Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2.4 Cơ cấu xy lanh-khí nén
Nguồn cung cấp khí nén
Khí nén được tạo ra từ máy nén khí. Một động cơ điện lai máy nén, nén khí vào bình chứa.
Một máy nén khí điển hình bao gồm 12 bộ phận như sau:
1. Bình chứa 7. Van an toàn
2. Van xả 8. Đồng hồ đo
3. Van tay 9. Rơ-le điều khiển
4. Bộ lọc 10. Động cơ điện
5. Bộ điều chỉnh áp suất và đồng hồ đo 11. Máy nén khí
6. Ống góp 12. Phin lọc
Hình 2.32 Các thành phần cấu tạo của máy nén khí điển hình Van khí nén Van khí nén
Ngày nay, khí nén và hệ thống khí nén đã và đang mang lại sự thay đổi mạnh mẽ của ngành sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp không chỉ của nước ta và nhiều nước trên thế giới.
Trong hệ thống ấy, chúng ta khơng thể bỏ qua van khí nén thiết bị cơ cấu, có sức ảnh hưởng lớn. Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của khách, các hãng kỹ thuật cung cấp nhiều loại van: van điều khiển bằng cơ, van điện từ, van điều khiển bằng khí. Van có nhiều kiểu dáng cũng như kích thước khác nhau nhưng tất cả đều thực hiện một chức năng đó là đóng mở cửa van cung cấp khí nén để phục vụ yêu cầu vận hành của các thiết bị: xy lanh, bộ lọc, điều áp hay bình dầu…
Chức năng của van khí nén
- Điều khiển hướng - Điều khiển dịng chảy
- Van khí có điều chỉnh bằng vít hoặc núm vặn
- Van khí cho chảy tự do theo 1 hướng nhất định và hạn chế việc chảy ngược lại.
Phân loại
Van khí nén điện từ hay cịn gọi là van đảo chiều khí nén được chia thành các loại như sau: van khí nén 5/2, van khí nén 3/2, van khí nén 5/3, van khí nén 4/2… dựa trên số cửa và số vị trí truyền động ở thân van.
- Van khí nén 2/2:
+ Hay còn gọi là van phân phối hai cổng. Van được lắp và dùng cho những hệ thống khí nén đơn giản.
+ Van khí nén 2/2 có cấu tạo: 1 thân và 1 coil điện. Thân của van 2/2 sẽ được thiết kế có 2 vị trí và 2 cửa khí: 1 cửa khí vào và 1 cửa khí ra.
+ Nguyên lý hoạt động: Ban đầu, cửa van sẽ ở trạng thái bị chặn đóng và dịng khí nén khơng đi qua van. Khi có điện năng cấp vào van, từ trường được sinh ra sẽ tạo lực để tác động lên van, khí nén đi vào cửa 1 và thoát ra ở cửa 2. Khi ngắt điện, mọi hoạt động của van sẽ trở về trạng thái ban đầu một cách nhanh chóng.
- Van khí nén 3/2
+ Van điện từ khí nén 3/2 hay cịn gọi là solenoid vale 3/2.
+ Cấu tạo của van 3/2 tương đối giống 2/2 khi có thân van và coil điện. Thân van sẽ có 2 vị trí truyền động và 3 cửa: cửa cấp khí nén vào, cửa khí nén làm việc, cửa xả khí nén.
+ Khi ở trạng thái bình thường, cửa khí 1 bị chặn đóng, cửa khí số 2 và số 3 thơng nhau. Khi dòng điện được đi vào van, coil điện sinh ra từ trường tạo lực để tác động đến thân van làm đảo chiều. Cửa khí 1 của van sẽ thơng với cửa số 2, cửa số 3 bị chặn lại và dịng khí đi qua cửa van số 1, lên cửa 2 và qua van. Khi ngắt điện, trong vòng 1- 2s, van sẽ trở về trạng thái ban đầu.
- Van khí nén 4/2
+ Van khá đơn giản với thân van và đầu điện. Thân van sẽ có 4 cửa khí và 2 vị trí. Các cửa đó là: 1 cửa khí vào, 2 cửa khí làm việc để kết nối cửa khí xy lanh, 1 cửa khí xả.
