Giáo trình công nghệ khí nén thuỷ lực

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP NAM ĐỊNH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC : CƠNG NGHỆ KHÍ NÉN – THỦY LỰC NGÀNH/NGHỀ: CƠNG NGHỆ Ơ TƠ TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-… ngày…….tháng….năm ………… của……………………………… Nam Định, năm 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Cơng nghệ Khí nén – Thủy lực” tài liệu biên soạn để phục vụ cho việc giảng dạy, học tập giáo viên học sinh - sinh viên ngành kỹ thuật Công nghệ Oto Tài liệu cung cấp kiến thức lý thuyết hệ thống khí nén thủy lực, thiết bị máy nén khí, bơm loại van sử dụng hệ thống truyền động thủy lực khí nén Mặc dù cố gắng, giáo trình khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong đồng nghiệp bạn đọc đóng góp ý kiến để giáo trình hồn thiện Nam Định, ngày … tháng … năm … Tham gia biên soạn Chủ biên: MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu I Giáo trình giảng Nội dung giảng II Phần : Hệ thống thủy lực Chương Cơ sở lý thuyết 1.1 Lịch sử phát triển khả ứng dụng HTTĐ thủy lực 1 1.2 Những ưu điểm nhược điểm thống điều khiển thủy lực 1.3 1.4 1.5 Định luật chất lỏng Đơn vị đo đại lượng Các dạng lượng 1.6 Tổn thất thống truyền động thủy lực 1.7 Độ nhớt yêu cầu dầu thủy lực Chương Cơ cấu biến đổi lượng hệ thống xử lý dầu 2.1 Bơm dầu động dầu 2.2 Xilanh truyền động (cơ cấu chấp hành) 2.3 Bể dầu 2.4 Bộ lộc dầu 2.5 Đo áp suất lưu lượng 2.6 Bình tích chứa Chương Các phẩn tử hệ thống điều khiển thủy lực 3.1 Khái niệm 3.2 Van áp suất 3.3 Van đảo chiều 3.4 Van chặn 3.5 Ống dẫn, ống nối 3.6 Vòng chắn Phần Hệ thống nén Chương Cơ sở lý thuyết 4.1 Lịch lử phát triển khả ứng dụng HTTĐ khí nén 4.2 Những ưu điểm nhược điểm HTTĐ khí nén 4.3 Sơ đồ nguyên lý truyền động 4.4 Đơn vị đo đại lượng Chương Máy nén khí 5.1 Nguyên tắc hoạt động phân loại máy nén khí 12 12 22 27 28 31 32 36 36 37 41 48 51 52 54 54 54 55 56 56 58 58 5.2 Các loại máy nén khí 59 5.3 Các phương pháp xử lý khí nén 5.4 Bình trích chứa khí nén 68 73 Chương : Cơ cấu chấp hành phần tử điều khiển 6.1 Cơ cấu chấp hành 77 77 6.2 Động khí nén 6.3 Van đảo chiều 6.4 Van chắn 85 88 88 6.5 Van tiết lưu 89 6.6 Van áp suất GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học:Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực Mã mơn học: C612020110 Vị trí, tính chất mơn học: - Môn học thực sau học xong mơn học sau: Chính trị, pháp luật, Ngoại ngữ; Tin học, Kỹ giao tiếp, Cơ kỹ thuật; Vật liệu khí; Vẽ kỹ thuật, Dung sai kỹ thuật đo lường; Kỹ thuật an toàn bảo hộ lao động - Tính chất mơnhọc: mơn học chun mơn nghề bắt buộc Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Trình bày khái niệm, yêu cầu định luật truyền dẫn lượng truyền động khí nén thủy lực + Giải thích cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động khí nén thủy lực - Về kỹ năng: + Nhận dạng cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị truyền động khí nén thủy lực - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Chấp hành nghiêm túc quy định trình học + Cẩn thận, chu đáo công việc quan tâm đúng, đủ không để xảy sai sót Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực Mục tiêu bài: Phần : Hệ thống thủy lực