BO CONG THANG “TRƯỜNG ĐHÉCN TP.HĐ CHÍ MÌNH: KHOS, BIEN
GIAO TRINH MON HOC
KHÍ NÊN ~ ĐIỆN KHÍ NÉN
THÁNG 08 / 2011
Trang 2
THƯƠNG TRÌ¡I: MƠN HỌC KHÍ LIỀN - ĐIỆN.KEIÍ NÊN THƠI GIAN - 15 TIẾT LT + 30G LH
NỘI DỰNG LÝ THUYẾT - GOM 6 CHUGNU
Chương L - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ + HÍ NÊN
-_ Chương2 - MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾ: BỊ XỬ LÍ KHÍ NÉN Chuong 3: CAC PHAN TU TRONG HE THONG KHÍ NÉN - Chuong 4: CAC PHUONG PHAP THIET KE MACH KHi NEN - Chương 5 : CÁC PHẢN TỬ TRONG HỆ THÓNG ĐIỆN - KHÍ NÉN
Chương 6 : CÁC PHƯƠNG PHIÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN - KHÍ NÉN KIÊM TRA ĐÁNH GIÁ :
- 01 Diém kiểm tra giữa kỳ hoặc bài tập lớn
- Điểm thi hết môn
- Diém TKMH = DLT + DTH GIAO TRINH MON HOC :
- Gido trinh Khi nén -Dién khinén DHCNTPHCM ,
- Gido trình Hệ thống điều khiển bằng khí nén - Nguyễn Ngọc Phương
Trang 3
BAI GIANG SO 1
1 TÊN BÀI GIẢNG : Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN
1H MỤC TIỂU : SV nắm được lịch sử ra đời, các đặc điểm, khả năng ứng dụng của các h ệ
thống khí nén
UI BO DUNG VA PHUONG TIEN DAY HỌC
- Giáo trình Khí nén - Điện khí nén ĐHCNTPHCM
- Giáo trình Hệ thẳng điều khiển bằng khí nén - Nguyễn Ngọc Phương
- Máy chiếu projector
IV NOI DUNG BAI GIANG
1.1 VÀI NÉT VE LICH SU PHAT TRIEN :
Ứng dụng của khí nén đã có từ thời trước cơng ngun Ví đu: nhà triết học người Hy Lap Ktesibios (nam 140, trudc céng nguyên) và học trò của 6ng Heron (nim 100, trước công nguyên) đã chế tạo ra thiết bị bắn tên hay ném đá (hình 1 1) Dây cung được căng bằng áp suất khí trong 2 xilanh thông qua 2 đồn bẩy nối với 2 pitténg của 2 xi lanh
đó,
Khi bng dây cung ra, áp suất của khơng khí nén giản ra,
tăng vận tốc bay của mũi tên Sau đó một số phát minh sáng
chế của Klesibios và Heron, như: thiết bị đóng mở cửa bằng khí nén; bơm; súng phun lửa được ứng dụng Khái niệm “Pneumatica” cũng được dùng trong thập kỹ này
Tuy nhiên sự phát triển của khoa học kỹ thuật thời đó
không đồng bộ, nhất là sự kết hợp các kiến thức về cơ học, vật Hình 1.1 Thiết bị bắn ten lý, vật liệu còn thiếu, cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén
rất cịn hạn chế
Mãi cho đến thế kỷ 17, nhà kỹ sư chế tạo người Đức Oto Von Guerike (1602-1686),
nhà toán học vă triết học người pháp Blaise Pascal (1623-1662), cũng như nhà vật lý
người Pháp Denis Papin (1641-1712) đã xây đựng nền tảng cơ bản ứng dụng khí nén
Trong thế kỷ19, các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén lần lượt được phát mỉnh như : thư vận chuyển trong ống bằng khí nén (1835) của Josef Ritter
(Austria), phanh bằng khí nén (1880), búa tán đinh bằng khí nén (1861) Trong lĩnh vực
xây dựng đường hầm xuyên dãy núi Alpes ở Thụy Sỹ(1857) lần đầu tiên người ta sử dụng khí nén với công suất lớn Vào những năm 70 của thế kỷ 19 xuất hiện ở Pari một
trung tâm sử dụng năng lượng khí nén lớn với cơng suất 7350KW Khí nén được vận
chuyển tới nơi tiêu thụ trong đường ống với đường kính 500 mm với chiều đài nhiều km
Tại đó khí nén được nung nóng lên nhiệt độ từ 50°C đến 150°C để tăng công suất truyền
động động cơ, các thiết bị búa hơi
1.2 KHA NANG UNG DUNG CUA KHi NEN:
1.2.1 Trong lĩnh vực điều khiển:
Trang 4khác nhau Chỉ riêng ở Cộng Hoà Liên Bang Đức đã có 60 hãng chuyên sản xuất các phần tử bằng khí nén
Hệ thống điều khiển bằng khi nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó nguy hiểm, hay xảy ra các vụ nổ, như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp các chỉ tiết nhựa, chất dẻo, hoặc là được sử dụng cho lĩnh vực các thiết bị điện tứ, vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toần cao Ngoài ra các hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các đây chuyền rửa tự động; trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong cơng nghiệp hoá chất, 1.2.2 Hệ thống truyền động:
~- Các dụng cụ, thiết bị máy va đập
- Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác, như khai thác đá, khai thác than, trong các công trình xây dựng như xây dựng hầm mỏ, đường hầm
Truyền đông quay;
Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá thành rất cao Nếu so sánh giá thằnh tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng một cơng suất, thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng giảm 30% so với động cơ điện có cùng một công suất,
Những dụng cụ vặn vít từ Mi đến M300 : máy khoan, công suất khoảng 3,5KW; máy mài, công suất khoảng 2,5kw cũng như những máy mài có công suất nhỏ, nhưng với - số vồng quay cao 100, 000vòng/phút thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng khí
nén là phù hợp Ẻ
Truyền động thẳng:
Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt các chỉ tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong hệ thống phanh hãm của ô tô
Trọng các hê thống đơ và kiểm íra :
Dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lượng sản phẩm
12.3 UU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYEN DONG BANG KHÍ NÊN
1.2.3.1 Ưu điểm:
Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của khơng khí, cho nên có trích chứa khí nén
một cách thuận lợi Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí
nén
Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động hoc của khí nền nhỏ và tổn thất á áp suất trên đường dẫn ít
Đường dẫn khi nến ra (thải ra) không cần thiết (ra ngồi khơng khơ
Chi phi thap dé thiét lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn
trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí đã có sẵn
Hiệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được bảo đấm
Trang 5L.ực truyền tải trọng thấp -
Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi vì khả nang din hồi của khí nền lớn, cho nên không thể thực hiện chuyển động thẳng hoặc
quay đều
Dồng khí nén thốt ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn
Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển
bằng khí nén với cơ, hoặc với điện, điện tử, Cho nên rất khó xác định một cách chính xác, rõ rằng tu, nhược điểm của từng hệ thống điều khiển
Tuy nhiên có thể so sánh một số khía cạnh, đặc tính của truyền động bằng khí nén đối với truyền động bằng cơ, bằng điện
1.2.4 MOT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THONG TRUYEN DONG BẰNG KHÍ NÉN Kí hiệu(+), (=), (-), có nghĩa là: thích hợp hơn/bằng/ít hơn so với truyền động bằng khí nén
1.2.4.1 Độ an toàn khi quá tải :
Khi hệ thống đạt được áp suất làm việc tới hạn, thì truyền động vẫn an tồn, khơng có sự
cố hay hư hỏng xảy ra Truyền động điện — cơ (-), truyền động bằng thuỷ lực (=), truyền động bằng cơ (-)
1.2.4.2 Sự truyền tải năng lượng:
Tổn thất áp suất và giá đầu tư cho mạng truyền tải bằng khí nén tương đối thấp
Truyền tải năng lượng điện (+), truyền tải thuỷ lực (-), truyền tải bằng cơ (-)
1.2.4.3 Tuổi thọ và bảo đưỡng:
Hệ thống điều khiển và truyền động bằng khí nén hoạt động tốt Khi mạng đạt tới
áp suất tới hạn và không gây nên ảnh hưởng đối với môi trường tuy nhiên hệ thống đòi hỏi rất cao vấn đề lọc chất bẩn của áp suất không khí trong hệ thống
Hệ thống điện - cơ (-/=), hệ thống cơ (-), hệ thống thuỷ lực (=), hệ thống điện (+)
1.2.4.4 Khả năng thay thế những phần tử, thiết bị:
Trong hệ thống truyền động bằng khí nén, khả năng thay thế những phần tử dễ
dang
Điều khiển bằng điện (+), hệ thống điều khiển cơ (-), hệ thống điều khiển bằng
thủy lực (=)
1.2.4.5 Vận tốc truyền động :
Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nửa khả năng giản nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận tốc rất
Cao,
Điện - cơ (-), cơ (-), thuỷ lực (-)
1.2.4.6 Khả năng điều chỉnh lưu lượng đồng và áp suất:
Truyền động bằng khí nén có khả năng điều chỉnh lưu lượng và áp suất một cách đơn giản Tuy nhiên với sự thay đổi tải trọng tác động, thì vận tốc bị thay đổi
Điện ~ cơ (-), cơ (-), thuỷ lực (+),
1.2.4.7 Vận tốc truyền tải
Trang 61⁄3 ĐƠN VỊĐO TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN :
13.1 - Áp suất: ”
Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường ST là Pascal
1 Pascal là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1mỸ với lực tắc động vuồng
góc lên bề mat dé 1a 1 Newton (N)
1 Pascal (Pa) =] N/m?
1 Pa= 1 kg m⁄4”/m” = 1kg/ms?
Trong thực tế người ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal (MPa) 1 MPa = 1.000.000Pa
Ngoài ra còn dùng đơn vị bar: | bar = 10°Pa = 100.000Pa
1 kp/em? = 0,980665 bar = 0,981 bar l bar = 1,01972kp/cm? = 1,02 kp/orn?
