đồ án kỹ thuật cơ khí Tìm hiểu và bảo dưỡng các thiết bị trong phòng thí nghiệm khí nén.

Áp suất trong hệ thống khí nén được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển hóa thànhnăng lượng khí nén và nhiệt năng.. Các

Chương I Tìm hiểu về kỹ thuật khí nén.

1.1 Ưu, nhược điểm của khí nén.

- Tính nén được

Khớ nén sẵn sàng thay đổithể tích theo ý muốn Tính chấtnáy cho ta trạng thái của khínén :

- Nén nếu ta giảm thể tích

- Giãn nếu ta tăng thể tích

Hình 1.3 Tính chất nén của khí nén.

1.1.2 Ưu điểm của khí nén.

 Số lượng : Không khí có ở khắp mọi nơi, sẵn sàng để nén với số

lượng không hạn chế

 Vận chuyển : Khớ nén có thể vận chuyển dễ dàng bằng đường ống,

ngay cả ở khoảng cách xa Các đường ống trở về là không cần thiết

 Lưu trữ : Máy nén khớ khụng cần thiết phải luụn luụn hoạt động

Khớ nộn có thể được đựng trong các bình chứa, có thể dùng dần dầntheo nhu cầu; khí nén cũng có thể được vận chuyển trong các bìnhchứa (trong chai chẳng hạn)

 Nhiệt độ : Khí nén không nhạy với sự thay đổi nhiệt độ

 Chống cháy nổ : Không có nguy hiểm về nổ, về cháy đối với khớ

nộn

 Sạch sẽ : Khí nén sạch; ngay cả trường hợp bị rò rỉ trên đường ống

hoặc thiết bị; không sợ gây ô nhiễm Đặc tính này là cần thiết trongvài ngành kỹ nghệ chẳng hạn kỹ nghệ thực phẩm, dệt, gỗ và da

 Chế tạo các thiết bị : Việc thiết kế các linh kiện khí nén khác nhau

đơn giản Điều này dẫn đến giá thành thấp

 Vận tốc : Khớ nén là một lưu chất chảy rất nhanh, điều này cho phép

đạt đến các vận tốc làm việc rất cao (vận tốc làm việc của các xylanh khí trong khoảng từ 1 đến 2 m/s)

 Điều chỉnh : Vận tốc và lực tác dụng của các thiết bị khí nén có thể

điều chỉnh được một cách từ từ (tăng dần)

Quá tải : Cỏc công cụ và các thiết bị khí nén cho phép quá tải mà không bị pháhỏng (thí dụ không làm kẹt động cơ hay kẹt xy lanh)

1.1.3 Nhược điểm của khí nén.

 Xử lý trước : Khí nén phải được chuẩn bị trước Bất kỳ dấu vếtcủa sự không tinh khiết hoặc của độ ẩm đều không được chấpnhận (làm mòn các phần tử khí nén)

 Tính nén được : : Khí nén không cho phộp piston đạt được vậntốc chậm, đều, hằng số

 Lực sinh ra : Thông thường áp suất làm việc là 6 bar Do vậy, lựcsinh ra bị giới hạn bởi tiết diện của piston

 Thoát : Thoỏt khớ gõy ra tiếng ồn, nhưng nhờ vào các bộ giảmtiếng ồn, ngày nay vấn đề này phần lớn đã được giải quyết

 Giá thành : Khớ nén là một nguồn năng lượng đắt khi sản xuấtnhưng giá thành này phần lớn được bù lại nhờ giá thành tương đốithấp và hiệu suất cao của các thiết bị

1.2 Sản xuất và phân phối khí nén.

Áp suất trong hệ thống khí nén được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng

cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển hóa thànhnăng lượng khí nén và nhiệt năng Sau đó khí nén được chuyển đến thiết bị xử lýkhí nén rồi được phân phối cho hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp hành

Hình 1.4 Sơ đồ sản xuất và phân phối khí nén.

1.2.1 Sản xuất khí nén.

Máy nén khí là phần tử có nhiệm vụ hút không khí, hơi ẩm, khí đốt ở một ápsuất nhất định và tạo ra nguồn lưu chất có áp suất cao

a Nguyên lý hoạt động của máy nén khí

 Nguyên lý thay đổi thể tích

Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏlại Theo định luật Boyle-Mariotte, áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lờn.Cỏcloại máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này như máy nén khí kiểu piston,máy nén khí kiểu bánh răng, máy nén khí kiểu cánh gạt …

 Nguyên lý động năng

Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằngđộng năng bánh dẫn Nguyên tắc hoạt động náy tạo ra lưu lượng và công suất rấtlớn Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này như máy nén khí ly tâm.

b Phân loại máy nén khí

- Theo áp suất:

