Bài giảng Công nghệ khí nén-thủy lực ứng dụng (Nghề: Công nghệ ô tô) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

Bài giảng Công nghệ khí nén-thủy lực ứng dụng cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén; Hệ thống truyền động bằng khí nén; Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực; Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực.

1

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

BÀI GIẢNG MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ KHÍ NÉN – THỦY LỰC ỨNG DỤNG

NGÀNH/NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TÔ ( Áp dụng cho Trình độ Cao đẳng)

LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2017

2

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã giúp cho có sự thay đổi vượt bậc trong cuộc sống của con người Bên cạnh sự phát triển của các ngành như: Kỹ thuật điện tử, kỹ thuật tự động hóa thì ngành kỹ thuật thủy khí ngày càng trở nên có ý nghĩa và chiếm một vị trí quan trọng trong một số lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt trong ngành chế tạo máy và kỹ thuật ôtô, các máy công trình thì truyền động thủy lực khí nén đang có một vai trò đáng kể do có mật độ công suất cao, kết cấu đơn giản, độ tin cậy cao và đặc biệt là việc bố trí các phần tử tự do và linh động theo không gian và van điều khiển, có chi phí công suất nhỏ là những ưu điểm nổi bật của công nghệ truyền động khí nén thủy lực Với những ưu điểm như vậy, nên ở nước ta hiện nay đã có rất nhiều máy móc sử dụng truyền đồng thủy lực khí nén tuy nhiên số lượng những thợ giỏi về lĩnh vực này lại khá khiêm tốn Nhằm giúp cho sinh viên có thể nắm được một số kiến thức cơ bản về truyền động thủy lực khí nén, tiếp cận dần với công việc sửa chữa các thiết bị có liên quan trong thực tế

Nội dung của bài giảng biên soạn được dựa trên sự kế thừa nhiều tài liệu của các trường đại học và cao đẳng, kết hợp với yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo cho sinh viên các trường dạy nghề Để giúp cho người học có thể nắm được những kiến thức cơ bản của môn học thủy lực khí nén ứng dụng, bài giảng đã được sắp xếp môn học theo từng chương theo thứ tự:

Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén

Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén

Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực

Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực

Kiến thức trong bài giảng được biên soạn theo chương trình Tổng cục Dạy nghề, sắp xếp logic và cô đọng Do đó người đọc có thể hiểu một cách dễ dàng các nội dung trong chương trình

Tác giả biên soạn: Tạ Thị Hoàng Thân

3

MỤC LỤC

Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén

1 Khái niệm, yêu cầu và các thông số của khí nén

1.1 Khái niệm, yêu cầu

1.2 Các thông số của khí nén

2 Các quy luật truyền dẫn bằng khí nén

2.1 Các phương trình tính toán dòng chảy khí nén

2.2.Các định luật cơ bản của dòng chất khí

3 Nhận dạng các thiết bị sử dụng khí nén

3.1 Các phần tử sử dụng khí nén

3.2 Nhận dạng các thiết bị sử dụng khí nén

Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén

1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại

2 Sơ đồ cấu tạo mạch điều khiển và hoạt động của hệ thống truyền động bằng khí nén

2.1 Các phần tử trong hệ thống truyền động bằng khí nén

2.2 Sơ đồ cấu tạo mạch điều khiển và các phần tử của hệ thống

2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của một số hệ thống truyền động băng khí nén

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí

3.1 Khái niệm, phân loại, nguyên tắc hoạt động và xử lý khí nén

3.2 Máy nén khí loại rô to

3.3 Tuốc bin khí

3.4 Nhận dạng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại hệ thống truyền động bằng khí nén

Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực

1 Khái niệm, yêu cầu và các thông số của thủy lực

1.1 Khái niệm, yêu cầu

4

1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại

2 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của hệ thống truyền động bằng thủy lực

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các phần tử trong hệ thống

2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển thủy lực

2.2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch thủy lực chuyển động quay 2.2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy thủy lực

3.1 Máy nén khí loại rô to

3.2 Tuốc bin thủy lực

3.3 Nhận dạng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại hệ thống truyền động bằng thủy lực

5

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VÀ CÁC QUY LUẬT VÀ TRUYỀN ĐỘNG

KHÍ NÉN Mục tiêu:

- Phát biểu đúng các khái niệm, yêu cầu và các thông số của truyền động bằng khí nén

- Giải thích được các quy luật truyền dẫn của khí nén

- Phát biểu đúng yêu cầu, nhiệm vụ và phân loại hệ thống truyền động bằng khí nén