Trong thực tế người ta coi 1 bar = Í kp/cm 2= 1 at
Ngoài ra một số nước (Anh, Mỹ) còn sử dụng đơn vị đo áp suất:
Pound (0,45336kg) per square inch (6,4521 cm?)
Ki hiéu Ibf/in? (psi) 1 bar = 14,5 psi 1psi = 0,06895 bar
Theo hình 1.2 thì áp suất ghi trên tất cả các thiết bị khí nén là hiệu áp suất của Ap suất tuyệt đối và áp suất khí quyển
+ 4 %6 Áp suất du 3 ° "a a 24g a s & 5
Ấp p sud suất khi quyén quyé ; † ì eS 8 yy oy 7
Áp suất chân không g5 5
8 tn a by a 2 § 6 5
a A a a rf mt ms nN
Trang 7Bảng 1.2 Biểu thị các môi tương quan của các đơn vị đo áp suâi khác nhau (theo DIN } BANG 1.2 7 vo , At Mmws Torr - Ấp suất Pa Bar mbar kplem? Kp/m? Mmhe psi
atm > 5 na 2 m7 ! 1,000 10° | 1,000 10? | 1,02.10% | 0,102 7,50 10° | 145.10 | 0,987.10° 1 bar 1,000.10° 1 1,000.10° 1,02 1,02.10° | 0,75.10° | 1.45.16 0,987 1mbar | 1,000.10? | 1,000.10° i 1,02.107 | 102.10 10,75 145.10” | 0.987.107 Lat 2 | 0,981.10° 0,981 =| 9,81 10? 1 1,000.10* | 7,36 10? | 142.10? 0,987 1 kp/em* 1 mmWS 1 kp/m? 9,81 0,981.10 | 9,81 10? | 1,000.107 1 73610? | 142103 9,68 10° 1 3 3 , mnie 133.10? | 1,33.107 133 | 1,36.107 | 136.10 1 1,934 102 | 1,32.102 1 psi 6,985.10" | 6,985.10? | 6,985.10 | 7033.102 | 7033.10 | 517110 1 6,805.10? latm 1,013.10° 1,013 | 1,013.10! 1,033 1,033.100 | 76102 | 1,469.107 1 1.3.2 Công suất
1 Watt lA công suất, trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 Ioule : Đơn vị của công suất là Watt 1w =1 Nm/s =e
Bảng 1.5 biểu thị mối quan hệ giữa các đơn vị đo về công suất (theo DIN)
Trang 8BÀI GIẢNG SỐ 2
I TÊN BÀI GIẢNG : CHƯƠNG2 MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BI XỬ LÍ KHÍ NÉN
1I MỤC TIỂU : 5V, nắm được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại máy nén khi và các thiết bị sử lý nguồn khí nén
II: ĐỒ DỪNG VÀ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC
-_ Giáo trình Khí nén - Điện khí nén ĐHCNTPHCM
-_ Giáo trình Hệ thống điều khiển bằng khí nén - Nguyễn Ngọc Phương - Máy chiếu projector
IV NOI DUNG BAI GIANG
2.1MÁY NÉN KHÍ:
Ấp suất khí được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng cơ học của dog cơ điện
hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt hăng
Nguyên tắc hoạt động và phân loại raáy nén khí: Nguyên tắc hoạt động:
% Nguyên lý thay đổi thể tích: khơng khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích
của buồng chứa sẽ nhỏ lại Như vậy theo định luật Boyle ~ Mariotte áp suất trong buồng
chứa sẽ tăng lên Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này, ví đụ như máy nén khi kiểu phiông, bánh rằng, cánh gạt
+* Nguyên lý động năng : không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí
nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn Mẫy nén khí hoạt động theo nguyên lý này, ví đụ như máy nền kiểu l¡ tâm
211 Máy nén khí kiểu pittơng :
Nguyên lý hoạt động :
Nguyên lý hoạt động của máy nén kiểu pittông một cấp (hình2.4)
Eng khí >Sic +=-* KHÍ hén 4 3 NS A Oo Chu ký hút Cu ký nén và đẩy
Máy nén khí kiểu pitơng một cấp có thể hút được lưu lượng đến 10 m”/phút và áp
suất nén được là 6 bar, có thể trong một số trường hợp áp suất nén lên đến 10 bar Máy nén khí kiểu pitơng 2 cấp có thể nén đếu áp suất 15 bar Loại máy nén khí kiểu pittơng 3, 4 cấp có thể nén áp suất đến 250 bar,
Loại máy nén khí một cấp và 2 cấp thích hợp cho hệ thống điều khiển bằng khí nén trong công nghiệp Máy nén khí kiểu pittơng được phân loại theo số cấp nén, loại
Trang 92.1.2 Máy nén khí kiểu cánh gạt
— lv
Hình 2.7 Ngun lí hịạt động của máy nén khí kiểu cảnh gat Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý hoạt động của máy nến khí kiểu cánh gạt (hình 2.7) : khơng khí sẽ được
hút vào buồng hút, trong biểu đồ p — V ứng đoạn d — a Nhờ rồtö và stato đặt lệch nhau
một khoảng lệt tâm e, nên khi rôto quay chiều sang phải, thì khơng khí sẽ vào bưồng nén, trong biểu đồ p~V tương ứng đoạn a-b Sau đó khí nén sẽ vào bưồng đẩy, trong biểu đồ tương ứng đoạn b—c
2.1.3 Máy nén khí kiểu trục vít : Bưồng đầy
Nguyên lý hoạt động : < L > | Bưồng hút
Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của
máy nên khí kiểu trục vữ
Hình 2.11 Quá trình ăn khóp
Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi, khi trục vít quay được một vòng,
Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút (thể tích khdang trống tăng lên), quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy (hình 2.10)
Phần chính của máy nén khí kiểu trục vít gồm có 2 trục: trục chính và trục phụ
(hình 2.11) Số răng (số đầu mối) của trục xác định thể tích làm việc (hút, nén), khi trục
Trang 10quay một vòng, Số răng càng lớn, thể tich hút, nén của một vông quay sẽ nhỏ Số răng (sổ đầu mối) của trục chính và trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn Trong
hình 2 L1 trục chính (2) có 4 đầu mối (4 răng), trục phụ (1) có 5 đầu mối (5 răng)
Máy nén khí phục vụ cho công nghệ thực phẩm, ví dụ cơng nghiép chế biến thực phẩm, cơng nghiệp hóa chất, người ta thường sử dụng loại máy nén khi khơng có đầu bơi
trơn Đối với công nghiệp nặng, nhất là trong lĩnh vực điều khiển, thì người ta thường sử
dụng máy nén khí có đầu bơi trơn, để tránh sự ăn mòn hệ thống ống dẫn và các phần tứ điều khiển
2.1.4 Máy nén khí kiểu root
Nguyên lý hoạt động :
Máy nén khí kiểu root gdm có 2 hoặc 3 cánh quạt (pitt6ng có dạng hình sổ 8), xem
biểu diễn ở hình 2.16 Các pittồng đó được quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy và trong quá trình quay không tiếp xúc với nhau Như vậy khả năng hút của mấy phụ thuộc vào khe hở giữa 2 pittông, khe hở giữa phần quay và thân máy
Máy nén khí kiểu root tạo ra áp suất không phải theo nguyên lý thay đổi thể tích,
mà có thể gọi là sự nén từ dòng phía sau Điều đó có nghĩa là, khi rôto quay được một
vịng, thì vẫn chưa tạo áp suất trong buồng đẩy, cho đến khi rôto quay tiếp đến vòng thứ 2, thi đồng lưu lượng đó đẩy vào dịng lưu lượng ban đầu và cuối cùng mới vào hưồng
đẩy Với nguyên tắc hoạt động này, dẫn đến tiếng ồn tăng lên
Buổng fiir R / | 24 Z4ne T12 J CEED SH -L/ Hình 2.17 Cấu trúc cánh quạt Bng đấy Hình 2.16 Nguyên lý hoạt động của máy nên khí kiểu root
2.2 THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍNÉN :
2.2.1 Yêu cầu về khí nén :
Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng nhiều chất bẩn, độ bẩn có thể ở những mức độ khác nhau Chất bẩn bao gồm bụi, độ ẩm của không khí được hút vào;
