HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC ( ThS. Nguyễn Phúc ) - CHƯƠNG 2 doc

Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Chương CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG KHÍ NÉN 2.1 Khối nguồn khí nén Trong cơng nghiệp, tùy theo quy mơ sản xuất, người ta thường xây dựng vài trạm khí nén phục vụ sản xuất với mục đích khác Yêu cầu tối thiểu, khí nén phải xử lý sơ đảm bảo tiêu chuẩn: - Áp suất ổn định; - Khô - Không lẫn bụi bẩn Các tiêu chuẩn đáp ứng yêu cầu chung dùng công việc làm môi trường, sản phẩm, bơm hơi… Để hệ thống khí nén làm việc bền vững, liên tục tin cậy, nguồn khí nén cần phải tăng cường ổn định áp suất, phun dầu bôi trơn cho phần tử điều khiển, cấu chấp hành… Để đạt yêu cầu trên, trạm nguồn khí nén cần trang bị loạt phần tử nối tiếp từ thiết bị lọc khơng khí đầu vào đến khí nén đủ tiêu chuẩn cung cấp cho hộ tiêu thụ, thường bao gồm thiết bị mô tả ký hiệu thể sơ đồ hình 2.1 Hình 2.1 Ký hiệu phần tử khối nguồn khí nén 2.1.1 Máy nén khí Việc lựa chọn máy nén khí dựa theo yêu cầu áp suất làm việc cấu chấp hành (Xilanh, động cơ, giác hút…và lựa chọn theo yêu cầu công nghệ) yêu cầu khác kích thước, trọng lượng, mức độ gây tiếng ồn máy nén khí Máy nén kiểu Piston (Hình 2.2) : - Một cấp: áp suất xấp xỉ 600kPa= bar - Hai cấp: áp suất xấp xỉ 1500kPa= 15bar Có thể thiết cấp, P=250bar Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Lưu lượng xấp xỉ 10m3/min Làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích Piston xuống hút khơng khí vào qua van hút Đến hành trình piston lên, van hút bị đóng lại, van đẩy mở để nén khơng khí vào bình tích áp Mỗi vòng quay gồm kỳ hút kỳ nén piston compressor Refrigeration single stage Hình 2.2 Lưu lượng máy nén khí tính cho cấp áp dụng theo cơng thức: Q= v.n = [m3 /vịng].[ vịng/phút] = [m3/phút] hay [m3/min] đó, v: thể tích hành trình buồng hút ( tính cho chu trình hay vịng quay); n: số vịng quay phút Để nâng cao hiệu suất nén, máy nén nhiều cấp, khí nén làm mát trước vào cấp nén Máy nén kiểu cánh gạt (Hình 2.3): - Một cấp: áp suất xấp xỉ 400kPa= 4bar - Hai cấp: áp suất xấp xỉ 800kPa = 8bar Làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích Lưu lượng thể tích Qv tỷ lệ thuận với: Đường kính stator, số cánh độ rộng cánh gạt, độ lệch tâm tốc độ quay rotor Sliding vane compressor (Rotary compressor) Hình 2.3 Máy nén khí kiểu trục vít (Hình 2.4): Làm việc theo ngun lý thay đổi thể tích Áp suất lớn, xấp xỉ 10bar Lưu lượng tỷ lệ thuận với tốc độ quay, chiều dài trục vít Hình 2.4 Máy nén khí kiểu ly tâm (Hình 2.5): (Máy nén kiểu hướng kính )làm việc theo nguyên lý động Áp suất lớn, xấp xỉ 1000kPa=10bar Lưu lượng tỷ lệ với tốc độ quay, số cánh diện tích cánh Máy nén khí kiểu hướng trục (Hình 2.6): Làm việc theo nguyên lý động Áp suất xấp xỉ 600kPa=6bar Lưu lượng tỷ lệ với tốc độ quay, đường kính buồng hút, số cánh diện tích cánh Screw compressor Hình 2.5 Hình 2.6 Axial compressor Radial –flow compressor Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo 2.1.2 Thiết bị xử lý khí