- Giải thích được sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động bằng khí nén

- Nhận dạng được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị truyền động bằng khí nén

- Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén

1.KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÍ NÉN 1.1 Khái niệm, yêu cầu

+ Khi giảm thể tích, không khí bị nén lại và tích trữ năng lượng

+ Khi tăng thể tích, không khí giãn nở và giải phóng – cung cấp năng lượng

Vậy khí nén là không khí được nén lại để tạo ra nguồn năng lượng, khi cho khí thoát ra ( giãn nở) sẽ cung cấp cho các công cụ hoạt động bằng khí nén hoạt động

Các khái niệm cơ bản được dùng trong hệ thống khí nén bao gồm:

- Bộ nguồn: là bộ phận cung cấp khí nén cho các bộ phân khác trong hệ thống Thông thường bộ nguồn gồm có một động cơ điện và một máy nén khí

- Đường ống dẫn: là các ống kim loại hoặc phi kim loại chịu được áp suất cao dùng để truyền dẫn dòng khí từ bộ nguồn đến các bộ phận khác

6

- Van khóa: là bộ phận dùng để đóng ngắt dòng khí trên các đường ống dẫn

- Van một chiều: là bộ phận chỉ cho dòng khí chạy theo một chiều nhất định

- Van tiết lưu: là bộ phận dùng để thay đổi lưu lượng dòng khí ở các đường ống dẫn

- Van an toàn: là bộ phận dùng để xả bớt khí nén trong hê thống khi áp suất vượt quá mức cho phép

- Buồng chứa: là bộ phận cất giữ khí nén từ bộ nguồn khi chưa được sử dụng

- Bầu áp lực, xy lanh lực: là bộ phận biến đổi áp suất khí nén thanh lực ( tạo chuyển động tịnh tiến)

- Cơ cấu tỷ lệ: là bộ phận khi nhận tín hiệu vào sẽ cho một tín hiệu ra sai khác theo một tỷ lệ cho trước

- Động cơ khí nén: là bộ phân biến đổi áp suất khí nén thành mô men ( tạo chuyển động quay)

1.1.2 Yêu cầu đối với khí nén

- Sạch: trong khí nén không có bụi

- Khô: trong khí nén không có hơi nước

- Bảo đảm một áp suất nhất định và giữ giá trị ổn định

- Không tự cháy nổ

1.2 Các thông số của khí nén

1.2.1 Áp suất: ( ký hiệu là P)

- Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là pascal

- Pascal (Pa) là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N)

7

Trong đó: w trọng lượng riêng lưu chất

h chiều cao cột áp

1.2.2 Thể tích: (ký hiệu là V) Thể tích hay dung tích của một vật là lượng

không gian mà vật ấy chiếm, đơn vị là m3, lít

1.2.3 Lưu lượng: ( ký hiệu là Q)

- Lưu lượng là vận tốc dòng chảy của lưu chất qua một tiết diện dòng chảy Đơn vị thường dùng là m3/s

Q = v.A

Trong đó:

Q - Lưu lượng của dòng chảy

A - Tiết diện của dòng chảy (m2)

v- Vận tốc trung bình của dòng chảy (m/s)

2 CÁC QUY LUẬT TRUYỀN DẪN CỦA KHÍ NÉN

2.1 Các phương trình tính toán dòng chảy khí nén

+ Phương trình dòng chảy liên tục:

Lưu lượng khí nén chảy trong đường ống từ vị trí 1 đến vị trí 2 là không đổi , ta có phương trình dòng chảy như sau:

Qv1 = Qv2 Hay: w1.A1 = w2.A2 = hằng số

Trong đó:

Qv1, Qv2[m3]: Lưu lượng dòng chảy tại vị trí 1 và vị trí 2

w1 [m/s]: Vận tốc dòng chảy tại vị trí 1

8

w2 [m/s]: Vận tốc dòng chảy tại vị trí 2

A1 [m2]: Tiết diện dòng chảy tại vị trí 1

A2 [m2]: Tiết diện dòng chảy tại vị trí 2

- Phương trình Becnully: Phương trình Becnully được viết như sau:



2 2 1

2 1

2

2 v m g h m p m v m g h m p

Trong đó:

2

2

v

m là động năng m.g.h là thế năng

m.p V.p

 là áp năng

g : gia tốc trọng trường

 : khối lượng riêng của không khí

p: áp suất tuyệt đối

v: vận tốc dòng khí

h: cột áp của cột chất khí ( với khí nén h = const)

