intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí: Phần 1

Chia sẻ: Cố Tiêu Tiêu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:124

Thêm vào BST
Báo xấu
18
lượt xem 6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 của tập bài giảng "Kỹ thuật điều khiển thủy khí" trang bị cho sinh viên kiến thức chung về một hệ thống khí nén, so sánh với các hệ thống điều khiển khác; trang bị cho sinh viên cấu trúc chung một nguồn cung cấp khí nén và xử lý khí nén; cung cấp cho sinh viên các kiến thức về cấu trúc, hoạt động, và ứng dụng của các phần tử khí; giới thiệu một số mạch ứng dụng điều khiển xy-lanh cơ bản;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí: Phần 1

  1. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ 1
  2. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ Mục đích: - Cung cấp cho sinh viên các kiến thức về nguyên lý cấu tạo, hoạt động, ứng dụng của các phần tử điều khiển, thực hiện trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực, khí nén. - Cung cấp cho sinh viên các kỹ năng về phân tích, thiết kế các mạch điều khiển bằng thủy lực, khí nén. Yêu cầu: Để đạt các mục đích trên, cần thực hiện các yêu cầu sau: - Đáp ứng mục tiêu đào tạo của các trường đại học và đặc điểm của sinh viên. - Đảm bảo tính sư phạm: Trình bày rõ ràng, logic; sau mỗi chương có tóm tắt, câu hỏi ôn tập và tài liệu tham khảo tương ứng. PHẦN I: KHÍ NÉN ...................................................................................................................... Chương 1. Khái niệm chung về hệ thống khí nén .......................................................... 1.1 Khái niệm chung ................................................................................................ 1.2 Ưu điểm của hệ thống vận hành bằng khí nén................................................... 1.3 Nhược điểm của hệ thống vận hành bằng khí nén ............................................. 1.4 So sánh hệ thống khí nén với hệ thống thủy lực ................................................ 1.5 Ứng dụng của khí nén ........................................................................................ 1.5.1 Trong lĩnh vực điều khiển ....................................................................... 1.5.2 Hệ thống truyền động.............................................................................. 1.6 Các đơn vị đo trong hệ thống khí nén ................................................................ 1.6.1 Áp suất .................................................................................................... 1.6.2 Lực ......................................................................................................... 1.6.3 Công ........................................................................................................ Chương 2. Nguồn cung cấp khí nén ................................................................................ 2.1 Nguyên lý chung ................................................................................................ 2.2 Máy nén khí ....................................................................................................... 2.2.1 Máy nén tịnh tiến .................................................................................... 2.2.2 Máy nén cánh quay ................................................................................. 2.2.3 Máy nén trục vít ...................................................................................... 2.3 Xử lý khí nén ..................................................................................................... 2.3.1 Bộ lọc khí ................................................................................................ 2
  3. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 2.3.2 Bộ điều chỉnh áp suất .............................................................................. 2.3.3 Bộ bôi trơn khí ........................................................................................ 2.3.4 Bộ xử lý khí nén FRL ............................................................................. 2.4 Hệ thống phân phối khí nén ............................................................................... 2.4.1 Yêu cầuchung.......................................................................................... 2.4.2 Bình trích chức khí nén ........................................................................... 2.4.3 Mạng đường ống dẫn khí nén ................................................................. Chương 3. Hoạt động và ứng dụng các phần tử khí ...................................................... 3.1 Xy-lanh .............................................................................................................. 3.1.1 Xy-lanh tác động đơn.............................................................................. 3.1.2 Xy-lanh tác động kép .............................................................................. 3.1.3 Xy-lanh không có cần piston .................................................................. 3.2 Động cơ khí nén ................................................................................................. 3.2.1 Động cơ piston ........................................................................................ 3.2.2 Động cơ cánh gạt .................................................................................... 3.2.3 Động cơ bánh răng .................................................................................. 3.2.4 Động cơ tuốc-bin .................................................................................... 3.3 Điều khiển xy-lanh tác động đơn ....................................................................... 3.4 Điều khiển xy-lanh tác động kép ....................................................................... 3.4.1 Điều khiển xy-lanh tác động kép bằng van 5 cửa ................................... 3.4.2 Van điều khiển khí .................................................................................. 3.4.3 Điều khiển xy-lanh ở 2 vị trí ................................................................... 3.4.4 Điều khiển đồng thời 2 xy-lanh .............................................................. 3.4.5 Đồng bộ 2 xy-lanh .................................................................................. 3.5 Lực và tốc độ tạo ra bởi 1 xy-lanh ..................................................................... 3.5.1 Lực tác động ở hành trình ra của 1 xy-lanh ............................................ 3.5.2 Lực tác động ở hành trình vào của 1 xy-lanh ......................................... 3.5.3 Công thực hiện trong xy-lanh ................................................................. 3.5.4 Tính toán đường kính xy-lanh ................................................................ 3.5.5 Lực tạo ra bởi khí xả ............................................................................... 3.5.6 Tốc độ piston........................................................................................... 3.6 Lượng khí tiêu thụ trong xy-lanh ....................................................................... 3.6.1 Với xy-lanh tác động đơn ....................................................................... 3.6.2 Với xy-lanh tác động kép ........................................................................ 3.7 Điều khiển tốc độ piston .................................................................................... 3.7.1 Bộ điều chỉnh lưu lượng ......................................................................... 3.7.2 Bộ giới hạn lưu lượng ............................................................................. 3.8 Mạch trễ thời gian .............................................................................................. 3.9 Mạch xung ......................................................................................................... 3.10 Khí thoát và mạch nhạy cảm áp suất ................................................................. 3
  4. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 3.10.1 Van nhạy cảm áp suất ............................................................................. 3.10.2 Mạch khí thoát ........................................................................................ 3.10.3 Mạch nhạy cảm áp suất ........................................................................... Chương 4. Mạch điều khiển ............................................................................................. 4.1 Điều khiển tự động............................................................................................. 4.1.1 Điều khiển bán tự động ........................................................................... 4.1.2 Khóa liên động ........................................................................................ 4.1.3 Xy-lanh dao động tự động ...................................................................... 4.1.4 Mạch tự động điều khiển tốc độ 1 phần hành trình ................................ 4.1.5 Mạch trễ tự động ..................................................................................... 4.1.6 Mạch tự động nhạy cảm áp suất ............................................................. 4.2 Điều khiển chuỗi ................................................................................................ 4.2.1 Mạch chuỗi có trễ thời gian .................................................................... 4.2.2 Mạch chuỗi nhiều xy-lanh ...................................................................... 4.2.3 Mạch chuỗi ngược .................................................................................. 4.2.4 Mạch chuỗi không khả thi ...................................................................... 4.2.5 Tín hiệu xung .......................................................................................... 4.3 Điềukhiển phân nhóm nối tiếp các chuỗi .......................................................... 4.3.1 Mạch nối tiếp 2 nhóm, 2 xy-lanh ............................................................ 4.3.2 Mạch nối tiếp 2 nhóm, 3 xy-lanh ............................................................ 4.3.3 Mạch nối tiếp nhiều nhóm ...................................................................... 4.3.4 Thiết kế mạch nối tiếp nhiều nhóm ........................................................ 4.3.5 Biểu đồ chuỗi .......................................................................................... Chương 5. Các phần tử và mạch logic khí ...................................................................... 5.1 Một số hàm logic cơ bản .................................................................................... 5.1.1 Hàm AND ............................................................................................... 