Đang tải... (xem toàn văn)
[r]
(1)
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN
1.1 Những đặc điểm
• Hệ thống khí nén (Pneumatic Systems) sử dụng rộng rãi công nghiệp lắp ráp, chế biến, đặc biệt lĩnh vực cần phải đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ mơi trường độc hại Ví dụ, lĩnh vực lắp ráp điện tử; chế biến thực phẩm; khâu phân loại, đóng gói sản phẩm thuộc dây chuyền sản xuất tự động; Trong công nghiệp gia cơng khí; cơng nghiệp khai thác khống sản…
• Các dạng truyền động sử dụng khí nén:
+ Truyền động thẳng ưu hệ thống khí nén kết cấu đơn giản linh hoạt cấu chấp hành, chúng sử dụng nhiều thiết bị gá kẹp chi tiết gia công, thiết bị đột dập, phân loại đóng gói sản phẩm…
+ Truyền động quay: nhiều trường hợp yêu cầu tốc độ truyền động cao, công suất không lớn gọn nhẹ tiện lợi nhiều so với dạng truyền động sử dụng lượng khác, ví dụ cơng cụ vặn ốc vít sửa chữa lắp ráp chi tiết, máy khoan, mài công suất 3kW, tốc độ yêu cầu tới hàng chục nghìn vịng/phút Tuy nhiên, hệ truyền động quay cơng suất lớn, chi phí cho hệ thống cao so với truyền động điện
• Những ưu nhược điểm bản: + Ưu điểm:
Do khơng khí có khả chịu nén (đàn hồi) nên nén trích chứa bình chứa với áp suất cao thuận lợi, xem kho chứa lượng Trong thực tế vận hành, người ta thường xây dựng trạm nguồn khí nén dùng chung cho nhiều mục đích khác cơng việc làm sạch, truyền động máy móc…
Có khả truyền tải xa hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ; Khí nén sau sinh cơng học thải ngồi mà khơng gây tổn hại cho môi trường
Tốc độ truyền động cao, linh hoạt;
Dễ điều khiển với độ tin cậy xác;
Có giải pháp thiết bị phòng ngừa tải, áp suất hiệu + Nhược điểm:
Công suất truyền động không lớn Ở nhu cầu công suất truyền động lớn, chi phí cho truyền động khí nén cao 10-15 lần so với truyền động điện cơng suất, nhiên kích thước trọng lượng lại 30% so với truyền động điện;
Khi tải trọng thay đổi vận tốc truyền động ln có xu hướng thay đổi khả đàn hồi khí nén lớn, khả trì chuyển động thẳng quay thường khó thực
Dịng khí nén giải phóng mơi trường gây tiếng ồn
Ngày nay, để nâng cao khả ứng dụng hệ thống khí nén, người ta thường kết hợp linh hoạt chúng với hệ thống điện khác ứng dụng sâu rộng giải pháp điều khiển khác điều khiển bộđiều khiển lập trình, máy tính…
1.2 Cấu trúc hệ thống khí nén ( The structure of Pneumatic Systems) Hệ thống khí nén thường bao gồm khối thiết bi:
- Trạm nguồn gồm: Máy nén khí, bình tích áp, thiết bị an tồn, thiết bị xử lý khí nén( lọc bụi, lọc nước, sấy khô…),…
(2)
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo khí nén kéo theo phần tử xử lý điều khiển tác động khí nén – Gọi Hệ thống điều khiển khí nén ( Hình 1.1a) Hệ thống điều khiển
điện – khí nén - phần tử điều khiển hoạt động tín hiệu điện kết hợp tín hiệu điện – khí nén (Hình 1.1b)
Hình 1.1a Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén
(3)
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Vài ví dụ ứng dụng khí nén,
hình 1.2a mơ tả thiết bị nạp phơi
Thiết bị phải điều khiển cho Xilanh 1A1, 1A2 khống chế cặp hai phôi chuyển qua Số lượng
tốc độ nạp phôicũng điều khiển theo ý muốn
Hình 1.2b mơ tả thiết bị khoan chi tiết tự động Các xilanh điều khiển theo chu trình khép kín liên tục nhiều chu trình Xilanh 1A cấp phơi từ kho nạp phôi kẹp chặt Xilanh 2A dẫn tiến khoan, độ sâu lỗ khoan kiểm soát cữ chặn Khi độ sâu lỗ khoan thỏa mãn, 2A tự động rút lên Khi 2A rút tới vị trí ban đầu, 1A điều khiển rút 3A đẩy sản phẩm vào thùng chứa
Hình 1.3a,b sơđồ biểu diễn hệ thống điều khiển điện-khí nén điều khiển khí nén
Qua ví dụ trên, nhiêm vụ người làm kỹ thuật hệ thống khí nén là: - Đọc phân tích ngun lý hoạt động hệ thống thơng qua sơđồ; - Mô tảđược nguyên lý cấu tạo, nguyên tắc làm việc, thông số phần tử hợp thành hệ thống;
- Thiết kế, lắp đặt hiệu chỉnh hệ thống; - Bảo dưỡng hệ thống;
- Bảo trì: cài đặt thơng số thời gian, áp lực, tốc độ làm việc…theo yêu cầu cơng nghệ; Hình 1.2a
Hình 1.2b
(4)
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo 1.3 Một số sở tính tốn khí nén
Bảng đại lượng đơn vị thường dùng kỹ thuật khí nén Đại lượng
Tên gọi
Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt Đơn vị
l Length Chiều dài m
m Mass Khối lượng Kg
t Time Thời gian S
T Temperature Nhiệt độ K
F Force Lực N
A Area Diện tích m2
V Volume Thể tích m3
qV Volumetric flow rate Lưu lượng m3/s
qB Air consumption Khí tiêu thụ l/min
qn Nominal flow rate Lưu lượng danh định l/min
p Pressure Áp suất bar(Pa)
pabs Absolute pressure Áp suất tuyệt đối bar(Pa)
pamb Ambient pressure Áp suất môi trường bar(Pa)
pe Excess or vacuum pressure Áp suất dư chân không bar(Pa)
∆p Differential pressure Chênh lệch áp suất bar(Pa)
pn Standard pressure Áp suất tiêu chuẩn Pn= 101325 Pa
A Piston surface Diện tích mặt Pittơng m2
A’ Annular surface (ring area) Diện tích vành khăn m2
d Piston rod diameter Đường kính cần Pittơng m
D Cylinder diameter Đường kính Xilanh m
Feff Effective piston force Lực tác dụng pittông N
FF Force of retract spring Lực phản hồi lò xo N
FR Friction force Lực ma sát N
s Stroke length Khoảng tác dụng(của pittông) cm
n Revolutions per minute Tốc độ quay ( cho động cơ) 1/min (rpm) v Velocity of piston Vận tốc Pittông m/s
1 Đơn vịđo áp suất:
Đơn vị thường dùng Pascal (Pa) Pascal áp suất phân bố bề mặt có diện tích m2 với lực tác dụng vng góc lên bề mặt đó 1N
1Pa 1 N2 m
=
Trong thực tế dùng đơn vị bội số Pascal Mpa(Mêga pascal)=106Pa
Đơn vị bar: 1bar = 105Pa coi 1bar ~ 1at
Ngoài ra, người ta dùng psi, 1psi = 0,6895bar 1bar = 14,5 psi 2 Các định nghĩa áp suất không khí
Hình 1.4 mơ tả dạng áp suất:
Pamb áp suất môi trường xung quanh ( ambient pressure) hay áp suất khí
quyển ( atmospheric pressure), thường dao động theo địa hình thời tiết, Pamb≈ 1bar so với chân không tuyệt đối (Vacuum)
Áp suất tuyệt đối (Pabs) giá trị áp suất so với chân không tuyệt đối
Như vậy, chân không Pabs=0
Áp suất tương đối hay áp suất dư (Pe): Pe= Pabs- Pamb
Hình 1.4 rõ hai trường hợp áp suất dư: Pe>0 điểm đo, áp suất tuyệt đối
(5)
Khoa Điện - Điện tử HỆ THỐNG KHÍ NÉN, THUỶ LỰC
Biên soạn: ThS Nguyễn Phúc Đáo Chú ý: Trong hệ thống khí nén – thơng số kỹ thuật thiết bị áp suất biểu diễn dạng áp suất dư Pe ký hiệu ngắn gọn P
3 Các định luật tính tốn khí nén: 3.1 Khi nhiệt độ khơng khí q trình nén khơng đổi (T = const), thì:
Pabs V = const (Định luật Boy Mariotte)
hoặc P1.V1 = P2.V2
trong đó:
Các ký hiệu P1 , P2 áp suất tuyệt đối
Thể tích khí nén V1 [m3] áp suất P1
Thể tích khí nén V2 [m3] áp suất P2
Hình 1.5 mơ tả q trình Đây nguyên lý
cơ máy nén khí 3.2 Khi áp suất giữ khơng đổi (P = const), thì:
2 T 1 T 2 V1 V
= const T
V = (Định luật Gay Lussac) đó, V1 thể tích khí nhiệt độ T1
V2 thể tích khí nhiệt độ T2
3.3 Khi giữ thể tích khí nén khơng đổi (V= const), thì: 2 T 1 T 2abs P1abs P
= const T
P =
(Định luật Gay Lussac) 3.4 Khi ba đại lượng(P, V, T) thay đổi, thì:
const .V abs P T = hay 2 T 2 .V 2abs P 1 .V 1abs P T =
4 Lưu lượng:
Lưu lượng dịng khí nén tính: t
V
Q= = [ l/s] hay [ l/min] [m3/s] hay [m3/min]
trong đó, Q: lưu lượng; V: thể tích khí chuyển qua tiết diện ngang đường ống hay buồng xilanh đơn vị thời gian t
Lưu lượng dòng khí nén có ý nghĩa quan trọng xác định tốc độ làm việc Hình 1.4 Mơ tả đại lượng áp suất