Phương trình trên có thể viết lại như sau:

const w

p

h

2



2.1.3 Phương trình lưu lượng khí nén qua khe hở hẹp

Lưu lượng khí nén qua khe hở hẹp được tính như sau:

qm A 2 pm3 /s

1 1

A1[m2]: Diện tích mặt cắt của khe hở hẹp

p = p1 –p2: là độ chệnh áp suất trước và sau khe hở hẹp 1: khối lượng riêng của không khí

2.2 Các định luật cơ bản của dòng chất khí

2.2.1 Định luật pascal

9

Hình 1 Mô tả định luật pascal

Áp suất trong chất lỏng kín có thể được xem là đồng nhất trong toàn bộ hệ thống, thực tế có sự chênh lệch do áp lực cột nước ở những độ cao khác nhau Nhưng thường không đáng kể so với áp suất vận hành hệ thống, áp suất bằng nhau

này gọi là định luật pascal

Trên (hình 1) với lực 5 kgf tác dụng vào piston diện tích 2cm2, lực này tạo

ra áp suất 2,5 kgf/cm2 tại mọi điểm trong chất lỏng và tác dụng lực bằng nhau lên khắp diện tích vách hệ thống

Lực tác dụng lên vách bình: F = P.A

Giả sử đáy bình bên trái có diện tích 100cm2, tổng lực tác dụng lên đáy bình

là 250 kgf Nếu diện tích đỉnh bình bên phải là 150.000 cm2 thì lực hướng lên trên bình bên phải rất lớn là 37500 kgf

Vì vậy, có thể dùng dòng chất lỏng kín để khuếch đại lực Đối với khí nén trong bình kín ở trạng thái ổn định có thể áp dụng tương tự

2.2.2 Lưu lượng lưu chất

Hệ thống truyền động khí nén liên quan với dòng lưu chất đi qua ống Lưu lượng lưu chất thường có 3 định nghĩa:

-Lưu lượng thể tích: được dùng để đo thể tích lưu chất đi qua một điểm

trong một đơn vị thời gian Nếu chất lỏng là chất khí có thể nén được, nhiệt

độ và áp suất phải được định rõ hoặc lưu lượng được tiêu chuẩn hóa với nhiệt

độ và áp suất chuẩn Lưu lượng thể tích là số đo thông dụng trong điều khiển

Tác dụng lên diện tích A = 2cm 2

Tạo ra áp suất p= 2,5kgf/m2

Diện tích bình = 1,5 cm 2 Lực = 37.500kgf

Diện tích đáy = 100 cm 2

Lực = 250kgf

F = 5

kg

10

quá trình

- Lưu lượng khối: đo khối lượng lưu chất đi qua một điểm trong một đơn

vị thời gian

- Lưu tốc (tốc độ lưu động): đo tốc độ thẳng qua một điểm đo Lưu tốc là đại

lượng rất quan trọng khi thiết kế hệ thống thủy lực và khí nén Trên hình 2 minh họa các dạng lưu động của lưu chất, với vận tốc lưu động đủ thấp, dòng chảy êm và thẳng với vận tốc thấp ở vách và cao nhất tại tâm ống, trạng thái này được gọi là chảy tầng

Hình 2 Mô phỏng dòng chảy môi chất

Khi vận tốc lưu động tăng lên, các cuộn xoáy bắt đầu hình thành cho đến khi vận tốc đủ lớn sẽ xuất hiện các dòng chảy rối hoàn toàn, lúc này vận tốc lưu động gần như đồng nhất qua mặt cắt ống, trạng thái này gọi là chảy rối

2.2.3 Định luật chất khí

Trong thực tế, chất lỏng được dùng trong hệ thống thủy lực có thể được xem

là không nén được và không nhạy với sự thay đổi nhiệt độ Trong khi đó chất khí trong hệ thống khí nén rất nhạy với sự thay đổi nhiệt độ và áp suất, được xác định bằng các định luật chất khí

Trong các biểu thức, áp suất được xem là áp suất tuyệt đối, nhiệt độ

là độ K, chẳng hạn nếu lấy một lít không khí ở áp suất khí quyển và 200C được nén đến áp suất đo là 3at, nghĩa là áp suất đầu là 1at và nhiệt độ là 293K, áp suất cuối là 4at (tuyệt đối)

Áp suất và thể tích quan hệ theo định luật Boyle (hình 3), với thể tích khí V1 ở áp suất P1 được nén đến thể tích V2 kết quả áp suất sẽ tăng lên P2

