Giải thích chi tiết: Giác hút chân không

Bài toán dùng để làm gì

Giác hút chân không dùng để gắp tấm thép, tấm kính, thùng carton trên robot hay cơ cấu tiếp phôi máy cắt laser. Bài toán tính lực giữ cần thiết (có tính gia tốc và hệ số an toàn), chọn đường kính và số giác, rồi ước tính thời gian hút đủ chân không.

Hình dung đơn giản

Kiến thức nền cần có

Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.3 lực · 0.7 hệ số an toàn · 0.10 ma sát · 0.15 áp suất và lưu lượng

Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu

Ký hiệu	Ý nghĩa	Đơn vị	Lấy số liệu ở đâu
mode	Phương giữ vật: ngang (giác từ trên xuống) hoặc đứng (giác ở mặt bên)	–	Bố trí tay gắp
m	Khối lượng vật	kg	Bản vẽ
a	Gia tốc lớn nhất của robot/tay gắp	m/s²	Thông số robot (Yaskawa, Fanuc, ABB) hoặc chương trình chuyển động
S	Hệ số an toàn	–	Ngang ≥ 1,5; đứng ≥ 2; vật xốp/có dầu ≥ 2,5 (Schmalz)
μ	Hệ số ma sát giác – vật	–	Khô 0,5; có dầu 0,1–0,3
Δp	Độ chân không đạt được	bar	Vật kín 0,6–0,8 bar; vật xốp thấp hơn
D, n	Đường kính giác và số giác	mm, cái	Catalogue Schmalz, SMC ZP, Festo ESS
V, Q	Thể tích cần hút (ống + giác); lưu lượng hút của ejector/bơm	L, NL/ph	Đo ống; catalogue ejector SMC ZH/ZK, Schmalz SBP

Xây dựng công thức từng bước

Công thức tổng quát không "từ trên trời rơi xuống": nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:

Bước 1. Lực giữ của giác

Lực = độ chân không × diện tích miệng giác, nhân số giác:

F1 = Δp·π·D²/4 ; Ft = n·F1

Bước 2. Lực giữ yêu cầu

Vật vừa có trọng lượng vừa bị gia tốc; giác ngang chịu kéo trực tiếp, giác đứng giữ nhờ ma sát nên chia cho μ:

Fr = m·(g + a)·S (ngang) ; Fr = m·(g + a)·S/μ (đứng)

Bước 3. Kiểm tra và đường kính tối thiểu

So lực giữ với yêu cầu; hoặc tính D nhỏ nhất với số giác đã chọn:

Ft ≥ Fr ; Dmin = √(4·Fr / (π·Δp·n))

Bước 4. Thời gian hút chân không

Thời gian để bơm/ejector hút thể tích V xuống độ chân không cần:

te = V/Q · ln(p0 / (p0 − Δp))

Hình TB08.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)

Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Giá trị	Đơn vị	Ghi chú / nguồn
1	Phương giữ vật	mode	Ngang (giác hút từ trên xuống)
2	Khối lượng vật	m	5	kg
3	Gia tốc lớn nhất của robot/tay gắp	a	5	m/s²
4	Hệ số an toàn	S	1,5		Ngang ≥ 1,5; đứng ≥ 2; vật xốp/dầu ≥ 2,5
5	Hệ số ma sát giác – vật	μ	0,5		Bề mặt khô 0,5; có dầu 0,1–0,3
6	Độ chân không	Δp	0,6	bar	Vật kín: 0,6–0,8 bar; vật xốp thấp hơn
7	Đường kính giác hút	D	40	mm
8	Số giác hút	n	4
9	Thể tích cần hút (ống + giác)	V	0,2	L
10	Lưu lượng hút của ejector/bơm	Q	20	NL/ph

Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Kết quả	Đơn vị	Công thức / cách tính
11	Lực giữ lý thuyết 1 giác	F1	75,4	N	F = Δp·π·D²/4
12	Lực giữ tổng	Ft	301,6	N
13	Lực giữ yêu cầu	Fr	111,1	N	Ngang: m(g+a)·S ; đứng: m(g+a)·S/μ
14	Lực giữ ≥ yêu cầu	Kiểm tra	ĐẠT
15	Đường kính giác tối thiểu	Dmin	24,27	mm	D ≥ √(4F/(π·Δp·n))
16	Thời gian hút chân không	te	0,538	s	t = V/Q·ln(p0/p1)

Áp dụng thực tế và lưu ý

Chọn giác có đường kính chuẩn ≥ Dmin; vật phẳng dùng giác dẹt, vật cong hoặc lệch dùng giác xếp nếp (bellows).
Tấm mỏng lớn: phân bố giác đều để tấm không võng và bong mép; tấm có dầu cắt: chọn giác có gân chống trượt.
Nếu KHÔNG ĐẠT: tăng số giác, tăng đường kính, giảm gia tốc robot khi đang mang vật, hoặc đổi sang hút ngang.
Lắp công tắc chân không để robot chỉ di chuyển khi đã đủ chân không; dùng van một chiều giữ chân không khi mất khí.
Lỗi hay gặp: dùng chân không tuyệt đối thay vì độ chân không so với khí quyển; quên gia tốc của robot.

Nhóm: Thủy lực

Gồm: TB09 xi lanh thủy lực · TB10 chọn bơm thủy lực và động cơ điện · TB11 mô tơ thủy lực · TB12 đường ống thủy lực · TB13 bình tích áp kiểu bóng · TB14 thùng dầu và làm mát · TB15 lỗ tiết lưu và hệ số lưu lượng van (kv, cv)