những phần tử nhỏ chất cặn bã của đầu bôi trơn và truyền động cơ khí Hơn nữa, trong quá trình nén, nhiệt độ khí nén tăng lên, có thể q trình ôxi hóa một số phần tử được kể
Trang 11
| Lọc thô Sấy khô Lọc tỉnh
Lam lanh Tách nước Ngưng tụ Hấp thụ Bộ lọc Cụm bảo
dưỡng
^^ a Lk femme tT At até Lo
— Lọc chất bẩn Sây khô bằng Hấp thụ khô bằng Bộ lọc -
is chất làm lạnh - chất lãm lạnh F— Điều chỉnh áp suất
—— Lọc bụi —
5 Bộ tra đầu
Hình 2.18 : Các phương pháp xử lí khí nén
Như vậy khí nén bao gồm chất bẩn đó được tải đi trong những ống dẫn khí, sẽ gây nên sự ăn mồn, gÏ trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển Như vậy khí nén được sử dụng trong kĩ thuật phải xử lý Mức độ xử lí khí nén tuỳ thuộc vào phương pháp xử lý, từ đó xác định chất lượng của khí nền tưởng ứng cho từng trương hop dung cụ thể
Khí nén được tải từ máy nén khí gồm những chất bẩn thô: những hạt bụi, chất cạn bả của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí, phần lớn những chất bẩn này được xử lí trong thiết bị, gọi là thiết bị lầm lạnh tạm thời, sau khi khí nén được đây ra từ máy nén khí Sau đó khí nén được dẫn vào bình làm hơi nước ngưng tụ, ở đó độ ẩm của khí nến ( lượng hơi nước) phần lớn sẽ được ngựng tụ ở đây Giai đoạn xử lí này gọi là giai đoạn
xử lí thơ Nếu như thiết bị để thực hiện xử lf khí nén giai đoạn này tốt, hiện đại, thì khí
nến có thể được sử dụng, ví dụ những dụng cụ dùng trong khí nén cầm tay, những thiết bị đó, đồ gá đơn giản dùng khí nén
Tuy nhiên sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển và một số thiết bị khác, đòi hỏi chất lượng của khí nén cao hơn Để đánh giá chất lượng của khí nén, Hội đồng các xí nghiệp châu Âu PNEUROP-6611 (Euopean Committee of Manufactures of Compressors, Vacuumumps and Pnematic tools) phan ra thanh 5 loai, trong đồ có tiêu chuẩn về độ lớn của chất bẩn, áp suất hoá sương, lượng đầu trong khí nền được xác định Cách phân loại này nhằm định hướng cho những nhà may, xí nghiệp chọn đúng chất lượng khí nén tương ứng với thiết bị sử dụng
Hệ thống xử lí khí nền được phân loại thành 3 giai đoạn, được mô tả ở hình 2.18 :
~ Loc thé:
Lam mát tạm thời khí nén từ máy nền khí ra, để tách chất bẩn, bụi Sau đó khí nén
được vào bình ngưng tụ; để tách ra hơi nước
Giai đoạn lọc thô là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén, —_ Phương pháp sấy khô:
Giai đoạn này xử lí tuỳ theo chất lượng yêu cầu của khí nén —_ Lọc tỉnh :
Trang 12Xử lí khí nén trong giai đoạn này, trước khi đưa vào sử dụng Giai doận này rất cần thiết cho hệ thống điều khiển
2.2.2 Bộ lọc
2.2.2.1 Yêu cầu
Ở trên phần đã trình bầy một số phương pháp xử lí khi nén trong cơng nghiệp Tuy nhiên trong một số lĩnh vực, ví đụ: những đụng cụ cầm tay sử dụng truyền động khí nén hoặc một số hệ thống điều khiển đơn giần thì khôngnhất thiết phải thực hiện trình tự như vậy
Hình 2.26 Bộ lọc
1.Van lọc
2 Van điều chỉnh áp suất
3 Van tra đầu
Nhưng đối với những hệ thống như thế, nhất thiết phải dùng bộ loc, gdm 3 phan tt ( hình 2.26): van lọc, van điều chỉnh áp suất, van tra đầu
2.2.2.2Van lọc
Van lọc có nhiệm vụ tách các phần chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí nến Có 2
ngun lí thực hiện :
Chuyển động xốy của địn pa suất khi nén trong van loc
Kí hiệu
Van khơng có của
xả nước
Vạn lọc có cửa xả nước bằng tay
Van lọc có cửa xả
nước tự động
'Hình 2 27 Ngun Tí làm việc của van lọc và kí hiệu
Phần tử lọc xốp làm bằng các chất như: vấi đây kim loại, giấy thấm ướt, kim loại thiêu kết hay là vật liệu tổng hợp
Khí nén sẽ tạo chuyển động xoáy khi qua lá xoắn kim loại (hình 2.27); sau đó qua
phân tử lọc, tuỳ theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn loại phần tử lọc Độ lớn
đường kính các lỗ của phần tử lọc có những loại từ 5 um đến 70 4m Trong trường hợp
Trang 13yêu cầu chất lượng khí nén rất cao, vật liệu phần tử lọc được chọn là sợi thuỷ tỉnh, có
khả năng tách nước trong khí nén đến 99,9%, Những phần tử lọc như vậy, thì dịng khí nền sẽ chuyển động từ trong ra ngoài (hình 2 28)
2.2.2.3 Van điều chỉnh áp suất
r TT]:
a “pt
a.Van điểu chỉnh áp suất
khơng có của xả khí
b Van điều chỉnh áp suất
= có của xả khí
Van điều chỉnh áp suất có cơng dụng giữ áp suất được điều chỉnh không đổi, mặc đầu có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của ấp suất ở đường vào van, Nguyên tắc hoạt động của van điều chỉnh áp suất (hình 2.22): khi điều chỉnh /rục vứ, tức là điều chính vị trí của trục van, trong trường hợp áp suất của đường ra tăng lên so với áp suất của đường điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác động lên màng, vị trí kừn van thay đổi, khí nén qua 16 xd khi ra ngoài Cho đến chừng nào, áp suất của đường ra giảm bằng ấp suất được điều chỉnh ban đầu, thì vi tri kim van trở về vị trí ban dau,
2.2.2.4 Van tra đầu
Để giảm lực ma sát, sự ăn mòn và sử gỉ của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén, trong thiết bị lọc có thêm van tra đầu Nguyên tắc tra đầu được thực hiện theo nguyên lí tra đầu Venturi (hình 2.30)
Vòi phun Venturi Bình chứa dầu Ống Venturi
Vit diéu chinh |
Lé quan sắt Bw Rw NO
¿ : Hình 2.30 Nguyên by tra déu Venturi
Theo hinh 2.30, diéu kiện để tra đầu có thể qua ống Venturi là tổn thất áp suất Ap
Trang 14Cấu tạo của van tra đầu, xem hình 2.31 ¿+ Khí nén vào Vịt diều chỉnh Lỗ quan sát
Khi nén + đầu bôi trơn
Van một chiều
Trang 15/ BAI GIANG SO 3
I TÊN BÀI GIẢNG : CHƯƠNG 3
_ CAC PHAN TU TRONG HE THONG DIRU K ATEN
Il MUC TIEU : SV nam được cau tao , nguyễn lý hoạt động của các phần tử khí nén và một số mạch diều khiến đơn giản của hệ thống khí nén
II ĐĨ ĐÙNG VÀ PHƯƠNG TIEN DAY HOC ,
- Giáo trình Khí nén - TĐiện khí nén ĐHCNTPHCM
- Gido trình Hệ thống điều khiển bằng khí nén - Nguyễn Ngọc Phương
- Máy chiều projector
IV NOI DUNG BAI GIANG
3.1 KHÁI NIỆM:
Một hệ thống điều khiển bao gồm ít nhất là một mạch điều khiển (Open-Loop
Control System) Mach diéu khién theo DIN 19266 (Tiêu chuẩn của Cộng hòa Liên Bang Đức) gồm các phần tử được mô tả ở hình 3.1
Đại lượng ra
(dịch chuyển đòn bẫy) Cơ cấu chấp hãnh
4942
— AM Phan td diéu khiển
: ree 4
2 `
4, 3, 4 t£ 14
pt felsLt ———————hmntủ xử lý tín hiệu)
2 2}
ALL [Phần tứ đưa tín hiệu
1 3 ‡ 3 A
KE Đại lượng vào
17a A (Bai lượng vật lý):
| Luu ludng
Ấp suất
Hình 3.1 Cứu trúc của mạch điểu khiển và các phần tử