P1.V1= P2.V2

V2P2

V1P1

11

Hình 3 Mô tả định luật Boyle

Nhiệt độ của chất khí được xem là không đổi trong suốt quá trình nén Sự giảm áp suất sẽ dẫn đến tăng thể tích và ngược lại

Trong thực tế, chất khí khi nén luôn kèm theo sự tăng nhiệt độ và sự giảm

áp suất sẽ làm cho nhiệt độ giảm xuống Nếu tăng nhiệt độ từ T1 đến T2 sẽ làm áp suất tăng từ P1 đến P2 do đó

P1/T1=P2/T2

Từ đó có thể suy ra biểu thức tổng quát:

2

2 2

V P



Trong đó : P1, V1, T1 là các điều kiện đầu

P2, V2, T2 là các điều kiện cuối

3 NHẬN DẠNG CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG KHÍ NÉN

3.1 CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN 3.1.1 Cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén)

*Ký hiệu một số xilanh, động cơ khí nén thường gặp:

- Xilanh tác dụng đơn (tác dụng một chiều)

- Xilanh tác dụng hai chiều (tác dụng kép)

- Xilanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn không điều chỉnh được

12

- Xilanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn điều chỉnh được

- Xilanh quay bằng thanh răng

- Động cơ khí nén 1 chiều, 2 chiều

3.1.2 Van đảo chiều

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng,

mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng

a Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều

Hình 6: Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều

Khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12), thì cửa (1) bị chặn và cửa (2)

13

nối với cửa (3) Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12) (khí nén), lúc này nòng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn

Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tạc dụng của lực

lò xo, nòng van trở về vị trí ban đầu

b Ký hiệu van đảo chiều

Chuyển đổi vị trí của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái 0, a, b, c, hay các số 0, 1, 2,

Vị trí "0" được ký hiệu là vị trí, mà khi van chưa có tác động của tín hiệu ngoài vào Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí giữa là vị trí "0", còn đối với van có 2 vị trí, thì vị trí "0" có thể là a hoặc b, thường vị trí b là vị trí "0"

Cửa nối van được ký hiệu như sau:

Theo t/c ISO5599 Theo t/c ISO1219

Cửa nối làm việc 2, 4, 6, A, B, C, Cửa xả khí 3, 5, 7, R, S, T,

Cửa nối với tín hiệu điều khiển 12, 14, X, Y,

Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động của dòng khí qua van Trường hợp dòng bị chặn, được biểu diễn bằng dấu gạch ngang

Hình 7 Ký hiệu các cửa của van đảo chiều

* Một số van đảo chiều thường gặp:

Tác đông phía đối diện của van, ví dụ: tín hiệu tác động bằng cơ, bằng khí nén hay bằng điện giữ ô vuông phía trái của van và được ký hiệu "1'

+ Tín hiệu tác động bằng tay

16

d Van đảo chiều có vị trí "0"

Van đảo chiều có vị trí "0" là loại van có tác động bằng cơ - lò xo lên nòng van

+Van đảo chiều 2/2:

Tín hiệu tác động bằng cơ -đầu dò Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí "0" và "1"

Vị trí "0" cửa P và R bị chặn

Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí "0" van sẽ được chuyển đổi sang vị trí

"1", như vậy cửa P và R sẽ nối với nhau Khi đầu dò không tác động nữa, thì van

sẽ quay trở về vị trí ban đầu (vị trí "0") bằng lực nén lò xo

Hình 9 Van đảo chiều 2/2

+ Van đảo chiều 3/2:

- Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò Van có 3 cửa P, A và R, có 2 vị trí

"0" và "1" Vị trí "0" cửa P bị chặn Cửa A nối với cửa R, nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí "0" van sẽ được chuyển sang vị trí "1", như vậy cửa P và cửa A sẽ

17

nối với nhau, cửa R bị chặn Khi đầu dò không tác động nữa, thì van sẽ quay về vị trí ban đầu (vị trí "0") bằng lực nén lò xo

Hình 10 Van đảo chiều 3/2

- Ký hiệu:Tín hiệu tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ

- Tại vị trí "0" cửa P bị chặn, cửa A nối với R Khi dòng điện vào cuôn dây, pittông trụ bị kéo lên, khí nén sẽ theo hướng P1, 12 tác động lên pittông phụ, pittông phụ bị đẩy xuống, van sẽ chuyển sang vị trí "1", lúc này cửa P nối với A, cửa R bị chặn Khi dòng điện mất đi, pittông trụ bị lò xo kéo xuống và khí nén ở phần trên pittông phụ sẽ theo cửa Z thoát ra ngoài

