8. 6: Cấu trúc của một hệ thống truyền động bằng khí nén
9.5: Nhĩm thiết bị điều hịa
Nhĩm này bao gồm ba bộ phận nối tiếp nhau: bộ lọc khí (F), bộ điều chỉnh áp suất (R), bộ thiết bị bơi trơn (L).
Khi sử dụng cần tuân thủ nghiêm ngặt các qui định của nhà sản xuất. Áp suất cung cấp khơng được vượt quá giá trị biểu thị trên nhĩm. Nhiệt độ mơi trường khơng được vượt quá 600C.
9.6. Hệ Thống Xử Lý Khí Nén Trong Cơng Nghiệp
Hệthống xử lý khí nén trong cơng nghiệp được chia thành ba giai đoạn:
* Lọc thơ:
Làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí ra để tách chất bẩn, bụi. Sau đĩ khí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi nước. Giai đoạn lọc thơ là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén.
* Sấy khơ:
Giai đoạn này xử lý khí nén tùy theo chất lượng yêu cầu của khí nén.
* Lọc tinh:
Xử lý khí nén trong giai đoạn này trước khi đưa vào sử dụng. Giai đoạn này rất cần thiết cho hệ thống điều khiển
9.6.1. Bình ngưng tụ - Làm lạnh khí nén băịng khơng khí (băịng nước)
Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại đây áp suất khí sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong khơng khí sẽ được ngưng tụ và tách ra.
Làm lạnh bằng khơng khí, nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được trong khoảng từ +300C đến +350C. Làm lạnh bằng nước (ví dụ nước làm lạnh cĩ nhiệt độ là +100C) thì khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được là
+200C.
9.6.2. Sấy khơ băịng chất làm lạnh (hình 9.11)
Hình 9.11: Thiết bị sấy khơ khí nén bằng chất làm lạnh
Nguyên lý hoạt động của phương pháp sấy khơ bằng chất làm lạnh: Khí nén từ máy nén khí qua bộ phận trao đổi nhiệt, làm giảm nhiệt độ của khơng khí nén đến nhiệt độ điểm sương. Lượng hơi nước trong dịng khí nén đi vào
sẽ được tạo thành từng giọt nhỏ. Ngồi lượng nước ngưng tụ thì các chất bẩn, dầu bơi trơn cũng được tách ra.
9.6.3. Sấy khơ băịng hấp thụ (Hình 9.12)
Dịng khí nén từ máy nén khí sẽ được dẫn vào bình chứa chất sấy khơ (chất háo nước). Tại đây lượng khơng khí ẩm sẽ được giữ lại, khí nén sẽ được dẫn vào hệ thống điều khiển. Chất sấy khơ thường dùng là NaCl.
Hình 9.12: Sấy khơ khí nén bằng hấp thụ
9.7. Hệ Thống Thiết Bị Phân Phối Khí Nén (Hình 9.12)
Hệ thống thiết bị phân phối khí nén cĩ nhiệm vụ chuyển khơng khí nén từ máy nén khí đến khâu cuối cùng để sử dụng. Hệ thống phân phối khí nén phải đảm bảo áp suất p, lưu lượng Q và chất lượng khí nén nơi tiêu thụ. Ngồi tiêu chuẩn chọn hợp lý máy nén khí, chọn đúng thơng số của hệ thống ống dẫn; cách lắp đặt hệ thống ống dẫn và bảo hành hệ thống thiết bị khí nén cũng đĩng vai trị quan trọng về phương diện kinh tế cũng như về yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển bằng khí nén. Bình trích chứa khí nén là thành phần quan trọng trong hệ thống, cĩ nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến, trích chứa và ngưng tụ, tách nước. Đường ống dẫn khí nén thường nghiêng gĩc từ 10 đến 20 so với mặt phăĩng nằm ngang. Vị trí thấp nhất của hệ thống ống dẫn so với mặt phăĩng nằm ngang được lắp ráp bình ngưng tụ nước để nước trong ống dẫn sẽ được chứa ở đĩ.