~ Phần tử đưa tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lý như là đại
lượng vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển, Vi đụ: van đảo chiều, rơle áp suất
— Phần tử xử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển Ví đự: van đảo chiều, van tiết lwu, van logic OR hoặc AND
— Phần tử điều khiển: điều khiến dong năng lượng( lưu lượng) theo yêu cầu,
thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành V/ đự: van đảo chiều, ly hợp
Trang 16
— Cơ cấu chấp hành: thay dổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại
lượng ra của mạch điều khiển V/ dụ: xilanh, động cơ ˆ
Những hệ thống điều khiển phức tạp bao gồm nhiều phần tử, nhiều mạch điều khiển khác nhau Trong chương trình này sẽ lần lượt giới thiệu các phần tứ
trong hệ thống điều khiển bằng khí nén, để làm cơ sở cho các chương tiếp theo 3.2 KÝ HIỆU :
Người ta ký hiệu một số phần tử khí nén bằng các ơ vuông, mỗi ô vuông được gọi là một vị trí Trong một vị trí có nhiều cửa ( cổng )
Pee - TLS TỶ tut bác oe, 4,8 Oo 4 “F525 Táo cửa Phần tử 3⁄2 Ls số vị trí SỐ cửa trong 1 vị trí 2 2 4 fe] IN) fy TL & 705 5 és 4 Phan tir: 2/2 3/2 42 4 $e.ộ 2 4 2 @ 2 Àvl{ Ai LỄ T¥ T + TTT + 5 666 4 5 ood 3 1 1 .Phần tử: 5/2 5/3
-_ Dòng năng lượng khí sẽ bị chặn lại khi gap ctra cé ky héu nay “4? “Ll”
- _ Dòng năng lượng sẽ di chuyển theo chiéu mii tén “>” - Ký hiệu các cửa :
1 Œ): cửa nguồn, chỉ nối với nguồn khí
2 (A), 4) : cửa cho tín hiệu vào , ra nối với các phan từ khác
3 (R), 5 G) : cửa xã, thốt dịng khí 1a môi trường
12 (7), 14 (Y) : của điều khiển
3.3 CAC PHAN TU:
3.3.1 XYLANH
a Xylanh tác động một phía ( xylanh tác động đơn )
Xylanh chỉ có một cửa vào khí, khi Fkui> Fuoxo xylanh đi
ra, khi Fgui < FLoxo xylanh đi vào Khi khơng có lực tác động lò xo giữ xylanh ở trạng thái phía trong
b Xylanh tác động hai phía ( xylanh táể động kép )
Trang 17Xylanh có 3 cửa vào khí, khi FạA > Fváo xylanh đi ra khi Fạa < Fvio xylanh đi vào khi không có
lực tác động xylanh giữ nguyên trạng thái
3.3.2 PHAN TU 3/2 khí nến ra với 1Òng van
(pinong điều khiểu
” tin hiệu tác dộng
2) | lbồxø
a Van đảo chiêu 3/2 khơng duy trì:
[
Lò xo giữ cho vị trí ban đầu của van là vị trí bên phải: cửa 1 bị chặn, cửa
2 thông với cửa xả 3 -
Khi cửa điều khiến 12 có tín hiệu ( khí ) vị trí của van chuyển sang trái: Ì
cửa] thơng với cửa 2, cửa 3 bị chặn,
Khi cửa 12 mất tín hiệu, lò xo đây van về vị trí phải phục hồi vị trí ban đầu vậy van được gọi là không duy trì
b Van đảo chiều 3/2 duy trì:
c Nút nhấn 3/2:
Van khơng có vị trí thường xuyên bari đầu, nhưng ta cũng quy ước vị trí ban HẠ
đầu của van là vị trí bên phải,
vị trí bên phải: cửa ] bị chặn, cửa 2 thông với cửa xã 3
Khi cửa điều khiển 14 có tín hiệu (khí) vị trí của van chuyên Sang trái; cửa]
thông với cửa 2, cửa 3 bị chặn,Khi cửa 14 mất tín hiệu van vẫn giữ vị trí bên ˆ trái, muốn chuyển về vị trí bên phải ta đưa tín hiệu khí tới cửa điều khiển 12
vậy vai được gọi là van duy trì
Trang 18d Cơng tắc hành trình - - Cơng tắc hành trình tác động 2 chiêu: (cẩn tế qc?)
- Céng tic hanh trinh tác động một chiều ( chiều ra )
——— , : R = 4 :
- _ Cơng tặc hành trình tác động một chiêu ( chiêu vào )ˆ ˆ 2
| \ e Cae vi du mach:
VDI: nhân nút nhấn xylanh đi ra, bỏ nút nhẫn xylanh đi vào:
† ¬ ~ —¬
Thay nuk nev fe? ef bee nt whey qai
: 2
» Khu CE diy Te 2 ian te | Nilanb, 2 4
w đĨ4a £ of repaptn hdl, nbc eed] ah J o-[ | a
inc yp bab bo Bios v 2 ged tpg ộ FTES poe
2!
ẹ be} s=ILÂN ' eg arity yh 1793
a A
VD2: Nhắn nút r 2
nhấn 1 xylanh đi ly I=
ra và giữ nguyên trạnh thái ra La _Nhắn nút 3 alls nhân 2 xylanh di vao = ` odd fl — : 4 8g i : s s23
Stat 124 Start 224 Start 124 See) 24
El,LAMW | 19a LIA 4983 HN 1983 AM 1983
A
Trang 19VD3 : Nhân nut nhân xylanh đi ra, cuối hành trình xylanh tự đi vào _ Len ae mem Stan 2 3.3.3 PHAN TU 5/2
a Van đảo chiêu 5/2 không duy trị,
- Loxo giữ cho vị bí ban đầu của van là vị trí bên
phải: cửa 1 thông với cửa 2, cửa 4 thông với cửa 5
và cửa 3 bị chặn
-~_ Khi cửa điều khiển 12 có tín hiệu ( khí ) vị trí của
van chuyển sang trái: cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị chặn
- — Khi cửa l2 mat tín hiệu, lị xo đây van về vị trí
phải phục hỗi vị trí ban đầu vậy van được gọi là
không duy tri
Trang 20b Van dao chiều 5/2 duy tri: R Pp 3 đột hiệu *«
Hình 4.21 Van trượt đào chiêu 5/2 thang Đrunrng)
- Van khơng có vị trí thường xuyên ban đầu, nhưng ta cũng quy ước vị trí ban
đầu của van là vị trí bên phải
- — VỊ trí bên phải: cửa l thông với cửa 2,
cửa 4 thông với cửa 5 và cửa 3 bị chặn
-_ Khi của điều khiển 14 có tín hiệu ( khí )
vị trí của van chuyển sang trái: cửa Ì
thơng với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị chặn
- Khi cửa 14 mat tín hiệu van vẫn giữ vị trí bên trái, muốn chuyển về vị trí bên phải ta đưa tín hiệu khí tới cửa điều khiển 12 vậy van được gọi là van duy
3.3 ‘t VAN TIẾT LƯU : Van tiết lưu có nhiệm vụ
điều chỉnh lưu lượng dòng chảy qua van theo á áp suất yêu cầu, tức là điều chính vận tốc và thời gian chuyển động của cơ cầu chấp hành
Nguyên lý làm việc của van là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi tiết diện của van: a Van tiết lưu miột chiều
Van thường dung để điều chỉnh tốc độ của xy lanh khí nén
Nguyên lý: Chiều P đến A : tiết lưu
Chiều ngược lại A :đến P : không tiết lưn
Trang 21
Ví dụ : Nhân nút nhân Ï xylanh đi ra chậm, nhấn nút nhân 2 xylanh đi vào bình thường
b Van tiết lưu 2 chiều :
Nguyên lý: „ - cà
Cả 2 chiều P đến A và A về P đều tiết lưu
3.3.5 VAN LOGIC
a Van OR:
Van nảy gồm 2 cửa vào X,Y và một cửa ra A duy
nhất
Nguyên lý : Khí vào X ra A, khí vào Y ra A, khí vào cả 2 cửa X,Y cũng ra A Chỉ trường hợp khơng có khí vào X,Y thì cửa ra A khơng có khí
Vị dụ : -
Nhắn nút nhắn 1 hoặc nút nhắn 2 thì xylanh đi ra, bỏ nút nhấn xy lanh đii vào:
Trang 22b Van AND :
Van có 2 của vảào X,Y và một cửa ra duy nhất A Chỉ một trường hợp hai cùa vào
*,Y cũng có khí thì cửa ra A mới có khi ra,
các trường hợp còn lại cửa ra A đều khơng
có khi
Ví dụ : +
Phải nhấn đồng thời cả hai nút nhắn 1 và 2, xylanh đi ra Nhắn nút nhắn 3 xylanh đi vào
Siarn1 2 Start2 2 Stari3
EILIXM HIỂM | TH 4 3 4 w 4 t
3.3.6 VAN ÁP SUAT :
Thường được sử dụng làm van an toàn và van tràn, có nhiệm vụ giữ cho áp suất trong mạch trong giới hạn áp suất cho phép Khi á áp suất lớn hơn áp suất cho phép thì van sẽ mở thốt khí ra ngồi mơi trường