Hình 11 Van đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ

+ Van đảo chiều 4/2:

18

+ Tín hiệu tác động bằng tay - bàn đạp

+ Tín hiệu tác động trực tiếp bằng nam châm điện

Tại vị trí "0" cửa P nối với cửa B, cửa A với R Khi có dòng điện vào cuộn dây, van sẽ chuyển sang vị trí "1", lúc này cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa R

+ Van đảo chiều 5/2

- Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò

Ký hiệu:

Tại vị trí "0" cửa P nối với cửa B, cửa A nối với R và cửa S bị chặn Khi đầu dò tác động, van sẽ chuyển sang vị trí "1", lúc này cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa S và cửa R bị chặn

- Tín hiệu tác động bằng khí nén

Tại vị trí "0" cửa P nối với cửa A, cửa B nối với R và cửa S bị chặn Khi dòng khí nén Z tác động vào, van sẽ chuyển sang vị trí "1", lúc này cửa P nối với cửa B, cửa A nối với cửa S và cửa R bị chặn

e Van đảo chiều không có vị trí "0"

Van đảo chiều không có vị trí "0" là van mà sau khi tín hiệu tác động lần cuối lên nòng van không còn nữa, thì van sẽ giữ nguyên vị trí lần đó, chừng nào chưa có tác động lên phía đối diện nòng van Ký hiệu vị trí tác động là a,

b, c,

Tín hiệu tác động lên nòng van có thể là:

19

* Tác động bằng tay, bàn đạp

* Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ 2 phía của nòng van

* Tín hiệu tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén

đi qua van phụ trợ Loại van này được gọi là van đảo chiều xung, vì vị trí của van được thay đổi khi có tín hiệu xung tác động lên nòng van

+ Van đảo chiều 3/2

Tín hiệu tác động bằng tay, được ký hiệu:

Khi ở vị trí a, cửa P nối với cửa A và cửa R bị chặn Vị trí b, cửa A nối với cửa R và cửa P bị chặn

+ Van xoay đảo chiều 4/3

Tín hiệu tác động bằng tay, được ký hiệu:

Nếu vị trí xoay nằm tại vị trí a, thì cửa P nối với cửa A và cửa B nối với

R Vị trí xoay nằm tại vị trí b, thì các cửa nối A, B, P, R đều bị chặn Vị trí xoay nằm tại vị trí c, thì cửa P nối với B và cửa A nối cửa R

+ Van đảo chiều xung 4/2

Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía nòng van Khi xả cửa X, nòng van sẽ dịch chuyển sang vị trí b, cửa P nối với với cửa

A và cửa B nối với cửa R Khi cửa X ngừng xả khí, thì vị trí cửa nòng van vẫn nằm ở vị trí b cho đến khi có tín hiệu xả khí ở cửa Y

c Van logic AND

Van logic AND có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển cùng một lúc ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển

21

Ký hiệu:

Dòng khí qua P1 thông P2 bị chặn Ngược lại dòng khí qua P2 thông P1 bị chặn Nếu dòng khí đồng thời qua thông P1, P2 cửa A sẽ nhận được tín hiệu thông

3.1.4 Van tiết lưu

Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dòng khí

a Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi

Ký hiệu:

b Van tiết lưu có tiết diện thay đổi

Ký hiệu:

22

c Van tiết lưu một chiều

Ký hiệu:

3.1.5 Van điều chỉnh thời gian

a Rơle thời gian đóng chậm

Khí nén qua van một chiều, cần thời gian t1 để làm đầy bình chứa, sau

đó tác động lên nòng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa P nối với cửa A

b Rơle thời gian ngắt chậm

23

Rơle thời gian ngắt chậm, nguyên lý, cấu tạo cũng tương tự như rơle thời gian đóng chậm, nhưng van tiết lưu một chiều có chiều ngược lại

3.1.6 Van chân không

Van chân không là cơ cấu có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực chân không, chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống venturi

25

SƠ ĐỒ CẤU TẠO

26

3.2.2 Súng phun sơn bằng khí nén

27

- Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí

3.1 Khái niệm, phân loại, nguyên tắc hoạt động và xử lý khí nén

3.2 Máy nén khí loại rô to

Truyền động khí nén dùng môi trường chất khí làm khâu trung gian để truyền cơ năng, truyền động khí nén xuất hiện do yêu cầu làm việc tin cậy, lực tác dụng của người điều khiển nhỏ và đặc điểm làm việc êm, ổn định và rễ tự động hóa mà các loại truyền động khác chưa đáp ứng được