5.1.2 Hàm OR .................................................................................................. 5.1.3 Hàm NOT................................................................................................ 5.1.4 Hàm NAND ............................................................................................ 5.1.5 Hàm NOR ............................................................................................... 5.1.6 Hàm có nhớ ............................................................................................. 5.1.7 Hàm có nhớ giới hạn ............................................................................... 5.1.8 Hàm có nhớ vô hạn ................................................................................. 5.2 Số nhị phân ........................................................................................................ 5.3 Đại số Boole....................................................................................................... 5.4 Các phần tử logic khí và ứng dụng của đại số Boole ........................................ 5.5 Một số ví dụ về phương trình điều khiển........................................................... 5.6 Sử dụng bảng Karnaugh-Veitch để thiết kế mạch khí ....................................... 5.6.1 Biểu đồ Karnaugh-Veitch ....................................................................... 5.6.2 Thiết kế mạch khí với biểu đồ K-V ........................................................ 4
  5. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 5.7 Một số bài toán điều khiển đơn giản.................................................................. Chương 6. Điều khiển điện trong mạch khí.................................................................... 6.1 Khái quát chung ................................................................................................. 6.2 Van điện từ ......................................................................................................... 6.2.1 Cơ cấu nam châm.................................................................................... 6.2.2 Cấu tạo van điện từ ................................................................................. 6.3 Công tắc hành trình ............................................................................................ 6.4 Công tắc và tiếp điểm ........................................................................................ 6.5 Rơ-le điện từ ...................................................................................................... 6.6 Các phương thức chuyển mạch.......................................................................... 6.7 Mạch điện khí .................................................................................................... 6.8 Các ví dụ về sơ đồ điện khí đơn giản................................................................. PHẦN II: THỦY LỰC ................................................................................................................. Chương 1. Khái niệm chung về hệ thống thủy lục ......................................................... 1.1 Khái niệm chung về hệ thống thủy lực .............................................................. 1.2 Ưu nhược điểm của hệ thống thủy lực............................................................... 1.3 Cấu trúc chung của hệ thống thủy lực ............................................................... 1.4 Các đặc tính của dầu thủy lực ............................................................................ Chương 2. Nguồn thủy lực và hệ thống phân phối thủy lực ......................................... 2.1 Bơm thủy lực ..................................................................................................... 2.1.1 Bơm bánh răng ....................................................................................... 2.1.2 Bơm cánh gạt ......................................................................................... 2.1.3 Bơm trục vít ........................................................................................... 2.1.4 Bơm piston hướng trục .......................................................................... 2.1.5 Bơm piston hướng kính .......................................................................... 2.1.6 Bơm con lăn ống mềm ............................................................................ 2.1.7 Bơm màng .............................................................................................. 2.2 Đường ống thủy lực và co nối ........................................................................... 2.3 Két chứa dầu ..................................................................................................... 2.4 Bộ lọc dầu ......................................................................................................... 2.5 Bộ làm mát dầu ................................................................................................. 2.6 Bộ sấy dầu ......................................................................................................... Chương 3. Các phần tử điều khiển trong hệ thống thủy lực......................................... 3.1 Giới thiệu chung ................................................................................................ 3.2 Van 1 chiều ........................................................................................................ 3.2.1 Van 1 chiều ........................................................................................................ 5