Chương Cơ sở lý thuyết - Hiểu định luật, đơn vị đo đại lượng chất lỏng - Biết phạm vi ứng dụng HTTĐ thủy lực - Hiểu dạng tổn thất hệ thống thủy lực Nội dung bài: 1.1.Lịch sử phát triển khả ứng dụng hệ thống truyền động thủy lực +/ 1920 ®· øng dơng lĩnh vực máy công cụ +/ 1925 ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nh: nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hóa chất, giao thông vận tải, hàng không, +/ 1960 đến ứng dụng tự động hóa thiết bị dây chuyền thiết bị với trình độ cao, có khả điều khiển máy tính hệ thống truyền động thủy lực với công suÊt lín 1.2 Những ưu nhược điệm hệ thống truyn ng bng thy lc 1.1.1 Ưu điểm +/ Truyền động đợc công suất cao lực lớn, (nhờ cấu tơng đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhng đòi hỏi chăm sóc, bảo dỡng) +/ Điều chỉnh đợc vận tốc làm việc tinh vô cấp, (dễ thực tự động hoá theo điều kiện làm việc hay theo chơng trình có sẵn) +/ Kết cấu gọn nhẹ, vị trí phần tử dẫn bị dẫn không lệ thuộc +/ Có khả giảm khối lợng kích thớc nhê chän ¸p st thđy lùc cao +/ Nhê qu¸n tính nhỏ bơm động thủy lực, nhờ tính chịu nén dầu nên sử dụng vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (nh khí điện) +/ Dễ biến đổi chuyển động quay động thành chuyển động tịnh tiến cấu chấp hành +/ Dễ đề phòng tải nhờ van an toàn +/ Dễ theo dõi quan sát áp kế, kể hệ phức tạp, nhiều mạch +/ Tự động hoá đơn giản, kể thiết bị phức tạp, cách dùng phần tử tiêu chuẩn hoá 1.1.2 Nhợc điểm +/ Mất mát đờng ống dẫn rò rỉ bên phần tử, làm giảm hiệu suất hạn chế phạm vi sử dụng +/ Khó giữ đợc vận tốc không đổi phụ tải thay đổi tính nén đợc chất lỏng tính đàn hồi cđa ®−êng èng dÉn +/ Khi míi khëi ®éng, nhiƯt độ hệ thống cha ổn định, vận tốc làm viƯc thay ®ỉi ®é nhít cđa chÊt láng thay ®ỉi Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực 1.3 Định luật chất lỏng Trong chất lỏng, áp suất (do trọng lợng ngoại lực) tác dụng lên phần tử chất lỏng không phụ thuộc vào hình dạng thùng chứa a pL b F A F1 c A1 l1 h pF pF ps l2 F2 A2 Hình 1.1 áp suất thủy tĩnh Ta có: H×nh a: pS = h.g.ρ + pL F H×nh b: pF = A l A F F F H×nh c: = pF = vµ = = l1 A1 F2 A1 A2 (1.1) (1.2) (1.3) Trong đó: - khối lợng riêng chất lỏng; h- chiều cao cđa cét n−íc; g- gia tèc träng tr−êng; pS- ¸p suÊt lùc träng tr−êng; pL- ¸p suÊt khÝ quyển; pF- áp suất tải trọng ngoài; A, A1, A2- diện tích bề mặt tiếp xúc; F- tải trọng Phơng trình dòng chảy liên tục Lu lợng (Q) chảy đờng ống từ vị trí (1) đến vị trí (2) không đổi (const) Lu lợng Q chất lỏng qua mặt cắt A ống toàn ống (điều kiện A2 liên tục) Ta có phơng trình dòng chảy nh sau: Q = A.v = số (const) (1.4) Với v vận tốc chảy trung bình qua mặt cắt A A1 Nếu tiết diện chảy hình tròn, ta có: v1 v2 (1.5) Q1 = Q2 hay v1.A1 = v2.A2 d 12 π d 22 = v2 ⇔ v1 4 VËn tèc ch¶y vị trí 2: d2 v = v 12 d2 Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thy lc (1.6) Hình 1.2 Dòng chảy liên tôc Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực Trong ®ã: Q1[m3/s], v1[m/s], A1[m2], d1[m] lần lợt lu lợng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dòng chảy đờng kính ống vị trí 1; Q2[m3/s], v2[m/s], A2[m2], d2[m] lần lợt lu lợng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dòng