Bài giảng Công nghệ khí nén và thủy lực ứng dụng

Học xong môn học này học viên có khả năng: - Trình bày đầy đủ các khái niệm, yêu cầu, nhiệm vụ và các quy luật truyền dẫn năng lượng của truyền động khí nén và thủy lực - Giải thích

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CĐ GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

GI ỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC

a Vị trí, tính chất môn học

Môn học được thực hiện sau khi học xong các môn học, mô-đun sau: Ngoại ngữ; Cơ kỹ thuật; Vật liệu cơ khí; Vẽ kỹ thuật Thực hành nguội cơ bản; Thực hành hàn cơ bản; Dung sai lắp ghép và đo lường kỹ thuật; Điện kỹ thuật, điện tử cơ bản

Môn học này được bố trí giảng dạy ở học kỳ 4 của khóa học và có thể bố trí dạy song song với các môn học, mô-đun sau: thực tập nghề và mô-đun tự chọn

b M ục tiêu của môn học:

Ki ến thức chuyên môn

Môn học này cung cấp những kiến thức cơ bản nhất để phục vụ cho các môn chuyên ngành

Học xong môn học này học viên có khả năng:

- Trình bày đầy đủ các khái niệm, yêu cầu, nhiệm vụ và các quy luật truyền dẫn năng lượng của truyền động khí nén và thủy lực

- Giải thích được sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống truyền động bằng khí nén và thủy lực

- Trình bày được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các loại máy nén khí và bơm thủy lực

- Nhận dạng được cấu tạo các loại truyền động bằng khí nén và thủy lực trên ô

tô

Kỹ năng nghề

- Kỹ năng lắng nghe; kỹ năng làm việc nhóm; kỹ năng lập kế hoạch và tổ chức công việc;

- Kỹ năng tìm kiếm, tổng hợp, phân tích và đánh giá thông tin;

- Kỹ năng sử dụng công nghệ thông tin

Thái độ lao động

- Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện công việc

- Thái độ biết lắng nghe, ham học hỏi, hứng thú với công nghệ

- Thái độ cầu tiến, biết tuân thủ nội quy, quy chế của trường, lớp

Các kỹ năng cần thiết khác

Bình tĩnh, tự tin biết kết hợp và làm việc theo nhóm

Nội dung môn học

Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén

Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực

L ỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển thủy lực sử dụng trong máy móc trở nên rộng rãi ở nhiều lĩnh vực như phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, máy ép phun, máy bay, tàu thủy, máy y khoa, dây chuyền chế biến thực phẩm, … đặc biệt trong ngành ô tô ngày này được sử dụng rất nhiều và chiếm vị trí khá quan trọng Những thiết bị thủy lực làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác, công suất lớn với kích thước nhỏ gọn và đặt dễ dàng ở những nơi chật hẹp so với thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện

Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên hệ cao đẳng chuyên ngành Ôtô có được

những kiến thức tốt để tiếp cận nhanh chóng với các thiết bị của hệ thống điều khiển bằng thủy lực trong thực tế

Giáo trình được biên soạn với nội dung chính sau:

Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén

Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén

Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực

Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực

Giáo trình được biên soạn cho đối tượng là sinh viên Cao đẳng ngành Công nghệ Ô tô và cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho học sinh TCCN, CĐN cũng như kỹ thuật viên đang làm việc ở các hãng sửa chữa và garage ô tô

Nhóm tác giả xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ giảng dạy tại Khoa Kỹ Thuật Ô tô Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM đã đóng góp ý kiến và kinh nghiệm để hoàn thiện giáo trình này

Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc không tránh khỏi khiếm khuyết Nhóm tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng để lần tái bản sau giáo trình được hoàn chỉnh hơn Mọi ý kiến đóng góp xin gởi về Khoa Kỹ Thuật Ô tô Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM – Số 8 – Nguyễn Ảnh Thủ - P Trung Mỹ Tây – Q12 – TpHCM

Nhóm tác gi ả

“lỏng” chịu nén Như vậy có thể lấy không khí từ môi trường, nén lại, truyền dẫn làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường

Khí nén đã được ứng dụng từ rất lâu, cách đây trên 2000 năm, người ta đã biết tạo ra khí nén, lưu trữ khí nén và sử dụng làm môi chất mang năng lượng Vào quãng thế kỷ thứ 3 và thứ nhất trước công nguyên ở Alexandrie các nhà cơ khí Ktesibios và Heron đã phát minh ra các thiết bị máy móc hoạt động bằng khí nén