CHƯƠNG X: PHẦN TỬ XỬ LÝ
10.1. Van Điều Chỉnh Áp Suất
10.1.1. Van an tồn
Van an tồn cĩ nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống cĩ thể tải. Khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dịng áp suất khí nén sẽ thắng lực lị xo và như vậy khí nén sẽ theo cửa R ra ngồi khơng khí.
10.1.2. Van tràn
Nguyên tắc hoạt động của van tràn tương tự như van an tồn nhưng chỉ khác ở chỗ là áp suất ở cửa P đạt được giá trị xác định thì cửa P sẽ nối với cửa A và đi đến hệ thống điều khiển.
10.2. Van Điều Chỉnh Lưu Lượng (Van Tiết Lưu)
Van tiết lưu cĩ tiết diện thay đổi điều chỉnh được dịng khí qua van. Dịng khí qua van phụ thuộc vào tiết diện khe hở Ax, tiết diện này cĩ thể được thay đổi nhờ vào vít điều chỉnh. Tiết diện Ax cĩ thể cố định hoặc cĩ thể thay đổi.
10.3. Van Một Chiều
Van một chiều cĩ tác dụng chỉ cho khí nén đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn. Nguyên lý hoạt động và ký hiệu van một chiều: dịng khí nén đi từ A qua B, chiều từ B qua A dịng khí nén bị chặn.
10.4. Van Logic
10.4.1. Van logic AND
Khi cĩ dịng khí nén qua cửa X sẽ đẩy piston trụ sang vị trí bên phải, như vậy cửa X bị chặn. Khi cĩ dịng khí nén qua cửa Y, sẽ đẩy piston trụ sang vị trí bên trái, cửa Y bị chặn. Nếu dịng khí nén đồng thời đi qua cửa X và Y thì tín
A B A B
A B
P R
hiệu đầu tiên sẽ dịch chuyển lõi van và tín hiệu yếu hơn hoặc là tín hiệu đến thứ hai sẽ được thơng để đi đến cổng A (hình 10.1).
Hình 10.1: Van logic AND
10.4.2. Van logic OR
Hình 10.2: Mạch sử dụng van logic OR
Khi cĩ dịng khí nén qua cửa P1 sẽ đẩy piston trụ của van sang vị trí bên phải chắn dịng khí qua cửa P2, như vậy cửa P1 nối với cửa A. Khi cĩ dịng khí nén qua cửa P2, piston trụ sẽ dịch chuyển sang trái chắn dịng khí qua cửa P1
và nối cửa P2 với cửa A. Như vậy van logic OR sẽ nối cổng P1 hoặc là cổng P2 với cổng ra A.
10.4.3. Van xả khí nhanh
Van xả khí nhanh tương tự như van logic OR nhưng cửa P2 trở thành cửa xả. Khi dịng khí nén qua cửa P sẽ đẩy piston trụ sang phải chắn cửa R, cửa P sẽ nối với cửa A. Khi dịng khí nén đi từ A sẽ đẩy piston trụ chắn cửa P và như vậy cửa A nối với cửa R (hình 10.3).
Hình 10.3: Van xả khí nhanh
Van xả khí nhanh thường lắp ở vị trí gần cơ cấu chấp hành, ví dụ gần piston, cĩ nhiệm vụ xả khí nhanh ra ngồi.
10.4.4. Van định thời
Hình 10.4: Van định thời (làm trể)
Khí nén qua van tiết lưu một chiều cần thời gian t1 dễ làm đầy bình chứa, sau đĩ tác động lên nịng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa P
10.5. Cảm Biến Khí
10.5.1. Cảm biến khơng tiếp xúc - tia reỵ nhánh
Dịng khí nén sẽ được phát ra ở cửa P (áp suất nguồn), nếu khơng cĩ vật cản thì dịng khí nén sẽ đi thăĩng, nếu cĩ vật cản thì dịng khí nén rẽ nhánh qua cửa X. Áp suất rẽ nhánh phụ thuộc vào áp suất nguồn và khoảng cách s (hình 10.6).