chảy đờng kính ống vị trí Phơng trình Bernulli Theo hình 1.3 ta có áp suất điểm chất lỏng chảy: .v 12 ρ.v 22 p + ρ.g.h1 + = p + ρ.g.h + = const 2 Trong ®ã: p1 p + ρ.g.h1 ⎫ ⎬ ¸p st thđy tØnh; p + ρ.g.h ⎭ ρ.v ρ.v , : áp suất thủy động; 2 = .g : trọng lợng riêng 2 (1.7) v1 p2 h1 h2 v2 Hình 1.3 Phơng trình Bernulli 1.4 Đơn vị đo đại lợng (Hệ mét) 1.41 áp suất (p) Theo đơn vị đo lờng SI lµ Pascal (pa) 1pa = 1N/m2 = 1m-1kgs-2 = 1kg/ms2 Đơn vị nhỏ, nên ngời ta thờng dùng đơn vị: N/mm2, N/cm2 so với đơn vị áp suất củ kg/cm2 có mối liên hệ nh− sau: 1kg/cm2 ≈ 0.1N/mm2 = 10N/cm2 = 105N/m2 (TrÞ số xác: 1kg/cm2 = 9,8N/cm2; nhng để dàng tính toán, ta lấy 1kg/cm2 = 10N/cm2) Ngoài ta dïng: 1bar = 105N/m2 = 1kg/cm2 1at = 9,81.104N/m2 ≈ 105N/m2 = 1bar (Theo DIN- tiêu chuẩn Cộng hòa Liên bang Đức 1kp/cm2 = 0,980665bar 0,981bar; 1bar 1,02kp/cm2 Đơn vị kG/cm2 tơng đơng kp/cm2) 1.4.2 Vận tốc (v) Đơn vị vận tốc m/s (cm/s) 1.3.2 Thể tích lu lợng a Thể tích (V): m3 lít(l) b Lu lợng (Q): m3/phút l/phút Trong cấu biến đổi lợng dầu ép (bơm dầu, động dầu) dùng đơn vị m3/vòng l/vòng Bi ging Cụng ngh Khớ nộn - Thy lực Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Khoa C khớ & ng lc 1.4.4 Lực (F) Đơn vị lực Newton (N) 1N = 1kg.m/s2 1.45 Công suất (N) Đơn vị công suất Watt (W) 1W = 1Nm/s = 1m2.kg/s3 1.5 Các dạng lợng +/ Mang lợng: dầu +/ Truyền lợng: ống dẫn, đầu nối +/ Tạo lợng chuyển đổi thành lợng khác: bơm, động dầu(mô tơ thủy lực), xilanh truyền lực 1.5.1 Sơ đồ thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến A1 Fs A2 x1, v1 tải d p1 Q1 D m Q2 p2 Ft Fc pT p0 Qb Hình 1.4 Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến Tính toán sơ bộ: +/ Thông số cấu chấp hành: Ft v(v1, v2) Chuyển động tịnh tiến (hành trình lµm viƯc) A1 A2 x1, v1 d m D Q1, p1 Ft Q2, p20 +/ Các phơng trình: Lu lợng: Q1 = A1.v1 Q2 = A2.v1 Lùc: Ft = p1.A1 Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực (1.8) (1.9) Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực Ft v [kW] 60.103 p Q C«ng st thđy lùc: N = 13 [kW ] 60.10 NÕu bá qua tỉn thÊt tõ b¬m đến cấu chấp hành N Nbơm Nếu tính đến tổn thất N ( = 0,6 ữ 0,8) N = Nđcơ điện = Công suất cấu chấp hành: N = (1.10) (1.11) (1.12) Chuyển động lùi (hành trình chạy không) A2 A1 x2, v2 d m D Fc Q '2 , p '2 ≈ Q1, p2 NÕu t¶i Ft = ⇒ p2 thắng ma sát p2.A2 Fc Lu lợng: Q1 = A2.v2 (1.13) Q = A1.v ≠ Q2 ' Do A1 > A2 ⇒ v2 > v1 1.5.2 Sơ đồ thủy lực tạo chuyển động quay Mx tải J Q Q nđ, Dm p p pT p Qb Hình 1.5 Sơ đồ mạch thủy lực chun ®éng quay Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực Trong hệ thống điều khiển khí nén – thủy lực, cấu biến đổi lượng, phần tử đưa tín hiệu xử lý tín hiệu ra, có nhiều cấu điều khiển điều chỉnh làm nhiệm vụ khác Tùy thuộc vào nhiệm vụ hệ thống mà cấu chia làm loại chủ yếu: Cơ cấu chỉnh áp Cơ cấu chỉnh lưu lượng Cơ cấu chỉnh hướng 6.3 CƠ CẤU CHỈNH ÁP Cơ cấu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, cố định tăng giảm trị số áp suất hệ thống truyền động khí nén – thủy lực Cơ cấu chỉnh áp có loại phần tử sau: 6.3.1 Van an toàn Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn mà hệ thống tải Khi áp suất lớn áp suất chó phép hệ thống dòng áp suất lưu chất thắng lực lò