3.1 Xi-lanh tác động một phía
Xi-lanh tác động một phía được cung cấp khí nén bởi một phía duy nhất. Như vậy nĩ chỉ cĩ thể cho hành trình làm việc ở một chiều duy nhất. Hành trình ngược lại của pit-tơng được thực hiện bởi lị xo hoặc lực ngồi. Cho nên khí nén chỉ cần thiết cho việc di chuyển ở một chiều duy nhất. Sự xác định kích thước lị xo tùy thuộc kiểu cĩ thể đưa pit-tơng đi (hay về) vị trí khởi động một cách nhanh chĩng.
Trong xi-lanh tác động một phía phản hồi bằng lị xo, hành trình là một hàm theo độ dài của lị xo. Thường xi-lanh tác động một phía hành trình khơng vượt q 100 mm.
Như thế chỉ sử dụng chúng giới hạn trong các cơng việc đơn giản như: siết chặt, đẩy ra, nâng lên, lắp vào của các chi tiết, cấp chuyển động…
Xi-lanh kiểu pit-tơng
- Độ kín được bảo đảm bởi vật liệu nhựa dẻo hoặc vật liệu mềm được lắp vào trong pit- tơng bằng kim loại. Chuyển động ở mép pit-tơng là chuyển động trượt kín trong bề mặt hình trụ của xi-lanh.
- Điều thứ hai cần trình bày đĩ là, loại xi-lanh cĩ lị xo thực hiện hành trình làm việc, cịn khí nén được cung cấp để thực hiện hành trình ngược. Thường trong trường hợp này, người ta sử dụng năng lượng khí nén để dùng hãm (sự hãm trong các xe tải, xe hơi, toa xe và nĩ bảo đảm một cách chắc chắn).
Xi-lanh kiểu màng
Hình 3.8 Xi-lanh kiểu pit-tơng
a. Cấu tạo ngồi; b. Cấu tạo trong. a.
b.
Hình 3.9 Xi-lanh kiểu màng
a. Cấu tạo ngồi; b. Cấu tạo trong. a.
- Một màng cĩ thể là cao su, nhựa dẻo hoặc cũng cĩ thể là kim loại đảm nhận vai trị của pit-tơng. Cần của pit-tơng được cố định ở trung tâm của màng, khơng cĩ đệm che kín. Hành trình về của nĩ được thực hiện do sự phục hồi của vật liệu.
Xi-lanh kiểu màng cuốn
- Xi-lanh kiểu màng cuốn nĩ cĩ dạng kiểu màng, trong đĩ màng cĩ dạng như chiếc vớ, nĩ làm việc theo một nguyên tắc tương tự.
- Ở đây, người ta vẫn sử dụng một cái màng, dưới tác dụng đẩy tới của khí nén, màng này sẽ được đẩy theo hướng vào bên trong của xi-lanh và đẩy cần pit-tơng theo chiều ra ngồi.
3.2 Xi-lanh tác động hai phía
Trong trường hợp này lực tác dụng bởi khí nén kích thích lên pit-tơng một chuyển động về một phía. Một lực tác động tương tự làm di chuyển một hành trình ngược.
Xi-lanh tác động hai phía được sử dụng trong trường hợp địi hỏi cần thực hiện hai chiều cĩ điều kiện. Độ kín giữa xi-lanh và pit-tơng được bảo đảm bởi các đệm ở mép của pit- tơng hoặc của màng.
Xi-lanh cĩ giảm chấn ở cuối hành trình
- Ở đây, khối dẫn hướng đĩng vai trị quan trọng trong việc giảm chấn. Để tránh sự va đập và dẫn tới những hư hỏng của các trang thiết bị trong xi-lanh, người ta đã làm một hệ thống giảm chấn điều chỉnh được ở cuối hành trình của xi-lanh. Hệ thống này thường được thiết lập vì pit-tơng cần được giảm chấn một cách đáng kể ở cuối hành trình. Nĩ cĩ một đường thốt khí với tiết diện nhỏ cĩ thể điều chỉnh tạo nên hiệu ứng giảm chấn.
