SKKN: Biên soạn giáo trình giảng dạy thực hành môn học Điều khiển khí nén và điện khí nén

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH GIẢNG DẠY THỰC HÀNH MƠN HỌC ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Tơi giáo viên giảng dạy môn điện công ngiệp cho học sinh trung cấp nghề trung tâm Kỹ thuật tổng hợp – Hướng nghiệp Đồng Nai Như biết nhà máy, xí nghiệp ln có dây chuyền điều khiển tự động để phục vụ cho việc sản xuất đạt hiệu suất cao Do đó, chương trình đào tạo ngành điện cơng nghiệp việc trang bị kiến thức cho học sinh lĩnh vực điều khiển tự động việc thiếu đặc biệt quan trọng nhằm giúp cho em sau tốt nghiệp có khả tiếp cận tốt hệ thống dây chuyền điều khiển tự động để lắp ráp, vận hành, bảo trì hệ thống cách thành thạo Ngày nay, điều khiển khí nén sử dụng rộng rãi phổ biến khí nén nguồn lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường, không gây nguy hiểm cho người vận hành … Việc trang bị cho học sinh kiến thức nguyên lý làm việc phần tử hệ thống điều khiển điện khí nén cách thiết kế, lắp đặt, vận hành sửa chữa hệ thống điều khiển khí nén thiếu Muốn giảng dạy tốt, cần phải có giáo trình giảng dạy gắn liền với thực tế, không lý thuyết suông, xa rời thực tế mà phải có tập thực hành, trang thiết bị để học sinh, sinh viên tiếp thu nhanh, đồng thời rèn luyện kỹ Trên thị trường có nhiều giáo trình, sách kỹ thuật viết điều khiển khí nén, hầu hết lý thuyết, trình bày nguyên lý làm việc hệ thống, cách thiết kế hệ thống …Trong đối tượng giảng dạy trung tâm học sinh trung cấp nghề cần trang bị kỹ thực hành Tài liệu giảng dạy cần phải có tập chuyên thực hành để học sinh qua học cách thiết kế hệ thống điều khiển thực tế rèn luyện kỹ lắp đặt hệ thống điều khiển khí nén Đứng trước thực trạng biên soạn tài liệu chuyên giảng dạy phần thực hành môn học cho học sinh trung tâm II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Cơ sở lý luận - Như nói trên, giáo trình, tài liệu dùng giảng dạy mơn học điều khiển điện khí nén hầu hết lý thuyết, tài liệu nói thực hành Có vài ví dụ minh họa nên giảng dạy giáo viên phải vẽ thêm thực hành để học sinh tiến hành thực tập Do khơng có tài liệu hướng dẫn thực hành thống giáo viên giảng dạy gặp nhiều khó khăn đồng thời khả tiếp thu học sinh theo yếu Vì việc cung cấp tài liệu có thực hành gắn liền với yêu cầu thực tế để từ em lắp đặt vận hành nhằm hình thành kỹ chuyên môn việc quan trọng - Trước giảng dạy môn học điều khiển điện khí nén, phần thực hành, giáo viên đưa tập, sau vẽ mạch điện lên bảng cho học sinh Học sinh vào mạch vẽ để lắp ráp vận hành Nếu mạch có sai xót vận hành phát để sửa chữa Việc làm dẫn đến việc học tập gặp nhiều khó khăn Khi có giáo trình này, giáo viên vào tập thiết kế, vẽ sẵn để giải thích nguyên lý làm việc mạch Học sinh sau nghe giảng giải nguyên lý vận hành mạch tiến hành lắp ráp theo mạch điện để rèn luyện kỹ lắp đặt kỹ sửa chữa mạch có xảy cố, từ giúp em hình thành kỹ môn Song song với việc lắp đặt theo thực hành giáo trình này, giáo viên hướng dẫn học sinh mơ mạch điện máy tính để mơ hoạt động mạch rèn luyện kỹ thiết kế mạch điều khiển học sinh - Giáo trình tơi biên soạn chủ yếu tập thực hành gắn liền với trang thiết bị có trung tâm, đề cập đến vấn đề chính, đọng lý thuyết để học sinh trung cấp nghề tiếp thu nhanh nhất, dễ hiểu, dễ làm theo khơng q chun sâu tính tốn thiết kế, đại đa số học sinh học nghề thường khơng có khả tốt việc suy luận , tư logic sinh viên cao đẳng, đại học Thông qua giáo trình giúp cho giáo viên gặp nhiều thuận lợi giảng dạy Nội dung giảng dạy thống theo chương trình khung đào tạo Bộ Lao động đồng thời giúp cho em học sinh củng cố, nắm vững phần