3.3.7 VAN THOÁT NHANH:
Là thiết bị phụ, để tăng them tốc độ của piston, như
vậy sẽ giả được thời gian chạy hành trình ngược của piston thường dung cho xylanh tác động một phía Nguyên lý : Khí vào P thì ra A, ngược lại khí vào A thì xả nhanh ra môi trường qua R
Trang 23
Ví dụ : nhắn nút nhân xylanh đi ra, bỏ nút nhắn xylanh đi vào nhanh
3.3.8 RƠLE THỜI GIAN KHÍ :
Thiết bị này là sự bỗ trợ của van đảo chiều 3/2, van tiết lưu một chiều và
một bình chứa khí nhỏ Có 2 loại:
a Rơle thời gian thường đóng : Nguyên lý : nguồn khí vào 1 bị chặn
lai, tin hiệu điều khiển vào 12, sau
một thời gian trễ van 3/2 đỗi vị trí,
nguồn vào 1 và ra 2 để thay đổi thời
gian trễ ta điều chỉnh tiết lưu
b - Role thoi gian thường mở
Nguyên lý cung tương tự rơle
thời gian thường đóng, điểm
khác là ở chỗ rơle này sử dụng
van 3/2 có trạng thái thường mở
Trang 24
3.3.9 ROLE AP SUAT :
thiết bị này là sự tổ hợp của một van đảo chiêu 3/2 và một van áp
SuẤt
Nguyên lý : khí đưa tới 1 bị chặn
lại, khi dòng khí đưa tới cửa điều
khiển 12 đạt áp suất yêu cầu thì
van 3/2 đổi vị trí, khí vào 1 ra 2
Trang 25BÀI GIANG SỐ 4
U TEN BAI GIANG : CHUONG 4
CAC PHUONG PHAP THIET KE MACH KHi NEN
IH MỤC TIÊU:
- §V hiểu và thực hiện được biểu đỗ trạng thái của các hệ thông điều khiến bằng khí
nén
- 8V hiểu được phương pháp thiế kế mạch khí nén điều khiển theo chu trình, theo tầng và theo nhịp
IU BO DUNG VA PHUONG TIEN DẠY HỌC
-_ Giáo trình Khí nén - Điện khí nén DHCNTPHCM
- Giáo trình Hệ thống điều khiển bang khí nén - Nguyễn Ngọc Phương - Máy chiếu projector
IV NOI DUNG BÀI GIẢNG :
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KE MẠCH KHÍ NÉN
4.1 BIẾU ĐỎ TRẠNH THÁI : ( hay còn gọi là sơ đồ hành trình bước )
- Trong biêu đỗ trạng thái người ta biểu diễn các phân từ trong mạch, mối lien hệ giữa các phân tử
và trình tự chuyên mạch của các phần tử
- Truc toa dé thang đứng biểu diễn trạng thái ( hành trình chuyển động, áp suất, thời gian, góc quay ) Truc toa dé nam ngang biểu din hành trình lam việc được chia thành các bước, Su thay
đôi trạng thái trong các bước được biểu diễn bằng nét liền đậm Sự liên kết các tín hiệu biểu điễn
bằng nét liền mảnh và chiều tác động biểu diễn bằng mũi tên,
- Trong mỗi cơ cầu chấp hành, nét liền mảnh nằm ngang phía trên ( mang dấu + ) biểu thị cho vị trí
cơ cầu chấp hành ở phía ngồi ( xylanh đi ra ), và nét liên mảnh ở phía dưới ( mang đấu - ) biểu thị
cơ cầu chấp hành ở phía trong ( xylanh đi vào )
VDI : Vẽ biểu đỗ trạng thái : Nhắn nút nhân 1 xylanh Ỹ đi ra, nhân nút nhân 2 xylanh đi vào “a
+
Sftart1 -
+
A
START ~
VD2 : Nhẫn nút nhắn xylanh A đi ra, cuỗi hành +
trình xylanh B đi ra, cuỗi hành trình xylanh B di _B: ⁄-
vào, và cuối cùng xylanh Á đii vào, kết thúc một —
chu trình 1 2 3 4
VD3 : Một cơ cấu máy hoạt động như sau: - +
Một chỉ tiết cần khoan một lổ khoan và A /
được điều khiển bởi hệ thống điều khiển STAn+r_ "= ~
sau:
+
Các chỉ tiết được đặt trong một giá đỡ, B LA -
nhấn một nút nhấn xy lanh tác động kép A +
đi ra đẩy chỉ tiết vào vị trí gia công đồng c
thời cũng kẹp chặt chỉ tiết, sau đó xy lanh L2 3 4 4 .ẹ ~ tác động kép B được gắn với đầu khoan đi °
Trang 26nhanh; sau đó xy lanh 1.0 quay về để tháo kẹp; cuối cùng xy lanh tát động đơn 3.0 sẽ đi ra đẩy
chỉ tiết vừa thực hiện xong vào thùng đặt kế bên và quay về hoàn tất một chủ trình Đài tập : Lập biểu đỗ trạng thái cho các hệ thống khí nền sau : yf 2ˆ
1 một cơ cấu máy hoạt động như sau:
Tấm thép X được uốn các góc 90° bằng hệ thống điều khiển sau?
Tấm thép được đưa vào bằng tay, sau khi nhấn nút Start, xy lanh xe ac đệngc d aa ep tém thép, xy lanh B đi ra uốn chí tiét géc 90" va lập tức quay trở về, xy lanh C đi ra tiến tiếp để hoàn tất, cuối cũng lần lượt xy lanh C và A quay trở về, chỉ tiết được lấy ra bằng tay
2 Một cơ cấu máy hoạt động như sau:
Chỉ tiết cần khoan 2 lổ giống nhau, được điều khiển bởi hệ thống sau:
Chi tiết được đựng trong giá dd; sau khi nhấn nút Start xy lanh tác động kếp A đi ra đẩy chỉ tiết
vào vị trí gia cơng, đồng thời chỉ tiết cũng đựơc kẹp chặt, xy lanh B được gắn với đầu khoan đi
ra để thực hiện chuyển động chạy đao, cuối hành trình tỷ quay trở về; sau đó xy lanh € đi ra để
đi chuyển chỉ tiết sang vị trí thứ 2; lúc nầy xy lanh B lại đi ra để khoan lổ thứ 2, cuối hành trình
xy lanh B quay về; cuối cùng xy lanh C rồi xylanh A Tan lượt đi vào hồn tất 1 chu trình
4.2 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KE MACH KHÍ NÉN ĐIÊU KHIẺN THEO CHU TRÌNH
Đối với phương pháp điều khiển theo chu trình thì mạch điều khiển chỉ sử dụng có một nguồn duy
nhất, Dựa vào sơ đồ hành trình bước, sau mỗi bước, cơ cầu chấp hành sẽ tác động vào một cơng
tắc hành trình, tín hiệu này đưa tới mạch điều khiển tác động tiếp vào van điều khiển tương ứng để
thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành ( tức là thực hiện bước tiếp theo) cứ như vậy cho tới hết hành trình
4.2.1 Trình tự thực hiện :
- Từ sơ để hành trình bước ta xác định vị trí và số lượng các công tắc hành trình tương ứng, Đặt
tên các cơng tác hành trình, có thể kí hiệu là Sạ ; 8; ; Sg ,93
- Vẽ các cơ cầu chấp hành ( xylanh ) , các van dao chiều tưởng ứng ( thường sử dụng các van 3/2, 5/2 duy tri )
Lưu ý : khi sử dụng các van duy trì ta luôn qui ước vị trí ban đầu ( trạng thái chưa hoạt động ) là vị trí ơ vng bên phải
- Vétin hiệu vào ( thường sử dụng nút nhấn 3/2 thường đóng )
- Vẽ tiếp các cong tắc hành trình tương ứng theo sơ đề hành trình bước ta đã xác định ở trên,
- Kiểm tra
~-_ Đánh số kí hiệu các phần tử và các công tắc hành trình theo quy ước,
4.2.2 Các ví dụ :
VDI: Thiết kế hệ thống khí nén điều khiển theo chu trình
Bài làm: S
- _ lập biểu để trạng thái : ee 7 -_ Xáo định các tín hiểu điều khiển, vị trí và táo A an
dụng của các công tắc hành trình
+ Nút nhấn Start—> điều khiển xylanh A đi ra, START_
+ Sq: ctht 1 chiều ra — nằm ngoài xylanh A
— điều khiển B đi ra B ig
+8¡: ctht 2 chiêu — ngoài B —> Bởi vào - 24 _
+8; : ctht 1 chiều vào — trong B “+ A đi vào 1 2 3 4
~ Vẽ sơ đồ mạch :
Đề mạch hoạt động , tránh hiện tượng trùng tín hiệu thì vị trí các cơng tắc hành trình đặt như sau
Ta biết hành trình của các xylanh là 100 ram, Vậy vị trí So : 99 ram, S¡ : 100 mm, 8; : 1 mm,
Trang 27=e=[T,JSM
Hlanh trình Xylanh A ; 100 mm, Xylanh B : 110 mm
VD 2: Cho biểu đỗ trạng thái, thiết kế mạch khí nén theo chu trình?
- Lập biểu dé trạng thái
- Xác định các tín hiệu điều khiển : + Start + xylanh A dira
+ 8g : ctht 1 chiều ra —› xác định vị trí ngồi A
— điều khiển B đi ra
+S, : ctht 2 chiều —› xác định vị trí ngoài B — điều khiển B đi vào
+ 8; : cfht 1 chiều vào —› xác định vị trí trong B — điều khiển A đi vào
+83: ctht 1 chiều vào — xác dinh vj tri trong A > diéu khién C dira
+ Sq: ctht 2 chầu — xác định vi trí ngồi C — điều khiển € đi vào
A START 7 B AA 50% ca: Šp bã r Đá + ~d> =-l>-=~-l=~=~“lứ start 2 i 3 2 2 513 2 ARE Plex {p93
Trang 284.2.3 Bai tap: ; A 7 :
Thiét ké mach khí nén điều khiên theo chu trình: + A -
1 cho biểu đồ tạng thái: START _/
B
es - { 2 3 4
2 cho biéu dé tang thai :
+ A 1 2 3 44
3 Một cơ cấu máy hoạt động như sau: <> -
thời gian trễ
Một chỉ tiết cần khoan một lổ khoan và được điều khiển bởi hệ thống điều khiển sau:
Các chỉ tiết được đặt trong một giá đỡ, nhấn một nút nhấn xy lanh tác động kép A đi ra đẩy chỉ tiết vào vị trí gia công đồng thời cũng kẹp chặt chỉ tiết, sau đó xy lanh tác động kép B được gắn
với đầu khoan đi ra chậm để thực hiện công việc chuyển động chạy đao; cuối hành trình xy lanh B tự quay về nhanh; sau đó xy lanh A quay về để tháo kẹp; cuối cùng xy lanh tác động đơn C sẽ
đi ra đẩy chỉ tiết vừa thực hiện xong vào thùng đặt kế bên và lập tức quay về hồn tất một chủ
trình,
4 : một cơ cấu máy hoạt động như sau:
Tấm thép X được uốn các góc 90 bằng hệ thống điều khiển sau:
Tấm thép được đưa vào bằng tay, sau khi nhấn nút Start, xy lanh tác động đơn À kẹp tấm thép,
xy lanh B đi ra uốn chỉ tiết góc 90 và lập tức quay trở va, xy lanh C đi ra uốn tiếp để hoàn tất, cuối cũng lần lượt xy lanh C va A quay trổ về, chỉ tiết được lấy ra bằng tay
5 : Một cơ cấu máy hoạt động như sau:
Chỉ tiết cần khoan 2 lổ giống nhau, được điều khiển bởi hệ thống sau:
Chỉ tiết được đựng trong giá đở; sau khi nhấn nút Start xy lanh tác động kép A đira đẩy chỉ tiết vào vị trí gia công, đồng thời chỉ tiết cũng đựợc kẹp chặt, xy lanh B được gắn với đầu khoan di
ra để thực hiện chuyển động chạy dao, cuối hành trình tự quay trở về; sau đó xy lanh € đi ra để di chuyển chỉ tiết sang vị trí thứ 2; lúc này xy lanh B lại đi ra để khoan lổ thứ 2, cuối hành trình
xy lanh B quay về; cuối cùng xy lanh C rồi xylanh A [an lượt đi vào hồn tất 1 chu trình
43 PHUON G PHAP THIET KE MACH KHi NEN DIEU KHIEN THEO TANG
Nguyên tắc thiết kế mạch theo tầng là chia các bước thựẻ hiện có cùng chức năng thành từng tầng riêng biệt, như vậy khi hoạt động thì nguồn cung caapscho hệ đảo tầng chỉ có ở tang dang thuc hiện các chuyên động, còn các tang khác thì khơng có nguồn phần tử cơ bản của điều khiển theo
tầng là phần tử nhớ- van đảo chiều 4/2 hoặc 5/2 điều khiển theo tầng là bước hoàn thiện của điều
khiển tùy động theo hành trình
4.3.1 Nguyên lý điều khiển theo tầng
Trong mạch điệu khiển theo tầng gồm có hai cụm
9 Cụm cơ cầu chấp hành : gầm các xylanh tạo ra các chuyển động, các van đảo chiều , các công tắc hành trình để chuyển đổi chuyển động của các xy lanh tương ứng
Trang 29se - Cụm đảo tang : Thực chải là các van 4/2 suặc 3/2 d s - Giả sử biểu đồ trạng thái dược chia làm n tầng: uy tri
- Dau tian nguồn ở cạm dao tầng sẽ ở tầng thy n ( ( tang cao nhất )
- Sau khi nhan START nguồn sé chuyén đến tầng thử l, ở tầng này nguồn SẼ cung cấp cho các chuyển động trong tang thứ 1, cuối tẳng ¡ sẽ tac động vào công lắc hành trình đảo tầng
và nguồn Sẽ chuyển fo tầng “thử 2, tương tự như tang 1 nó sẽ cung cấp ngudn cho các
chuyên động ở tâng 2 này Tương tự cho đến khi nguẫn chuyển đến tầng thử n ( tầng cao nhất )
- Lưuỷ: Tại một thời điểm chỉ tầng đang hoạt động là có nguồn, các tầng con lại không cỏ nguồn Khi nguồn chuyên sang tang kế tiếp thì nguồn ở tầng trước đó phải bị xóa
4.3.2 Nguyên tắc chia tầng
Nếu ta kỷ hiệu các cơ cấu chấp hành bằng các mẫu tự A,B,C, D và các chuyển động chạy ra được ký | hiệu bởi đâu + và các chuyển động chạy vào mang dấu ~ thì : Trong một tầng có thể gồm nhiều mẫu tự khác nhau, nhưng một mẫu tự không được xuất hiện hai lan, So
VDI: ; 7 +
Dựa vào sơ đơ hành trình bước, ta có thể A ⁄ Uh
-Chuyên đổi sang các mẫu tự sau: START k k —
A+B+B-A- “hé ‘| case, | +
Theo nguyên tắc chia tầng ta thay B+ B- 7 t * Không thé chung một tầng được, do đó mạch B ' , S
Sẽ chia tầng từ đây Ta có mạch 2 tầng ị —ỉ 1 — 2 8 4 | ———>/<——— Tl T2 ca: Šn + ar › al BT: Chia tang A : _ i Ss - START ar START”) lÌ si || |) + B a is | Sal 4 Cc - or : _ 1 2 3 4 5 6
4.3.3 Biểu diễn hệ đão tầng
Khi sơ đồ hành trình bước đã được chia ra làm n tầng, thì sẽ có (n-l ) phần từ nhớ ( n-l van đảo
tầng 5/2 )
Ky hiéu el là tín hiệu vào tầng 1, T¡ là tín hiệu ra tầng
1, tương tự e2 là tín hiệu váo tang 2, T2 là tín hiệu ra
Trang 30Số tầng n =3 ] m T3 L 4112 e2 alli f}—_—4 si a 412 e1 | \ L g3 2 si 3 EÍJAM | 1 3 Số tầng n= 4 T1 T2 Tả T4 mr e2 An HT] 5 | 3 2T a e3 ANAL 5 |) 3 4|1ƒ72—————— e1 \ START 2 “SHE S4 4.3.4 Các bước thực hiện : T À |
BỊ, lập biểu đồ trạng thái và chia tầng 1] 3
12 Xác định các tín hệu điều khiển, các công tắc hành trình
B3 Vẽ sơ để mạch:
- Mạch động lực
- Mach dao tang,
~ Mach diéu khién
Lưu ý : - Cơng tắc hành trình nào nằm giữa danh giới 2 tầng, sẽ là tín hiệu đảo tằng phía
sau,
Trong thiết kế theo tầng, tất cả các cơng tắc hành trình đều sử dung CTHT tac déng 2 chiều
VỊ trí các CTHT là max, min
VD a Cho biéu đồ trạng thái, thiết kế mạch khí nén theo tang ? - Lập biểu đỗ trạng thái
- Xác định các tín hiệu, điều khiển : + Start > el — xylanh A đi ra
