Bài giảng kỹ thuật thủy lực và khí nén

Kỹ thuật Thủy lực Khí nén TS Phan Tấn Tùng 4.2.4 Rơ le áp suất 4.3 Van phân phối Nhiệm vụ: dùng để đóng mở các ống dẫn dầu để khởi động hay đảo chiều cơ cấu tác động như xi lanh, động

Trang 1

Kỹ thuật Thủy lực Khí nén TS Phan Tấn Tùng

Bài Giảng KỸ THUẬT THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN

TS Phan Tấn Tùng

Bộ môn Cơ Điện Tử - Khoa Cơ Khí Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM - Đại học Quốc gia Tp HCM

2009

Chương 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ KỸ THUẬT THỦY LỰC

1 Lịch sử phát triển của kỹ thuật thủy lực

(Sinh viên tự tổng hợp tài liệu)

2 Phạm vi ứng dụng và ưu nhươc điểm

Trang 2

Chương 1 Đại cương về kỹ thuật thủy lực 2

3 Một số tính chất và các định luật vật lý ứng dụng trong thủy lực

Trang 3

Trang 4

4 Tiêu chuẩn ISO về ký hiệu của phần tử thủy lực

Trang 5

4.2.4 Rơ le áp suất

4.3 Van phân phối

Nhiệm vụ: dùng để đóng mở các ống dẫn dầu để khởi động hay đảo chiều cơ cấu tác động như xi lanh, động cơ dầu

Số cửa: là số lỗ dẫn dầu vào/ra trên van

Số vị trí: là số vị trí của con trượt trong van có thể thực hiện

4.3.1 Van 2 cửa 2 vị trí (van 2/2)

4.3.2 Van 3 cửa 2 vị trí (van 3/2)

4.3.3 Van 2 cửa 2 vị trí (van 4/2)

Trang 6

4.3.4 Van 4 cửa 3 vị trí (van 4/3)

4.3.5 Van 5 cửa 3 vị trí (van 5/3)

4.3.6 Cơ cấu tác động điều khiển van

Trang 7

c/Loại tác động bằng nam châm điện

d/ Loại tác dụng nam châm điện có phụ trợ bằng thủy lực

e/ Loại tác dụng bằng khí nén

Trang 8

f/ Van tỷ lệ

g/ Van servo

4.4 Van chặn

Trang 9

Trang 10

4.5 Van lưu lượng (van tiết lưu)

Trang 11

4.6 Bộ ổn tốc

Trang 12

4.7 Cơ cấu tác động

4.7.1 Xi lanh

Trang 13

Trang 14

4.9 Lọc dầu – Giải nhiệt cho dầu – Bộ chỉ thị:

4.9.1 Lọc dầu:

4.9.2 Bộ giải nhiệt – Bộ cấp nhiệt:

Nhiệt độ có ảnh hưởng đến độ nhớt của dầu nên cần giải nhiệt (hoặc cấp nhiệt) để dầu làm việc ở nhiệt độ phù hợp

Bộ giải nhiệt (mủi tên hướng ra)

Bộ cấp nhiệt (mủi tên hướng vào)

Trang 15

Trang 16

4.10 Bộ chia lưu lượng

Công dụng: chia lưu lượng từ 1 ống dẫn dầu sang nhiều ống dẫn dầu với lưu lượng được cài đặt trước