xo, lưu chất theo cửa T không khí khí nén, dầu chảy lại thùng chứa dầu (hình 5.1) P T Kí hiệu Hình 5.1 Van an toàn 6.3.2 Van tràn Nguyên tắc hoạt động van tràn tương tự van an toàn Chỉ khác chổ áp suất cửa P đạt đến giá trị xác định, cửa P nối với cửa A, nối với hệ thống điều khiển (hình 5.2) P A Hình 5.2 Kí hiệu van tràn 6.3.3 Van điều chỉnh áp suất ( van giảm áp) Trong hệ thống điều khiển khí nén & thủy lực bơm tạo lượng phải cung cấp lượng cho nhiều cấu chấp hành có áp suất khác Trong trường hợp Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 88 Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn dùng van giảm áp đặt trước cấu chấp hành để giảm áp suất đến trị số cần thiết P1 P2 Kí hiệu Hình 5.3 Van giảm áp 6.3.4 Rơle áp suất Rơle áp suất thường dùng hệ thống khí nén – thủy lực máy tự động bán tự động Phần tử dùng cấu phòng tải, tức có nhiệm vụ đóng mở công tắc điện, áp suất hệ thống vượt giới hạn định làm ngưng hoạt động hệ thống Vì đặc điểm nên phạm vi sử dụng rơle áp suất dùng rộng rãi, phạm vi điều khiển Nguyên lý hoạt động, cấu tạo kí hiệu rơle áp suất mô tả hình 5.4 Trong hệ thống điều khiển điện - khí nén, rơle áp suất coi phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén – điện Trong thủy lực pầhn tử chuyển đổi tín hiệu dầu – điện Kí hiệu Hình 5.4 Rơle áp suất 6.5 CƠ CẤU CHỈNH LƯU Cơ cấu chỉnh lưu lượng để xác định lượng lưu chất chảy qua đơn vị thời gian làm thay đổi vận tốc dịch chuyển cấu chấp hành hệ thống lưu chất làm việc với bơm tạo lượng với lưu lượng cố định Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 89 Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực 6.5.1 Van tiết lưu Van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng lưu chất Van tiết lưu đặt đường vào đường cấu chấp hành Hình 5.5 mô tả van tiết lưu lắp đường xy lanh dầu Lưu lượng chảy qua khe hở có tiết diện chảy Ax hiệu áp: ∆p = p2 – p3 tính theo công thức: Đối với dầu: 2.∆p Q = µ Ax (5.1) ρ1 Đối với khí nén: 2.∆p Q = ε µ Ax (5.2) ρ1 Hình 5.5 Trong đó: µ - Hệ số lưu lượng; ρ1 – Khối lượng riêng khí, dầu [Kg/m3] ε - Hệ số giãn nở khí Ax – Tiết diện khe hở van [m2] ∆p – Áp suất trước sau khe hở [N/m2] 6.5.1.1 Van tiết lưu có tiết diện thay đổi Lưu lượng dòng chảy qua khe hở van có tiết diện không thay đổi, kí hiệu hình 5.6 Hình 5.6 Kí hiệu van tiết lưu có tiết diện không thay đổi Van tiết lưu có tiết diện thay đổi điều chỉnh dòng lưu lượng qua van Hình 5.7 mô tả nguyên lý hoạt động kí hiệu van tiết lưu có tiết diện thay đổi, tiết lưu hai chiều, dòng lưu chất từ A qua B ngược lại P1 B A A Kí hiệu Ax Q P2 Hình 5.7 Van tiết lưu chiều Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 90 Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực 6.5.1.2 Van tiết lưu chiều điều chỉnh tay Hình 5.8 trình bày nguyên lý kí hiệu van tiết lưu chiều Dòng lưu chất từ A qua B chiều ngược lại van chiều bị mở tác dụng áp suất dòng lưu chất, chiều không đảm bảo tiết lưu A B B Kí hiệu A Hình Van tiết lưu chiều 6.5.2.2 Bộ ổn tốc Bộ ổn tốc cấu đảm bảo hiệu áp không đổi giảm áp, đảm bảo lưu lượng không đổi chảy qua van, tức làm cho vận tốc dịch chuyển píttông xilanh gần không đổi Kết cấu ổn tốc gồm van giảm áp van tiết lưu (hình 5.9) F F A p R A Ak p0 p p p p Kí hiệu p B Hình 5.9 Bộ ổn tốc Điều kiện để ổn tốc làm việc là: p0 > p1 > p2 > p3 phương trình cân lực nòng van viết sau: p2.Ak = p3.Ak + FF đó: Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 91 Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực ∆p = p − p = FF AK Lưu lượng chảy qua van tiết lưu, theo công thức (5.1) van tiết lưu viết: Q = µ Ax FF gAk Nếu ta không đổi tiết diện chảy Ax van tiết lưu, số rút gọn thành trị số k, công thức viết: Q = k FF Từ công thức cho thấy lưu lượng chảy qua ổn tốc hàm số lực lò xo FF Cho nên, việc lực chọn thích hợp lực lò xo ảnh hưởng nhiều đến tính làm việc ổn tốc CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN Cơ cấu điều khiển loại cấu điều khiển dùng để đóng, mở, nối liền ngăn cách đường dẫn dầu phận tương ứng hệ thống khí nén – thủy lực Cơ cấu chỉnh hướng thường dùng loại sau đây: Van chiều Van chiều dùng để điều khiển dòng lượng theo hướng, hướng lại dòng lượng bị chặn lại Trong hệ thống điều khiển khí nén – thủy lực van chiều thường đặt nhiều vị trí khác tùy thuộc vào mục đích khác (hình 5.10) Flow in No flow Kí hiệu Hình 5.10 Van chiều Van đảo chiều Van đảo chiều cấu chỉnh hướng có nhiệm vụ điều khiển dòng lượng qua van chủ yếu cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng dòng lượng Các thành phần mô tả hình 5.11 Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 92 Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực Cửa lượng vào cấu chấp hành Tín hiệu tác động Van chỉnh hướng Cửa xả Nguồn lượng Hình 5.11 Các thành phần van chỉnh hướng Tín hiệu tác động Nếu kí hiệu lò xo nằm phía bên phải kí hiệu van đảo chiều, van đảo chiều có vị trí “không”, vị trí ô vuông nằm bên phải kí hiệu van đảo chiều kí hiệu “0” Điều có nghóa chừng chưa có lực tác động vào pít tông trượt nòng van, lò xo tác động giữ vi trí Tác động vào làm thay đổi trực tiếp hay gián tiếp pít tông trượt tín hiệu sau (hình 5.12): • Tác động tay Nút bấm Nút nhấn tổng quát Tay gạt Bàn đạp • Tác động Đầu dò Cữ chặn lăn tác động chiều Cữ chặn lăn tác động chiều Lò xo Nút nhấn có rãnh định vị Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 93 Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực • Tác động khí dầu Trưc tiếp dòng khí – dầu vào Trực tiếp dòng khí – dầu Gián tiếp dòng khí – dầu vào qua van phụ Gián tiếp dòng khí – dầu qua van phụ • Tác động điện Trực tiếp Bằng nam châm điện van phụ trợ Hình 5.12 Tín hiệu tác động Kí hiệu van đảo chiều Van đảo chiều có nhiều dạng khác nhau, dựa vào đặc điểm chung số cửa, số vị trí số tín hiệu tác động để phân biệt chúng với (hình 5.13): - Số vị trí: số chỗ định vị trượt van Thông thường van đảo chiều có hai ba vị trí; trường hợp đặc biệt nhiều Thường kí hiệu: chữ o, a, b,… số 0,1, 2,… - Số cửa ( đường): số lỗ để dẫn khí dầu vào hay Số cửa van đảo chiều thường dùng 2, 3, 4, Đôi nhiều Thường kí hiệu: Cửa nối với nguồn : P Cửa nối làm việc: A, B, C… Cửa xả lưu chất: R, S, T… - Số tín hiệu: tín hiệu kích thích trượt chuyển từ vị trí sang vị trí khác Có thể Thường dùng kí hiệu: X, Y, … a A b B X T P R Hình 5.13 Kí hiệu van đảo chiều Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 94 Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực Một số van đảo chiều thông dụng Van có tác động – lò xo lên nòng van kí hiệu lò xo nằm vị trí bên phải kí hiệu van ta gọi vị trí “không” Tác động tín hiệu lên phía đối diện nòng van ( ô vuông phía bên trái kí hiệu van) tín hiệu cơ, khí nén, dầu hay điện Khi chưa có tín hiệu tác động lên phía bên trái nòng van lúc tất cửa nối van vị trí ô vuông nằm bên phải, trường hợp có giá trị van đảo chiều hai vị trí Đối với van đảo chiều vị trí vị trí “ không “ dó nhiên nằm ô vuông Van đảo chiều 2/2 Hình 5.14 van có cửa nối P A, vị trí Vị trí cửa P cửa A bị chặn Nếu có tín hiệu tác động vào, vị trí chuyển sang vị trí 1, cửa P cửa A nối thông với Nếu tín hiệu không tác động nữa, van chuyển từ vị trí vị trí ban đầu, vị trí “ không “ lực nén lò xo A A A P P Kí hiệu P Hình 5.14 Van 2/2 Van đảo chiều 3/2 Hình 5.15 có cửa vị trí Cửa P nối với nguồn lượng, cửa A nối với buồng xilanh cấu chấp hành, cửa T cửa xả Khi trượt di chuyển sang trái cửa P thông với cửa A trượt di chuyển sang phải cửa A thông với cửa T xả dầu thùng xả khí môi trường Van thường dùng để làm Rơle dầu ép khí nén A P A T P Hình 5.15 Van 3/2 T Kí hiệu Van đảo chiều 4/2 Hình 5.16 van có cửa vị trí Cửa P nối với nguồn lượng; cửa A cửa B lắp vào buồng trái buồng phải xilanh cấu chấp hành; cửa T lắp cửa đưa lượng thùng dầu, thải môi trường xung quanh khí nén Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 95 Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực Khi trượt van di chuyển qua phải cửa P thông với cửa A lượng vào xilanh cấu chấp hành, lượng buồng xilanh qua cửa B nối thông với cửa T Ngược lại trượt van di chuyển qua trái, cửa P thông với cửa B cửa A thông với cửa xả T A B A B A B P P T P T T Kí hiệu Hình 5.16 Van 4/2 Hình 5.17 mô tả van 4/2 tác động mặc định lực đẩy lò xo tín hiệu tác động phía lại cuộn coil điện có nút nhấn phụ Van đảo chiều 5/2 Hình 5.18 van có cửa vị trí Cửa P cung cấp nguồn lượng, cửa A lắp với buồng bên trái xilanh cấu chấp hành, cửa B lắp với buồng bên phải xi lanh cấu chấp hành, cửa T cửa R cửa xả lượng Khi trượt van di chuyển qua phải, cửa P thông với cửa A, cửa B thông với cửa T Khi trượt van di chuyển qua trái, cửa P thông với cửa B, cửa A thông với cửa R Píttông Lò xo Vỏ van Cuộn solenoid Lõi Kí hiệu Hình 5.17 Van 4/2, side (coil) Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 96 Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực A B A B R P T R P T Kí hiệu Hình 5.18 Van 5/2 • Van đảo chiều 4/3 Van 4/3 van có cửa vị trí Cửa A, B lắp vào buồng làm việc xilanh cấu chấp hành, cửa P nối với nguồn lượng, cửa T xả thùng dấu môi trường khí Hình 5.19 mô tả van 4/3 có vị trí trung gian nằm cân lực lò xo hai vị trí trái vị trí phải van Sự di chuyển vị trí trượt (píttông) sang trái sang phải tín hiệu tác động điện vào hai cuộn solenoid nút nhấn phụ hai đầu Píttông Solenoid phải Ở vị trí trung gian lượng Vỏ van Solenoid trái vào cửa P bị chặn lại, cửa A, cửa Lò xo phải Lõi phải B bị đóng nên xilanh cấu Kí hiệu Lò xo trái Lõi trái chấp hành không di chuyển Khi tác động tín hiệu điện vào Hình 5.19 - Van đảo chiều 4/3 tác động điện đầu solenoid phải, píttông(1) di chuyển sang trái, cửa P thông với cửa A, cửa P thông với cửa T Ngược lại tác động tín hiệu điện vào solenoid trái, píttông(1) di chuyển sang phải, cửa P thông với cửa B, cửa A thông với cửa T Hình 5.20 mô tả van 4/3 có vị trí trung gian an toàn Vị Kí hiệu trí trung gian cửa P bị đóng, cửa làm việc A, Hình 5.20 Van 4/3 vị trí trung gian an toàn B thông với cửa T Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 97 Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực Hình 5.21 mô tả van 4/3 vị trí trung gian có cửa P nối với T Kí hiệu Hình 5.21 Van 4/3 vị trí trung gian có cửa P nối với T Van đảo chiều 5/3 Van 5/3 có cửa vị trí Cửa A, B lắp vào buồng làm việc xilanh cấu chấp hành, cửa P nối với nguồn lượng, cửa T xả thùng dấu môi trường khí Hình 5.22 kí hiệu van 5/3 Van 5/3 thường Hình 5.22 Kí hiệu van 5/3 sử dụng hệ thống khí nén Ví dụ: Hệ thống sau mô tả van an toàn Khi áp suất buồng xylanh đẩy tăng lên đến giới hạn áp suất nguồn P bơm van an toàn hoạt động đưa dầu trở thùng, nhằm tránh tượng phá hỏng kết cấu phần tử hệ thống Ví dụ: Hệ thống có gắn van giảm áp Hình (a) van giảm áp cửa vào buồng làm việc trái xilanh Áp suất nguồn p = 60 bar áp suất van giảm áp điều chỉnh 50 bar píttông dịch chuyển Hình (b) Trong hệ thống lưu chất cấu tạo lượng phải cung cấp lượng cho nhiều cấu chấp hành khác Trong trường hợp người ta phải cho cấu tạo lượng làm việc a) với áp suất lớn Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực P b) 98 Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực dùng van giảm áp gắn trước cấu chấp hành để giảm áp đến giá trị cần thiết Ví dụ: Điều chỉnh tốc độ dịch chuyển pittông ép thức ăn gia súc thành khối bánh Trường hợp (a) sử dụng van tiết lưu chỉnh chiều vận tốc pittông van tiết lưu, trường hợp (b) lưu chất qua nhánh nhánh bị chặn nên lưu lượng bé b) a) vận tốc pittông nhỏ so với trường hợp (a) Ví dụ 4: Van chiều VAN TUYẾN TÍNH Khái niệm Trong phần kiến thức trước, a) Hình 5.21 - Mạch động lực xilanh ép sản phẩm nhựa Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực nghiên cứu tìm hiểu phần tử, hệ thống khí nén – thủy lực dạng đại lượng đặt trước Trong số hệ thống đòi hỏi tính thích nghi hệ thống tính chất làm việc cấu chấp hành như: thay đổi tốc độ píttông hay động theo thời gian, đặc tính làm việc tải; hay thay đổi tải cấu chấp hành vào lúc nào, vấn đề thực với phần tử điều chỉnh, điều khiển On/Off được, sử dụng van tiết lưu thay đổi lưu lượng 99 Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực tốn nhiều thiết bị cho hệ thống động lực hệ điều khiển, mà phải sử dụng đến phần tử có khả điều chỉnh vô cấp phần tử van tuyến tính Trong sơ đồ mạch hình 5.21 mô tả trình xilanh đẩy khuôn ép sản phẩm nhựa với cấp tốc độ khác v1 ÷ v3 (v1 > v2 > v3) tương ứng với trị số áp suất khác p1 ÷ p3 (p1 > p2 > p3) Như để đáp ứng yêu cầu thay đổi tốc độ, áp suất, mạch ta phải sử dụng đến 14 phần tử thủy lực Nếu sử dụng đến phần tử van tuyến tính số phần tử sử dụng đến Hình 5.22 dùng van tuyến tính 4/3 điều chỉnh vô cấp tốc độ xilanh ép dùng van áp suất tuyến tính để điều chỉnh áp suất vô cấp Tổng cộng phần tử sử dụng Tóm lại: Đối với hệ thống khí nén – thủy Hình 5.22 Sơ đồ mạch lắp lực yêu cầu đến thay đổi áp suất tốc độ van tuyến tính cấu chấp hành xác vô cấp người ta sử dụng đến van servo tuyến tính Ngoài với việc kết hợp điều khiển tích hợp cao như: điều khiển PID, Thiết bị PLC… hệ thống điều khiển trở nên đơn giản, tính ổn định linh hoạt cao Bản chất van tuyến tính Sự khác van tuyến tính so với van đóng mở (On / Off) chổ trình làm việc nam châm điện lưu lượng lưu chất chảy qua van Ở van đóng mở tín hiệu tác động vào cuộn dây điện từ dạng bậc thang, van tuyến tính tín hiệu vào dòng hay điện áp dạng tuyến tính, độ dịch chuyển nòng van lượng lưu chất chảy qua van thay đổi tuyến tính Sự khác tín hiệu van tuyến tính van đóng mở thể hình 5.23 Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 100 Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực I[A] I[A] v3 v2 A v A1 A3 v4 A4 v5 A t[s] t[s] s[mm] b s[mm] c t[s] Q[l/min] t[s] a Q[l/min] t[s] t[s] Hình 5.23 Bản chất van tuyến tính a Thời gian đóng mở cuộn dây điện từ b Thời gian ngắt cuộn dây điện từ c Mép điều khiển dương Đường đặc tính nam châm điện từ van tuyến tính Hình 5.24 cho thấy, ứng với giá trị dòng điện I từ biến trở qua khuếch đại vào nam châm điện từ, ta có giá trị độc dịch chuyển nòng van S tương ứng, lực điện từ F cân với lực lò xo Điều ta rút rằng, độ dịch chuyển s nòng van tỉ lệ với giá trị dòng điện I vào nam châm điện từ Nếu dòng lớn S lớn Khi thay đổi độ lớn dòng điện I van tuyến tính, nhiệt sinh cuộn dây điện từ không ảnh hưởng đến lực điện từ F Nhưng ta thay đổi hiệu điện U, nhiệt sinh cuộn dây ảnh hưởng đến lực F Trong van tuyến tính, tùy thuộc độ lớn dịch chuyển nòng van s, người ta phân biệt thành nhóm: - Nam châm điện từ điều khiển độ dịch chuyển: có độ dịch chuyển có giá trị khoảng từ ÷ mm - Nam châm điện từ điều khiển lực: có độ dịch chuyển nòng van có giá trị khoảng từ ÷ mm Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 101 Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Khoa Cơ khí & Động lực Lò xo I5 F F F3 I4 I I3 X I2 I1 Loø xo S3 Độ dịch chuyển S a Hành trình b Hình 5.34 Nam châm điện từ a Nguyên lý làm việc; b Đường đặc tính Van áp suất tuyến tính Công dụng Điều chỉnh áp suất vô cấp dòng điện tác động thay đổi từ từ Phân loại Van áp suất tuyến tính gồm loại: Van tràn tuyến tính; Van giảm áp tuyến tính Van đảo chiều tuyến tính Công dụng Van đảo chiều tuyến tính thực hai nhiệm vụ: Thay đổi chiều chuyển động cấu chấp hành; Thay đổi vô cấp vận tốc cấu chấp hành, thay đổi gia tốc trình khởi động dừng lại Phân loại Van đảo chiều phân ra: Van đảo chiều phản hồi Van đảo chiều có phản hồi Bài giảng Cơng nghệ Khí nén - Thủy lực 102 ... cung cấp kiến thức lý thuyết hệ thống khí nén thủy lực, thiết bị máy nén khí, bơm loại van sử dụng hệ thống truyền động thủy lực khí nén Mặc dù cố gắng, giáo trình khơng tránh khỏi thiếu sót Kính... nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Cơng nghệ Khí nén – Thủy lực? ?? tài liệu biên soạn để phục vụ cho việc giảng dạy, học tập giáo viên học sinh - sinh viên ngành kỹ thuật Công nghệ Oto Tài liệu cung... động khí nén thủy lực + Giải thích cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động khí nén thủy lực - Về kỹ năng: + Nhận dạng cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị truyền động khí nén thủy lực