 Máy nén khí áp suất thấp : p ≤ 15 bar

 Máy nén khí áp suất cao : p ≥ 15 bar

 Máy nén khí áp suất rất cao : p ≥ 15 bar

- Theo nguyên lý hoạt động :

 Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích : Máy nén khí kiểu

piston, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nénkhí kiểu trục vít

Máy nén khí turbin : Máy nén khớ kiểu ly tâm và máy nén khí theo chiều trục

1.2.2 Xử lý khí nén.

Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng rất nhiều chất bẩn theotừng 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 khimang những chất bẩn tải đi trong những đường ống dẫn khí sẽ gây ra sự ăn mòn,

rỉ sét trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển Vì vậy, khí nénđược sử dụng trong hệ thống khí nén phải dược sử lý Tùy thuộc vào phạm vi sửdụng mà xác định yeuu cầu chất lượng của khí nén tương ứng cho từng trườnghợp cụ thể

Các loại bụi bẩn như hạt bụi, chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơkhí được xử lý trong thiết bị gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời, sau đó khí nénđược dẫn đến bình ngưng tụ hơi nước Giai đoạn này gọi là giai đoạn sử lý thô.Nếu thiết bị xử lý giai đoạn này tốt thì khí nén có thể được sử dụng trong cácdụng cụ dung khí nén cầm tay, những thiết bị đồ gá đơn giản Khi sử dụng khínén trong hệ thống điều khiển và một số thiết bị đặc biệt thì yêu cầu chất lượngkhí nén cao hơn

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

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

- Phương pháp sấy khô : dung thiết bị sấy khô khí nén để loại bỏ hầu hếtlượng nước lẫn bên trong Giai đoạn này xử lý tùy theo yêu cầu sử dụngcủa khí nén.

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

a Lọc thô

Khí nén được làm mát tạm thời khi đi từ trong máy nén khí ra để tách chấtbẩn Sau đó khí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách nước Giai đoạn lọc thô

là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén

b Phương pháo sấy khô

 Bình ngưng tụ làm lạnh bằng không khí :

Khí nén được dẫn vào bình ngưng tụ Tại đây khí nén sẽ được làm lạnh vàphần lớn lượng hơi nước chứa trong không khí nén sẽ được ngưng tụ và tách ra.Làm lạnh bằng không khí, nhiết độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt đượctrong khoảng từ 30OC đến 35OC Làm lạnh bằng nước ( nước làm lạnh có nhiệt

độ là 10OC ) thì nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ saex đạt được là 20OC

Hình 1.5.Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ bằng nước.

 Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh

Nguyên lý của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh là : khí nén đi qua

bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí Tại đây, dòng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ

bộ bằng dòng khí nén đã được sấy khô và xử lý từ bộ ngưng tụ đi lên

Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận tao đổi nhiệt khí –chất làm lạnh Quá trình làm lạnh sẽ được thực hiện bằng cách cho dòng khí nénchuyển động đảo chiều trong những ống dẫn Nhiệt độ hóa sương tại đây là 2OC.Như vậy lượng hơi nước trong dòng khí nén vào sẽ được ngưng tụ

Dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dòng khí nén sẽ được đưa rangoài qua van thoát nước ngưng tụ tự động ( 4 ) Dòng khí nén được làm sạch vàcòn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt ( 1 ), để nâng nhiệt độ lênkhoảng từ 6OC đến 8OC, trước khi đưa vào sử dụng.

Chu kỳ hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng mỏu nộn để phátchất làm lạnh (5) Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén, nhiệt độ sẽ tănglên, bình ngưng tụ (6) sẽ có tác dụng làm nguội chất làm lạnh đó bằng quạt gió.Van điều chỉnh lưu lượng (8) và rơle điều chỉnh nhiệt độ (7) có nhiệm vụ điềuchỉnh dòng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động trong khi có tải, không tải và hơiquá nhiệt

Hình 1.7 Sấy khô bằng hấp thụ.

- Qua trình hóa học

Thiết bị gồm 1 bình chứa chất hấp thụ ( thường dung là NaCl ) Không khí

ẩm được đưa vào cửa (1) đi qua chất hấp thụ (2) Lượng hơi nước trong khôngkhí kết hợp với chất hấp thụ tạo thành giọt nước lắng xuống đỏy bỡnh Phầnnước ngưng tụ được dẫn ra ngoài bằng van (5) Phần không khí khô sẽ theo cửa(4) vào hệ thống

Hình 1.8 Sấy khô bằng hóa chất.

c Lọc tinh

Lọc tinh được xử lý bằng cụm bảo dưỡng : bộ lọc, điều chỉnh áp suất, bộ tradầu

1.2.3 Phân phối khí nén.

Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ vận chuyển không khí nén từ nơisản xuất đến nơi tiêu thụ, đảm bảo áp suất P và lưu lượng Q và chất lượng khínén cho các thiết bị làm việc, ví dụ như van, động cơ khí nén, xy lanh khí …Dẫn bằng đường ống

Khí nén được phân phối bằng các mạng đường ống nằm bên trên ( hoặc dướiđất) đến nơi sử dụng Việc thiết kế đúng một hệ thống đường ống là thiết kế saocho tổn thất áp suất giữa bình chứa vầ nơi nhận không vượt quá 0,1 bar

 Đường kính của ống dẫn

Ngay từ khi xây dựng hệ thống ống, quan trọng là chúng ta phải dựkiến trước việc mở rộng tương lai các đường ống này

Đường ống dẫn phải tính được tính theo :

- Lưu lượng cung cấp

- Chiều dài đường ống

Hiện nay, người ta ngày càng sử dụng nhiều vật liệu phi kim loại đểlàm đường ống dẫn khớ Trờn cỏc mỏy, cỏc đường ống hay làm bừng pụlyờtylen hoặc polyamide

 Lắp đặt – các lưu ý khi lắp

Việc lắp đặt một hệ thống khí nén phải cho phép việc bảo quản được

dễ dàng

Ta có thể thấy các kiểu mạng :

- Đường trích phải cong.

1.3 Máy nén khí

1.3.1 Mỏy nộn khớ piston.

Máy nén piston được dử dụng rộng rãi trong công nghiệp cho cả nộn khớ

và làm lạnh Năng suất của máy nén tỉ lệ thuận với tốc độ tuy nhiên công suấtcủa máy nén lại thay đổi

 Nguyên lý hoạt động cua máy nén khí kiểu piston một cấp được biểu diễntrong hình 1.11

Hình 1.11 Nguyên lý làm việc của máy nén khí kiểu piston 1 cấp.

- Không khí được hút vào xuyên qua một bộ lọc thích hợp và sạch

Khi piston đi xuống thì van nộn đúng, van hút mở bởi giảm áp: PHA HÚT

- Ở điểm chết dưới, van hỳt đúng, buồng nén khép kín

- Piston trở lên, áo suất tăng, van nén mở : PHA NẫN

- Ở điểm chết trên, van nộn đúng

Các lò xo đặt ở các van cho phép tạo việc mở trễ và đóng sớm của các vannày nhằm :

 Tăng sự tụt áp nhằm giúp việc điền đầy

 Tăng việc nén

Cấu tạo của máy nén khí kiểu piston ( hình 1.12 )

Hình 1.12 Mặt cắt máy nén piston

Máy nén khí kiểu piston được phân loại theo cấp số nén, loại truyền động

và phơng thức làm nguội khí nén Máy nén khí kiểu piston một cấp có thể hútđược lưu lượng đến 10 m3/phút và áp suất nén từ 6 đến 10 bar.Tuy nhiên có rấtnhiều ứng dụng yêu cầu vượt quá khả năng thực tế của một cấp nén đơn lẻ Tỉ sốnén quá cao ( áp suất đẩy tuyệt đối/ áp suất hút tuyệt đối ) có thể làm nhiệt độcửa đẩy cao quá mức hoặc gây ra vấn đề về thiết kế Điều này dẫn đến nhu cầu

sử dụng máy nén hai cấp cho các yêu cầu áp suất cao với nhiệt độ khí cấp (cửađẩy) thấp hơn ( 140 đến 1600C) so với maý nén một cấp ( 205 đến 2400C)

Hình 1.13 Máy nén piston 2 cấp.

Áp suất tạo ra của máy nén khí :

1 cấp:p=4-8 bar2 cấp: p=15-18 bar p=4-8 bar 2cấp: p=15-18 bar

3 cấp:p=130 bar4, 5 cấp:p>200 bar p=130 bar 4, 5cấp: p>200 bar

Một số lọa máy nén khí kiểu piston được thể hiện trong hình 2.4 :

Hình 1.14 Một số loại máy nén khí piston.

- Ưu điểm : Cứng vững, hiệu suất cao, kết cấu, vận hành đơn giản

- Khuyết điểm : Tạo ra khí nén theo xung, thường có dầu, ồn

 Bảo dưỡng

- Phần điện : phần điện của máy nén khí piston là một động cơ 3 pha

- Phần cơ : thay dầu cho máy nén, cần thường xuyên thay thế gioăng, phớt,phải chọn loại phù hợp

- Phần khí nén :

 Rơle áp suất : theo dõi tình trạng của rơle áp suất để đảm bảo áp suấtnén của máy nén và áp suất làm việc của hệ thống

 Thường xuyên xả nước ngưng

 Theo dõi mức dầu của máy nén và thay thế

 Kiểm tra việc rò rỉ đường ống

 Vệ sinh bộ lọc khí vào

1.3.2 Máy nén khí trục vít.

Nguyên lý làm việc : máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lýthay đổi thể tích Thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vítquay Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút ( thể tích khoảng trống tăng lên ), quá trìnhnén ( thể tích khoảng trống nhỏ lại ) và cuối cùng là quá trình đẩy

Kết cấu : Máy nén khí kiểu trục vít gồm có hai trục : trục chính và trụcphụ Số răng ( số đầu mối ) của trục xác định thể tích làm việc ( hỳt, nộn) Sốrăng càng lớn, thể tích hỳt nộn của một vòng quay sẽ giảm Số răng của trụcchính và trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn

Hình 1.15 Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu trục vít.

Lưu lượng làm việc của máy nén khí kiểu trục vít :

Lưu lượng q0 được xác định như sau :

Trong đó :

:Chiều dài trục vít Chiều dài trục vít

:Diện tích trục chính Diện tích trục chính

:Diện tích trục phụ.Diện tích trục phụ

Z1:Số đầu mối trục chính Số đầu mối trục chính

:Tỉ sú giữa thể tích khe hở theo thực tế Tỉ số này phụ thuộc vào gócxoắn Tỉ só giữa thể tích khe hở theo thực tế Tỉ số này phụ thuộc vào gócxoắn của trục vít

 Máy nén khí kiểu trục vít khụng bôi trơn

Để tránh tiếp xúc trực tiếp giữa các roto ta dùng bộ bánh răng đồng bộ lápvào đầu trục vít

Đa số người sử dụng không cần loại khí nén ”khụng dầu” Các nhược điểmcủa kỹ thuật này, các tiến bộ của công nghệ phun và tách dẫn đến một thế hệmáy mới.

 Máy nén khí kiểu trục vít cú bôi trơn

Dầu được phun vào giữa tầng nén Dầu có chức năng :

- Bôi trơn ổ và các bánh răng

- Giải nhietj

- Tạo một lớp mỏng giữa các roto để đảm bảo độ kớn khớt của tầng nén, từ

đó đảm bảo được tỉ số nén ( % chân không đạt được : 95%)

 Ưu điểm:

- Cú các ưu điểm của kỹ thuật vis: ta có thể đạt được áp suất 10 đến 14 barmột tầng

- Tỉ số nén cao

- Nhiệt độ thấp và vận tốc vòng của các roto nhỏ

- Hiệu suất cáo hơn hiệu suất của máy nén vít khụng bôi trơn

 Nhược điểm: Phải phun và có thiết bị tách dầu

Hình 1.16 Sơ đồ hệ thống máy nén khí kiểu trục vít có hệ thống dầu bôi trơn.

 Bảo dưỡng

- Thường xuyên kiểm tra rơle áp suất

- Thay dầu cho máy nén

- Kiểm tra độ mòn của hai bỏnh vít

- Thường xuyên xả nước ngưng

Máy nén ly tâm là máy nén hoạt động lien tục, cú ớt bộ phận chuyển động

và rấy thích hợp với các ứng dụng yêu cầu lưu lượng lớn, đặc biệt khi cần khíkhông bị nhiễm dầu

Máy nén ly tâm là máy làm mát bằng nước, có thể được cung cấp theotổng thành, thường gồm cả một bộ làm mát sau và toàn bộ phần điều khiển

Máy nén ly tâm phù hợp với những ứng dụng cần công suất lớn, thường làtrên 12.000 cfm.Chỳng thường được sử dụng trong công nghiệp nặng và trongmôi trường làm việc lien tục Máy nén ly tâm thường được lắp cố định, côngsuất từ hang trăm đên hang ngàn mã lực.Với hệ thống làm việc gồm nhiếu máynén khí ly tâm, chúng có thể tăng áp lực đầu ra hơn 10.000 lbf/in2 ( 60 MPa)

Hình 1.17 Máy nén ly tâm.

 Bảo dưỡng

 Tiêu chí lựa chọn ứng dụng của máy nén khí :

Bảng 1.1 Các tiêu chí lựa chọn máy nén chung.

1.4 Các cơ cấu chấp hành.

Trong một hệ thống tự động, phần tử thực hiện các công việc được gội là các cơ cấu chấp hành Các cơ cấu công suất náy là xylanh, động cơ, cá phần tử chuyển đổi dầu – khí nén

Hình 1.18 Ứng dụng của các loại cơ cấu chấp hành.

1.4.1 Xylanh khí nén.

 Chức năng :

Thực hiện các chuyển động tuyến tính Các thông số làm việc cơ bản củaxylanh là lưu lượng và áp suất để tạo ra lực và vận tốc

 Phân loại xylanh

Ta phân biệt hai loại xylanh : xylanh tác động đơn và xylanh tác độngkép

Kết cấu xulanh thông thường gồm :

- Các bộ phận cố định ( vỏ, đáy trước và đáy sau)

- Các bộ phận di động ( piston, cần)

 Xylanh tác động đơn.