lý thuyết học chương trình, rèn luyện kỹ lắp ráp mạch phát cố khắc phục cách tốt Việc đưa giáo trình vào giảng dạy tăng thêm phần hứng thú học tập học sinh đồng thời em tiếp cận thực tiễn để sau tốt nghiệp trường em thiết kế, lắp đặt, vận hành sửa chữa hệ thống điều khiển khí nén cơng ty mà em công tác Nội dung, biện pháp thực giải pháp đề tài : CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM VỀ KHÍ NÉN I / SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT KHÍ NÉN : Như biết khơng khí nén dạng lượng cũ mà người sử dụng để thay cho lực học Từ hàng ngàn năm trước, khơng khí nén tới mức chảy Nó cịn bốn phần tử đươc thừa nhận người xưa, người ta sử dụng chúng cách có ý thức vơ ý thức Một bước hiểu biết ứng dụng kỹ thuật khí nén, có nghĩa dùng khơng khí nén đến mức chảy để cơng tác.Một người Hy lạp tên Ktesibios , cách 2000 năm , tạo máy bắn đá khí nén Một sách ghi lại việc sử dụng khơng khí nguồn lượng vào ngày công nguyên Nó mơ tả lại các phận điều khiểnn khồng khí nóng Sự hiểu biết nhân loại khoa học khí nén từ kỷ đầu, song phải chờ đến kỹ nghiên cứu có hệ thống Từ kỹ thuật khí nén thực vào ngành cơng nghiệp Điều đáng quan tâm khơng khí nén áp dụng rộng rãi lĩnh vực quan trọng ví dụ như: cơng nghiệp khai thác quặng mỏ, đường sắt, dệt ngành công nghiệp thực phẩm … Ngày khơng khí nén dùng rộng rãi nhà máy đại bố trí thành hệ thống nguồn cung cấp hệ thống điện II / NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA KHƠNG KHÍ NÉN LÀ: Các đặc trưng khơng khí nén:  Về số lượng: khơng khí có khắp nơi nên nén với số lượng vơ hạn  Về vận chuyển: khơng khí nén vận chuyển đường ống, với khoảng cách định Các đường ống dẫn khơng cần thiết khí sẻ cho bên ngồi sau cơng tác  Về lưu trữ: máy nén khí khơng thiết phải hoạt động liên tục Khí nén lưu trữ bình chứa, lắp nối hệ thống ống dẫn để cung cấp cho sử dụng cần thiết  Về nhiệt độ: khơng khí nén thay đổi theo nhiệt độ  Về chống cháy nổ: không nguy gây cháy nổ khí nén, nên khơng tốn chi phí phịng cháy Hoạt động với áp suất khoảng bar nên phịng nổ khơng q phức tạp  Về tính sẽ: khí nén trong trường hợp dòng chảy đường ống thiết bị, không nguy gây bẩn quan tâm đến Tính chất cần thiết ngành công nghiệp chuyên biệt công nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm sản thuộc da…  Về cấu tạo trang thiết bị: đơn giản nên rẻ tiền  Về tốc độ: khơng khí nén dịng chảy có lưu tốc lớn, cho phép đạt tốc độ cao ( vận tốc xi lanh làm việc thường từ 1-2 m/s, cá biệt đạt đến 5m/s )  Về tính điều chỉnh: vận tốc lực thiết bị công tác khí nén điều chỉnh cách vơ cấp  Về tải: công cụ thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng chúng dừng hồn tồn,cho nên sẻ khơng q tải III / CÁC ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ NÉN : Khơng khí xung quanh ta có áp suất thay đổi, phụ thuộc vào:  Độ cao so với mực nước biển  Vị trí địa lí  Khí tượng Chúng ta phân loại loại áp suất sau:  Áp suất khí trời: áp suất khơng khí xung quanh ta, áp suất 1013 bar mực nước biển, độ vĩ tuyến 45 độ  Áp suất chân khơng: khí biến chung quanh đất, áp suất khơng cịn ta có chân khơng tuyệt đối Áp suất biểu diễn với chân không tuyệt đối gọi áp suất tuyệt đối  Áp suất dư: áp suất đọc so với áp suất khí  Khơng khí dùng cơng nghiệp lúc đầu khơng khí áp suất khí trời, tăng lên áp suất cao gọi áp suất tương đối hay gọi áp suất dư ( áp suất đo ) IV / KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN : / Trong lĩnh vực điều khiển: Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng lĩnh vực có khả nguy hiểm nhiều như: cháy, nổ …,ví dụ thiết bị phun sơn, loại đồ gá, kẹp chi tiết, plastic, sử dụng lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử Ngồi hệ thống điều khiển khí nén sử dụng dây chuyền rửa tự động, thiết bị vận chuyển kiểm tra lị hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì cơng nghiệp hóa chất / Hệ thống truyền động :  Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: máy khai thác đá, khai thác than, xây dựng hầm mỏ đường hầm…  Truyền động quay: động quay với công suất lớn, giá thành đắt gấp 10-15 lần so với động điện có cơng suất, thể tích trọng lượng nhỏ 30% dụng cụ vặn vít từ M4 đến M30, máy khoan có cơng suất khoảng 3,5kw, máy mài có cơng suất khoảng 2,5kw  Truyền động thẳng: sử dụng đồ gá kẹp chặt, thiết bị đóng gói, máy gia cơng gỗ, thiết bị làm lạnh, hệ thống phanh hãm ô tô  Trong hệ thống đo kiểm tra: hệ thống vận chuyển xi măng V / ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN : 1/ƯU ĐIỂM : Do khả chịu nén (đàn hồi) lớn khơng khí, khả tích chứa áp suất nén cách thuận lợi Như có khả ứng dụng để thành lập trạm tích chúa khí nén  Có khả truyền tải lượng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đường dẫn  Đường dẫn khí (khí thải) khơng cần thiết  Chi phí thấp để thiết lập hệ thống truyền động khí nén  Hệ thống phịng ngừa q tải áp suất giới hạn bảo đảm 2/NHƯỢC ĐIỂM :  Lực truyền tải trọng nhỏ  Khi tải trọng hệ thống thay đổi, vận tốc truyền thay đổi, khả đàn hồi khí nén lớn, khơng thể thực chuyển động thẳng quay  Khí gây tiếng ồn CHƯƠNG II : CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN I.KHÁI NIỆM: Một hệ thống điều khiển bao gồm phần tử sau: Nguồn: nguồn khí nén với áp xuất làm việc ( đến bar)  Phần tử đưa tín hiệu vào: nhận giá trị tín hiệu vào, phần tử mạch như: cơng tắc hành trình, nút nhấn, cảm biến…  Phần tử xử lý tín hiệu: tín hiệu vào xử lý theo quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái phần tử điều khiển như: vay tiếp lưu, van logic OR AND  Phần tử điều khiển: điều khiển dòng lượng theo yêu cầu, thay đội trạng thái cửa cấu chấp hành như: van đạo chiều, ly hợp  Cơ cấu chấp hành: làm thay đội trạng thái đối tượng điều khiển, đại lượng mạch điều khiển như: xylanh, động Đối tượng điều Cơ cấu chấp hành Phần tử điều khiển Phần tử xử lý tín hiệu Phần tử đưa tín hiệu Bộ phận lọc Van khóa II VAN ĐẢO CHIỀU: Đại lượng vào Lưu lượng Áp suất Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dịng lượng cách đóng mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đội hướng dòng lượng 1/Ký hiệu: Sự chuyển đổi nòng van biểu diễn vng liền nhau, dịng lượng di chuyenr theo chiều mũi tên bị chặn lại có ký hiệu chữ T 2/Van đảo chiều khơng trì 3/2: Ngun lý hoạt động van đảo chiều khơng trì 2(A) 12 3/2 sau: chưa có tín hiệu, nguồn tư cửa P bị chặn lại nơi ký hiệu T, có tín hiệu đường điều khiển 1(P) 3(R) 12, nịng van dịch chuyển sang phải nguồn tư cửa P di chuyển theo chiều mũi tên lên đường A tìn hiệu đường điều khiển 12 mất, áp lực cửa lị xo nịng van tự di chuyển sang trái, lúc nguồn từ cửa P thơi cấp tín hiệu 3/Van đảo chiều không trỉ 5/2: Nguyên lý hoạt động van đảo chiều khơng 4(A) 2(B) trì 5/2 sau: chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P 14 theo chiều mũi tên lên cửa A, đường điều 5(R) 3(S) khiển 14 có tín hiệu nịng van dịch chuyển sang 1(P) phải nguồn từ cửa P dịch chuyển theo chiều mũi tên lên cửa B, tín hiệu đương 14 thi áp lực lò xo nòng van tự dịch chuyển sang trái, lúc nguồn từ cửa P di chuyển theo chiều mũi tên lên cửa A 4/Van đảo chiều trì 3/2: 2(A) Nguyên lý hoạt động van đảo chiều trì 3/2 12 10 sau: chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P bị 1(P) 3(R) chặn lại nơi cửa ký hiệu T , có tín hiệu đường điều khiển 12, nòng van dịch chuyển sang phải nguồn từ cửa P di chuyển theo chiều mũi tên lên đường A, tín hiệu đường điều khiển 12 mất, nịng van khơng tử di chuyển vị trí ban đầu được, muốn thay đội trạng thái đồng thời tín hiệu đường điều khiện 10 phải có tín hiệu đường 12 phải đi, nịng van bị tác động di chuyển sang trái, lúc nguồn từ cửa P thơi cấp tín hiệu Lưu ý: hai đầu van đảo chiều có đường tín hiệu vào, người ta quy ước vị trí khởi đầu van đảo chiều trì vị trí vng phía bên phải 5/Van đảo chiều trì 5/2: 4(A) 2(B) Nguyên lý hoạt động van đảo chiều trì 5/2 14 sau: chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P di chuyển theo chiều mũi tên lên cửa A, có tín 5(R) 3(S) 1(P) hiệu đường điều khiển 14, nòng van dịch chuyển sang phải nguồn từ cửa P di chuyển thiều mũi tên lên đường B, tín hiệu đường 14 mất, nịng van khơng tự dịch chuyển vị trí ban đầu được, muốn thay đổi trạng thái đồng thời tín hiệu đường điều khiển 12 phải có tín hiệu đường 14 phải đi, nòng van tự tác động di chuyển sang trái, lúc nguồn cửa P di chuyển lên cửa A Lưu ý: hai đầu van đảo chiều chó đường tin hiệu vào, người ta quy ước vị trí khởi đầu cửa van đảo chiều trì vị trí vng phía bên phải III CƠ CẤU CHẤP HÀNH: 1/Xy lanh tác dộng phía : Xy lanh tác động phía cung cấp khí nén phía nhất.Như cho hành trình làm việc chiều hành trình ngược lai piston thực lị xo lực ngồi Cho nên khí nén cần thiết cho việc chuyển chiều xác định kích thước lị xo tùy thuộc kiểu đưa piston (hay về) vị trí khởi động cách nhanh chóng Trong xylanh tác động phía phản hồi lị xo, hành trình hàm theo độ dài lò xo Thường xylanh tác động phía hành trình khơng vượt q 100 mm Như sử dụng chúng giới hạn công việc đơn giản như: siết chặt, đẩy ra, nâng lên, lắp vào chi tiết, chuyển động  XY LANH KIỂU PISTON : 12 Độ kín đảm bảo vật liệu nhựa dẻo vật liệu mềm lắp vào piston kim loại chuyển động mép piston chuyển động trượt kín bề mặt hình trụ xy lanh Điều thứ hai cần trình bày loại xy lanh có lị xo thực có hành trình ngược thường trường hợp người ta sử dụng lượng khí nén để dừng, hãm (sự hãm xe tải xe hơi, toa xe đảm bảo cách chắn) 2/ XY LANH TÁC ĐỘNG HAI PHÍA: Xy lanh trường hợp lực tác dụng khí nén kích thích lên piston chuyển động phía Một lực tác động tương tự làm di chuyển hành trình ngược Xy lanh tác dộng hai phía trường hợp địi hỏi cần thực hai chiều có điều kiện độ kín xy lanh piston bảo đảm đệm mép piston màng  XY LANH CÓ GIẢM CHẤN Ở CUỐI HÀNH TRÌNH : Ở khối dẫn hướng đóng vai trò quan trọng để tránh va đập dẫn tới hư hỏng trang thiết bị xy lanh, người ta làm hệ thống giảm chấn điều chỉnh cuối hành trình xy lanh Hệ thống cần thiết lập piston cần giảm chấn cách đáng kể hành trình Nó có đường khí với tiết diện nhỏ điều chỉnh tạo nên hiệu ứng giảm chấn Khí tích trữ phần cuối buồng chứa xy lanh sau lần nén Lúc áp suất dư phát sinh thoát qua van tiết lưu hiệu ứng giảm chấn bắt đầu (do chảy qua tiết diện nhỏ) Sự nén khí qua đường bổ sung thêm cho việc hấp thu phần lượng, piston hãm chuyển động tới chậm dần vị trí cuối hành trình Ở lần đảo chiều chuyển động ... tơi biên soạn tài liệu chuyên giảng dạy phần thực hành môn học cho học sinh trung tâm II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Cơ sở lý luận - Như nói trên, giáo trình, tài liệu dùng giảng dạy mơn học điều khiển. .. kỹ thực hành Tài liệu giảng dạy cần phải có tập chuyên thực hành để học sinh qua học cách thiết kế hệ thống điều khiển thực tế rèn luyện kỹ lắp đặt hệ thống điều khiển khí nén Đứng trước thực. .. nhằm hình thành kỹ chun mơn việc quan trọng - Trước giảng dạy mơn học điều khiển điện khí nén, phần thực hành, giáo viên đưa tập, sau vẽ mạch điện lên bảng cho học sinh Học sinh vào mạch vẽ