  6. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 3.2.2 Van 1 chiều có điều khiển.................................................................................. 3.2.3 Van 1 chiều kép có điều khiển ........................................................................... 3.3 Van điều khiển hướng ........................................................................................ 3.3.1 Van điều khiển hướng 2/2.................................................................................. 3.3.2 Van điều khiển hướng 3/2.................................................................................. 3.3.3 Van điều khiển hướng 4/2 ................................................................................. 3.3.4 Van điều khiển hướng 4/3.................................................................................. 3.3.5 Van thoi .............................................................................................................. 3.3.6 Các phương thức tác động van điều khiển hướng ............................................ 3.4 Van điều khiển áp suất ...................................................................................... 3.4.1 Van tràn/van an toàn ......................................................................................... 3.4.2 Van giảm áp ....................................................................................................... 3.4.3 Van không tải ..................................................................................................... 3.4.4 Van chuỗi ........................................................................................................... 3.4.5 Van đối trọng ..................................................................................................... 3.5 Van điều khiển lưu lượng ................................................................................. 3.5.1 Van điều chỉnh lưu lượng không bù áp suất ..................................................... 3.5.1 Van điều chỉnh lưu lượng có bù áp suất ........................................................... 3.6 Van điều chỉnh ................................................................................................... 3.6.1 Van điều chỉnh thủy lực kiểu cơ khí ................................................................. 3.6.2 Van điều chỉnh thủy lực kiểu điện ..................................................................... 3.7 Cầu chì thủy lực ................................................................................................. 3.8 Chuyển mạch áp suất ......................................................................................... 3.8.1 Loại màng .......................................................................................................... 3.8.2 Loại ống Bourdon .............................................................................................. 3.8.3 Loại piston kín ................................................................................................... 3.8.4 Loại kết hợp piston kín-màng ............................................................................ 3.9 Chuyển mạch nhiệt độ ....................................................................................... 3.10 Thiết bị giảm chấn thủy lực ............................................................................... 3.11 Phao mức chất lỏng............................................................................................ Chương 4. Các phần tử thực hiện trong hệ thống thủy lực .......................................... 4.1 Khái niệm chung ................................................................................................ 4.2 Xy-lanh thủy lực ............................................................................................... 4.2.1 Xy-lanh tác động đơn......................................................................................... 4.2.2 Xy-lanh tác động kép ......................................................................................... 4.2.3 Xy-lanh đặc biệt ................................................................................................ 4.2.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của xy-lanh thủy lực ........................... 4.3 Động cơ thủy lực ............................................................................................... 4.3.1 Động cơ bánh răng ............................................................................................ 4.3.2 Động cơ cánh gạt .............................................................................................. 6
