Giáo trình điều khiển khí nén (nghề cơ điện tử trình độ cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH NINH THUẬN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NINH THUẬN GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN 28: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ- ngày tháng năm 2017 Trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận) Ninh Thuận, năm 2017 (Lưu hành nội bộ) 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 Trong hầu hết trường hợp, khí nén sử dụng để thực di chuyển tạo lực Các động khí nén có nhiệm vụ chuyển đổi lượng lưu trữ khơng khí nén thành động Mặt khác, thành phần hệ thống khí nén bao gồm thiết bị hoạt động khơng khí xi lanh động mặt phận điều khiển (van) Ngày nay, hệ thống khí nén sử dụng chủ yếu cho tự động hóa, thường phục vụ cho việc tinh giản quy trình kỹ thuật Để đáp ứng nhu cầu tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên tài liệu cho giáo viên giảng dạy Khoa Cơ khí - Xây dựng Trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận biên soạn giáo trình “Điều khiển khí nén” Đây mơn học bắt buộc chương trình đào tạo bậc cao đẳng nghề Cơ điện tử Người biên soạn có nhiều cố gắng, không tránh khỏi khiếm khuyết, mong nhận đóng góp ý kiến độc giả để giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Ninh Thuận, ngày… tháng năm 2017 Người biên soạn MỤC LỤC III NỘI DUNG MÔ ĐUN BÀI 1: KHÁI NIỆM VỀ KHÍ NÉN, ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN Khái niệm chung 1.1 Vài nét phát triển 1.2 Khả ứng dụng khí nén 1.3 Ưu nhược điểm hệ thống truyền động khí nén Một số đặc điểm hệ truyền động khí nén 2.1 Độ an toàn tải 2.2 Sự truyền tải lượng 2.3 Tuổi thọ bảo dưỡng 2.4 Khả thay phần tử thiết bị 2.5 Vận tốc truyền động 2.6 Khả điều chỉnh lưu lượng dòng áp suất 2.7 Vận tốc truyền tải Đơn vị đo hệ thống điều khiển 3.1 Áp suất 3.2 Lực 3.3 Công 3.4 Công suất 3.5 Độ nhớt động Cơ sở tính tốn khí nén 4.1 Thành phần hố học khí nén 4.2 Phương trình trạng thái nhiệt động học 4.3 Độ ẩm khơng khí 11 4.4 Phương trình dịng chảy 12 4.5 Lưu lượng khí nén qua khe hở 13 4.6 Tổn thất áp suất khí nén 14 BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN 20 Máy nén khí 20 1.1 Nguyên tắc hoạt động phân loại máy nén khí 20 1.2 Máy nén khí kiểu pít- tông 20 1.3 Máy nén khí kiểu cánh gạt 21 1.4 Máy nén khí kiểu bánh răng- trục vít 23 1.5 Máy nén khí kiểu Root 24 1.6 Máy nén khí kiểu tuabin 25 Thiết bị xử lý khí nén 26 2.1 Yêu cầu khí nén 26 2.2 Các phương pháp xử lý khí nén 26 2.3 Bộ lọc 28 Bình trích chứa khí nén 30 Xilanh 34 4.1 Xilanh tác động đơn 34 4.2 Xilanh tác động kép 35 4.3 Xi lanh có giảm chấn cuối hành trình 36 4.4 Ngồi cịn có kiểu giảm chấn khác: 36 Động khí nén 39 5.1 Động kiểu bánh 39 5.2 Động kiểu Pittông 40 5.3 Động kiểu cánh gạt 41 5.4 Động tuabin 41 Van đảo chiều: 41 Van đảo chiều 2/2 44 Van đảo chiều 3/2 44 Van đảo chiều 4/2 47 10 Van xoay đảo chiều 4/3 48 11 Van điều khiển 5/3 51 12 Van chắn: 51 13 Van chiều: 51 14 Van logic OR: 52 14 Van logic AND: 52 15 Van xả khí nhanh: 53 16 Van tiết lưu 53 17 Van áp suất: 55 18 Van chân không: 60 19 Công tắc hành trình điện – 61 20 Cảm biến điện từ 63 21 Cảm biến điện dung 63 22 Cảm biến quang điện 63 23 Cảm biến áp suất 64 BÀI 3: THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN ỨNG DỤNG 71 Biểu diễn chức trình điều khiển 71 1.1 Biểu đồ trạng thái: 71 1.2 Sơ đồ chức năng: 75 1.3 Lưu đồ tiến trình: 80 Phân loại phương pháp điều khiển 81 2.1 Điều khiển tay 82 2.2 Điều