nén Các giai đoạn xử lý khí nén: - Lọc thô: làm mát sơ để tách chất bẩn, bụi; tiếp tục vào bình ngưng tụ để tách nước - Sấy khơ: Ứng dụng q trình vật lý q trình hố học - Lọc tinh: Dùng lọc cụm bảo dưỡng Sấy khơ q trình hóa học (hình 2.7) Hình 2.8 Thiết bị sấy khơ Hình 2.7 Thiết bị sấy khơ q trình vật lý q trình hóa học Hình 2.7 khí nén đưa qua tầng chất làm khơ (ví dụ muối NaCl), đây, nước chứa khơng khí trao đổi với chất làm khô đọng lại thành chất lỏng chảy xuống buồng chứa nước ngưng tháo ngồi Phương pháp có chi phí vận hành cao, thường xuyên phải thay thế, bổ sung chất làm khô, nhiên lắp đặt đơn giản, không yêu cầu nguồn lượng từ bên Bộ lọc sấy khơ ứng dụng q trình vật lý (Hình 2.8) Ngun lý hoạt động: khí nén từ máy nén khí qua phận trao đổi nhiệt Tại dịng khí nén vào nóng làm lạnh nhờ trao đổi nhiệt với dịng khí sấy khô làm lạnh Như vậy, khâu : khí nén vào làm mát, khí nén sưởi ấm Một phần nước khí nén vào ngưng tụ rơi xuống bình ngưng Sau làm lạnh sơ bộ, dịng khí nén tiếp tục vào trao đổi nhiệt với chất làm lạnh thiết bị làm lạnh Tại đây, dòng khí nén làm lạnh đến nhiệt độ hóa sương ( khoảng +20C), giọt sương ngưng tụ tiếp tục rơi xuống bình ngưng thứ hai Thiết bị ứng dụng cơng nghệ làm việc chắn, chi phí vận hành thấp Bộ điều hoà phục vụ ( AIR SERVICE EQUIPMENTS) Bộ điều hòa phục vụ lắp đặt nối tiếp với nguồn khí nén thơng thường, nhằm cung cấp nguồn khí nén chất lượng cao bổ sung chức cung cấp dầu bôi trơn bảo quản phần tử hệ thống khí nén, hình dáng bên ký hiệu sơ đồ điều hịa phục vụ hình 2.9, gồm: - Bộ lọc nước - Van điều chỉnh áp suất - Đồng hồ thị - Bộ tra dầu bảo quản Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Hình 2.9 Bộ điều hịa phục vụ ký hiệu sơ đồ Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Hình 2.10 Bộ lọc nước + Bộ lọc khí nén (Compressed air Filter) (Hình 2.10) Ngun lý lọc: Khí nén tạo chuyển động xốy qua phần tử lọc có kích thước lỗ từ 5μm đến 70μm tuỳ theo yêu cầu Hơi nước bị phần tử lọc ngăn lại, rơi xuống cốc lọc xả ngồi + Van điều chỉnh áp suất có cửa xả tràn (Pressure regulating valve with relief port) (Hình 2.11) Chức năng: trì áp suất làm việc đầu không đổi phạm vi rộng, không phụ thuộc vào dao động áp suất mạng cung cấp khí nén đầu vào mức tiêu thụ khí nén đầu Điều kiện cần áp suất lối vào P1 phải cao áp suất làm việc P2 cần cho cấu chấp hành Nguyên lý làm việc: Khi áp suất vào P1ổn định, áp suất P2 với áp suất đặt, van điều chỉnh áp suất trạng thái cho khí nén qua van (7) hướng từ P1 đến P2 Giả sử P2 tăng lên, ví dụ tải trọng xilanh, đệm (3) van xả (6) bị đẩy cong khiến khí nén qua van xả ngồi qua khe hẹp (1) – làm giảm P2, đồng thời lò xo (4) đẩy đệm đóng van khơng cho áp suất dội ngược phía nguồn P1 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) Khe khí ngồi Lị xo đặt áp suất P2 Đệm van xả Lò xo đóng van Vít đặt áp suất đầu P2 Van xả tràn Van Hình 2.11 Bộ điều chỉnh áp suất 10 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo + Bộ tra dầu bảo quản Khí nén lọc bụi bẩn nước, nhiên để cung cấp cho hệ thống