bai giang he thong khi nen thuy luc

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP NAM BỘ Th.S ĐỖ TRƯỜNG PHONG BÀI GIẢNG HỆ THỐNG KHÍ NÉN THỦY LỰC Mơn: Hệ thống khí nén thủy lực Thời lượng giảng dạy: 45 tiết CẦN THƠ – 2016 LƯU HÀNH NỘI BỘ BÀI GIẢNG SỐ 1 I TÊN BÀI GIẢNG: Cơ sở lý thuyết khí nén II MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU - Học viên nắm khái niệm ứng dụng, đặc trưng truyền động khí nén - Nắm vững thơng số vật lý thường dùng khí nén: Lực, áp suất… - Biết nguyên lý hoạt động phân loại máy nén khí III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIÀNG DẠY: - Giáo trình mơn học - Tài liệu tham khảo: “ Hệ thống điều khiển khí nén “ Nguyễn Ngọc Phương - Đèn chiếu / Projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG: CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT KHÍ NÉN Ứng dụng khí nén người biết đến từ trước công nguyên thông qua thiết bị bắn đá, bắn tên…, tiếp đến số phát sinh sáng chế Klesibios Heron thiết bị đóng, mở cửa khí nén; bơm; súng phun lửa ứng dụng Mãi kỷ 17 nhà kỹ sư chế tạo người Đức Otto von Guerike (1602-1689), nhà toán học triết học người Pháp Blaise Pascal (1623-1662), nhà vật lý người Pháp Denis Papin (16471712) xây dựng nên tảng ứng dụng khí nén Cho đến kỷ 19, số thiết bị sử dụng lượng khí nén phát minh việc vận chuyển đường ống khí nén (1835), điều khiển thắng xe khí nén (1880), búa tán đinh khí nén (1861)… Ngày việc ứng dụng lượng khí nén kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh Các dụng cụ, thíết bị, phần tử khí nén cải tiến, sáng chế ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau, kết hợp khí nén với điện - điện tử mở nhiều triển vọng nhân tố định phát triển kỹ thuật điều khiển tự động 1.2 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN - Dùng cho thiết bị công nghiệp, giao thông, dân dụng: búa máy dùng hơi, thiết bị nâng hạ, đồ gá kẹp dao máy CNC, đóng mở cửa xe bus…) - Trong dây chuyền sản xuất lắp ráp tự động: xúc rửa chai, đóng gói bao bì, lắp ráp linh liện điện tử… - Các dụng cụ, thiết bị va đập: đục hơi, máy khai thác đá, khai thác than, thiết bị hầm mỏ… - Có khả tạo chuyển động quay khí nén với cơng suất lớn giá thành cao so với điện thể tích trọng lượng nhỏ, - Truyền động khí nén ứng dụng các lĩnh vực cần vệ sinh mơi trường an tồn cao, không gây cháy 1.3 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN & ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HTTĐ KHÍ NÉN 1.3.1 Những đặc trưng HTTĐ khí nén - Độ an toàn tải: hệ thống đạt áp suất làm việc tới hạn, truyền động an tồn, khơng gây cố hư hỏng - Tổn thất lượng: Tổn thất áp suất chi phí đầu tư mạng truyền tải khí nén tương đồi thấp so với thủy lực cao so với truyền động điện - Truyền động đơn giản hiệu cần tạo truyền động thẳng cần dùng xi lanh khí nén - Vận tốc truyền động: dòng khí nén tạo nên vận tốc cao cho cấu chấp hành (1- 2m/s) - Khả điều chỉnh lưu lượng áp suất: có khả điều chỉnh lưu lượng áp suất cách vô cấp - Tốc độ xử lý tín hiệu tương đối chậm so với truyền động điện 1.3.2 Ưu nhược điểm HTTĐ khí nén a) Ưu điểm: - Về số lượng: khơng khí có sẵn nơi với số lượng khơng hạn chế - Về lưu trữ: khơng khí nén nên dùng bình chứa để lưu trữ, trích lượng cần thiết để sử dụng - Khơng khí nén bị ảnh hưởng nhiệt độ không gây cháy - Về mặt môi trường, không gây ô nhiễm xử lý trước thải môi trường - Cấu tạo trang thiết bị cho hệ thống khí nén đơn giản rẻ tiền, phần tử tiêu chuẩn hóa cao, dễ dàng thay thế, bảo dưỡng b) Nhược điểm: - Lực truyền tải trọng thấp bị khống chế áp suất làm việc, thông thường hệ thống truyền động khí nén làm việc với áp suất – bar Với áp suất độ lớn lực công tác giới hạn từ 20.000 - 30.000 N (tùy thuộc vào vận tốc cấu hình cấu chấp hành) - Dòng khí nén thường gây tiếng ồn - Do khả đàn hồi khơng khí nén lớn tải trọng thay đổi dẫn đến vận tốc truyền thay đổi, làm ảnh hưởng độ xác chuyển động 1.4 CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ & ĐƠN VỊ ĐO (45 phút) 1.4.1 Các đại lượng vật lý thường dùng khí nén a) Lực: Đơn vị đo lực Newton (N) Từ định luật Newton: F = m a [N] Ta thấy, Newton lực truyền cho vật có khối lượng kg gia tốc m/s2 1N = kg.m/s2 Mối quan hệ hệ đo lường kỹ thuật hệ SI: kp = 9,81 N Để đơn giản tính tốn, người ta lấy kp = 10 N b) Áp suất: tỉ số lực tác dụng đơn vị diện tích • Đơn vị đo áp suất gồm: Pascal, N/m2, Bar, kG/cm2, PSI… - Pascal (Pa): áp suất lực Newton (N) phân bố lên bề mặt có diện tích 1m2 Pa = N/m2 = 10-5 bar bar = 105 N/m2 = 105 Pa Trong thực tế đơn vị Pascal nhỏ nên người ta thường sử dụng Megapascal (MPa) Mpa = 106 Pa Các đơn vị thường dùng khác: Atmosphère kỹ thuật (at): at = kp/cm2 = 0,981 bar Atmosphère vật lý (atm): 1atm = 1,033 at = 1,013 bar Các nước Anh, Mỹ dùng PSI (Pounds per Square Inch) 1PSI = 6.894,76 N/m2 = 6,89476 kPa bar ≈ 14,5 PSI = 100 kPa • Các dạng áp suất tính tốn kỹ thuật Áp suất tuyệt đối (Absolute pressure) Pab - Chân không (Vaccum): Pv - Áp suất dư (Gauge pressure): Pg Áp suất hiển thị áp kế áp suất dư (P g) hiệu áp suất tuyệt đối (P ab) áp suất khí Pg = Pab (atm) Áp suất ghi chân không kế hiệu áp suất khí áp suất tuyệt đối Pv = 1(atm) - Pab - 1.4.2 Các đơn vị đo a) Các thông số Thông số Ký hiệu Hệ kỹ thuật Hệ SI Chiều dài (Length) L Mét (m) Mét (m) Khối lượng (Mass) m kp.s2/m Kilogram (kg) Thời gian (Timer) t Nhiệt độ (Temperature) Giây (s) T Giây (s) C K b) Các thông số dẫn suất Thông số Lực (Force) V Ký hiệu F Hệ kỹ thuật Kilopond (kp) Hệ SI Newton (N) Atmosphere (at) Pascal (Pa) Áp suất (Pressure) P Diện tích (Area) A m2 m2 Thể tích (Volume) V m3 m3 Lưu lượng (Flowrate) Q m3/s m3/s TỔNG KẾT BÀI: - Đặc điểm ứng dụng cơng nghệ khí nén - Ưu nhược điểm hệ thống truyền động khí nén - Các đại lượng vật lý: Lực, áp suất VI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ: Bài tập 1: Một bình chứa khí tích V = 6m cần nạp đầy khơng khí để áp kế bình áp suất bar (≈ 1atm) Tính thể tích lượng khơng khí cần thiết khí (F.A - Free Air) máy nén khí nén vào bình chứa? (V2 = 54 m3) Câu hỏi : Vì ngày khí nén ứng dụng rộng rãi hệ thống điều khiển tự động ? Nêu số ứng dụng khí nén mà anh (chị) biết ? Các nguyên tắc hoạt động máy nén khí ? VII RÚT KINH NGHIỆM: Khoa / Bộ môn duyệt Ngày 01 tháng 08 năm 2016 Giáo viên BÀI GIẢNG SỐ I TÊN BÀI GIẢNG: Hệ thống thiết bị phân phối khí nén II MỤC TIÊU: - Học viên nắm cấu tạo, nguyên lý làm việc phạm vi ứng dụng máy nén khí - Học viên nắm phương pháp thiết bị xử lý khí nén III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIÀNG DẠY: - Giáo trình mơn học - Tài liệu tham khảo: “ Hệ thống điều khiển khí nén “ Nguyễn Ngọc Phương - Đèn chiếu / Projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG: CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHÂN PHỐI KHÍ NÉN 2.1 MÁY NÉN KHÍ KIỂU PISTON Máy nén khí thiết bị sử dụng lượng học động điện động đốt để tạo lượng nguồn không khí nén cung cấp cho thiết bị hệ thống khí nén 2.1.1 Nguyên tắc hoạt động phân loại máy nén khí a) Nguyên tắc hoạt động: Máy nén khí hoạt động dựa theo nguyên lý bản: • Ngun lý thay đổi thể tích: Dựa vào thay đối thể tích buồng hút buồng nén, khơng khí hút vào buồng hút máy nén khí, sau bị