khiển tùy động theo thời gian: 83 2.3 Điều khiển tùy động theo hành trình 85 Các phần tử điện - khí nén 88 3.1 Các van đảo chiều nam châm điện 88 3.2 Các phần tử điện 91 3.4 Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén 94 3.4.1 Nguyên tắc thiết kế 94 3.4.2 Mạch dạng xung 95 3.4.3 Mạch trigơ trạng thái bền: 97 3.4.4 Mạch điện điều khiển điện khí nén với xy lanh 98 3.4.5 Mạch điện điều khiển điện khí nén với hai xy lanh 100 3.4.6 Bộ dịch chuyển theo nhịp 102 3.5 Mạch tổng hợp dịch chuyển theo nhịp 103 3.5.1 Mạch điều khiển với chu kỳ đồng thời 103 3.5.2 Mạch điều khiển với chu 104 3.6 Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ Karnaugh 105 3.7 Một số mạch ứng dụng điều khiển theo tầng 112 BÀI 4: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA HỆ THỐNG KHÍ NÉN 120 Mạch trigơ trạng thái bền khí nén 120 Mạch điều khiển điện khí nén với xy- lanh 121 2.1 Mạch điều khiển với tiếp điểm tự trì 121 2.2 Mạch điều khiển với rơle thời gian tác động muộn 122 Mạch điều khiển điện khí nén với xy- lanh 123 Bộ dịch chuyển theo nhịp 124 Mạch tổng hợp điều khiển theo nhịp 127 5.1 Mạch điều khiển với chu kì đồng thời 127 5.2 Mạch điều khiển với chu 128 Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo biểu đồ Karnaugh 129 Các mạch ứng dụng 135 7.1 Mạch điều khiển điện khí nén máy cắt giấy 135 7.2 Mạch điều khiển điện khí nén máy khoan 136 BÀI 5: TÌM VÀ SỬA LỖI TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 140 Lắp ráp phần khí lắp đặt vận hành trạm cấp phôi 140 1.1 Bàn thí nghiệm 140 1.2 Tấm nhơm có rãnh 140 1.3 Bảng điều khiển 141 1.4 Module tay xoay 141 1.5 Module cấp phôi 141 1.6 Hiệu chỉnh cảm biến 142 Phân tích vận hành trạm cấp phôi 146 2.1 Phân tích – nhận dạng thiết bị 146 2.2 Phân tích – Nối cáp 147 2.3 Phân tích – Địa cổng xuất/nhập 148 2.4 Phân tích – Địa cổng nhập/xuất mở rộng 151 TÀI KIỆU THAM KHẢO 152 MƠ ĐUN: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN Mã số mơ đun: MĐ 28 I VỊ TRÍ, Ý NGHĨA, VAI TRỊ CỦA MƠ ĐUN: Vị trí: Mơ đun mô đun kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị kiến thức cần thiết cho phần học kỹ thuật chuyên môn Mô đun học sau mơn học: MH9, MH15, MH16, MH19-MH22 Tính chất: Là mô đun thuộc mô đun đào tạo bắt buộc nghề Cơ Điện tử Ý nghĩa, vai trị mơ đun: Là mơ đun có vai trị quan trọng chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử, truyền đạt nguyên tắc khí nén Thiết lập sơ đồ hệ thống điều khiển truyền động khí nén theo yêu cầu đặt cho thiết bị cơng nghệ đơn giản, điển hình II MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN: Thiết lập sơ đồ hệ thống điều khiển truyền động khí nén theo yêu cầu đặt cho thiết bị cơng nghệ đơn giản, điển hình Lựa chọn, kiểm tra chức năng, lắp ráp hiệu chỉnh phần tử khí nén cho sơ đồ hệ thống thiết lập Chạy thử, vận hành kiểm tra hệ thống điều khiển khí nén Phát khắc phục lỗi thông thường hệ thống Thực quy tắc an toàn vận hành, bảo dưỡng thiết bị hệ thống truyền động khí nén Chủ động, sáng tạo an tồn thực hành III NỘI DUNG MƠ ĐUN: Thời gian (giờ) STT Tên môn học Tổng số Lý thuyết Thực hành (Bài tập) Kiểm tra (LTBT) Khái niệm khí nén, ứng dụng khí nén 2 Các phần tử khí nén 23 16 Thiết kế lắp đặt hệ thống điều khiển khí nén ứng dụng 26 20 26 20 Lắp đặt, vận hành kiểm tra hệ thống khí nén Tìm sửa lỗi hệ thống điều khiển khí nén Tổng cộng 90 20 66 Nội dung học BÀI 1: KHÁI NIỆM VỀ KHÍ NÉN, ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN Mã bài: 28.1 Giới thiệu: Bài học giới thiệu