điều khiển khí nén, dịng khí nén cịn phải có chức vận chuyển lượng dầu có độ nhớt thấp để bảo quản, bơi trơn phận kim loại, chi tiết gây ma sát nhằm chống mài mòn, chống rỉ, kẹt Để đạt điều đó, người ta thường dùng thiết bị tra dầu làm việc theo nguyên tắc ống Venturi, nguyên lý làm việc: Hình 2.12 mô tả nguyên lý cấu tạo tra dầu, luồng khí nén có áp suất chảy qua khe hẹp, nơi đặt miệng ống Venturi, áp suất ống tụt xuống mức chân không khiến cho dầu từ cốc hút lên Hình 2.12 Bộ tra dầu bảo quản miệng ống rơi xuống buồng dầu bị luồng khí nén có tốc độ cao phân chia thành hạt nhỏ sương mù theo dịng khí nén bôi trơn, bảo quản phần tử hệ thống 2.1.3 Phân phối khí nén Hình 2.13 mơ tả hệ thống phân phối khí nén Hệ thống ống dẫn thường đặt dốc theo hướng cung cấp khí nén, với độ dốc từ 1-2% Hình 2.13 Một hệ thống phân phối khí nén Đường kính ống dẫn lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu tổn thất áp suất đường dẫn tính từ nguồn đến nơi tiêu thụ, theo tiêu chuẩn không vượt 0,1 bar Cơ sở lựa chọn: - Lưu lượng cần thiết - Độ dài đường dẫn - Tổn thất áp suất cho phép - Áp suất vận hành - Số điểm cần kiểm tra lưu lượng đường dẫn 2.2 Các cấu chấp hành (working elements) Tổng quát: Các cấu chấp hành có chức biến đổi lượng tích lũy khí nén thành động Cụ thể cung cấp chuyển động: - Chuyển động thẳng: + Xilanh tác dụng đơn ( Single acting Cylinder) + Xilanh tác dụng kép ( Double acting cylinders) - Chuyển động quay: + Động khí nén (Air Motors) + Xilanh quay (Rotary Cylinders) - Giác hút 11 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Xilanh tác dụng đơn: * Ngun tắc hoạt động: (Hình 2.14) - Khí nén sử dụng để sinh cơng phía Piston ( nhịp làm việc) - Piston lùi lực bật lại lò xo hay lực từ bên ngồi ( nhịp lùi về) - Xilanh có cổng cấp nguồn, lỗ khí - Điều khiển hoạt động xilanh đơn van 3/2 * Nguyên lý cấu tạo: Hình 2.14 Hoạt động Xilanh đơn Các dạng: - Xilanh kiểu piston và ký hiệu sơ đồ( Hình 2.15) - Xilanh kiểu màng Hình 2.15 Xilanh tác dụng kép * Nguyên tắc hoạt động: (Hình 2.16) - Khí nén sử dụng để sinh cơng hai phía Piston - Xilanh có hai cửa cấp nguồn - Điều khiển hoạt động xilanh kép van 4/2, 5/2 5/3 * Nguyên lý cấu tạo: Hình 2.16 Các dạng: - Xilanh kép có cần piston phía: Do diện tích hai mặt Piston khác nên lực tác dụng cần Piston khác ( lực đẩy lớn lực kéo) Hai dạng xilanh kép có cần piston phía thường gặp: + Xilanh kép khơng có đệm giảm chấn ( Hình 2.17) Hình 2.17 Xilanh kép khơng có đệm giảm chấn + Xilanh kép có đệm giảm chấn điều chỉnh được( Hình 2.18) Hình 2.18 12 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo - Xilanh kép có cần piston hai phía ( gọi xilanh đồng bộ) ( hình 2.19), diện tích hai mặt piston nên lực tác dụng sinh Ký hiệu sơ đồ Xilanh quay Điều khiển van 4/2; 5/2 hay 5/3 Hình 2.19 Ký hiệu Xi lanh quay Hình 2.20 Cần Piston có truyền động tới bánh quay, góc quay 0– 360o , mômen khoảng 0,5Nm đến 20Nm áp suất vận hành 6bar, tuỳ thuộc đường kính Piston (hình 2.20) Kiểu truyền động xoay (Hình 2.21): Điều khiển van 4/2; 5/2 hay 5/3 