CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 2 CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG Thiết bị cơ bản có thể phân ra: - Các cơ cấu chấp hành - Các thiết bị điều khiển - Các loại cảm biến... - Bôi trơn là tính chất

CHƯƠNG 2 CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG

Thiết bị cơ bản có thể phân ra:

- Các cơ cấu chấp hành

- Các thiết bị điều khiển

- Các loại cảm biến

2.1 Cơ cấu chấp hành

Phân loại:

+ Theo nguồn năng lượng sử dụng:

Các cơ cấu chấp hành thuỷ lực

Các cơ cấu chấp hành khí nén

Các cơ cấu chấp hành điện

+ Theo mức năng lượng sử dụng

Cơ cấu chấp hành năng lượng thấp: đèn LED, màn hình hiển thị Plasma

Cơ cấu chấp hành năng lượng trung bình

Các thiết bị truyền động

Một số thiết bị chuyên dụng

2.1.1 Cơ cấu chấp hành thuỷ lực

Các thiết bị thuỷ lực có kích thước nhỏ gọn, nhẹ , không gây

ồn và công suất cao

2.1.1.1 Các khái niệm cơ bản về thuỷ lực

- Dầu thuỷ lực là dầu nhờn có đảm bảo các yêu cầu

về chỉ số độ nhớt, khả năng chống ôxy hoá , tính chất bôi trơn cao, sự ổn định về hoá học, tỉ trọng thấp và không tạo bọt

- Áp lực trong các hệ thống thuỷ lực được truyền theo mọi hướng và tuân thủ định luật Pascal:

p =

- Độ nhớt: là chỉ số đánh giá tính chất của dầu thuỷ lực, độ nhớt càng cao thì càng tốt:

γ =

- Bôi trơn là tính chất quan trọng của dầu thuỷ lực, nếu không lực ma sát có thể gây ra ăn mòn các thiết bị thuỷ lực

Hệ số ma sát là chỉ số đánh giá tính chất bôi trơn của dầu:

Hệ số ma sát = Lực ma sát/ lực pháp tuyến

 Chú ý: trong hệ thống thuỷ lực, công sinh ra do bơm cấp

dầu khác với công sinh ra trên động cơ thuỷ lực hay xi lanh thuỷ lực

2.1.1.2 Các loại bơm thuỷ lực

- K/n: Bơm là thiết bị biến cơ năng thành năng lượng thuỷ lực

Ví dụ: đối với c/đ piton, hình 2.2

Piton chuyển động bằng nguồn năng lượng cơ bản gây chênh lệch chân không và hút dầu từ bể vào xi lanh, khi Piton chuyển động ngược lại dầu bị nén, tăng áp và đẩy dầu qua van đẩy tạo năng lưọng thuỷ lực

- Đặc điểm của các loại bơm:

1 Bơm Piton: như hình 2.2

Đặc điểm: - tạo áp suất cao

- Bơm làm việc gián đoạn do làm việc có một nửa chu kỳ

 thiết kế các loại bơm nhiều piton hướng trục hay hướng

tâm, hình 2.3; hinh 2.4

2 Bơm cánh quạt:hình 2.5:

bơm này tạo ra lực đẩy nhờ sự thay đổi vị trí tương đối của cánh quạt, loại này không tạo được áp lực cao  dùng để bơm nước

3 Bơm bánh răng: hình 2.6:

loại bơm này có thể tạo được áp suất cao và lưu lượng lớn

4 Bơm cánh gạt: hình 2.7

2.1.1.3 Các loại van

- K/n:

Van là các thiết bị không thể thiếu trong hệ thống thuỷ lực, chúng được sử dụng nhằm mục đích điều khiển dòng thuỷ lực

- Phân loại theo chức năng làm việc:

+Van điều khiển hướng của dòng chất lỏng khống chế dòng chất lỏng chỉ đi theo một chiều nhất định Loại van này gồm các van một chiều, van con trượt, van kiểm tra, van an toàn, van tràn…

