Mh13 công nghệ khí nén và thủy lực ứng dụng

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BẮC NINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP BẮC NINH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MH13 - CƠNG NGHỆ KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ỨNG DỤNG NGÀNH: CƠNG NGHỆ Ơ TƠ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG ( Ban hành kèm theo Quyết định số: 433a/QĐ- CĐCN, ngày 12 tháng 10 năm 2022 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp Bắc Ninh ) Bắc Ninh - 2022 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên 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 mơn học Cơng nghệ khí nén thủy lực xây dựng biên soạn sở chương trình khung đào tạo ngành Cơng nghệ ôtô Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghiệp Bắc Ninh phê duyệt dựa vào lực thực người kỹ thuật viên trình độ lành nghề Trên sở phân tích nghề phân tích cơng việc (theo phương pháp DACUM) cán bộ, kỹ thuật viên có nhiều kinh nghiệm, trực tiếp sản xuất với chuyên gia tổ chức nhiều hoạt động hội thảo, lấy ý kiến.v.v…, đồng thời vào tiêu chuẩn kiến thức, kỹ ngành để biên soạn Ban giáo trình mơn học Cơng nghệ khí nén thủy lực tập thể cán bộ, giảng viên, kỹ sư Trường Cao đẳng Công nghiệp Bắc Ninh giàu kinh nghiệm biên soạn Ngồi có đóng góp tích cực giảng viên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cán kỹ thuật thuộc Gara Ơ Tơ Thuận Phong Ban biên soạn xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Gara Ơ Tơ Thuận Phong cơng tác, tạo điều kiện giúp đỡ việc biên soạn giáo trình Trong trình thực hiện, Ban biên soạn nhận nhiều ý kiến đóng góp thẳng thắn, khoa học trách nhiệm nhiều chuyên gia, công nhân bậc cao lĩnh vực nghề Sửa chữa ô tô Song điều kiện thời gian, mặt khác lần biên soạn giáo trình dựa lực thực hiện, nên không tránh khỏi thiếu sót định Rất mong nhận ý kiến đóng góp để giáo trình mơn học Cơng nghệ khí nén thủy lực hoàn thiện hơn, đáp ứng yêu cầu thực tế sản xuất doanh nghiệp tương lai Giáo trình mơ học Cơng nghệ khí nén thủy lực biên soạn theo nguyên tắc: Tính định hướng thị trường lao động; Tính hệ thống khoa học; Tính ổn định linh hoạt; Hướng tới liên thông, chuẩn đào tạo nghề khu vực giới; Tính đại sát thực với sản xuất Giáo trình mơđun Cơng nghệ khí nén thủy lực cấp trình độ Cao đẳng Hội đồng thẩm định Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Bắc Ninh nghiệm thu trí đưa vào sử dụng dùng làm giáo trình cho sinh viên khóa đào tạo nhà trường Bắc Ninh, ngày tháng năm 2022 Tham gia biên soạn Nguyễn Văn Hiệu Võ Văn Hùng Nguyễn Văn Hạnh Lê Đức Tùng Nguyễn Đăng Tiến Nguyễn Quốc Hiệp Chủ biên Đồng chủ biên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG Lời giới thiệu Mục lục Chương 1: Khái niệm quy luật truyền động khí nén Chương 2: Hệ thống truyền động khí nén 34 Chương Khái niệm quy luật truyền động thủy 49 lực Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động thủy lực 74 Tài liệu tham khảo 87 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: CƠNG NGHỆ KHÍ NÉN - THỦY LỰC ỨNG DỤNG Mã môn học: MH 13 Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí sau người học học xong mơn học kỹ thuật sở - Tính chất: Là môn học lý thuyết sở bắt buộc Mục tiêu mơn học: - Về kiến thức: + Trình bày đầy đủ khái niệm, yêu cầu định luật truyền dẫn lượng hệ thống truyền động khí nén thủy lực + Giải thích đầy đủ 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: + Làm việc độc lập làm việc theo nhóm cơng việc + Chun cần học tập, có tư sáng tạo Nội dung môn học: CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VÀ CÁC QUY LUẬT