+ Khi chúng ta cung cấp điện cho van, lực được sinh ra từ trường sẽ tác động làm cửa khí vào số 1 mở, khí nén sẽ đi đến cửa làm việc số 1. Sau khi thực hiện nhiệm vụ thì về tại cửa làm việc số 2 và đi ra ngoài qua cửa xả.
Mọi hoạt động của van sẽ trở về ban đầu khi ngắt kết nối điện hoặc thôi tác dụng lực đối với van cơ 4/2.
- Van khí nén 5/2
+ Van điện từ khí nén 5/2 được phân chia thành 2 loại đó là: Van 5/2 một đầu điện, van 5/2 hai đầu điện. Dù là loại nào thì kết cấu van vẫn chỉ bao gồm: thân van, đầu điện và trục nối. Tuy nhiên ở thân van sẽ có 5 cửa khí: 1 cửa đưa khí vào, 2 cửa khí xả, 2 cửa khí làm việc kết nối với 2 cửa khí xy lanh và 2 vị trí truyền động.
+ Ở trạng thái bình thường có nghĩa khí nén khơng được đi qua van, các cửa 1 thông cửa số 2, cửa số 3 đóng, cửa 4 thơng với cửa số 5. Khi cấp nguồn điện 12V, 24V hoặc 110V, 220V thì lập tức cửa 1 thơng với cửa số 4, cửa số 2 thông với cửa số 3, cửa số 5 bị đóng, khí sẽ đi qua van đến xy lanh. Với loại van 5/2 một đầu điện, khi ta cấp điện thì van sẽ đảo chiều, ngưng cấp thì van sẽ về nguyên trạng thái ban đầu.
Với loại van điện từ khí nén 5/2 có hai đầu điện thì khi ta cấp điện ở 1 đầu, thì xy lanh sẽ đi ra. Nếu cấp điện ở đầu số 2, ty của xy lanh khí sẽ rút về nhanh chóng.
- Van khí nén 5/3
+ Tương tự như với van 5/2, van khí 5/3 có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ với thân và đầu điện. Tuy nhiên, van có 3 vị trí và 5 cửa: cửa khí vào, 2 cửa làm việc và 2 cửa xả. Van khí nén 5/3 được đánh giá là thiết bị phù hợp để điều khiển xy lanh đơn, xy lanh kép và các loại động cơ khí nén khác.
+ Ở trạng thái bình thường, tất cả các cửa van 5/3 đều đóng. Khi cung cấp điện thì cửa 1 thơng với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa xả 5 bị chặn. Để điều khiển van khí nén 5/3 vận hành tự động nhằm tiết kiệm thời gian và nhân công cũng như đảm bảo tuần suất làm việc cao, khách hàng có thể sử dụng timer hẹn giờ đóng ngắt điện hoặc các cảm biến xy lanh được lắp trên thân xy lanh. Với khả năng cung cấp lượng khí nén chính xác, kiểm sốt hướng đi của khí chặt chẽ, van khí nén được tin tưởng lắp đặt trong các hệ thống lị hơi, hệ dây chuyền đóng gói, máy in ấn, sản xuất nồi hơi, máy siết ốc, hệ thống điều hòa, hệ thống vệ sinh, máy nén khí…
Xylanh khí nén
Xylanh là phần tử quan trọng nhất trong hệ thống chuyển động thẳng. Van điều khiển xylanh biến năng lượng tích lũy được thành chuyển động tịnh tiến.
Về cơ bản có thể chia xylanh thành 2 loại: - Xylanh tác động đơn (Single acting cylinder) - Xylanh tác động kép (Double acting cylinder)
Xylanh tác động đơn: được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu lực nhỏ và khoảng dịch chuyển ngắn.
Hình 2.34 Hình ảnh và sơ đồ mơ phỏng cấu tạo xylanh tác động đơn
Xylanh tác động kép: Xy lanh tác động kép thực chất là xy lanh tác động đơn, trong đó lị xo hồi được thay thế bằng cửa vào của khí nén
Hình 2.35 Hình ảnh và sơ đồ mơ phỏng cấu tạo xylanh tác động kép
Ngồi ra, cịn có xy lanh tác động kép có vịng đệm, xylanh nối đơi, xy lanh có cần piston 2 phía, xy lanh moment, xy lanh xung động, xylanh nhiều vị trí và xy lanh khơng có cần piston. [18], [19] và [20]