+ Van điều khiển áp lực

+ Van điều khiển lưu lượng

1 Van điều khiển hướng

- Van một chiều: hình 2.8

- Van một chiều có điều khiển: hình 2.9

- Van đảo chiều cân bằng: có nhiệm vụ giữ giữ cho piton ở một vị trí ổn định

- Van con trượt

2 Van điều áp:

có vai trò khống chế áp lực đến một giá trị cực đại nhất định Nếu áp lực vượt quá giá trị cho phép van sẽ mở cửa xả về thùng chứa Van luôn ở vị trí thường đóng Hình 2.14

3 Van tiết lưu:

van điều khiển lưu lượng, cung cấp lưu lượng cho xi lanh, hay động cơ thuỷ lực do đó có thể điều khiển được tốc độ của xi

lanh thuỷ lực, hinh 2.15

Nhược điểm của van là khi tăng tải  v piton giảm  áp tăng

 cân bằng áp thì phải tăng áp của bơm  sử dụng van tiết

lưu cân bằng áp

4 Van servo:

Van có nhièu bậc khuyếch đại, mà bậc cuối cùng là van con trượt Bên trong van có hệ thống tự điều chỉnh để có thể đạt

vị trí chính xác và đạt tốc độ yêu cầu

2.1.1.4 Các loại xi lanh - động cơ thuỷ lực

- K/n: Xi lanh thuỷ lực hay động cơ thuỷ lực là thiết bị biến đổi năng lượng của dầu thuỷ lực thành cơ năng Xi lanh thuỷ lực

là cơ cấu chuyển động thẳng động cơ thuỷ lực là cơ cấu tạo chuyển động tròn

- Phân loai:

1 Xi lanh thuỷ lực:

* Xi lanh thuỷ lực hành trình đơn: hình 2.20

* Xi lanh thuỷ lực hành trình kép: một đầu trục và hai đầu trục, hinh 2.21; hinh 2.22

* Xi lanh thuỷ lực hành trình kép: một đầu trục và hai đầu trục, hinh 2.21; hinh 2.22

2 Động cơ thuỷ lực xoay:

- động cơ bánh răng,

- động cơ cánh gạt

- động cơ piton (hướng trục, hướng tâm và bánh răng thanh răng)

2.1.2 Cơ cấu chấp hành khí nén

- Đặc điểm:

+ Sẵn có nguồn khí nén và tiết kiệm hơn thuỷ lực

+Thiết bị khí nén rẻ tiền và không cần thùng chứa

+ Khí nén có độ co giãn tốt nên dễ hấp thụ xung động

+ Hệ thống khí nén khó điều chỉnh chính xác vị trí và tốc độ

+ Hệ thống khí nén khá ồn

- Hệ thống khí nén gồm: máy nén khí, các van, bộ lọc khí, bộ bôi trơn + Máy nén khí gồm hai loại:

- chuyển động thẳng tương tự động cơ nổ pitôn, xilanh và xu páp

- chuyển động quay dạng cánh gạt và dạng trục vít vô tận

+ Các loại van

+ Xi lanh - động cơ khí nén:

- Xilanh khí nén: thông thường giống xi lanh thuỷ lực Ngoài

ra còn có xi lanh khí nén không có trục để sử dụng trong các không gian hạn chế đó là xi lanh dạng chữ “C” và piton là một nam châm mạnh

- Động cơ khí nén chuyển động xoay: gồm hai loại động cơ pittôn hướng tâm tốc độ thấp và động cơ cánh gạt tốc độ thay đổi

2.1.3 Động cơ điện và các cơ cấu điện từ

+ Phần quay của động cơ đươc gọi là rôto hay phần cảm Rôto thường không cần nối với nguồn điện trên rôto có thể

có dây dẫn hay nam châm vĩnh cửu hoặc hợp kim đặc biệt tuỳ theo từ tính của chúng

+ Phần đứng yên của động cơ hay còn gọi là stato cấp từ

trường chính để làm động cơ hoạt động Từ trường này có thể tạo ra bởi cac nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện

- Các động cơ sử dụng để điều khiển vị trí và tốc độ có kèm theo bên trong nó thiết bị cảm biến vị trí và tốc độ được gọi

là động cơ servo

- Phân loại động cơ: Có thể phân ra làm ba nhóm sau: + Động cơ một chiều DC

+ Động cơ xoay chiều AC

+ Động cơ cổ góp điện tử

2.1.3.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện

Có ba nguyên lý cơ bản hay sử dụng là:

1 Nguyên lý các cưc trái dấu của từ trường hút nhau

Đây là nguyên lý của đồng bộ xoay chiều và động cơ bước Các động

cơ này có rôto là các nam châm vĩnh cửu hoặc các vật liệu khi từ hoá chúng bị mất định hướng từ trường Các rôto này sẽ quay chính xác theo từ trường quay

2 Nguyên lý dòng điện chạy qua dây dẫn nằm trong từ trường gây ra lực đẩy lên dây dẫn đó Phần lớn các động cơ một chiều DC hoạt động theo nguyên lý này Tốc độ có thể điều khiển do thay đổi dòng chạy qua cuộn dây của rôto hay thay đổi cường độ từ truờng của trường điện từ

3 Nguyên lý một dây dẫn chuyển động trong một từ trường, làm xuất hiện trên nó một điện áp và gây ra dòng cảm ứng nếu dây dẫn được đóng mạch

 Các động cơ cảm ứng xoay chiều AC sử dụng nguyên lý này và

nguyên lý thứ hai ở trên

2.1.3.3 Động cơ một chiều DC

- Đặc điểm: nguồn điện cấp cho động cơ là nguồn điện một chiều Động cơ một chiều gồm có hai loại là động có từ trường vĩnh cửu và động cơ từ trường khuyết động cơ một chiều kích

từ

2.1.3.3.1 Động cơ một chiều DC từ

trường vĩnh cửu

- Đặc điểm:

Nguồn điện một chiều DC tác

động lên cuộn ứng thông qua cổ

Chiều chuyển động có thể đảo

bằng cách đảo chiều dòng điện

qua rôto

- Có hai loại động cơ nam châm

vĩnh cửu đặc biệt là động cơ

mạch in và động cơ có cuộn dây

quay

+ Động cơ DC nối tiếp Ở

động cơ này cuộn ứng và

cuộn cảm được nối tiếp

nhau

+ Động cơ DC song song Ở

đây cuộn ứng và cuộn cảm

mắc song song

2.1.3.3.3 Điều khiển tốc độ của động cơ một

chiều DC

Để điều khiển động cơ một chiều phải dựa vào các phương trình cơ bản của động cơ điện Phương trình thứ nhất:

Trong đó: n - tốc độ động cơ (vòng/ phút)

Ua - điện áp qua rôto (v)

Ia – dòng điện cuộn cảm (A)

2.1.3.3.4 Dừng động cơ điện một chiều DC

Dừng động cơ là một dạng điều khiển tốc độ Để dừng động

cơ phải tăng tốc nó theo chiều ngược lại với chiều chuyển động Có hai phương pháp dừng động cơ một chiều DC

- Phương pháp thường dùng đó là phanh động lực

-Phương pháp thứ hai là đảo ngược chiều nguồn cấp vào cuộn cảm

 Phanh điện không thể dừng chính xác tại vị trí, do đó lúc

này có thể dùng phanh cơ khí hoặc sử dụng hệ servo vị trí

2.1.3.4 Động cơ xoay chiều AC

Động cơ xoay chiều có ba loại:

- Động cơ xoay chiều vạn năng

- Động cơ đồng bộ

- Động cơ cảm ứng

2.1.3.4.1 Động cơ xoay chiều vạn năng Cấu tạo: Đây là loại động cơ xoay chiều có cổ góp, Hình 2.41

(Giống đ/c DC kích từ )

2 Trên rôto có thể có thêm lồng sóc để khi khởi động, động cơ này

có thể chạy như một động cơ cảm ứng

3 Điều khiển tần số nguồn cấp điện áp xoay chiều sao cho tốc độ từ trường tăng chậm để cho rôto có thể khoá vào từ trường này

Ngoài động cơ đồng bộ với rôto là nam châm vĩnh cửu còn có động

cơ đồng bộ công suất thấp và động cơ không động bộ có cuộn kích

là các động cơ