Với đặc điểm đó hiện nay truyền động khí nén được sử dụng rất rông rãi trên các ô tô máy kéo cỡ trung bình và cỡ lớn, cũng như được áp dụng rông rãi trong các thiết bị bảo dưỡng sửa chữa ô tô ( máy tháo lắp bu lông bằng khí nén, máy mài bằng khí nén, súng phun sơn và máy dập ghim bằng khí nén )

1.2 Yêu cầu

1.2.1 Về khí nén

Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng rất nhiều chất bẩn theo từng mức độ khác nhau Chất bẩn bao gồm bụi, hơi nước trong không khí, những phần tử nhỏ, cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí Khí nén khi mang chất bẩn tải đi trong những ống dẫn khí sẽ gây nên sự ăn mòn, rỉ sét trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển Vì vậy, khí nén được sử dụng trong hệ thống khí nén phải được xử lý Tùy thuộc vào phạm vi sử dụng mà xác định yêu cầu chất lượng của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể

Hệ thống xử lý khí nén được phân thành 3 giai đoạn :

- Lọc thô: dùng bộ phận lọc bụi thô kết hợp với bình ngưng tụ để tách hơi nước

- Phương pháp sấy khô: dùng thiết bị sấy khô khí nén để lọai bỏ hầu hết lượng nước lẫn bên trong Giai đoạn này xử lý tùy theo yêu cầu sử dụng của khí nén

- Lọc tinh: lọai bỏ tất cả các lọai tạp chất, kể cả kích thước rất nhỏ

1.2.2 Về kỹ thuật

30

Đảm bảo các thông số đầu ra đạt tiêu chuẩn

- Đối với chuyển động tịnh tiến phải đảm bảo tiêu chuẩn về lực (F); hành

trình dịch chuyển piston(S); Tốc độ dịch chuyển piston (V)

- Đối với chuyển động quay đảm bảo tiêu chuẩn về mô men xoắn(Mx); tốc độ

của rotor (n)

1.2.3 Yêu cầu của hệ thống truyền động khí nén

Hệ thống truyền động khí nén gồm có các bộ phận để chuyển đổi năng lượng khí nén, các bộ phận để điều khiển hệ thống, để điều khiển và điều chỉnh môi chất, ngoài ra còn có các bộ phận để chuẩn bị khí nén, lưu giữ và phân phối khí nén… Các bộ phận chuyển đổi năng lượng khí nén gồm: các máy nén khí (biến năng lượng cơ học thành áp năng tích lũy trong khí nén), các động cơ và xi lanh khí nén (biến năng lượng tích lũy trong khí nén thành năng lượng cơ học ở dạng chuyển động quay, chuyển động thẳng hoặc chuyển động lắc) Chính vì vậy hệ thống truyền động khí nén cần đảm bảo các yêu cầu:

- Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

- Tuổi thọ và độ kín khít giữa các bộ phận lắp ghép phải đảm bảo

- Làm việc có độ tin cậy cao

- Dễ bảo dưỡng và sửa chữa

- Hiệu suất và tuổi thọ cao

1.3 Phân loại

- Theo kết cấu của máy nén khí

+ Truyền động khí nén loại máy nén khí kiểu piston

+ Truyền động khí nén loại máy nén khí kiểu rô to

+ Truyền động khí nén loại máy nén khí kiểu cánh gạt

-Theo dạng năng lượng truyền động

+ Truyền động khí nén truyền áp năng

+ Truyền động khí nén truyền động năng

- Theo phương pháp điều khiển

+ Truyền động khí nén Điều khiển bằng tay: điều khiển trực tiếp và điều khiển gián tiếp

31

+ Truyền động khí nén điều khiển theo thời gian

+ Truyền động khí nén điều khiển theo hành trình

+ Truyền động khí nén điều khiển theo tầng

+ Truyền động khí nén điều khiển theo nhịp

2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG

2.1 Các phần tử trong hệ thống truyền động bằng khí nén

Hình 14 Sơ đồ khối của mạch điều khiển và ký hiệu các phần tử

2 Thiết bị phân phối khí nén: Được dùng để thay đổi hướng đi của dòng khí từ nguồn tới các khoang làm việc của cơ cấu chấp hành và từ đó xả khí ra ngoài khí quyển

3 Thiết bị điều khiển: Được sử dụng để tạo lập và đảm bảo trình tự làm việc của các bộ phận công tác tương ứng với quy luật chuyển động cần thiết của chúng

