Giáo trình Truyền động thủy lực và khí nén (Ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí)

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  TRANG BÌA Trước nghiệm thu GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Tháng , năm 2020 Chương ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  TRANG PHỤ BÌA Trước nghiệm thu GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG THƠNG TIN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Họ tên: Trầm Tiến Thịnh Học vị: Thạc sỹ Email: tramtienthinh@hotec.edu.vn TRƯỞNG KHOA TỔ TRƯỞNG CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐỀ TÀI HIỆU TRƯỞNG DUYỆT Tháng 12, năm 2020 KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang Chương TUN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang Chương LỜI GIỚI THIỆU Cùng phát triển khơng ngừng lĩnh vực tự động hóa, ngày thiết bị truyền dẫn, điều khiển khí nén thủy lực sử dụng máy móc trở nên rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, dây chuyền chế biến thực phẩm,… thiết bị làm việc linh hoạt, với kích thước nhỏ gọn lắp đặt dễ dàng không gian chật hẹp so với thiết bị truyền động điều khiển khí hay điện Nhằm trang bị cho HSSV trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật TP.HCM khối ngành kỹ thuật nói chung, ngành Cơ khí nói riêng kiến thức kỹ tốt để tiếp cận nhanh chóng với thiết bị hệ thống điều khiển khí nén thực tế, kinh nghiệm đúc kết từ thực tiễn từ thực tế giảng dạy, tham khảo số tài liệu đáng tín cậy, tác giả biên soạn giáo trình dùng để giảng dạy trình độ Trung cấp nghề Cơ khí chế tạo trình độ Cao đẳng nghề Cơng nghệ kỹ thuật Cơ khí Hy vọng với nội dung giáo trình này, HSSV tính tốn, thiết kế, lắp đặt điều khiển hệ thống truyền dẫn khí nén theo yêu cầu khác Cấu trúc giáo trình chia làm chương: Chương 1: Khảo sát thực hành khí nén Chương 2: Hệ thống điều khiển khí nén Chương 3: Khảo sát thực hành thủy lực Chương 4: Hệ thống điều khiển thủy lực Trong trình biên soạn giáo trình này, khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp để giáo trình hồn thiện TP.Hồ Chí Minh, ngày……tháng năm 2020 Tham gia biên soạn Trầm Tiến Thịnh KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang Chương MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu …………… Chương 1: Khảo sát thực hành khí nén …………… Chương 2: Hệ thống điều khiển khí nén …………… Chương 3: Khảo sát thực hành thủy lực …………… Chương 4: Hệ thống điều khiển thủy lực …………… KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang Chương GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Truyền động thủy lực khí nén Mã mơn học/mơ đun: Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: - Vị trí: Mơn học Truyền động thủy lực khí nén học học kỳ IV (hệ phổ thơng), Học kỳ III (hệ sở) - Tính chất: Mơn học Truyền động thủy lực khí nén mơn học tự chọn - Ý nghĩa vai trị môn học/mô đun: Mục tiêu môn học/mô đun: - Về kiến thức: + Phân biệt thiết bị khí nén điện khí nén + Phân biệt đươc thiết bị thủy lực + Trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống khí nén điện khí nén từ đơn giản đến nâng cao - Về kỹ năng: + Thiết kế sơ đồ điều khiển khí nén đơn giản + Thiết kế được sơ đồ điều khiển khí nén nâng cao + Thiết kế sơ đồ điều khiển điện- khí nén đơn giản + Thiết kế sơ đồ điều khiển điện- khí nén nâng cao + Thiết kế sơ đồ điều khiển thuỷ lực - Về lực tự chủ trách nhiệm: Hình thành kỹ tự học làm việc nhóm KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang Chương CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT BỘ THỰC HÀNH KHÍ NÉN Giới