Góc xoay 0-270o Ký hiệu Mơmen: khoảng 0,5Nm đến 20Nm áp suất vận hành 6bar phụ thuộc vào kích Hình 2.21 thước cánh gạt Động khí nén: Đơng quay trịn liên tục đảo chiều quay, điều khiển van 4/2; 5/2 hay 5/3 Hình 2.22 nguyên lý cấu tạo động Ký hiệu kiểu cánh gạt Giác hút: Một vòng lõm cao su treo Hình 2.22 vật sức hút khí nén Khi có khí nén thổi từ sang 3, miệng hút Động khí nén kiểu cánh gạt tạo chân khơng cho giác hút Hình 2.23 mô tả van giác hút với mạch khí nén ứng dụng Hình 2.23 Mạch khí nén dùng giác hút 13 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo 2.3 Các van điều khiển đảo chiều (Directional control valve) thông dụng 2.3.1 Quy ước ký hiệu van điều khiển đảo chiều sơ đồ hệ thống khí nén Quy ước biểu diễn cổng vào/ra, vị trí chuyển trạng thái: Trong đó, ký hiệu cổng vào/ra biểu diễn số, quy ước: - số cổng nguồn (P); - Số số cổng cấp khí nén đến cấu chấp hành; - Số cổng xả khí trực tiếp ngồi mơi trường ( ý: cần giảm tiếng ồn, người ta lắp vào cổng xả ống giảm thanh) Quy ước biểu diễn dạng tác động điều khiển van: Một số ký hiệu đầy đủ van đảo chiều (hình 2.24) Hình 2.24 14 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Trong đó, quy ước biểu diễn tín hiệu điều khiển số: - Số 12 tín hiệu điều khiển mở van để khí nén từ cửa cửa - Tương tự số 14 tín hiệu điều khiển mở van để khí nén từ cửa cửa - Số 10 có ý nghĩa tín hiệu khóa đường nguồn (P) dành cho van có cửa - Số 91 điểm nguồn khí nén mở van phụ trợ -… Ví dụ hoạt động van xilanh ( hình 2.25) Hình 2.25 Nguyên lý ứng dụng van điện từ: Như nêu mục đây, van đảo chiều điều khiển lực tác động: tay, tiếp xúc khí, lực sinh khí nén lực điện từ Để hiểu rõ lực điện từ ứng dụng van điện từ, (hình 2.26) Khi dịng điện chảy qua cuộn dây (Coil winding), xuất từ trường Từ trường sinh lực điện từ tác động lên lõi (Core) vật liệu sắt từ mềm (Soft iron), kéo lõi vào lòng cuộn dây Lõi từ gắn với cấu đóng - mở trực tiếp van đảo chiều gián tiếp qua van phụ trợ Độ lớn lực điện từ phụ thuộc vào: - Số vòng dây cuộn dây - Cường độ dòng điện chảy qua cuộn dây - Kích thức hợp lý cuộn dây Hình 2.26 2.3.2 Nguyên lý cấu tạo hoạt động van đảo chiều Van 2/2 - Van 2/2 có hai cổng vào(1)/ra(2), hai trạng thái, van 2/2 sử dụng làm khóa ON/OFF đóng/ mở nguồn khí nén rẽ mạch khí nén - Van 2/2 chế tạo điều khiển tay, tiếp xúc khí, khí nén hay Hình 2.27 điện- khí nén Hình 2.27 mơ tả ký hiệu kiểu dáng khóa đóng /mở tay, dùng van 2/2 Hình 2.28 mơ tả van 2/2 điện từ thường đóng Hình 2.28 15 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Van 3/2 Van 3/2 có cổng làm việc ( vào(1), ra(2) cổng xả(3)) hai trạng thái Các van 3/2 chế tạo đa dạng ứng dụng phong phú (hình 2.29 mơ tả số phần tử ứng dụng van 3/2.) Dạng tác động tay; tiếp xúc khí; khí nén hay điện từ phía hai phía Các van điều khiển khí nén hay điện từ hai phía có đặc tính phần tử chuyển mạch có nhớ trạng thái ( Flip-Flop) hay cịn gọi van xung Hình 2.29 - Hình 2.30a trình bày ký hiệu, nguyên lý cấu tạo, nguyên lý làm việc van đảo chiều 3/2 điều khiển khí nén có: + Một trạng