Giáo trình Công nghệ khí nén thủy lực ứng dụng (Nghề Công nghệ ô tô Cao đẳng)

Bên cạnh sự phát triển của các ngành như: Kỹ thuật điện tử, kỹ thuật tự động hóa..thì ngành kỹ thuật thủy khí ngày càng trở nên có ý nghĩa và chiếm một vị trí quan trọng trong một số lĩn

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN – XÂY DỰNG VIỆT XÔ

Ban hành kèm theo Quyết định số: 979 QD-CĐVX-ĐT ngày 12 tháng 12 năm 2019

của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ điện xây dựng Việt Xô

Ninh Bình – Năm 2019

L ỜI GIỚI THIỆU

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã giúp cho có sự thay đổi vượt bậc trong cuộc sống của con người Bên cạnh sự phát triển của các ngành như: Kỹ thuật điện tử, kỹ thuật tự động hóa thì ngành kỹ thuật thủy khí ngày càng trở nên có ý nghĩa và chiếm một vị trí quan trọng trong một số lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt trong ngành chế tạo máy và kỹ thuật ôtô, các máy công trình thì truyền động thủy lực khí nén đang có một vai trò đáng kể do có mật độ công suất cao, kết cấu đơn giản, độ tin cậy cao và đặc biệt là việc bố trí các phần tử tự do và linh động theo không gian và van điều khiển, có chi phí công suất nhỏ là những ưu điểm nổi bật của công nghệ truyền động khí nén thủy lực Với những ưu điểm như vậy, nên ở nước ta hiện nay đã có rất nhiều máy móc sử dụng truyền đồng thủy lực khí nén tuy nhiên số lượng những thợ giỏi về lĩnh vực này lại khá khiêm tốn Nhằm giúp cho sinh viên có thể nắm được một số kiến thức cơ bản về truyền động thủy lực khí nén, tiếp cận dần với công việc sửa chữa các thiết bị có liên quan trong thực tế

Nội dung của giáo trình biên soạn được dựa trên sự kế thừa nhiều tài liệu của các trường đại học và cao đẳng, kết hợp với yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo cho sinh viên các trường dạy nghề trong cả nước Để giúp cho người học

có thể nắm được những kiến thức cơ bản của môn học thủy lực khí nén, nhóm biên soạn đã sắp xếp môn học theo từng chương theo thứ tự:

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về truyền động khí nén và thủy lực

Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén

Chương 3: Hệ thống truyền động bằng thủy lực

Kiến thức trong giáo trình được biên soạn theo chương trình khung của

Tổng cục Dạy nghề, sắp xếp logic và cô đọng Do đó người đọc có thể hiểu

một cách dễ dàng các nội dung trong chương trình

Ninh Bình, ngày tháng năm 2019

Chương 3: Hệ thống truyền động bằng thủy lực 37

MÔN HỌC CÔNG NGHỆ KHÍ NÉN - THỦY LỰC ỨNG DỤNG

Là môn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc

- Ý nghĩa: giúp cho sinh viên có kiến thức cơ bản về thủy lực khí nén, góp phần vào học các môn chuyên môn được tốt hơn, nâng cao hiệu quả học tập

- Vai trò: môn học trang bị cho sinh viên những khái niệm, kiến thức cơ bản về thủy lực khí nén để ứng dụng vào các môn học chuyên môn, ứng dụng vào thực

tế

II Mục tiêu của môn học:

+ Trình bày được đầy đủ các khái niệm, yêu cầu và các định luật truyền dẫn năng lượng của hệ thống truyền động khí nén và thủy lực

+ Giải thích đầy đủ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động bằng

khí nén và thủy lực

+ Nhận dạng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị truyền động bằng khí nén và thủy lực

+ Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén

+ Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, tỉ mỉ

CHƯƠNG I:CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC

Mục tiêu:

- Trình bày được ưu nhược điểm và và phạm vi ứng dụng của truyền động khí nén và truyền động thủy lực

- Biết được những đặc trưng của khí nén và thủy lực

- Trình bày được những thông số cơ bản trong truyền động khí nén và truyền động thủy lực

Nội dung chính:

1 Cơ sở lý thuyết về truyền động khí nén

1.1 Lịch sử phát triển của kỹ thuật khí nén

Bên cạnh các chất lỏng thủy lực như nước và dầu, khí nén cũng là một trong những môi chất mang năng lượng và tín hiệu quan trọng nhất trong kỹ thuật thủy khí

Trong các hệ thống truyền động khí nén môi chất là không khí nén – một chất

“lỏng” chịu nén Như vậy có thể lấy không khí từ môi trường, nén lại, truyền dẫn làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường Khí nén đã được ứng dụng từ rất lâu, cách đây trên 2000 năm, người ta đã biết tạo ra khí nén, lưu trữ khí nén và sử dụng làm môi chất mang năng lượng Vào quãng thế

kỷ thứ 3 và thứ nhất trước công nguyên ở Alexandrie các nhà cơ khí Ktesibios và Heron đã

phát minh ra các thiết bị máy móc hoạt động bằng khí nén

Tuy nhiên lịch sử phát triển của kỹ thuật khí nén cũng có những bước thăng trầm Một mặt do trình độ kỹ thuật công nghệ các thời kỳ trước chưa tương xứng, mặt khác còn có sự cạnh tranh gay gắt của các hệ thống truyền năng lượng khác như động cơ nhiệt, truyền động điện… mà mãi đến những năm gần đây kỹ thuật khí nén mới lại có được vai trò xứng đáng của nó trong sản xuất Thời kỳ bùng nổ của kỹ thuật khí nén bắt đầu cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển và tự động hóa của các quá trình sản xuất, nhất là khi có sự tham gia của kỹ thuật điện tử

và kỹ thuật tính hiện đại Ngày nay khí nén đã tham gia vào hầu hết các lĩnh vực sản xuất như chế tạo máy, xây dựng, kỹ thuật xe hơi, kỹ thuật y học, kỹ thuật rô bot, khai khoáng…

1.2 Khả năng ứng dụng của kỹ thuật khí nén

1.2.1 Lĩnh vực điều khiển

Những năm 50 và 60 của thế kỷ 20 là giai đoạn kỹ thuật tự động hóa quá trình

sản xuất phát triển mạnh mẽ Kỹ thuật điều khiển bằng khí nén phát triển rộng rãi và

đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Chỉ riêng ở cộng hòa dân chủ Đức có tới 60 hãng chuyên sản xuât các phần tử điều khiển bằng khí nén

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó hay xảy ra những vụ nổ nguy hiểm như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo hoặc các lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén còn được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và

kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất

1.2.2 Lĩnh vực truyền động

Các thiết bị máy móc trong lĩnh vực khai thác như: Khai thác đá, khai thác than,

trong các công trình xây dựng như: xây dựng hầm mỏ, đường hầm

- Truyền động quay:

Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá thành rất cao

Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén

và một động cơ điện có cùng công suất, thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công

suất

Những dụng cụ vặn vít, máy khoan, công suất khoảng 3,5 kW, máy mài, công suất khoảng 2,5 kW cũng như những máy mài với công suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao khoảng 100.000 v/ph thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp

Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho truyền động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công

gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm của ôtô

1.3 Những đặc trưng cơ bản của khí nén

một khoảng cách nhất định Các đường ống dẫn về không cần thiết vì khí nén sau khi sử dụng sẽ được cho thoát ra ngoài môi trường sau khi đã thực hiện xong công tác

thể được lưu trữ trong các bình chứa để cung cấp khi cần thiết

không mất chi phí cho việc phòng chống cháy Không khí nén thường hoạt động với

áp suất khoảng 6 bar nên việc phòng nổ không quá phức tạp

bụi bẩn, tạp chất hay nước nên thường sạch, không một nguy cơ nào về mặt vệ sinh Tính chất này rất quan trọng trong các ngành công nghiệp đặc biệt như: thực phẩm, vải sợi, lâm sản và thuộc da

độ cao (vận tốc làm việc trong các xy - lanh thường từ 1 - 2 m/s)

- Về tính điều chỉnh: vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác bằng khí

nén được điều chỉnh một cách vô cấp

cho đến khi chúng dừng hoàn toàn cho nên sẽ không xảy ra quá tải

1.4 Ưu nhược điểm của truyền động khí nén

1.4.1 Ưu điểm

− Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng: (3 – 8) bar

− Khả năng quá tải lớn của động cơ khí

− Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật

− Tuổi thọ lớn

− Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong môi trường dễ nổ, và bảo đảm môi trường sạch vệ sinh

− Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít

− Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nền truyền động có thể đạt được vận tốc rất cao

1.4.2 Nhược điểm

− Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử

− Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử , chỉ điều khiển theo chương trình có sẵn Khả năng điều khiển phức tạp kém

− Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh

− Lực truyền tải trọng thấp

− Dòng khí nén thoát ra ở đường ống dẫn gây tiếng ồn

1.5 Các thông số cơ bản trong truyền động khí nén và thủy lực

- Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là pascal

- Pascal (Pa) là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2với lực tác động vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N)

Q lưu lượng của dòng chảy

A Tiết diện của dòng chảy

v Vận tốc trung bình của dòng chảy

1.5.4 Công và công suất

a Công:

- Đơn vị của công là Joule (J) 1 Joule là công sinh ra dưới tác động của lực

1 N để vật dịch chuyển quãng đường 1 m

- Đơn vị công suất là Watt

1 Watt là công suất, trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 Joule

1 W = 1 Nm/s = W = 1 m2kg/s3

- Công suất được tính theo công thức:

1.5.5 Độ nhớt động

a Khái niệm: Độ nhớt của chất lỏng là tính chất chống lại biến dạng trượt của các

lớp chất lỏng và là một trong những thông số quan trọng trong tính toán và thiết kế các thiết bị thuỷ lực

Khi chất lỏng chuyển động dọc theo thành rắn, do ma sát mà tốc độ của các lớp chất lỏng trong dòng chẩy khác nhau, và kết quả là xuất hiện lực ma sát giữa các lớp chất lỏng với nhau Lực ma sát này (ứng suất tiếp) được tính theo định luật nội ma sát của Newton:

b Độ nhớt động

- Độ nhớt động của một chất là có độ nhớt động lực 1 Pa.s và khối lượng riêng 1 kg/cm3

2 Cơ sở lý thuyết của truyền động thủy lực:

2.1 Lịch sử phát triển và khả năng ứng dụng của kỹ thuật thủy lực:

- Năm 1920 đã ứng dụng vào trong lĩnh vực máy công cụ

- Năm 1925 đã ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Công nghiệp, nông nghiệp, máy khai thác mỏ, máy hóa chất, hàng không…

- Năm 1960 đến nay ứng dụng trong tự động hóa thiết bị và dây chuyền thiết bị với trình độ cao, có khả năng điều khiển bằng máy tính hệ thống thủy lực với công suất cao

2.2 Ưu nhược điểm của truyền động bằng thuỷ lực:

- Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (như trong cơ khí và điện)

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch

- Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hoá

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi

do độ nhớt của chất lỏng thay đổi

2.3 Những đặc trưng cơ bản của thủy lực:

a Tính chất thuỷ tĩnh của chất lỏng:

Khi phát triển lý thuyết về chất lỏng, người ta xuất phát từ giả thiết chất lỏng

lý tưởng Đây là chất lỏng không ma sát, không chịu nén, không giãn nở, khi được

nạp vào thùng chỉ truyền áp lực vuông góc với thành và đáy thùng (hình 3.3) Độ lớn của áp suất phụ thuộc vào cột chất lỏng, có nghĩa là khoảng cách từ điểm đo đến mặt thoáng của chất lỏng:

Hình 1.3 Dòng chảy qua ống thu hẹp

Hình 1.1 Phân bố áp suất trong

thùng chứa chất lỏng lý tưởng piston Hình 1.2 của một xy lanh thuỷ lực Lực tác động lên

Khối lượng chất lỏng (lưu khối) chảy qua một mặt cắt đường ống trong một đơn vị thời gian được xác định theo:

Av

m 

Tương ứng hình 1.3 thỏa mãn:

2 2 2 1 1

1A v  A v

Đối với chất lỏng có khối lượng riêng không đổi

2 2 1

có thể ứng dụng đủ chính xác làm cơ sở tính toán trong lĩnh vực thuỷ lực dầu Năng lượng tại một điểm xác định trên đường dòng của một dòng chảy chất lỏng lý tưởng bao gồm động năng dòng chảy, áp năng của chất lỏng và thế năng

Hình 1.4 Dòng chảy qua hai mặt cắt khác nhau

Hình 1.4 trình bày sơ đồ dòng chảy qua hai mặt cắt khác nhau Phương trình Bernoulli viết cho trường hợp này như sau:

2 2

2 2 2 2 1 1

2 1 1

2

v p

gh 2

2 1

2

v p gh 2

v

p       

Hoặc tổng quát:

const gh

Thế năng vị trí của chất lỏng hầu như trong tất cả các trường hợp ứng dụng của kỹ thuật thuỷ lực thường được bỏ qua do cĩ giá trị quá nhỏ so với động năng và

áp năng Như vậy phương trình Bernoulli trong kỹ thuật thuỷ lực cĩ thể viết :

const 2

1.2 Sơ đồ hệ thống truyền động khí nén:

Một hệ thống điều khiển thường bao gồm ít nhất là một mạch điều khiển gồm có các phần tử được mô tả như sau:

Phần tử xử lý tín hiệu

Phần tử đưa tín hiệu

Cơ cấu chấp hành Phần tử đưa tín hiệu

Phần tử đưa tín hiệu

Phần tử điều khiển

Hình 2 1.Sơ đồ hệ thống điều khiển khí nén

* Máy nén khí có áp suất thấp p  15 bar

* Máy nén khí có áp suất cao p  15 bar

* Máy nén khí có áp suất rất cao p  300 bar

- Theo nguyên lý hoạt động:

* Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích:

Máy nén khí kiểu pít tông, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục

* Máy nén khí tua - bin: được dùng cho công suất rất lớn và không kinh tế khi

sử dụng lưu lượng dưới mức 600 m3/phút Vì thế nó không mang lại áp suất cần thiết cho ứng dụng điều khiển khí nén và hiếm khi sử dụng

2.1.2 Máy nén kiểu piston

Máy nén piston (hình 2.2) là máy nén phổ biến nhất và có thể cung cấp năng suất đến 500 m3/phút Máy nén 1 piston có thể nén khí khoảng 6 bar và ngoại lệ có thể đến 10 bar; máy nén kiểu piston hai cấp có thể nén đến 15 bar; 3-4 cấp lên đến 250 bar

Hình 2.2 Máy nén khí kiểu piston

2.1.3.Máy nén khí kiểu trục vít

Máy nén trục vít làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích Thể tích không gian giữa hai răng kề nhau và vỏ sẽ thay đổi khi trục trục vít quay Do các rô to được chế tạo ở dạng trục vít nên điểm nén sẽ dịch chuyển từ cửa nạp đến cửa đẩy

Phần chính của máy nén trục vít gồm 2 roto: roto chính 2 và rô to phụ 1, (hình 2.3)

Số đầu mối ren trên rô to xác định thể tích làm việc của máy, có nghĩa là thể tích không khí cuốn vào trong một vòng quay Số đầu mối ren càng lớn thể tích làm việc càng nhỏ Số đầu mối ren của hai rô to khác nhau sẽ cho hiệu suất cao hơn

Hình 2.3 Cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít

Hình 2.4 Quá trình hút, nén và đẩy của máy nén trục vít

2.1.4.Máy nén kiểu cánh gạt:

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt mơ tả ở hình 2.5: khơng khí sẽ được vào buồng hút Nhờ rơto và stato đặt lệch tâm, nên khi rơto quay chiều sang phải, thì khơng khí vào buồng nén Sau đĩ khí nén sẽ đi ra buồng đẩy

Hình 2.5 Máy nén khí kiểu cánh gạt

2.1.5 Máy nén khí kiểu Root

Máy nén khí kiểu root gồm cĩ hai hay ba cánh quạt (pít tơng cĩ dạng hình số 8) Các pít tơng đĩ được quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngồi thân máy và trong quá trình quay khơng tiếp xúc với nhau Nhờ vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa hai pít tơng, khe hở giữa phần quay và thân máy

Máy nén khí kiểu root tạo ra áp suất khơng phải theo nguyên lý thay đổi thể tích mà cĩ thể gọi là sự nén từ dịng phía sau Điều đĩ cĩ nghĩa là: khi rơ to quay được một vịng thì vẫn chưa tạo được áp suất trong buồng đẩy, cho đến khi rơ to quay tiếp đến vịng thứ hai thì dịng lưu lượng đĩ đẩy vào dịng thứ hai, với nguyên

tắc này thì tiếng ồn sẽ tăng lên

R r Buồng hút

Buồng đẩy

Hình 2.6 : Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu root

2.2 Thiết bị xử lý khí nén:

2.2.1.Yêu cầu khí nén:

Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng rất nhiều chất bẩn theo từng mức độ khác nhau Chất bẩn bao gồm bụi, hơi nước trong không khí, những phần tử nhỏ, cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí Khí nén khi mang chất bẩn tải đi trong những ống dẫn khí sẽ gây nên sự ăn mòn, rỉ sét trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển Vì vậy, khí nén được sử dụng trong hệ thống khí nén phải được xử lý Tùy thuộc vào phạm vi sử dụng mà xác định yêu cầu chất lượng của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể

Hệ thống xử lý khí nén được phân thành 3 giai đoạn :

- Lọc thô: dùng bộ phận lọc bụi thô kết hợp với bình ngưng tụ để tách hơi nước

- Phương pháp sấy khô: dùng thiết bị sấy khô khí nén để lọai bỏ hầu hết lượng nước lẫn bên trong Giai đoạn này xử lý tùy theo yêu cầu sử dụng của khí nén

- Lọc tinh: lọai bỏ tất cả các lọai tạp chất, kể cả kích thước rất nhỏ

2.2.2 Bộ lọc khí:

Hình 2.7 Bộ lọc khí

Khí nén được tạo ra từ máy nén khí có chứa nhiều chất bẩn, độ bẩn có thể ở các mức

độ khác nhau Chất bẩn có thể là bụi, độ ẩm của không khí hút vào, những cặn bả của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí Hơn nữa trong quá trình nén nhiệt độ của khí nén tăng lên, có thể gây ra ô xy hóa một số phần tử của hệ thống Do đó việc xử

lý khí nén cần phải thực hiện bắt buộc Khí nén không được xử lý thích hợp sẽ gây

hư hỏng hoặc gây trở ngại tính làm việc của các phần tử khí nén Đặc biệt sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển đòi hỏi chất lượng khí nén rất cao Mức độ xử lý

khí nén tùy thuộc vào từng phương pháp xử lý Trong thực tế người ta thường dùng

bộ lọc để xử lý khí nén (hình 2.7)

Van lọc khí (hình 2.8) là làm sạch các chất bẩn và ngưng tụ hơi nước chứa trong nó Khí nén sẽ tạo chuyển động xoắn khi qua lá xoắn kim loại, sau đó qua phần tử lọc, các chất bẩn được tách ra và bám vào màng lọc, cùng với những phân tử nước được

để lại nằm ở đáy của bầu lọc Tùy theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn phần tử lọc Độ lớn của phần tử lọc nên chọn từ 20µm – 50µm

Trong những lãnh vực địi hỏi chất lượng khí nén cao, hệ thống xử lý khí nén được phân ra làm 3 giai đoạn:

a/ Lọc thơ:

Khí nén được làm mát tạm thời khi từ trong máy nén khí ra để tách chất bẩn Sau đĩ khí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi nước Giai đoạn lọc thơ là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén

b/ Phương pháp sấy khơ:

7/ Khí nén được dẫn vào.

7 1

6

2 3

Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ bằng nước

- T hiết bị sấy khơ bằng chất làm lạnh

Nguyên lý của phương pháp sấy khơ bằng chất làm lạnh là: khí nén đi qua bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí Tại đây, dịng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dịng khí nén đã được sấy khơ và xử lý từ bộ ngưng tụ đi lên

Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dịng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí – chất làm lạnh Quá trình làm lạnh sẽ được thực hiện bằng cách cho dịng khí nén chuyển động đảo chiều trong những ống dẫn Nhiệt độ hĩa sương tại đây là 20C Như vậy lượng hơi nước trong dịng khí nén vào sẽ được ngưng tụ

Dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dịng khí nén sẽ được đưa ra ngồi qua van thốt nước ngưng tụ tự động (4) Dịng khí nén được làm sạch và cịn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt (1), để nâng nhiệt độ lên khoảng từ 60C đến 80C, trước khi đưa vào sử dụng

Chu kỳ hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng máy nén để phát chất làm lạnh (5) Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén, nhiệt độ sẽ tăng lên, bình ngưng tụ (6) sẽ cĩ tác dụng làm nguội chất làm lạnh đĩ bằng quạt giĩ Van điều chỉnh lưu lượng (8) và rơle điều chỉnh nhiệt độ (7) cĩ nhiệm vụ điều chỉnh dịng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động trong khi cĩ tải, khơng tải và hơi quá nhiệt

1

3

4

2 7 8

7/ Rơ le điều chỉnh nhiệt độ 8/ Van điều chỉnh lưu lượng chất làm lạnh 5/ Máy nén của bộ phận làm lạnh4/ Van thoát nước ngưng tụ tự động

2/ Bộ phận trao đổi nhiệt Khí - Chất làm lạnh 1/ Bộ phận trao đổi nhiệt Khí - khí

6/ Bình ngưng tụ 3/ Bộ phận kết tủa

Hình 2.11 Sấy khơ bằng chất làm lạnh

- T hiệt bị sấy khơ bằng hấp thụ:

* Q úa trình vật lý:

Chất sấy khơ hay gọi là chất háo nước sẽ hấp thụ lượng hơi nước ở trong khơng khí

ẩm Thiết bị gồm 2 bình Bình thứ nhất chứa chất sấy khơ và thực hiện quá trình hút

ẩm Bình thứ hai tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khơ Chất sấy khơ thường được sử dụng : silicagen SiO2, nhiệt độ điểm sương –500C; tái tạo từ 1200C đến

1800C

Khí nén từ máy nén ra

Chất sấy khô Quá trình tái tạo

Quá trình sấy khô

Khí nóng

Khí nén được sấy khô

Khí nóng bão hòa

Hình 2.12 Sấy khơ bằng hấp thụ

* Quá trình hĩa học:

Thiết bị gồm 1 bình chứa chất hấp thụ (thường dùng là NaCl) Khơng khí ẩm được đưa vào cửa (1) đi qua chất hấp thụ (2) Lượng hơi nước trong khơng khí kết hợp với chất hấp thụ tạo thành giọt nước lắng xuống đáy bình Phần nước ngưng tụ được dẫn

ra ngồi bằng van (5) Phần khơng khí khơ sẽ theo cửa (4) vào hệ thống

1 2

3

4

5

Hình 2.13 Sấy khô bằng hóa chất

3 Các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén:

3.1 Khái niệm:

Hệ thống truyền động khí nén gồm có các bộ phận để chuyển đổi năng lượng khí nén, các bộ phận để điều khiển hệ thống, để điều khiển và điều chỉnh môi chất, ngoài ra còn có các bộ phận để chuẩn bị khí nén, lưu giữ và phân phối khí nén… Các bộ phận chuyển đổi năng lượng khí nén gồm: các máy nén khí (biến năng lượng

cơ học thành áp năng tích lũy trong khí nén), các động cơ và xi lanh khí nén (biến năng lượng tích lũy trong khí nén thành năng lượng cơ học ở dạng chuyển động quay, chuyển động thẳng hoặc chuyển động lắc) Chính vì vậy hệ thống truyền động khí nén cần đảm bảo các yêu cầu:

- Kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa

- Tuổi thọ và độ kín khít giữa các bộ phận lắp ghép phải đảm bảo

- Có độ an toàn cao, giá thành rẻ

3.2 Van đảo chiều:

3.2.1 Nhiệm vụ, phân loại van đảo chiều:

Một số van đảo chiều thường gặp:

Hình 2.14 Các loại van đảo chiều

* Căn cứ theo tín hiệu tác động:

Nếu ký hiệu lò xo nằm ngay phía bên phải của ký hiệu của van đảo chiều, thì van đảo chiều đó có vị trí "0" Điều đó có nghĩa là chừng nào chưa có tác dụng vào nòng van, thì lò xo tác động giữ vị trí đó

Tác đông phía đối diện của van, ví dụ: tín hiệu tác động bằng cơ, bằng khí nén hay bằng điện giữ ô vuông phía trái của van và được ký hiệu "1'

Tín hiệu tác động bằng tay

Tín hiệu tác động bằng cơ

Tín hiệu tác động bằng khí nén

3.2.2.Ký hiệu và cách đọc bản vẽ van đảo chiều:

Chuyển đổi vị trí của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái 0, a, b, c, hay các số 0, 1, 2,

Vị trí "0" được ký hiệu là vị trí, mà khi van chưa có tác động của tín hiệu ngoài vào Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí giữa là vị trí "0", còn đối với van có 2 vị trí, thì vị trí

"0" có thể là a hoặc b, thường vị trí b là vị trí "0"

Cửa nối van được ký hiệu như sau:

Theo t/c ISO5599 Theo t/c ISO1219

Cửa nối làm việc 2, 4, 6, A, B, C,

Cửa xả khí 3, 5, 7, R, S, T,

Cửa nối với tín hiệu điều khiển 12, 14, X, Y,

Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động của dòng khí qua van Trường hợp dòng bị chặn, được biểu diễn bằng dấu gạch ngang

Hình 2.15 Ký hiệu các cửa của van đảo chiều

3.2.3 Hoạt động của van đảo chiều:

a Loại van trượt (ngăn kéo) 3/2:

Khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12), thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3) Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12) (khí nén), lúc này nòng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn

Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tạc dụng của lực lò xo, nòng van trở về vị trí ban đầu

Hình 2.16 Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều

b Loại van xoay 4/3:

c

b

aA

BA

B

a b c A P

Hình 2.17 Nguyên lý hoạt động của van xoay đảo chiều

Tín hiệu tác động bằng tay, được ký hiệu như trên

Nếu vị trí xoay nằm tại vị trí a, thì cửa P nối với cửa A và cửa B nối với R Vị trí xoay nằm tại vị trí b, thì các cửa nối A, B, P, R đều bị chặn Vị trí xoay nằm tại vị trí

c, thì cửa P nối với B và cửa A nối cửa R

3.3 Các loại van trong hệ thống điều khiển khí nén:

c Van logic AND

Van logic AND có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển cùng một lúc ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển

Khi dòng khí qua P1 P1 bị chặn Ngược lại dòng khí qua P2  P2 bị chặn Nếu dòng khí đồng thời qua P1, P2  cửa A sẽ nhận được tín hiệu  khí qua A

P P

A

2 1

Khi dịng khí nén đi qua cửa P sẽ đẩy pít tơng trụ sang phải chắn cửa R, nhờ vậy cửa P nối với cửa A Trong trường hợp ngược lại, khi dịng khí nén đi từ A sẽ đẩy pít tơng trụ sang trái chắn cửa P nhờ vậy cửa A nối với cửa R.

3.3.2 Van tiết lưu

a Nhiệm vụ:

Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dịng khí

b Các loại van tiết lưu :

- V an tiết lưu cĩ tiết diện khơng thay đổi

Lưu lượng dịng chảy qua khe hở của van cĩ tiết diện khơng thay đổi được

- Van tiết lưu cĩ tiết diện thay đổi

Van tiết lưu có tiết diện thay đổi điều chỉnh được lưu lượng dòng chảy qua van Tiết lưu được cả hai chiều của dòng khí nén đi từ A qua B và ngược lại Tiết diện được thay đổi bằng vít điều chỉnh

Vít điều chỉnh

Ký hiệu Tiết diện khe hở

- Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay

Khe hở có tiết diện A

B A

3.3.3 Van áp suất:

a Van an tồn:

Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải Khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dòng áp suất khí nén sẽ thắng lực lò xo và khí nén sẽ theo cửa R thoát ra ngoài môi trường

b Van điều chỉnh áp suất

Van điều chỉnh áp suất: nhiệm vụ của van áp suất là ổn định áp suất điều chỉnh, mặc dù cĩ sự thay đổi bất thường của áp suất làm việc ở đường ra hoặc sự dao động của áp suất ở đầu vào Ap suất ở đầu vào luơn luơn là lớn hơn áp suất ở đầu ra (hình 2.19)

Hình 2.19 Van điều chỉnh áp suất

Van điều chỉnh áp được điều chỉnh bằng vít điều chỉnh tác động lên màng kín Phía trên của màng chịu tác dụng của áp suất đầu ra, phía dưới chịu tác dụng của lực lị

xo sinh ra do vít điều chỉnh Bất kỳ sự tăng áp ở đầu tiêu thụ gây cho màng kín dịch chuyển chống lại lực căn của lị xo vì vậy hạn chế dịng khí đi qua miệng van cho tới lúc cĩ thể đĩng sát

Khi khí nén được tiêu thụ, áp suất đầu ra giảm, kết quả là đĩa van được mở bở lực căn lị xo lực Để ngăn chặn đĩa van dao động chập chờn phải dùng đến lị xo cản gắn trên đĩa van

c Van tràn

Nguyên tắc hoạt động của van tràn tương tự như van an toàn nhưng chỉ khác ở chỗ là khi áp suất ở cửa P đạt được giá trị xác định thì cửa P sẽ nối với cửa A nối với hệ thống điều khiển

Ký hiệu

1

2 4

P

Hình 2.21: Rơle áp suất

3.3.4 Van điều chỉnh thời gian

a R ơle thời gian đĩng chậm

Khí nén qua van một chiều, cần thời gian t1 để làm đầy bình chứa, sau đĩ tác động lên nịng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa P nối với cửa A

b R ơle thời gian ngắt chậm

Rơle thời gian ngắt chậm, nguyên lý, cấu tạo cũng tương tự như rơle thời gian đĩng chậm, nhưng van tiết lưu một chiều cĩ chiều ngược lại

3.3.5 Van chân khơng

Van chân khơng là cơ cấu cĩ nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực chân khơng, chân khơng được tạo ra bằng bơm chân khơng hay bằng nguyên lý ống venturi

Khí nén với áp suất p trong khoảng 1,5 – 10 bar sẽ qua ống Ventury và theo cửa R thoát ra ngoài Tại phần cuối của ống Ventury chân không sẽ được tại thành Như vậy cửa nối U sẽ tạo ra chân không

Cửa U nối với đĩa hút (thường được chế tạo theo dạng đĩa tròn với vật liệu là cao

su hay vật liệu tổng hợp) Áp suất chân không tại cửa U có thể đạt đến 0,7 bar và phụ thuộc vào áp suất p của dòng khí nén

Ký hiệu

R P

U U

R P

Có hai phương pháp thiết kế phần tử NOT:

- Phần tử NOT là một van đảo chiều 2/2 có vị trí "không", tại vị trí "không" cổng tín hiệu ra A (L) nối nguồn P

Khi chưa có tín hiệu vào a=0, cửa A nối với cửa P

Khi có tín hiệu vào (áp suất) a=L, van đảo chiều đổi vị trí, cửa A=o (bị chặn)

- Phần tử NOT là một van đảo chiều 3/2 có vị trí "không", tại vị trí "không" cổng tín hiệu ra A (L) nối nguồn P

Khi chưa có tín hiệu vào a=0, cửa A nối với cửa P

Khi có tín hiệu vào (áp suất) a=L, van đảo chiều đổi vị trí, cửa A=o (bị chặn)