Hết chương 1

Trang 17

Kỹ thuật thủy lực khí nén TS Phan Tấn Tùng

2009

Chương 2 CÁC LOẠI BƠM

1 Các loại bơm trong công nghiệp:

Trang 18

Chương 2 Các lọai bơm 2

1.1 Các đại lượng đặc trưng

Trang 19

2 Các loại bơm thể tích:

2.1 Bơm bánh răng:

Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Bơm bánh răng ăn khớp trong

Lưu lượng bơm bánh răng

Trang 20

2.2 Bơm trục vít:

Trang 21

2.3 Bơm cánh gạt:

Trang 22

2.4 Bơm piston:

Trang 23

Trang 24

Trang 25

2.3 Các cách lắp bơm trong mạch:

Hết chương 2

Trang 26

Chương 3 Các lọai van trong hệ thống thủy lực 1

2009

Chương 3 CÁC LOẠI VAN TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC

1 Các loại van áp suất:

1.1 Van tràn – Van an tòan:

Trang 27

Trang 28

1.2 Van giảm áp:

Trang 29

1.3 Van cản:

2 Các lọai van lưu lượng:

2.1 Van tiết lưu:

Van tiết lưu có 2 lọai: không thay đổi lưu lượng và có thể thay đổi lưu lượng

Trang 30

2.3 Van ổn tốc:

Trang 31

Trang 32

3.Van một chiều:

Trang 33

Trang 34

4 Van phân phối (đảo chiều):

4.1 Van 2 cửa 2 vị trí (van 2/2):

4.2 Van 3 cửa 2 vị trí (van 3/2):

Trang 35

4.3 Van 4 cửa 2 vị trí (van 4/2):

4.4 Van 4 cửa 3 vị trí (van 4/3):

Các kiểu vị trí giữa

4.5 Van 5 cửa 3 vị trí (van 5/3) (chưa có hình) Hết chương 3

Trang 36

CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH TRONG HỆ THỐNG THỦY LỰC

1 Các loại xi lanh thủy lực chuyển động thẳng:

Trang 37

1.4 Xi lanh có giảm chấn:

2 Các lọai xi lanh mô men:

Trang 38

3 Các lọai động cơ thủy lực:

3.1 Động cơ thủy lực kiểu bánh răng:

Kiểu ăn khớp ngòai

Kiểu ăn khớp trong

3.2 Động cơ thủy lực kiểu cánh gạt:

Trang 39

3.3 Động cơ thủy lực kiểu piston:

3.3.1 Động cơ thủy lực kiểu huớng trục

3.3.2 Động cơ thủy lực kiểu hướng kính

Trang 40

1 Các tiêu chuẩn thiết kế

2 Các yêu cầu cần có của mạch

3 Các qui tắc và công thức cơ bản

600

0

b b

Trang 41

Đối với bơm

η với Q b : lưu lượng thực tế của bơm

Q 0b : lưu lượng danh nghĩa của bơm (là lưu lượng tính theo công thức

và bỏ qua tổn thất Ví dụ bơm piston có diện tích piston là A, hành trình là h thì lưu lượng một chu kỳ là A×h)

Đối với động cơ dầu

η với Q d : lưu lượng thực tế của động cơ dầu

Q 0d : lưu lượng danh nghĩa của động cơ dầu

Tổn thất cơ khí : do ma sát giữa các chi tiết cơ khí trong bơm dầu và động cơ dầu khi chuyển động

Đối với bơm:

η với P 0b : công suất danh nghĩa của bơm

P b : công suất thực tế của bơm

Đối với động cơ dầu

η với P 0d : công suất danh nghĩa của động cơ dầu

P d : công suất thực tế của động cơ dầu

Qb = × (cm3/ph) với q : lưu lượng vòng (cm3/vg)

n : số vòng quay (của động cơ dẫn động bơm) (vg/ph)

3.3 Áp suất:

Áp suất thủy tĩnh (chiều cao h)

h g

p = ρ × × (N/m2) với ρ : khối lượng riêng của lưu chất (kg/m3)

Trang 42

p p

p0 = 1 + ∆ với p0: áp suất bơm (đầu vào), p1 : áp suất trên động cơ dầu (đầu ra),

p

∆ : tổn thất áp suất

4 Các loại kết cấu bể dầu

Trang 43

5 Bình tích áp (bình trích chứa)

Trang 44

6 Các ứng dụng bình tích áp

Trang 45

Chương 8: ĐẠI CƯƠNG VỀ KỸ THUẬT KHÍ NÉN

1 Cấu trúc chung của một hệ thống khí nén:

Hệ thống truyền động khí nén là hệ thống truyền động có nhiều điểm tương đồng với hệ thống truyền động thủy lực Tuy nhiên

có một vài điển khác biệt như:

• Không khí để tạo nên khí nén có sẳn mọi nơi với số lượng vô hạn

• Không cần thu hồi khí nén đã sử dụng nên không cần bộ sưởi hay làm mát và có thể cho thóat ra môi trường mà không gây

Cấu trúc chung của hệ thống khí nén bao gồm:

• Nguồn khí nén (thường là nguồn tập trung cho cà nhà máy) với các thiết bị như máy nén khí

• Cơ cấu chấp hành (xy lanh khí nén, động cơ khí nén)

• Cơ cấu điều khiển (van phân phối)

• Cơ cấu phụ (ống dẫn, lọc, tách nước)

• Hệ thống điều khiển tự động (phần tử AND, OR )

2 Lịch sử phát triển của truyền động khí nén (tự đọc)

3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng:

Ưu điểm

Trang 46

Nhược điểm:

Trang 47

Phạm vi sử dụng:

Trang 48

ỨNG DỤNG TRONG KHÍ NÉN

1 Áp suất và các đơn vị đo

Các khái niệm:

• Áp suất tuyệt đối

• Áp suất khí quyển (1.013 bar)

• Áp suất tương đối

Các đơn vị thường dùng:

Trang 49

Các thang nhiệt độ thường dùng:

Trang 52

( )

013.1

013

p

Q= +p: áp suất đo

V: thể tích khí tiêu thụ

Trang 53

Chương 11: CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH

1 Các loại xi lanh khí nén

1.1 Xi lanh khí nén tác động đơn

Xi lanh khí nén tác động đơn chỉ được cấp khí để thực hiện chuyển động theo

1 chiều, chiều ngược lại do tác dụng của lò xo hay tải trọng

1.2 Xi lanh khí nén tác động kép

Xi lanh khí nén tác động kép được cấp khí để thực hiện chuyển động theo 2 chiều

1.2.1 Xi lanh khí nén tác động kép không giảm chấn

Trang 55

¾ Xi lanh kiểu dây đai hay băng da

¾ Xi lanh kiểu rãnh then hoa

¾ Xi lanh với bộ ly hợp bằng nam châm

¾ Xi lanh với ống mềm và con lăn

1.7 Xi lanh ghép

Là xi lanh tác động kép gồm 2 xi lanh ghép lại nhằm nâng cao khả năng tải

Trang 56

1.9 Xi lanh có nhiều vị trí

Gồm 2 xi lanh tác động kép ghép với nhau Tùy theo có/không có áp ở các cửa 1,

2 , 3, 4 mà ta có thể có 4 vị trí khác nhau của piston

2 Các lọai động cơ khí nén

Động cơ khí nén có ưu điểm:

¾ Điều chỉnh số vòng quay và momen xoắn dễ dàng

¾ Có thể điều chỉnh tốc độ quay vô cấp

¾ Không bị hỏng khi quá tải

¾ Giá thành thấp, bảo dưỡng đơn giản

Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm:

¾ Giá thành năng lượng cao

¾ Số vòng quay thay đổi theo tải trọng

¾ Gây tiếng ồn khi xả khí (nên phải dùng ống giảm thanh)

2.1 Động cơ bánh răng

Trong động cơ có 1 bộ bánh răng trụ Có 3 lọai: răng thẳng, răng nghiêng, răng chữ V

Trang 58

2.6 Động cơ tua bin

2.7 Động cơ root

Trang 59

2.8 Động cơ màng

3 Tính tóan xi lanh khí nén

3.1 Vị trí của xi lanh khí nén trong hệ thống

3.2 Các công thức tính tóan xi lanh

¾ Áp suất trong các khoang của xi lanh

• Khoang làm việc: 5 ~ 8 bar

• Khoang không làm việc: > 1.4 bar

• Áp suất nguồn khí phải lớn hơn áp suất làm việc

¾ Xác định lực tác dụng lên xi lanh

Trang 60

qt MS

Fqt = µ: hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng trượt

a: gia tốc của vật

Ví dụ xi lanh nâng vật nặng (α=900)

a M

g

M

Ví dụ xi lanh đẩy vật nặng (α=00)

Trang 61

a M g M

p

F

¾ Tính đường kính xi lanh chịu tải động

Khi xi lanh chịu tải trọng động thì tải trọng này ảnh hưởng đến tính đàn hồi của khí nén Lúc này cũng dùng công thức trên với η=0.5

¾ Kiểm nghiệm sức bền cần piston theo công thức Euler

Do cần piston là thanh dài chịu nén nên dễ xảy ra mất ổn định Cần kiểm tra lại điều kiện ổn định theo công thức Euler

2

2 .

L

J E

=Với J: mô men quán tính tiết diện cần piston

K =

s: hệ số an tòan (s = 3 ~ 5)

Trang 62

Tương tự như hệ thống thủy lực, hệ thống khí nén cũng có van phân phối, van lưu lượng và van áp suất Ngoài ra, trong hệ thống điều khiển tự động bằng khí nén còn

có các lọai van logic

Trang 63

1 Van phân phối

Van phân phối khí nén cũng giống như van phân phối thủy lực được phân lọai bởi các yếu tố:

• Số cửa

• Số vị trí

• Trạng thái ổn định

• Kiểu điều khiển

• Trạng thái giữa (đối với van 3 vị trí)

Ký hiệu van

Ký hiệu cơ cấu tác động

Trang 65

Van phân phối 3/2 tác động đầu dò

Van phân phối 5/2 tác động đầu dò

Van phân phối 3/2 tác động bằng tay

Van phân phối 3/2 tác động bằng nút nhấn

Van phân phối 4/2 tác động bằng bàn đạp

Trang 66

Van phân phối 4/3 tác động trực tiếp bằng nam châm điện

Van phân phối 5/2 tác động trực tiếp bằng khí nén một phía

Trang 67

Van phân phối 5/2 tác động trực tiếp bằng khí nén 2 phía

Van phân phối 3/2 tác động bằng nam châm điện kết hợp khí nén 1 phía

Trang 68

Van 1 chiều có điều khiển

Van xả khí nhanh

Van xả khí nhanh thừong lắp gần cơ cấu chấp hành để xả khí nhanh ra ngòai

Trang 69

2 Van lưu lượng

Van tiết lưu có lưu lượng không đổi

Van tiết lưu có lưu lượng thay đổi

Van tiết lưu có lưu lượng thay đổi kết hợp van 1 chiều

Trang 70

Van tràn

Van điều chỉnh áp suất

Trang 71

Rơ le áp suất

Rơ le thời gian đóng chậm

Rơ le thời gian mở chậm

Trang 74

Bảng chân trị

Phần tử AND

Ký hiệu

Trang 75

Bảng chân trị

Phần tử OR

Ký hiệu

Bảng chân trị

Trang 76

Phần tử NAND

Phần tử EXC-OR (kiểu 1)

Trang 77

Phần tử EXC-OR (kiểu 2)

Phần tử nhớ

Trang 78

Cảm biến bằng tia rẽ nhánh

Trang 79

Cảm biến bằng tia phản hồi

Cảm biến bằng tia qua khe hở

Hết chương 12

Trang 80

CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU

KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG KHÍ NÉN

1 Biểu đồ trạng thái

2 Các phương pháp điều khiển

Trang 81

Điều khiển bằng tay

Điều khiển trực tiếp

Điều khiển gián tiếp

Trang 82

Điều khiển theo thời gian

Trang 83

Điều khiển theo thời gian có chu kỳ tự động

Trang 85

Điều khiển theo tầng

Trang 87

Điều khiển theo nhịp

Trang 89

3 Thiết kế mạch khí nén với sơ đồ Grafcet

Để thực hiện việc điều khiển tự động một hệ thống khí nén theo một chu trình cho trước chúng ta có thể dùng sơ đồ Grafcet để thiết kế cho hệ thống điều khiển

¾ Bước 1: chia chu trình ra thành nhiều giai đọan (bước), trong mỗi giai đọan cần xác đinh những công việc, ví dụ như thực hiện một hay một

số công việc đồng thời

Ví dụ: Một chu trình làm việc có 4 giai đọan, giai đọan 1 piston A tiến, giai đọan 2 piston B tiến, giai đọan 3 piston B lùi, giai đọan 4 piston A lùi

¾ Bước 2: Xác định các tín hiệu thu nhận để kết thúc giai đọan hiện tại

và chuyển sang giai đọan kế tiếp

Ví dụ: Khi piston A tiến đến cuối hành trình, tác động lên công tắc hành trình làm xuất hiện tín hiệu a1 để báo hiệu giai đọan 1 kết thúc

và giai đọan 2 bắt đầu

¾ Bước 3: thể hiện chu trình làm việc bằng sơ đồ Grafcet

¾ Bước 4: sử dụng các bộ tuần tự và các phần tử khí nén khác (công tắc hành trình khí nén, nút nhấn khí nén, các phần tử logic khí nén AND,

OR, YES, NOT… ) để thiết kế hệ thống điều khiển dưới dạng cácký hiệu Mỗi giai đọan đơn (bước) phải sử dụng 1 bộ tuần tự để thực hiện các công việc trong chu trình của bước đó

¾ Bước 5: Vẽ sơ đồ chỉ rõ sự kết hợp của hệ thống điều khiển và hệ thống động lực khí nén

Ví dụ: Cho một chu trình tự động của hệ thống khí nén gồm 2 xi lanh A và B như sau: (A+: piston A tiến, A-: piston A lùi, B+: piston B tiến, B-: piston B lùi)

Giai đọan 0 A+ công việc thực hiện a1 tín hiệu

m a0 chuyển giai đọan

A- B+

b0 B- b1

Chu trình họat động được mô tả như sơ đồ trên

Sơ đồ Grafcet

Đầu tiên chu trình điều khiển ở giai đọan 0 (giai đọan chờ) Khi có tín hiệu khởi động m thì chu trình điều khiển chuyển sang giai đọan 1 và piston A tiến cho đến hết hành trình, tác động lên công tắc cuối hành trình làm xuất

Trang 90

hiện tín hiệu b1 Chu trình điều khiển chuyển sang giai đọan 3 và piston B lùi cho đến hết hành trình, tác động lên công tắc cuối hành trình làm xuất hiện tín hiệu b0 Chu trình điều khiển chuyển sang giai đọan 4 và piston A lùi cho đến hết hành trình, tác động lên công tắc cuối hành trình làm xuất hiện tín hiệu a0 Chu trình điều khiển trở về giai đọan 0 (giai đọan chờ)

Vẽ Sơ đồ Grafcet (hình bên trái)

Bộ tuần tự

Trang 91

Bộ tuần tự là 1 phần tử khí nén tích hợp bên trong 1 phần tử nhớ, một phần

tử và, một phần tử hoặc Nó có 5 ngõ vào và 4 ngõ ra

Các ngõ vào gồm:

¾ Ngõ P : ngõ vào của nguồn khí nén (cung cấp năng lượng cho bộ tuần tự)

¾ Ngõ R: ngõ đưa các phần tử nhớ về vị trí ban đầu (xóa nhớ) Thường

sử dụng khi hệ thống điều khiển gặp sự cố, phải đưa về vị trí ban đầu

để khởi động lại chu trình

¾ Ngõ A: ngõ kích họat bộ tuần tự thứ N từ bộ tuần tự thứ N-1

¾ Ngõ rn : ngõ vào tín hiệu điều khiển để chu trình chuyển sang bước kế tiếp (trong ví dụ trên là các tín hiệu từ các công tắc hành trình)

¾ Ngõ vào xóa nhớ: khi phần tử thứ N+1 được kích họat thì nó sẽ đưa tín hiệu vào ngõ này để xóa nhớ phần tử thứ N

Các ngõ ra gồm:

¾ Ngõ Sn : cung cấp tín hiệu cho các van phân phối ( lọai van phân phối

có con trượt được điều khiển bởi tín hiệu khí nén) để điều khiển các

cơ cấu chấp hành (xi lanh, động cơ khí nén) Trong ví dụ trên là ngõ

Sn điều khiển các van phân phối dùng để điều khiển các piston A và

Định dạng
Số trang	93
Dung lượng	5,84 MB