thái ổn định( thường đóng) thiết lập lị xo hồi + Một trạng thái thiết lập tồn với tín hiệu điều khiển (12) Hình 2.30a Hình 2.30b Chú ý: Để có van đảo chiều 3/2 điều khiển hai phía – van xung, người ta cần tháo bỏ lị xo hồi thay vào khoang điều khiển khí nén (10) có chức giống khoang điều khiển (12), kí hiệu van hình 2.30b - Hình 2.31 mơ tả nguyên lý cấu tạo nguyên lý làm việc van 3/2 điện từ điều khiển gián tiếp thông qua van phụ trợ (Pilot control valve) điều khiển tay tác động lên van phụ trợ Van phụ trợ van trung gian để điều khiển van chính, với ý nghĩa giảm thiểu cơng suất tín hiệu điều khiển 16 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Hình 2.31 Cơ chế sử dụng van phụ trợ van đảo chiều trình bày hình 2.32 Hình 2.32 Trong hệ thống khí nén đại sử dụng điều khiển điện tử, tín hiệu điều khiển thường có cơng suất nhỏ người ta thường sử dụng điện – khí nén với van phụ trợ Van 4/2 Van 4/2 có cổng làm viêc (vào(1), (2,4) chung cổng xả (3)), hai trạng thái Van 4/2 ghép hai van 3/2 vỏ: thường đóng, thường mở Van 4/2 điều khiển khí, khí nén hay điện phía hai phía Các van điều khiển khí nén hay điện hai phía có đặc điểm phần tử nhớ hai trạng thái Van 4/2 sử dụng làm van đảo chiều xilanh kép động Hình 2.33 biểu diễn ký hiệu, nguyên lý cấu tạo hoạt động van 4/2 điều khiển khí nén hai phía Hình 2.33 Van 5/2 Van 5/2 có cổng làm việc( vào(1), (2, 4) hai cửa xả riêng cho trạng thái (3,5), có hai trạng thái 17 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Van 5/2 điều khiển khí, khí nén hay điện phía hai phía Các van điều khiển khí nén hay điện hai phía có đặc điểm van giới thiệu- phần tử nhớ hai trạng thái Van 5/2 dùng làm van đảo chiều điều khiển xilanh tác dụng kép, động - Hình 2.34a biểu diễn ký hiệu, nguyên lý cấu tạo hoạt động van 5/2 xung điều khiển khí nén, trạng thái ổn định có thiết lập tín hiệu 12 Hình 2.34a - Hình 2.34b trạng thái ổn định thiết lập lại tín hiệu 14 Hình 2.34b Ví dụ ứng dụng van đảo chiều 5/2 – xung (Hình 2.35) Hình 2.35 - Van 5/2 điện từ: Các van đảo chiều 5/2 điện từ điều khiển gián tiếp qua van phụ trợ sử dụng rộng rãi cho điều khiển đảo chiều xilanh kép, động + Hình 2.36 trình bày van điện từ 5/2 có trạng thái ổn định thiết lập lị xo hồi với nguồn khí nén hỗ trợ lấy chung từ nguồn (1), trạng thái lại ( 4) điều khiển tín hiệu 14 Đặc biệt hơn, nguồn khí nén cho van phụ trợ lấy từ nguồn chung (1) từ nguồn ngồi (cửa 84) Hình 2.36 18 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo + Van điện từ 5/2 xung trình bày hình 2.37 Hình 2.37 5.Van 5/3 Van 5/3 có trạng thái, trạng thái trung gian ( mid – position) trạng thái ổn định ln thiết lập lị xo hồi khơng có tín hiệu điều khiển Người ta thường gọi trạng thái khơng Hai trạng thái cịn lại thiết lập tồn hai tín hiệu điều khiển tương ứng van 5/2 điều khiển phía Ngồi chức đảo chiều cấu chấp hành, van 5/3 khác trạng thái không lựa chọn mục đích sử dụng khác nhau: + van 5/3 hình 2.38a: trạng thái khơng van thích hợp với u cầu hãm dừng cần piston xilanh vị trí đoạn tác dụng Tuy nhiên, điểm