  7. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 4.3.3 Động cơ piston ................................................................................................... Chương 5. Phân tích và thiết kế mạch thủy lực ............................................................. 5.1 Khái niệm chung ................................................................................................ 5.2 Điều khiển xy-lanh tác động đơn ...................................................................... 5.3 Điều khiển xy-lanh tác động kép ...................................................................... 5.4 Mạch hồi tiếp .................................................................................................... 5.5 Mạch không tải của bơm ................................................................................... 5.6 Hệ thống 2 bơm ................................................................................................ 5.7 Mạch khuếch đại áp suất ................................................................................... 5.8 Mạch giữ thăng bằng xy-lanh ........................................................................... 5.9 Mạch chuỗi xy-lanh thủy lực ............................................................................ 5.10 Mạch tịnh tiến xy-lanh ....................................................................................... 5.11 Mạch khóa xy-lanh bằng cách sử dụng van 1 chiều có điều khiển ................... 5.12 Mạch đồng bộ hai xy-lanh ................................................................................. 5.13 Các mạch bảo vệ ................................................................................................ 5.14 Điều khiển tốc độ động cơ thủy lực ................................................................... 5.15 Hãm động cơ thủy lực........................................................................................ 5.16 Mạch chuyển đổi khí - thủy ............................................................................... 5.17 Hệ thống khuếch đại khí - thủy.......................................................................... Chương 6. Điều khiển logic thủy lực ............................................................................... 6.1 Khái niệm chung ................................................................................................ 6.2 Các MPL trong hệ thống điều khiển ................................................................. 6.3 Cơ sở về điều khiển logic FD ........................................................................... 6.4 Các thiết bị thủy lực cơ bản .............................................................................. 6.5 Cung cấp khí cho mạch thủy lực ...................................................................... 6.6 Mạch logic thủy lực .......................................................................................... 6.7 Điều khiển logic hệ thống thủy lực ................................................................... Tài liệu tham khảo ............................................................................................................ 7
  8. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí PHẦN I KHÍ NÉN 8
  9. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí CHƯƠNG1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN Mục đích, yêu cầu: Trang bị cho sinh viên kiến thức chung về một hệ thống khí nén, so sánh với các hệ thống điều khiển khác. (0,5.0.1,5) 1.1 Khái niệm chung - Hệ thống khí nén là hệ thống mà trong đó các thiết bị khí hoạt động nhờ sự tác động của khí nén. Bằng việc nén khí, năng lượng khí được tích lũy để cung cấp cho các hệ thống khí. - Các thiết bị khí có thể chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay: Các thiết bị khí chuyển động tịnh tiến như hệ thống đóng mở cửa tự động trên xe bus hoặc trên tàu hỏa, … Các thiết bị chuyển động quay như máy khoan, máy đánh bóng kim loại vận hành bằng khí nén, … - Việc sử dụng khí nén cho phép giảm giá thành lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống. - Hệ thống khí nén với áp suất thấp được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hóa các máy sản xuất, trong các ngành công nghiệp khác nhau và ngày nay đã được sử dụng để điều khiển các quá trình công nghiệp nhờ đặc tính chống nổ và dễ bảo trì sữa chữa. Khí nén đã đóng một vai trò quan trọng trong điều khiển tự động. 1.2 Ưu điểm của hệ thống vận hành bằng khí nén - Về tính khả thi: khí nén được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cho những ứng dụng khác nhau từ việc khoan, mài cho đến sơn phun, … Ngày nay, ở các xí nghiệp công nghiệp đều trang bị hệ thống khí nén để cung cấp khí cho các máy công cụ. - Khí có thể lấy dễ dàng từ không khí cũng như có thể xả ra môi trường xung quanh, nghĩa là hệ thống không cần đường hồi. Đây là ưu điểm lớn của hệ thống khí so với hệ thống thuỷ lực: yêu cầu phải có đường hồi và phải có biện pháp chống rò rỉ chất lỏng. - Về độ tin cậy: thiết bị khí làm việc tin cậy hơn các thiết bị điện và điện tử. - Khả năng thích nghi: có thể tham gia vào quá trình tự động hóa, … - Có thể hoạt động trong điều kiện môi trường không thuận tiện: các phần tử khí không bị ảnh hưởng bởi bụi, không bị mài mòn như các hệ thống điện và thủy lực, 9
  10. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí hệ thống khí có khả năng chịu được sự rung động và có thể hoạt động an toàn trong môi trường dễ cháy nổ, … đặc biệt thích hợp trong các nhà máy hóa chất, … - Tính an toàn cao: Máy nén khí hoạt động với độ an toàn cao hơn so với máy phát điện hoặc bơm thủy lực. - Trong chuyển động tịnh tiến: nhiều quá trình tự động liên quan đến sự chuyển động tịnh tiến có chu kỳ, đối với thiết bị điện, một chuyển động tịnh tiến biên độ 50mm rất khó thực hiện trong khi đó với thiết bị khí có thể thực hiện chuyển động tịnh tiến tới 3m. - Về yêu cầu thay đổi tốc độ: mạch khí có thể dễ dàng dùng để thay đổi tốc độ. - Về tính kinh tế: hệ thống khí có chi phí lắp đặt và bảo dưỡng thấp. 1.3 Nhược điểm của hệ thống vận hành bằng khí nén - Sự thoát nhiệt khi khí bị nén là vấn đề cần quan tâm cho nên khí nén cần được làm lạnh nếu có thể. - Những động cơ khí chuyển động quay (được sử dụng trong máy nâng, máy trộn, máy mài, …) có hiệu suất rất thấp (khoảng 20%) so với động cơ điện (khoảng 90%). Tuy nhiên, động cơ khí bền hơn và có thể đạt được tốc độ cao hơn (như máy khoan dùng trong nha khoa, máy đánh bóng kim loại, …). - Có thể thiết kế một hệ thống điều khiển dùng hoàn toàn thiết bị khí tuy nhiên trong công nghiệp thường sử dụng thiết bị khí kết hợp với các thiết bị khác như điện hoăc điện tử. 1.4 So sánh hệ thống khí nén với hệ thống thủy lực Công chất được dùng trong hệ thống khí nén là khí, còn trong hệ thống thủy lực là dầu thủy lực. Vì những đặc tính khác nhau giữa hai công chất này tạo nên sự khác nhau giữa hai hệ thống. Sau đây là những điểm khác nhau cơ bản của hai hệ thống này. 1. Khí và gas có khả năng nén, còn dầu thủy lực thì không. 2. Khí không có thuộc tính bôi trơn và còn bao gồm cả hơi nước, trong khi bôi trơn là chức năng cơ bản của dầu thủy lực. 3. Áp suất làm việc bình thường của khí thấp hơn nhiều so với áp suất làm việc của dầu thủy lực. 4. Công suất ra của hệ thống khí nhỏ hơn nhiều so với hệ thống thủy lực. 5. Độ chính xác của cơ cấu thực hiện khí thì thấp khi hoạt động ở tốc độ thấp, còn của dầu thì thỏa mãn mọi tốc độ. 6. Sự rò rỉ một lượng khí nhất định ra ngoài là chấp nhận được nhưng sự rò rỉ bên trong bản thân hệ thống là không thể chấp nhận được vì sự sai khác áp suất trong hệ thống khí là rất nhỏ. Trong khi đó, với hệ thống thủy lực thì sự rò rỉ một lượng 10
  11. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí dầu nhất định bên trong hệ thống là chấp nhận được, nhưng sự rò rỉ ra ngoài là không thể chấp nhận được. 7. Trong hệ thống khí không cần đường khí hồi, nhưng trong hệ thống thủy lực là cần thiết. 8. Nhiệt độ làm việc bình thường trong hệ thống khí là 5 60 C. Thực tế, hệ thống khí có thể hoạt động trong khoảng nhiệt độ 0 200 C. Hệ thống khí không nhạy cảm với nhiệt độ, còn với hệ thống thủy lực thì ngược lại, độ nhớt của dầu phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Nhiệt độ hoạt động bình thường của dầu là 20 60 C. 9. Hệ thống khí có khả năng chống nổ, chống cháy còn hệ thống thủy lực thì không. 1.5 Ứng dụng của khí nén 1.5.1 Trong lĩnh vực điều khiển - Sau chiến tranh thế giới thứ hai, nhất là vào những năm 50 và 60 của thế kỷ 20 này, là thời gian phát triển mạnh mẽ của giai đọan tự động hóa quá trình sản xuất; kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và đa dạng hóa trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chỉ riêng ở cộng hòa liên bang Đức đã có khoảng 60 hãng sản xuất các phần tử điều khiển bằng khí nén. - Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó nguy hiểm, hay xảy ra các vụ nổ, như các thiết bị phun sơn; các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo; hoặc là được sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an tòan cao. Ngoài ra, hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động; trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị xi mạ, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất. 1.5.2 Hệ thống truyền động  Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: - Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vưc khai thác, như khai thác đá, khai thác than; trong các ngành xây dựng, như xây dựng hầm mỏ, đường hầm, …  Truyền động quay: - Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá thành rất cao. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng công suất, thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại thể tích và trong lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất. - Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300; máy khoan, công suất khoảng 3.5 kW; máy mài,công suất khoảng 2.5 kW, cũng như những máy mài có công 11
  12. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí suất nhỏ hơn, nhưng với số vòng quay cao 100.000 vòng/phút thì khả năng sử dụng truyền động bằng khí nén là phù hợp.  Truyền động thẳng: - Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho truyền 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 ô tô.  Trong các hệ thống đo và kiểm tra: - Dùng trong các trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lượng sản phẩm. - Dùng trong các hệ thống bảo vệ các thiết bị (hệ thống báo động nồng độ hơi dầu các-te, …). 1.6 Các đơn vị đo trong hệ thống khí nén 1.6.1 Áp suất Đơn vị cơ bản của áp suất theohệ đo lường SI là Pascal. 1 Pascal là áp suất phân bố điều lên bề mặt có diện tích 1m với lực tác dụng vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N). 1 Pascal Pa 1 N⁄m 1 Pa 1 Kg. m⁄s ⁄m 1 Kg⁄ms Trong thực tế, người ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal (Mpa) và một số đơn vị khác như: bar, kp/cm , lbf/ in psi , atm, … Để thấy rõ mối qua hệ giữa các đơn vị đo áp suất khác nhau sau đây ta giới thiệu môt bảng tóm tắt như bảng 1. Bảng 1. Mối tương quan của các đơn vị đo áp suất at mmWS Torr Áp suất Pa bar mbar psi atm kp/cm kp/cm mmHg 1 Pa 1 1,0. 10 1,0. 10 1,02. 10 0,102 7,50. 10 1,45. 10 0,987. 10 1 N/m 1 Pa 1,0. 10 1 1,0. 10 1,02 1,02. 10 0,75. 10 14,5 0,987 1 mbar 1,0. 10 1,0. 10 1 1,02. 10 10,2 0,75 1,45. 10 0,987. 10 1 at 0,981. 10 0,981 9,81. 10 1 1,0. 10 7,50. 10 1,42. 10 0,987 1 kp/cm 1 mmWS 0,981. 10 0,981. 10 9,81. 10 1,0. 10 1 7,50. 10 1,42. 10 9,68. 10 1 kp/cm 1 mmHg 1,33. 10 1,33. 10 1,33 1,36. 10 13,6 1 1,934. 10 1,32. 10 1 Torr 1 psi 6,985. 10 6,985. 10 69,85 7,033. 10 7,033. 10 51,71 1 6,805. 10 1 atm 1,013. 10 1,013 1,013. 10 1,013 1,013. 10 7,6. 10 1,469. 10 1 12
  13. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 1.6.2 Lực (N) 1Newton (N) là lực tác động lên đối trọng có khối lượng là 1Kg với gia tốc là 1m/s . m 1N 1 Kg s Ngoài đơn vị Newton (N), người ta còn sử dụng một số đơn vị đo khác về lực. Bảng 2. Mối liên hệ giữa các đơn vị đo về lực (theo DIN). N dyn kp Mp P N 1 10 0,102 1,02. 10 102 dyn 10 1 1,02. 10 1,02. 10 10 kp 9,81 9,81. 105 1 10 10 Mp 9,81. 103 9,81. 108 10 1 10 P 9,81. 10 3 981 10 10 1 1.6.3 Công (J) 1 joule (J) là công sinh ra dưới tác động của lực 1N để vật dịch chuyển quảng đường 1m. 1J 1 N. m m . kg 1J 1 s Bảng 3. Mối liên hệ giữa các đơn vị đo về công (theo DIN) J erg kpm kWh kcal eV J 1 10 0,102 2,78. 10 2,39. 10 6,24. 10 erg 10 1 1,02. 10 2,78. 10 2,39. 10 6,24. 10 kpm 9,91 9,81. 10 1 2,72. 10 2,34. 10 6,12. 10 kWh 3,60. 10 3,06. 10 3,67. 10 1 860 2,25. 10 kcal 4187 4,19. 10 427 1,16. 10 1 2,61. 10 eV 1,6. 10 1,6. 10 1,63. 10 4,45. 10 3,83. 10 1 (*) DIN = Deutsches Institut für Normung (the German Institute for Standardization) 13
  14. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí CHƯƠNG 2 NGUỒN CUNG CẤP KHÍ NÉN Mục đích, yêu cầu: Trang bị cho sinh viên cấu về trúc chung một nguồn cung cấp khí nén và xử lý khí nén. (0,5.0.1,5) 2.1 Nguyên lý chung Khí nén được tạo ra từ máy nén khí. Hình 2.1 mô tả một hệ thống máy nén khí điển hình. Một động cơ điện lai máy nén nén khí vào bình chứa. Việc điều khiển máy nén khí được thực hiện bằng rơ-le áp lực max và min. Khi áp suất khí trong bình chứa giảm xuống giá trị min thì rơ-le này tác động đóng mạch cho động cơ điện lai máy nén, ngược lại khi áp suất khí trong bình đạt giá trị max thì rơ-le này tác động dừng động cơ điện lai máy nén. Với P là áp suất khí trong bình chứa, ta có thuật toán điều khiển máy nén như sau: Nếu P P thì chạy máy nén, P tăng dần P 𝑃 P vẫn chạy máy nén, Nếu P P dừng máy nén, do tiêu thụ P giảm dần P 𝑃 P vẫn dừng máy nén, P P chạy máy nén. Hình 2.1 Sơ đồ một máy nén khí điển hình 1. Bình chứa; 2. Van xả; 3. Van; 4. Bộ lọc; 5. Bộ điều chỉnh áp suất và đồng hồ đo; 6. Ống góp; 7. Van an toàn; 8. Đồng hồ đo; 9. Rơ-le điều khiển; 10. Động cơ điện; 11. Máy nén khí; 12. Phin lọc Áp suất khí trong bình được chỉ thị bởi đồng hồ, thường đơn vị là bar. 1bar = 0,1 N/mm2 = 100Kpa  áp suất khí quyển. 14
  15. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí Nguồn khí từ bình chứa đi qua một bộ lọc để đảm bảo khí sạch và khô, sau đó qua bộ điều chỉnh lưu lượng để tạo lưu lượng khí ổn định có áp suất thấp hơn trong bình chứa. Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý một hệ thống máy nén khí đơn giản 1. Bộ lọc khí; 2. Phin lọc; 3. Bộ điều chỉnh áp suất 4. Bộ bôi trơn; 5. Họng khí; 6. Van xả Khí nén sau khi qua van điều chỉnh thì qua một bộ bôi trơn bằng dầu và khí mang lượng dầu này đi bôi trơn cho các phần tử khí giúp chúng hoạt động trơn tru và hiệu quả hơn. 2.2 Máy nén khí Mmáy nén là một thiết bị có nhiệm vụ hút không khí từ ngoài khí quyển và nén vào một không gian kín, áp suất khí tăng dần làm cho nhiệt độ khí tăng. Khí được hút vào máy nén càng lạnh càng tốt để cho một lượng khí lớn nhất có thể được hút trong mỗi chu kỳ có độ ẩm càng thấp càng tốt. Có 3 loại máy nén được dùng làm máy nén khí: - Máy nén tịnh tiến. (reciprocating compressor). - Máy nén cánh quay. (rotating vane compressor). - Máy nén trục vít. (rotary screw compressor) 2.2.1 Máy nén tịnh tiến. (reciprocating compressor) Nguyên lý hoạt động tương tự như hệ thống trong xe gắn máy bao gồm: Trục khuỷu, thanh truyền, xu-pap (có thể được thay bằng lá van), … Áp dụng cho những trường hợp cần lưu lượng nhỏ từ khoảng vài lít/phút đến khoảng 1,6 m3/phút tùy từng hãng sản xuất. Công suất trong khoảng từ 1 HP - 20 HP. 15
  16. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí   Hình 2.3 Cấu trúc của máy nén tịnh tiến Nhược điểm: - Hiệu suất thấp (cùng một công suất động cơ của máy nén khí thì máy nén khí trục vítbao giờ cũng cho lượng khí nén lớn hơn máy nén khí piston), - Độ ồn lớn (lớn hơn khoảng 40 - 50%) và rung do chuyển động tịnh tiến qua lại của piston, - Khí nén cung cấp không được liên tục do đó phải có bình chứa khí nén đi kèm, tuổi thọ kém. Ưu điểm của nó là giá thành thấp, tính cơ động cao. Hình 2.4 Hình dạng máy nén tịnh tiến 2.2.2 Máy nén cánh quay. (rotating vane compressor) Nguyên lý cầu tạo và hoạt động như hình vẽ 2.5. Không khí từ ngoài môi trường được hút vào buồng nén của máy nén thông qua một bộ lọc. Buồng nén bao gồm một stator trong đó bố trímột rotor được đặt lệch tâm. Rotor có rãnh dọc trục và trong đó bố trí các cánh gạt. Cánh gạt dịch chuyển trong rãnh và được bôi trơn bởi một lớp dầu mỏng. Khi hoạt động, các cánh gạt được giữ ở vị trí tựa vào thành trong của stator bởi tác dụng của lực ly tâm. Do rotor bố trí lệch trục với trục stator cho nên khi quay thì thể tích buồng nén sẽ giảm và làm cho áp suất khí trong buồng nén 16
  17. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí tăng lên. Khi quay đến vị trí buồng nén nối thông với cửa ra thì khí nén được cấp cho hệ thống sử dụng. Việc làm kín, làm mát và bôi trơn được đảm bảo nhờ vào dầu bôi trơn được đưa vào buồng nén trong quá trình máy hoạt động. Hình 2.5 Nguyên lý cấu tạo máy nén cánh gạt Hình 2.6 Cấu tạo cánh gạt và máy nén cánh gạt 2.2.3 Máy nén trục vít. (rotary screw compressor) Máy nén khí trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Máy nén khí trục vít gồm có hai trục. Trục chính và trục phụ. Máy nén khí trục vít ra đời vào khoảng năm 1950 và đã chiếm lĩnh một thị trường lớn trong lãnh vực khí nén. Loại máy nén khí này có một vỏ đặt biệc bao bọc quanhhai trục vít quay, một lồi một lõm. Các răng của hai trục vít ăn khớp với nhau và số răng trục vít lồi ít hơn trục vít lõm 1 đến 2 răng. Hai trục vít phải quay đồng bộ với nhau, giữa các trục vít và vỏ bọc có khe hở rất nhỏ. 17
  18. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí 3 1 7 3 . SL SIDE VIEW 10 8 6 9 4 DL TOP VIEW 10 3 1 5 3 . . 12 11 2 5 Hình 2.7 Cấu trúc máy nén trục vít 1 - Rotor chủ động; 2 - Rotor bị động; 3 - Rolling contact bearings; 4 - Van 1 chiều 5 - Cảm biến điều khiển start/không tải; 6 - Cửa ra; 7 - Van tràn; 8 - Oil injecttion; 9 - Cảm biến nhiệt độ khí nén; 10 - Built-in motor; 11 - Hộp đấu dây; 12 - Thiết bị bảo vệ máy nén; SL - Cửa hút; DL - Cửa khí nén ra Khi các trục vít quay nhanh, không khí được hút vào bên trong vỏ thông qua cửa nạp và đi vào buồng khí ở giữa các trục vít và ở đó không khí được nén giữa các răng khi buồng khí nhỏ lại, sao đó khí nén đi tới cửa thoát. Cả cửa nạp và cửa thoát sẽ được đóng hoặc được mở tự động khi các trục vít quay hoặc không che các cửa, Ở cửa thoát của máy nén khí có lắp một van một chiều để ngăn các trục vít tự quay khi quá trình nén đã ngừng. Máy nén khí trục vít có nhiều tính chất giống với máy nén khí cánh gạt, chẳng hạn như sự ổn định và không dao động trong khí thoát, ít rung động và tiếng ồn nhỏ. Đạt hiệu suất cao nhất khi hoạt động gần đầy tải. Lưu lượng từ 1,0m³/phút và có thể lên tới 60m³/phút. 18
  19. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí Hình 2.8 Hình dạng máy nén trục vít 2.3 Xử lý khí nén Việc xử lý khí nén bao gồm 3 khâu cơ bản: lọc, điều áp và bôi trơn. 2.3.1 Bộ lọc khí Nước, chất rắn và dầu cặn cần phải được tách hoàn toàn hoặc một phần ra khỏi khí nén trước khi đưa vào sử dụng. Tuy nhiên, đây là một quá trình phức tạp và tốn kém do đó chỉ cần thực hiện ở mức có thể chấp nhận được tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng. Chất rắn như cặn bẩn, cát, sản phẩm carbon, và nói chung những hạt có đường kính 25m cần phải được lọc ra khỏi khí nén. Bộ lọc thường được làm từ sợi thủy tinh, gốm, nylon, nỉ, … Đường khí Đường khí vào ra Vách ngăn L õi lọc Lõi lọ c Chất ngưng tụ Bình chứa Vít xả (a) (b) Hình 2.9 Cấu trúc của bộ lọc khí (a) - Nguyên lý; (b) - Cấu trúc của bộ lọc thực tế 19
  20. Kỹ thuật điều khiển thuỷ khí Hoạt động: - Khí nén đi qua bộ lọc từ trái sang phải và nó đi qua một màng cản trong cốc bộ lọc. Ảnh hưởng của màng cản là làm cho dòng khí trong cốc quay và các hạt bụi bẩn cùng các giọt nước bị tác dụng của lực ly tâm ngược với hướng mặt trong thành cốc lọc. Sau đó chúng đi xuống đáy của vỏ bộ lọc rồi tích tụ trong cốc lọc. - Khí nén đã được làm sạch trước theo cách này sau đó đi qua màng lọc, nơi có thể lọc các chất bụi bẩn với kích thước nhỏ hơn. Màng lọc trong trường hợp này bao gồm một vật liệu thiêu kết được với độ xốp cao. Độ lọc phụ thuộc vào cỡ lọc của màng lọc được sử dụng. Chất lỏng có trong khí nén thường là hơi nước, sau khi hấp thụ khói tạo thành axit yếu, cặn dầu thì tạo thành chất lỏng sền sệt. Trong quá trình nén và làm lạnh sau đó, một phần hơi nước ngưng tụ thành dạng lỏng nên rất dễ tách bởi một bộ lọc cơ. Các bộ lọc này ép khí vào hướng riêng biệt để tạo những lực ly tâm tách nước và những giọt dầu ra khỏi dòng khí. Lượng chất lỏng ngưng tụ từ hơi có trong một thể tích khí nén tăng tỷ lệ thuận với áp suất và tỷ lệ nghịch với nhiệt độ. Vì vậy, tăng áp suất và giảm nhiệt độ là phương pháp hữu hiệu nhất để tách nước ra khỏi khí nén. Trong các hệ thống công nghiệp, khí nén được đưa qua thiết bị làm lạnh để lấy bớt nhiệt, giảm nhiệt độ và tăng độ ngưng tụ. Trong quá trình phân phố khí, áp suất rơi trên đường ống dẫn có thể làm giảm nhiệt độ và tăng độ ngưng tụ do đó van xả là một bộ phận không kém phần quan trọng trong hệ thống ống phân phối khí. Cuối cùng những bộ lọc nhỏ phải được đặt trên đường ống gần với điểm trích nước trước khi sử dụng khí để bảo vệ cho từng thiết bị. Ngày nay, người ta thường sử dụng các bộ lọc có chức năng tự động làm sạch khi đường ống nghỉ để giảm thiểu công việc bảo dưỡng và tránh trường hợp chất cặn bẩn quay trở lại hệ thống. Sau khi tất cả các chất lỏng và chất rắn đã được tách khỏi thì khí nén cần được đưa qua thiết bị làm khô khí để tách hơi nước. Có 3 nguyên tắc làm khô khí: - Thiết bị hấp thụ nước bằng một tác nhân. (hydroscopic absorption by an agent) - Bộ làm khô đông lạnh. (refrigeration dryer) - Bộ làm khô tan rửa dùng hóa chất. (chemical deliquescent dryer) Những bộ lọc này làm việc rất hiệu quả nhưng việc tách hơi nước là một khâu phức tạp và tốn kém nên chỉ sử dụng khi cần thiết. 2.3.2 Bộ điều chỉnh áp suất khí Sau khi khí đã được làm sạch, nó cần phải được điều chỉnh để hoạt động với áp suất tối ưu của hệ thống. Tất cả các phần tử khí cần phải hoạt động đúng áp suất định mức để tăng hiệu suất làm việc của hệ thống cũng như độ bền của từng phần tử riêng biệt. 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2