II. Bộ làm mát phía đẩy
3- Tổn thất thủy lực
6.7- TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN 6.7.1 Giới thiệu chung
6.7.1- Giới thiệu chung
Các hệ thống truyền động khí nén hiện đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ và kỹ thuật nhƣ trong chế tạo máy, giao thông, công nghiệp nhẹ, … vì chúng có nhiều ƣu điểm mà các hệ truyền động khác không có đƣợc nhƣ:
- Kết cấu đơn giản, thuận tiện trong sử dụng và điều khiển. - Có độ tin cậy làm việc cao.
- Có độ an toàn cao đối với các môi trƣờng làm việc dễ cháy, nổ; có thể làm việc với các môi trƣờng khắc nghiệt (hoá chất, phóng xạ, …).
- Có khả năng truyền tải năng lƣợng xa bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đƣờng dẫn ít.
121
- Không có yêu cầu đặc biệt đối với môi chất công tác (đặc biệt là không khí), không phải chi phí cho môi chất công tác và sự làm việc của môi chất ít phụ thuộc vào nhiệt độ.
- Hệ thống phòng ngừa áp suất quá giới hạn đƣợc đảm bảo.
Do khả năng chịu nén (đàn hồi) của chất khí lớn nên có thể trích, chứa khí nén rất thuận tiện.
Các van khí nén phù hợp một cách lý tƣởng đối với các chức năng vận hành logic, và do đó đƣợc sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các máy móc phức tạp.
Về tác động nhanh và khả năng làm việc với điều khiển từ xa, các hệ truyền động khí nén không thể so sánh với các hệ thống điện-điện tử, nhƣng nó có thể xếp trên các hệ truyền động thuỷ lực và hoàn toàn có thể thoả mãn với đa số các yêu cầu của các hệ thống tự động hoá công nghiệp.
Tuy nhiên, các hệ truyền động khí nén thƣờng có kích thƣớc lớn hơn so với các hệ thuỷ lực có cùng công suất, yêu cầu độ chính xác chế tạo và độ kín khí cao (Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp). Tính nén đƣợc của không khí khá lớn, ảnh hƣởng đáng kể đến chất lƣợng làm việc của hệ thống (Khi tải trọng thay đổi thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo). Do tốc độ của các cơ cấu chấp hành khí nén lớn hơn nên dễ xảy ra va đập ở cuối hành trình. Việc điều khiển theo quy luật tốc độ cho trƣớc và dừng ở các vị trí trung gian, … cũng khó thực hiện đƣợc chính xác nhƣ đối với các hệ thống thuỷ lực. Khi làm việc, các hệ thống khí nén cũng ồn hơn so với hệ thống thuỷ lực.
Mặc dù còn có những hạn chế nhƣ vậy, nhƣng các hệ truyền động khí nén vẫn đƣợc sử dụng rất thành công trong tất cả các trƣờng hợp khi mà những điểm yếu trên không phải là quyết định, hoặc đƣợc hạn chế từng phần hoặc toàn bộ (xem bảng 6.5).
Khuynh hƣớng sử dụng kết hợp các hệ thống điện- điện tử và khí nén, … cho phép mở rộng một cách đáng kể lĩnh vực ứng dụng các hệ truyền động khí nén, đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hoá các quá trình sản xuất và công nghệ khác nhau.
Truyền động khí nén cũng giống nhƣ truyền động thuỷ lực, là tổ hợp các cơ cấu khí nén (bao gồm cả máy nén khí và động cơ khí nén) dùng để truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến các bộ phận công tác bằng cách dùng khí nén làm vật trung gian truyền năng lƣợng, trong đó có thể có biến đổi vận tốc, lực, mômen và biến đổi dạng hay qui luật chuyển động.
Thành phần cơ bản của hệ truyền động khí nén là thiết bị sử dụng năng lƣợng khí nén. Tính chất vật lý của khí nén đƣợc thể hiện ở đây dƣới dạng áp suất khí tác động lên bề mặt của các phần tử cơ học động (pittông, con trƣợt, màng, …) hoặc dƣới dạng hiệu ứng khí động học (trong các phần tử tự động tia khí nén, …).
Nói cách khác, tập hợp toàn bộ các thiết bị khí nén đƣợc liên hệ và tác động qua lại với nhau theo một sơ đồ nhất định, nhằm đảm bảo một quy luật chuyển động định trƣớc của bộ phận công tác đƣợc gọi là một hệ truyền động khí nén.
Các thiết bị khí nén đƣợc phân loại theo chức năng thành các nhóm chính sau:
a)- Cơ cấu chấp hành khí nén - đƣợc sử dụng để biến đổi trực tiếp năng lƣợng của khí nén thành động năng chuyển động cơ học của bộ phận công tác thực hiện một công đoạn công nghệ cho trƣớc.
b)- Thiết bị phân phối khí nén - đƣợc dùng để thay đối hƣớng đi của dòng khí từ nguồn đến các khoang làm việc của cơ cấu chấp hành và xả khí từ đó ra ngoài khí quyển.
122
c)- Thiết bị điều khiển - đƣợc sử dụng để tạo lập và đảm bảo trình tự làm việc của các bộ phận công tác tƣơng ứng với quy luật chuyển động cần thiết của chúng.
Tùy theo nguyên lý làm việc, truyền động khí nén đƣợc chia làm 2 loại: truyền động khí động và truyền động thể tích.
Trong truyền động khí động, việc truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận bị dẫn chủ yếu đƣợc thực hiện bằng động năng của dòng khí nén.
Trong truyền động khí nén thể tích, việc truyền cơ năng giữa các bộ phận máy chủ yếu nhờ áp năng của dòng khí nén; chuyển động của các bộ phận máy có thể là chuyển động tịnh tiến qua lại, chuyển động xoay qua lại hay chuyển động quay. Các khâu động chủ yếu của truyền động thể tích là máy nén khí thể tích và động cơ khí nén thể tích. Truyền động khí nén thể tích có nhiều dạng khác nhau, đƣợc dùng phổ biến trong các ngành chế tạo máy, máy công trình, … và các hệ thống điều khiển tự động.
Điều khiển bằng khí nén là một tổ hợp các tác động làm thay đổi chế độ hoạt động của đối tƣợng điều khiển thông qua năng lƣợng trung gian là khí nén.
Bảng 6.5- Phạm vi ứng dụng của các dạng truyền động
TT Trường hợp ứng dụng a b c d e f
1 Truyền động quay với công suất lớn hơn 2
kW
2 Truyền động quay với công suất nhỏ hơn 2 kW
3 Truyền động với tốc độ quay lớn hơn 10.000 v/ph
4 Truyền động thẳng, quãng đƣờng nhỏ hơn
200 mm, tải trọng nhỏ hơn 20 kN
5 Truyền động thẳng, quãng đƣờng lớn hơn
500 mm, tải trọng nhỏ hơn 20 kN
6 Truyền động thẳng, quãng đƣờng lớn hơn
500 mm, tải trọng nhỏ hơn 6 kN
Chú thích:
+ Truyền động khí nén (a) - khả năng ứng dụng thích hợp
+ Truyền động điện - khí nén (b) - có thể ứng dụng trong trƣờng hợp đặc biệt + Truyền động điện - cơ (c) - có thể ứng dụng
+ Truyền động điện (e) - không thể ứng dụng + Truyền động thuỷ lực (f)