dừng xác cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tải trọng, áp suất, tính nén khí nén… Gọi tên van 5/3 có vị trí trung gian khóa Hình 2.38a + Van 5/3 hình 2.38b: trạng thái không van mở nguồn cho hai cửa cung cấp khí nén cho hai phía piston xilanh, gọi van 5/3 có vị trí trung gian áp lực Nó thích hợp với u cầu trì chuyển động chậm cần piston phía có diện tích tác dụng nhỏ Hình 2.38b + Van 5/3 hình 2.38c: trạng thái khơng van xả nguồn cho cho hai phía piston xilanh, gọi van 5/3 có vị trí trung gian xả Nó thích hợp với u cầu thả tự cho cần piston di chuyển theo ý muốn ngoại lực 19 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Hình 2.38c Van điện từ 5/3 có nguyên tắc cấu tạo hoạt động van điện từ giới thiệu Hình 2.39 trình bày van điện từ 5/3 Hình 2.39 2.4 Các van điều khiển lưu lượng 2.4.1 Van chiều ( Non- Return Valve) * Chỉ cho dịng khí nén chảy theo hướng lực khí nén gây lớn lực lị xo(Hình 2.40) Hình 2.40 Non – Return Valve 2.4.2 Van xả nhanh Tốc độ Piston Xilanh tăng đến cực đại làm giảm thiểu cản trở dòng chảy dịng khí xả Khi có van xả nhanh, khí xả buồng xilanh không chảy qua van đảo chiều mà xả môi trường dễ dàng qua van “xả nhanh” Nguyên lý làm việc van xả nhanh mơ tả hình (2.41) - Khi dẫn nguồn, áp suất P1 > P2 nên cửa bị đóng lại khí nén cung cấp cho tải qua cửa - Khi áp suất P1 < P2 van xả nhanh tự động đóng cửa mở cửa tạo nên đường xả gần trình xả nhanh ( xem ví dụ ứng dụng hình 2.42) Khi van xả nhanh dẫn nguồn (1-2) Khi xả nhanh (qua 2-3) Hình 2.41 20 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Hình 2.42 Ứng dụng van xả nhanh 2.4.3 Van tiết lưu hai chiều van tiết lưu chiều (Flow Control Valve and One – Way Flow Control Valve) Hình 2.43 Van tiết lưu sử dụng với mục đích điều chỉnh tốc độ cấu chấp hành Trong thực tế, thường có yêu cầu khác tốc độ hành trình cấu chấp hành nhằm đáp ứng công nghệ suất Vì van tiết lưu hai chiều sử dụng độc lập mà thường sử dụng kèm theo với van chiều chế tạo tích hợp vỏ để có tiết lưu chiều ( hình 2.43) Hai trường hợp ứng dụng van tiết lưu chiều: a)Tiết lưu nguồn cung cấp (hình 2.44a) Cách áp dụng, tốc độ cấu chấp hành ổn định hơn, phụ thuộc nhiều vào tải trọng b) Tiết lưu đường xả khí (hình 2.44b) dùng phổ biến hơn, khắc phục nhược điểm b) a) Hình 2.44 2.5 Các phần tử xử lý tín hiệu khí nén 2.5.1 Van logic AND ( Dual Pressure Valve – AND Function) ( Hình 2.45) Van AND sử dụng để thỏa mãn điều kiện đòi hỏi đồng thời Các đặc điểm: - Tín hiệu khí nén đưa vào cửa 1(3) để tạo tín hiệu - Khi khơng có tín hiệu vào có tín hiệu khơng có tín hiệu - Khi hai tín hiệu vào có áp suất đưa tới hai thời điểm khác nhau, tín hiệu tín hiệu vào đến sau - Khi hai tín hiệu có áp suất khác đưa tới thời điểm, tín hiệu tín hiệu vào có áp suất nhỏ 21 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo 1A V2 V1 1 S1 Hình 2.45 2 S2 Ví dụ ứng dụng van AND 2.5.2 Van logic OR (Shuttle Valve – OR function ) (Hình 2.46) Các đặc điểm: - Đầu có tín hiệu hai lối vào 1(3) có tín hiệu Khơng có tín hiệu vào khơng có tín hiệu - Nếu thời điểm có hai tín hiệu vào áp suất khác nhau, tín hiệu tín hiệu có áp suất lớn Hình 2.46 Trong hệ thống khí nén, van OR sử dụng với nhiều chức đặc biệt, ví dụ như: - Với van OR, thiết kế khả điều khiển nhiều vị trí thao tác khác nhau, với nhiều tác động điều khiển khác - Trong điều khiển tuần tự, cổng OR tham gia module nhịp Hình 2.47 sơ đồ mạch hệ thống khí nén ứng dụng van OR giải pháp điều khiển xilanh 1A hai khả năng: bẳng nút ấn (1S1) Pê đan (1S2) 2.5.3 Các định thời khí nén Hình 2.47 Ví dụ ứng dụng van OR Cấu tạo định thời gồm: Một van tiết lưu chiều, bình chứa khí nén van 3/2 điều khiển khí nén Hình 2.48 trình bày ngun lý cấu tạo, đáp ứng thời gian, ký hiệu biểu diễn sơ đồ kiểu dáng bên định thời kiểu DELAY ON 22 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Kiểu dáng Hình 2.48 Nguyên lý làm việc sau: Tại thời điểm t=0, tín hiệu khí nén có áp suất khơng đổi đặt vào cửa (12) để khởi tạo định thời Khí nén qua khe hẹp tiết lưu chiều nạp vào bình trích chứa ( compressed air recervoir), điều chỉnh mức lưu lượng điều chỉnh thời gian trễ ∆t cần thiết Khi áp suất bình trích chứa đạt tới giá trị cần cho chuyển trạng thái van 3/2, van mở cung cấp tín hiệu ( signal output) cửa (2) Trạng thái bị xóa xả tín hiệu cửa 12, q trình xóa diễn gần tức thời:khí nén bình chứa xả nhanh qua cửa 12 ( khơng qua tiết lưu) áp suất giảm nhanh, lò xo phục hồi van 3/2 tác động khóa van Tương tự, thay đổi cấu trúc định thời qua việc đổi trạng thái ban đầu van 3/2, có Rơle thời gian DELAY ON trình bày hình 2.49: Hình 2.49 Tiếp theo để có định thời DELAY OFF, người ta đổi chiều van tiết lưu chiều Đáp ứng thời gian ký hiệu sơ đồ hình 2.50 Hình 2.50 Đáp ứng định thời DELAY OFF Hình 2.51 trình bày ví dụ ứng dụng DELAY ON (1V1) Cần piston xilanh 1A cần phải lưu lại vị trí cuối thời gian (ví dụ 5s) sau tự động rút Tín hiệu khởi tạo cho Timer cung cấp từ cơng tắc hành trình S2 – xác định vị trí cuối piston Van đảo chiều 1V2 van xung nên tín hiệu điều khiển Timer cung cấp tồn cần piston rút khỏi S2 (có nghĩa van 1V2 hoàn toàn chuyển sang trạng thái ổn định mới) 23 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Hình 2.51 2.5.4 Van áp suất (Pressure sequence valve) Van áp suất ứng dụng hệ thống mà tín hiệu áp suất giám sát có nhu cầu cho điều khiển bước Ví dụ, thiết bị gia công chi tiết: áp suất dành cho việc kẹp chặt chi tiết cần gia công cần phải theo dõi van áp suất, thỏa mãn, van cung cấp tín hiệu điều khiển cho cấu chấp hành hoạt động ( ví dụ xilanh dẫn tiến khoan) Hình 2.52 biểu diễn nguyên lý cấu tạo, hoạt động ký hiệu sơ đồ van áp suất Nguyên lý hoạt động: Áp suất cần giám sát đặt vào cửa 12, áp suất vượt giá trị đặt (phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ, nhỏ áp suất nguồn), van 3/2 mở đưa khí nén cửa làm việc Van 3/2 đóng trở lại áp suất cửa 12 nhỏ giá trị đặt Ví dụ ứng dụng van áp suất Hình dáng bên ngồi Hình 2.52 mơ tả van áp suất 24 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo 2.6 Các phần tử đưa tín hiệu (Input Elements) Khái niệm chung Trong