kế theo tầng. 1 2 3 4 5 6 7 a1 Xylanh A a0 Xylanh B T=10s b2 b1 b0 3 a0 Xylanh A Y1 a1 Xylanh B b0 b1 b2 Y2 Y3 Y4 Hình 5: Sơ đồ hành trình bước(a) và hệ thống truyền động khí nén (b) dành cho Câu 5, ------------------- Hết ------------------------ Bộ môn Cơ điện tử 4 ĐÁP ÁN MÔN TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN-THỦY LỰC (Ngày thi 13/01/2011) Câu 1: 2 điểm Cho hệ thống truyền động thủy lực như hình vẽ 1, để đáp ứng yêu cầu thiết kế thời gian di chuyển của xylanh A và B đi ra và đi vào là 10 giây. Hình 1: Hệ thống truyền động thủy lực câu 1, a) (0.5 điểm) tuần tự hoặc van tuần tự áp suất (presure sequence valve) b) (0.5 điểm) Van tuần tự: Chức năng cho phép sự làm việc theo thứ tự trước sau của các cơ cấu tác động khi đạt ngưỡng áp suất cài đặt. c) (1.0 điểm) 1 Y1 0 1 Y2 0 1 Xylanh A 0 1 Xylanh B 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Giây 5 Câu 2 ( 1 điểm) Cho van đảo chiều điều khiển gián tiếp với sơ đồ nguyên lý như hình 3(a), yêu cầu sinh viên vẽ lại van đảo chiều gián tiếp này với ký hiệu đơn giản ở hình 3(b). a b Y T A B P a A b Y B P T Câu 3: (3 điểm)Thiết kế mạch điện điều khiển 2 xylanh khí nén A và B theo biểu đồ hành trình bước 1 chu kỳ như hình 4 dưới. Xylanh A ra vào n (n có thể cài đặt giá trị tùy ý 1≤n), sau khi kết thúc thì xylanh B đi ra và sau đó ra về. Hệ thống truyền động khí nén gồm 2 xylanh A và B, xylanh A điều khiển bởi van 5/2 điều khiển 2 vị trí bằng solenoid, xylanh B điều khiển bằng van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng solenoid quay trở về bằng lò xo như hình 4. Xylanh A s1 1 Xylanh A Xylanh B 2 3 n ... s2 Xylanh B s3 s4 s2 s1 Y1 Y2 Y3 s4 s3 Hình 4: Sơ đồ hành trình bước (a) và hệ thống truyền động khí nén (b) dành cho câu 3. 6 Câu 4 (2 điểm) Một cơ cấu dẫn động thẳng sử dụng xylanh khí nén đẩy kiện hàng lên một cầu dốc vào v băng chuyền phân loại. Đoạn dốc có độ nghiêng 50o. Hệ số ma sát giữa kiện hàng và bề mặt trượt là 0,1. Khối lượng kiện hàng là 130 kg. Cơ cấu giảm chấn bằng khí nén, với khoảng hành trình giảm chấn là 28 mm, gia tốc của kiện hàng xảy ra trong khoảng hành trình giảm chấn, vận tốc chuyển động bình ổn là 0,5 m/s. Áp Suất tối thiểu của hệ thống là 600 Kpa. Hãy tính đường kính piston đối với hành trình duỗi ra. Giả sử tổn thất do ma sát bên trong xylanh là 12%. 13 0k F 1 F 2 g D F m s mg a=50o Chúng ta có lực nâng F1 là: F1 = m.g.sin a = 130 x9.81x0.766 = 977 N Lực ma sát của vật cần nâng với bế mặt trượt là: F1 = m.g.cos a . = 130 x9.81x0.643x0.1 = 82 N Lực quán tính của khối lượng chuyển động có gia tốc là: Fms = ma = m.v 2 130 x0.52 = = 580 N 2.s 2 x0.028 Tổng ngoại lực tác động lên xylanh là: F = F1  Fms  Fqt = 977  82  580 = 1639 N Đường kính piston duỗi ra là: F= 88 p d 2 F  4 100 1693 100 d = = = 0.063m 400 88  p  3.14 22  600 103  3.14 7 Câu 5 (2 điểm) Cho 2 xylanh tác động kép A và B, xylanh A và B có sơ đồ hành trình bước như hình 5(b). Xylanh A có gắn 2 công tắc hành trình ở đầu và cuối là a0, a1 và xylanh B gắn 3 công tắc hành trình ở vị trí đầu, giữa cuối hành trình của xylanh là b0, b1, b2 như hình vẽ. Thiết kế mạch điện điều khiển 2 xylanh như hành trình bước đưa ra ở hình 5(a) theo phương pháp thiết kế theo tầng. 2 1 3 4 5 6 7 a1 Xylanh A a0 b2 T=10s Xylanh B b1 b0 a0 Xylanh A Y1 a1 Xylanh B b0 b1 b2 Y2 Y3 Y4 Hình 5: Sơ đồ hành trình bước(a) và hệ thống truyền động khí nén (b) dành cho Câu 5, E1 Start + a0 b0 A- A+ BE3 b2 a1 B+ B+ T T b1 E2 8 9 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỀ THI MÔN: TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN-THỦY LỰC Khoa Cơ khí Chế tạo máy Mã môn học: 1129050 Bộ môn: Cơ điện tử Học kỳ: 1, Năm học 2011-2012, ĐỀ SỐ: 1 Đề thi có 6 trang, Thời gian: 60 phút, Được phép sử dụng tài liệu (trừ laptop) Sinh viên làm bài trên đề thi, nộp lại đề thi Điểm: Họ và tên: MSSV: STT: CBCT 1: CBCT 2: Bài 1: (3 điểm) a. Điền các thông tin thiết bị còn thiếu của hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực vào bảng 1. (Với 5 thông tin còn thiếu từ 1 đến 5 và điền thông tin 3 bằng tiếng Việt). (1 điểm) Bảng 1: Bảng thiết bị của Bài 1 Mô tả - tên thiết bị Xylanh tác động 2 chiều (Double-Acting cylinder) Van một chiều (Non- 1 return or Check valve) Van áp suất (Pressure-control valve) Van giảm áp 2 (Pressure-reducing valve) 3 Ký hiệu Số lượng Ghi chú 2 4 2 Áp suất cài đặt 30 bar 1 1 Y2 Y1 Khối bơm (bơm, van tràn, bể chứa…) (Pump) 4 1 2 Rơle (Relay) Nút nhấn S1 và S2 (Điện – thường mở) (Button – NO) Công tắc hành trình S3 (Limit switch) 5 2 1 S3 1 Áp suất bơm 50 bar b. Cho biểu đồ hành trình bước như hình 1. Quy trình hoạt động như sau: Nhấn nút S1 thì xylanh (cylinder) A đi ra (A+), khi đủ áp suất cài đặt thì xylanh B tự động đi ra (B+), khi xylanh B đi ra tới cuối hành trình chạm công tắc đặt ở cuối hành trình S3 thì dừng lại. Sau đó nhấn nút S2 thì xylanh B tự động đi về (B-), khi đủ áp suất cài đặt thì xylanh A cũng về (A-). Sử dụng các thiết bị thuộc bảng 1 (số lượng nhỏ hơn hoặc bằng số lượng thiết bị đề cập trên bảng 1) để thiết kế mạch truyền động thủy lực và hệ thống điều khiển điện với sơ đồ hành trình bước như hình 1. (2 điểm) 1 Nút nhân S1 0 1 Nút nhân S2 Xylanh A 0 1 0 1 Xylanh B 0 S3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 (giây) Hình 1: Sơ đồ hành trình bước của Bài 1 (b). Bài 2: (3 điểm) Cho hệ thống tự động với 3 xylanh A, B và C với sơ đồ hành trình bước như hình 2. Ngoài ra còn có 1 cảm biến để phân lọai sản phẩm. Khi nhấn nút nhấn START xylanh A đi ra (A+) khi đến cuối hành trình chạm công tắc hành trình S2. Nếu có tín hiệu cảm biến (CB =1) thì xylanh B đi ra, nếu không có tín hiệu cảm biến (CB=0) thì xylanh C đi ra. Sau đó tùy theo tín hiệu cảm biến thì xylanh A và B hoặc A và C đi về. Sau đó xylanh A ra và về 1 lần nữa để hoàn thành chu kỳ hoạt động. Hệ thống truyền động khí nén như hình 3. Các xylanh tác động 2 chiều B và C được điều khiển bới van 5/2 tác động 1 bên bằng solenoid quay trở về bằng lò xo. Xylanh tác động 2 chiều A được điều khiển bởi van 5/2 tác động 2 bên bằng solenoid. Yêu cầu sinh viên vẽ mạch điện điều khiển 3 xylanh A, B, C với sơ đồ hành trình bước đã cho. Bước Xylanh 1 2 3 4 5 Công tắc hành trình Điều kiện S2 Xylanh A S1 S4 Xylanh B CB=1 S3 S6 Xylanh C CB=0 Hình 2: Sơ đồ hành trình bước của bài 2. 2 S5 S1 4 S2 S3 2 Y1 4 Y2 5 S4 S5 2 4 Y3 S6 2 Y4 3 5 3 1 5 3 1 1 Hình 3: Sơ đồ truyền động khí nén của bài 2. Bài 3: (2 điểm) Cho sơ đồ mạch điều khiển hệ thống khí nén như hình 4. Tín hiệu tác động là nút nhấn Start. Thời gian di chuyển của đầu piston (pittông) từ công tắc hành trình S1 đến S2 là 5 giây và S2 đến S1 ngược lại cũng là 5 giây. Với tín hiệu của nút nhấn Start cho như trên sơ đồ hành trình bước ở hình 5, hãy vẽ biểu đồ đáp ứng của xylanh (Vẽ trực tiếp vào hình 5). S1 4 1 2 5 2 S2 3 1 1 2 Start 1 4 3 2 4 5 2 3 5 1 3 1 4 2 5 3 4 2 5 3 1 1 2 2 S1 S2 1 3 1 3 3 Hình 4: Sơ đồ mạch điều khiển khí nén bài. Nút nhấn Start 1 0 S2 1 Xylanh 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 S1 50 (giây) Hình 5: Sơ đồ hành trình bước bài 3. Bài 4: (2 điểm) Một khối lượng 2000 kg được xylanh thủy lực đẩy ra trên mặt phẳng nằm ngang từ trạng thái đứng yên đến vận tốc chuyển động bình ổn là 1m/giây với khoảng di chuyển là 50 mm. Hệ số ma sát giữa tải và nền là 0.15. Áp suất dầu lên xylanh là 100 bar. Trong quá trình chuyển động, ma sát trong xy lanh thủy lực và sự rò rỉ làm cho áp suất giảm đi 5 bar. Giả sử áp suất của cửa xả của xylanh là 0 bar. Tính đường kính piston (pittông) để di chuyển khối lượng trên. ------------------- Hết ------------------------ Bộ môn Cơ điện tử 4 ĐÁP ÁN Bài 1: (3 điểm) a. Điền các thông tin thiết bị của hệ thống truyền động thủy lực và điều khiển còn thiếu vào bảng 1. (Với 5 thông tin còn thiếu từ 1 đến 5). (1 điểm) Bảng 1: Bảng thiết bị của Bài 1 Mô tả - tên van Xylanh tác động 2 chiều Van một chiều Ký hiệu Số lượng 2 Ghi chú 4 1 Van áp suất 2 Van giảm áp 1 3 Van đảo chiều 4/3 tác động 2 bên bằng solenoid 1 Áp suất cài đặt 30 bar Y2 Y1 Khối bơm (bơm, van 4 tràn, bể chứa…) 1 Áp suất bơm 50 bar 2 Relay (Rơle) Nút nhấn S1 và S2 (Điện – thường mở) 2 5 1 Công tắc hành trình S3 S3 b. Biểu đồ hành trình bước như hình 2.Nhấn nút S1 thì xylanh A đi ra (A+) trong 10 giây, sau đó xylanh B tự động đi ra (B+) trong 10 giây tiếp theo, khi xylanh B đi ra tới cuối hành trình chạm công tắc đặt ở cuối hành trình S3 thì dứng. Sau đó nhấn nút S2 thì xylanh B tự động đi về (A-) trong 10 giây, sau đó xylanh A cũng về (A-) trong 10 giây. Sử dụng các thiết bị thuộc bảng 1 (số lượng nhỏ hơn hoặc bằng số lượng thiết bị đề cập trên bảng1) để thiết kế mạch truyền động thủy lực và hệ thống điều khiển điện với sơ đồ hành trình bước như hình 2. ( 2 điểm) 5 1 Nút nhân S1 0 1 Nút nhân S2 0 1 Xylanh A 0 1 Xylanh B 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 S1 50 (giây) Hình 1: Sơ đồ hành trình bước của Bài 2 (b). Bài 3: (3 điểm) Cho hệ thống tự động với 3 xylanh A, B và C với sơ đồ hành trình bước như hình 2. Ngoài ra còn có 1 cảm biến để phân lọai sản phẩm. Khi nhấn nút nhấn START xylanh A đi ra (A+) khi đến cuối hành trình chạm công tắc S2. Nếu có tín hiệu cảm biến (CB =1) thì xylanh B đi ra, nếu không có tín hiệu cảm biến (CB=0) thì xylanh C đi ra. Sau đó tùy theo tín hiệu cảm biến thì xylanh A và B hoặc A và C đi về. Sau đó xylanh A ra và về 1 lần nữa để hoàn thành chu kỳ hoạt động. Hệ thống truyền động khí nén như hình 3. Các xylanh tác động 2 chiều B và C được điều khiển bới van 5/2 tác động 1 bên bằng solenoid quay trở về bằng lò xo. Xylanh tác động kép A được điều khiển bởi van 5/2 tác động 2 bên bằng solenoid. Yêu cầu sinh viên vẽ mạch điện điều khiển 3 xylanh A, B, C với sơ đồ hành trình bước đã cho. 6 Bước Xylanh 2 1 4 5 3 Xylanh A Điều Công tắc kiện hành trình S2 S1 S4 Xylanh B CB=1 Xylanh C CB=0 S3 S6 S5 Hình 2: Sơ đồ hành trình bước của bài 2. S1 4 S2 S3 2 Y1 Y2 5 4 2 5 3 S4 S5 4 Y3 S6 2 Y4 3 1 5 3 1 1 Hình 3: Sơ đồ truyền động khí nén của bài 2. 1 +24V 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 S3 K1 K3 S4 S6 K2 15 16 K1 K1 S2 S2 17 S2 S5 K4 S1 K1 K3 K4 K2 S1 K1 K3 K4 CB CB K2 K2 K3 K1 K4 K1 K2 K3 K4 Y1 Y2 Y3 Y4 CB 0V 8 2 3 11 15 16 1 5 6 14 3 7 8 12 6 1 9 13 16 15 7 Bài 4: (2 điểm) Cho sơ đồ mạch điều khiển hệ thống khí nén như hình 4. Tín hiệu tác động là nút nhấn Start. Thời gian di chuyển của đầu piston từ công tắc hành trình S1 đến S2 là 5 giây và S2 đến S1 ngược lại cũng là 5 giây. Hãy vẽ sơ đồ hành trình bước của hệ thống náy (Vẽ trực tiếp vào hình). S1 4 2 5 2 1 S2 3 1 1 2 Start 1 4 3 2 4 5 2 3 5 1 3 1 4 4 2 5 2 5 3 3 1 1 2 2 S1 S2 1 3 1 3 Hình 4: Sơ đồ mạch điều khiển khí nén bài Nút nhấn Start 1 0 S2 1 Xylanh 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 S1 50 (giây) Bài 4: (2 điểm) Một khối lượng 2000 kg được xylanh (cylinder) thủy lực đẩy ra trên mặt phẳng nằm ngang từ trạng thái đứng yên đến vận tốc chuyển động bình ổn là 1m/giây với khoảng di chuyển là 50 mm. Hệ số ma sát giữa tải và nền là 0.15. Tính đường kính piston (pittông) với áp suất 100 bar (Trong quá trình chuyển động ma sát trong xy lanh thủy lực và rò rỉ làm cho áp suất giảm 5 bar). Giả sử áp suất của cửa xả của xylanh là 0). Trong trường hợp này u = 0; v = 1 m/s; s= 0.05 Với công thức v2 = u2 +2as Giá tốc: a = 10 m/s2; 8 Lực quán tính của vật là: F=(W/g)a = 20000 N Lực cần thiết để thắng lực ma sát: P = W= 0.15 x 20000 x 0.91 = 2943 N Tổng lực quán tính và lực chống lại ma sát là 22943 N. Áp suất thực tế là 95 bar = 95 x 105 N/m2 Diện tích pittông: S= D2/4 = 2415 mm2 = 0.002415 m2 Vì vậy đường kính pittông là: D= 55.4 mm. Chọn đường kính xylanh > 55.4 mm. ------------------- Hết --------------------- Bộ môn Cơ điện tử 9