10.5.2.Cảm biến khơng tiếp xúc - tia phản hồi
Đặc điểm của cảm biến bằng tia phản hồi là khi vật cản dịch chuyển theo hướng dọc trục của cảm biến (khoảng cách a) hoặc theo hướng vuơng gĩc với trục (khoảng cách s) thì tín hiệu điều khiển vẫn nhận giá trị X=1 (hình 10.5).
Hình 10.5: Cảm biến tiếp xúc - tia phản hồi
Hình 10.6: Cảm biến tiếp xúc - tia rẽ nhánh
10.5.3.Cảm biến tiếp xúc - van con lăn
Cảm biến tiếp xúc là hình thức được sử dụng rộng rãi nhất của cơ cấu tác động hoặc là sự cảm biến vị trí (hình 10.7).
Hình 10.7: Cảm biến tiếp xúc - van con lăn
10.5.4.Cảm biến tiếp xúc - áp suất ngược
Bộ cảm biến áp suất ngược là bộ cảm biến vị trí khí nén mà cĩ thể đạt được độ chính xác cảm nhận đến 0,2mm và được sử dụng trong những hành trình cực ngắn của cơ cấu tác động, khi một hoặc cả hai vị trí đầu cuối hành trình của cơ cấu tác động phải được cảm nhận mà ở đĩ độ chính xác cảm nhận vị trí của van con lăn và cần đẩy khơng thỏa mãn được yêu cầu (hình 10.8).
CHƯƠNG XI: PHẦN TỬ ĐIỀU KHIÊØN
11.1. Van Phân Phối (Van Đảo Chiều) - Hình 11.1
Hình 11.1: Các loại van phân phối
11.1.1. Van phân phối 2 cửa, 2 vị trí (Van 2/2)
11.1.2. Van phân phối 3 cửa, 2 vị trí (Van 3/2)
11.1.3. Van phân phối 4 cửa, 2 vị trí (Van 4/2)
11.2. Các Phương Pháp Điều Khiển Van Đảo Chiều11.2.1. Địn bẩy (cần gạt) 11.2.1. Địn bẩy (cần gạt) 11.2.2. Cơ khí 11.2.3. Nút nhấn 11.2.4. Bàn đạp 11.2.5. Áp suất dầu
11.2.6. Nam châm điện (solenoid)
11.2.7. Lị xo
11.3. Các Van Đảo Chiều Thơng Dụng
11.3.1. Van 3/2, tác động băịng nút nhấn (hình 11.2)
11.3.2. Van 3/2, tác động băịng khí (hình 11.3)
Hình 11.3: Van 3/2
11.3.3. Van 3/2, tác động băịng con lăn (hình 11.4)
11.3.4. Van 4/2, tác động băịng nút nhấn (hình 11.5)
Hình 11.5: Van 4/2
11.3.5. Van 4/3, tác động băịng cần gạt (hình 11.6)
11.3.6. Van 5/2, tác động hổn hợp băịng khí hoặc băịng nút nhấn
CHƯƠNG XII: CƠ CẤU TÁC ĐỘNG 12.1. Xy Lanh 12.1.1. Các loại xy lanh a. Xy lanh tác dụng đơn b. Xy lanh tác dụng kép (hình 12.1) Hình 12.1: Xy lanh khí nén tác động kép cĩ giảm chấn
Hình 12.2: Xy lanh khí nén tác động kép khơng cĩ giảm chấn
d. Xy lanh quay
e. Xy lanh cĩ giảm chấn điều chỉnh được (hình 12.2)
Hình 12.3: Kết cấu xy lanh giảm chấn
12.1.2. Các phương pháp cố định xy lanh (xem mục 3.5)
12.1.3. Tính tốn xy lanh
Tải trọng mà cơ cấu dẫn động khí nén phải dịch chuyển cĩ thể được chia ra thành: lực nâng, lực ma sát của tải trọng và lực để gia tốc khối lượng vật nặng (lực quán tính). Lực nâng: Fl= m.g.sin(θ) Lực ma sát: Ff=µ.m.g.cos(θ) Lực quán tính: Fm= m.v2/2s m: khối lượng vật nặng [kg] g: gia tốc trọng trường [g=9,81 m/s2]
θ: gĩc nghiêng mà khối lượng vật nặng di chuyển
µ: hệ số ma sát
v: vận tốc vật nặng [m/s]
s: quãng đường gia tốc [m]
Lực tổng cộng: FT=Fl+Ff+Fm
Do ma sát bên trong xy lanh và sự đàn hồi của khơng khí nên hiệu suất của xy lanh sẽ nhỏ hơn 100%. Thơng thường lực đẩy thực tế của xy lanh thay đổi trong khoảng (0,6 ÷ 0,88)× lực đẩy hiệu dụng của xy lanh.
