Cơ sở lý thuyết

Nội dung text: Cơ sở lý thuyết

1. Cơ sở lý thuyết -Cơng thức và Đơn vị đo của các đại lượng cơ bản -Cơ sở tính tốn -Sơ đồ chức năng của hệ thống điều khiển tự động
2. Cơng thức và Đơn vị đo của các đại lượng cơ bản ◼ Lực ◼ Áp suất ◼ Lưu lượng ◼ Cơng ◼ Cơng suất
3. LỰC (F) ◼ Đơn vị: Newton (N); 1N=1kg.m/s2 ◼ Cơng thức : F=m.a m: khối lượng; a gia tốc ◼ Định nghĩa: Lực tác dụng lên vật cĩ khối lượng 1kg di chuyển với gia tốc 1m/s2
4. ÁP SUẤT (P) ◼ Đơn vị: Theo hệ thống đo lường SI thường sử dụng là Pascal (Pa); ngồi ra cịn sử dụng đơn vị là bar (đức), psi (anh, mỹ); kG /cm2 hay kP/cm2 1 Pa=1 N/m2 =1 kg/m.s2 1 bar = 105 Pa=1 kG/cm2=1 at=14,5 psi = 14,5 lbf/in2 ◼ Cơng thức : P=F/A F: lực tác dụng A: tiết diện chịu lực ◼ Định nghĩa: Lực tác dụng vuơng gĩc 1N lên bề mặt cĩ diện tích 1m2
5. ÁP SUẤT (P)
6. ÁP SUẤT Aùp suất dư Pe Aùp suất tương đối Aùp suất dư Pe Aùp suất khí trời Pk Aùp suất tuyệt đối Aùp suất chân không P Pabs v Chân không tuyệt đối
7. LƯU LƯỢNG (Q) ◼ Đơn vị: m3/s; l/min ◼ Cơng thức : Q=V/t ; V: thể tích(m3) , t: thời gian (s) Q Q A = ; v = v A ◼ Định nghĩa: vận tốc chảy của lưu chất qua tiết diện dịng chảy
8. CƠNG (W) ◼ Đơn vị: J; kcal; kW;Nm; m2.kg/s2 1J=1Nm= 1 m2.kg/s2 =2,78.10-7kW=2,39.10-4 kcal ◼ Cơng thức : ◼ Định nghĩa: Cơng sinh ra dưới tác dụng của một lực 1N để vật di chuyển quảng đường 1m
9. CƠNG SUẤT(H) ◼ Đơn vị: W; kW; N.m/s 1W=1N.m/s=1J.1s kW=1000W ◼ Cơng thức : ◼ Định nghĩa: 1Walt là Cơng suất trong thời gian 1s sinh ra năng lượng 1J
10. Cơ sở tính tốn ◼ Các đại lượng vật lý ◼ Phương trình trạng thái nhiệt động học ( tự đọc) ◼ Áp suất thủy tỉnh ◼ Phương trình dịng chảy liên tục ◼ Phương trình Bernulle ◼ Tổn thất áp suất ( sinh viên tự đọc tài liệu)
11. Các đại lượng vật lý
12. Phương trình trạng thái nhiệt động học Phần này sinh viên đã học rồi mơn học nhiệt kỹ thuật, tự xem lại ( PV=mRT, phương trình đoạn nhiệt, .)
13. Áp suất thủy tỉnh CƠ LƯU CHẤT THỦY TĨNH THỦY ĐỘNG
14. ÁP SUẤT THỦY TỈNH Aùp suất thủy tỉnh là áp suất tác động lên cột chất lỏng, không phụ thuộc vào hình dạng của bình chứa P = h . r. g+PL p : áp suất thủy tĩnh [Pa] h : chiều cao cột chất lỏng [m] r : khối lượng riêng chất lỏng [kg/m3] g : gia tốc trọng trường [m/s2] PL: áp suất khí quyển [Pa]
15. LỰC TÁC ĐỘNG F p = A P – Aùp suất [bar] F – Lực tác động [N] A – Diện tích [m2]
16. Một KÍCH THỦY LỰC VÍ DỤ nâng một tải 15.000N với áp suất 75 bar. Tính diện tích cần thiết của Một xy lanh cung cấp áp piston ? suất 100 bar trên bề mặt piston có diện tích 7.85cm2. Tính lực tác động tối đa sinh ra
17. SỰ TRUYỀN ÁP SUẤT F p = A
18. SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG Hệ thống cần bằng khi: F1 F2 F F p1 = và p2 = 1 2 p1 = p2 = A1 A2 A1 A2
19. VÍ DỤ Cho cơ cấu như hình vẽ, xác định lực cần thiết để cĩ thể nâng được vật cĩ khối lượng 1500kg. Biết tiết diện 2 2 A2=100cm , A1=50cm . F2 = m.g =1500.9,81 =14.715N A1 50 p1 = p2 F1 = F2 = .14.715 = 7.36N A2 100
20. SỰ DỊCH CHUYỂN Nếu một tải trọng F2 được nâng lên một khỏang cách là s1; thì piston 1 phải dịch chuyển một lượng chất lỏng nhất định để nâng piston 2 lên một khỏang là s2 V1 = s1.A1 và V2 = s2.A2 s1.A1 s2.A2 s2 = và A1 = vì V1 = V2 s1.A1 = s2.A2 A2 s1