nén vào bình chứa khí nén Hoạt động theo nguyên tắc có loại máy nén khí kiểu pittơng, bánh răng, cánh gạt • Ngun lý động năng: Khơng khí dẫn vào buồng chứa, áp suất khí nén tạo động bánh dẫn Nguyên tắc họat động tạo lưu lượng cơng suất lớn Hoạt động theo nguyên tắc có loại máy nén khí kiểu ly tâm b) Phân loại: • Theo áp suất sử dụng: - Máy nén khí áp suất thấp: P < 15 bar - Máy nén khí áp suất cao: P > 15 bar - Máy nén khí áp suất cao: P > 100 bar • Theo nguyên lý hoạt động: - Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittơng, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu cánh lồi, máy nén khí kiểu trục vít c) Phạm vi ứng dụng loại máy nén khí: Khi chọn máy nén khí để sử dụng, thông số kỹ thuật cần quan tâm áp suất làm việc P lưu lượng Q máy nén khí Hình biểu diễn phạm vi ứng dụng vài loại máy nén khí thơng dụng 2.1.2 Máy nén khí kiểu piston (Reciprocating compressors) Máy nén khí kiểu pittông hoạt động theo nguyên tắc thay đổi thể tích (buồng hút buồng đẩy) Thơng thường có dạng: - Máy nén khí kiểu pittơng gián đoạn - Máy nén khí kiểu màng Hình 2.4a thể ngun lý hoạt động máy nén khí kiểu pittơng cấp a) b) Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu piston • Máy nén khí kiểu màng (Diaphragm compressor) Hình 2.5 sơ đồ nguyên lý máy nén khí kiểu màng Nguyên tắc hoạt động tương tự máy nén khí kiểu pittơng gián đoạn, pittơng có cấu tạo dạng màng, làm từ vật liệu phi kim loại chịu đàn hồi, mài mòn p suấtp màng pít tông Hình 2.5: Máy nén khí kiểu màng Lưu lượng máy nén khí kiểu pittơng tính : Qv = η V n 103 [m3/phút] Trong đó: V: Thể tích khí nén tải vòng quay, [lít] n: Số vòng quay động máy nén khí, [v/ph] η: Hiệu suất nén, [%] 2.2 MÁY NÉN KHÍ (45 phút) 2.2.1 Máy nén khí kiểu cánh gạt (Vane compressor) Máy nén khí cánh gạt gồm thân bơm rotor (hình 2.7), rotor xẻ rãnh trượt để lắp cánh gạt Khi rotor quay, lực ly tâm làm cánh gạt di trượt rãnh chuyển động tựa theo mặt thân bơm, làm hình thành vùng hút khơng khí vào, nén đẩy vào bình chứa Lưu lượng máy nén khí kiểu cánh gạt tính theo cơng thức: Qv = η (πD – Z.δ) e b n Trong đó: δ Z n η Rotor e [m3/ph] chiều dày cánh gạt [m] số cánh gạt số vòng quay rơto [v/p] hiệu suất (η = 0,7 - 0,8) Thân bơm e độ lệch tâm [m] b chiều rộng cánh gạt [m] D đường kính stato [m] 2.2.2 Máy nén khí kiểu trục vít (Screw compressor) a) Nguyên lý hoạt động: Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích, thể tích khoảng trống bị thay đổi trục vít quay vòng Phần máy nén khí kiều trục vít gồm trục: trục trục phụ Số (số đầu mối) trục xác định thể tích làm việc (hút, nén) trục quay vòng Số lớn, thể tích hút-nén vòng quay nhỏ Số (số đầu mối) trục trục phụ không cho hiệu suất tốt Trong hình 2.8, trục có đầu mối (4 răng) trục phụ có đầu mối (5 răng) Lưu lượng máy nén khí kiểu trục vít tính theo công thức: Qv = η q n [m3/ph] q lưu lượng /vòng [m /vòng] η Hiệu suất, η phụ thuộc số vòng quay n theo bảng: n số vòng quay trục [v/ph] n 4.500 5.000 6.000 η 0.80 0,82 0,86 2.3 THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN 2.3.1 Thành phần yêu cầu khơng khí nén a) Thành phần: Khơng khí khí hút vào nén máy nén khí, sau đưa vào hệ thống khí nén, thành phần khí nén gồm: - Các ngun tố hóa học cấu thành: N2 (78%), O2 (20,9%), CO2… - Các chất bẩn, bụi (từ khơng khí), cặn bã phát sinh từ dầu bơi trơn máy, truyền khí đường ống… - Một đại lượng thường quan tâm đến lượng nước chứa khơng khí nén b) u cầu khơng khí nén: Hơi nước, bụi, chất bẩn…là thành phần gây tượng ăn mòn hóa, lý làm ảnh hưởng đến tuổi thọ độ xác thiết bị hệ thống Do yêu cầu nguồn không khí nén cần phải loại bỏ hạn chế đến mức thấp tạp chất bẩn, bụi, bẩn nước 2.3.2 Các phương pháp xử lý khí nén a) Sấy khơ mơi chất lạnh: Người ta thường dùng môi chất lạnh để làm ngưng tụ tách nước khỏi khơng khí nén Hình 2.11 thể nguyên lý hoạt động thiết bị sấy nhiệt độ thấp nhằm tách ẩm khỏi khơng khí nén Sau sấy khơng khí nén có nhiệt độ khoảng 100C – 300C b) Sấy khô hấp thụ (Absorption drying): Người ta dùng chất sấy khơ có tinh chất háo nước để hấp thụ lượng nước khơng khí ẩm Chấp hấp thụ thường dùng phổ biến Silicagel, có nhiệt độ điểm sương khoảng -500C Sau thời gian sử dụng người ta phải tái tạo lại chất hấp thụ cách sấy lên nhiệt độ khoảng 1200C - 1800C để khử ẩm Hình vẽ bên sơ đồ nguyên lý sấy khô chất hấp thụ 2.3.3 Bộ lọc: a) Thành phần lọc: Các thiết bị xử lý khơng khí nén nêu chủ yếu dùng qui mô công nghiệp có u cầu cao khơng khí nén Trong thực tế, số lĩnh vực cần điều khiển đơn giản không yêu cầu khắt khe chất lượng khơng khí nén (dùng cho dụng cụ cầm tay, thiết bị cơng tác truyền động khí nén…) khơng thiết phải sử dụng thiết bị xử lý nêu Trong trường hợp này, để bảo đảm tính linh động hiệu sản xuất, người ta thường sử dụng cụm thiết bị có khả tách ẩm, ổn định áp suất đầu ra, chí phối trộn dầu bơi trơn vào dòng khơng khí nén để bơi trơn cho hệ thống Cụm thiết bị gọi tắt lọc (Air service unit) Nguyên lý cấu tạo hoạt động lọc thể hình vẽ Theo lọc gồm phần tử chính: - Phần tử lọc áp suất (1) (Compressure air filter) - Van điều áp (2) (Compressure air regulator and gause) - Van tra dầu (3) (Compressure air lubricator) Kí hiệu đầy đủ Kí hiệu rút gọn Hình 2.14: Nguyên lý hoạt động ký hiệu lọcnén 2.3 Bình chứa khí 2.3.1 Chức năng: - Lưu trữ khí nén, hạn chế việc máy nén phải làm việc liên tục - Giảm xung động làm ổn định áp suất nguồn khơng khí nén hệ thống - Chuyển đổi nhiệt khơng khí nén, tích tụ xả chất bẩn, nước ngưng, cặn… có khơng khí nén 2.3.2 Kích thước bình chứa: Kích thước bình chứa xác định theo kinh nghiệm 15 Q P V = ∆P C Trong đó: V thể tích bình chứa [m3] Q lưu lượng sử dụng [m3/ph] C số lần khởi động P áp suất nạp máy nén [kPaA] ∆P độ chênh lệch áp suất (cut-in/cut-out), [kPaA] 2.2.3 Các loại bình chứa: Tùy theo hình dáng, vị trí lắp đặt ta có loại bình chứa khí nén khác nhau: - Loại bình chứa thẳng đứng - Loại bình chứa nằm ngang - Loại bình chứa nhỏ gắn trực tiếp vào ống dẫn khí Các ý lắp đặt bình trích chứa khí nén : Đường ống khí nén nằm vị trí cao bình chứa Lắp đặt vị trí thơng thống, thuận lợi cho việc thao tác, kiểm tra vệ sinh Ln có van an toàn bảo vệ áp Áp kế hiển thị áp suất van xả đáy 10 - Biết ký hiệu, nguyên tác hoạt động số phần tử thủy lực - Biết phương pháp thiết lập sơ đồ mạch ĐK thủy lực, điện - thủy lực III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIÀNG DẠY: - Giáo trình mơn học, học cụ khí nén Festo - Tài liệu tham khảo: “ Hệ thống điều khiển thủy lực “ Nguyễn Ngọc Phương - Đèn chiếu / Projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG: CHƯƠNG 8: CÁC PHẦN TỬ TRONG HTĐK THỦY LỰC 8.1 Van đảo chiều (Directional Control valve) 8.1.1 Chức năng-cấu tạo: a) Chức năng: b) Kết cấu van: Ký hiệu 8.1.2 Ký hiệu tên gọi van: Ký hiệu van kèm theo cặp số dạng phân số, chẳng hạn van đảo chiểu 3/2, 4/2, 4/3… tử số số cửa nối van, mẫu số số vị trí van 8.2 Van áp suất (Pressure valves) Chức năng: Van áp suất có chức để điều khiển ổn định giá trị áp suất hệ thống phận hệ thống Theo chức nêu, van áp suất bao gồm dạng sau: - Van tràn (Pressure relief valve) - Van giảm áp (Pressure-reducing valve) ổn áp (Pressure regulators valve) 8.2.1 Van tràn (Pressure relief valve) Chức năng: dùng để khống chế việc tăng áp suất hệ thống thủy lực vượt trị số qui định Như vậy, tùy vào mục đích sử dụng, van tràn có chức van an toàn (Safety valve), van cản (Counter balance valve) Dựa vào phương pháp tác động người ta phân làm loại van tràn: a) Van tràn điều khiển trực tiếp (Direct-acting relief valve) Nguyên tắc làm việc van tràn dựa vào cân lực trượt van lực: lực kết cấu van điều chỉnh trước (lực căng lò xo), lực P áp suất chất lỏng tạo thành Ngoài để tăng độ 48 Ký hiệu nhạy van giảm chấn động, người ta sử dụng lớp đệm dầu b) Van tràn điều khiển gián tiếp (Pilot-operated relief valve) P Ký hiệu T 8.2.2 Van giảm áp (Pressure-reducing/regulator valve) Van giảm áp bao hàm chức giảm áp ổn định áp suất dầu van, nghĩa đầu van giảm áp, áp suất ln trì mức cố định có giá trị nhỏ áp suất đầu vào Nguyên lý hoạt động ký hiệu van giảm áp tác động trực tiếp (2 cửa) thể hình 3.5 A P P A P Ký hiệu a) b) 8.3 Van đảo chiều (Directional Control valve) 8.4 Van áp suất (Pressure valves) 8.5 Van chiều (Non-Return valve) Van chiều thuộc nhóm van cho dòng lưu chất qua van theo chiều Dựa vào tính kết cấu van thuộc nhóm này, người ta chia loại van sau: 8.3.1 Van chiều không điều khiển hướng chặn (Non-Return valve) Nguyên lý: Chỉ cho dòng lưu chất theo chiều B (từ A sang B) B Ký hiệu van chiều không điều khiển hướng chặn cho hình bên cạnh A A 8.3.2 Van chiều điều khiển hướng chặn (Piloted non-Return valve) Nguyên lý : Nguyên lý hoạt động van thể hình Theo đó, khơng có tín hiệu tác động X, chiều từ A qua B tác dụng van chiều Khi có tín hiệu tác động X (hình c), dòng chảy theo chiều từ B qua A 49 B A a) Ký hiệu c) b) 8.3.3 Van chiều tác động khóa lẫn (Piloted douple non-return valve) Nguyên lý: Nguyên lý hoạt động van chiều tác động khóa lẫn thể hình vẻ Chiều dòng chảy từ A1 qua B1, từ A2 qua B2 tương tự van chiều (hình a) Nhưng dầu chảy từ B2 A2, phải có tín hiệu A1 (hình b), dầu chảy từ B1 A1, phải Ký hiệu có tín hiệu A2 8.6 b) a) Van tiết lưu (Flow control valve) 8.6.1 Chức 8.6.2 Nguyên lý làm việc Nếu ta gọi qv lưu lượng dòng chảy qua van tiết lưu, theo công thức Toricelli ta có: qV ∆P ρ αA = Trong đó: [m / s] α hệ số lưu lượng ρ khối lượng riêng lưu chất, [kg/m3] A tiết diện ngang tiết lưu, [m2] Tiết diện tròn: A = ΔP chênh áp trước sau van tiết lưu, [N/m2] ΔP 8.6.3 Phân loại van tiết lưu Thông thường người ta phân van tiết lưu thành loại : A Van tiết lưu chiều (One-way flow control valve): - B Van tiết lưu hai chiều (Two-way flow control valve): A1 8.7 π D2 / = P1 - P2 A Ký hiệu ổn tốc A2 A Bộ ổn tốc A Bộ ổn tốc gồm phần tử : van tiết lưu hai chiều (1) van giảm áp (2) P P P Dạng đầy đủ 50 Dạng rút gọn X 8.8 8.6.1 Xi lanh thủy lực (Hydraulic cylinder) Chức Xi lanh thủy lực cấu chấp hành có nhiệm vụ chuyển lượng dầu ép thành lượng học đưới dạng chuyển động tịnh tiến 8.6.2 Phân loại Xi lanh thủy lực gồm làm loại bản: - Xi lanh tác động đơn (Single acting cylinder) - Xi lanh tác động kép (Douple acting cylinder) Xilanh tác động đơn Xilanh tác động kép 8.6.3 Đặc tính làm việc xilanh Khi chọn xi lanh cần lưu ý đến việc xác định lực tác động thích hợp • Lực đẩy lý thuyết Fl xi lanh xác định: Fl = P A , [N] Thơng thường chọn • Lực đẩy thực tế Ft xi lanh (Hiệu suất η = 0,85 – 0,95) 51 Ft = P A η , [N] Từ ta tính đường kính D piston: D = • Vận tốc dịch chuyển v piston: v = Q A 4F P.η.