+ So: — xắc định vị trí ngồi A — điều khiển B đi ra
29
Trang 31+ Bị — 62 — xác định vị trí ngoài B
— điều khiển B đi vào
+ 5; — xác định vị trí trong B — điều khiển Á đi vào
+8 —: xác định vị trí trong A > điều
khién C đi ra
+ S¿ —+ 63 — xác định vị trí ngồi C —
điều khién C đi vào
- Vẽ sơ đỗ mạch : 1 4 Tem TÌ START 77 \ NỈ LÍ at | | ‘y 28 | AVS, 3 1 2 3 4 5 6 , <P} » Tt! T12 'T3 Cc T2 4.3.5 Bai tap : „ ` Thiệt kề mạch khí nén điều khiển theo tầng :
1.Cho biểu đô tạng thái :
Trang 32
2 Cho biểu để tạng thái : ‘
A Start A ~ + B 1 2 3 4 <> thoi gian tré 3 Một cơ cấu máy hoạt động như sau:
Một chỉ tiết cần khoan một lổ khoan và được điều khiển bởi hệ thống điều khiển sau:
Các chỉ tiết được đặt trong một giá đỡ, nhấn một nút nhấn xy lanh tác động kép A đi ra đẩy chỉ tiết vào vị trí gia cơng đồng thời cũng kẹp chặt chỉ tiết, sau đó xy lanh tác động kép B được gắn với đầu khoan đi ra chậm để thực hiện công việc chuyển động chạy dao; cuối hành trình xy lanh B tự quay về nhanh; sau đó xy lanh A quay về để tháo kẹp; cuối cũng xy lanh tác động đơn C sẽ
di ra đẩy chỉ tiết vừa thực hiện xong vào thùng đặt kế bên và lập tức quay về hồn tất một chu
trình
4.: một cơ cấu máy hoạt động như sau:
Tấm thép X được uốn các góc 900 bằng hệ thống điều khiển sau:
Tấm thép được đưa vào bằng tay, sau khi nhấn nút Start, xy lanh tác động đơn A kẹp tấm thép,
xy lanh B đi ra uốn chỉ tiết góc 90” và lập tức quay trở về, xy lanh € đi ra uốn tiếp để hoàn tất, cuối cùng lần lượt xy lanh C va A quay trở về, chỉ tiết được lấy ra bằng tay
5.: Một cơ cấu máy hoạt động như sau:
Chỉ tiết cần khoan 2 lổ giống nhau, được điều khiển bởi hệ thống sau:
Chỉ tiết được đựng trong giá đổ; sau khi nhấn nút Start xy lanh tác động kép A đi ra đẩy chỉ tiết vào vị trí gia công, đồng thời chỉ tiết cũng đựơc kẹp chat, xy lạnh B được gắn với đầu khoan đi ra để thực hiện chuyển động chạy dao, cuối hành trình tự quay trở về; sau đó xy lanh C đi ra để đi chuyển chỉ tiết sang vị trí thứ 2; lúc này xy lanh B lại đi ra để khoan lổ thứ 2, cuối hành trình xy lanh B quay về; cuối cùng xy lanh C rồi xylanh A lần lượt đi vào hoàn tất 1 chu trình,
4.4 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN ĐIÊU KHIỂN THEO NHỊP 4.4.1 Nguyên lý điều khiển theo nhịp : ,
Trong kỹ thuật điều khiển theo nhịp, thì tín hệu sẽ được thực hiện trong nhịp đó, khi nhịp tiếp theo được thực hiện thì nhịp trước đó phải được xóa và phải có tín hiệu thông báo gửi tới nhịp tiếp sau
4.4.1, Cac modul cấu trúc điều khiển theo nhịp
* Loai TAA Câu tao gầm :
- _ Van 3/2 khơng duy trì pees se ee 7
- Van 3/2 duy tri ' '
- Van Logic OR ' ' %: Tín hiệu vào i | A: Tin hiéu ra ' = Hị ' ' ! i ' i i '
Modul loal TAA A
P : Ngudn áp suất cung cấn Yn
Y: Tín hiệu điều khiển
Z4: Tín hiệu xóa nhịp trước
Trang 33« Loa TAB
Cau trie cua Modul TAB ciing tuong tw TAA, nhung cé khae nhau 1A phan ny OR dung trước và tác động vào bên trai cua nhip cudi cũng đề chuẩn bị tín hiệu cho nhịp đâu tiêu
Cầu tao gồm ; Modul loai TAB A
Van 3/2 khẳng duy trì Am
- Van 3/2 dụ: trì
- Van Logic OR i
X : Tin hiéu vao \
A: Tin hiéu ra
P : Nguễn áp suất cùng cấp Yn}
Y: Tin hiéu điều khiển L
I i '
2: Tín hiệu xóa nhịp trước P
L,: Chỉnh lại theo vị trí ban đâu 4.4.2 Các bước thực hiện - BI : Lập biểu đồ trạng thái, xác định số nhịp B2 : Lập bảng điều khiển B3: Vẽ sơ đề : ~_ Vẽ mạch động lực
- _ Vẽ khối điều khiển nhịp
- Vẽ mạch điều khiển
* Lưu ý : Khối điều khiển nhịp gồm nhiều Modul TẠA và kết thúc bằng một Modul TAB ghép lại
VD: Cho biéu đô trạng thái Thiết kế mạch khí nén điều khiển theo nhịp
BỊ : lập biểu đồ trạng thái, xúc định các CTHT 1-3 So
Mach diéu khién 4 nhịp , x "
* 4! TNs START AV ¡| | lì 1 rE Ayes) ! af + B WZ N3 | — 1 2 3 4 B2: Lập bảng điều khiển Nhịp thực hiện Ị 2 3 4 Xy lanh 7” Ar B+ B- A- Tinhigutécdéng Ì — VI | Y2 Y3 Y4 | “Nhận tín biệu Gy + Start do — Sr 82° Tín hiệu vào _ x4 Xi X2 x3
Tín hiệu ra Al [Ag A3, Ad |
Trang 34
4.4.3 Bài tập : ‹ - — +
Thiét ké mach khi nén điêu khiên theo nhịp : A
1.Cho biéu d6 tang thai : START A ~
B
2 Cho biểu dé tạng thái : 12 3 4
+ A Start „2 ~ + B £ 1 + 1 2 3 <> 4 „ thời gian trễ
3 Một cơ cấu máy hoạt động như sau:
Một chỉ tiết cần khoan một lổ khoan và được điều khiển bởi hệ thống điều khiển sau:
Các chỉ tiết được đặt trong một giá đỡ, nhấn một nút nhấn xy lanh tác động kếp A đi ra đẩy chỉ
tiết vào vị trí gia công đồng thời cũng kẹp chặt chỉ tiết, sau đó xy lanh tác động kép B được gắn
với đầu khoan đi ra chậm để thực hiện công việc chuyển động chạy dao; cuối hành trình xy lanh
33
Trang 35B tự quay về nhanh; sau đó xy lanh A quay về để tháo kẹp; cuối cùng xy lanh tác động đơn € sẽ đi rà đây chỉ tiết vừa thực hiện xong vàu thùng đặt kế bên và lập tức quay về hoàn tất một chu
4 : một cơ cấu máy hoạt động như sau:
:äm theu X được uốn các góc 90° bằng hệ thấng điều khiển sau;
Tâm thép được đưa vào bằng tay, sau khi nhấn nút Start, xy lanh tac động đơn A kẹp tấm thép, xy lanh Ð đi ra uốn chỉ tiết góc 90” và lập tức quay trở về, Xy lanh C đi ra uốn tiếp để hoàn tất, cuối cũng lần lượt xy lanh C và A quay trở về, chỉ tiết được lấy ra bằng tay
5.: Một cơ cấu máy hoạt động như sau:
Chỉ tiết cần khoan 2 lổ giống nhau, được điều khiển bởi hệ thống sau:
Chỉ tiết được đựng trong giá đở; sau khi nhấn nút Start xy lanh tác động kép A đi ra đẩy chỉ tiết vào vị tí gia cơng, đơng thời chỉ tiết cũng đựơc kẹp chặt, xy lanh B được gắn với đầu khoan đi ra để thực hiện chuyển động chạy đao, cuối hành trình tự quay trở về; sau đó xy lanh C đi ra để di chuyển chỉ tiết sang vị trí thứ 2; lúc này xy lanh B lại đi ra để khoan lổ thứ 2, cuối hành trình