- Khí được tích trữ trong phần cuối buồng chứa của xi-lanh sau mỗi lần nén. Lúc bấy giờ, áp suất dư phát sinh thốt qua van tiết lưu và hiệu ứng giảm chấn bắt đầu (do chảy qua
Hình 3.10 Xi-lanh kiểu máng cuốn
Hình 3.11 Xi-lanh tác động hai phía cĩ giảm chấn ở cuối hành trình
a. Cấu tạo ngồi; b. Cấu tạo trong. a.
tiết diện nhỏ). Sự nén khí qua đường này bổ sung thêm cho việc hấp thụ một phần năng lượng, pit-tơng hãm chuyển động và đi tới chậm dần cho đến vị trí cuối của hành trình. Ở lần đảo chiều chuyển động của sự di chuyển pit-tơng, khí đi vào một cách tự do trong buồng xi- lanh và đi ngang qua van một chiều.
Các kiểu giảm chấn khác
- Giảm chấn khơng điều chỉnh được ở hai phía - Giảm chấn khơng điều chỉnh được ở một phía - Giảm chấn điều chỉnh được ở một phía
3.3 Cấu tạo – tính tốn một xi-lanh 3.3.1 Cấu tạo 3.3.1 Cấu tạo
Một xi-lanh kiểu pit-tơng được cấu thành bởi: một thân, một đáy và một nắp phía cần, một pit-tơng cùng với đệm của nĩ (đệm kiểu địn tay kép), một cần pit-tơng, một bạc, một đệm chắn và một số chi tiết nối cùng với các vịng đệm.
Thân xi-lanh (1) cĩ cấu tạo chung là một ống thép kéo khơng hàn. Để tăng tuổi thọ của
các miếng đệm, bề mặt trượt của thân thường được mài siêu tinh. Trong một số trường hợp, thân được làm bằng nhơm, đồng thanh hoặc ống thép, lúc bấy giờ, bề mặt trượt được mạ crơm. Các kiểu này được sử dụng trong thực tế để bảo vệ xi-lanh khơng bị mài mịn ở giữa. Tuy nhiên xi-lanh cũng khơng nên làm việc liên tục.
Đáy (2) và nắp phía cần (3) được đúc. Đáy và nắp được liên kết với thân bằng thanh
giằng, vít hoặc bích.
Cần pit-tơng (4) được ưu tiên chế tạo bằng thép đã gia cơng nhiệt. Để ngăn ngừa sự rỉ,
thép chế tạo cần pit-tơng cĩ chứa vài phần trăm crơm. Để bị đánh gãy, phần cắt ren thường được chế tạo bằng phương pháp lăn ren. Với giải pháp trên, cần pit-tơng cĩ thể nhiệt luyện. Bằng cách chạy rà người ta đồng nhất hồn tồn các bề mặt, bề mặt của cần pit-tơng giảm bớt 1µm. Khi làm việc tiếp xúc với nước thì cần pit-tơng phải được mạ hoặc tơi.
Để bảo đảm độ kín ở cần pit-tơng, nắp phía cần phải được trang bị một đệm cĩ mép kín (5). Sự dẫn hướng của cần pit-tơng được bảo đảm bằng bạc (6), bạc này cĩ thể làm bằng đồng thanh, thủy tinh hoặc kim loại được phủ một lớp vật liệu tổng hợp.
Đệm kiểu địn tay kép chắc chắn, bảo đảm độ kín của thân. Vật liệu thường dùng: - Perbunan khi xi-lanh làm việc ở nhiệt độ (-20 ÷ 800C)
- Viton khi xi-lanh làm việc ở nhiệt độ (-20 ÷ 1900C) - Teflon khi xi-lanh làm việc ở nhiệt độ (-80 ÷ 2000C)
Để bảo đảm độ kín tĩnh, người ta sử dụng đệm profin và đệm hình xuyến. Đệm profin bảo đảm độ chính xác và các loại đệm này sử dụng động lực để thực hiện bơi trơn.
3.3.2 Tính tốn Lực đẩy Lực đẩy
Lực đẩy sinh ra khi xi-lanh hoạt động phụ thuộc vào nguồn áp suất, đường kính xi-lanh và ma sát của các đệm.
Lực đẩy lý thuyết được xác định theo cơng thức sau: Fth = A. p. trong đĩ: Fth – lực đẩy lý thuyết (N)
A – bề mặt làm việc của pit-tơng (cm2)
p – áp suất cung cấp (kPa, 105 N/m2, bar/14,5 psi) – hiệu suất
Trong thực tế cĩ những sai số thường thấy so với những lực đẩy thật. Để xác định lực đẩy thật cần tính đến những sai số nhận được do lực cản ma sát. Trong những điều kiện làm việc bình thường (vùng áp suất 400 ÷ 800 kPa/ 4 ÷ 8 bar) người ta cĩ thể giả định lực ma sát khoảng bằng 3 ÷ 20% lực lý thuyết.
Lực đẩy thực tế được tính như sau:
- Xi-lanh tác động đơn: Fn = A. p - (FR + FF) - Xi-lanh tác động kép:
+ Ở hành trình thuận: Fn = A. p – FR + Ở hành trình nghịch: Fn = A’. p – FR trong đĩ: Fn – lực đẩy thực tế (N)
A – bề mặt làm việc của pit-tơng (cm2) 2 D A 4
A’ – bề mặt làm việc của pit-tơng, phía cần pit-tơng (cm2) 2 2 (D d ) A ' 4
p – áp suất cung cấp (kPa, 105 N/m2, bar/14,5 psi) FR – lực ma sát, bằng 3 ÷ 20% Fth (N)
FF – lực phản hồi của lị xo (N) D – đường kính của xi-lanh (cm) d – đường kính của cần pit-tơng (cm)
Độ dài của hành trình
Độ dài hành trình của một xi-lanh khí nén thường khơng vượt quá 2000 mm. Khi hành trình quá dài, đường kính xi-lanh q 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 pit-tơng và của bạc sẽ giảm. Để tránh tất cả những nguy cơ uốn dọc, người ta tăng đường kính của cần pit-tơng lên khi hành trình dài. Hơn nữa, sự kéo dài của hành trình làm tăng thêm khoảng cách giữa các cửa và nhờ đĩ cải thiện tính dẫn hướng của cần.
Tốc độ của pit-tơng
Tốc độ pit-tơng của một xi-lanh 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.
Thực chất của việc giảm chấn cho pit-tơng ở cuối hành trình chẳng qua là việc bố trí đường thốt bằng van một chiều cĩ tiết lưu.
Đối với các xi-lanh, tốc độ trung bình của pit-tơng thay đổi trong khoảng (0,1 ÷ 1,5) m/s. Với các xi-lanh đặc biệt, tốc độ pit-tơng cĩ thể đạt tới 10 m/s. Tốc độ của pit-tơng cĩ thể điều chỉnh được nhờ vào các loại van đặc biệt như van một chiều cĩ tiết lưu hay van thốt khí nhanh (van xả nhanh).
Sự tiêu thụ khơng khí
Để chuẩn bị một khối lượng khơng khí cần thiết hoặc thống kê sự tổn hao năng lượng thì sự tiêu thụ đúng năng lượng khơng khí xả đã chuẩn bị là điều quan trọng. Với một áp suất cung cấp xác định, đường kính pit-tơng và một hành trình cho trước, sự tiêu thụ khơng khí cĩ thể tính được như sau:
Lượng khí tiêu thụ = Tỷ số nén x Tiết diện bề mặt làm việc của pit-tơng x Hành trình
trong đĩ: tỷ số nén 2 e p / 1 e
p được tính theo cơng thức sau: 101,3 áp suất cung cấp (kPa)
101,3
Các cơng thức xác định lượng khí tiêu thụ
Đối với xi-lanh tác động một phía: 2 B D q s.n .tỷø số nén 4 (l/ph) hay qB Q = S. n. qH (l /ph)
Đối với xi-lanh tác động hai phía: 2 2 2 B D D d q s.n. .tỷ số nén 4 4 (l /ph) hay qB = 2. S. n. qH (l /ph) trong đĩ: qB – lượng khí nén tiêu thụ (l /ph)
s – chiều dài hành trình (cm)
n – số hành trình kép trong một phút (l /ph) qH – lượng khí tiêu thụ trên 1 cm hành trình (l /cm)