Ngoài các thành phần chính trên, để cho hệ truyền động khí nén làm việc được còn cần có một loạt các thiết bị khí nén phụ trợ khác bao gồm:

-Thiết bị nguồn (máy nén khí);

- Đường ống dẫn;

- Thiết bị đo (áp kế, lưu lượng kế, nhiệt kế… );

- Các thiết bị đường ống khác…

33

2.2 Sơ đồ cấu tạo mạch điều khiển và các phần tử của hệ thống

Hình 15 Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển và các phần tử

Ví dụ: xét một hoạt động của hệ truyền động khí nén có sơ đồ nguyên

Nguyên lý làm việc của hệ truyền động như sau:

Khi chưa đóng công tắc KĐ, xylanh chưa làm việc, pitons dừng ở vị trí trái trên hình vẽ Khi đóng KĐ, nguồn khí nén có áp suất cao được dẫn tới van

VP, đồng thời có tín hiệu điều khiển đi qua K1 (đang bị đè ) tới ngăn bên trái của

VP tạo tín hiệu f2 Van VP làm việc, khí nén được dẫn qua van tới khoang trái của xylanh; khoang đối diện của xylanh qua VP nối với khí quyển Pitons sẽ chuyển sang bên phải Cho đến cuối hành trình, đầu tì trên cần pitons sẽ đè lên

K2 Công tắc K2 làm việc và xuất hiện tín hiệu khí nén đi qua K2 tới ngăn phải của van phân phối (tín hiệu f2) Lúc này do công tắc K1 đã bị ngắt, ngăn trái của van phân phối nối qua K1 với khí quyển Bởi vậy, van phân phối làm việc, đảo chiều dòng khí vào xylanh, khí nguồn được nối qua VP tới khoang phải của xylanh, còn từ khoang trái của xylanh khí được xả qua VP ra ngoài khí quyển Pitons sẽ chuyển động ngược lại từ phải qua trái Khi đi đến cuối hành trình, đầu

tì trên cần pitons lại đè lên K1, dẫn đến xuất hiện tín hiệu điều khiển f1, van phân phối lại làm việc, đảo chiều dòng khí của xylanh, chuyển động của pitons lặp lại

từ đầu và quá trình trên cứ tiếp diễn liên tục Để dừng chuyển động của pitons ta ngắt công tắc khởi động KĐ, cắt dòng khí nguồn đưa vào hệ thống

Hệ truyền động xét ở vị trí trên đây là một loại hệ thống truyền động khí nén đơn giản được điều khiển chuyển động theo vị trí( bằng các công tác hành trình) Tuy nhiên, sự hoạt động của nó khá tin cậy, dễ điều khiển và rất hay được

sử dụng trong các hệ thống đẩy, gạt (phôi hoặc sản phẩm…), đóng dấu, dập nút…

Lưu ý: trong thực tế các sơ đồ trên còn có thể có thêm một số phần tử

khác để đảm bảo chất lượng làm việc của hệ thống truyền động như: Các bộ điều tốc để điều chỉnh vận tốc của pitons, các cơ cấu hãm để giảm va đập ở đầu

và cuối các hành trình pitons…

+ Mô tả yêu cầu điều khiển:

Khi phát hiện một sản phẩm bị lỗi trên băng tải , người công nhân sẽ tác động lên một nút nhấn, khi đó, xilanh 1.0 đi ra đẩy sản phẩm này sang một băng tải khác Sự chuyển động về phía trước của xilanh tác dụng đơn mất 0,4s Khi thả nút nhấn ra, piston lập tức trở lại vị trí ban đầu Hai áp kế được gắn phía trước và phía sau van điều chỉnh áp suất để kiểm tra áp suất trong quá trình xilanh chuyển động

+ Mạch khí nén:

1.0

36

+ Thiết bị sử dụng:

- Một van 3/2 tác động bằng tay (nút nhấn)

- Một van tiết lưu một chiều

- Một xilanh tác dụng đơn

+ Nguyên lý họat động của mạch:

- Khi nhấn nút nhấn 1.1, van đảo chiều 3/2 bị tác động làm cho cửa 1 nối với cửa 2, cung cấp khí cho xilanh tác dụng đơn 1.0 làm xilanh đi ra thông qua van tiết lưu một chiều Trong quá trình chuyển động đi ra, vận tốc của xilanh phụ thuộc vào áp suất trong lòng xilanh Aùp suất này được điều chỉnh bằng van tiết lưu và được hiển thị bằng áp kế