thiệu: Mục tiêu: + Trình bày phân biệt thiết bị khí nén điện khí nén + Giải thích ký hiệu thiết bị 1.1 Khảo sát nguồn khí nén 1.1.1 Hệ thống thiết bị phân phối khí nén Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển khơng khí từ máy nén khí đến khâu cuối để sử dụng, ví dụ động khí nén, máy ép dùng khí nén, máy nâng hạ dùng khí nén, dụng cụ cầm tay dùng khí nén hệ thống điều khiển khí nén (cơ cấu chấp hành, phần tử điều khiển…) Truyền tải khơng khí nén thực hệ thống ống dẫn khí nén, cần phân biệt mạng đường ống lắp ráp cố định (như nhà máy) mạng đường ống lắp ráp thiết bị, máy Hình 1.1 Hệ thống phân phối khí nén Yêu cầu hệ thống thiết bị phân phối khí nén đảm bảo cho áp suất p, lưu lượng Q chất lượng khí nén cho nơi tiêu thụ, cụ thể thiết bị, máy mác Ngồi tiêu chuẩn chọn hợp lý máy nén khí, tiêu chuẩn chọn thông số hệ thống ống dẫn (ví dụ: đường kính ống dẫn, vật liệu ống dẫn), cách lắp đặ hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống thiết bị phân phối khí nén đống vai trò quan trọng phương diện kinh tế yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển khí nén Yêu cầu tổn thất áp suất hệ thống thiết bị phân phối khí nén (từ bình trích chứa nơi tiêu thụ, cụ thể thiết bị máy móc) khơng vượt qua 1.0bar cụ thể sau: - Tổn thất áp suất ống dẫn 0.1bar KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang Chương - Tổn thất áp suất ống nối 0.1bar - Tổn thất áp suất thiết bị xử lý, bình ngưng tụ 0.2bar - Tổn thất áp suất thiết bị lọc tinh 0.6bar 1.1.2 Bình trích chứa khí nén Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến, trích chứa ngưng tụ, tách nước Kích thước bình chứa phụ thuộc vào cơng suất tiêu thụ máy nén khí cơng suất tiêu thụ thiết bị máy móc sử dụng, ngồi cịn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng khí nén: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn Bình trích chứa khí nén nên lắp ráp khơng gian thoáng để thực nhiệm vụ ngưng tụ tách nước khí nén Hình 1.2 Các loại bình trích chứa khí nén a Loại bình trích chứa thẳng đứng b Loại bình trích chứa nằm ngang c Loại bình trích chứa nhỏ gắn trực tiếp vào ống dẫn khí 1.1.3 Mạng đường ống dẫn khí nén Mạng đường ống dẫn khí nén phân chia làm loại: + Mạng đường ống lắp ráp cố định (trong nhà máy, xí nghiệp) Lưu ý lắp ráp hệ thống ống dẫn khí nén thường nghiêng góc từ 1% - 2% so với mặt phẳng nằm ngang Vị trí thấp hệ thống ống dẫn so với mặt phẳng nằm ngang, lắp ráp bình ngưng tụ nước, để nước ống chứa đụng + Mạng đường ống lắp ráp di động (ví dụ đường ống dây chuyền máy móc thiết bị) Mạng đường ống lắp ráp di động đa dạng mạng đường ống lắp ráp cố định Ngoài đường ống kim loại có thành ống mỏng ống dẫn đồng, người ta sử dụng thêm loại ống dẫn nhựa, vật liệu tổng hợp, đường ống dẫn cao su Đường kính ống dẫn lựa chọn phải tương ứng với đường kính mối nối phần tử điều khiển KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang Chương Ngồi mối lắp ghép ren, mạng đường ống di động sử dụng mối nối cắm với đầu kẹp Tùy theo áp suất khí nén cho loại máy mà chọn loại ống dẫn có nhứng tiêu chuẩn khác Hệ thống đường ống: Có tác dụng truyên dẫn khí, tạo liên kết phận hệ thống khí nén 1.1.4 Máy nén khí Máy nén khí thiết bị tạo Áp suất khí, lượng học động điện động đốt chuyển đổi thành lượng khí nén nhiệt Theo nguyên lý hoạt động, có 02 loại: + Nguyên lý thay đổi thể tích: khơng khí đưa vào buồng chứa, thể tích buồng chứa nhỏ lại Theo định luật Boyle – Mariotte áp suất buồng chứa tăng lên Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý thể tích bao gồm: máy nén khí kiểu