Tuy nhiên lịch sử phát triển của kỹ thuật khí nén cũng có những bước thăng trầm Một mặt do trình độ kỹ thuật công nghệ các thời kỳ trước chưa tương xứng, mặt khác còn có sự cạnh tranh gay gắt của các hệ thống truyền năng lượng khác như động

cơ nhiệt, truyền động điện… mà mãi đến những năm gần đây kỹ thuật khí n n mới lại

có được vai trò xứng đáng của nó trong sản xuất Thời kỳ bùng nổ của kỹ thuật khí n n bắt đầu cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển và tự động hóa của các quá trình sản xuất, nhất là khi có sự tham gia của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật tính hiện đại Ngày nay khí nén đã tham gia vào hầu hết các lĩnh vực sản xuất như chế tạo máy, xây dựng, kỹ thuật xe hơi, kỹ thuật y học, kỹ thuật rô bot, khai khoáng…

1.1.1 KHÁI NIỆM

1.1.1.1 K hái niệm về hệ thống truyền động khí nén

Là hệ thống truyền động lấy không khí từ môi trường ngoài, nén lại truyền dẫn làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường

1.1.1.2 Sản xuất khí nén

Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn cung cấp khí nén, nguồn khí này phải được sản xuất thường xuyên với lượng thể tích đầy đủ với một áp suất nhất định thích hợp cho năng lượng hệ thống

a Máy nén khí

Máy nén khí là máy có nhiệm vụ thu hút không khí, hơi ẩm, khí đốt ở một

áp suất nhất định và tạo ra nguồn lưu chất có áp suất cao hơn

b Các loại máy nén khí công suất nhỏ thường sử dụng

Máy nén khí được phân loại theo áp suất hoặc theo nguyên lý hoạt động Đối với nguyên lý hoạt động ta có:

- Máy nén theo nguyên lý thể tích: máy nén pít tông, máy nén khí kiểu trục vít, máy nén cánh gạt

- Máy nén tuốc bin là được dùng cho công suất rất lớn và không kinh tế khi

sử dụng lưu lượng dưới mức 600m3/ph Vì thế nó không mang lại áp suất cần thiết cho ứng dụng điều khiển khí nén và hiếm khi sử dụng

− Điều khiển hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén trên ô tô, điều khiển hệ thống đóng (mở) cửa tự động bằng khí nén trên xe buýt, điều khiển hệ thống treo

dẫn động bằng khí nén trên ô tô, …

− Máy nén khí được sử dụng trong các trang thiết bị bão dưỡng sữa chữa ô tô: súng bắn hơi, súng vặn vít, tuốc nơ vít, máy khoan, máy bơm hơi, máy nâng hạ, cần cẩu…

Hình 1.1: Máy nén khí trên ô tô

Máy nén piston (hình 1.2) là máy nén phổ biến nhất và có thể cung cấp năng suất đến 500m3/ph Máy nén 1 piston có thể nén khí khoảng 6bar và ngoại

lệ có thể đến 10bar; máy nén kiểu piston hai cấp có thể nén đến 15bar; 3-4 cấp lên đến 250bar

Hình 1.2 Máy nén khí kiểu piston

Máy nén khí kiểu piston trên ô tô (hình 1.3) có cấu tạo tương tự như máy nén khí Fusheng, Puma hay Palada…được dùng trong công nghiệp, bao gồm: 1 Mặt bích, 2 Vỏ máy nén, 3 Van hút, van áp suất, 4 Piston, 5 Đĩa cam, 6 Mặt bích chặn, 7 Đầu trục truyền động, 8 Đĩa bị động, 9 Buly, 10 Bulông xả môi chất

Hình 1.3: Máy nén khí kiểu piston trong ô tô

❖ Máy nén khí kiểu trục vít

Máy nén trục vít làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích Thể tích không gian giữa hai răng kề nhau và vỏ sẽ thay đổi khi trục trục vít quay Do các rôto được chế tạo ở dạng trục vít nên điểm nén sẽ dịch chuyển từ cửa nạp đến cửa đẩy

Phần chính của máy nén trục vít gồm 2 rô to: rô to chính 2 và rôto phụ 1, (hình 1.4) Số đầu mối ren trên rô to xác định thể tích làm việc của máy, có nghĩa là thể tích không khí cuốn vào trong một vòng quay Số đầu mối ren càng lớn thể tích làm việc càng nhỏ Số đầu mối ren của hai rô to khác nhau sẽ cho hiệu suất cao hơn

Hình 1.4 Cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít

Hình 1.5 Quá trình hút, nén và đẩy của máy nén trục vít

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt mô tả ở hình 1.6: không khí sẽ được vào buồng hút Nhờ rôto và stato đặt lệch tâm, nên khi rôto quay chiều sang phải, thì không khí vào buồng nén Sau đó khí nén sẽ đi ra buồng đẩy

Hình 1.6 Máy nén khí kiểu cánh gạt

1.1.1.3 Phân phối khí nén

a Phân phối khí nén

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

Hình 1.7 Hệ thống, thiết bị phân phối khí nén

Truyền tải không khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, chú ý đối với hệ thống ống dẫn khí có thể là mạng đường ống được lắp ráp cố định (trong toàn nhà máy) và mạng đường ống lắp ráp trong từng thiết bị, trong từng máy mô tả ở hình 1.7 Đối với hệ thống phân phối khí nén ngoài tiêu chuẩn chọn máy nén khí hợp lí, tiêu chuẩn chọn đúng các thông số của hệ thống ống dẫn (đường kính ống, vật liệu ống); cách lắp đặt hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống phân phối cũng đóng vai trò quan trọng về phương diện kinh tế cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển khí nén

Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén của máynén khí chuyển đến, trích chứa, ngưng tụ và tách nước trước khi chuyển đến nơi tiêu thụ

Kích thước của bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí, công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng vàphương pháp sử dụng khí nén Bình trích chứa khí nén có thể đặt nằm ngang, nằm đứng Đường ống ra của khí nén bao giờ cũng nằm ở vị trí cao nhất của bình trích chứa (hình 1.8)

- Tổn thất áp suất: tốt nhất không vượt quá 0.1bar Thực tế sai số cho phép đến 5% áp suất làm việc Như vậy tổn thất áp suất là 0.3bar là chấp nhận được với áp suất làm việc là 6 bar

- Hệ số cản dòng chảy: khi lưu lượng khí đi qua các chỗ nối khớp, van, khúc cong sẽ gây ra hiện tượng cản dòng chảy Bảng 1, biểu thị các hệ số cản tương

đương chiều dài ống dẫn l’ của các phụ kiện nối

Bảng 1 Giá trị hệ số cản tương đương chiều dài ống dẫn l

1.1.1.4 Xử lý khí nén

Hình 1.9 Bộ lọc khí

Khí nén được tạo ra từ máy nén khí có chứa nhiều chất bẩn, độ bẩn có thể ở các mức độ khác nhau Chất bẩn có thể là bụi, độ ẩm của không khí hút vào, những cặn bả của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí Hơn nữa trong quá trình nén nhiệt độ của khí nén tăng lên, có thể gây ra ô xy hóa một số phần tử của hệ thống Do đó việc xử lý khí nén cần phải thực hiện bắt buộc Khí nén không được xử lý thích hợp sẽ gây hư hỏng hoặc gây trở ngại tính làm việc của các phần tử khí nén Đặc biệt sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển đòi hỏi chất lượng khí nén rất cao Mức độ xử lý khí nén tùy thuộc vào từng phương pháp xử lý Trong thực tế người ta thường dùng bộ lọc để xử lý khí nén (hình 1.9)

Van lọc khí (hình 1.10) là làm sạch các chất bẩn và ngưng tụ hơi nước chứa trong

nó Khí nén sẽ tạo chuyển động xoắn khi qua lá xoắn kim loại, sau đó qua phần tử lọc, các chất bẩn được tách ra và bám vào màng lọc, cùng với những phân tử nước được để lại nằm ở đáy của bầu lọc Tùy theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn phần tử lọc Độ lớn của phần tử lọc nên chọn từ 20µm – 50µm

Hình 1.10 Van lọc khí nén

Van điều chỉnh áp suất: nhiệm vụ của van áp suất là ổn định áp suất điều chỉnh, mặc

dù có sự thay đổi bất thường của áp suất làm việc ở đường ra hoặc sự dao động của áp suất ở đầu vào Áp suất ở đầu vào luôn luôn là lớn hơn áp suất ở đầu ra (hình 1.11)

Hình 1.11 Van điều chỉnh áp suất

Van điều chỉnh áp được điều chỉnh bằng vít điều chỉnh tác động lên màng kín Phía trên của màng chịu tác dụng của áp suất đầu ra, phía dưới chịu tác dụng của lực lò xo sinh ra do vít điều chỉnh Bất kỳ sự tăng áp ở đầu tiêu thụ gây cho màng kín dịch chuyển chống lại lực căn của lò xo vì vậy hạn chế dòng khí đi qua miệng van cho tới lúc có thể đóng sát

Khi khí nén được tiêu thụ, áp suất đầu ra giảm, kết quả là đĩa van được mở bở lực căn lò xo lực Để ngăn chặn đĩa van dao động chập chờn phải dùng đến lò xo cản gắn trên đĩa van

Van tra dầu: được sử dụng đảm bảo cung cấp bôi trơn cho các thiết bị trong hệ thống điều khiền khí nén nhằm giảm ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ (hình 1.12)

Hình 1.12 Van dầu

1.1.2 YÊU CẦU

1.1.2.1 Ưu điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén

− Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng: (3 – 8)bar

− Khả năng quá tải lớn của động cơ khí

− Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật

− Tuổi thọ lớn

− Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong môi trường dễ nổ, và bảo đảm môi trường sạch vệ sinh

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

− Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận tốc rất cao

1.1.2.2 Nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén

− Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử

− Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử, chỉ điều khiển theo chương trình có sẵn Khả năng điều khiển phức tạp kém

− Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh

− Lực truyền tải trọng thấp

− Dòng khí nén thoát ra ở đường ống dẫn gây tiếng ồn

1.1.2.3 Yêu cầu về hệ thống truyền động bằng khí nén

Hệ thống truyền động khí nén gồm có các bộ phận để chuyển đổi năng lượng khí nén, các bộ phận để điều khiển hệ thống, để điều khiển và điều chỉnh môi chất, ngoài ra còn có các bộ phận để chuẩn bị khí nén, lưu giữ và phân phối khí nén… Các bộ phận chuyển đổi năng lượng khí nén gồm: các máy nén khí (biến năng lượng cơ học thành áp năng tích lũy trong khí nén), các động cơ và xi lanh khí nén (biến năng lượng tích lũy trong khí nén thành năng lượng cơ học ở dạng chuyển động quay, chuyển động thẳng hoặc chuyển động lắc) Chính vì vậy hệ thống truyền động khí nén cần đảm bảo các yêu cầu:

- Kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa

- Tuổi thọ và độ kín khít giữa các bộ phận lắp ghép phải đảm bảo

- Có độ an toàn cao, giá thành rẻ

1.1.3 Các thông số của khí nén

1.1.3.1 Thành phần hóa học của không khí

Khi hệ thống khí nén hoạt động, máy nén khí sẽ hút không khí ngoài khí quyển

và đẩy vào hệ thống Như vậy môi chất mang năng lượng trong hệ thống chính là không khí Thành phần hóa học của không khí khô có thể tham khảo trên bảng 2

Bảng 2 Thành phần hoá học của không khí

Áp suất có thể tính theo cột áp lưu chất: P = w h

Trong đó: w - trọng lượng riêng lưu chất

1.1.3.4 Lưu lượng Q

Lưu lượng là vận tốc dòng chảy của lưu chất qua một tiết diện dòng chảy

Đơn vị thường dùng là [ l/min ]

Q = v.A

Trong đó: Q : lưu lượng của dòng chảy

A : tiết diện của dòng chảy

v : vận tốc trung bình của dòng chảy

1.1.3.5 Công

Đơn vị của công là Joule [ J ]

1 J = 1Nm = 1 m2kg/s2

Công được phân loại: công kỹ thuật '

l , công dãn nở l và công lưu động ''

l Q

600min





=

1.2 CÁC QUY LUẬT TRUYỀN DẪN BẰNG KHÍ NÉN

1.2.1 Các phương trình tính toán dòng chảy khí nén

1.2.1.1 Các đại lượng vật lý cơ bản của không khí

Bảng 1.2 Các đại lượng vật lý cơ bản của không khí

Stt Đại lượng vật lý K.hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú

1.2.1.2 Các phương trình tính toán

Giả thiết khí nén trong hệ thống gần như là khí lý tưởng

Phương trình trạng thái nhiệt tổng quát của khí nén:

pv = RT hay pV= GRT Trong đó: p: Áp suất tuyệt đối [bar]

1

T

p T

p const v

R T

1

T

v T

v const p

R T

Khi T=const (quá trình đẳng nhiệt) : pv=RT =constp1v1 = p2v2

Khi p, v, T đều thay đổi:

+ Quá trình đoạn nhiệt: Nhiệt dung riêng c là nhiệt dung cần thiết để nung nóng khối lượng không khí 1kg lên 10K Nhiệt dung riêng khi thể tích không thay đổi ký hiệu là cv, khi áp suất không thay đổi ký hiệu cp Hệ số mũ đoạn nhiệt k:

v p v p

kc c k

R c R

c c

k c

c

1

Trạng thái đoạn nhiệt là trạng thái mà trong quá trình nén hay giãn nở không

có nhiệt được đưa vào hay lấy đi, có phương trình sau:

Diện tích mặt phẳng 1, 2, 5, 6 trong hình 1.11 tương ứng công giãn nở cho khối lượng khí 1kg và có giá trị:

1 T

T k

v p

v p

p

p k

v p

l

1

1

2 1

4 ở trong hình 1.11 là công thực hiện để nén hay công thực hiện khí áp suất khí giãn

nở cho 1 kg không khí, có giá trị:

p k

k l

p

p v

p k

k l

1

1

2 1

2 1

2 2

1 2 2

n n

T

T v

v p

p v p v p

Quá trình đẳng áp : n = 0

Quá trình đẳng nhiệt : n = 1

Quá trình đoạn nhiệt : n = k

Quá trình đẳng tích : n=

Hình 1.13 Biểu đồ đoạn nhiệt

❖ Phương trình dòng chảy:

- Phương trình dòng chảy liên tục:

Lưu lượng khí nén chảy trong đường ống từ vị trí 1 đến vị trí 2 là không đổi (hình 1.11), ta có phương trình dòng chảy như sau:

Q1 = Q2 hay v1S1 = v2S2 = const Trong đó:

Q1, Q2 [m3]: Lưu lượng dòng chảy tại vị trí 1 và vị trí 2

v1 [m/s]: Vận tốc dòng chảy tại vị trí 1

v2 [m/s]: Vận tốc dòng chảy tại vị trí 2

S1 [m2]: Tiết diện chảy tại vị trí 1

S2 [m2]: Tiết diện chảy tại vị trí 2

2

u p

1.2.2.1 Lưu lượng lưu chất

Hệ thống khí nén và thủy lực đều liên quan với dòng lưu chất đi qua ống Lưu lượng thường có 3 định nghĩa:

- Lưu lượng thể tích: được dùng để đo thể tích lưu chất đi qua một điểm trong

một đơn vị thời gian Nếu chất lỏng là chất khí có thể nén được, nhiệt độ và áp suất phải được định rõ hoặc lưu lượng được tiêu chuẩn hóa với nhiệt độ và áp suất chuẩn Lưu lượng thể tích là số đo thông dụng trong điều khiển quá trình

gian

lượng rất quan trọng khi thiết kế hệ thống thủy lực và khí nén

Trên hình 1.15 minh họa các dạng lưu động của lưu chất, với vận tốc lưu động đủ thấp, dòng chảy êm và thẳng với vận tốc thấp ở vách và cao nhất tại tâm ống, trạng thái này được gọi là chảy tầng

Hình 1.15 Mô phỏng dòng chảy môi chất

Khi vận tốc dòng khí tăng lên, các cuộn xoáy bắt đầu hình thành cho đến khi vận tốc đủ lớn sẽ xuất hiện các dòng chảy rối hoàn toàn, lúc này vận tốc lưu động gần như đồng nhất qua mặt cắt ống, trạng thái này gọi là chảy rối

1.2.2.2 Định luật chất khí

a Khi nhiệt độ không khí trong quá trình nén không đổi (T = const), thì:

2 2 1

p const

Trong đó: p1 , p2 là áp suất tuyệt đối

Thể tích khí nén v1 [m3] ở áp suất p1

Thể tích khí nén v2 [m3] ở áp suất p2

Hình 1.16 : Mô tả định luật Boy Mariotte

Hình 1.16 mô tả quá trình này Đây là nguyên lý cơ bản của các máy nén khí

b Khi áp suất được giữ không đổi (P = const), thì:

2

2 1

1

T

v T

v const T

v

=



Trong đó: v1 là thể tích khí tại nhiệt độ T1

v2 là thể tích khí tại nhiệt độ T2

c Khi giữ thể tích khí nén không đổi (v= const), thì:

2

2 1

1

T

p T

p const T

Trong thực tế, chất lỏng được dùng trong hệ thống thủy lực có thể được xem

là không nén được và không nhạy với sự thay đổi nhiệt độ Trong khi đó, chất khí trong hệ thống khí nén rất nhạy với sự thay đổi nhiệt độ và áp suất, được xác định bằng các định luật chất khí

Trong các biểu thức này, áp suất được xem là áp suất tuyệt đối p, nhiệt độ T(0K), chẳng hạn nếu lấy 1 lít không khí ở áp suất khí quyển và 200C được nén đến áp suất đo là 3at, nghĩa là áp suất đầu là 1at và nhiệt độ là 2930K, áp suất cuối là 4at (tuyệt đối)

1.3 NHẬN DẠNG CÁC PHẦN TỬ KHÍ NÉN

1.3.1 Cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén) Ở trạng thái làm việc ổn định, thì khả năng truyền năng lượng

có phương pháp tính toán giống thủy lực

Ví dụ:

Công suất: N = p.Q (khí nén)

Vận tốc: v = N/Ft (cơ cấu chấp hành)

Cụ thể:

- Xilanh tác dụng đơn (tác dụng 1 chiều)

- Xilanh tác dụng 2 chiều (tác dụng kép)

- Xilanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn không điều chỉnh được

- Xilanh tác dụng 2 chiều có cơ cấu giảm chấn điều chỉnh được

- Xilanh quay bằng thanh răng

- Động cơ khí nén 1 chiều, 2 chiều

1.3.2 Van đảo chiều

Hình 1.17 : Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều

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

1.3.2.1 Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều

Khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12), thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3) Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12) (khí n n), lúc này nòng van

sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn

Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tạc dụng của lực lò

xo, nòng van trở về vị trí ban đầu

1.3.2.2 Ký hiệu van đảo chiều

Chuyển đổi vị trí của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái 0, a, b, c, hay các số 0, 1, 2,

Vị trí "0" được ký hiệu là vị trí, mà khi van chưa có tác động của tín hiệu ngoài vào Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí giữa là vị trí "0", còn đối với van có 2

vị trí, thì vị trí "0" có thể là a hoặc b, thường vị trí b là vị trí "0"

Cửa nối van được ký hiệu như sau:

Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động của dòng khí qua van Trường hợp dòng bị chặn, được biểu diễn bằng dấu gạch ngang

Hình 1.18 Ký hiệu các cửa của van đảo chiều

Một số van đảo chiều thường gặp:

Hình 1.19 Các loại van đảo chiều 1.3.2.3 Các tín hiệu tác động

Nếu ký hiệu lò xo nằm ngay phía bên phải của ký hiệu của van đảo chiều, thì van đảo chiều đó có vị trí "0" Điều đó có nghĩa là chừng nào chưa có tác dụng vào nòng van, thì lò xo tác động giữ vị trí đó

Tác đông phía đối diện của van, ví dụ: tín hiệu tác động bằng cơ, bằng khí nén hay bằng điện giữ ô vuông phía trái của van và được ký hiệu "1'

a Tín hiệu tác động bằng tay

b Tín hiệu tác động bằng cơ

b Tín hiệu tác động bằng khí nén

d Tín hiệu tác động bằng nam châm điện

1.3.2.4 Van đảo chiều có vị trí "0"

Van đảo chiều có vị trí "0" là loại van có tác động bằng cơ - lò xo lên nòng van

a Van đảo chiều 2/2:

Tín hiệu tác động bằng cơ -đầu dò Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí "0" và "1"

Vị trí "0" cửa và R bị chặn

Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí "0" van sẽ được chuyển đổi sang vị trí "1", như vậy cửa P và R sẽ nối với nhau Khi đầu dò không tác động nữa, thì van sẽ quay trở về vị trí ban đầu (vị trí "0") bằng lực nén lò xo

Hình 1.20 Van đảo chiều 2/2

b Van đảo chiều 3/2:

- Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò Van có 3 cửa P , A và R, có 2 vị trí "0" và

"1" Vị trí "0" cửa P bị chặn Cửa A nối với cửa R, nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí "0" van sẽ được chuyển sang vị trí "1", như vậy cửa P và cửa A sẽ nối với nhau, cửa R bị chặn Khi đầu dò không tác động nữa, thì van sẽ quay về vị trí ban đầu (vị trí "0") bằng lực nén lò xo

Hình 1.21 Van đảo chiều 3/2

- Ký hiệu: Tín hiệu tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ

- Tại vị trí "0" cửa P bị chặn, cửa A nối với R Khi dòng điện vào cuôn dây, pittông trụ bị kéo lên, khí nén sẽ theo hướng P1, 12 tác động lên pittông phụ, pittông phụ bị đẩy xuống, van sẽ chuyển sang vị trí "1", lúc này cửa P nối với A, cửa R bị chặn Khi dòng điện mất đi, pittông trụ bị lò xo kéo xuống và khí nén ở phần trên pittông phụ sẽ theo cửa Z thoát ra ngoài

Hình 1.22 Van đảo chiều 3/2 tác động bằng nam

châm điện qua van phụ trợ

c Van đảo chiều 4/2:

Tín hiệu tác động bằng tay - bàn đạp

Tín hiệu tác động trực tiếp bằng nam châm điện

Tại vị trí "0" cửa P nối với cửa B, cửa A với R Khi có dòng điện vào cuộn dây, van sẽ chuyển sang vị trí "1", lúc này cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa R

d Van đảo chiều 5/2

- Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò

Ký hiệu:

Tại vị trí "0" cửa P nối với cửa B, cửa A nối với R và cửa S bị chặn Khi đầu

dò tác động, van sẽ chuyển sang vị trí "1", lúc này cửa P nối với cửa A, cửa

B nối với cửa S và cửa R bị chặn

- Tín hiệu tác động bằng khí nén

Tại vị trí "0" cửa P nối với cửa A, cửa B nối với R và cửa S bị chặn Khi dòng khí nén Z tác động vào, van sẽ chuyển sang vị trí "1", lúc này cửa P nối với cửa B, cửa A nối với cửa S và cửa R bị chặn

1.3.2.5 Van đảo chiều không có vị trí "0"

Van đảo chiều không có vị trí "0" là van mà sau khi tín hiệu tác động lần cuối lên nòng van không còn nữa, thì van sẽ giữ nguyên vị trí lần đó, chừng nào chưa có tác động lên phía đối diện nòng van Ký hiệu vị trí tác động là a, b, c, Tín hiệu tác động lên nòng van có thể là:

a Van đảo chiều 3/2

Tín hiệu tác động bằng tay, được ký hiệu:

Khi ở vị trí a, cửa P nối với cửa A và cửa R bị chặn

Vị trí b, cửa A nối với cửa R và cửa P bị chặn

b Van xoay đảo chiều 4/3

Tín hiệu tác động bằng tay, được ký hiệu:

Nếu vị trí xoay nằm tại vị trí a, thì cửa nối với cửa A và cửa B nối với R Vị trí xoay nằm tại vị trí b, thì các cửa nối A, B, , R đều bị chặn Vị trí xoay nằm tại

vị trí c, thì cửa nối với B và cửa A nối cửa R

c Van đảo chiều xung 4/2

Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía nòng van Khi xả cửa X, nòng van sẽ dịch chuyển sang vị trí b, cửa P nối với với cửa A

và cửa B nối với cửa R Khi cửa X ngừng xả khí, thì vị trí cửa nòng van vẫn nằm

ở vị trí b cho đến khi có tín hiệu xả khí ở cửa Y

1.3.3.3 Van logic AND

Van logic AND có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển cùng một lúc những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển Ký hiệu:

Khi dòng khí qua P1 →P1 bị chặn Ngược lại dòng khí qua P2 → P2 bị chặn Nếu dòng khí đồng thời qua P1, P2 → cửa A sẽ nhận được tín hiệu → khí qua A

1.3.3.4 Van xả khí nhanh

Van xả khí nhanh thường lắp ở vị trí gần cơ cấu chấp hành (pittông), có nhiệm vụ xả khí nhanh ra ngoài

Ký hiệu:

1.3.4 Van tiết lưu

Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dòng khí

1.3.4.1 Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi

1.3.5 Van điều chỉnh thời gian

1.3.5.1 Rơle thời gian đóng chậm

Khí nén qua van một chiều, cần thời gian t1 để làm đầy bình chứa, sau đó tác động lên nòng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa P nối với cửa A

1.3.5.2 Rơle thời gian ngắt chậm

Rơle thời gian ngắt chậm, nguyên lý, cấu tạo cũng tương tự như rơle thời gian đóng chậm, nhưng van tiết lưu một chiều có chiều ngược lại

1.3.6 Van chân không

Van chân không là cơ cấu có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực chân không, chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống venturi

CHƯƠNG 2:

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN 2.1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI

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

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

- Phương pháp sấy khô: dùng thiết bị sấy khô khí nén để lọai bỏ hầu hết lượng nước lẫn bên trong Giai đoạn này xử lý tùy theo yêu cầu sử dụng của khí nén

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

2.1.2.2 Về kỹ thuật

Đảm bảo các thông số đầu ra đạt tiêu chuẩn

trình dịch chuyển piston(S); Tốc độ dịch chuyển piston (v)

- Điều khiển theo thời gian

- Điều khiển theo hành trình

- Điều khiển theo tầng

2.2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN

2.2.1 Sơ đồ cấu tạo

2.2.1.1 Nguyên lý tr uyền động

2.2.1.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển và các phần tử

- Xilanh đi ra ký hiệu dấu ( + ), lùi về ký hiệu (-)

- Các phần tử điều khiển ký hiệu vị trí "0" và vị trí "1" (hoặc "a", "b')

- Một số ký hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái:

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 2.2.2.1 Điều khiển bằng tay

- Điều khiển trực tiếp

- Điều khiển gián tiếp

Biểu đồ trạng thái

2.2.2.2 Điều khiển theo thời gian

Biểu đồ trạng thái

- Điều khiển theo thời gian có chu kỳ tự động

Biểu đồ trạng thái

2.2.2.3 Điều khiển theo hành trình

Biểu đồ trạng thái

2.3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY NÉN KHÍ

2.3.1 Máy nén khí loại rô to

Có 2 loại máy nén khí kiểu roto thường được sử dụng:

+ Máy nén khí kiểu cánh quay

+ Máy nén khí kiểu trục vít

2.3.1.1 Máy nén khí kiểu cánh gạt

Máy nén cánh gạt là một máy thủy tĩnh có tỷ số nén xác định theo cấu trúc Nhờ bố trí rô to lệch tâm mà thể tích giới hạn bởi cánh gạt và stator được nén lại khi quay rô to Kết cấu nhỏ gọn và chuyển động liên tục của rô to cho phép tần

số quay cực đại đạt đến 3000vM/ph

a Cấu tạo

Hình 2.1 Cấu tạo máy nén kiểu cánh gạt một cấp

Trên hình 2.1 giới thiệu cấu tạo máy nén khí cánh quay 1cấp, bao gồm: thân máy 1; nắp máy 2; mặt bích đầu trục 3; stator 4; rô to 5 và cánh quay 6 Khi

rô to quay, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh quay văng ra theo các rãnh trên

rô to tựa đầu mút ngoài vào stator Quá trình hút và nén được thực hiện theo sự thay đổi thể tích giới hạn giữa các cánh quay và mặt tựa stator

b Nguyên lý hoạt động

Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt 1 cấp (hình 2.3) bao gồm: thân máy (1), mặt bích thân máy, mặt bích trục, rôto (2) lắp trên trục Trục và rôto (2) lắp lệch tâm e so với bánh dẫn chuyển động Khi rôto (2) quay tròn, dưới tác dụng của lực

ly tâm các cánh gạt (3) chuyển động tự do trong các rãnh ở trên rôto (2) và đầu các cánh gạt (3) tựa vào bánh dẫn chuyển động Thể tích giới hạn giữa các cánh gạt sẽ bị thay đổi Như vậy quá trình hút và nén được 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 đầu các cánh tựa vào

Máy nén khí kiểu trục vít gồm có 2 trục: trục chính và trục phụ Số răng (số đầu mối) của trục xác định thể tích làm việc (hút, nén) Số răng càng lớn, thể tích hút nén của một vòng quay sẽ giảm Số răng (số đầu mối) của trục chính và trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn