Bài giảng Hệ thống khí nén thủy lực: Chương 1 - Nguyễn Thanh Điểu

Hệ thống điều khiển thủy lực được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp như: máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, múc xúc, máy tời...... Máy cắt giấy và[r]

MƠN HỌC: HỆ THỐNG KHÍ NÉN – THỦY LỰC

Pneumatic and Hydraulic System

hệ thống

khí nén thủy lực

Nguyễn Thanh Điểu

Mục tiêu môn học

 Hiểu chức năng, nguyên lý làm việc phần tử khí nén, điện

-khí nén, thủy lực, điện thủy lực

 Có kiến thức để thiết kế mạch điều khiển khí nén, thủy lực điện khí

nén, thủy lực, điện

 Đọc phân tích hệ thống điều khiển khí nén, thủy

lực, điện thủy lực thực tế

 Phát lỗi cúa phần tử hệ thống, sữa chữa bảo dưỡng

Pneumatic and Hydraulic System

Lý thuyết: 30 tiết

Chương 1: Tổng quan truyền động KN-TL

Chương 2: Cung cấp, xử lý phân phối nguồn lượng Chương 3: Các phần tử hệ thống khí nén

Chương 4: Các phần tử hệ thống thủy lực Chương 5: Mạch ĐK khí nén-thủy lực

Chương 6: Mạch ĐK điện-khí nén, điện-thủy lực Chương 7: Van thủy lực tuyến tính

Thực hành: 30 tiết (Học phòng X3. )

Tài liệu tham khảo

 Tài liệu tham khảo chính:

[1] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển khí nén, NXB Giáo dục, 1999

[2] TS Huỳnh Nguyễn Hoàng, Hệ thống điều khiển thủy lực, NXB Giáo dục, 2006

[3] TS Lê Hiếu Giang, Hệ thống khí nén công nghiệp, NXB ĐHQG Tp HCM, 2011

[4] Nguyễn Ngọc Phương- Nguyễn Trường Thịnh, Hệ thống điều khiển tự động khí nén, NXB KHKT HCM, 2012

 Các tài liệu khác

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN – THỦY LỰC

MƠN HỌC: HỆ THỐNG KHÍ NÉN – THỦY LỰC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN- THỦY LỰC

1.1 Tổng quan

1.1.1 Lịch sử 1.1.2 Ứng dụng

1.1.3 Ưu nhược điểm

1.2 Cơ sở lý thuyết 1.2.1 Đơn vị sử dụng

1.2.2 Áp suất

1.2.3 Lực

1.2.4 Lưu lượng

1.2.5 Các định luật khí

TỔNG QUAN

 Khí nén phần lưu chất với khơng khí

hoặc loại khí khác nén lại

Pneumatics: xuất phát từ tiếng Hy Lạp Pneuma có nghĩa khí, gió thở

 Điều khiển khí nén thiết kế với mục đích

hướng dịng chảy khí nén theo mạch để điều khiển cấu chấp hành

 Các dòng chảy dạng lượng khí nén

LỊCH SỬ

 Cuối kỷ XVII, Torricelli, Mariotte sau Bernoulli tiến

hành nghiên cứu lý thuyết ứng dụng liên quan đến áp suất lực từ lỗ thùng chứa nước đường dẫn Blaise Pascal đưa định luật tảng khoa học thủy lực

 Cuối năm 1930 đặc biệt khoảng thời gian chiến

tranh TG thứ II, hệ thống điều khiển lưu chất sử dụng rộng rãi phát triển mạnh, ứng dụng rộng rãi máy móc sản xuất

 Vào năm 1951 ứng dụng công nghiệp tăng nhanh,

hội nghị tổ chức Detrit, Michigan với mục đích hình thành

nên tiêu chuẩn cho thiết bị khí nén thủy lực

 Vào năm 1966, hệ thống ký hiệu đưa Viện tiêu

chuẩn Hoa Kỳ (United States America Standards Institute) Khi

Ứng dụng truyền động khí nén

Trong lĩnh vực khai thác: khai thác đá, than, xây dựng hầm mỏ,

đường hầm

 Lĩnh cực điều khiển:Các thiết bị phun sơn, đồ gá kẹp chi tiết

nhựa, sản xuất thiết bị điện tử, rửa tự động, mạ điện , đóng gói bao bì cơng nghiệp hóa chất, y học, sinh học