hệ thống điều khiển tự động nói chung, hệ thống khí nén nói riêng, phần tử đưa tín hiệu chia làm hai nhóm: - Nhóm phần tử giao tiếp người – hệ thống + Trong hệ thống điều khiển hoàn toàn khí nén, người ta thường sử dụng phần tử (gọi chung phần tử tác động tay): dạng nút ấn, núm xoay, Pedal… với van 3/2 5/2 + Trong hệ thống điều khiển điện – khí nén, phần tử dạng nút ấn, công tắc… với tiếp điểm điện thường mở hay thường đóng - Nhóm phần tử giao tiếp hệ thống, gồm phần tử thực nhiệm vụ giám sát trạng thái hệ thống, công tắc hành trình, cảm biến, camera… cung cấp tín hiệu cần thiết cho q trình điều khiển, cho thiết bị hiển thị, cảnh báo… Nhóm phần tử khí nén giao tiếp người-hệ thống Hình 2.53 mơ tả nguyên lý cấu tạo, hoạt động ký hiệu nút ấn (Pushbutton) thường đóng sử dụng van đảo chiều 3/2 Ký hiệu Hình 2.53 Nút ấn thường đóng Nhóm phần tử giao tiếp hệ thống *) Các cơng tắc hành trình hay công tắc giới hạn ( limit switch) tác động khí ( Machanically actuated) Hình 2.54 mơ tả ngun lý cấu tạo hoạt động công tắc hành trình khí nén tác dụng khí, sử dụng van 3/2 thường mở Hình 2.54 Theo yêu cầu cơng nghệ điều khiển hệ thống khí nén, người ta thường sử dụng hai loại cơng tắc hành trình, phân biệt theo chiều tác động: cơng tắc hành trình tác động hai chiều cơng tắc hành trình tác động chiều từ trái sang phải từ phải sang trái Hình 2.55 mơ tả cơng tắc hành trình ứng dụng 25 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Cơng tắc hành trình hai chiều Cơng tắc hành trình chiều Hình 2.55 Chương CƠNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN 3.1 Phương pháp mơ tả tốn điều khiển Trong lĩnh vực thiết kế hệ thống điều khiển nói chung lĩnh vực thiết kế hệ thống khí nén, thủy lực nói riêng- mơ tả tốn điều khiển việc xác định rõ đối tượng điều khiển, nhiệm vụ điều khiển, thông số cần điều khiển, điều kiện ràng buộc… Để mơ tả tốn điều khiển, người ta thường dùng thuật ngữ, ký hiệu, quy ước thể dạng sơ đồ khối, biểu đồ, lưu đồ thuật tốn, lưu đồ tiến trình… Trong kỹ thuật điều khiển hệ thống khí nén, thủy lực, việc mơ tả tốn điều khiển thường hay dùng Biểu đồ hành trình bước , Sơ đồ chức hay Lưu đồ tiến trình Tùy theo u cầu mơ tả tốn điều khiển, người ta sử dụng dạng biểu đồ sau: - Biểu đồ chuyển động ( Motion diagram), hình 3.1 biểu diễn sơ đồ công nghệ khâu vận chuyển sản phẩm biểu đồ chuyển động cấu chấp hành Biểu đồ mang thơng tin hành trình bước xilanh Hình 3.1 Mơ tả biểu đồ chuyển động 26 ... xả nhanh dẫn nguồn (1 - 2) Khi xả nhanh (qua 2- 3) Hình 2. 41 20 Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Hình 2. 42 Ứng dụng van xả nhanh 2. 4.3 Van tiết lưu hai... THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Van 3 /2 Van 3 /2 có cổng làm việc ( vào( 1), ra( 2) cổng x? ?(3 )) hai trạng thái Các van 3 /2 chế tạo đa dạng ứng dụng phong phú (hình 2. 29 mơ... P1 (1 ) (2 ) (3 ) (4 ) (5 ) (6 ) (7 ) Khe thoát khí ngồi Lị xo đặt áp suất P2 Đệm van xả Lị xo đóng van Vít đặt áp suất đầu P2 Van xả tràn Van Hình 2. 11 Bộ điều chỉnh áp suất 10 Khoa Điện - Điện tử HỆ