π , [m/s] Trong đó: Q lưu lượng dầu cấp cho xi lanh, m3/s A diện tích đỉnh piston, m2 XIX.TỔNG KẾT BÀI - Chức ổn tốc - Cách tính lực tác dụng xi lanh thủy lực - Mạch điều khiển xi lanh điện-thủy lực XX CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ Lập sơ đồ mạch điều khiển điệnthủy lực, điều khiển xilanh A B theo chu trình nêu biểu đồ trạng thái: Trong mạch dùng van 4/2 tác động từ hai phía nam châm điện S2 A S1 S4 B S3 VII RÚT KINH NGHIỆM Ngày 01 Khoa / Bộ môn duyệt tháng 08 năm 2016 Giáo viên Lê Thọ Tiệp BÀI GIẢNG SỐ I TÊN BÀI GIẢNG: ĐK thủy lực, điện-thủy lực 52 II MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU - Biết ký hiệu, nguyên tác hoạt động số phần tử thủy lực - Biết phương pháp thiết lập sơ đồ mạch ĐK thủy lực, điện - thủy lực III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIÀNG DẠY: - Giáo trình mơn học, học cụ khí nén Festo - Tài liệu tham khảo: “ Hệ thống điều khiển thủy lực “ Nguyễn Ngọc Phương - Đèn chiếu / Projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG: CHƯƠNG 9: ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC-ĐIỆN THỦY LỰC 9.1 Khái niệm: Tương tự hệ thống điều khiển khí nén, hệ thống điều khiển thủy lực biểu diễn theo qui ước : d) Các sơ đồ mạch qui ước: e) Kí hiệu phần tử sơ đồ mạch f) Biểu diễn trạng thái thiết bị 9.2 Mạch điều khiển tay Thông thường mạch thủy lực điều khiển tay thường chủ yếu dùng van đảo chiều 4/2 4/3 tác động tay dạng cần gạt Trong mạch cần lưu ý phần tử áp suất: van tràn, van giảm áp… Hình 6.5 sơ đồ mạch điều khiển tay xi lanh Trong mạch có sử dụng phần tử giới hạn áp suất van tràn hoạt động mức 50 bar Hình 6.5: Mạch điều khiển xi lanh tay 9.3 9.3.1 Mạch điều khiển điện-thủy lực Mạch điều khiển xi lanh điện-thủy lực : Ví dụ 6.3: Thiết lập sơ đồ mạch điều khiển điệnthủy lực điều khiển xi lanh A theo chu trình nêu biểu đồ trạng thái S2 A S1 53 b) Sơ đồ mạch điện điều khiển a) Sơ đồ mạch thủy lực: 9.3.2 Mạch điều khiển xi lanh điện-thủy lực: Ví dụ 6.4: Thiết kế mạch điều khiển xi lanh A B điện - thủy lực theo chu trình làm việc nêu biểu đồ trạng thái (hình 6.6) S2 A S1 S4 Giải: Hình 6.6: Biểu độ trạng thái B S3 Từ biểu đồ trạng thái ta phân tích bước hoạt động xi lanh sau: Bước Bước Tín hiệu vào Start S3 Bước Bước Bước Tín hiệu Y1 (A+) S2 S4 S1 Y1 Y2 Y2 (B+) (A-) (B-) • Sơ đồ mạch thủy lực: • Sơ đồ mạch điều khiển điện: 54 9.3.3 Mạch điều khiển theo nhịp Một khối nhịp điều khiển gồm chức năng: - Xóa lệnh nhịp trước - Thực lệnh nhịp hành - Chuẩn bị cho nhịp Ví dụ 6.5: Thiết lập sơ đồ mạch điều khiển xi lanh A B điện thủy lực theo chu trình nêu biểu đồ trạng thái A S1 S4 B Giải: • Sơ đồ mạch thủy lực: S2 S3 • Sơ đồ mạch điều khiển điện: 55 XXI.TỔNG KẾT BÀI - Chức ổn tốc - Cách tính lực tác dụng xi lanh thủy lực - Mạch điều khiển xi lanh điện-thủy lực XXII CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ Lập sơ đồ mạch điều khiển điệnthủy lực, điều khiển xilanh A B theo chu A trình nêu biểu đồ trạng thái: Trong mạch dùng van 4/2 tác động từ hai phía nam châm điện B S2 S1 S4 S3 VII RÚT KINH NGHIỆM Ngày 01 Khoa / Bộ môn duyệt tháng 08 năm 2016 Giáo viên BÀI GIẢNG SỐ 10 I TÊN BÀI GIẢNG: Van thủy lực tuyến tính II MỤC ĐÍCH, U CẦU - Giới thiệu cho học viên biết khái niệm van thủy lực tuyến tính 56 - Biết nguyên lý hoạt động, phân loại thành phần van thủy lực tuyến tính III ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN GIÀNG DẠY: - Giáo trình mơn học, học cụ khí nén Festo - Tài liệu tham khảo: “ Hệ thống điều khiển khí nén “ Nguyễn Ngọc Phương - Đèn chiếu / Projector IV NỘI DUNG BÀI GIẢNG: CHƯƠNG 10: VAN THỦY LỰC TUYẾN TÍNH 10.1 Khái niệm thành phần van thủy lực tuyến tính 10.1.1 Khái niệm Trong số hệ thống đòi hỏi tính thích nghi hệ thống tính chất làm việc cấu chấp hành như: thay đổi vận tốc piston hay động theo thời gian, đặc tính làm việc tải; hay thay đổi tải cấu chấp hành vào lúc nào, vấn đề thực với phần tử điều khiển dạng ON/OFF, sử dụng van tiết lưu thay đổi lưu lượng cách học được, tốn nhiều phần tử cho hệ thống Thay vào người ta sử dụng phần tử có khả điều chỉnh vô cấp, đáp ứng mục tiêu trên, loại van tuyến tính (Proportional valves) 10.1.2 Thành phần van tuyến tính thủy lực (Proportional hydraulic system) Hình 7.2 sơ đồ khối hệ thống thủy lực dùng van tuyến tính Theo mạch điều khiển van tuyến tính gồm khối bản: - Khối tín hiệu vào (Signal input) gồm cảm biến, cơng tắc hành trình… - Khối điều khiển xử lý tín hiệu (Signal processing, control) điều khiển PID, PLC - Bộ cài đặt chế độ làm việc (Setpoint generator) - Bộ khuếch đại tín hiệu (Signal amplification) a) Khi dùng van đóng mở 10.2 So sánh van tuyến tính van thủy lực đóng mở Sự khác van tuyến tính so với van đóng mở thể q trình làm việc nam châm điện, từ làm ảnh hưởng thông số khác lưu lượng, áp suất chất lỏng qua van 57 10.3 Thành phần nguyên lý làm việc van tuyến tính 10.3.1 Thành phần: Van gồm phần chính: Thân van (vò van nong van) nam cham điện từ điều khiển van Cấu tạo nam châm điện van tuyến tính thể hình 7.4 1) Nối điện 2) Ống khơng từ tính 3) Mặt bích chặn 4) Trục dẫn 5) Đĩa chặn 6) Cuộn coil 7) Lõi từ 8) Nòng sắt từ 9) Vỏ 10) Bạc trượt 11) Lò xo 12) Vis xả 12 11 10 Hình 7.4: Cấu tạo nam châm điện từ van tuyến tính 3.1 Nguyên lý làm việc đường đặc tính Sơ đồ ngun lý làm việc van tuyến tính có phản hồi thể hình 7.5a Từ giá trị cài đặt (Setpoint value), tín hiệu qua so sánh (Comparator) đến khuếch đại (Amplifier) tín hiệu dòng điện I vào nam châm Fore (F) Displacement encoder X Proportion solenoid U Current (I) P I0 I 0.75 I0 0.5 I0 Y-X Y Setpoint value Comparator I TI 0.25 b) Đường đặc tính Operational range Amplifier a) Nguyên lý làm việc 58 Position (x) điện từ van tuyến tính Tại dòng điện I chuyển đổi thành lượng di động s nòng van (ở hình thay đổi lực căng lò xo) Độ dịch chuyển nòng van s tỉ lệ với giá trị dòng điện I vào nam châm điện từ Cần lưu ý thay đổi độ lớn dòng điện I van tuyến tính nhiệt sinh cuộn coil không ảnh hưởng đến lực điện từ, thay đổi hiệu điện U nhiệt sinh cuộn coil ảnh hưởng đến lực điện từ F Hình 7.5b thể mối quan hệ lực điện từ F sinh vị trí nòng van ứng với giá trị dòng điện I khác nhau, hay gọi đường đặc tính van Hình 7.6 thể độ dịch chuyển nòng van (Δs min/max) ứng với giá trị dòng điện I khác van tuyến tính điều khiển trực tiếp Kết lưu lượng Q dòng lưu chất qua van biến thiên từ – max ΔQ = Δs = ΔQ = max Δs = max 10.4 Phân loại van tuyến tính Hình 7.6: 10.4.1 Phân loại theo dòng tínDịch hiệuchuyển nòng van với dòng điện khác Van tuyến tính khơng có phản hồi: đại lượng dịch chuyển nòng van khơng đo kiểm đưa so sánh Van tuyến tính có phản hồi: đại lượng dịch chuyển nòng van đo kiểm đưa so sánh với giá trị đặt nhằm điều chỉnh đại lượng điều khiển cho thích hợp (hình 7.10) 10.4.2 Phân loại theo chức Hình 6.8 sơ đồ phân loại van tuyến tính theo chức năng, theo ta có : - Van đảo chiều tuyến tính (Proportional Directional valves) - Van áp suất tuyến tính (Proportional Pressure valves) - Van tiết lưu tuyến tính (Proportional Flow control valves) 59 Bảng 7.1: Đặc tính & phân loại van tuyến tính Loại van T.tính Đại lượng vào Đại lượng Ứng dụng (Valve types) (Input variable) (Output variable) (Application) Van đảo chiều (Directional control valve) Dòng điện I (Electr current) - Đóng/mở (Valve opening) - Hướng dòng (Flow direction) - Dòng (phụ thuộc áp suất) Flow (Pressure dependent) -Van 4/3 tác động trực tiếp (4/3-way directly actuated) -Van 4/3 tác động gián tiếp (4/3-way pilot actuated) - Van tràn (Pres relief valve) - Van áp suất: (Pres control valve) Van áp suất (Pressure valve) Dòng điện I (Electr current) - Áp suất (Pressure) Van tiết lưu (Flow control valve) Dòng điện I (Electr current) - Dòng (khơng phụ thuộc A.s) Flow (Pressure independent) - Van tiết lưu (Flow control valve) 10.4.3 Van đảo chiều tuyến tính • Chức năng: Van đảo chiểu tuyến tính có chức chính: • Phân loại: Van đảo chiều tuyến tính chia làm loại: - Van đảo chiều tuyến tính điều khiển trực tiếp khơng có phản hồi - Van đảo chiều tuyến tính điều khiển trực tiếp có phản hồi - Van đảo chiều tuyến tính điều khiển gián tiếp: 10.4.4 Van áp suất tuyến tính (Proportional pressure valves) • Chức năng: • Phân loại: Van áp suất tuyến tính chia làm loại: - Van tràn tuyến tính (Pressure relief valve) - Van điều khiển áp suất/ổn áp (Pressure control valve) 10.4.5 Van tiết lưu tuyến tính (Proportional flow control valves) 10.5 Bộ điều chỉnh van tuyến tính Bộ điều chỉnh Cụm đặt chỉnh giá trị theo yêu cầu U = - 10V Cụm khuếch đại I = – 2,4A Van tuyến tính 60 (Setpoint value specification) (Proportional solenoid) (Amplifiel) Nhưng thực tế người ta tích hợp đặt chỉnh giá trị theo yêu cầu (Setpoint value specification) khuếch đại (Amplifiel) thành modules điện tử (Electronic cards), modules thể hình 7.17 • Hệ thống điều khiển sử dụng tín hiệu nhị phân, chẳng hạn dùng PLC thông thường cụm đặt chỉnh giá trị theo yêu cầu cụm khuếch đại kết nối thành module hình a • Nếu dùng PLC có đầu analogue, đại lượng đặt chỉnh tạo trực tiếp, kể chức đặc biệt tạo tín hiệu dốc, khơng cần sử dụng cụm đặt chỉnh giá trị theo u cầu (hình b) • Dạng hỗn hợp thường dùng hình c, điều khiển xác định giá trị điện áp khơng đổi, chức tạo tín hiệu dốc tích hợp cụm khuếch đại Binary signals a) Controller b) Controller c) Controller Setpoint value specification U Amplifier U Amplifier U Setpoint value specification Amplifier I Proportional solenoid I Proportional solenoid I Proportional solenoid 10.5.1 Cụm đặt chỉnh giá trị theo yêu cầu (Setpoint): Đại lượng đặt chỉnh Y tạo theo nhiều cách khác dùng biến trở (hình 7.18a), tạo tín hiệu từ PLC b a) ) 24 V 10 V 10 V PLC K Y 0V K 0V Y 10.5.2 Cụm khuếch đại (Amplifier): Cụm khuếch đại van tuyến tính lắp trực tiếp van lắp rời bên (dạng card giao tiếp) Chức khuếch đại gồm: - Chức hiệu chỉnh: nhằm bù vào vùng chết (dead zone) van tuyến tính 61 - Điều chỉnh bề dầy xung điện áp U - Khuếch đại tín hiệu đạt giá trị công suất theo yêu cầu XXIII TỔNG KẾT BÀI - Khái niệm, nguyên lý làm việc phân loại van thủy lực tuyến tính - Bộ điều chỉnh van thủy lực tuyến tính XXIV CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ 1) Lợi ích việc sử dụng van tuyến tính 2) Nguyên lý hoạt động van đảo chuyều tuyến tính VII RÚT KINH NGHIỆM Ngày 01 Khoa / Bộ môn duyệt tháng 08 năm 2016 Giáo viên 62 ... Điều khi n theo nhịp thực theo nguyên tắc Khi lệnh nhịp thực xong, thông báo cho nhịp tiếp theo, đồng thời xố lệnh nhịp thực trước Cơ sở phương pháp điều khi n theo nhịp khối điều khi n (Block)... điều khi n van đảo tầng hồn chỉnh mạch điều khi n, kết hình 6.14 S2 A S1 S4 B S3 A+ B+ A- Tầng B- Tầng Sơ đồ mạch điều khi n xi lanh khí nén 5.2.7 Điều khi n theoHình nhịp6.14: (50 phút) Điều khi n... tùy động theo hành trình: b) Mạch điều khi n tùy động xi lanh c) Mạch điều khi n tùy động xi lanh Ví dụ 6.3: Hình vẽ bên thể biểu đồ trạng thái sơ đồ mạch điều khi n khí nén, điều khi n xi lanh