VỀ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN Giới thiệu: Dưới phát triển khoa học kỹ thuật, người ngày sử dụng hiểu nguồn tài nguyên thiên nhiên vào kỹ thuật phục vụ đời sống mà trước tưởng Công nghệ khí nén đưa nguồn tài nguyên bất tận thiên nhiên khơng khí vào máy móc để biến chúng thành lượng, giúp ích cho đời sống người Mục tiêu: - Phát biểu khái niệm, yêu cầu thông số truyền động khí nén - Giải thích quy luật truyền dẫn khí nén - Phát biểu yêu cầu, nhiệm vụ phân loại hệ thống truyền động khí nén - Giải thích sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động khí nén - Nhận dạng cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị truyền động khí nén - Tuân thủ quy định, quy phạm lĩnh vực thủy lực khí nén Nội dung chính: KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THƠNG SỐ CỦA KHÍ NÉN Mục tiêu: - Trình bày khái niệm yêu cầu truyền động khí nén - Trình bày q trình sản xuất khí nén - Trình bày thơng số truyền động khí nén - Sử dụng cơng thức vào tập tính tốn có liên quan Khái quát chung Bên cạnh chất lỏng thủy lực nước dầu, khí nén mơi chất mang lượng tín hiệu quan trọng kỹ thuật thủy khí Trong hệ thống truyền động khí nén mơi chất khơng khí nén – chất “lỏng” chịu nén Như lấy khơng khí từ mơi trường, nén lại, truyền dẫn làm hoạt động động khí nén xy lanh khí nén lại thải mơi trường Khí nén ứng dụng từ lâu, cách 2000 năm, người ta biết tạo khí nén, lưu trữ khí nén sử dụng làm mơi chất mang lượng Vào quãng kỷ thứ thứ trước công nguyên Alexandrie nhà khí Ktesibios Heron phát minh thiết bị máy móc hoạt động khí nén Tuy nhiên lịch sử phát triển kỹ thuật khí nén có bước thăng trầm Một mặt trình độ kỹ thuật cơng nghệ thời kỳ trước chưa tương xứng, mặt khác cịn có cạnh tranh gay gắt hệ thống truyền lượng khác động nhiệt, truyền động điện… mà đến năm gần kỹ thuật khí nén lại có vai trị xứng đáng sản xuất Thời kỳ bùng nổ kỹ thuật khí nén bắt đầu với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật điều khiển tự động hóa q trình sản xuất, có tham gia kỹ thuật điện tử kỹ thuật tính đại Ngày khí nén tham gia vào hầu hết lĩnh vực sản xuất chế tạo máy, xây dựng, kỹ thuật xe hơi, kỹ thuật y học, kỹ thuật rơ bot, khai khống… 1.1 Khái niệm 1.1.1 Khái niệm hệ thống truyền động khí nén Là hệ thống truyền động lấy khơng khí từ mơi trường ngoài, nén lại truyền dẫn làm hoạt động động khí nén xy lanh khí nén lại thải mơi trường 1.1.2 Sản xuất khí nén Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn cung cấp khí nén, nguồn khí phải sản xuất thường xuyên với lượng thể tích đầy đủ với áp suất định thích hợp cho lượng hệ thống a Máy nén khí Máy nén khí máy có nhiệm vụ thu hút khơng khí, ẩm, khí đốt áp suất định tạo nguồn lưu chất có áp suất cao b Các loại máy nén khí cơng suất nhỏ thường sử dụng Máy nén khí phân loại theo áp suất theo nguyên lý hoạt động Đối với nguyên lý hoạt động ta có: - Máy nén theo nguyên lý thể tích: máy nén pít tơng, máy nén khí kiểu trục vít, máy nén cánh gạt - Máy nén tuốc bin dùng cho công suất lớn không kinh tế sử dụng lưu lượng mức 600 m3/phút Vì khơng mang lại áp suất cần thiết cho ứng dụng điều khiển khí nén sử dụng * Máy nén kiểu piston Máy nén piston (hình 1.1) máy nén phổ biến cung cấp suất đến 500 m3/phút Máy nén piston nén khí khoảng bar ngoại lệ đến 10 bar; máy nén kiểu piston hai cấp nén đến 15 bar; 3-4 cấp lên đến 250 bar Hình 1.1 Máy nén khí kiểu piston * Máy nén khí kiểu trục vít Máy nén trục vít làm việc theo ngun lý thay đổi thể tích Thể tích khơng gian hai kề vỏ thay đổi trục trục vít quay Do rơ to chế tạo dạng trục vít nên điểm nén dịch chuyển từ cửa nạp đến cửa đẩy