Trang 36BÀI GIẢNG SÓ 5
1V.TÊN BÀI GIẢNG : CHƯƠNG 5
CÁC PHẢN TỬ TRONG HỆ THÓNG ĐIỆN KHÍ NÉN
Vv MỤC TIỂU:
-SV nam được cấu tạo , nguyên lý hoạt động của các phần tử Điện - khí nén và một số inạch điều
khiển đơn giản của hệ thống Điện - khí nén :
{IH DO DÙNG VÀ PHƯƠNG TIEN DẠY HỌC
- Giáo trình Khí nén - Điện khí nén ĐHCNTPHCMI
- Gido trình Hệ thống điều khiển bằng khí nén - Nguyễn Ngọc Phương
- Máy chiếu projector
IV.NỘI DŨNG BÀI GIẢNG : 5.1 KHÁI NIỆM
Điều khiển điện khí nén là sự kết hợp giữa khí nén và điện Trang thực tế, các bộ truyền động của
máy công cụ và các hệ thống tự động đêu được điều khiển bằng điện — khí nén
424V 1 2 c9, STARTEÀX K KE”] v[+‡ wW o~ i 2
Mach DK ( dien) Mach DL ( khi nen )
5.2, CAC PHAN TU ĐIỆN KHÍ NÉN
5.2.1 Nút nhấn :
Nút nhân thường được dung để đóng hay mở một mạch điện
1 Nút nhấn thường mở
Ở trạng thái không tác động mạch không được nối, khi nút nhấn tác động mạch sẽ được đóng lại và khi thơi tác động do sự đàn hồi
của lò xo mạch sẽ tự ngất E ‘ 2 Nút nhấn thường đóng
Ở trạng thái không tác động mạch sẽ được nối, Khi nút 1 nhắn tác động mạch sẽ được mở ra hở mạch và khi thôi
tác động do sự đàn hồi của lò xo mạch sẽ tự đóng lại E
3 Nút nhấn chuyển mạch
Khi tác động thì mạch thường mở sẽ chuyển sang đóng và
mach thường đóng sẽ chuyển sang mở, khi hết tác động mạch E Z
phục hồi trang thái |
Trang 375.2.2 Liếp điểm cơng tắc hành trình, sĩ CTHT thuong dong 1 | S3 CTHT thuong me 3 ob
CTHT thucng mo dang tac dong
aby
5.2.3 Van điện từ
CTHÍT thuong dong dang tac dong
Miột cuộn dây khi được tác động bởi một địng điện thì trong cuộn dây đó sẽ sinh ra một dòng điện
cảm ứng, tử trường được sinh ra trong ông dây , và sẽ tạo ra một lực từ trường, lực tử trường này
sẽ làm di chuyển lõi sắt đặt bên trong cuộn dây
a Van điện từ 3/2 khơng duy trì
~_ Lị xo giữ cho vị trí ban đầu của van là vị trí bên
phải: cửa 1 bị chặn, của 2 thông với cửa xả 3
-_ Khi cuộn đây điều khiển Y có điện, vị trí của van
chuyển sang trái: cửa] thông với cửa 2, cửa 3 bị
chặn
-_ Khi cuộn đây điều khiển Y mất điện, lò xo đẩy
2 ' ‡
HÀ ỨH
„TT
ky hieu tren so do Dien
van về vị trí phải phục hồi vị trí ban đầu, vậy van được gọi là khơng duy trì, b Van điện từ 3/2 duy trì
Van khơng có vị trí thường xuyên ban đầu,
nhưng ta cũng quy ước vị trí ban đầu của van là vị trí bên phải
- Vi tri bén phải: cửa 1 bị chặn, cửa 2 thông với cửa xả 3,
- _ Khi cuộn đây điều khiển Y1 có điện, vị trí của van chuyển sang trái: cửa! thông với cửa 2, cửa
v1 N Y2 "DỊ vcd
ky hieu tren so do Dien 3 bi chặn Khi cuộn đây Y1 mất điện, van vẫn giữ vị trí bên trái, muốn chuyển về vị trí bên phải ta cap dién cho cuộn đây điều khiển V2 Vậy van được gọi là van duy trì
cơ Van điện từ 5/2 khơng duy trì
-_ Lị xo giữ cho vị trí ban đầu của van là vị trí
bên phải: cửa 1 thông với cửa 2, dửa 4 thông
với cửa 5 và cửa 3 bị chặn Y
-_ Khi cuộn dây điều khiển Y có điện, vị trí của
van chuyển sang trái: cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị chặn,
-_ Khi cuộn đây điều khiển Y mất điện, lò xo đây
(1q
ky hieu tren so do Dien
van về vị trí phải phục hồi vi tri ban dan, Vậy van được gọi là không duy tri d Van điện từ 5/2 duy trì
-_ Van khơng có vị trí thường xun ban đầu, nhưng ta cũng quy ước vị trí ban đầu của van là vị trí bên phải
- Vj tri bên phải: cửa 1 thông với cửa 2, cửa 4 thông
với cửa 5 và cửa 3 bị chặn
-_ Khi cuộn dây điều khiển Y1 có điện, vị trí của van
chuyển sang trái: cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông
Yi 4,2 1 2 i {9 nO 2H
Trang 38với của 3 và cửa Š bị chặn -
-_ Khi cuộn dây điều khiển Y1 mất điện, van vẫn giữ vị trí bên trái, muốn 1 chuyén về vị trí bên
phải ta cấp điện cho cuộn lay điều khiển Y2 Vậy van được gọi là van duy trì ,
5.2.4 RELAY ( ro le trung gian )
3 4 5 8 7 8
XN | L L co | o | 2 ! |
ch yt iT
Cuộn dây có 2 tiếp điểm thường Cuộn dây có 4 ø điểm hy đỗi
đóng và thường mở
Khi cuộn dây relay khơng có điện, trạng thái của các tiếp điểm là trạng thái ban đầu
Khi cuộn dây relay có điện, trạng thái của các tiếp điểm thay đổi, Thường mở đóng lại và thường đóng mở ra Khi cuộn dây mật điện các tiếp điểm trở lại trạng thái ban dau
5.2.5 Relay thời gian : Có 2 loại a ON DELAY TIME mà =F ; i Ỉ Thường mở Thường đóng t
b, OFF DELAY TIME
Cuộn dây co Thường mở [ Thường đóng c—mmelmveeenneeeeeE ‡ ị 1 1 hăng ' ‘ T 5.3 VI DU
VDI: Các chỉ tiết từ giá đựng sẽ được di chuyển tới một dây truyền khác bởi một xy lanh tác động hai phía, bằng cách
Nhấn nút Start, xy lanh đi ra Cuối hành trình tự quay về hãy vẽ mạch điều khiển điện khí nén
Trang 39=—= : m1 ahs 4} [2 v ZN 5 | 3 1 +24 † ự = STARTE\ Kt sO-\ ro +k§ he 27 4|]2 v đà Ệ KIE KL P— 9a ‘a iN \ 1
VD2: Mét tim ép có gia nhiệt dung dé đóng gói các sản phẩm bằng nhựa, được điều khiển bằng 1 xy lanh tác động 2 phía, bằng cách
Nhân Start, xy lanh đi ra mang tâm gia nhiệt đi theo, đến cuối hành trình xy lanh chờ một khoảng
Trang 40S +24/ od 2 3 4 5 6 # oO i me a TÊA aN 1 Po VĂN “TT K27 4 2 viÀIRỊv ‘| 3 7 KOI TRS BỊ ]vH Ÿ[ LỆ ™ £ ị 1 I Ị \ (eed 2 4 TN 1,6
VD3: Một cánh cửa được đóng mở bằng hệ thống điện khi nén như sau
Nhân một trong hai nút nhân Startl hoặc Start2, xy lanh tác động hai phía đi ra làm mở của Khi
nhả nút nhân , cánh cửa sẽ chờ một thời gian xy lanh mới đi vào đóng cửa Vẽ mạch điện khí nén