tới sinh viên vấn đề lịch sử hình thành phát triển sở tính tốn khí nén, từ giúp sinh viên có nguồn kiến thức để phục vụ cho học Mục tiêu: Trình bày khái niệm đặc điểm hệ truyền động khí nén Phân tích đại lượng đặc trưng khí nén ứng dụng chúng cơng nghiệp Rèn luyện tính chủ động, nghiêm túc học tập công việc Nội dung: Khái niệm chung 1.1 Vài nét phát triển - Ứng dụng khí nén có từ thời trước Cơng Ngun, nhiên phát triển khoa học kỹ thuật thời khơng đồng bộ, kết hợp kiến thức học, vật lý, vật liệu thiếu, phạm vi ứng dụng khí nén cịn hạn chế - Mãi đến kỷ thứ 19, máy móc thiết bị sử dụng lượng khí nén phát minh Với phát triển mạnh mẽ lượng điện vai trị sử dụng lượng khí nén bị giảm dần Tuy nhiên, việc sử dụng lượng khí nén đóng vai trị cốt yếu lĩnh vực mà sử dụng điện khơng an tồn Khí nén sử dụng dụng cụ nhỏ truyền động với vận tốc lớn như: búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh… dụng cụ, đồ gá kẹp chặt máy Sau chiến tranh giới thứ hai, việc ứng dụng lượng khí nén kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ Những dụng cụ, thiết bị, phần tử khí nén sáng chế ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác Sự kết hợp khí nén với điện - điện tử định cho phát triển kỹ thuật điều khiển tương lai 1.2 Khả ứng dụng khí nén 1.2.1 Trong lĩnh vực điều khiển - Những năm 50 60 kỷ 20 giai đọan kỹ thuật tự động hóa trình sản xuất phát triển mạnh mẽ Kỹ thuật điều khiển khí nén phát triển rộng rãi đa dạng nhiều lĩnh vực khác Chỉ riêng Cộng Hồ Liên Bang Đức có 60 hãng chuyên sản xuất phần tử điều khiển khí nén Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng lĩnh vực mà hay xảy vụ nổ nguy hiểm thiết bị phun sơn, loại đồ gá kẹp cho chi tiết nhựa, chất dẻo lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử, điều kiện vệ sinh mơi trường tốt độ an tồn cao Ngồi ra, hệ thống điều khiển khí nén sử dụng dây chuyền rửa tự động, thiết bị vận chuyển kiểm tra thiết bị lị hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì cơng nghiệp hóa chất 1.2.2 Trong hệ thống truyền động - Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Các thiết bị, máy móc lĩnh vực khai thác như: khai thác đá, khai thác than; cơng trình xây dựng như: xây dựng hầm mỏ, đường hầm - Truyền động quay: Truyền động động quay với công suất lớn lượng khí nén giá thành cao Nếu so sánh giá thành tiêu thụ lượng động quay lượng khí nén động điện có cơng suất, giá thành tiêu thụ lượng động quay lượng khí nén cao 10 đến 15 lần so với động điện Nhưng ngược lại thể tích trọng lượng nhỏ 30% so với động điện có cơng suất Những dụng cụ vặn vít, máy khoan, cơng suất khoảng 3,5 kW, máy mài, công suất khoảng 2,5 kW máy mài với công suất nhỏ, với số vịng quay cao khoảng 100.000 v/ph khả sử dụng động truyền động khí nén phù hợp - Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động áp suất khí nén cho truyền động thẳng dụng cụ, đồ gá kẹp chi tiết, thiết bị đóng gói, loại máy gia công gỗ, thiết bị làm lạnh hệ thống phanh hãm ôtô - Trong hệ thống đo lường kiểm tra: 1.3 Ưu nhược điểm hệ thống truyền động khí nén 1.3.1 Ưu điểm - Dễ dàng thành lập trạm trích chứa khí nén khả chịu nén (đàn hồi) khơng khí lớn - Có khả truyền lượng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đường ống nhỏ - Chi phí để thiết lập hệ thống truyền động khí nén tương đối thấp, phần lớn xí nghiệp hệ thống đường ống dẫn khí nén có sẵn đường dẫn khí nén thải khơng cần thiết - Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn bảo đảm 1.3.2 Nhược điểm