Đề cương điều khiển điện khí nén

Bài 1: Tổng quan về hệ thống khí nén41.1.Tính chất và các định luật cơ bản của khí nén.41.1.1.Không khí có tính chịu nén41.1.2.Thể tích không khí thay đổi theo nhiệt độ41.1.3. Phương trình trạng thái của chất khí51.2.Khả năng ứng dụng51.2.1.Trong lĩnh vực điều khiển.51.2.2. Hệ thống truyền động51.3. Ưu nhược điểm81.3.1. Ưu điểm81.3.2. Nhược điểm81.4. Các đại lượng vật lí và đơn vị đo81.4.1. Áp suất81.4.2. Lực91.4.3. Công91.4.4. Công suất91.4.5. Độ nhớt động9Bài 2: Các phần tử trong hệ thống khí nén102.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển102.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén.112.2.1. Nguồn cấp và các thiết bị xử lí.112.2.2. Cơ cấu chấp hành.242.2.3. Giác hút272.2.4. Xilanh kẹp272.2.5. Van đảo chiều.282.2.6. Các van đảo chiều cơ bản322.2.7. Van điều khiển lưu lượng372.2.8. Phần tử xử lí tín hiệu392.3. Bài tập.45Bài 3: Phương pháp điều khiển bằng khí nén493.1. Phương pháp mô tả bài toán điều khiển493.2. Phương pháp điều khiển chia tầng513.2.1. Phương pháp chia tầng523.2.2. Phương pháp điều khiển hai tầng533.2.3. Phương pháp điều khiển ba tầng533.2.4. Phương pháp điều khiển n tầng.543.2.5. Các dạng thiết kế mạch điều khiển khí nén theo tầng.553.3. Bài tập58Bài 4: Phương pháp điều khiển điện khí nén604.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển điện khí nén604.2. Các phần tử đưa tín hiệu604.2.1. Nút nhấn604.2.2. Van đảo chiều624.2.3. Công tắc hành trình654.2.4. Rơ le674.2.5. Cảm biến694.3. Phương pháp điều khiển theo tầng điện754.3.1. Phương pháp điều khiển hai tầng754.4. Phương pháp điều khiển theo cấu trúc nhịp814.5. Bài tập85

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH HẢI DƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HẢI DƯƠNG

*****

TÀI LIỆU HỌC TẬP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN

CHƯƠNG TRÌNH 90 GIỜCHUYÊN NGÀNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

( TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ)