Phần máy nén trục vít gồm roto: roto rơ to phụ 1, (hình 1.3) Số đầu mối ren rơ to xác định thể tích làm việc máy, có nghĩa thể tích khơng khí vào vòng quay Số đầu mối ren lớn thể tích làm việc nhỏ Số đầu mối ren hai rô to khác cho hiệu suất cao Hình 1.2 Cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít Hình 1.3 Q trình hút, nén đẩy máy nén trục vít * Máy nén kiểu cánh gạt (Rotary compressors) Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu cánh gạt mơ tả hình 1.2: khơng khí vào buồng hút Nhờ rôto stato đặt lệch tâm, nên rôto quay chiều sang phải, khơng khí vào buồng nén Sau khí nén buồng đẩy Hình 1.4 Máy nén khí kiểu cánh gạt CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC Giới thiệu: Để hiểu vẽ kỹ thuật thủy lực, trước hết cần nắm rõ ký hiệu quy luật truyền dẫn hệ thống truyền động thủy lực, việc hiểu trình bày hoạt động mạch thủy lực vẽ hay sơ đồ mạch yêu cầu quan trọng Mục tiêu: - Phát biểu yêu cầu, nhiệm vụ phân loại hệ thống truyền động thủy lực - Giải thích sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động thủy lực - Nhận dạng cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị truyền động thủy lực - Tuân thủ quy định, quy phạm lĩnh vực thủy lực khí nén Nội dung chính: NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI Mục tiêu: - Trình bày nhiệm vụ yêu cầu hệ thống truyền động thủy lực - Trình bày cách phân loại hệ thống truyền động thủy lực 1.1 Nhiệm vụ Biến đổi lượng dầu thủy lực dạng (áp suất P lưu lượng Q) thành dạng mô men quay hay chuyển động tịnh tiến 1.2 Yêu cầu Tất phận hệ thống thủy lực có yêu cầu kỹ thuật định - Các thông số kỹ thuật hệ thống phải thõa mãn yêu cầu làm việc như: + Chuyển động thẳng: tải trọng F, vận tốc (v, v'), hành trình x, ; + Chuyển động quay: momen xoắn MX, vận tốc (n,); - Các cấu chấp hành, cấu biến đổi lượng, cấu điều khiển điều chỉnh, phần lớn thiết bị phụ khác hệ thống thủy lực tiêu chuẩn hóa - Đảm bảo độ bền, độ tin cậy, giá thành thấp 1.3 Phân loại - Mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến - Mạch thủy lực chuyển động quay 84 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC Mục tiêu: - Trình bày sơ đồ cấu tạo mạch điều khiển thủy lực - Trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động thủy lực 2.1 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động mạch điều khiển thủy lực chuyển động quay 2.1.1 Sơ đồ hệ thống Hệ thủy lực thực chuyển động quay phân tích hệ thống thủy lực chuyển động thẳng Mơmen xoắn tác động lên trục động dầu bao gồm: + Mơmen qn tính Ma = J. [Nm] (J - mơmen qn tính khối lượng phụ tải[Nms2]; +  - gia tốc góc trục quay phụ tải [rad/s2].) + Mômen ma sát phần tử chuyển động phụ tải MD [Nm] + Mômen tải trọng ngồi ML [Nm] + Mơmen xoắn tổng cộng Mx là: Mx = Ma+ MD + ML [Nm] a b c Hình 4.1 Sơ đồ mạch điều khiển thủy lực chuyển động quay Q1,Q2 – Lưu lượng đầu vào đầu động thủy lực 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 85 Khi van đảo chiều trạng thái a, dầu từ bơm vào cữa bên trái động thủy lực đồng thời cữa bên phải thơng với đường tháo Do động tạo mô men quay Khi van đảo chiều trạng thái b, đóng kín hai đường dầu đến hai cữa, động thủy lực đứng yên vị trí trung gian Lúc dầu từ bơm qua van tràn lại thùng chứa Khi van đảo chiều trạng thái c, dầu từ bơm vào cữa bên phải động thủy lực đồng thời cữa bên trái thơng với đường tháo Do động tạo mô men quay theo chiều ngược lại 2.2 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động mạch điều khiển thuỷ lực chuyển động tịnh tiến 2.2.1 Sơ đồ hệ thống Trong đó: P - Áp suất dầu thủy lực Q- lưu lượng dầu thủy lực qua ống Ft- ngoại lực tác động lên cần đẩy X – hành trình dịch chuyển piston D,d – đường kính piston cần đẩy Hình 4.2 Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến a b c 86 2.2.2 Nguyên lý hoạt động Khi van đảo chiều trạng thái a, dầu từ bơm vào khoang trái xy lanh lực đồng thời khoang phải xy lanh thông với đường tháo Do piston-cần đẩy tịnh tiến theo chiều từ trái qua phải Khi van đảo chiều trạng thái b, đóng kín hai đường dầu đến hai khoang xy lanh lực nên piston-cần đẩy đứng yên vị trí trung gian Lúc dầu từ bơm qua van tràn lại thùng chứa Khi van đảo chiều trạng thái c, dầu từ bơm vào khoang phải xy lanh lực đồng thời khoang trái xy lanh thơng với đường tháo Do piston-cần đẩy tịnh tiến theo chiều từ phải qua trái 2.3 Sơ đồ cấu tạo số mạch điều khiển thông dụng 2.3.1 Máy dập thủy lực điều khiển tay Hình 4.3 Máy dập điều khiển tay 0.1- Bơm; 0.2- Van tràn; 0.3 - áp kế; 1.1- Van chiều; 1.2- Van đảo chiều 3/2, điều khiển tay gạt;1.0- Xy lanh Khi có tín hiệu tác động tay, xy lanh A mang đầu dập xuống Khi thả tay ra, xilanh lùi 2.3.2 Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công Khi tác động tay, pittông mang hàm kẹp di động ra, kẹp chặt chi tiết Khi gia công xong, gạt tay cần điều khiển van đảo chiều, pittông lùi về, hàm kẹp mở Để cho xilanh chuyển động tới kẹp chi tiết với vận tốc chậm, không va đập với chi tiết, ta sử dụng van tiết lưu chiều Trên sơ đồ, van tiết lưu chiều đặt đường van tiết lưu đặt đường vào 87 Hình 4.4 Cơ cấu kẹp chi tiết gia công Xy lanh; Chi tiết; Hàm kẹp Khi tác động tay, piston mang hàm kẹp di động ra, kẹp chặt chi tiết Khi gia công xong, gạt tay cần điều khiển van đảo chiều, piston lùi về, hàm kẹp mở Để cho xy lanh chuyển động tới kẹp chi tiết với vận tốc chậm, không va đập với chi tiết, ta sử dụng van tiết lưu chiều Trên sơ đồ, van tiết lưu chiều đặt đường van tiết lưu đặt đường vào (hãy so sánh hai cách này) 88 Hình 4.5 Sơ đồ mạch thủy lực cấu kẹp chặt chi tiết gia công 0.1 - Bơm; 0.2- Van tràn; 0.3- Áp kế; 1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển tay gạt;1.2- Van tiết lưu chiều; 1.0- Xy lanh 2.3.3 Máy khoan bàn Hình 4.6 Máy khoan bàn Hệ thống thủy lực điều khiển hai xy lanh Xy lanh A mang đầu khoan xuống với vận tốc điều chỉnh trình khoan, xilanh B làm nhiệm vụ kẹp chặt chi tiết trình khoan Khi khoan xong, xy lanh A mang đầu khoan lùi về, sau xy lanh B lùi 89 mở hàm kẹp, chi tiết tháo Hình 4.7 Sơ đồ mạch thủy lực cấu kẹp chặt chi tiết gia công 0.1- Bơm; 0.2- Van tràn;1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển tay gạt;1.2- Van giảm áp; 1.0- Xy lanh A; 1.3- Van chiều;2.1- Van đảo chiều 4/3, điều khiển tay gạt; 2.2- Bộ ổn tốc; 2.3- Van chiều; 2.4- Van cản; 2.5- Van chiều;2.6- Van tiết lưu; 2.0- Xy lanh B CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY THỦY LỰC Mục tiêu: - Phân loại số máy thủy lực thông dụng - Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động số máy thủy lực thông dụng Máy thủy lực từ dùng để máy làm việc cách trao đổi lượng với chất lỏng theo nguyên lý thủy lực học nói riêng học chất lỏng nói chung, ví dụ: loại dùng động để vận chuyển chất lỏng (BƠM); tuabin nước nhận lượng dòng nước để biến thành máy làm việc (ĐỘNG CƠ THỦY LỰC) Theo nguyên lý tác dụng máy thủy lực với dịng chất lỏng q trình làm việc, người ta chia Máy thủy lực thành nhiều loại khác nhau, chủ yếu có loại chính: Máy thủy lực cánh dẫn Máy thủy lực thể tích 3.1 Máy thủy lực cánh dẫn 3.1.1 Phân loại - Dựa vào cột áp ta có: bơm cột áp thấp (60mH20) 90 - Phân loại theo số bánh công tác lắp nối tiếp bơm: + bơm cấp: cột áp bị hạn chế số vòng quay sức bền cánh dẫn (cột áp thường