 Chức năng :

- Theo định nghĩa, một xylanh tác động đơn chỉ cấp khí chiềungược lại nhờ tác dụng của lò xo hay trọng lượng theo mộtchiều duy nhất Người ta phân biệt:

- Xylanh tác động đơn khi đẩy

- Xylanh tác động đơn khi kéo

Lò xo dùng để đưa cần về vị trí ban đầu

Tất cả các xylanh đều cấu thành từ hai chi tiết:

- Các chi tiết tiêu chuẩn hoá như: đáy, đường kính piston…

- Các chi tiết phi tiêu chuẩn: kích thước các chi tiết này thay đổi theohành trình thân, cần, thanh kéo, lò xo…

Hình 1.19 Cấu tạo của xylanh đơn.

1 Đáy sau của xylanh: làm bằng đồng thau, thép, chất dẻo, nhôm.

2 Vành làm kín : làm bằng nhôm, đồng, chất dẻo, klingộlite

3 Vành xiết

4 Đệm kín

5 Đệm piston: làm bằng pertuan, viton, teflon Đệm đảm bảo kớn khớp theomột chiều

6 Piston: bằng nhôm, hợp kim nhẹ

7 Thân xy lanh: đa số các xy lanh có đường kính lớn hơn 25mm được lắpchặt và không thể tháo được Thân xy lanh cũng có thể được chế tạo từ cácvật liệu khác:

- Nhựa EPOXY ( lợi về trọng lượng, chống ăn mòn, trạng thái bề mặttốt.)

- Đồng thau cho các xy lanh dạng nhỏ

11 Đệm: ngăn bụi vào xy lanh

12 Cần: thép mạ crụm, thường ghép bằng ren vào piston Xy lanh nhỏ người

ta dán hoặc lắp chặt

A: lỗ nối được lỗ ren cho phép nối xy lanh với nguồn khí nén

B: lỗ nối được hoặc không tuỳ theo kích thước và sự tiêu chuẩn hoá của

xy lanh Lỗ xả khí thường được chế tạo có ren hoặc không có ren cho phép

xả khí vào khí quyển của buồng phản hồi (đôi khi có thể lọc)

Ngoài ra cũn cú kiểu thiết kế khác như:

- Đáy sau đúc liền với xy lanh: bằng gang hoặc bằng hợp kim nhẹ

Các chỉ tiêu làm việc của xy lanh.:

- Độ kớn khớt của piston

Xy lanh chịu áp suất không bị rò rỉ trước Ta đưa cần đến các vị trí khácnhau của hành trình, sự rò rỉ có thể đến từ một điểm mòn xác định trên thànhống hoặc từ đệm của piston

- Khe hở dẫn hướng của cần

Khi độ hở khụng bỡnh thương thì cần phải kiểm tra lại cần, vòng chống

ma sát và độ thẳng của xy lanh

- Độ đàn hồi của lò xo

Lực lò xo nằm trong khoảng từ 0.2 đến 20daN tuy theo đượng kính xy lanh

 Bảo dưỡng

Trước khi tiến hành tháo phải phải lau chùi kĩ bên ngoài xy lanh

Sau giai đoạn này để xy lanh trên một miếng vải sạch Tất cả các chi tiểt của

xy lanh cũng để trên miếng vải này, lau chùi từng chi tiết và rồi kiểm tra:

- Tình trạng bề mặt ống (7) Tất cả các vết xước do phôi hoặc vachạm đều làm hư đệm kín(4)

- Vết tiếp xúc của piston

- Tình trạng của các đệm kín (4), (2), (11)

- Tình trạng lò xo phản hồi

- Tình trạng của cần piston cũng như của bạc chống ma sát

- Kiểm tra độ sạch của các ống dẫn khớ, cỏc mạch khí giảm chấn nếucó

- Lắp xy lanh, vô một ít dầu vào các chi tiết trượt cũng như các bề mặttrong của đường ống

Ghi chú : Các đệm phải được bảo quản nơi khô, không có ánh sáng Ta nên lưu

trữ các đệm theo đường kính tiêu chuẩn hơn hơn là theo chiều dài hành trình

Được cấp khí nén theo cả hai chiều đi và chiều về

Để sinh công theo một chiều, ta phải cấp khí cho một buồng và buồng kia xả

Thí dụ: Nếu muốn xi lanh sinh ra một lực khi đẩy, ta cấp khí cho buồng Acòn buồng B thông khí trời.

Hình 1.20.Cấu tạo của xylanh tác đọng kép.

- Đáy sau và xi lanh liền một khối Xi lanh được đúc và gia công Vật liệu làgang hoặc hợp kim nhẹ.