MỤC LỤC

Bài 1: Tổng quan về hệ thống khí nén 4

1.1.Tính chất và các định luật cơ bản của khí nén 4

1.1.1.Không khí có tính chịu nén 4

1.1.2.Thể tích không khí thay đổi theo nhiệt độ 4

1.1.3 Phương trình trạng thái của chất khí 5

1.2.Khả năng ứng dụng 5

1.2.1.Trong lĩnh vực điều khiển 5

1.2.2 Hệ thống truyền động 5

1.3 Ưu nhược điểm 8

1.3.1 Ưu điểm 8

1.3.2 Nhược điểm 8

1.4 Các đại lượng vật lí và đơn vị đo 8

1.4.1 Áp suất 8

1.4.2 Lực 9

1.4.3 Công 9

1.4.4 Công suất 9

1.4.5 Độ nhớt động 9

Bài 2: Các phần tử trong hệ thống khí nén 10

2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển 10

2.2 Các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén 11

2.2.1 Nguồn cấp và các thiết bị xử lí 11

2.2.2 Cơ cấu chấp hành 24

2.2.3 Giác hút 27

2.2.4 Xilanh kẹp 27

2.2.5 Van đảo chiều 28

2.2.6 Các van đảo chiều cơ bản 32

2.2.7 Van điều khiển lưu lượng 37

2.2.8 Phần tử xử lí tín hiệu 39

2.3 Bài tập 45

Bài 3: Phương pháp điều khiển bằng khí nén 49

3.1 Phương pháp mô tả bài toán điều khiển 49

3.2 Phương pháp điều khiển chia tầng 51

3.2.1 Phương pháp chia tầng 52

3.2.2 Phương pháp điều khiển hai tầng 53

3.2.3 Phương pháp điều khiển ba tầng 53

3.2.4 Phương pháp điều khiển n tầng 54

3.2.5 Các dạng thiết kế mạch điều khiển khí nén theo tầng 55

3.3 Bài tập 58

Bài 4: Phương pháp điều khiển điện khí nén 60

4.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển điện khí nén 60

4.2 Các phần tử đưa tín hiệu 60

4.2.1 Nút nhấn 60

4.2.2 Van đảo chiều 62

4.2.3 Công tắc hành trình 65

4.2.4 Rơ le 67

4.2.5 Cảm biến 69

4.3 Phương pháp điều khiển theo tầng điện 75

4.3.1 Phương pháp điều khiển hai tầng 75

4.4 Phương pháp điều khiển theo cấu trúc nhịp 81

4.5 Bài tập 85

Bài 1: T ng quan v h th ng khí nén ổng quan về hệ thống khí nén ề hệ thống khí nén ệ thống khí nén ống khí nén 1.1 Tính chất và các định luật cơ bản của khí nén.

1.1.1 Không khí có tính chịu nén

Không khí là một hỗn hợp khí xác định gồm nhiều thành phần như ôxy, hydro, ni

tơ, hơi nước, … nên có thể giãn nở được

Định luật Boyle Mariotte.

Định luật Boyle Mariotte đã phát biểu: Một lượng khí nhất định ở một lượng

không thay đổi thì áp suất tuyệt đối tỷ lệ nghịch với thể tích (V) hoặc thể tích riêng (v)

t(T) = Const

Ta có p.V = Const hoặc p.v = ConstĐiều đó có nghĩa là tích giữa áp suất và thể tích là hằng số đối với một lượng khí xác định

p1.V1 = p2.V2 = p3.V3 = Const hay V 1 V 2 = p 2 p 1

1.1.2 Thể tích không khí thay đổi theo nhiệt độ

Với một lượng áp suất dư không đổi và nhiệt độ tăng 1K thì thể tích không khí tăngthêm 1/273 lần thể tích chính nó

Định luật Gay – lussac 1:

Một lượng khí nhất định ở điều kiện áp suất không đổi thì thể tích (V) hay thể tích riêng (v) và nhiệt độ tuyệt đối (T) tỉ lệ thuận với nhau

T1 : nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V1 (K)

T2 : nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V2 (K)

Định luật Gay – lussac 2:

Một lượng khí nhất định ở điều kiện thể tích V không đổi thì áp suất p và nhiệt độtuyệt đối T tỉ lệ thuận với nhau

T1

T2=

P1| ¿ |

P2| ¿ | ¿¿

1.1.3 Ph ương trình trạng thái của chất khí ng trình tr ng thái c a ch t khí ạng thái của chất khí ủa chất khí ất khí

Giả thiết là khí nén trong hệ thống gần như là lý tưởng Phương trình trạng tháinhiệt tổng quát của khí nén:

pabs.V = m.R.TTrong đó:

pabs : áp suất tuyệt đối (bar)

1.2.1 Trong lĩnh v c đi u khi n ực điều khiển ề hệ thống khí nén ển.

Sau chiến tranh thế giới thứ 2, nhất là vào nhưng năm 50 và 60 của thế kỷ

20, là thời gian phát triển mạnh mẽ của giai đoạn tự động hóa quá trình sản xuất; kỹthuật điều khiển bằng khí nén phát triển mạnh mẽ và đa dạng trong nhiều lĩnh vực.Chỉ riêng ở Đức đã có hơn 60 hãng chuyên sản xuất các phần tử điều khiển bàngkhí nén như hãng Festo, hãng Herion, hãng Bosch

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đónguy hiểm, hay xảy ra cháy nổ, như các thiết bị phun sơn; các loại đồ gá kẹp chitiết nhựa, chất dẻo; hoặc là được sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử,

vì điều kiện vệ sinh môi trường tốt và an toàn cao Ngoài ra hệ thống điều khiểnbằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động; trong các thiết bị vận

Máy hàn điểm Máy khoan

1.2.2 H th ng truy n đ ng ệ thống khí nén ống khí nén ề hệ thống khí nén ộng

- Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khaithác, như khai thác đá, khai thác than; trong các công trình xây dựng, như xâydựng hầm mỏ, đường hầm…

- Truyền động quay: Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300; máy khoan,công suất khoảng 3.5KW; máy mài công suất khoảng 2.5KW, cũng như những máymài với công suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao 100.000 vòng/ phút thì khảnăng sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp

- Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động bằng khí nén cho truyền độngthẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong cácloại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong hệ thống phanhhãm ô tô

- Trong các hệ thống đo và kiểm tra: Dùng trong các thiết bị đo và kiểm trachất lượng sản phẩm

* Một số ứng dụng của khí nén:

Dụng cụ cầm tay

Hệ thống lắp ráp ô tô Hệ thống điều khiển tự động

Đóng gói sản phẩm Tay gắp sản phẩm bằng khí nén

1.3 u nh Ưu nhược điểm ược điểm c đi m ển.