Chuyển động quay: dụng cụ vặn vít từ M4-M300, máy khoan,

máy mài…

Chuyển động thẳng: đồ gá kẹp chặt chi tiết, máy gia công gỗ, hệ

Ứng dụng truyền động Thủy lực

Máy cắt giấy hệ thống cấp dung dịch vào chai bằng hệ thống khí nén

Hệ thống nâng bảo dưỡng xe

Tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén

Máy cán thủy lực

Máy ép đế giày

Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực

Máy khoan tự động khí nén

Ứng dụng truyền động KN, TL

Xy lanh A

Xy lanh B S1

S2

S3 S4 B1

So sánh hệ thống khí nén, thủy lực

Các tiêu so sánh Khí nén Thủy lực

Áp suất (5-10) bar (1-400) bar lớn

Lực Nhỏ trung bình Lớn

Giá thành phần tử Rẻ, (cho phép rị rĩ khí) Đắt (5-10) lần khí nén, độ xác cao, khơng rị rĩ dầu

Đường truyền dẫn Ống nhựa, lắp ráp nhanh tay

Khơng có đường hồi khí sau sử dụng

Ống dẫn làm kim loại, đầu nối phức tạp, đắt tiền

Có hệ thống hồi dầu bể chứa

Độ xác vị trí

hành trình Ít tốt , khơng khí bị nén Tốt, dầu khơng có đàn hồi

Nguồn lượng khí Dầu

Tạo chuyển động thẳng Đơn giản nhờ xi lanh

Ưu nhược điểm khí nén

 ƯU ĐIỂM

 Độ an tồn làm việc cao mơi trường dễ

cháy nổ làm việc mơi trường khắc nghiệt phóng xạ hố chất.

 Độ tin cậy làm việc cao.

 Kết cấu, sử dụng điều khiển đơn giản.  Dễ dàng tự động hoá.

 Thời gian đáp ứng nhanh, tác động nhanh

 NHƯỢC ĐIỂM

 Kích thước lớn hơn so với hệ thống thủy lực có

cơng suất.

 Tính nén khí ảnh hưởng tới chất lượng làm

việc hệ thống.

 Do khí xả qua cửa tạo nên âm ồn.

 Do vận tốc cấu chấp hành khí nén lớn nên

dễ xảy va đập cuối hành trình.

 Việc điều khiển theo quy luật vận tốc cho trước

dừng lại vị trí trung gian khó thực chính xác hệ thống khác.

Ưu nhược điểm Thủy lực

 ƯU ĐIỂM

 Truyền cơng suất cao, lực lớn, áp suất lớn.  Điều chỉnh vơ cấp lực, hành trình, tốc độ.  Dễ đề phịng tải.

 Làm việc êm, ồn khí nén.  Khơng cần bơi trơn

 NHƯỢC ĐIỂM

 Tổn thất cao, hiệu suất thấp so với truyền động

khí nén.

 Nhiệt độ làm thay đổi độ nhớt dầu ảnh

hưởng đến thông số kỹ thuật.

 Dễ rị rĩ dầu lãng phí dầu, ảnh hưởng môi

trường.

 Các phần tử( van, xi lanh, ống dẫn, đầu nối ) yêu

cầu độ xác cao giá thành cao.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ

 Khí ba trạng thái vật chất

Khí có đặc tính tương tự với chất lỏng khơng có hình dạng xác định mà có hình dạng phụ thuộc vào hình dạng vật chứa áp suất truyền theo mọi hướng

 Khí khác với chất lỏng khơng tích cố định

TỶ TRỌNG

Các thí nghiệm ban đầu trạng thái khí

khơng khí thực nhà khoa học

Boyle Charles Các kết thí nghiệm chỉ đặc tính khí theo quy luật sau, quy luật biết định luật khí lý tưởng

1 2

P V P V P V

T  T  T = R = const (hằng số)

P: Áp suất tuyệt đối (bar)

V: Thể tích (m3 )

ĐƠN VỊ SỬ DỤNG

Có hệ thống đơn vị thường sử dụng là:

• Hệ thống đơn vị Metric: mét, kilôgram giây

• Hệ thống Imperial System: foot, pound, giây

ÁP SUẤT

Áp suất khí quyển: Đây áp suất tạo bề mặt trái đất

bằng khối lượng khơng khí bao quanh trái đất 14,7 psi

(Pound/inch) Áp suất khí áp suất khơng khí bao quanh (1 bar)

Áp suất dư (Áp suất tương đối): áp suất đo với mức

chuẩn áp suất khí Áp suất dư áp suất khí

Áp suất tuyệt đối:

Áp suất tuyệt đối = Áp suất dư + Áp suất khí

Áp suất khí đo chiều cao cột dung dịch chân không (1013 mbar = 1000 mbar)

ÁP SUẤT

Chân không tuyệt đối

Pv

Pg

Pab

Áp suất khí quyển

Quan hệ loại áp suất

1 a tm ,0 3 a t ,0 b a r

Áp suất dư

Chân không

ÁP SUẤT

 Áp suất khí nén: áp suất khí nén lực tác động đơn vị diện tích.

F P

A

 (N/m2)

1Pa=1N/m2 = 10-5 bar

1bar= 105 N/m2 = 105 Pa

LỰC

 Khí nén tạo thành lực với giá trị áp suất tác dụng lên bề mặt nhân

với diện tích tác dụng

 Dung dịch bình cung cấp áp suất chuyển thành lực.

F P A

Như lực đẩy piston sinh áp suất khí tính cách nhân diện tích hiệu dụng với áp suất

2

. .

4

D P F 

Với :

F : Lực đẩy piston (N) D : Đường kính piston (m)

P : Áp suất khí nén cấp lên xy lanh (N/m2).

LƯU LƯỢNG

 Lưu lượng đo thể tích khơng khí tự qua

đơn vị thời gian Đơn vị thường sử dụng: Lít dm3 giây : l/s dm3/s Thể tích phút : m3/ph

Thể tích đo đơn vị feet phút : scfm

Lưu lượng thường tính lít khí tự đơn vị thời gian

- m3/s = 35.31 scfm.

- dm3/s = 2.1 scfm.

- scfm = 0.472 l/s

CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ

 Định luật khí lý tưởng: Biểu diễn mối liên hệ áp

suất, thể tích nhiệt độ Khi áp dụng định luật chúng ta sử dụng áp suất nhiệt độ tuyệt đối.

V

const T 

P

const

T 

Đẳng áp :

Đẳng tích :

Đẳng nhiệt : P.V = const

1 2

P V P V

const

0 16 10 12 Volume V P (bar)

10 12 14 14

16

0 16 10 12

10 12 14 14

16

V P (bar)

0 16 10 12

10 12 14 14

16

V P (bar)

0 16 10 12

10 12 14 14

16

V P (bar)

ĐẲNG NHIỆT Định luật Boyle-Mariotte:

Tích áp suất tuyệt đối thể tích khối khí ln hằng số nhiệt độ khí khơng thay đổi.

Biểu đồ đẳng nhiệt

CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ

ĐẲNG TÍCH

0 10 20

-60 -40 -20 20 40 60 Nhiệt độ Celsius 15 80 100 0 2 4 6 8 bar 10 12 14 16

P1 P2

= c =

P (bar)

0 10 20

-60 -40 -20 20 40 60 15 80 100 0 2 4 6 8 bar 10 12 14 16

P1 P2

= c =

Nhiệt độ Celsius

P (bar)

0 10 20

-60 -40 -20 20 40 60 Nhiệt độ Celsius 15 80 100 0 2 4 6 8 bar 10 12 14 16

P1 P2

= c =

P (bar) Nhiệt độ

Celsius

0 10

-60 -40 -20 20 40 60 P (bar) 15 80 100 0 2 4 6 8 bar 10 12 14 16

P1 P2

= c =

 Từ định luật Boyle

Charles

nhận thấy thể tích của khối khí giữ một giá trị khơng đổi áp suất tỷ lệ với nhiệt độ

tuyệt đối 0K

 Định luật Gay-Lussac: Áp

suất tuyệt đối khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của (thể tích khí khơng đổi V = const).

CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ

0 0.25 0.5 0.75 1 2

-60 -40 -20 20 40 60 V Nhiệt độ (Celsius)

1.25 1.5 1.75

80 100

293K

V1 V2

0 0.25 0.5 0.75 1 2

-60 -40 -20 20 40 60 Volume Nhiệt độ (Celsius)

1.25 1.5 1.75

80

100 366.25K

V1 V2

0 0.25 0.5 0.75 1 2

-60 -40 -20 20 40 60 Volume Nhiệt độ (Celsius)

1.25 1.5 1.75

80 100

219.75K

V1 V2

0 0.25 0.5 0.75 1 2

-60 -40 -20 20 40 60 Volume Nhiệt độ (Celsius)

1.25 1.5 1.75

80

100 366.25K

219.75K 293K

V1 V2

Biểu đồ đẳng áp

Bài tập Chương

Bài tập 1.2:

Người ta dùng máy nén khí có lưu lượng hút (ở điều

kiện tiêu chuẩn T=273oK ; P=1,013 bar)

V=2,5m3/phút để nén khơng khí vào bình chứa có

thể tích 1m3 Hỏi cần thời gian nén để áp kế

 http://www.festo-didactic.com/int-en

/

 http://www.norgren.com/

 http://www.pneumatica.be/pneumatic

http://www.festo-didactic.com/int-en/ http://www.norgren.com/ http://www.pneumatica.be/pneumatics/index.htm