I. Nguồn động lực của robot
5. Các thiết bị khí nén
5.1. Các thiết bị phân phối khí nén
a) Máy nén khí:
Nguồn cung cấp năng lợng khí nén cho hệ thống là máy nén khí. Trong thực tế thờng sử dụng các loại máy nén khí nh: máy nén khí dùng piston đảo chiều, máy nén khí dùng cánh gạt, máy nén dùng trục vít…
Máy nén khí dùng piston đảo chiều đã có từ thế kỷ 18 dùng để thông hơi trong các hầm mỏ, thờng bao gồm một hoặc vài piston tịnh tiến đảo chiều trong một xylanh. Các piston có thể là loại tác động đơn hoặc tác động kép. Tuy nhiên trong một vài trờng hợp, máy nén khí dùng piston đảo chiều dễ gây mất cân bằng nên cần có giá đỡ vững chắc. Loại máy nén có xylanh xếp theo hình chữ V có thể đạt đợc trạng thái cân bằng động tốt hơn do vậy hầu nh không cần giá đỡ.
Máy nén khí dùng cánh gạt có cấu tạo gồm các xylanh bố trí theo phơng h- ớng kính trên roto quay, mỗi xylanh mang một cánh gạt. Khi roto quay, lực ly tâm
53
làm các cánh gạt tiếp xúc với vòng trong vỏ máy nén không cho khí nén lọt qua. Các cánh gạt đợc sắp xếp sao cho khoảng không gian giữa hai cánh gạt tăng khi nạp khí, sau đó giảm dần và hẹp nhất khi khí nén đạt đợc áp suất cần thiết tại đầu ra máy nén.
Dầu đợc cung cấp để bôi trơn và làm kín khít cánh gạt trong suốt quá trình nén khí. Dầu cũng làm mát thiết bị và khí nén, tuy nhiên vì có dầu trong máy nén nên thể tích của buồng khí bị hẹp lại. Sản phẩm sau khi ra khỏi máy nén có lẫn nhiều dầu nên cần có bộ lọc để tách dầu khỏi khí nén. Dòng khí ra khỏi máy nén khí loại này ổn định và liên tục, không cần các thiết bị ổn định dòng khí ra. Máy nén khí dùng cánh gạt có độ cân bằng động rất tốt, do vậy không nhất thiết phải sử dụng bệ đỡ.
Hình 2-21: Sơ đồ nguyên lý máy nén khí dùng cánh gạt.
Trong máy nén khí trục vít, khí đợc hút vào khoảng trống giữa các trục vít khi trục vít quay. Dòng khí đợc luân chuyển liên tục nên rất ổn định, không gây ra xung. Dầu đợc sử dụng để bôi trơn, làm mát và đảm bảo độ kín khít trong máy nén. Cũng có thể sử dụng loại máy nén khí trục vít không cần dầu. Loại máy nén này sử dụng một bánh dẫn động, do vậy hai trục vít trong máy không cần bôi trơn, dòng khí ra khỏi máy nén không bị lẫn dầu. Máy nén loại này đợc sử dụng nhiều
54
trong công nghiệp. Máy nén khí trục vít có độ cân bằng động rất tốt, hầu nh không gây ra rung động khi làm việc.
b) Bình tích khí:
Bình tích khí làm nhiệm vụ lu trữ khí nén từ máy nén để sử dụng cho hệ thống. Bên cạnh đó, bình tích khí còn có tác dụng làm cho dòng khí hoạt động trong hệ thống ổn định, hạn chế các xung gây ra do quá trình nén khí trong máy nén. Cũng có thể kết hợp quá trình tách nớc và làm mát khí nén trong bình tích khí.
c) Bộ phân ly nớc:
Khí sau khi ra khỏi máy nén có chứa những giọt nớc nhỏ và thờng có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trờng. Khí nén trong điều kiện này thờng đã bão hoà hơi nớc và khi nhiệt độ giảm xuống sẽ gây ra hiện tợng nớc ngng đọng. Trong những thiết bị yêu cầu độ chính xác cao nh các thiết bị đo hay các thiết bị điều khiển chính xác thờng yêu cầu khí nén phải sạch và có độ ẩm thấp để không làm ảnh h- ởng đến độ chính xác của thiết bị cũng nh kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
Nớc có thể loại khỏi khí nén bằng cách cho đi qua một bình chứa các tác nhân có khả năng hút nớc. Các tác nhân hút nớc từ khí nén có thể là loại sử dụng một lần hoặc có thể làm khô để sử dụng lại. Ngoài ra, có thể loại bớt nớc trong khí nén bằng cách giảm nhiệt độ của khí nén xuống 1°C hoặc thấp hơn nữa, nớc lúc này sẽ tách khỏi khí nén và bị ngng đọng lại. Khí nén sau khi đợc loại nớc sẽ đợc đa tới bộ phận làm nóng bằng với nhiệt độ môi trờng, lúc này khí nén đã bị loại n- ớc và khô hơn. Tuy nhiên phơng pháp này có giá thành khá cao do vậy ít đợc áp dụng rộng rãi.
d) Bộ lọc:
Bộ lọc khí dùng để lọc các hạt chất lỏng nh dầu, nớc và các hạt bụi lẫn trong khí nén. Trong quá trình nén khí, nhiệt độ khí nén tăng, các tạp chất lẫn trong khí nén khi tiếp xúc với các đờng ống, các thiết bị điều khiển và dẫn động trong hệ thống sẽ oxi hoá các thiết bị này làm tuổi thọ của thiết bị giảm.
55
Thân bình Tấm
lọc
Khí nén đợc đa vào bình lọc, trong bình lọc có các cánh làm quay khí nén. Dới tác động của lực ly tâm, các hạt dầu, nớc và bụi bẩn bị văng ra ngoài thành bình lọc. Khí nén sau đó đợc đa qua một khối vật liệu xốp có thể làm bằng đồng thiêu kết, thép không gỉ hoặc xenlulo có tác dụng lọc các hạt tạp chất trong khí nén và chỉ cho khí cùng với những hạt rất nhỏ đi qua. Bộ lọc khí đợc phân loại dựa vào đờng kính hạt lớn nhất có thể lọt qua bộ lọc (thờng cỡ àm) và lợng khí đợc lọc trong 1 phút.
Khi sử dụng cho các dụng cụ đo, cho sơn phun, ổ khí nén … khí nén không đợc lẫn dầu. Muốn vậy, cần sử dụng các máy nén khí nh máy nén trục vít không dùng dầu bôi trơn hoặc lọc khí qua bộ lọc với 2 hoặc 3 lớp lọc dầu để đạt đợc độ sạch cần thiết.
e) Bộ điều áp:
Thông thờng áp suất khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí lớn hơn áp suất làm việc của hệ thống. Do vậy bộ điều áp đợc sử dụng để đa khí nén về áp suất thích hợp sao cho hệ thống hoạt động bình thờng. Nhờ đó lợng khí nén tiêu thụ đ- ợc giảm xuống, hệ thống sẽ hoạt động hiệu quả hơn.
56
Vít điều chỉnh Lò xo chỉnh áp Lỗ thoát khí Màng ngăn Van Lò xo Hình 2-23: Van điều áp
Độ mở của cửa van đợc điều chỉnh bằng lò xo thông qua một màng ngăn. Khi vặn vít điều chỉnh tịnh tiến xuống dới làm lò xo bị nén lại, lực đàn hồi của lò xo tăng, do vậy cần phải có áp lực lớn hơn tác dụng lên màng ngăn để mở cửa van, cũng tức là áp suất làm việc của hệ thống đã tăng.
áp suất khí nén ở đầu ra của van (áp suất làm việc của hệ thống) tác động lên mặt dới của màng ngăn chống lại lực đẩy của lò xo. Khi áp suất trên cửa ra của van đạt giá trị yêu cầu, áp lực khí tác dụng lên màng cân bằng với lực lò xo làm cửa van đóng lại. Nếu không có thay đổi áp suất từ trong hệ thống thì cửa van sẽ giữ nguyên trạng thái đóng. Nếu hệ thống làm việc, áp lực khí trên cửa ra của van giảm, lò xo đẩy thanh trợt xuống mở rộng cửa van tăng áp suất cho hệ thông tới khi đạt áp suất yêu cầu thì cửa van lại đóng lại.
Nếu áp suất trong hệ thống có chiều hớng tăng lớn hơn áp suất làm việc, lúc này áp lực tác động lên màng ngăn lớn hơn lực đẩy của lò xo sẽ đẩy màng ngăn lên trên, khí nén từ hệ thống sẽ thoát qua lỗ trên tâm màng ngăn đi qua lỗ thoát khí ra ngoài làm giảm áp suất của hệ thống, trong khi đó cửa van vẫn đóng không cho khí nén bổ sung vào hệ thống.
57
Loại van điều áp này chỉ thích hợp khi quá trình điều áp không cần chính xác, áp suất cần điều chỉnh phụ thuộc vào lu lợng khí nhất định đi qua van.
Các thông số chính xác của van điều áp cần đợc xác định cụ thể đối với từng hệ thống cụ thể. Đối với các quá trình điều khiển chính xác dùng khí nén nh trong đo đạc, cần có bộ điều áp với áp suất đợc điều chỉnh qua nhiều lần để đạt đ- ợc giá trị cần thiết và ổn định đợc giá trị đó.
f) ống dẫn khí:
Khi dòng khí chạy trong các ống dẫn sẽ có hiện tợng sụt giảm áp suất. Lợng tổn thất áp suất phụ thuộc vào đờng kính, chiều dài của ống và lợng khí vận chuyển qua ống. Hiện tợng sụt giảm áp suất sẽ gây ra lãng phí năng lợng, do vậy tổn thất áp suất trên đờng ống dẫn khí cần đợc giảm đến mức tối thiểu. Việc giảm tổn thất áp suất dựa trên những thông số đã biết là áp suất dòng khí và lu lợng chảy của dòng khí trong ống, từ đó có thể chọn đợc đờng kính ống thích hợp.
Đờng ống cũng cần đợc bố trí có độ nghiêng để trong trờng hợp xảy ra hiện tợng ngng đọng nớc trong đờng ống, nớc sẽ chảy ra ngoài mà không xâm nhập vào các thiết bị.
Máy nén khí cần đợc lắp ráp với hệ thống ống dẫn thông qua một thiết bị trung gian có khả năng đóng ngắt dòng khí nh van đóng ngắt để có thể tháo máy nén khỏi hệ thống khi cần bảo dỡng.