Bài giảng Hệ thống khí nén thủy lực: Chương 1 - Nguyễn Thanh Điểu

Hệ thống điều khiển thủy lực được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp như: máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, múc xúc, máy tời...... Máy cắt giấy và[r]

Mục tiêu của môn học

 Hiểu chức năng, nguyên lý làm việc của các phần tử khí nén, điện khí nén, thủy lực, điện thủy lực.

- Có kiến thức để thiết kế mạch điều khiển khí nén, thủy lực điện khí nén, thủy lực, điện.

 Đọc và phân tích được các hệ thống điều khiển bằng khí nén, thủy lực, điện thủy lực trong thực tế.

 Phát hiện lỗi cúa các phần tử và hệ thống, sữa chữa và bảo dưỡng

hệ thống

Pneumatic and Hydraulic System

Lý thuyết: 30 tiết

Chương 1: Tổng quan về truyền động KN-TL

Chương 2: Cung cấp, xử lý và phân phối nguồn năng lượngChương 3: Các phần tử trong hệ thống khí nén

Chương 4: Các phần tử trong hệ thống thủy lực

Chương 5: Mạch ĐK khí nén-thủy lực

Chương 6: Mạch ĐK điện-khí nén, điện-thủy lực

Chương 7: Van thủy lực tuyến tính

Thực hành: 30 tiết (Học tại phòng X3. )

MÔN HỌC: HỆ THỐNG KHÍ NÉN – THỦY LỰC

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển bằng khí nén, NXB Giáo dục, 1999.

[2] TS Huỳnh Nguyễn Hoàng, Hệ thống điều khiển bằng thủy lực, NXB Giáo dục, 2006

[3] TS Lê Hiếu Giang, Hệ thống khí nén trong công nghiệp, NXB ĐHQG Tp HCM, 2011

[4] Nguyễn Ngọc Phương- Nguyễn Trường Thịnh, Hệ thống điều khiển tự động khí nén, NXB KHKT HCM, 2012

[1] Andrew A Parr, Hydraulics and Pneumatics, Elsevier Science & Technology Books

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN ĐỘNG

KHÍ NÉN – THỦY LỰC MÔN HỌC: HỆ THỐNG KHÍ NÉN – THỦY LỰC

Pneumatic and Hydraulic System

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN ĐỘNG

TỔNG QUAN

 Khí nén là một phần của lưu chất với không khí

hoặc các loại khí khác được nén lại

Pneumatics: xuất phát từ tiếng Hy Lạp là Pneuma có nghĩa là khí, gió hoặc hơi thở

hướng dòng chảy của khí nén theo các mạch để

điều khiển cơ cấu chấp hành

điều khiển cơ cấu chấp hành thực hiện chuyển động

tịnh tiến hay quay.

LỊCH SỬ

 Cuối thế kỷ XVII, Torricelli, Mariotte và sau đó là Bernoulli đã tiến

hành nghiên cứu các lý thuyết và ứng dụng liên quan đến áp suất và lực đi ra từ các lỗ trên các thùng chứa nước và các đường dẫn Blaise Pascal đưa ra các định luật nền tảng của khoa học thủy lực

 Cuối những năm 1930 và đặc biệt là trong khoảng thời gian chiến

tranh TG thứ II, các hệ thống điều khiển bằng lưu chất được sử dụng rộng rãi và phát triển khá mạnh, được ứng dụng rộng rãi trong các máy móc sản xuất.

 Vào năm 1951 các ứng dụng trong công nghiệp tăng rất nhanh, các

hội nghị được tổ chức như Detrit, Michigan với mục đích hình thành

nên một tiêu chuẩn cho các thiết bị khí nén và thủy lực.

 Vào năm 1966, một hệ thống ký hiệu được đưa ra bởi Viện tiêu

chuẩn Hoa Kỳ (United States America Standards Institute) Khi

chúng ta sử dụng các ký hiệu này, người bảo trì dễ dàng thay thế và sửa chữa các thiết bị trong hệ thống, dễ dàng phán đoán các lỗi hư hỏng của hệ thống bằng cách tham khảo các catalogue của nhà sản xuất

Chuyển động quay: dụng cụ vặn vít từ M4-M300, máy khoan, máy mài…

Chuyển động thẳng: đồ gá kẹp chặt chi tiết, máy gia công gỗ, hệ thống phanh hãm ôtô, vận chuyển xi măng…

Ứng dụng truyền động Thủy lực

Hệ thống điều khiển thủy lực được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp như: máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, múc xúc, máy tời

Máy cắt giấy và hệ thống cấp dung dịch vào chai

bằng hệ thống khí nén

Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực

Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực

Hệ thống nâng bảo dưỡng xe

Tay máy gắp sản phẩm

bằng khí nén

Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực

Máy cán thủy lực

Máy ép đế giày

Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực

Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực

Vận chuyển bằng khí nén

Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực

Máy khoan tự động bằng khí nén

Ứng dụng của truyền động KN, TL

Ứng dụng của truyền động KN, TL

Cánh tay Robot phân loại sản phẩm

Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực

Xy lanh A

Xy lanh B

S1 S2

S3 S4 B1

Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực

xác cao, không rò rĩ dầu

Đường truyền dẫn Ống nhựa, lắp ráp nhanh

hành trình Ít tốt hơn , vì không khí bị nén Tốt, vì dầu không có sự đàn hồi

Nguồn năng lượng khí Dầu

Tạo chuyển động thẳng Đơn giản nhờ xi lanh

truyền lực Đơn giản nhờ xi lanh truyền lực

Ưu nhược điểm khí nén

cháy nổ và có thể làm việc trong môi trường

có thể làm việc từ xa

 Do khí xả ra qua các cửa tạo nên âm thanh khá ồn.