pittong, bánh răng, cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít v.v + Nguyên lý động (máy nén dịng): khơng khí đưa vào buồng chứa, áp suất khí nén tạo động bánh dẫn Nguyên tắc hoạt động tạo lưu lượng công suất lớn Máy nén khí hoạt động theo nguyên lí bao gồm: máy nén khí kiểu ly tâm, máy nén khí dịng hỗn hợp.v.v Một vài máy nén khí thơng dụng: Hình 1.3 Máy nén kiểu pittong Hình 1.4 Máy nén kiểu cánh gạt KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang Chương Hình 1.5 Máy nén kiểu trục vít 1.1.5 Bộ lọc Bộ lọc khơng khí nén chi tiết máy nén khí Bộ phận có chức lọc tách nước, bụi bẩn khí nén để bơi trơn thiết bị truyền động Đồng thời, chi tiết trì điều chỉnh áp suất hệ thống máy nén khí để đảm bảo kết nối chi tiết máy đến thiết bị nén khơng khí thực nhiệm vụ tách nước Trong suốt trình nén khí, máy bơm khí nén tập trung khí nén bão hịa với nước, qua hệ thống khơng khí nén làm nóng lên Sau đó, nhờ hệ thống tản nhiệt mà khơng khí có lẫn tạp chất di chuyển, ngồi Bộ lọc khơng khí tổ hợp gồm phần tử: van lọc, van điều chỉnh áp suất, van tra dầu + Van lọc có nhiệm vụ tách thành phần chất bẩn nước ngồi Hình 1.6 Cấu tạo kí hiệu lọc khí nén Hình 1.7 Hình dạng van lọc kí hiệu KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 10 Chương Cuộn đường ống dẫn dầu Ứng dụng lắ ráp chi tiết Ứng dụng van điện từ KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 64 Chương Bài tập thực hành: Em thiết kế, mô phỏng, vận hành mạch điều khiển quay theo yêu cầu KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 65 Chương TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển khí nén, NXB Giáo dục 1999 [2] Lê Văn Tiến Dũng, Điều khiển khí nén thuỷ lực, Trường ĐHCN TPHCM [3] Tài liệu dự án hãng Festo KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 66 Chương PHỤ LỤC PHẦN MỀM MƠ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC KHÍ NÉN 1.Giới thiệu chung FluidSIM phần mềm hoàn hảo cho sáng chế, mơ phỏng, giảng dạy nghiên cứu mạch điện-khí nén, thủy lực mạch số Tất chức chương trình tương tác với cách trơn tru, kết hợp hình thức đa phương tiện nguồn thông tin khác biểu mẫu truy nhập cách dễ dàng FluidSIM kết hợp trình biên tập sơ đồ mạch trực quan với mô tả chi tiết tất thành phần, ảnh cấu thành, hoạt ảnh hình chiếu cắt chuỗi video Các điểm bật: - Các thư viện thành phần mở rộng tùy chỉnh - Ký hiệu phận cấu thành theo DIN ISO 1219 - Có nhiều chức CAD chức cải thiện đáng kể (căn chỉnh, nhóm vẽ layer…) - Mô-đun xây dựng van - Chức in ấn với nhiều khả tùy chỉnh khác - Các phiên danh sách phần tự động hóa tùy chỉnh - Bộ mô tả kết nối - Bộ ghi thể trực quan giá trị ấn định - Hỗ trợ đơn vị đo không thuộc hệ đo lường quốc tế (lbf, psi, gal) - Giao diện thích hợp - Tài liệu giảng dạy sửa đổi cập nhật - Được tối ưu hoá cho Windows 98/ME/2000/XP - Sự mô thành phần số - Đánh số đường dẫn hành chuyển đổi bảng phần tử cách tự động - Thư viện sơ đồ mạch mở rộng sửa đổi - Hiển thị giá trị thành phần với đếm xử lý độ trễ - Các giá trị điều chỉnh có xylanh khí nén KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 67 Chương - Van tiết lưu chạy khí nén Cài đặt phần mềm Festo Fluidsim 4.2 Từ cài fluidsim 4.2, Double click vào file chạy: - Khi click vào file chạy lên lựa chọn Ta chọn “yes KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 68 Chương - Khi chọn “yes” cửa sổ Click chuột vào lựa chọn “next”: - Sau lựa chọn thư mục nơi đến Thường phần mềm mặc định nơi đến ổ C – Program file Click chuột vào lựa chọn “next” Click chuột vào lựa chọn “next” lựa chọn ngăn thực đơn để khởi động KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 69 Chương Trên hình ta chọn “next” để bổ xung biểu hình destop Click chuột lựa chọn “”install” Cài đặt sẵn sàng để bắt đầu thiết đặt Festo máy tính bạn KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 70 Chương Chương trình bắt đầu cài đặt: Chọn Finish để hồn tất cài đặt KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 71 Chương Màn hình máy tính giao diện phần mềm mô Hướng dẫn sử dụng 3.1 Thao tác với tập tin chương trình - Tạo File mới: File/New tổ hợp phím Crtl + N KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 72 Chương - Mở File có: File/Open tổ hợp phím Crtl + O - Lưu File: File/Save tổ hợp phím Crtl + S -Lưu File từ File sẵn có: File/Save As 3.2 Thêm thiết bị điện khí nén 3.2.1 Thiết bị khí nén a.Các thành phần cung cấp (Suply Elements) b.Cơ cấu chấp hành (Actuators) Thay đổi tùy chọn cho xy lanh Bước 1: Lấy xy lanh cách kéo thả từ Hierachical View mục Actuator, bấm phải chuột chọn mục Properties KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 73 Chương Bước 2: Chọn tùy chọn cho xy lanh - Kiểu xy lanh tác động đơn đôi (Mục Configuration) + xy lanh tác động đơn (Single acting) Nếu chọn tự trả nhấn chọn mục Spring return (đối với xy lanh đơn) + xy lanh tác động kép (Double acting) Sử dụng thước đo khoảng cách để tạo cơng tắc hành trình cho Xy lanh: Bước 1: Lấy xy lanh cách kéo thả từ Hierachical View mục Actuator KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 74 Chương Bước 2: Lấy thước đo cách kéo thả từ Hierachical View mục Actuator đặt vào Xy lanh Bước 3: Đặt vị trí cho contact hành trình Ví dụ: S1 đặt Begin End (điểm đầu hành trình) S2 đặt Begin 100 End 100 (điểm cuối hành trình) Bước 4: Gán cơng tắc hành trình cho mạch điều khiển (ví dụ S2) KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 75 Chương c Van (Valves) Thay đổi cấu hình Valves Bước 1: Chọn Valve bấm phải chọn mục Properties Bước 2: Thay đổi cấu hình Valve Mỗi valve có hai vị trí chọn tương ứng với vị trí bân trái bên phải, muốn tác động bên ta chọn bên Các mục chọn: - Kiểu tác động + Bằng tay (Manually) như: nút nhấn, bàn đạp… + Cơ học đầu dị (Mechanically) như: hành trình, đầu dị… + Tác động khí, điện (Pneumatically/Electrically): khí, điện - Kiểu tự trì hay khơng trì: mục Spring-returned KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 76 Chương Ví dụ: valve đặt lại cấu hình Valve 5/2 tác động điện – khí nén, khơng trì 3.2.2 Thiết bị điều khiển điện a Cơ cấu chấp hành b.Nguồn cung cấp c.Relay KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 77 Chương 3.3.Mơ Sau vẽ hồn thiện sơ đồ mạch điện khí nén ta thực mô cách: - Bước 1: Vào chế độ mô phỏng, chọn mục Excute/Start; Excute/Stop; Excute/Pause - Bước 2: Sử dụng trỏ để thao tác nhấn nút cơng tắc, nút nhấn, van khí nén để thực điều chỉnh, quan sát hoạt động mạch điều khiển KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 78 ... TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  TRANG PHỤ BÌA Trước nghiệm thu GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG THÔNG... cộng lực KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 49 Chương Động thủy lực Kiểu bánh Động festo quay chiều Bảng 3.7 Quy trình khảo sát cấu chấp hành thủy lực Nội dung Khảo sát cấu chấp hành thủy lực Hoạt động. .. hành khí nén …………… Chương 2: Hệ thống điều khiển khí nén …………… Chương 3: Khảo sát thực hành thủy lực …………… Chương 4: Hệ thống điều khiển thủy lực …………… KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang Chương GIÁO TRÌNH