1.3.1 u đi m Ưu nhược điểm ển.

- Do khả năng chịu nén của không khí nên có thể chứa khí nén một cách thuận lợi

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

- Có thể thải khí nén trực tiếp ra ngoài không khí

- Hệ thống có thiết bị giới hạn áp suất nên hệ số sử dụng an toàn cao

1.3.2 Nh ược điểm c đi m ển.

- Lực truyền tải trọng thấp

- Khi tải trọng của hệ thống thay đổi thì vận tốc truyền động cũng thay đổi

- Mất mát trong đường ống dẫn và dò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất

và phạm vi ứng dụng

- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây tiếng ồn

1.4 Các đ i l ạng thái của chất khí ược điểm ng v t lí và đ n v đo ật lí và đơn vị đo ơng trình trạng thái của chất khí ị đo

1.4.1 Áp su t ất

Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là Pascal (Pa)

Pascal là áp suất phân bố đều trên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vuônggóc lên bề mặt đó là 1Newton (N)

1Pa = 1N/m21Pa = 1 kgm/s2/m2 = 1 kg/m2Trong thực tế người ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal (MPa)

1Mpa = 1000000 PaNgoài ra còn sử dụng đơn vị bar:

1 bar = 105 Pa

Và đơn vị Kp/cm2 (theo tiêu chuẩn cộng hòa liên bang Đức)

1 Kp/ cm2 = 0.980665 bar = 0.981 bar

1 bar = 1.02 kp/ cm2Trong thực tế có thể coi: 1bar = 1kp/cm2 = 1at

1.4.3 Công

Đơn vị của công là Joule (J)

1J là công sinh ra dưới tác dộng của lực 1N để vật có thể dịch chuyển quãngđường là 1m

1J = 1N.m

1.4.4 Công su t ất

Đơn vị của công suất là Watt (W)

1W là công suất trong thời gian 1giây sinh ra năng lượng 1J

1W = 1Nm/s

1.4.5 Đ nh t đ ng ộ nhớt động ớt động ộ nhớt động

Độ nhớt động không có vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển khí nén.Đơn vị của độ nhớt động là m2/s 1m2/s là độ nhớt động của một chất có độ nhớtđộng lực 1Pa.s và khối lượng riêng 1kg/m2

v = / Trong đó:

: Độ nhớt động lực (Pa.s)

 : khối lượng riêng (kg/m3)

v : độ nhớt động (m2/s)

1.5 BÀI TẬP:

Bài 1: Đọc các giá trị áp suất

Bài 2: Chuyển đổi các đơn vị đo

Bài 3: Nêu ứng dụng của hệ thống khí nén

Bài 4: Nêu ưu nhược điểm của hệ thống khí nén

Bài 2: Các ph n t trong h th ng khí nén ần tử trong hệ thống khí nén ử trong hệ thống khí nén ệ thống khí nén ống khí nén

2.1 C u trúc h th ng đi u khi n ất khí ệ thống khí nén ống khí nén ề hệ thống khí nén ển.

Cấu trúc mạch điều khiển bằng khí nén

Ví dụ mạch điều khiển bằng khí nén

2.2 Các ph n t trong h th ng đi u khi n b ng khí nén ần tử trong hệ thống khí nén ử trong hệ thống khí nén ệ thống khí nén ống khí nén ề hệ thống khí nén ển ằng khí nén.

2.2.1 Ngu n c p và các thi t b x lí ồn cấp và các thiết bị xử lí ất khí ết bị xử lí ị đo ử trong hệ thống khí nén

Trong công nghiệp, tùy theo quy mô sản xuất, người ta thường xây dựng một vài trạm khí nén phục vụ sản xuất với các mục đích khác nhau

Yêu cầu tối thiểu, khí nén cũng phải được xử lý sơ bộ đảm bảo

các tiêu chuẩn:

- Áp suất ổn định;

- Khô và

- Không lẫn bụi bẩn

Các tiêu chuẩn này mới chỉ đáp ứng các yêu cầu chung và

được dùng trong các công việc như làm sạch môi trường, sản phẩm,

bơm hơi…

Để một hệ thống khí nén làm việc bền vững, liên tục và tin

cậy, nguồn khí nén cần phải được tăng cường ổn định về áp suất,

phun dầu bôi trơn cho các phần tử điều khiển, cơ cấu chấp hành…

Để đạt được các yêu cầu trên, một trạm nguồn khí nén cần được trang bị một loạt các phần tử nối tiếp nhau từ thiết bị lọc không khí đầu vào đến khí nén đủtiêu chuẩn cung cấp cho hộ tiêu thụ, thường bao gồm các thiết bị được mô tả bằng ký hiệu thể hiện trên sơ đồ

lựa chọn theo yêu cầu công nghệ) và các yêu cầu khác như kích thước,

trọng lượng, mức độ gây tiếng ồn của máy nén khí

Nguyên lý hoạt động

- Nguyên lý thay đổi thể tích: không khí được đủa vào buồng chứa, ở đố thểtích của bường chứa sẽ nhỏ lại Theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trongbuồng chứa sẽ tăng lên.Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý thể tích bao gồm:máy nén khí kiểu pittong, bánh răng, cánh gạt v.v

- Nguyên lý động năng ( máy nén dòng): không khí được đưa vào bườngchứa, ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn Nguyên tắchoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất lớn Máy nén khí hoạt động theonguyên lí này bao gồm: máy nén khí kiểu ly tâm, máy nén khí dòng hỗn hợp.v.v

Phân loại:

- Theo áp suất:

+ Máy nén khí áp suất thấp p < 15bar+ Máy nén khí áp suất thấp p  15bar+ Máy nén khí áp suất thấp p ≥300bar

- Theo nguyên lý hoạt động:

+ Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khi kiểupittong, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trụcvít

+ Máy nén khí theo nguyên lý động năng: máy nén khí ly tâm, máynén theo trục

+ Máy nén khí kiểu piston

Trong doanh nghiệp, các máy nén pittông được sử dụng rộng rãi cho cả nénkhí và làm lạnh Các máy nén khí này hoạt động trên nguyên lý của bơm xe đạp vàđược đặc trung bởi sự ổn định của lưu lượng khi áp suất đẩy thay đổi năng suất củamáy tỷ lệ thuận với tốc độ Tuy nhiên công suất của máy nén lại thay đổi

- Máy nén nằm ngang cân bằng đối xứng sử dụng trong khoảng công suất từ200– 5000 cfm (foot khối/ phút) được sử dụng với nhiều cấp và lên tới 10.000cfmvới các thiết kế một cấp.

- Máy nén khí pittông là loại máy nén khí tác động đơn nếu quá trình nén chỉ

sử dụng một phía của pittông Nếu máy nén sử dụng cả 2 phía của pittong là máynén tác động kép

- Máy nén một cấp là máy nén có quá trình thực hiện bằng một xylanh đơn hoặc một số xylanh song song

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của máy nén kiêu pittông một cấp

Không khí được hút vào khi pittong đi xuống, van nạp mở ra, van xả đóng lại

do áp suất giảm xuống Đây gọi là pha hút

+ Ở điểm chết dưới của pittông, van nạp đóng, buồng khí đóng kín

+ Pittông đi lên, áp suất tăng, van xả mở, đây gọi là pha nén

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

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

Một số máy nén khí kiểu pittong trong thực tế:

Máy nén pittong công nghiệp Máy nén pittong áp suất thấp

+ Máy nén khí kiểu cánh gạt

Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt

Máy nén khí kiểu cánh gạt bao gồm: Thân máy, mặt bích thân máy, mặtbiwchs trục, rôto lắp trên trục Trục và rôto lắp lệch têm so với bánh dẫn truyềnđộng Khi rôto quay tròn, dưới tác dụng của lực ly tâm các bánh gạt chuyển động tự

do trong các rãnh ở trên rôto và các đầu cánh gạt tựa vào bánh dẫn chuyển động

Thể tích giới hạn giữa các bánh gạt sẽ bị thay đổi Như vậy quá trình hút và nénđược thực hiện.

Để làm mát khí nén, trên thân máy có các rãnh để dẫn nước vào làm mát.Bánh dẫn được bôi trơn và quay tròn trên thân máy để giảm bớt sự hao mòn khi cáccánh tựa vào nhau

Mặt cắt củamáy nén khí kiểu cánh gạt

Nguyên lý làm việc của máy nén khí kiểu cánh gạt

- Không khí được hút vào buồng hút Nhờ rôto và stato đặt lệch nhau mộtkhoảng lệch tâm, nên khi rô to quay sang phải thì không khí sẽ được đua vào buồngnén Sau đó khí nén sẽ được đưa vào buồng đẩy.

Ưu, nhược điểm của máy nén khí kiểu cánh gạt

- Ưu điểm: Kết cấu gọn, máy chạy êm, khí nén không bị xung

- Nhược điểm: Hiệu suất thấp, khí nén bị nhiễm dầu

Một số máy nén khí kiểu cánh gạt được sử dụng trong thực tế:

+ Máy nén khí khiểu trục vít

Cấu tạo máy nén kiểu trục vít

Máy nén khí trục vít có khoảng năm 1950 và đã chiếm một thị trường lớntrong lĩnh vực nén khí, loại máy nén khí này có vỏ đặc biệt bao bọc quanh hai trụcvít, một lồi, môt lõm

Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Máynén khí trục vít gồm hai trục: Trục chính và trục phụ Các răng của hai trục vít ănkhớp với nhau và số răng trục vít lồi ít hơn số răng trục vít lõm từ 1 đến 2 răng, haitrục vít phải quay đồng bộ với nhau.

Nguyên lý làm việc

Khi các trục vít quay nhanh, không khí được hút vào bên trong vỏ thông qua

cử nạp và đi vào buồng khí ở giữa các trục vít và ở đó không khí được nén giữa cácrăng khi buồng khí nhỏ lại, sau đó khí nén đi tới cửa thoát cả cửa nạp và cửa thoát

sẽ được đóng hoặc mở tự động khi các trục vít quay hoặc không che các cửa Ở cửathoát của máy nén khí có lắp một van một chiều để ngăn các trục vít tự quay khi quá trình nén đã dừng

Ưu, nhược điểm của máy nén khí kiểu trục vít

- Ưu điểm: Khí nén không bị xung, sạch, tuổi thọ vít cao ( 15.000 đến 40.000giờ), nhỏ gọn, chạy êm

- Nhược điểm: Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế

Một số máy nén khí kiểu trục vít trong thực tế:

- Thiết bị xử lí khí nén.

+ Yêu cầu về khí nén

Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng nhiều chất bẩn, độbẩn có thể ở những mức độ khác nhau Chất bẩn bao gồm bụi, độ ẩm của không khíđược hút vào, những phần tử nhỏ chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơkhí Hơn nữa, trong quá trình nén, nhiệt độ của khí tăng lên, có thể gây nen quátrình ôxi hóa một số phần tử ttrên.Như vậy, khí nén bao gồm những chất bẩn đóđược tải đi trong những ống dẫn khí, sẽ gây nên sự ăn mòn, gỉ trong ống đãn và cácphần tử của hệ thống điều khiển Vì vậy, khí nén được sử dụng trong hệ thống điềukhiển phải được xử lý Tùy thuộc váo phạm vi sử dụng mà xá định yêu cầu chấtlượng của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể

Khí nén được tải từ từ máy nén khí gồm những chất bẩn thô: những hạtbụi, chất cặn bã trong dầu bôi trơn và truyền động cơ khí, phần lớn những chất bẩnnày được xử lý trong thiết bị gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời Sau đó khí nén đượcdẫn vào bình nhưng tụ hơi nước, ở đó độ ẩm của khí nén ( lượng hơi nước) phầnlớn sẽ được ngưng tụ tại đây – giai đoạn náy gọi là giai đoạn xử lý thô Nếu thiết bị

xử lý ở giai đoạn này tốt thì khí nén có thể được xử dụng cho những dụng cụ dùngkhí nén bằng tay, những thiết bị đồ gá chi tiết đơn giản … Tuy nhiên có những yêucầu trong hệ thống điều khiển và một số thiết bị đặc biệt thì chất lượng của khí nénphải cao hơn Để đánh giá chất lượng của khí nén Hội đồng các xí nghiệp châu Âuphân ra làm 5 loại, trong đó tiêu chuẩn về độ lớn của chất bẩn, áp suất hóa sương,

lượng dầu trong khí nén cách phân loại này nhằm định hướng cho các nhà máy, xínghiệp chọn đúng chất lượng khí nén tương ứng với thiết bị sử dụng.

+ Bộ lọc

Nguyên lý lọc: Khí nén tạo chuyển động

xoáy và qua được phần tử lọc có kích thước lỗ

từ 5μm đến 70μm tuỳ theo yêu cầu Hơi nước

bị phần tử lọc ngăn lại, rơi xuống cốc lọc và

được xả ra ngoài

+ Bộ điều chỉnh áp suất

Chức năng: duy trì áp suất làm việc ở đầu ra không đổi trong phạm vi rộng, không phụ thuộc vào sự dao động áp suất ở mạng cung cấp khí nén đầu vào và mứctiêu thụ khí nén ở đầu ra Điều kiện cần là áp suất lối vào P1 luôn phải cao hơn áp suất làm việc P2 cần cho cơ cấu chấp hành

Nguyên lý làm việc:

+ Thiết bị cung cấp dầu bôi trơn

Khí nén đã được lọc sạch bụi bẩn và hơi nước, tuy nhiên để cung cấp cho

hệ thống điều khiển khí nén, dòng khí nén còn phải có chức năng vận chuyển mộtlượng dầu có độ nhớt thấp để bảo quản, bôi trơn các bộ phận bằng kim loại, các chi tiết gây ma sát nhằm chống mài mòn, chống rỉ, kẹt Để đạt được điều đó,

người ta thường dùng một thiết bị tra dầu làm việc theo nguyên tắc cơ bản của một ống Venturi, nguyên lý làm việc:

Mô tả nguyên lý cấu tạo của bộ tra dầu, khi luồng khí nén có áp suất chảy qua khe hẹp, nơi đặt miệng ống Venturi, áp suất trong ống tụt xuống mức chân không khiến cho dầu từ cốc được hút lên miệng ống và rơi xuống buồng dầu rồi bị luồng khí nén

có tốc độ cao phân chia thành những hạt nhỏ như sương mù cuốn theo dòng khínén bôi trơn, bảo quản các phần tử của hệ thống

+ Bộ điều hòa phục vụ

Bộ điều hòa phục vụ được lắp đặt nối tiếp với nguồn khí nén thông

thường, nhằm cung cấp nguồn khí nén chất lượng cao và bổ sung chức

năng cung cấp dầu bôi trơn và bảo quản các phần tử của hệ thống khí

nén, hình dáng bên ngoài và ký hiệu trên sơ đồ của một bộ điều hòa

Hệ thống khí nén bao gồm các phần: bộ lọc khí vào, thiết bị làm mát giữa các

cấp(làm mát trung gian), thiết bị làm mát sau( làm mát sau nén), thiết bị làm khô

khí, bẫy lọc ẩm, bình chứa, hệ thống đường ống, bộ lọc, thiết bị điều tiết và bôitrơn

- Bộ lọc khí vào: ngăn không cho bụi vào máy nén: bụi vào gây tắc ghẽn van,làm mòn xy lanh và các bộ phận khác

- Thiết bị làm mát giữa các cấp: Giảm nhiệt độ khí trước khi vào cấp kế tiếp

để giảm tải nén và tăng hiệu suất Khí thường được làm mát bằng nước

- Thiết bị làm mát sau: Để loại bỏ hơi nước trong không khí bằng cách giảmnhiệt độ trong bộ trao đổi nhiệt dùng nước làm mát

- Bộ làm khô khí: Lượng hơi ẩm còn sót lại sau khi qua thiết bị làm mát sauđược loại bỏ nhờ bộ làm khô khí, vì khí sử dụng cho các thiết bị khí nén phải gầnnhư khô hoàn toàn Hơi ẩm bị loại bỏ nhờ sửu dụng các chất hấp thụ như sillic oxit,than hoạt tính hoặc giàn làm khô được làm lạnh hay nhiệt độ từ các bộ sấy của máynén khí

- Bẫy lọc ẩm: các bẫy lọc ẩm được sử dụng để loại bỏ độ ẩm trong khí nén.Những bẫy này tương tự như bẫy hơi Các loại bẫy được sử dụng gồm: van xả bằngtay, các van xả tự động hoặc van xả theo thời gian v.v

- Bình tích chứa:Các bình tích dùng để tích chứa khí nén và giảm các xungkhi nén- giảm sự thay đổi áp suât từ máy nén

- Các mối ghép ống dẫn khí

+ Mối ghép kiểu Push – In pitting

Lắp đặt nhanh và tiện lợi

Sử dụng với những ống nhựa dẻo

Dễ tháo dời các ống để làm nối lại đường ống khi đã lắp đặt

+ Mối ghép kiểu Push – In pitting

Kết nối các thiết bị khí nén một cách chắc chắn, kết nối đơn giản bằng cách vặnchặt bằng tay

Sử dụng cho các loại ống dẫn khí làm bằng nhựa tổng hợp hoặc nhựa dẻo

+ Mối nối bằng ren

Có 2 loại: Loại khớp nối ren trong và khớp nối ren ngoài

Mối nối có tính chất bền, sử dụng cho ống dẫn bằng nhựa hoặc bằng kim loại

2.2.2 C c u ch p hành ơng trình trạng thái của chất khí ất khí ất khí

- Chuyển động thẳng:

Cấu tạo chung của xylanh khí nén

Xilanh tác động hai chiều không có giảm chấn: Ma sát của pittong và thành trong của xilanh tăng lên, tạo ra va đập lớn của pittong và xilanh ở cuối hành trình, các xilanh này phù hợp với vận tốc thấp lúc này sẽ tạo ra va đập nhẹ nhàng ở cuối hành trình

Xilanh tác động hai chiều với vóng đệm giảm chấn cố định: Sẽ ngăn chặn sự

va đập của xilanh ở cuối hành trình, loại xilanh này dành cho hoạt động của xilanh cần có va đập nhẹ, người ta thường dùng đĩa trụ giảm chấn hoặc dùng tiết lưu một chiều để giảm chấn

Xilanh không trục dẫn hướng: Có ưu điểm so với xilanh có trục pittong là chiều dài thiết kế chỉ bằng một nửa

- Chuyển động quay

+ Xilanh quay khí nén: Được dùng để quay các chi tiết, điều khiển quá trình đóng

mở van, thực hiện chuyển động quay trong các ứng dụng của tay máy Phạm vi quay của xilanh có thể là 900 , 1800, 3600 Xilanh quay tác động hai chiều có góc quay 2700

2.2.5 Van đ o chi u ảo chiều ề hệ thống khí nén

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng hoặc mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng của dòng năng lượng

- Kí hiệu các cửa van đảo chiều

Cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn

Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động của dòng khí nén qua van

Trường hợp dòng khí nén bị chặn thì được biểu diễn bằng dấu gạch ngang

- Kí hiệu và tên gọi van đảo chiều

Nếu chỉ xét ở một vị trí hay một ô vuông thì số cửa chính là điểm tiếp xúc của các đường thẳng có hình mũi tên với ô vuông đó Số vị trí chính là số ô vuông

Một số kí hiệu của các loại van đảo chiều

- Quy ước kiểu tác động

Tín hiệu tác động bằng tay

Tín hiệu tác động bằng cơ, khí nén và bằng điện

2.2.6 Các van đ o chi u c b n ảo chiều ề hệ thống khí nén ơng trình trạng thái của chất khí ảo chiều.

Một số hình ảnh của van đảo chiều 2/2

- Van 3/2

+ Kí hiệu

+ Nguyên lý làm việc: Van đảo chiều 3/2 tác động trực tiếp bằng khí nén, phục hồi

về vị trí ban đầu bằng lò so Khi chưa cấp khí điều khiển vào chân 12 thì khí nén đi svào cổng 1 và bị chặn lại, không đi tiếp Khi cấp khí điều khiển vào chân 12 thì khí nén đi từ cổng 1 sang cổng 2, như hình vẽ

- Van 4/2

- Van đảo chiều 4/2 tác động bằng tay – bàn đạp

- Van đảo chiều 4/2 tác động trực tiếp bằng nam châm điện

Tại vị trí 0: cửa P nối với cửa B, cửa A nối với cửa R Khi có dòng điện vào cuộndây van sẽ chuyển sang vị trí 1 Khi đó cửa A nối với P, cửa B nối với R

- Van 5/2

+ Nguyên lý làm việc

Van 5/2 có 5 cổng làm việc( vào(1), ra (2, 4) và hai cửa xả

riêng cho mỗi trạng thái (3,5), có hai trạng thái

Van 5/2 cũng có thể điều khiển bằng cơ khí, bằng khí nén

hay điện một phía hoặc cả hai phía Các van điều khiển bằng khí

nén hay điện cả hai phía có đặc điểm như các van đã giới thiệu- là

+ Bài tập ứng dụng

Các van đảo chiều 5/2 điện từ điều khiển gián tiếp qua van phụ trợ

được sử dụng rộng rãi cho điều khiển đảo chiều xilanh kép, động cơ

+ Hình trình bày một van điện từ 5/2 có trạng thái ổn định thiết lập

bằng lò xo hồi với nguồn khí nén hỗ trợ lấy chung từ nguồn (1), trạng

thái còn lại ( 1Æ4) được điều khiển bởi tín hiệu 14 Đặc biệt hơn,

nguồn khí nén cho van phụ trợ có thể lấy từ nguồn chung (1) hoặc từ

nguồn ngoài (cửa 84)

- Van 5/3

+ Nguyên lý làm việc:

Van 5/3 có 3 trạng thái, trong đó trạng thái trung gian ( mid – position)

là trạng thái ổn định và luôn được thiết lập bởi các lò xo hồi khi không

có bất kỳ một tín hiệu điều khiển nào Người ta thường gọi đó là trạng

thái không Hai trạng thái còn lại sẽ được thiết lập và cùng tồn tại bởi

hai tín hiệu điều khiển tương ứng như đối với van 5/2 điều khiển

một phía

Ngoài chức năng đảo chiều cơ cấu chấp hành, các van 5/3 khác nhau

bởi trạng thái không và vì vậy được lựa chọn vì những mục đích sử

dụng khác nhau:

+ van 5/3 trên hình 2.38a: trạng thái không của van thích hợp với yêu

cầu hãm dừng cần piston của xilanh ở bất kỳ vị trí nào trên đoạn tác

dụng của nó Tuy nhiên,điểm dừng chính xác còn phụ thuộc vào nhiều

yếu tố, như tải trọng, áp suất, tính nén được của khí nén

Gọi tên là van 5/3 có vị trí trung gian khóa

Van 5/3 trạng thái không của van mở nguồn cho hai cửa ra cung cấp khí nén cho cả hai phía của piston của xilanh, gọi là van 5/3 có vị trí trung gian áp lực

Nó thích hợp với yêu cầu duy trì chuyển động chậm của cần piston về phía có diện tích tác dụng nhỏ hơn.

+ Van 5/3 trạng thái không của van xả nguồn cho cho cả hai phía

của piston của xilanh, gọi là van 5/3 có vị trí trung gian xả Nó thích

hợp với yêu cầu thả tự do cho cần piston và có thể di chuyển nó theo

ý muốn bằng ngoại lực

Van điện từ 5/3 cũng có nguyên tắc cấu tạo và hoạt động như các van

điện từ đã giới thiệu Hình sau trình bày một van điện từ 5/3

+ Bài tập ứng dụng

4 2

5 1 3 2

1 3

2

1 3

Đây là loại van có tác dụng chỉ cho lưu lượng khí nén đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn Nguyên lý hoạt động và kí hiệu của van một chiều: Dòng khí nén đi từ A qua B, chiều khí nén đi từ B qua A bị chặn

- Van tiết lưu hai chiều

Nguyên lí làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi tiết diện

Có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy (Điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành) Ngoài ra van tiết lưu còn nhiệm vụ điều chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí của van đảo chiều

- Van tiết lưu một chiều:

Nguyên lí hoạt động: Tiết diện Ax thay đổi bằng cách điều chỉnh vít điều chỉnh bằng tay Khi dòng khí nén đi từ A qua B thì dòng khí đẩy màn chắn nên đi qua tiết diện của màn chắn và của lò xo, khi dòng khí đi từ B qua A thì màn chắn bị

đè xuống, dòng khí chỉ đi qua tiết diện của lò xo

Ứng dụng:

- Van xả nhanh

Khi khí nén đi qua cửa sổ 1, sẽ đẩy bộ phận chắn di chuyển qua bên trái, chắn cửa xả khí lại Như vậy cửa số 1 thông khí với cửa số 2

Trường hợp ngược lại, khi dòng khí nén đi từ cửa số 2, sẽ đẩy bộ phận chắn

di chuyển qua bên phải, chắn cửa số 1 lại, như vậy khí từ cửa số 2 được xả ra ngoài

Van xả khí nhanh thường được lắp ở vị trí gần cơ cấu chấp hành, ví dụ piston, có nhiệm vụ xả nhanh khí ra ngoài

2.2.8 Ph n t x lí tín hi uần tử xử lí tín hiệu ử xử lí tín hiệu ử xử lí tín hiệu ệu

- Công tắc hành trình

Các công tắc hành trình hay công tắc giới hạn ( limit switch) tác

động bằng cơ khí ( Machanically actuated)