 Do vận tốc của các cơ cấu chấp hành khí nén lớn nên

dễ xảy ra va đập ở cuối hành trình.

 Việc điều khiển theo quy luật vận tốc cho trước và

dừng lại ở vị trí trung gian cũng khó thực hiện được chính xác như đối với các hệ thống khác.

Ưu nhược điểm khí nén

Ưu nhược điểm Thủy lực

 NHƯỢC ĐIỂM

khí nén.

hưởng đến thông số kỹ thuật.

trường.

cầu độ chính xác cao giá thành cao.

Ưu nhược điểm thủy lực

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ

 Khí là một trong ba trạng thái cơ bản của vật chất

Khí cũng có đặc tính tương tự với chất lỏng là không

TỶ TRỌNG

Các thí nghiệm ban đầu về các trạng thái khí và

không khí được thực hiện bởi các nhà khoa học như

Boyle và Charles Các kết quả của các thí nghiệm chỉ ra đặc tính của khí theo các quy luật sau, quy

luật này được biết như là định luật khí lý tưởng

ĐƠN VỊ SỬ DỤNG

Cĩ 3 hệ thống đơn vị thường được sử dụng là:

• Hệ thống đơn vị Metric : mét, kilơgram và giây

• Hệ thống Imperial System: foot, pound, giây

• Hệ thống đơn vị SI: mét, newton, giây

Các thông số Ký hiệu Hệ SI Hệ Metric

l t

T m

F P

m s

0 K (0 0 K = - 273 0 C)

m s

0 C (0 0 C = 273 0 K)

kg Kg.s 2 /m (1 kg = 1/9,8 Kg.s 2 /m)

N (1N = 1kg.m/s 2 ) KG (1KG= 9,8N)

Pa (1Pa = 1N/m 2 ) KG/cm 2 (1 KG/cm 2 = 98000 Pa)

ÁP SUẤT

Áp suất khí quyển: Đây là áp suất tạo ra trên bề mặt trái đất

bằng khối lượng không khí bao quanh trái đất là 14,7 psi

(Pound/inch) Áp suất khí quyển là áp suất không khí bao quanh chúng ta (1 bar)

Áp suất dư (Áp suất tương đối): áp suất sẽ được đo với mức

chuẩn là áp suất khí quyển Áp suất dư bằng 0 chính là áp suất khí quyển

Áp suất tuyệt đối:

Áp suất tuyệt đối = Áp suất dư + Áp suất khí quyển

Áp suất khí quyển có thể đo bằng chiều cao của cột dung dịch

trong chân không (1013 mbar = 1000 mbar)

Quan hệ các loại áp suất

ÁP SUẤT

F P

A

 (N/m2)

1Pa=1N/m2 = 10-5 bar1bar= 105 N/m2 = 105 Pa1atm= 1,033at= 1,013bar

suất khí được tính bằng cách nhân diện tích

hiệu dụng với áp suất

2

4

LƯU LƯỢNG

 Lưu lượng được đo là một thể tích không khí tự do đi qua trong một

đơn vị thời gian Đơn vị thường sử dụng:

Lít hoặc dm 3 trên giây : l/s hoặc dm 3 /s.

Thể tích trên phút : m 3 /ph.

Thể tích đo trên đơn vị feet trên 1 phút : scfm.

Lưu lượng thường được tính bằng

lít khí tự do trên một đơn vị thời gian

CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ

 Định luật khí lý tưởng: Biểu diễn mối liên hệ giữa áp

suất, thể tích và nhiệt độ Khi áp dụng các định luật này chúng ta chỉ sử dụng áp suất và nhiệt độ tuyệt đối.

Tích của áp suất tuyệt đối và thể tích của khối khí luôn là hằng số nếu nhiệt độ của khí không thay đổi.

Biểu đồ đẳng nhiệt

CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ

6 8

bar

10 12 14 16

6 8

bar

10 12 14 16

6 8

bar

10 12 14 16

6 8

bar

10 12 14 16

tuyệt đối 0 K

 Định luật Gay-Lussac: Áp

suất tuyệt đối của khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó (thể tích khí không đổi V = const).

 0 0 C = 273 0 K.

Biểu đồ đẳng áp

khí ở áp suất không đổi thì thể tích sẽ tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối Như vậy theo định luật Charles: Thể tích của khí trong bình chứa

sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với nhiệt

độ tuyệt đối (áp suất không thay đổi )

Bài tập Chương 1

Bài tập 1.2:

Người ta dùng 1 máy nén khí có lưu lượng hút (ở điều

bình chứa chỉ 6bar Biết nhiệt độ khí trong bình lúc đó