II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY BÀO VIA
2.2 Cỏc khỏi niệm chung về khớ nộn
Cỏc hệ thống truyền động về khớ nộn hiện nay được sử dụng rộng rói trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và cụng nghệ cũng như trong ngành chế
tạo mỏy núi riờng. Chỳng được sử dụng dưới dạng cỏc hệ thống truyền
động kẹp, giữ, vận chuyển, nõng hạ, cơ cấu tựđộng hoỏ .v.v.
Về tỏc động nhanh và khả năng làm việc với điều khiển từ xa, cỏc hệ thống truyền động khớ nộn khụng thể so với cỏc hệ thống điện - điện tử về mức độ tự động, hiệu suất làm việc và khả năng tỏc động nhanh, nhưng cú thể xếp chỳng trờn cỏc hệ thống thuỷ lực và cú thể hoàn toàn thoả món với đa số cỏc yờu cầu của nhiều hệ thống tự động hoỏ cụng ngiệp .
Tuy nhiờn cỏc hệ truyền động khớ nộn thường cú kớch thước lớn hơn so với cỏc hệ thống thuỷ lực cú cựng cụng suất, nhưng xột trờn phương diện kết cấu mỏy thỡ nú đơn giản hơn. Tớnh nộn được của khụng khớ khỏ lớn, ảnh hưởng đỏng kể tới chất lượng làm việc của hệ thống .Do tớnh tỏc động nhanh lờn cỏc cơ cấu nờn dễ sảy ra va đập ở đầu và cuối cỏc hành trỡnh .Việc điều khiển theo qui luật vận tốc cho trước và dừng ở
thống thuỷ lực. Khi làm việc cỏc hệ thống khớ nộn cũng gõy ồn hơn so với cỏc hệ thống thuỷ lực. Mặc dự cũn cú những hạn chế như vậy, cỏc hệ
truyền động khớ nộn cũng được sử dụng rất thành cụng trong rất nhiều cỏc trường hợp, khi mà cỏc nhược điểm trờn khụng phải là quyết định, hoặc được hạn chế từng phần hay toàn bộ .
Khuynh hướng sử dụng kết hợp cỏc hệ thống điện - điện tử và khớ nộn cho phộp mở rộng một cỏch đỏng kể lĩnh vực ứng dụng cỏc hệ
truyền động khớ nộn, đặc biệt trong lĩnh vực tự động hoỏ cỏc quỏ trỡnh sản xuất và cụng nghệ khỏc nhau.
Chớnh việc ứng dụng thành cụng và rộng rói cỏc hệ thống khớ nộn trong cỏc ngành kĩ thuật đó thỳc đẩy việc xõy dựng và phỏt triển mạnh mẽ cỏc phương phỏp khảo sỏt, nghiờn cứu và tớnh toỏn thiết kế cỏc hệ
thống này.
Hệ thống này được phõn loại thành cỏc phần cơ bản sau:
1.Tổng hợp cấu trỳc cỏc hệ thống truyền động khớ nộn. 2.Động học và động lực học hệ thống.
3.Phõn tớch cấu trỳc và tổng hợp hệ thống điều khiển.
Thụng thường việc tớnh túan thiết kế một hệ truyền động khớ nộn
được bắt đầu bằng việc chọn lựa sơ đồ nhằm đỏp ứng được cỏc yờu cầu làm việc đặt ra vớ dụ, điều kiện làm việc, trỡnh tự làm việc của cỏc cơ cấu chấp hành. Đõy chớnh là bài toỏn tổng hợp cấu trỳc hệ truyền động khớ nộn nhằm chọn lựa sơ đồ hợp lớ tối ưu.
Trờn cơ sở sơ đồ lựa chọn tiến hành xỏc định cỏc thụng số hỡnh học và kớch thước của cỏc cơ cấu khớ nộn nhưđường kớnh, chiều dài ống dẫn, kớch thước piston, xy lanh của cơ cấu chấp hành .v.v. sau đú tớnh toỏn cỏc thụng số động học, động lực học và cỏc tỏc động phanh của hệ
truyền động khớ nộn .
Sau khi đó cú cỏc kết quả khảo sỏt động học và động lực học hệ
giản hoỏ kết cấu và giải bài toỏn tổng hợp hệđiều khiển của hệ truyền
động khớ nộn, bởi vỡ mọi quỏ trỡnh làm việc của chỳng diễn ra đều gắn liền với quỏ trỡnh nạp hoặc xả khớ. Tuy nhiờn khụng phải lỳc nào cũng cú thể sử dụng chỳng để mụ tả quỏ trỡnh diễn ra trong cỏc hệ truyền động khớ nộn, bởi vỡ cỏc đại lượng nhiệt động học và động lực học đều biến thiờn theo thời gian. Ngoài ra khi nghiờn cứu sự làm việc của cỏc hệ
truyền động khớ nộn chuển động cũn đũi hỏi phải sử dụng cả cỏc kiến thức lớ thuyết về cơ học chất rắn .
Việc tổng hợp hệ thống truyền động khớ nộn và cỏc hệ thống điều khiển của chỳng được tiến hành dựa trờn cơ sở ứng dụng đại số logic. Cỏc chỉ tiờu được đặt ra để đơn giản hoỏ và tối ưu hoỏ cỏc sơ đồ hệ
thống truyền động và điều khiển được xỏc định cho từng trường hợp cụ
thể .
Cũng bởi cỏc lớ do trờn mà trong việc nghiờn cứu, khảo sỏt làm việc của hệ truyền động khớ nộn cỏc phương phỏp thực nghiờm khụng chỉ đúng vai trũ kiểm nghiệm mà cũn là một phần quan trọng bổ xung và gúp phần hoàn thiện lý thuyết “Truyền động – Tự động khớ nộn”. Điều này đặc biệt thể hiện rừ mỗi khi xuất hiện cỏc sơ đồ kỹ thuật và cụng nghệ mới, cỏc lĩnh vực sử dụng mới của cỏc hệ truyền động và tự động khớ nộn trong cụng nghiệp đang diễn ra khụng ngừng.
Đặc điểm của khụng khớ nộn như là một chất lỏng cụng tỏc. Trong hệ thống khớ nộn chất lỏng cụng tỏc là khụng khớ dược nộn dưới một ỏp suất nhất định. Khi tớnh toỏn cỏc hệ thống khớ nộn kỹ thuật, cỏc đại lượng thường được quan tõm nhất là ỏp suất P, khối lượng riờng ρ, nhiệt độ t và độ nhớt.
Khỏi niệm về hệ số nhớt động học của khụng khớ cũng tương tự
như khỏi niệm về hệ số nhớt động học của khụng khớ núi chung, hệ số
nhớt động học của khụng khớ phụ thuộc vào nhiệt độ và tăng khụng nhiều khi tăng nhiệt độ.
Vớ dụ : λ ở -16o C = 1,67.10-7N.S/m2 λ ở 20o C =1,8.10-7N.S/m2 λ ở 65o C = 2.10-7 N.S/m2
Trong đa số cỏc tớnh toỏn, khụng khớ thường được coi là chất khớ lớ tưởng. Trong trường hợp đú quan hệ giữa ỏp suất P, nhiệt độ t, khối lượng riờng ρ được biểu diễn bằng phương trỡnh trạng thỏi sau.
P.V=R.T v = m V ;f = V m V, m: Thể tớch khối khớ và khối lượng của nú ρ: Khối lượng riờng của khụng khớ ρ=1,22kg/m3 v: Thể tớch riờng p: ỏp suất tuyệt đối của khụng khớ đơn vị N/m2 hoặc Pa T: Nhiệt độ tuyệt đối của khụng khớ oK R: Hằng số khớ (R= 288J/kgoK)
Như vậy với mỗi trạng thỏi khớ cỏc thụng số của nú đều tuõn theo phương trỡnh trạng thỏi. Tuy nhiờn khớ cú thể chuyển từ trạng thỏi này sang trạng thỏi khỏc, cú thể bị nộn, gión nở, núng lờn, nguội đi. Sự thay
đổi tuần tự cỏc thụng số khớ khi nú chuyển từ trạng thỏi này sang trạng thỏi khỏc được gọi là quỏ trỡnh nhiệt động. Để mụ tả quỏ trỡnh nhiệt động của khớ nộn - ngoài phương trỡnh trạng thỏi cũn cần đến cỏc phương trỡnh
đặc tả sự thay đổi của cỏc tham số khớ trong toàn bộ quỏ trỡnh.
Quỏ trỡnh nhiệt động bất kỡ được đặc trưng bởi đại lượng nhiệt dung của khớ, nhiệt dung của một khối khớ là lượng nhiệt năng chứa trong khối khớ đú. Núi chung đối với một quỏ trỡnh nhiệt động cụ thể được xột, nhiệt dung là một đại lượng thay đổi, giỏ trị của nú cũn phụ
thuộc vào nhiệt độ. Trong đa số cỏc quỏ trỡnh tớnh toỏn, đối với cỏc quỏ trỡnh nhiệt động cú khoảng nhiệt độ thay đổi khụng lớn, người ta cú thể
coi nhiệt dung là đại lượng khụng đổi, tớnh tương ứng với nhiệt độ trung bỡnh sai số cú thể sẽ khụng quỏ 1ữ2%.
Trong cỏc tớnh toỏn cũng thường sử dụng khỏi niệm nhiệt dung khối lượng riờng hoặc nhiệt dung trọng lượng riờng với đơn vị tương ứng là J/Kg.oK.
Nhiệt dung riờng là lượng nhiệt cần phải cấp cho 1kg khớ để làm thay đổi nhiệt độ của khối khớ đú 1oC trong một quỏ ntrỡnh nhiệt động xỏc định :
C
dt dq
C: nhiệt rung riờng
dq: Lượng nhiệt cần cấp cho khối khớ để làm nhiệt độ của nú thay
đổi một lượng là dt.
Tớnh chất vật lớ của khớ nộn được thể hiện ở đõy dưới dạng ỏp suất khớ tỏc động lờn bề mặt của cỏc phần tử cơ học động như piston, con trượt, mỏng .v.v. Như vậy trong kết cấu của mỡnh, cỏc thiết bị khớ nộn cú thể cú cỏc phần động, dịch chuyển trong quỏ trỡnh làm việc, nhưng cũng cú thể hoàn toàn khụng cú phần động .
Tập hợp toàn bộ cỏc phần tử của thiết bị khớ nộn được liờn hệ và tỏc động qua lại với nhau theo một sơ đồ nhất định nhằm đảm bảo một quy luật chuyển động định trước của bộ phận cụng tỏc được gọi là hệ
truyền động khớ nộn.
Cỏc thiết bị khớ nộn được phõn loại theo chức năng thành cỏc nhúm chớnh sau: Cơ cấu chấp hành khớ nộn: Được sử dụng để biến đổi trực tiếp năng lượng của khớ nộn thành động năng chuyển động liờn tục của bộ phận cụng tỏc ,thực hiện một cụng đoạn cụng nghệ cho trước . Thiết bị phõn phối khớ nộn:
Được dựng để thay đổi hướng đi của dũng khớ từ nguồn tới cỏc khoang làm việc của cơ cấu chấp hành và từđú xả ra ngoài khớ quyển .
Thiết bịđiều khiển
Được dựng để tạo lập và bảo đảm trỡnh tự làm việc của cỏc bộ
phận cụng tỏc tương ứng với cỏc quy luật chuyển động tương ứng của chỳng . 1,2, ... n Cỏc cơ cấu chấp hành khớ nộn ( dưới dạng cỏc xi lanh) V1,V2,...Vn Cỏc thiết bị (van) phõn phối khớ nộn . K1,K2,...Kn Cỏc thiết bị điều khiển (cỏc cụng tỏc hành trtỡnh khớ nộn) - Hệđiều khiển (HĐK) cú thể bằng điện hoặc khớ nộn -f1,f2, ...fn cỏc tớn hiệu điều khiển
Ngoài cỏc thành phần chớnh trờn đõy, để cho chuyển động chớnh thực hiện được cũn cú một loạt cỏc thiết bị khớ nộn phụ khỏc bao gồm:
-Thiết bị nguồn -Đường ống dẫn
-Thiết bịđo (ỏp kế, lưu lượng kế, nhiệt kế) -Cỏc thiết bịđường ống khỏc
-Cỏc loại van an toàn .v.v.
Sơ đồ nguyờn lớ khớ nộn của hệ truyền động khớ nộn cú 2 cơ cấu chấp hành kiểu xy lanh –piston.
Cấu tạo của hệ truyền động gồm xylanh khớ nộn tỏc động hai phớa, một van phan phối (4/2), cỏc cụng tắc hành trỡnh K1 ,K2 và cụng tắc khởi
động (KĐ).