Cĩ tốc độ quay lớn nhất khoảng 5000 v/ph. Đối với kiểu động cơ này, cặp ngẫu lực quay phát sinh khi áp suất của khí nén tác động trên bề mặt của hai bánh răng ăn khớp nhau. Bánh răng dẫn đƣợc bắt chặt với trục động cơ. Động cơ bánh răng cho phép đạt cơng suất khá cao, tới 44 kW (60 hp).
Hình 3.15. Động cơ khí nén kiểu bánh răng.
Động cơ bánh răng răng thẳng: Mơ men quay đƣợc tạo ra bởi áp suất khí nén lên mặt bên răng, ống thải khí đƣợc thiết kế dài để cĩ nhiệm vụ giảm tiếng ồn.
Động cơ bánh răng răng nghiêng: Nguyên lí hoạt động nhƣ động cơ bánh răng thẳng, điểm chú ý là ổlăn phải chọn để khửđƣợc lực hƣớng trục và lực dọc trục.
44
3.2.2. Động cơ kiểu Piston
Khí nén dẫn động các cơ cấu trung gian của những Piston nhờ chuyển động qua lại của Piston. Cơ cấu trung gian là một thanh truyền và trục khuỷu. Cần cĩ nhiều xi lanh để đảm bảo một hành trình khơng thay đổi. Cơng suất của động cơ phụ thuộc vào áp suất cung cấp từ bên ngồi, phụ thuộc vào các bề mặt làm việc, các khoảng chạy và vận tốc của các Piston thơng thƣờng 1,5 đến 19kW (2 đến 25 hp).
Hình 3.16. Động cơ khí nén kiểu Piston.
3.2.3. Động cơ kiểu cánh gạt
Do cấu trúc và trọng lƣợng nhỏ gọn nên động cơ kiểu cánh gạt đƣợc dùng nhiều trong các thiết bị cầm tay
(hand tools).
Khơng khí nén đƣợc dẫn vào động cơ qua đƣờng vào, dƣới tác động của áp suất sẽ tác động lên các cánh làm cho roto quay. Khí nén sau khi sinh cơng đƣợc thải tại đƣờng ra.
Đểđộng cơ cĩ thể khởi động đƣợc, cánh gạt phải ép sát vào thành roto nên một số động cơ cĩ thiết kế thêm lị xo đẩy để cánh gạt tiếp xúc tốt với vách.
Tốc độ roto khoảng từ 3000 đến 8500 v/ph và cơng suất từ 0,1 đến 17 kW (0,14 đến 24 hp).
3.2.4. Động cơ turbine
Động cơ turbine hoạt động theo nguyên lý chuyển đổi động năng của dịng khí nén qua vịi phun thành năng lƣợng cơ học. Tốc độ của loại động cơ này rất cao, nhiều khi lên đến 500000 v/ph.
Tùy theo hƣớng của dịng khí đi vào động cơ mà đĩ đƣợc phân thành các loại: Động cơ hướng trục, dọc trục, tiếp tuyến ...
Hình 3.17. Động cơ cánh
ạ
45
NỘI DUNG THẢO LUẬN
1.Nội dung thảo luận 1 : Cấu tạo, kí hiệu và nguyên lý xi lanh tác động đơn, xi lanh tác động kép, xy lanh quay và xi lanh từ.
2.Nội dung thảo luận 2 : Cấu tạo, nguyên lý các động cơ kiểu piston, cánh gạt, bánh răng trong hệ thống khí nén và thủy lực
TĨM TẮT NỘI DUNG CỐT LÕI
Hiểu và nắm rõ các xi lanh tác động đơn, tác động kép, xi lanh quay, xi lanh kẹp
và các động cơ piston, động cơ cánh gạt, động cơ bánh răng trong hệ thống khí nén và thủy lực
CÂU HỎI ƠN TẬP, ỨNG DỤNG THỰC TẾ
1.Câu hỏi ơn tập chương 3
Câu 1. Trình bày cấu tạo, kí hiệu và nguyên lý xi lanh tác động đơn ? Câu 2. Trình bày cấu tạo, kí hiệu và nguyên lý xi lanh tác động kép? Câu 3. Trình bày cấu tạo, kí hiệu và nguyên lý xi lanh quay?
Câu 4. Trình bày cấu tạo, kí hiệu và nguyên lý xi lanh từ?
Câu 5. Trình bày cấu tạo và nguyên lý động cơ kiểu piston trong khí nén và thủy lực? Câu 6. Trình bày cấu tạo và nguyên lý động cơ kiểu cánh gạt trong khí nén và thủy lực?
2.Câu hỏi liên hệ thực tế : Tìm hiểu xi lanh tác động hai chiều và bơm dầu kiểu piston trong hệ thống máy đúc áp lực.
HƢỚNG DẪN TỰ HỌC Ở NHÀ
Tìm hiểu thêm về các loại xi lanh quay, xi lanh kẹp và ứng dụng các loại xi lanh này trong hệ thống máy khí nén thủy lực
46
CHƢƠNG 4
CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC
MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG
- Hiểu rõ các phần tử điều chỉnh trong hệ thống khí nén và thủy lực: van an tồn, van tràn, van điều chỉnh áp suất, rơ le áp suất...
- Hiểu và nắm rõ các phần tử điều khiển trong hệ thống khí nén và thủy lực: van một chiều, van đảo chiều.
4.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Trong hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực, ngồi cơ cấu biến đổi năng lƣợng, phần tử đƣa tín hiệu và xử lý tín hiệu ra, cịn cĩ nhiều cơ cấu điều khiển và điều chỉnh làm các nhiệm vụ khác nhau. Tùy thuộc vào nhiệm vụ của hệ thống mà các cơ cấu này chia ra làm 3 loại chủ yếu:
- Cơ cấu chỉnh áp.
- Cơ cấu chỉnh lƣu lƣợng. - Cơ cấu chỉnh hƣớng.
4.2. CÁC PHẦN TỬĐIỀU CHỈNH
Cơ cấu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, cĩ thể cố định hoặc tăng giảm trị số áp suất trong hệ thống truyền động khí nén và thủy lực. Cơ cấu chỉnh áp cĩ các loại phần tử sau:
4.2.1. Van an tồn
Hình 4.1 kí hiệu 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 lƣu chất sẽ thắng lực lị xo, và lƣu chất sẽ theo cửa T ra ngồi khơng khí nếu là khí nén, cịn là dầu thì sẽ chảy về lại thùng chứa dầu (hình 2.1)
a)Cấu tạo
b) Kí hiệu Hình 4.1. Cấu tạo và kí hiệu van an tồn
47
4.2.2. Van tràn
Nguyên tắc hoạt động của van tràn tƣơng tự nhƣ van an tồn. Chỉ khác ở chỗ khi áp suất cửa P đạt đến giá trị xác định, thì cửa P nối cửa A, nối với hệ thống điều khiển (hình 2.2)
Hình 4.2. Kí hiệu van tràn
4.2.3. Van điều chỉnh áp suất (van giảm áp)
Trong một hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực một bơm tạo năng lƣợng phải cung cấp năng lƣợng cho nhiều cơ cấu chấp hành cĩ áp suất khác nhau. Trong trƣờng hợp này ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trƣớc cơ cấu chấp hành để giảm áp suất đến một trị số cần thiết. a) Cấu tạo b) Kí hiệu Hình 4.3. Cấu tạo và kí hiệu van điều chỉnh áp suất 4.2.4. Rơ le áp suất
Rơ le áp suất thƣờng dùng trong hệ thống kí nén thủy lực của các máy tự động và bán tự động. Phần tử này đƣợc dùng nhƣ một cơ cấu phịng quá tải, tức là cĩ nhiệm vụ đĩng hoặc mở các cơng tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vƣợt quá giới hạn nhất định và đo đĩ làm ngƣng hoạt động của hệ thống. Vì đặc điểm đĩ nên phạm vi sử dụng của rơ le áp suất đƣợc dùng rất rộng rãi, nhất là trong phạm vi điều khiển.
Nguyên lý hoạt động, cấu tạo và kí hiệu của rơ le áp suất nhƣ hình 4.4
Trong điều khiển điện – khí nén rơ le áp suất cĩ thể coi là phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén –điện. Trong thủy lực nĩ là phần tử chuyển đổi tín hiệu dầu –điện.
48
a) Cấu tạo
b) Kí hiệu Hình 4.4. Cấu tạo và kí hiệu rơ le áp suất
4.2.5. Van tiết lƣu
Cơ cấu chỉnh lƣu lƣợng để xác định lƣợng lƣu chất chảy qua nĩ trong một đơn vị thời gian và nhƣ vậy sẽlàm thay đổi vận tốc dịch chuyển của cơ cấu chấp hành trong hệ thống lƣu chất làm việc với bơm tạo năng lƣợng với lƣu lƣợng cốđịnh.
Van tiết lƣu điều chỉnh lƣu lƣợng lƣu chất. Van tiết lƣu thƣờng đặt ở đƣờng ống vào hoặc đƣờng ống ra của cơ cấu chấp hành.
a. Van tiết lƣu cĩ tiết diện khơng thay đổi
Lƣu lƣợng dịng chảy qua khe hở của van cĩ tiết diện khơng thay đổi nhƣ hình 4.5
Hình 4.5. Kí hiệu van tiết lưu cĩ tiết diện khơng thay đổi
b. Van tiết lƣu cĩ tiết diện thay đổi
Van tiết lƣu cĩ tiết diện thay đổi điều chỉnh dịng lƣu lƣợng qua van hình 4.6. Nguyên lý hoạt động của van tiết lƣu đƣợc cả hai chiều, dịng lƣu chất đi từ A qua B và ngƣợc lại.
a) Cấu tạo b)Kí hiệu
49
4.2.6. Van tiết lƣu một chiều điều chỉnh bằng tay
Hình 4.7 nguyên lý và kí hiệu van tiết lƣu một chiều điều chỉnh bằng tay. Dịng lƣu chất sẽ đi từ A qua B cịn chiều ngƣợc lại thì van một chiều bị mở ra dƣới tác dụng của áp suất dịng lƣu chất, do đĩ chiều này khơng đảm bảo đƣợc tiết lƣu.
a) Cấu tạo b) Kí hiệu Hình 4.7.Cấu tạo và kí hiệu van tiết lưu 1 chiều
4.2.7. Van chân khơng
Van chân khơng cĩ nhiệm vụ tạo ra chân khơng cung cấp cho đĩa hút chân khơng để hút và giữa chi tiết.
Van chân khơng thƣờng dùng là loại tạo chân khơng bằng họng khuếch tán (theo nguyên lý dùng ống Ventury). Khi khơng khí đi qua tiết diện hẹp thì tại đĩ vận tốc của dịng khí tăng lên, tại tiết diện hẹp đĩ sẽ tạo ra độ chân khơng.
a)Hình ảnh thực tế van chân khơng
b) Kí hiệu Hình 4.8.Hình ảnh và kí hiệu van chân khơng
4.2.8. Van điều chỉnh thời gian (Delay)
Đây là tổ hợp của van điều khiển 3/2 bằng khí nén, van tiết lƣu một chiều và một bình chứa khí nhỏ. Thời gian cĩ tác dụng thơng thƣờng trong khoảng từ0 đến 30 giây.
50
a) Cấu tạo b) Kí hiệu
Hình 4.9.Cấu tạo và kí hiệu van thời gian thường đĩng
Nguyên lý hoạt động:
Nguồn khí nén cung cấp cho van qua cửa 1 (P). Dịng khí điều khiển qua cửa vào 12 (Z) đi qua van tiết lƣu một chiều, tùy theo sự điều chỉnh của vít tiết lƣu mà sẽ làm tăng thêm hay giảm bớt một lƣợng khí vào trong bình chứa nhỏ. Khi áp suất điều khiển trong bình chứa đạt đủ độ lớn cần thiết nĩ sẽ tác động đẩy con trƣợt đi xuống làm đĩng kín sự liên thơng từ2 (A) đến 3 (R). Lúc này bề mặt tựa của van đƣợc mở ra và khí nén cĩ thể đi từ 1 (P) sang 1 (A). Khoảng thời gian cần để thiết lập áp suất trong bình chứa cĩ tác dụng làm chậm trễ sựđiều khiển của van phân phối 3/2. Bộ làm trễ bắt đầu lại ở vị trí ban đầu khi cửa điều khiển 12 (Z) trở thành cửa thốt khí, khí nén sẽđƣợc thốt từ bình chứa một cách tự do qua van tiết lƣu một chiều và đƣờng thốt của van 3/2 lại cĩ tín hiệu. Lực lị xo sẽđẩy con trƣợt đi lên đĩng kín cửa 1 (P), nối 2 (A) với 3 (R).
a. Van thời gian thƣờng mở hình 4.10
a) Cấu tạo b) Kí hiệu Hình 4.9.Cấu tạo và kí hiệu van thời gian thường mở
Nguyên lý hoạt động:
Giống nhƣ trên, khí nén điều khiển đi vào cửa 1 vào bình chứa. Khi áp suất trong bình đạt đủ mức cần thiết, van 3/2 đƣợc chỉnh lƣu, đĩng kín đƣờng 1 sang 2 và nối
51 đƣờng làm việc 2 đƣợc thơng sang 3. Sự trễtƣơng ứng với thời gian thiết lập đủ áp suất trong bình. Khi cắt nguồn khí điều khiển tác động vào cửa 12, bộ làm trễ bắt đầu lại ở vịtrí ban đầu.
Ví dụ mạch điều khiển trễ theo thời gian hình 4.11
Hình 4.11. Mạch điều khiển trễ theo thời gian
4.3. CÁC PHẦN TỬĐIỀU KHIỂN
Cơ cấu điều khiển là loại cơ cấu dùng để đĩng, mở, nối liền hoặc ngăn cách các đƣờng dẫn dầu, khí về những bộ phận tƣơng ứng của hệ thống khí nén thủy lực. Cơ cấu điều khiển thƣờng dùng các loại sau:
4.3.1. Van một chiều
Van một chiều (hình 4.12) dùng để điều khiển dịng năng lƣợng đi theo một hƣớng, hƣớng cịn lại dịng năng lƣợng bị chặn lại. Trong hệ thống điều khiển khí nén thủy lực van một chiều thƣờng đặt ở nhiều vị trí khác nhau tùy thuộc vào những mục đích khác nhau.
a) Cấu tạo b) Kí hiệu Hình 4.12. Cấu tạo và kí hiệu van một chiều
4.3.2. Van đảo chiều
Van đảo chiều là cơ cấu chỉnh hƣớng cĩ nhiệm vụ điều khiển dịng năng lƣợng đi
qua van chủ yếu bằng cách đĩng, mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hƣớng của dịng năng lƣợng. Các thành phần van đảo chiều đƣợc mơ tả nhƣ hình 4.13
52 Van chỉnh hướng Tín hiệu tác động
Cửa năng lượng vào cơ cấu chấp hành
Cửa xả Nguồn năng lượng
Hình 4.13. Các thành phần van đảo chiều
a. Tín hiệu tác động van đảo chiều
Nếu kí hiệu lị xo nằm ngay phía bên phải của kí hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đĩ cĩ vị trí “khơng”, vị trí đĩ là ơ vuơng nằm bên phải của kí hiệu van đảo chiều và đƣợc kí hiệu là “0”. Điều đĩ cĩ nghĩa là chừng nào chƣa cĩ lực tác động vào pít tơng trƣợt trong lịng van, thì lị xo tác động vẫn giữ ở vị trí đĩ. Tác động vào làm thay đổi trực tiếp hay gián tiếp pít tơng trƣợt là các tín hiệu sau (hình 4.14)
Tác động bằng tay Nút nhấn Nút nhấn tổng quát Tay gạt Bàn đạp Tác động bằng cơ Đầu dị
Cữ chặn bằng con lăn tác động 2 chiều
Cữ chặn bằng con lăn tác động 1 chiều
53 Tác động bằng khí và dầu Trực tiếp bằng dịng khí – dầu vào Trực tiếp bằng dịng khí – dầu ra
Gián tiếp bằng dịng khí – dầu vào qua van phụ
Gián tiếp bằng dịng khí – dầu ra qua van phụ
Tác động bằng điện
Trực tiếp
Bằng nam châm điện và van phụ trợ
Hình 4.14. Tín hiệu tác động
b. Kí hiệu van đảo chiều
Van đảo chiều cĩ nhiều dạng khác nhau, nhƣng dựa vào đặc điểm chung là số cửa, số vị trí và số tín hiệu tác động để phân biệt chúng với nhau (hình 4.15)
- Số vị trí: là số chỗ định vị con trƣợt của van. Thơng thƣờng van đảo chiều cĩ 2 hoặc 3 vị trí, ở những trƣờng hợp đặc biệt thì cĩ nhiều hơn.
Thƣờng kí hiệu: bằng các chữ cái o, a, b... hoặc các con số 0, 1, 2...
- Số cửa (đƣờng): Là số lỗ để dẫn khí hoặc dầu vào hay ra. Số cửa van đảo chiều thƣờng dùng là 2, 3,4,5...đơi khi cĩ thể nhiều hơn
Thƣờng kí hiệu: Cửa nối với nguồn: P hoặc 1 Cửa nối làm việc: A, B, C hoặc 2, 4 Cửa xả lƣu chất: R, S, T hoặc 3, 5
- Số tín hiệu: Là tín hiệu kích thích con trƣợt chuyển từ vị trí này sang vị trí khác cĩ thể là 1 hoặc 2
Thƣờng kí hiệu: X, Y hoặc 12, 14
54 Một sốvan đảo chiều thơng dụng
Van cĩ tác động bằng cơ – lị xo lên nịng van và kí hiệu lị xo nằm ngay vị trí bên phải của kí hiệu van ta gọi đĩ là vị trí “khơng”. Tác động tín hiệu lên phía đối diện nịng van (ơ vuơng phía bên trái kí hiệu van) cĩ thể là tín hiệu bằng cơ, khí nén, dầu hay điện. Khi chƣa cĩ tín hiệu tác động lên phía bên trái nịng van thì lúc này tất cả các cửa nối của van đang ở vị trí ơ vuoobg nằm bên phải, trƣờng hợp cĩ giá trị đối với van đảo chiều hai vị trí. Đối với van 3 vị trí thì vịtrí “khơng” nằm ở ơ giữa.
- Van đảo chiều 2/2: Hình 4.16 là van 2/2 cĩ 2 cửa nối P và A, 2 vị trí 0 và 1. Vị trí 0 cửa P và cửa A bị chặn. Nếu cĩ tín hiệu tác động vào, thì vị trí 0 sẽ chuyển sang vị trí 1, nhƣ vậy cửa P và cửa A nối thơng với nhau. Nếu tín hiệu khơng cịn tác động nữa, thì van sẽ chuyển từ vị trí 1 về vị trí 0 ban đầu, vị tí “khơng” bằng lực nén lị xo.
a) Cấu tạo
b)Kí hiệu Hình 4.16.Cấu tạo và kí hiệu van 2/2
- Van đảo chiều 3/2: Hình 4.17 van 3/2 cĩ 3 cửa và 2 vị trí. Cửa P nối với nguồn