Đối với xy lanh thơng thường thì lực đẩy hiệu dụng tính như sau: P . 4 ) 2 d 2 π.(D R F P . 4 2 π.D E F − = =
12.1.4. Tính tốn và kiểm tra bền cần piston (xem mục 3.6)
12.1.5. Đoơ dài hành trình
Độ dài hành trình của một cylinder khí nén thường khơng vượt quá 2000mm. Khi hành trình quá dài, đường kính cylinder quá lớn thì việc ứng dụng khí nén là khơng kinh tế. Khi hành trình vượt quá một giá trị giới hạn nhất định, độ mỏi cơ học của trục piston và của bạc sẽ giảm quá độ. Để tránh tất cả những nguy cơ của sự uốn dọc, người ta tăng đường kính của cần piston lên khi hành trình dài.
12.1.6. Tôc đoơ piston
Tốc độ piston của một cylinder khí nén là một hàm của sức cản, áp suất khí, độ dài của mạng lưới phân phối, tiết diện trong của các cơ cấu phân phối điều khiển và các thiết bị làm việc, lưu lượng của các bộ phân phối điều khiển. Thêm vào đĩ, tốc độ cịn bị ảnh hưởng bởi sự giảm chấn ở cuối hành trình.
Đối với các loại cylinder, tốc độ trung bình của piston thay đổi trong khoảng từ 0,1 - 1,5 m/s. Với các cylinder đặc biệt, tốc độ piston cĩ thể đạt tới 10 m/s. Tốc độ của piston cĩ thể điều chỉnh được nhờ vào các loại van đặc biệt như van một chiều cĩ tiết lưu hay van thốt khí nhanh.
12.1.7. Sự tieđu thú khođng khí
Với áp suất cung cấp xác định, đường kính piston và một hành trình cho trước, sự tiêu thụ khơng khí cĩ thể được tính như sau:
Tỉ số nén * Tiết diện bề mặt làm việc của piston * Hành trình 101,3 (kPa) 3 , 101 Pe1
Pe2 Ápsuất cungcấp nén
số
Tỉ = = +
• Đối với cylinder tác động đơn:
II. .Tỉsố nén 4 2•π • • =S n d Q ( l/phút )
• Đối với cylinder tác động kép.
nén số Tỉ • + − • • = 4 4 2 2 2 d D D n S Q π ( l/Phút ) Q_ Lượng khí nén tiêu thụ (l/phút)
S _ Chiều dài hành trình (cm)
n _ Số hành trình kép trong một phút
• Cơng thức xác định lượng khí tiêu thụ.
• Đối với cylinder tác động đơn.
Q= S.n.q (1/ph)
q: lượng khí tiêu thụ 1 cm hành trình (tra bảng)
• Đối với cylinder tác động kép.
Q= 2.S.n.q (1/ph) Ví dụ:
Hãy tính lượng khí tiêu thụ cho một cylinder tác động kép cĩ đường kính cylinder là 50 mm, đường kính cần piston là 12 mm và chiều dài hành trình là 100 mm. Cylinder tác động kép thực hiện 10 hành trình trong một phút, áp suất cung cấp là 600 kPa.
Giải Xác định tỉ số nén: 6,9 101,3 600 101,3 kPa 101,3 (kPa) cấp cung suất Áp kPa 101,3• + = + = Lượng khí tiêu thụ: ph l ph cm cm cm cm ph cm Q 6,9 26.302,8 3 1 26,6 / 4 2 44 , 1 2 25 4 2 25 1 10 10 • = • − = − + • − • = π
12.2. Động Cơ Khí Nén
12.2.1. Động cơ cánh gạt
Hình 12.4: Động cơ cánh gạt hai chiều
12.2.2. Động cơ bánh răng
12.2.3. Động cơ roots
12.2.4. Động cơ tuabin
12.2.5. Động cơ piston hướng trục
12.3. Van Chân Khơng
Van chân khơng là cơ cấu cĩ nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực hút chân khơng (trong các dây chuyền lắp ráp...).
Chân khơng được tạo ra bằng bơm chân khơng hay bằng nguyên lý ống Ventury. Khí nén với áp suất P trong khoảng 1,5 bar ÷ 10 bar sẽ qua ống Ventury và theo cửa R thốt ra ngồi. Tại phần cuối của ống Ventury chân khơng sẽ được tạo thành. Như vậy cửa nối U sẽ tạo ra chân khơng. Cửa U nối với đĩa hút là những đĩa dạng trịn làm bằng vật liệu tổng hợp hoặc bằng cao su. Áp suất chân khơng tại cửa U cĩ thể đạt đến 0,7 bar và phụ thuộc vào áp suất P của dịng khí nén.
Hình 12.5: Van chân khơng
Lực hút chân khơng thơng thường đạt đến 200N, phụ thuộc vào đường kính D của đĩa hút và áp suất chân khơng được tạo ra tại cửa U:
∆P = Pa - Pu
Trong đĩ: F lực hút chân khơng [N]
D đường kính đĩa hút [m]
Pa áp suất khơng khí ở điều kiện tiêu chuẩn [N/m2] Pu áp suất chân khơng tại cửa U [N/m2]
Trong thực tế lực hút chân khơng F phụ thuộc vào các yếu tố sau:
• Chất lượng bề mặt chi tiết hút
• Sự biến dạng và trọng lượng chi tiết hút
• Ảnh hưởng của lực tác dụng nằm ngang
Ρ = .Δ 4 π.D F 2
CHƯƠNG XIII: CÁC MẠCH KHÍ NÉN CƠ BẢN
13.1. Các KýHiệu Dùng Trong Sơ Đồ Mạch
13.1.1. Biểu diễn các đường dẫn băịng ký tự:
v A, B, C Đường cơng tác
v P Đường cung cấp khí
v R, S, T Đường thốt
v X, Y, Z Đường điều khiển
13.1.2. Biểu diễn băịng số:
v 1 Đường cung cấp khí
v 2, 4, 6 Đường cơng tác
v 3, 5, 7 Đường thốt
v 16, 14, 12 Đường điều khiển
13.2. Nguyên Tắc Trình Bày Sơ Đồ Mạch
v Mạch điều khiển: gồm nhiều thành phần khác nhau.
Ø Nguồn: : thiết bị phục vụ và ống dẫn khí.
Ø Cảm biến : đưa tín hiệu đến bộ phận xử lý.
Ø Bộ phận xử lý : đưa tín hiệu đến bộ phận điều khiển.
Ø Thiết bị điều khiển : điều khiển các dịng tín hiệu khí nén đến cơ cấu chấp hành.
Ø Trong mạch điều khiển khi trình bày bằng sơ đồ, các cylinder thường được đánh số theo qui định sau.
• Số chẵn cho vị trí co của cylinder (1.2, 1.4, 1.6,...)
• Số lẻ cho vị trí giãn nở của cylinder ( 1.3, 1.5,...)
• Nếu cylinder là cơ cấu chấp hành duy nhất trong mạch thì được ký hiệu 1.0