- Lắp chặt (loại không tháo được) : Thường gặp ở các đường kính nhỏ hơn

lò xo nữa nhưng bù lại phải kiểm tra độ kín khít của cần

Ghi chú : Đa số các xi lanh tác động đơn và tác động kép phải dùng không

khí sạch, lọc ở 40μ có dầu Việc sử dụng vật liệu mới, vật liệu gia công cao vàcác đệm kín tốt cho phép một số nhà thiết kế tạo ra các xi lanh làm việc vớikhông khí khô

Có nhiều loại động cơ khí nén : loại piston và loại cánh gạt

 Động cơ cánh gạt

Nguyên lý hoạt động của động cơ cánh gạt : lưu chất được dẫn vào cửa 1,qua rónh vũng 2 vào lỗ dẫn lưu chất 3 Dưới tác dụng áp suất lờn cỏnh gạt, rụtoquay Lưu chất được thải ra ngoài bằng lỗ ra môi trường không khí

Hình 1.22 Cấu tạo động cơ cánh gạt.

 Động cơ piston

Động cơ piston có khả năng làm kín tốt hơn so với cánh gạt, bởi vậy động

cơ piston được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thủy – khí làm việc ở ápsuất cao

Phụ thuộc vào vị trí của piston đối với rụto, có thể phân biệt động cơ hướngkính và hướng trục

 Kết cấu một động cơ khí nén :

Hình 1.23 Kết cấu một động cơ khí nén.

1.5 Các phần tử điều chỉnh và điều khiển.

1.5.1 Các phần tử điều chỉnh.

 Van áp suất.

 Van an toàn.

Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất àm hệ thống có thể tải Khi

áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thỡ dũng áp suất lưu chất sẽ thắnglực lò xo, vá khí nén sẽ theo cửa R ra ngoài môi trường khụng khí

Hình 1.14 Van an toàn.

 Van tràn.

Nguyên tăc hoạt động van tràn tương tự van an toàn chỉ khác ở chỗ khi ápsuất cửa P đạt giá trị xác định, thì cửa P nối cửa A, nối với hệ thống điềukhiển

 Van điều chỉnh áp suất ( van giảm áp).

Trong một hệ thống điều khiển khí nén, máy nén khí cung cấp năng lượngcho nhiều cơ cấu chấp hành có áp suất khác nhau Ta phải cho máy nén làm việcvới áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trước cơ cấu chấp hành để giảm ápsuất đến một trị số nhất định

Hình 1.25 Van điều chỉnh áp suất.

 Rơle áp suất.

Rơle áp suất thường được dùng trong hệ thống khí nén như kà một cơ cấuphòng quá tải, tức là có nhiệm vụ đóng hoặc mở các công tắc điện, khi áp suấttrong hệ thống vượt quá giới hạn nhất định và do đó làm ngưng hoạt động của

hệ thống Trong hệ thống điều khiển khí nén rơle áp suất có thể coi là phần tửchuyển đổi tín hiệu khí nén – điện

 Van lưu lượng.

Van lưu lượng có nhiệm vụ xác định lượng lưu chất chảy qua nó trong mộtđơn vị thời gian và như vậy sẽ làm thay đổi vận tục dịch chuyển của cơ cấu chấphành trong hệ thống khí nén làm việc với máy nén khí tạo năng lượng với lưulượng cố định

Van lưu lượng gồm hai loại : van tiết lưu và bộ ổn tốc

- Cho hoặc không cho dòng khí qua (mở hoặc đóng).

- Tập trung định hướng dòng chảy của luồng khí (phân phối) Lưu lượngkhó có thể đi từ nguồn cấp đến bộ phận chấp hành và từ bộ phận chấp hành

ra lối thoát

Chức năng của van phân phối có thể cho phép việc cấp nguồn khí cho các

bộ phận chấp hành (van phân phối công suất) hoặc có thể chuyển đổi một tínhiệu hay một lệnh (cảm biến cuối hành trình, bộ khuếch đại, bộ nhớ…)

- Nguyên lý và kết cấu.

Van phân phối có hai loại:

- Các van phan phối kiểu nắp đậy

- Các van phân phối kiểu con trượt

 Van phân phối kiểu nắp đậy.

Thân (1) thường làm bằng nhôm, ta thấy: Một hoặc nhiều nắp đậy (2)tựa trờn đế tựa (3), các lõ xo (4), các đệm tĩnh (5) và một bộ phận điều khiển(6) có thể dùng tay, cơ khí, khí nén, điợ‘n… để diều khiển khí vào cửa

Tập hợp các nắp đậy và đế tựa bảo đảm một hoặc các chưc năng củavan phân phối Các nắp đậy dạng bi, côn hoặc phẳng đè lên đế tựa có dạngphù hợp thì đường khí bị ngắt Khi nhấc các nắp đậy khỏi đé tựa thì dòngkhí nén lưu thông từ cửa có áp suất mạnh đến của có áp suất yếu hơn

Hình 1.27 Van phân phối kiểu nắp đậy.

 Ưu điểm

- Kín khít: Chỉ có các van phân phối kiểu nắp đậy dảm bảo được độ kínkhít hoàn hảo giữa các lỗ của van phân phối

- Tuổi thọ cao: Các chi tiết ít bị mòn trong các van phân phối

- Có thể lam việc với không khí không bôi trơn vì các van phân phối nàykhông nhạy với bụi

- Tác động rất nhanh: Với lượng dịch chuyển nhỏ của nắp đậy cũng chođược một lượng không khí đáng kể đi qua

 Nhược điểm

- Lực lái cao: Thông thươnngf phải thắng được lực lò xo và áp suất nguồn

để sử dụng được tầng lái thường xuyên

- Chế tạo: Ngoài loại van phân phối kiểu bi là loại rẻ chế tạo một vanphân phối kiểu van phức tạp hơn kiểu ngăn kéo Do vậy giá thành đắt hơn

- Số vị trí: Thông thường chỉ có 2 vị trí

- Sự hoán vị các bộ nối của các cửa cấp nguồn và thoát thông thườngkhông thể được vì các van không kín khi đảo nguồn khí

 Van phân phối kiểu con trượt.

- Con trượt kiểu trụ

Trong thân (1),thường làm bằng nhôm hoặc hợp kim nhôm, một contrượt hình trụ (2) di chuyển

Theo vị trí của con trượt điều khiển bởi khí nén,bằng điợ‘n,bằng tay…các lỗ được thông nhau và luồng khí có thể được thiết lập hoăc ngắt

Độ kín khít,thụng thường được bảo đảm bằng các đệm (3) (thôngthường hình xuyờ́n)gắn trờn thõn hoặc lắp trên píton.Với mục đích làm giảmcác cạnh sắc khi khoan các lỗ để giảm mòn cho đợ‘m,mụ ̣t chi tiết gọi là ốnglót (4) được đưa vào giữa thân và các ngăn trượt.Các lỗ nhỏ được khoan trêntoàn bộ chu vi bảo đảm việc phân phối lưu lượng.

Hình 1.28 Van phân phối kiểu con trượt.

Ta cũng thấy các loại van phân phối không có đợ‘m.Đụ ̣ kín khít đượcđảm bảo bằng cách chỉnh giữa ngăn trượt và lụ̃.Các khe hở là rất nhỏ ( vàimicromet).Các van phân phối này có tuổi thọ lớn nhưng giá thành cao và đòihỏi không khí lọc

- Thời gian đáp ứng : do hành trình cần thiết để dịch chuyển con trượt,thời gian đáp ứng chậm hơn van phân phối kiểu nắp đậy

- Con trượt kiểu phẳng.

Hình 1.29.Van phân phối con trượt kiểu thẳng.

Việc hoán đổi các dòng khí giữa các lỗ khác nhau được thực hiện bởi cáccon trượt phẳng (1) trờn đế (2) Con trượt được kéo bởi thanh kéo hình trụđiều khiển bằng khí nén hoặc bằng điện, con trượt này được áp vào đế (2),bởi lò xo (3) và bởi áp lực khí

- Chế tạo phức tạp dẫn đến giá thành cao

- Con trượt kiểu xoay

Mâm xoay (1) được kéo bởi một bộ điều khiển thường là bằng tay (3) (đònbẩy hoặc bàn đạp), trượt trên bề mặt (2) Dịch chuyển này cho phép các lỗ thôngvới nhau Các van phân phối này cứng vững, sử dụng hạn chế, chủ yếu đượcdùng dưới dạng van phân phối 3 vị trí

Hình 1.30 Van phân phối con trượt kiểu quay.

1.6 Ứng dụng của khi nén.

1.6.1 Trong lĩnh vực điều khiển.

Những năm 50 và 60 cuả thế kỷ 20 là giai đoạn tự động hóa quá trình sảnxuất phát triển mạnh mẽ Kỹ thuật điêu khiển bằng khí nén được phát triển rộngrãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Hệ thống điều khiển khí nén được sẻ dụng rộng rãi ở những lĩnh vực mà ở

đó có vấn đề về nguy hiểm, hay xảy ra cỏc chỏy nổ, như : các đồ gá kẹp các chitiết nhựa, chất dẻo, các thiết bị phun sơn; hoặc được sử dụng trong ngành cơ khínhư cấp phôi gia công; hoặc trong môi trường vệ sinh sạch và an toàn cao nhưtrong lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử…

Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong cỏc dõytruyền sản xuất thực phẩm, như: rửa bao bì tự động, đóng lắp chai…, trong cácthiết bị vận chuyển và kiểm tra của các băng tải, thang máy công nghiệp, thiết bị

lò hơi, đóng gói bao bì, in ấn, phân loại sản phẩm và trong công nghiệp hóa chất,

thụ điện của một động cơ quay bằng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với đọng

cơ điện Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơđiện cú cựng 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 các máy mài với công suất nhỏ, nhưng với

số vòng quay cao khoảng 100.000 v/ph thì khả năng sử dụng động cơ truyềnđộng bằng khí nén là phù hợp

- Truyền động thẳng:

Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trongcác dụng cụ, đồ gỏ ghộp chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máygia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm ôtô

Trong hệ thống đo và kiểm tra

Chương II Tìm hiểu về phòng thí nghiệm khí nén.

2.1 Chức năng của phòng thí nghiệm khí nén.

Trong những năm gần đây, đõy Cùng với đó nền công nghiệp Việt Nam đó

cú sự thay đổi một cách nhanh chóng để nước ta có thể trở thành một nước cụngnghiệp.Cỏc thiết bị, công cụ hiện đại dần thay thế các công nghệ lạc hậu và thiết

bị cũ kỹ.Cựng với các hệ thống điều khiển bằng thủy lực, bằng điện – điện tử,hay điều khiển bằng máy tính, hệ thống điều khiển bằng khí nén đang được sửdụng rộng rãi trong công nghiệp với các thiết bị, công nghệ tiên tiến

Phòng thí nghiệm khí nén được hình thành với mục đích giúp cho sinh viênlàm quen với các thiết bị khí nén được sử dụng phổ biến trong công nghiệp, đểkhi ra trường sinh viên có thể nắm bắt được công nghệ Thông qua các bài thựchành sinh viên nghiên cứu sự hoạt động của các thiết bị như:

-Cảm biến điều khiển số: Tiến hành với cảm biến vị trí ( hành trình, phát hiệnqua, cảm biến điện từ ) Sử dụng thông tin cuối hành trình trong một chu kỳ

-Cảm biến giảm áp: Nghiên cứu và àm việc với cảm biến giảm áp và pháthiện từ

-Cảm biến phát hiện gần, Cảm biến phát hiện qua: Nghiên cứu và tìm hiểu

về bộ phận phát hiện kiểu chất lỏng

-Chân không: Nghiên cứu và đưa vào hoạt động một ống thông với các linhkiện liên quan của kĩ thuật chân không

-Cảm biến áp suất: Nghiên cứu và tiến hành với supap tuần tự

-Chức năng logic Có - Không / Cấm: nghiên cứu và tiến hành với hàmlogic Có và Không

-Các hàm logic And - Or: Thực hành với các hàm cơ bản AND – OR

-Hàm tổ hợp: Làm quen với phối hợp cá hàm logic cơ sở Thực hiện cáchàm NAND và NOR: cỏc khõu logic truyền thống như cỏc khõu lắp trên pannellogic, chỉ cần chấp nhận có 2 tín hiệu vào, vì vậy cần biết cách phối hợp

- Định thời gian: Định thời gian phối hợp với bộ logic cho phép phân tíchcác tác động có thời gian Thời gian (âm) được thực hiện bằng cách thay thếhàm YES bằng hàm NO

- Khi tiếp xúc xi lanh, cảm biến người ta có thể sử dụng cảm biến kiểu đĩa,dạng chốt, dạng ăng ten….

- Khi không thể đặt cảm biến lên hành trình của cần xilanh hay phần tử cầnphát hiện, người ta sử dụng cảm biến giảm áp hay phát hiện từ

- Trong trường hợp các chi tiết nhẹ và dễ vỡ, nóng, ăn mũn…mỗi khi tiếpxúc trực tiếp rất khó Cảm biến chất lỏng với bộ cảm biến khí nén cho phép tạo

- Nguyên lý hoạt động và phương pháp điều khiển của các loại van phânphối cũng như cách bố trí van phân phối, tương ứng với nhiệm vụ củatừng loại van phân phối

- Phân biệt rõ ràng được xi lanh tác động đơn và xi lanh tác động kép,nguyên lý hoạt động của từng loại xilanh Cách lắp đặt và phương phápđiều khiển của từng loại xilanh

 Máy nén khí ( code : Y90L2 ).

Máy nén khí trong hệ thống khí nén phòng thí nghiệm chạy bằng động cơ 3pha công suất 2,5 kW cung cấp và bộ chuyển đổi điện 380V AC – 24V DC Đây

là loại máy nén 1 cấp gồm 2 piston xếp theo hình chữ V ( V2)

Các thông số của máy nén :

- Áp suất : Pmax=8 bar

- Lưu lượng : Q = 2820 (l/ph)

Trên máy nén khớ cú gắn rơle áp suất, van chia tín hiệu cũng như 2 áp kế

đo áp suất khí nén trong bỡnh trớch chứa và áp suất trong hệ thống tải

Bỡnh trích chứa được gắn cùng với máy nén khí

Hình 2.2 Máy nén khí.

Ký hiệu :