21. TRUYỀN ÁP SUẤT Aùp suất thủy tỉnh p1 sinh ra lực F1, trên tiết diện A1. Như thế, lực F1 tác động lên tiết F1 = p1.A1 và F2 = p2.A2 diện A2 tạo ra áp suất thủy tỉnh p . 2 vì F1 = F2 p1.A1 = p2.A2 p1.A1 p1.A1 p2 = và A2 = A2 p2
22. Phương trình dịng chảy liên tục Lưu lượng của một chất lỏng được diễn tả qua thể tích trong một đơn vị thời gian chảy xuyên qua một ống có tiết diện thay đổi là bằng nhau tại tất cả các vị trí của ống. Q1 = A1.v1 Q2 = A2.v2 Q3 = A3.v3 Trong một đường ống giá trị của Q luôn bằng nhau Q1 = Q2 = Q3
23. Cho VÍ DỤ Q = 10 lít/ph d1 = 6 mm (Þ ống dẫn) d2 = 32 mm (Þ piston) Tìm Vận tốc dòng chảy v1 Vận tốc của piston v2
24. KIỂU DÒNG CHẢY Dòng chảy tầng Dòng chảy rối Dòng chảy tầng, dầu thủy lực chảy xuyên qua ống theo các lớp hình trụ một cách ngăn nắp. Các lớp bên trong chất lỏng di chuyển với vận tốc nhanh hơn các lớp bên ngòai Nếu vận tốc của dầu vượt quá một điểm xác định (hay còn gọi là vận tốc tới hạn), các hạt chất lỏng không còn di chuyển theo các lớp ngăn nắp. Các hạt ở tâm của ống bị bắn vào thành ống. Kết qủa là các chất lỏng tác động và cản trở hạt khác, tạo ra xoáy, dòng chảy trở thành rối, và năng lượng sẽ bị mất trong dòng chảy chính
25. Hệ số Reynold (Re): v.d Re = υ v: Vận tốc dòng chảy d: Đường kính ống υ : Độ nhớt động lực học Re 2300 : chảy rối
26. VÍ DỤ Dòng chảy chỉ chảy rối tại tiết diện A4 bởi 2500 > 2300. Dòng chảy trở lại chảy tầng tại tiết diện A3 sau khi qua điểm nút 500 < 1150. Tuy nhiên chỉ sau một khỏang ổn định
27. Phương trình Bernulle Áp suất tại một điểm chất lỏng đang chảy được xác định theo cơng thức: v2 v2 P + r.g.h + r. 1 = P + r.g.h + r. 2 = const 1 1 2 2 2 2 Áp suất thủy tỉnh (thế năng) P1 P + r.g.h v1 2 P v 2 h r. Áp suất thủy động (động năng) 1 v2 2 h2  = r.g Trọng lượng riêng
28. Sơ đồ chức năng của hệ thống điều khiển tự động
29. Khí nén/ Thủy lực Điện, Điện tử Xi lanh (chuyển động thẳng) ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN Động cơ điện (chuyển độngquay) Động cơ khí nén (chuyển động quay) (Cơ cấu chấp hành) Nam châm điện (độ dịch chuyển) ThIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN Van đảo chiều Công tắc tơ Phần tử khuếch đại PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN Rơ le điện cơ (điện từ, cảm ứng, nhiệt) Phần tử chuyển đổi tín hiệu (Cơ cấu tác động) Phần tử khuếch đại Van chân không (OUPPUT) Chỉnh lưu không và có điều khiển (Thyristor ) Bộ biến đổi Van đảo chiều Van chắn (logic OR, logic AND, van Khí cụ đóng ngắt mạch có tiếp điểm (Công xả khí nhanh); tắc tơ, rơle) Van điều chỉnh áp suất PHẦN TỬ XỬ LÝ TÍN HIỆU Khí cụ đóng ngắt mạch không có tiếp điểm Van tiết lưu (PROCESSING) (điện tử, bán dẫn) Van điều chỉnh thời gian Xử lý thời gian (time) R – S Flipflop khí nén CPU CPU khí nén PLC CNC Nút ấn Công tắc Nút ấn Công tắc hành trình PHẦN TỬ NHẬN TÍN HIỆU Công tắc Cảm biến (INPUT) Công tắc hành trình Lưu chương trình ( Thiết bị cam, Cảm biến phích cắm ) Lưu chương trình NGUỒN NĂNG ĐIỆN NGUỒN NĂNG LƯỢNG KHÍ NÉN
30. Ví dụ: CƠ CẤU CHẤP HÀNH 4 2 PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN 5 3 1 2 1 1 PHẦN TỬ XỬ LÝ TÍN HIỆU 2 2 PHẦN TỬ ĐƯA TÍN HIỆU VÀO 1 3 1 3 NGUỒN