- Nếu áp suất càng cao, xilanh chuyển động càng nhanh

- Nếu áp suất càng thấp, xilanh chuyển động càng chậm

- Khi thả nút ấn 1.1, cửa 1 bị chận, cửa 2 nối với cửa 3 Lực của lò xo làm xilanh 1.0 lập tức lùi về xả khí qua cửa 3 mà không phụ thuộc vào vị trí của nút điều chỉnh trên van tiết lưu

Từ đây ta có nhận xét là van tiết lưu một chiều chỉ có tác dụng điều chỉnh lưu lượng một chiều, chiều ngược lại không bị tác dụng

2.3.2 Thiết bị dập tạo dáng (Điều khiển xy lanh 1 phía dùng van

đảo chiều 3/2 không duy trì)

37

+ Mô tả yêu cầu điều khiển:

- Bằng cách nhấn cùng lúc 2 nút nhấn, xilanh 1.0 đi xuống cùng với hàm tạo dáng và dập lên miếng kim loại

- Khi thả một trong hai nút nhấn (hoặc cả 2), xilanh tác

dụng kép lùi về chậm hơn tốc độ lúc đi ra

+ Mạch khí nén:

+ Nguyên lý hoạt động của mạch:

- Khi đồng thời nhấn 2 nút nhấn 1.2 và 1.4, thông qua van AND 1.6 tác động vào van điều khiển 1.1 làm van đảo chiều làm cho nguồn khí qua van tiết lưu 1 chiều tác động lên ngõ vào của xilanh làm xilanh 1.0 đi ra

- Vì van tiết lưu một chiều gắn theo chiều ngược của dòng khí nén nên không có tác dụng tiết lưu và van xả khí nhanh gắn như vậy nên khí từ xilanh đi ra sẽ qua van xả khí nhanh thoát ra ngoài không khí

 Nếu ta đảo chiều van tiết lưu 1.03 thì xilanh khi đi ra sẽ đi từ từ và như vậy van xả khí nhanh mất tác dụng Khi lùi về, xilanh sẽ lùi về nhanh do đường đi của khí ngược chiều với van tiết lưu 1.03 Và như vậy hoàn toàn trái ngược với yêu cầu điều khiển

 Ta sử dụng van logic AND kết hợp với 2 nút nhấn 1.2 và 1.4 vì mục đích an toàn lao động

Giả sử người điều khiển dùng một tay nhấn nút mà tay kia chưa kịp lấy ra thì hệ thống không thể hoạt động được Chỉ khi nào người điều khiển dùng cả 2 tay nhấn nút thì hệ thống mới hoạt động được

2.3.3.Thiết bị cắt (Điều khiển xy lanh 2 phía dùng van đảo

chiều 5/2 duy trì)

+ Mô tả yêu cầu điều khiển:

- Thiết bị cắt dùng để cắt những tờ giấy lớn thành những tờ nhỏ

- Bằng cách nhấn cùng lúc 2 nút nhấn, không cần giữ tay, lưỡi dao cắt lập tức đi xuống và cắt giấy Sau khi cắt xong, lưỡi dao tự động lùi về vị trí ban đầu

+Thiết bị sử dụng:

39

- Hai van 3/2 tác động bằng tay (nút nhấn)

- Một van AND

- Một van 5/2 tác dụng 2 chiều bằng khí nén

- Một công tắc hành trình

- Một xilanh tác dụng kép

+ Mạch khí nén:

+ Nguyên lý hoạt động của mạch:

- Khi đồng thời nhấn 2 nút nhấn 1.0 và 1.1, thông qua van AND 2.0 tác động vào van điều khiển 2.1 làm xilanh 3.0 đi ra

- Sau đó xilanh 3.0 chạm vào công tắc hành trình 1.3 làm đảo chiều van 2.1 và xilanh 3.0 lùi về vị trí ban đầu chờ tín hiệu tác động kế

 Khi ta thay đổi vị trí của công tắc hành trình trong phạm

vi giới hạn của piston xilanh, thì xilanh sẽ quay trở về tại vị trí đặt công tắc hành trình

+ Mô tả yêu cầu điều khiển:

- Sử dụng băng tải để vận chuyển các thùng hàng, sự

di chuyển của băng tải do cần piston điều khiển

- Bằng cách nhấn một nút nhấn, bánh xe sẽ truyền động cho băng tải bằng sự dao động của cần piston thông qua một chốt chặn

+ Mạch khí nén

+ Nguyên lý hoạt động của mạch: