Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 6: Truyền động khí nén

Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 6: Truyền động khí nén cung cấp cho người học những kiến thức như: Truyền động nén khí trong công nghiệp và phương tiện vận tải; Phương pháp điều khiển hệ thống truyền động nén khí; Hệ thống cung cấp và xử lý khí nén; Thiết bị xử lý khí nén;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 6

TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN

TRUYỀN ĐỘNG NÉN KHÍ TRONG CÔNG NGHIỆP VÀ PHƯƠNG TIỆN VẬN TẢI

TRUYỀN ĐỘNG NÉN KHÍ TRONG CÔNG NGHIỆP VÀ PHƯƠNG TIỆN VẬN TẢI

- Chi phí đầu tư thấp để thiết lập một hệ thống truyền độngbằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp đã có sẳnđường dẫn khí nén.

- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn đươc đảm bảo,nên tính nguy hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyềnđộng bằng khí nén thấp

- Có thể khởi hành với số vòng quay thấp

Nhươc điểm

- Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp (chỉ làm việcvới tải trọng nhỏ)

- Vận tốc chuyển động phụ thuộc vào tải trọng, Khi tải trọng trong

hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi vìkhả năng đàn hồi của khí nén lớn (Không thể thực hiện đươcnhững chuyển động thẳng hoặc quay đều)

- Ảnh hưởng không tốt tới môi trường do dòng khí thoát ra tiếng ồn

và trong khí thải ra có dầu

- Phải kiểm định hệ thống bình chứa vì có thể xảy ra bổ bình chứakhí

Sơ đồ hệ thống

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÉN KHÍ

Đơn vị đo cơ bản

Khả năng ứng dụng của khí nén

a Trong lĩnh vực điều khiển

+/ Vào những thập niên 50 và 60 của thế kỷ 20, là thời gian pháttriển mạnh mẽ của giai đoạn tự động hóa quá trình sản xuất, kỹthuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và đadạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

+/ Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong cáclĩnh vực như: các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp chi tiếthoặc là sử dụng trong lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử vìđiều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao

+/ Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụngtrong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển

và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì

và trong công nghiệp hóa chất

TRUYỀN ĐỘNG NÉN KHÍ TRONG CÔNG NGHIỆP VÀ PHƯƠNG TIỆN VẬN TẢI

b Hệ thống truyền động

+/ Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: các thiết bị, máy móc trong lĩnh

vự khai thác đá, khai thác than, trong các công trình xây dựng (xâydựng hầm mỏ, đường hầm, )

+/ Truyền động thẳng: vận dụng truyền động bằng áp suất khí néncho chuyển động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết,trong các thiết bị đóng gói, trong

các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như trong

hệ thống phanh hãm của ôtô

+/ Truyền động quay: truyền động xilanh, động cơ quay với côngsuất lớn bằng năng lượng khí nén

+/ Truyền động lắc: Chuyển động lắc là chuyển động quay với gócquay nhỏ hơn 360 độ Chuyển động lắc dùng trong các dây chuyềncông nghệ như phân loại sản phẩm trên các dây chuyền sản xuất.+/ Trong các hệ thống đo và kiểm tra: được dùng trong các thiết bị

đo và kiểm tra chất lượng sản phẩm

5.1.1.3 Những đặc trưng cơ bản và ưu, nhược điểm

+/ Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra ngươc trở lại bầu khí quyển.

+/ Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống dẫn, do đó không tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn.

+/ Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp, nhỡ máy đã có sẳn đường dẫn khí nén.

+/ Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn đươc đảm bảo, nên tính nguy hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp +/ Các thành phần vận hành trong hệ thống (cơ cấu dẫn động, van, ) có cấu tạo đơn giản và giá thành không đắt.

+/ Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành logic, và do đó đươc sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các móc phức hợp.

+/ Vận tốc truyền động có thể

5.2 HỆ THỐNG CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ KHÍ NÉN

5.2.1 HỆ THỐNG CUNG CẤP MÁY NÉN KHÍ

THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN

CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN

VAN ĐẢO CHIỀU

CƠ CẤU CHẤP HÀNH

YÊU CẦU CỦA CƠ CẤU CHẤP HÀNH

XI LANH KHÍ NÉN

1 Phân loại

ĐÔNG CƠ KHÍ NÉN

ĐÔNG CƠ KHÍ NÉN

V0=hAkz

ĐÔNG CƠ KHÍ NÉN

MỘT SỐ VÍ DỤ TÍNH TOÁN

HỆ THỐNG THỦY LỰC

NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

• Ví dụ 1.2

• Tính kích thước của ống hút và ống đẩy của bơm có lưu lượng là 40 l/min, vận tốc lớn nhất của dòng chảy trong ống hút là 1.2 m/s và trong ống đẩy là 3.5 m/s.

NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

Ống hút

 Lưu lượng = Vận tốc trung bình x Tiết diện dòng chảy

 Tiết diện ống = Lưu lượng trong ống / Vận tốc dòng chảy

 Lưu lượng =

=

=

40 (l/min) 40/60 (l/s) (40/60) x 10 -3 (m 3 /s) [(40/60) x 10 -3 ] / 1.2 = 0.555 x 10 -3 m 2

NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

Ống đẩy

 Đường kính cần thiết cho ống đẩy cũng được tính tương tự như ống hút đã trình bày phần trên.

 Với vận tốc dòng chảy trong ống đẩy lớn nhất là 3.5 m/s thì đường kính trong nhỏ nhất của ống đẩy phải là 15.6 mm.

NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

thủy lực được sản xuất theo tiêu chuẩn Do vậy, các kết quả tính toán chỉ là cơ sở để dựa vào đó chúng

ta chọn các ống dẫn có kích thước tiêu chuẩn phù hợp với yêu cầu.

được chọn lớn hơn so với kết quả tính đã tính toán.

có thể chọn nhỏ hơn kết quả đã tính toán Khi đó, việc tính toán lại các thông số dòng chảy để kiểm tra các thông số đó có nằm trong vùng cho phép hay không là cần thiết.

NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC

 Ví dụ, ống dẫn được sản xuất theo tiêu chuẩn có đường kính ngoài

là 20 mm và chiều dày của thành ống là 2.5 mm được chọn cho ống đẩy ở ứng dụng trên Sở dĩ ta chọn ống này để làm ống đẩy là vì đường kính trong của nó là 15 mm, xấp xỉ với kết quả đã tính tóan ở trên là 15.6 mm Quá trình tính toán ngược để kiểm tra lại như sau:

Hệ thống truyền động thủy lực cơ bản

W

Bơm

Xy lanh: có nhiệm vụ chuyển năng lượng thủy lực

thành năng lượng cơ.

Van giới hạn

áp suất

Van điều khiển hướng

Xy lanh Tải

Bể chứa dầu

Bơm: cung cấp lưu lượng cho hệ thống Bơm

trong hình là bơm có thể tích riêng cố định, nghĩa

là nó đều cung cấp một lưu lượng cố định sau

mỗi vòng quay.

Van giới hạn áp suất (relief valve): có nhiệm vụ

bảo vệ hệ thống Nếu áp suất hệ thống tăng đến

ngưỡng đã qui định (bởi van) thì van mở cho

phép lưu lượng dư trở về bể chứa dầu.

Van điều khiển hướng: có nhiệm vụ điều khiển

lưu chất đến vị trí mong muốn

Hệ thống truyền động thủy lực cơ bản

ΔPline1 = mất áp giữa bơm và van điều khiển hướng

ΔPline2 = mất áp giữa van điều khiển hướng và xy lanh

ΔPline3 = mất áp giữa buồng còn lại của xy lanh và van

điều khiển hướng

ΔPline 4 = mất áp giữa van điều khiển hướng và bể dầu

Hiệu suất xy lanh là 0.9

Tải W = 22 250 N

Giả sử xy lanh có đường kính piston là D = 100 mm, và

ti là d = 70 mm Diện tích piston xy lanh là:

Hệ thống truyền động thủy lực cơ bản

ΔPline4 = 1 bar

ΔPvan = 3.5 bar

ΔPline2 = 1 bar

Trong thời gian xy lanh đi ra, áp suất tại buồng chứa ti là

Pr = ΔPline3 + ΔPvan + ΔPline4

Áp suất tại bơm phải là:

P = Pc + ΔPline2 + ΔPvan + ΔPline1

BÀI TẬP

Bài tập1

Độ chênh áp suất trên bơm là 100 bar, và lưu lượng bơm cung cấp là 60 l/min Xác định công suất tối thiểu để kéo bơm Giả thiết rằng hiệu suất hệ thống là 100%.

Bài tập 2

Do một số lý do ta không biết được lưu lượng của bơm, và đồng hồ

đo lưu lượng cũng không thể lắp vào hệ thống Một xy lanh không tải

có thể dùng để xác định một cách gần đúng lưu lượng của bơm Xy

lanh có hành trình là 203 mm Thời gian đi ra hết hành trình là 2.4 s.

Xác định lưu lượng bơm cấp cho xy lanh.

Mạch thủy lực đơn giản được trình bày

trong hình bên Trong lúc xy lanh đi ra

không tải, các áp suất đo được như

ΔPM = Độ chênh áp trên động cơ thủy lực

ΔPline3 = Mất áp từ động cơ đến van điều khiển hướng

Van giới hạn áp suất được nối ngay ngõ ra của bơm Động

cơ thủy lực có thể tích riêng là 37.7 cm3/rev và cung cấp

mô-men là 1225 Nm Cần cài đặt cho van giới hạn áp suất

ở giá trị bao nhiêu?

Máy nén khí

  Vdp

1

Máy nén khí

Máy nén khí

 Máy nén piston trụ:

Máy nén khí

• Máy nén piston màng

Máy nén khí

Máy nén khí

 Nguyên lý hoạt động

V0: thể tích làm việc

Máy nén khí

 Nguyên lý hoạt động:

 Cấu tạo

Máy nén khí

2 buồng khí nhỏ dần liên tục

Máy nén khí

 Điều khiển liên tục: thay đổi tần số quay, tiết lưu đường nạp

 Điều khiển gián đoạn: (điều khiển 2 điểm)

• Ngắt mạch động cơ

• Ngắt mạch khí nén

Động cơ khí nén

2 Động cơ cánh quay:

Tần số quay 6.000 – 30.000 V/Ph

 2 2 

0

V  0,94  b R  r

Động cơ khí nén

 Động cơ piston hướng kính

V0=hAkz

Động cơ khí nén

tuabin)

đảo của máy nén

 Tần số quay đến 300.000V/ph, hiệu suất thấp

Động cơ khí nén

Động cơ khí nén

A E  p

E 

 p 

Động cơ khí nén

Thông thường nhiệt độ tại cửa thải nằm ở

đóng băng

Xylanh khí nén

 Có cần piston

• g:

Xylanh khí nén

Hình 9.31 Các phương án profin cho kết cấu nối ghép mặt đầu

 Cấu tạo

Xylanh khí nén

Xylanh khí nén

Xylanh khí nén

 Các dạng cấu trúc

Xylanh khí nén

Xylanh khí nén

Xylanh khí nén

Xylanh khí nén

Xylanh khí nén

Xylanh khi nén

Xylanh khí nén

Xylanh khí nén

Tính chất hoạt động của xylanh khí nén

Tính chất hoạt động của xylanh khí nén



•

Tính theo các hệ số đặc trưng

Piston đi ra:

Tính chất hoạt động của xylanh khí nén

pA≈ pmt; pB ≈ p1

Tính chất hoạt động của xylanh khí nén

 Lựa chọn xylanh theo điều

kiện uốn dọc.

x  A  VB

AK AK  AS

Tính chất hoạt động của xylanh khí nén

Tính chất hoạt động của xylanh khí nén

 Đệm đỡ vật liệu đàn hồi

 Giảm chấn khí nén trong xylanh

 Giảm chấn ngoài (thí dụ thuỷ lực)

 Nạp khí ngược nhờ mạch nén khí ngoài

Tính chất hoạt động của xylanh khí nén

Tính chất hoạt động của xylanh khí nén

và ra khỏi xylanh

 Ma sát phụ thuộc vào vận tốc và áp suất khí nén

 Ảnh hưởng của tính chịu

Tính chất hoạt động của xylanh khí nén

 Mạch điều khiển

 Ưu điểm: sức cản tác động nhanh

 Nhược điểm: xuất hiện hiện tượng lùi khởi hành

Tính chất hoạt động của xylanh khí nén

 Mạch điều khiển

 Ưu điểm: do nạp không cản → áp suất tăng nhanh →

V tăng nhanh, dòng khí thoát được tiết lưu tạo cân bằng → V không phụ thuộc tải trọng

Truyền động đẩy thuỷ khí

 Vận tốc đẩy đều không đổi

 Vận tốc đẩy không phụ thuộc tải trọng và tình trạng

ma sát

Truyền động đẩy thuỷ khí

 Xylanh khí nén tạo lực đẩy

 Xylanh thuỷ lực giữ vận tốc không đổi nhờ tiết lưu dầu

Động cơ lắc khí nén

– bánh răng

Động cơ lắc khí nén

1- Trục truyền;

2 Cữ chặn;

3 Phớt làm kín;

4 Lưỡi làm kín;

5 Cánh quay

Động cơ lắc khí nén