skkn biên soạn giáo trình giảng dạy thực hành môn học điều khiển khí nén và điện khí nén

Tên sáng kiến kinh nghiệm :BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH GIẢNG DẠY THỰC HÀNH MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN tự động là một việc không thể thiếu và đặc biệt quan trọng nhằm giúp cho cá

Tên sáng kiến kinh nghiệm :

BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH GIẢNG DẠY THỰC HÀNH MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN

tự động là một việc không thể thiếu và đặc biệt quan trọng nhằm giúp cho các emsau khi tốt nghiệp có khả năng tiếp cận tốt nhất các hệ thống dây chuyền điềukhiển tự động để có thể lắp ráp, vận hành, bảo trì các hệ thống một cách thànhthạo

Ngày nay, điều khiển bằng khí nén được sử dụng rộng rãi và phổ biến vì khínén là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường, không gây nguyhiểm cho người vận hành … Việc trang bị cho học sinh các kiến thức về nguyên lýlàm việc của các phần tử trong hệ thống điều khiển điện khí nén cũng như cáchthiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa một hệ thống điều khiển khí nén là khôngthể thiếu Muốn giảng dạy được tốt, cần phải có giáo trình giảng dạy gắn liền vớithực tế, không chỉ lý thuyết suông, xa rời thực tế mà phải có những bài tập thựchành, cũng như trang thiết bị để học sinh, sinh viên có thể tiếp thu nhanh, đồngthời có thể rèn luyện kỹ năng của mình

Trên thị trường có rất nhiều giáo trình, sách kỹ thuật viết về điều khiển bằngkhí nén, nhưng hầu hết chỉ là lý thuyết, trình bày nguyên lý làm việc của hệ thống,cách thiết kế hệ thống …Trong khi đối tượng giảng dạy tại trung tâm là học sinhtrung cấp nghề cần trang bị kỹ năng thực hành là chính Tài liệu giảng dạy cần phải

có các bài tập chuyên về thực hành để học sinh qua đó có thể học được cách thiết

kế một hệ thống điều khiển thực tế cũng như rèn luyện được kỹ năng lắp đặt hệthống điều khiển bằng khí nén Đứng trước thực trạng trên tôi đã biên soạn tài liệuchuyên giảng dạy phần thực hành môn học này cho học sinh tại trung tâm

II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1 Cơ sở lý luận

- Như đã nói ở trên, hiện nay các giáo trình, tài liệu dùng trong giảng dạy mônhọc điều khiển điện khí nén hầu hết chỉ là lý thuyết, rất ít tài liệu nói về các bàithực hành Có chăng cũng chỉ một vài ví dụ minh họa nên khi giảng dạy giáo viênphải vẽ thêm các bài thực hành để học sinh có thể tiến hành thực tập Do đó nếukhông có một tài liệu hướng dẫn thực hành thống nhất thì giáo viên giảng dạy sẽgặp nhiều khó khăn đồng thời khả năng tiếp thu của học sinh theo đó cũng sẽ rấtyếu Vì thế việc cung cấp tài liệu có các bài thực hành gắn liền với các yêu cầu

thực tế để từ đó các em có thể lắp đặt vận hành nhằm hình thành kỹ năng chuyênmôn là một việc hết sức quan trọng.

- Trước đây khi giảng dạy môn học điều khiển điện khí nén, ở phần thựchành, giáo viên chỉ đưa ra các bài tập, sau đó vẽ mạch điện lên bảng cho học sinh.Học sinh căn cứ vào mạch đã vẽ để lắp ráp và vận hành Nếu mạch có sai xót thìkhi vận hành mới có thể phát hiện để sửa chữa Việc làm trên dẫn đến việc học tậpgặp rất nhiều khó khăn Khi có giáo trình này, giáo viên sẽ căn cứ vào các bài tập

đã được thiết kế, vẽ sẵn để giải thích nguyên lý làm việc của mạch Học sinh saukhi nghe giảng giải nguyên lý vận hành của mạch sẽ tiến hành lắp ráp theo mạchđiện để rèn luyện kỹ năng lắp đặt cũng như kỹ năng sửa chữa nếu mạch có xảy ra

sự cố, từ đó giúp các em hình thành các kỹ năng của bộ môn Song song với việclắp đặt theo các bài thực hành trong giáo trình này, giáo viên cũng có thể hướngdẫn học sinh mô phỏng mạch điện trên máy tính để mô phỏng hoạt động của mạchcũng như rèn luyện kỹ năng thiết kế mạch điều khiển của học sinh

- Giáo trình tôi biên soạn chủ yếu là các bài tập thực hành gắn liền với nhữngtrang thiết bị hiện có tại trung tâm, chỉ đề cập đến những vấn đề chính, cô đọng về

lý thuyết để học sinh trung cấp nghề có thể tiếp thu nhanh nhất, dễ hiểu, dễ làmtheo không đi quá chuyên sâu về tính toán thiết kế, vì đại đa số học sinh học nghềthường không có khả năng tốt về việc suy luận , tư duy logic như sinh viên caođẳng, đại học Thông qua giáo trình này giúp cho giáo viên gặp nhiều thuận lợitrong khi giảng dạy Nội dung giảng dạy được thống nhất theo chương trình khungđào tạo của Bộ Lao động đồng thời giúp cho các em học sinh củng cố, nắm vữngphần lý thuyết đã được học trong chương trình, rèn luyện được kỹ năng lắp rápmạch cũng như phát hiện sự cố và khắc phục một cách tốt nhất Việc đưa giáo trìnhnày vào giảng dạy sẽ tăng thêm phần hứng thú học tập ở học sinh đồng thời các emcòn tiếp cận được thực tiễn để sau khi tốt nghiệp ra trường các em có thể thiết kế,lắp đặt, vận hành và sửa chữa được các hệ thống điều khiển bằng khí nén tại cáccông ty mà các em công tác

2 Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài :

CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM VỀ KHÍ NÉN

I / SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT KHÍ NÉN :

Như chúng ta đã biết không khí nén là một dạng năng lượng cũ mà con người

đã sử dụng để thay thế cho các lực cơ học

Từ hàng ngàn năm trước, không khí đã nén tới mức có thể chảy được Nócòn là một trong bốn phần tử cơ bản đươc thừa nhận bởi người xưa, người ta sửdụng chúng một cách có ý thức hoặc vô ý thức

Một trong những bước đầu tiên là sự hiểu biết của chúng ta về ứng dụng kỹthuật khí nén, có nghĩa là dùng không khí nén đến mức có thể chảy được để côngtác.Một người Hy lạp tên là Ktesibios , cách đây hơn 2000 năm , đã tạo ra máy bắn

đá đầu tiên bằng khí nén Một trong những cuốn sách đầu tiên đã ghi lại việc sử

dụng không khí như một nguồn năng lượng vào ngày đầu tiên của công nguyên

Nó đã mô tả lại các các bộ phận điều khiểnn bằng khồng khí nóng

Sự hiểu biết của nhân loại về khoa học khí nén từ những thế kỷ đầu, songphải chờ đến thế kỹ này mới được chúng ta nghiên cứu có hệ thống Từ đó kỹ thuậtkhí nén đã thực sự đi vào các ngành công nghiệp

Điều đáng quan tâm là không khí nén được áp dụng rộng rãi trong các lĩnhvực quan trọng ví dụ như: trong công nghiệp khai thác quặng mỏ, đường sắt, dệt vàcác ngành công nghiệp thực phẩm …

Ngày nay không khí nén được dùng rộng rãi trong các nhà máy hiện đạiđược bố trí thành hệ thống nguồn cung cấp như hệ thống điện

Các đặc trưng cơ bản của không khí nén:

 Về số lượng: không khí có ở khắp nơi nên có thể nén với số lượng vôhạn

 Về vận chuyển: không khí nén có thể vận chuyển trong các đường ống,với một khoảng cách nhất định Các đường ống dẫn về thì không cần thiết vì khí sẻđược cho thoát ra bên ngoài sau khi đãcông tác

 Về lưu trữ: máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục Khínén có thể được lưu trữ trong các bình chứa, được lắp nối trong các hệ thống ốngdẫn để cung cấp cho sử dụng khi cần thiết

 Về nhiệt độ: không khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ

 Về chống cháy nổ: không một nguy cơ nào gây cháy nổ bởi khí nén,nên không tốn chi phí phòng cháy Hoạt động với áp suất khoảng 6 bar nên phòng

nổ không quá phức tạp

 Về tính sạch sẽ: khí nén thì trong sạch ngay cả trong trường hợp là dòngchảy trong các đường ống hay là trong các thiết bị, không một nguy cơ gây bẩnnào được quan tâm đến Tính chất này rất cần thiết trong các ngành công nghiệpchuyên biệt như công nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm sản và thuộc da…

 Về cấu tạo trang thiết bị: đơn giản nên rẻ tiền

 Về tốc độ: không khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lớn, cho phép đạtđược tốc độ cao ( vận tốc các xi lanh làm việc thường từ 1-2 m/s, cá biệt có thể đạtđến 5m/s )

 Về tính điều chỉnh: vận tốc và lực của các thiết bị công tác của khí nénđược điều chỉnh một cách vô cấp

 Về sự quá tải: các công cụ và các thiết bị khí nén đảm nhận tải trọngcho đến khi chúng dừng hoàn toàn,cho nên sẻ không quá tải

III / CÁC ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ NÉN :

Không khí ở xung quanh ta có áp suất thay đổi, nó phụ thuộc vào:

 Độ cao so với mực nước biển

 Vị trí địa lí

Chúng ta có thể phân loại các loại áp suất sau:

 Áp suất khí trời: là áp suất không khí xung quanh ta, áp suất này bằng

1013 bar ở mực nước biển, 0 độ và vĩ tuyến 45 độ

 Áp suất chân không: nếu khí quyển biến mất chung quanh quả đất, ápsuất không còn nữa ta có chân không tuyệt đối Áp suất được biểu diễn với chânkhông tuyệt đối gọi là áp suất tuyệt đối

 Áp suất dư: là áp suất đọc được so với áp suất khí quyển

 Không khí dùng trong công nghiệp lúc đầu là không khí ở áp suất khítrời, được tăng lên một áp suất cao gọi là áp suất tương đối hay còn gọi là áp suất

dư ( áp suất đo )

IV / KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN :

1 / Trong lĩnh vực điều khiển:

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực có khả năngnguy hiểm nhiều nhất như: cháy, nổ …,ví dụ như các thiết bị phun sơn, các loại đồ

gá, kẹp chi tiết, plastic, hoặc được sử dụng trong những lĩnh vực sản xuất các thiết

bị điện tử Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dâychuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra lò hơi, thiết bị mạđiện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất

 Truyền động thẳng: được sử dụng trong các đồ gá kẹp chặt, các thiết

bị đóng gói, máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong các hệthống phanh hãm của ô tô

 Trong các hệ thống đo và kiểm tra: trong các hệ thống vận chuyển ximăng

V / ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN :

1/ƯU ĐIỂM :

Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, do vậy khả năng tíchchứa áp suất nén một cách thuận lợi Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lậpmột trạm tích chúa khí nén.

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

 Đường dẫn khí ra (khí thải) không cần thiết

 Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén

 Hệ thống phòng ngừa quá tải áp suất giới hạn được bảo đảm

2/NHƯỢC ĐIỂM :

 Lực truyền tải trọng nhỏ

 Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi,

vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, do đó không thể thực hiện được nhữngchuyển động thẳng hoặc quay đều

Khí thoát gây tiếng ồn

CHƯƠNG II : CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN KHÍ NÉN

I.KHÁI NIỆM:

Một hệ thống điều khiển bao gồm các phần tử sau:

Nguồn: đây là nguồn khí nén với áp xuất làm việc ( 6 đến 8 bar)

 Phần tử đưa tín hiệu vào: nhận những giá trị của tín hiệu vào,

cũng là phần tử đầu tiên của mạch như: công tắc hành trình, nút

nhấn, cảm biến…

 Phần tử xử lý tín hiệu: tín hiệu vào được xử lý theo một quy tắc

logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển như:

vay tiếp lưu, van logic OR hoặc AND

 Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu,

thay đội trạng thái cửa cơ cấu chấp hành như: van đạo chiều, ly

hợp

 Cơ cấu chấp hành: làm thay đội trạng thái của đối tượng điều

khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển như: xylanh, động cơ

II VAN ĐẢO CHIỀU:

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằngcách đóng mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đội hướng của dòng năng

lượng

Đại lượng vào Lưu lượng Áp suất

Phần tử đưa tín hiệu vào

Phần tử xử lý tín hiệu Phần tử điều khiển

Cơ cấu chấp hành

Đối tượng điều khiển

Bộ phận lọc Van khóa

1(P) 3(R) 12

1/Ký hiệu:

Sự chuyển đổi của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuôngliền nhau, dòng năng lượng sẽ di chuyenr theo chiều của mũi tên và sẽ

bị chặn lại khi có ký hiệu của chữ T

2/Van đảo chiều không duy trì 3/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều không duy trì

3/2 như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn tư cửa P sẽ bị

chặn lại nơi ký hiệu T, khi có tín hiệu đường điều khiển

12, thì nòng van sẽ dịch chuyển sang phải và nguồn tư

cửa P sẽ di chuyển theo chiều mũi tên đi lên đường A và khi tìn hiệu ở

đường điều khiển 12 mất, thì do áp lực cửa lò xo nòng van sẽ tự di

chuyển sang trái, lúc này nguồn từ cửa P sẽ thôi cấp tín hiệu

3/Van đảo chiều không duy trỉ 5/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều không duy

trì 5/2 như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P

sẽ đi theo chiều mũi tên lên cửa A, khi đường điều

khiển 14 có tín hiệu thì nòng van sẽ dịch chuyển sang

phải và nguồn từ cửa P sẽ dịch chuyển theo chiều mũi tên và lên cửa B,

khi tín hiệu ở đương 14 mất thi do áp lực của lò xo nòng van sẽ tự dịch

chuyển sang trái, lúc này nguồn từ cửa P sẽ di chuyển theo chiều mũi

tên đi lên cửa A

4/Van đảo chiều duy trì 3/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều duy trì 3/2

như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P sẽ bị

chặn lại nơi cửa ký hiệu T , khi có tín hiệu ở đường

điều khiển 12, nòng van sẽ dịch chuyển sang phải và

nguồn từ cửa P sẽ di chuyển theo chiều mũi tên đi lên đường A, và khi

tín hiệu ở đường điều khiển 12 mất, nòng van không tử di chuyển về vị

trí ban đầu được, nếu muốn thay đội trạng thái thì đồng thời tín hiệu ở

đường điều khiện 10 phải có và tín hiệu ở đường 12 phải mất đi, nòng

4(A) 2(B)

5(R) 1(P) 3(S) 14

2(A)

1(P) 3(R)

van sẽ bị tác động và di chuyển sang trái, lúc này nguồn từ cửa P sẽ thôi

cấp tín hiệu

Lưu ý: do hai đầu của van đảo chiều đều có đường tín hiệu vào, do đó

người ta quy ước rằng vị trí khởi đầu của van đảo chiều duy trì là vị trí

ở ô vuông phía bên phải.

5/Van đảo chiều duy trì 5/2:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều duy trì 5/2

như sau: khi chưa có tín hiệu, nguồn từ cửa P sẽ di

chuyển theo chiều mũi tên đi lên cửa A, khi có tín

hiệu ở đường điều khiển 14, nòng van sẽ dịch

chuyển sang phải và nguồn từ cửa P sẽ di chuyển thiều mũi tên đi lên

đường B, và khi tín hiệu ở đường 14 mất, nòng van không tự dịch

chuyển về vị trí ban đầu được, nếu muốn thay đổi trạng thái thì đồng

thời tín hiệu ở đường điều khiển 12 phải có và tín hiệu ở đường 14 phải

mất đi, nòng van sẽ tự tác động và di chuyển sang trái, lúc này nguồn

cửa P sẽ di chuyển lên cửa A

Lưu ý: do hai đầu của van đảo chiều đều chó đường tin hiệu vào, do

đó người ta quy ước rằng vị trí khởi đầu cửa van đảo chiều duy trì là vị

trí ô vuông phía bên phải.

III CƠ CẤU CHẤP HÀNH:

1/Xy lanh tác dộng một phía :

Xy lanh tác động một phía được

cung cấp khí nén bởi một phía duy

nhất.Như vậy nó chỉ có thể cho hành

trình làm việc ở một chiều duy nhất

hành trình ngược lai của piston được

thực hiện bởi lò xo hoặc lực ngoài

Cho nên khí nén chỉ cần thiết cho

việc duy chuyển ở một chiều duy nhất sự xác định kích thước lò xo tùy

thuộc kiểu có thể đưa piston đi (hay về) vị trí khởi động một cách

nhanh chóng

Trong xylanh tác động một phía phản hồi bằng lò xo, hành trình là

một hàm theo độ dài của lò xo Thường trong xylanh tác động một phía

hành trình không vượt quá 100 mm

Như thế chỉ sử dụng chúng giới hạn trong những công việc đơn giản

như: siết chặt, đẩy ra, nâng lên, lắp vào các chi tiết, các chuyển động

Độ kín được đảm bảo bởi vật liệu nhựa dẻo hoặc vật liệu mềm được

lắp vào trong piston bằng kim loại chuyển động ở mép piston là

chuyển động trượt kín trong bề mặt hình trụ của xy lanh

Điều thứ hai cần trình bày đó là loại xy lanh có lò xo thực hiện có

hành trình ngược thường trong trường hợp này người ta sử dụng năng

4(A) 2(B)

5(R) 1(P) 3(S)

lượng khí nén để dừng, hãm (sự hãm trong các xe tải xe hơi, toa xe và

nó đảm bảo một cách chắc chắn)

2/ XY LANH TÁC ĐỘNG HAI PHÍA:

Xy lanh trong trường hợp này lực tác dụng bởi khí nén kích thích lên

piston một chuyển động về một phía Một lực tác động tương tự làm di

chuyển một hành trình ngược

Xy lanh tác dộng hai phía trong trường hợp đòi hỏi cần thực hiện hai

chiều có điều kiện độ kín giữa xy lanh và piston được bảo đảm bởi các

đệm ở mép của piston hoặc của màng

Ở đây khối dẫn hướng đóng vai trò quan trọng để tránh sự va đập và

dẫn tới sự hư hỏng của các trang thiết bị trong xy lanh, người ta làm

một hệ thống giảm chấn điều chỉnh được ở cuối hành trình của xy lanh

Hệ thống này cần được thiết lập vì piston cần được giảm chấn một cách

đáng kể ở hành trình Nó có một đường thoát khí với tiết diện nhỏ có

thể điều chỉnh tạo nên hiệu ứng giảm chấn

Khí được tích trữ trong phần cuối buồng chứa của xy lanh sau mỗi lần

nén Lúc bấy giờ áp suất dư phát sinh thoát qua van tiết lưu và hiệu ứng

giảm chấn bắt đầu (do chảy qua tiết diện nhỏ) Sự nén khí qua đường

này bổ sung thêm cho việc hấp thu một phần năng lượng, piston hãm

chuyển động và đi tới chậm dần cho tới vị trí cuối của hành trình Ở lần

đảo chiều chuyển động của sự di chuyển piston, khí đi vào một cách tự

do trong buồng xy lanh và đi ngang qua van một chiều

 Giảm chấn không điều chỉnh được ở hai phía

 Giảm chấn không điều chỉnh ở một phía

 Giảm chấn có điều chỉnh ở một phía

IV CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH:

Chức năng của công tắc hành trình là cung cấp tín hiệu cơ cấu (như xy

lanh) đạt đến vị trí của hành trình đã định sẵn, để điều khiển như đảo

chiều chuyển động, điều chỉnh tốc độ, điều khiển các bộ phận

Khi con lăn bị tác động khí nén tràn về phía màn đẩy con trượt đi

xuống làm đóng đường dẫn khí giữa A và R và mở đường nối P tới A

Khi con lăn không còn bị tác động nữa thì đường dẫn khí nén tới

màng bị đóng, khí sẽ đi từ cửa A đến thoát ra ở cửa R

Bằng cách đổi chỗ các nhánh P,R và quay cần gạt con lăn đi một góc

180 độ Chúng ta sẽ đổi được van hành trình này : thường đóng hay

thường mở

2

2/CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH TÁC ĐỘNG MỘT CHIỀU:

Trong những mạch ở trường hợp có sự trùng tín hiệu như một van đảo

chiều tác động lần lượt hai phía, thì đối với công tắc hành trình tác động

hai chiều thì không sử dụng, trong trường hợp này thì phải sử dụng

công tắc hành trình tác động một chiều

Lưu ý: khi sử dụng công tắc hành trình tác động một chiều,trong sơ

đồ mạch cần phải vẽ chiều mũi tên mà cơ cấu chấp hành tác động ở

phía nào.

2

V VAN TIẾT LƯU:

Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh dòng chảy, tức là điều chỉnh vận

tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành Nguyên lý làm việc của

van tiếp lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi

tiết diện

Van có tác dụng điều chỉnh, tiết lưu dòng chảy đi qua, tác động trên

cả hai chiều của dòng khí

 Van tiết lưu có mặt cắt không đổi :

 Van tiết lưu bằng mặt cắt : ở van này có độ dài

của sự tiết lưu cao hơn đường kính tiết lưu

 Van có màng ngăn : ở van này có độ dài của

sự tiết lưu ngắn hơn đường kính tiết lưu

 Van tiết lưu có chỗ co hẹp thay đổi :

 Van tiết lưu có mặt cắt điều chỉnh được

 Van tiết lưu bằng mặt cắt (dòng chảy) được điều khiển bằng cơ khí

có một phản hồi bằng lò xo

Van này tiện dụng khi lắp van tiết lưu bằng mặt cắt trực tiếp lên xy

lanh

1/VAN TIẾT LƯU MỘT CHIỀU:

Van này thường được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của những xy

lanh khí nén

Van tiết lưu một chiều có thể lắp trực tiếp lên xy lanh khí nén

Người ta phân biệt thành hai kiểu chính để điều chỉnh xy lanh tác dụng

một phía bởi sự giảm lưu lượng khí Theo chiều đóng của van một

chiều dòng khí chỉ có thể đi qua tiết diện tiết lưu theo chiều ngược lại,

dòng khí có thể di chuyển tự do qua van một chiều như vậy dòng khí

chỉ bị tiết lưu ở một chiều của dòng chảy

Trong trường hợp tiết lưu đường cung cấp (đường vào), van tiết lưu

một chiều được lắp ở đường vào và hạn chế lượng khí cung cấp cho xy

lanh Trong khi đó khí có thể thoát ra từ xy lanh một cách tự do nhờ van

một chiều tiết lưu đường cung cấp được sử dụng trong các xy lanh tác

động đơn giản và thể tích nhỏ

Ngược lại trong trường hợp tiết lưu đường ra, khí nén cung cấp tự do

cho xy lanh và bị thiết lưu ở đường ra Thông thường trong hệ thống

khí nén để điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành người ta sử dụng

phương pháp tiết lưu đường ra

2.VAN TIẾT LƯU HAI CHIỀU :

Van tiết lưu hai chiều thực hiện việc tiết lưu cả hai chiều, dòng khí

nén đi từ P về A và ngược lại tiết diện thay đổi bởi vít điều chỉnh

VI VAN THOÁT NHANH:

Van thoát khí nhanh là thiết bị phụ để tăng tốc độ của piston Như vậy

người ta tránh được sự mất thời gian ở hành trình ngược (chạy không),

nhất là những xy lanh tác động một phía

Van này bao gổm một đường ống dẫn áp suất P, một đường thoát R và

một đường ra A khi có áp suất và ở P, đệm dỉa che đường thoát R, khí

nén đi qua A khi áp suất bị ngắt ở nơi P, khí đến từ A tác động lên dỉa

đệm cản lại đường đến từ P, cửa P đóng kín Đường ra của khí có thể

thoát trực tiếp theo chiều ra ngoài khí trời vì thế đường ra của khí

không cần đi qua một quảng đường dài và không qua ống dẫn điều

khiển dẫn đến cơ cấu phân phối van thoát khí nhanh có thể lắp trên xy

lanh

VII VAN LOGIC:

1.Van OR:

Người ta có thể gọi van loại này là van “hoặc” chế độ làm việc của

van loại này gồm hai cửa vào X, Y và một cửa ra A duy nhất khi khí

nén đến cửa vào X thì bị duy chuyển đến đóng cửa Y, khí đi từ X đến

A Ngược lại khi khí đến bằng cửa Y nó sẽ di chuyển đến A và cửa vào

X sẽ được đóng kín lại lúc dòng ngược về thì viên bi vẫn còn như ở vị

trí trước của nó

VIII.VAN AND:

Người ta gọi là van “Và”, loại này có hai đường vào X, Y và có một

đường ra duy nhất A Chỉ có tín hiệu khí nén ở cửa A khi cả hai tín hiệu

vào cùng tồn tại,một tín hiệu vào X hoặc vào Y sẽ che kín đường dẫn

lên cửa A bởi một lực tác động đến lõi phía trong van Khi tín hiệu thứ

nhất vào thì không có sự đi qua đến tín hiệu kia vào ở đường kia thì lúc

này mới có sự đi qua ở đường ra A trong trường hợp áp suất khác nhau

ở các đường tín hiệu vào thì áp xuất nào lớn hơn sẽ dóng kín cửa van,

còn áp xuất nào nhỏ hơn thì sẽ di chuyển sang A

Thiết bị này chủ yếu sử dụng trong các mạch logic, mạch an toàn để

thực hiện chứa năng điều khiển và mối liên hệ logic

IX VAN ÁP

SUẤT:

1 VAN AN TOÀN:

Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp xuất 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 như vậy khí nén sẽ theo cửa R ra ngoài

không khí

2.VAN TRÀN:

Nguyên tắc hoạt độngcủa van tràn tương tự như van an toàn nhưng

khác 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

X.RƠLE THỜI GIAN:

Thiết bị này là sử tổng hợp của van 3/2 điều khiển bằng khí nén van

tiết lưu một chiều là một bình chứa khí nhỏ

1 rơle thời gian thường đóng ( bộ phận làm trễ thường đóng ):

Nguồn khí cung cấp cho bộ phận làm trễ qua cửa P Dòng khí qua cửa

điều khiển vào Z đi qua van tiết lưu một chiều tùy thuộc vào sự điều

chỉnh của vít tiết lưu mà nó sẽ làm tăng thêm hoặc giảm lượng khí đi

vào bình chứa nhỏ Khi áp suất điều khiển cần thiết đã được thiết lập

trong bình chứa nó sẽ tác động đẩy con trượt đi xuống làm kín sự liên

thông từ A đến R Lúc này bề mặt tựa của van được mở và khí có thể đi

từ P qua A Khoảng thời gian cần thiết để thiết lập áp suất ở trong bình

chứa khí có tác dụng làm chậm trễ sự điều khiển của van phân phối

3/2.Bộ làm trễ bắt đầu trở về vị trí của van ban đầu khi cửa điều kiện Z

trở thành cửa thoát,khí sẽ thoát ra từ bình chứa một cách tự do quan van

tiết lưu một chiều và đường thoát của van 3/2 lại có tín hiệu.Dưới tác

dụng đàn hồi của lò xo đẩy con trượt đi lên đóng kín cửa P,nối liên

thông từ A đến R

2 Rơ le thời gian thường mở (bộ phận làm trễ thường mở):

Giống như trên khi điều khiển đi vào cửa Z của bình chứa khi áp suất

điều khiển cần được thiết lập trong bình chứa khí, van 3/2 được chỉnh

lưu đóng kín sự đi qua từ P đến A đường ống làm việc A được nôi với

đường R sự chậm trễ tương ứng với sự thiết lập áp suất ở trong bình

khí Khi ngắt nguồn khí điều khiển tác động vào cửa Z làm trễ bắt đầu

lại ở vị tri ban đầu

XI RƠLE ÁP SUẤT:

Thiết bị này là sự tổ hợp của một van phân phối 3/2 điều khiển bằng

khí nén một van áp suất điều khiển từ bên ngoài

 Nguyên lý làm việc của rơle áp suất:

Khí nén vào cơ cấu phân phối qua ống nối P, khí điều khiển qua cửa

vào Z, tùy vào sự điều chỉnh của độ nén khí lò xo thì áp suất đạt được

sẽ đẩy van điều khiển 3/2 làm thông cửa A và dẫn khí từ B sang A

p

A

P A

A

XII CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG KHÍ NÉN:

Các ký hiệu tiêu chuẩn ( DIN ISO 1219 )

1.Biến đổi năng lượng:

 Động cơ nén khí có lưu lượng không đổi có

một đường tiêu thụ không khí

 Động cơ có khí lưu lượng điều chỉnh được

cơ một đường tiêu thụ khí

 Động cơ nén khí cơ một góc quay giới hạn

 Xy lanh tác động hai phía, phục hồi bằng nội lực

 Xy lanh tác động một phía, phục hồi bằng lò xo

 Xy lanh tác động một phía,piston có một trục

 Xy lanh tác động một phía,piston có hai truc

 Xy lanh tác động hai phía, có đệm điều chỉnh ở 2 trục

2 Điều chỉnh và điều khiển năng lượng:

a.các van điều khiển:

 Van điều khiển 2/2, đóng ở vị trí đầu

 Van điều khiển 2/2, mở ở vị trí đầu

 Van điều khiển 3/2, đóng ở vị trí đầu

 Van điều khiển 3/2, mở ở vị trí đầu

 Van điều khiển 3/3,đóng ở vị trí giữa

 Van điều khiển 4/3,đóng ở vị trí giữa

 Van điều khiển 4/3,đóng ở vị trí giữa.

b.Các van:

c.Điều chỉnh áp suất:

 Bộ điều tiết với áp suất điều chỉnh được

 Bộ điều chỉnh áp suất không đường thoát,điều chỉnh được

 Bộ điều chỉnh áp suất có đường thoát ra chung quanh

d Điều chỉnh lưu lượng:

 Van thoát điều tiết cố định

 Màng ngăn điều tiết cố định

 Van thoát điều chỉnh được

 Van thoát điều chỉnh được bằng tay

 Van thoát lưu lượng thay đổi được,điều

khiển bằng cơ phục hồi bằng lò xo

e Vòi khóa

 Vòi khóa(van hãm) biểu diễn đơn giản

f Các van điều chỉnh lưu lượng:

 Tiết lưu đường tới,đường về không tiết lưu

 Màng ngăn điều tiết lưu lượng thay đổi

được,đường về không tiết lưu

3.Chuyển tải năng lượng:

 Nguồn áp suất

R P S

 Đường truyền ,mạch công tác.

 Đường truyền,mạch điều khiển

 Đường truyền,mạch đường thoát

 Đoạn dây điện

 Mối nối cố định

 Đường thoát ra chung quanh

 ]Đường thoát có liên kết

 Bằng con lăn một chiều

c Điều khiển bằng điện:

 Bằng nam châm điện có

cuộn dây tác dụng

 Bằng nam châm điện có hai cuộn

dây tác dụng ngược chiều

 Bằng nam châm điện và van điều khiển dẫn hướng

 Bằng nam châm điện hay van điều khiển dẫn hướng

 Bằng nam châm điện hay điều khiển bằng tay

 Cảm biến kiểu phản xạ.

7 Bộ khuếch đại:

 Bộ khuếch đại áp suất

 Bộ khuếch đại lưu lượng

 Van điều khiên 3/2 có bộ khuếch đại

XIII CÁC KÝ HIỆU BIỂU DIỄN CÁC ĐẦU NỐI:

 10, 14, 12 đường điều khiển

Mối liên hệ giữa các cách biểu diễn:

NGUYÊN TẮC TRÌNH BÀY SƠ ĐỒ MẠCH:

Để có thể đọc và hiểu các sơ đồ mạch trình bày trong bảng vẽ cần

nắm vững các khái niệm và quy ước sau

 Mạch điều khiển gồm nhiều thành phần khác nhau:

Nguồn: thiết bị phục vụ và ống dẫn khí

Cảm biến: đưa tín hiệu đến bộ phận xử lý

Bộ phận xử lý: đưa tín hiệu đến các thiết bị điều khiển

Thiết bị điều khiển: điều khiển các dòng tín hiệu khí nén đến các

cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành: nhận tín hiệu và chấp hành

Trong mạch điều khiển khi trình bày bằng sơ đồ, các xy lanh thường

được đánh số theo sơ đồ sau:

 Số chẵn cho vị trí đi ra của xy lanh ( 1.2, 1.4, 1.6 )

 Số lẻ cho vị trí đi vào của xy lanh ( 1.3 )

 Nếu xy lanh la cơ cấu chấp hành duy nhất trong mạch thì được

ký hiệu 1.0 và van điều khiển xy lanh được đánh số 1.1

 Ký hiệu các thiết bị nguồn:

 Nhũng ký hiệu trình bày được sử dụng theo tiêu chuẩn DIN

ISO 1219 “Ký hiệu của các hệ thống và thiết bị lưu chất ”

 Các ký hiệu của nguồn cung cấp có thể thể hiện như các thiết bị

riêng lẻ hay như các thiết bị tổ hợp

 Thông thường ở những chỗ ghi chú các yêu cầu kỹ thuật đặc

biệt như không bôi trơn hay lọc cực mịn thì phải sử dụng ký hiệu đầy

đủ Thông thương nếu nguồn cung cấp chung cho tất cả các thiết bị sử

dụng các thiết bị đơn giản

 Sơ đồ chi tiết rất hữu ích khi sửa chữa và nghiên cứu, nhưng

không nên thêm vào vì nó sẽ làm phức tạp sơ đồ

 Ký hiệu các van điều khiển:

 Van điều khiển được thể hiện bởi số các đầu nối để điều khiển

và số vị trì Để mô tả đầy đủ các chức năng, thông tin khác như phương

pháp tác động và thông số về các đường đi đặc biệt được thêm vào

 Mỗi vị trí van được mô tả bởi một hình vuông riêng biệt Việc

thể hiện các cửa rất quan trọng khi giải thích sơ đồ khi lắp van vào hệ

thống

 Việc thể hiện các van điều khiển phù hợp với dư luận DIN ISO

5599 Trước kia người ta sử dụng hệ thống chữ cái, nhưng hiện nay sử

dụng cả hai hệ thống (chữ cái và số)

Mối quan hệ giữa chữ cái và số:

Cửa tác động cho tín hiệu từ 1 đến 2 12 Z (van 3/2)

Cửa tác động cho tín hiệu từ 1 đến 2 12 Y (van 5/2)

Cửa tác động cho tín hiệu từ 1 đến 4 14 Z (van 5/2)

Nguồn khí trợ lực 81, 91 Pz

 Phương pháp điều khiển:

 Phương pháp điều khiển van khí nén tùy thuộc vào ứng dụng

 Các ký hiệu phương pháp tác động được chi tiết hóa theo tiêu

chuẩn DIN ISO 1219 khi ứng dụng van điều khiển khí nén cầnlưu ý cách tác động và phục hồi Các ký hiệu của hai cách tácđộng được thể hiện bên cạnh các ô ký hiệu vị trí Có thể cóthêm tác động trực tiếp bằng tay, được thể hiện bằng ký hiệuthêm vào

 Nguyên tắc thiết kế sơ đồ mạch:

 Mọi chi tiết phải được thể hiện trên sơ đồ mạch ở vị trí ban đầu

Nếu van được vẽ tương ứng với vị trí chấp hành ban đầu thì nóphải được thể hiện, ví dụ như bằng một mũi tên, hay là trongtrường hợp van giới hạn hành trình thì được thể hiện bằng cam(trạng thái đang tác động)

 Hệ thống số của các thiết bị tùy thuộc vào số của nhóm công

tác (như trong ví dụ dưới đây ) và theo các tiêu chuẩn sau:

CHƯƠNG III : PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH

o Biểu đồ trạng thái (sơ đồ hành trình bước) :

Trong biểu đồ trạng thái, người ta biểu diễn các phần tử trong mạch , mối liên

hệ giữa các phần tử trong mạch và trình tự chuyển mạch trong phần tử

Trục toạ độ thẳng đúng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, gócquay, thời gian…).Hành trình làm việc được chia thành các bước Sự thay đổitrạng thái trong các bước được biểu diễn bằng nét liền đậm

Để vẽ được sơ đồ hành trình bước , ta lần lượt thực hiện theo các bước sau:

 Vẽ một mắc lưới bằng các nét liền mãnh gồm có m cột dọc và n hàngngang Với m (số cột dọc bằng số bước) thực hiện các chuyển đổi của trạngthái các phần tử cơ cấu chấp hành xy lanh ; với n là số hàng ngang chính là

số công tắc hành trình , sensor định vị khoảng dịch của các cơ cấu chấp hành

 Vẽ các nét liền đậm mô tả sự thay đổi trạng thái của các xylanh trong

hệ thống

Để thiết kế một hệ thống điều khiển bằng khí nén , người ta có thể sử dụng một trong ba phương pháp sau đây : phương pháp thiết kế kiểu tuần tự, thiết kế theo tầng điều khiển và phương pháp thiết kế theo nhịp.

2 S1

I / PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO KIỂU TUẦN TỰ :

Phương pháp này cụm điều khiển chỉ có một nguồn duy nhất Dựa vào sơ đồhành trình bước sau mỗi bước cơ cấu chấp hành sẽ tác động vào công tắc hànhtrình Tín hiệu này sẽ tác động vào các van điện từ sẽ đảo chiều tương ứng để thayđổi trang thái của cơ cấu chấp hành Cứ như thế quá trình được thực hiện cho đếncuối chu trình

Trình tự thực hiện:

 Từ sơ đồ hành trình bước , ta xác định số lượng và vị trí các công tắc hànhtrình hoặc cảm biến tương ứng Thông thường ta ký hiệu các công tắc hànhtrình nào ở bên trong thì nhận giá trị lẻ ví dụ như S1 , S3 , S5 , S7…Còncông tắc hành trình ở phía ngoài thì nhận giá trị chẳn ví dụ như S2 , S4 , S6 ,S8…Các van điện từ được sử dụng có thế có duy trì hoặc không có duy trì

 Vẽ các cơ cấu chấp hành, các van đảo chiều

 Vẽ tín hiệu vào (nút nhấn, công tắc), khi có tín hiệu vào sẽ làm cho cơ cấuchấp hành (xilanh) dịch chuyển Đến cuối hành trình dịch chuyển sẽ tácđộng vào các công tắc hình trình hoặc sensor tương ứng để sinh ra tính hiệutiếp theo Cứ tiếp tục như vậy ta tiến hành cho các bước dịch chuyển tiếptheo như hành trình bước của hệ thống

 Kiểm tra hiệu chỉnh

CÁC BÀI THỰC TẬP THIẾT KẾ MẠCH THEO KIỂU TRÌNH TỰ : 1/ CÁC BÀI TẬP KHÍ NÉN :

Bài 1 : Những chi tiết cần chuyển sang một dây chuyền khác bằng cách nhấn một nút

nhấn, xi lanh đi ra và thả nút nhấn xi lanh tự quay về.

Bài 2 : Các kiện hàng được di chuyển bởi băng tải và

hệ thống điều khiển như sau : Nhấn 1 nút nhấn xilanh tác

động 1 chiều đi vào nhanh để nhận hàng và sau khi kiện hàng

đã được di chuyển đi nơi khác đến cuối hành trình , xi lanh tự

đi ra chậm với thời gian 2 giây.

Bài 3 : Để uốn một tấm thép phẳng 5 x

40 thành hình L bằng cách : Nhấn đồng thời

hai nút nhấn xilanh mang đầu dập di chuyển

nhanh đi ra và dập chi tiết theo hình dạng yêu

cầu Chỉ cần thả 1 trong hai nút nhấn xilanh

sẽ di chuyển vào chậm

Bài 4 : Chi tiết cần được đóng nhãn hiệu bằng cách : Chi tiết được đặt vào cơ cấu định

vị, xilanh A đi ra sẽ đưa chi tiết vào đúng vị trí cần đóng, tiếp theo đó xilanh B đi ra có mang đầu đóng và đóng xuống chi tiết,khi đóng dấu xong, xilanh A quay về, sau đó xilanh B đi về.

4 2

5 1 3

6 5

1 1 2

2

2

1 3 S1

2

1 3 S2

Bài 5 : Chi tiết cần di chuyển sang một dây chuyền khác bằng cách : Nhấn 1 nút nhấn

xilanh đi ra, cuối hành trình tự quay về Trong sơ đồ người ta có yêu cầu thiết kế thêm một nút tự động để có thể sử dụng điều khiển từng chiếc hoặc điều khiển tự động

Bài 6 : Các chi tiết dạng trụ

sau khi gia công cần được kiểm tra

kích thước … được điều khiển bởi hệ

thống :

Nhấn một nút nhấn xilanh đi ra

với thời gian t 1 = 0,6 s đồng thời đẩy

1 1 2

1 3

2

1 3 S1

2

1 3 S2

động trở về với tời gian t 3 = 0,4 s

Chu trình được điều khiển tự động và yêu cầu khi hết phôi để kiểm tra thì chu trình tự dừng lại.

Bài 7 : Một tấm nhựa cần được ép hai mép lại với nhau bằng hệ thống điều khiển : Nhấn

1 nút nhấn xilanh mang đầu gia nhiệt đi ra chậm thực hiện ép nóng, lực tối đa của đầu xilanh cho phép ở áp suất 4 bar ( với áp suất này tấm nhựa không bị hư, khi xilanh đến cuối hành trình và đạt áp suất P = 3 bar thì xilanh tự quay về kết thúc một chu trình.

Tuy nhiên ở đây người ta muốn thực hiện chu trình tự động , nghĩa là sau khi thực hiện một chu trình, xilanh chờ một khoảng thời gian 2 giây sau đó tự động tiếp tục chu trình kế tiếp.

Bài 8 : Một hệ thống hợp chất

lỏng được trộn với nhau bằng hệ thống

điều khiển sau :

Nhấn 1 nút nhấn xilanh lùi về để

mang chất lỏng vào bên trong, cuối hành

trình xilanh lại tự động đi ra, khi đi ra

khoảng ½ hành trình, tác động một công

tắc hành trình thì lại tự động lùi trở vào.

Cứ như thế trong một khoảng thời gian là

5 giây xilanh sẽ đi hoàn toàn ra ngoài để

hoàn tất một chu trình.

lanh 2 đang thực hiện

đi ra mà áp suất vượt

quá mức áp suất cho

phép thì cả 2 xilanh

phải đồng thời lập tức

quay trở về.

Bài 10 : Cơ cấu cấp

phôi tự động được điều khiển

bởi hệ thống sau : Chi tiết được

đưa từng cặp đến vị trí tiện tự

động Để thực hiện được việc

này phải sử dụng 2 xilanh

chuyển động ngược nhau Khi

nhấn nút xilanh A sẽ đi xuống

cuối hành trình đồng thời

xilanh B sẽ đi lên, lúc này chi

tiết được đua đến vị tri gia

công Sau 30 giây ( thời

4 2

5 1 3 S1 S2

2

2

1 3 S1

2

1 3 S2

2

1 3

4 2

5 1 3 Y1

5 1 3 Y2

K1 +24V

Y1 0V

4 2

5 1 3 Y2

gian gia công ) thì xilanh A đi lên đồng thời xilanh B đi xuống Quá trình có thể thực hiện 1chu

kỳ hoặc tự động chu kỳ tiếp theo sau 1 khoảng thời gian định trước.

2/ CÁC BÀI TẬP ĐIỆN KHÍ NÉN :

Bài 1 : Thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh làm việc theo trình tự A + B + A – B – bằng van 5/2

đơn.

tiếp theo.

4 2

5 1 3 Y1

5 1 3 Y2

2 4

5 1 3 Y1

5 1 3 Y2

K4 K1

tiếp theo.

4 2

5 1 3 Y1

S1 S2

4 2

5 1 3

S3 S4

K1 +24V

Y1 0V

5 1 3 Y1

5 1 3

K1 +24V

Y1 0V

Bài 5 : Thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh làm việc theo trình tự : A + B + A – B – trong

đó A dùng van 5/2 đơn và B dùng van 5/2 kép để điều khiển.

4 2

5 1 3 Y1

5 1 3

K1 +24V

Y1 0V

8 9

6

4 2

5 1 3 Y1

S1 S2

4 2

5 1 3

S3 S4

K1 +24V

Y1 0V

Bài 7 : Thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh làm việc theo trình tự : A + B + B – A –

trong đó A dùng van 5/2 đơn, B dùng van 5/2 kép để điều khiển.

4 2

5 1 3

5 1 3 Y3

K1 +24V

Y1 0V

4 2

5 1 3

4 2

5 1 3 Y3

K1

+24V

Y1 0V

AUTO

S3

Bài 9 : Thiết kế mạch điều khiển 2 xi lanh làm việc theo trình tự : A + B + A – B – trong

đó A dùng van 5/2 kép , B dùng van 5/2 đơn để điều khiển.