Đề cương bài giảng Mô đun: Điều khiển khí nén, thủy lực

BỘ LAO ĐỘNG THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƢỜNG CAO ĐẲNG KỸ NGHỆ II

ĐỀ CƢƠNG BÀI GIẢNG Mô đun: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN, THỦY LỰC GIÁO VIÊN: BÙI QUANG HÒA

TP.HCM 3/2018

BÀI 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN

1.1. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ

NÉN:

Hệ thống khí nén (Pneumatic Systems) đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lắp ráp, chế biến, đặc biệt ở những lĩnh vực cần phải đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ hoặc ở môi trƣờng độc hại. Ví dụ, lĩnh vực lắp ráp điện tử; chế biến thực phẩm; các khâu phân loại, đóng gói sản phẩm thuộc các dây chuyền sản xuất tự động; Trong công nghiệp gia công cơ khí; trong công nghiệp khai thác khoáng sản…

• Các dạng truyền động sử dụng khí nén:

+ Truyền động thẳng là ƣu thế của hệ thống khí nén do kết cấu đơn giản và linh hoạt của cơ cấu chấp hành, chúng đƣợc sử dụng nhiều trong các thiết bị gá kẹp các chi tiết khi gia công, các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm…

+ Truyền động quay: trong nhiều trƣờng hợp khi yêu cầu tốc độ truyền động rất cao, công suất không lớn sẽ gọn nhẹ và tiện lợi hơn nhiều so với các dạng truyền động sử dụng các năng lƣợng khác, ví dụ các công cụ vặn ốc vít trong sửa chữa và lắp ráp chi tiết, các máy khoan, mài công suất dƣới 3kW, tốc độ yêu cầu tới hàng chục nghìn vòng/phút. Tuy nhiên, ở những hệ truyền động quay công suất lớn, chi phí cho hệ thống sẽ rất cao so với truyền động điện.

1.2. NHỮNG ƢU ĐIỂM VÀ NHƢỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN

1.2.1. Ƣu điểm :

+ Có khả năng truyền năng lƣợng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén

nhỏ và tổn thất áp suất trên đƣờng dẫn nhỏ.

+ Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể trích chứa khí nén rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để thàỡnh lập một trạm trích chứa khí nén.

+ Không khí dùng để nén, hầu nhƣ có số lƣợng không giới hạn và có thể thải

ra ngƣợc 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, nhà máy đã có sẳn đƣờng dẫn khí nén.

+ Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn đƣợc 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 tƣởng đối với các chức năng vận hành logic, và do đó đƣợc sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các móc phức hợp.

1.2.2. Nhƣợc điểm :

+ Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp.

+ Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn. (Không thể thực hiện đƣợc những chuyển động thẳng hoặc quay đều).

+ Dòng khí thoát ra ở đƣờng dẫn ra gây nên tiếng ồn.

1.3. ĐƠN VỊ ĐO TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN:

1.3.1. Áp suất:

Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lƣờng SI là Pascal 1. Pascal là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác

động vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N)

1 Pascal (Pa) =1 N/m2 1 Pa = 1 kg m/s2/m2 = 1kg/ms2

Trong thực tế ngƣời ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal (MPa).

1 MPa = 1.000.000Pa

Ngoài ra còn dùng đơn vị bar: 1 bar = 105Pa = 100.000Pa 1 kp/cm2 = 0,980665 bar = 0,981 bar 1 bar = 1,01972kp/cm2 = 1,02 kp/cm2

Trong thực tế ngƣời ta coi :

1 bar = 1 kp/cm2 = 1 at

Ngoài ra một số nƣớc (Anh, Mỹ) còn sử dụng đơn vị đo áp suất:

Pound (0,45336kg) per square inch (6,4521 cm2)

Kí hiệu lbf/in2 (psi)

1 bar = 14,5 psi

1psi = 0,06895 bar

1.3.2. Lƣu lƣợng :

Lƣu lƣợng dòng khí nén đƣợc tính:

Trong đó:

Q: lƣu lƣợng;

V: thể tích khí chuyển qua tiết diện ngang của đƣờng ống hay buồng

xilanh trong 1 đơn vị thời gian t

Lƣu lƣợng dòng khí nén có ý nghĩa quan trọng trong xác định tốc độ làm

việc của các cơ cấu chấp hành.

1.3.3. Lực:

Lực đẩy hay kéo của Piston gây bởi tác dụng của khí nén có áp suất P đƣợc tính theo công thức:

F = P.A [N]

Trong đó:

P là áp suất khí nén [Pa]

A là điện tích bề mặt Piston[m2]

F lực tác dụng vuông góc với bề mặt Piston [N]

Trong hình vẽ, các diện tích A1 , A2 khác nhau (A2 = A1 –A3), A3 là diện tích tiết diện của cần piston, nên các lực tác dụng cũng khác nhau tại cùng một nguồn khí nén có áp suất P.

F1 = P.A1; F2 = P.A2 F1 > F2

1.3.4. Tốc độ truyền động của xy lanh:

Khi tải trọng của truyền động không đổi, tốc độ truyền động đƣợc xác định theo quan hệ:

Khi Q[m3/s]; A[m2] thì v[m/s], nhƣ vậy, trong trƣờng hợp dung tích hành trình của cơ cấu chấp hành và tải trọng không đổi, tốc độ truyền động tỷ lệ với lƣu lƣợng Q.

Trong kỹ thuật khí nén, ngƣời ta dùng các van tiết lƣu ( điều tiết lƣu lƣợng) để khống chế tốc độ của các cơ cấu chấp hành.

1.4. CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ:

1.4.1. Định luật khí lý tƣởng: Biểu diễn mối liên hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ. Khi áp dụng các định luật này chúng ta chỉ sử dụng áp suất và nhiệt độ tuyệt đối.

 Đẳng áp : V/T = const

 Đẳng tích : P/T = const

 Đẳng nhiệt : P.V = const

1.4.2. Định luật Boyle: Tích của áp suất tuyệt đối và thể tích của khối khí luôn là hằng số nếu nhiệt độ của khí không thay đổi.

1.4.3. Định luật Pascal: Áp suất tác dụng lên dòng chảy sẽ đƣợc chuyền đi

theo mọi hƣớng với lực bằng nhau.

Với A là diện tích bề mặt tác dụng, P là áp suất và F là lực tạo ra.

Lực tạo ra ở piston khí nén

1.5. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG KHÍ NÉN:

Hệ thống khí nén thƣờng bao gồm các khối thiết bi:

- Trạm nguồn gồm: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết

bị xử lý khí nén( lọc bụi, lọc hơi nƣớc, sấy khô…),…

- Khối điều khiển gồm: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử

điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành.

- Khối các thiết bị chấp hành: Xilanh, động cơ khí nén, giác hút…

Hình 1.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng khí nén.

 Một số ứng dụng của khí nén:

1.6. MÁY NÉN KHÍ VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG:

Áp suất khí đƣợc tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lƣợng cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong đƣợc chuyển đổi thành năng lƣợng khí nén và nhiệt năng.

1.6. 1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí:

a/ Nguyên tắc hoạt động:

 Nguyên lý thay đổi thể tích: không khí đƣợc dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại. Nhƣ vậy theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này, ví dụ như máy nén khí kiểu pittông, bánh răng, cánh gạt.

 Nguyên lý động năng : không khí đƣợc dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén đƣợc tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lƣu lƣợng và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này, ví dụ như máy nén kiểu li tâm.

b/ Phân loại:

- Theo áp suất:

* Máy nén khí áp suất thấp p < 15 bar

* Máy nén khí áp suất cao p ≥ 15 bar.

* Máy nén khí áp suất rất cao p ≥ 300 bar..

- Theo nguyên lý hoạt động:

* Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích:

Máy nén khí kiểu pít - tông, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu

root, máy nén khí kiểu trục vít.

* Máy nén khí tua - bin:

Máy nén khí kiểu ly tâm và máy nén khí theo chiều trục.

1.6. 2. Cấu tạo máy nén khí kiểu pittông :

Đây là dạng cơ bản nhất của các loại máy nén khí. Việc nén khí thực hiện

bằng cách hút khí vào và nén thể tích khí nằm giữa piston và vỏ xy lanh.

Máy nén khí piston một cấp có thể hút đƣợc lƣu lƣợng đến 10 m3/phút và áp suất nén là 6 bar, có thể trong một số trƣờng hợp thì áp suất có thể lên 10 bar. Máy nén khí piston hai cấp có thể nén đến áp suất 15 bar, loại máy nén khí piston ba, bốn cấp có thể nén đến áp suất 250 bar

Hình 1.2. Nguyên lý máy nén khí kiểu pittông.

Hình 1.3. Cấu tạo máy nén khí kiểu pittông.

 Bình chứa khí:

- Để chứa khí nén.

- Để làm giảm sự dao động áp suất.

- Nơi ngƣng tụ hơi nƣớc giúp cho khí nén cung cấp cho hệ thống đƣợc khô

ráo.

 Van an toàn:

- Để bảo đảm áp lực khí nén trong bình chứa khí không vƣợt quá áp lực cho

phép

- Khi áp lực tăng quá giới hạn điều chỉnh, lò xo sẽ bị nén lại để khí nén

thoát ra ngoài không khí.

 Quạt làm mát:

Thổi không khí vào cánh tản nhiệt của bộ phận nén khí nhằm làm mát bộ

phận nén khí.

 Đồng hồ áp lực:

Để chỉ thị áp lực khí nén trong bình chứa khí

 Bộ lọc:

- Nhằm làm sạch không khí trƣớc khi đƣa vào bộ phận nén khí.

- Lõi lọc đƣợc làm bằng mút, giấy.

 Van xả:

Để xả nƣớc ngƣng tụ trong bình chứa khí.

* Một số máy nén khí kiểu pittôngđƣợc sử dụng trong thực tế:

Hình 1.4. Các dạng máy nén khí kiểu pittông.

1.6.3. Máy nén khí kiểu cánh gạt:

Máy nén khí cánh gạt sử dụng rotor lệch tâm với các cánh gạt có thể trƣợt theo hƣớng hƣớng tâm để nén khí. Không khí đi vào buồng tạo bởi cánh gạt, rotor và vỏ máy nén khí, thể tích buồng này đƣợc nới rộng ra và hình thành thể tích buồng là lớn nhất. Khi các cánh gạt quay tiến đến cửa ra, khí sẽ đƣợc nén lại vì thể tích buồng chứa ngày càng nhỏ.

Hình 1.5. Nguyên lý hoạt động của MNK kiểu cánh gạt

1.6.4. Máy nén khí kiểu trục vít:

Máy nén khí trục vít vận hành với 2 rotor xoắn ốc ăn khớp với nhau. Khi rotor bên trái quay theo chiều kim đồng hồ, thì rotor bên phải sẽ quay ngƣợc chiều kim đồng hồ. Khi các rotor này quay thì sẽ cƣỡng bức khí bên trong các buồng đƣợc nén lại với nhau theo hƣớng dọc trục. Nhƣ vậy khí vào một cổng và ra cổng đối diện theo hƣớng dọc trục.

Hình 1.6. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu trục vít

1.7. THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN

Khí nén đƣợc tạo ra từ máy nén khí có chứa đựng nhiều chất bẩn bao gồm bụi, độ ẩm của không khí, những phần tử nhỏ của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Ngoài ra trong quá trình nén, nhiệt độ khí nén tăng lên, có thể gây nên quá trình oxy hoá một số phần tử đƣợc kể trên. Nhƣ vậy, khí nén chứa đựng những chất bẩn đó đƣợc tải đi trong những ống dẫn khí sẽ gây nên sự mài mòn, gỉ trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển. Do đó khí nén cần

phải đƣợc xử lý, tuỳ thuộc vào mức độ xử lý, phƣơng pháp xử lý để xác định đƣợc chất lƣợng của khí nén tƣơng ứng cho từng trƣờng hợp vận dụng cụ thể.

1.7.1. Các cấp độ xử lý khí nén :

Hình 1.7. Các cấp độ xử lý khí nén

1.7.2. Các phƣơng pháp xử lý khí nén:

 Hệ thống làm lạnh bằng không khí – bình ngƣng tụ:

Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí sẽ đƣợc dẫn vào bình ngƣng tụ. Tại đây khí nén sẽ đƣợc làm lạnh và phần lớn lƣợng hơi nƣớc chứa trong không khí sẽ đƣợc ngƣng tụ và tách ra.

Hình 1.8. Xử lý khí nén bằng không khí

 Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh:

Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh nhƣ sau: khí nén từ máy nén khí sẽ qua bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí. Tại đây dòng khí nén vào sẽ đƣợc làm lạnh sơ bộ.

Sau khi đƣợc làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí – chất làm lạnh. Quá trình làm lạnh sẽ đƣợc thực hiện bằng cách: dòng khí nén sẽ đƣợc đổi chiều trong những ống dẫn nằm trong thiết bị này. Nhiệt độ hoá sƣơng tại đây là +20C. Nhƣ vậy lƣợng hơi nƣớc trong dòng khí nén vào sẽ đƣợc tạo thành từng giọt nhỏ một.

Hình 1.9. Sấy khô bằng chất làm lạnh

 Thiết bị sấy khô bằng hấp thụ:

Sấy khô bằng hấp thụ có thể là quá trình vật lý hay là quá trình hoá học.

 Quá trình vật lý: chất sấy khô hay gọi là chất háo nƣớc sẽ hấp thụ lƣợng hơi nƣớc ở trong không khí ẩm ở trong hai bình sấy khô.

Hình 1.10. Sấy khô bằng hấp thụ vật lý

 Quá trình hoá học:

Thiết bị gồm 1 bình chứa, trong đó có chứa chất hấp thụ, chất hấp thụ

bằng quá trình hoá học thƣờng là NaCl.

Hình 1.11. Sấy khô bằng hấp thụ hóa học

1.7.3. Bộ lọc :

Ở phần trên đã giới thiệu một số phƣơng pháp xử lý khí nén trong công nghiệp. Tuy nhiên trong một số lĩnh vực, ví dụ những dụng cụ cầm tay sử dụng truyền động khí nén hoặc một số hệ thống điều khiển đơn giản thì không nhất thiết phải thực hiện tuần tự nhƣ vậy.

Đối với những hệ thống nhƣ thế, nhất thiết phải dùng bộ lọc, gồm 3 phần

tử: van lọc, van điều chỉnh áp suất, van tra dầu.

Bộ lọc khí nén

Van lọc có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nƣớc ra khỏi khí nén. Có hai nguyên lý thực hiện:

- Chuyển động xoáy của dòng áp suất khí nén trong van lọc.

- Phần tử lọc xốp làm bằng các chất nhƣ: vải dây kim loại, giấy thấm ƣớt, kim loại thêu kết hay là vật liệu tổng hợp. Khí nén sẽ tạo chuyển động xoáy khi

qua lá xoắn kim loại, sau đó qua phần tử lọc, tùy theo yêu cầu chất lƣợng của khí nén mà chọn loại phần tử lọc có những loại từ 5 m đến 70 m. Trong trƣờng hợp yêu cầu chất lƣợng khí nén rất cao, vật liệu phần tử lọc đƣợc chọn là sợi thủy tinh có khả năng tách nƣớc trong khí nén đến 99 . Những phần tử lọc nhƣ vậy thì dòng khí nén sẽ chuyển động từ trong ra ngoài.

Hình 1.12. Nguyên lý làm việc của van lọc và ký hiệu

Hình 1.13. Phần tử lọc

Van điều chỉnh áp suất có công dụng giữ cho áp suất không đổi ngay cả khi

có sự thay đổi bất thƣờng của tải trọng làm việc ở phía đƣờng ra hoặc sự dao

động của áp suất đƣờng vào.

Hình 1.14. Nguyên lý hoạt động của van điều chỉnh áp suất và ký hiệu.

Nguyên tắc hoạt động của van điều chỉnh áp suất (hình 2.15): khi điều chỉnh trục vít, tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van, trong trƣờng hợp áp suất của đƣờng ra tăng lên so với áp suất đƣợc điều chỉnh, khí nén sẽ qua l thông tác dụng lên màng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua l xả khí ra ngoài. Đến khi áp suất ở đƣờng ra giảm xuống bằng với áp suất đƣợc điều chỉnh, kim van trở về vị trí ban đầu.

Để giảm lực ma sát, sự ăn mòn và sự rỉ sét của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén, trong thiết bị lọc có thêm van tra dầu. Nguyên tắc tra dầu đƣợc thực hiện theo nguyên lý Ventury: (hình 1.15).

Hình 1.15. Nguyên lý tra dầu ventury

Theo hình : điều kiện để dầu có thể qua ống Ventury là độ sụt áp p phải lớn hơn áp suất cột dầu H. Phạm vi tra dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có lƣu lƣợng của khí nén.

1.8. THIẾT BỊ PHÂN PHỐI VÀ ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN.

1. 8.1. Khái quát chung:

Hệ thống thiết bị phân phối khí nén có nhiệm vụ vận chuyển không khí nén từ máy nén khí đến thiết bị sử dụng. Truyền tải không khí nén đƣợc thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén. Ở đây hệ thống đƣờng ống dẫn đƣợc lắp cố định.

Yêu cầu đối với hệ thống thiết bị phân phối khí nén là đảm bảo áp suất P,

lƣu lƣợng Q và chất lƣợng của không khí nén cho thiết bị tiêu thụ.

Việc lựa chọn tiết diện ống dẫn cũng nhƣ cách bố trí mạng khí nén cần phải đƣợc chú trọng để đảm bảo tính kinh tế cũng nhƣ yêu cầu sử dụng. Yêu cầu tổn thất áp suất của hệ thống không đựơc lớn hơn 1par, cụ thể là.

- Tổn thất áp suất trong ống dẫn chính 0,1 par

- Tổn thất áp suất trong ống nối 0,1 par

- Tổn thất áp suất trong thiết bị sử

lý khí nén (tách nước, bình ngưng…) 0,1 par

- Tổn thất áp suất trong thiết bị lọc 0,6 par

Hình 1.16. Sơ đồ nguồn cung cấp

1.8. 2. Bình trích chứa khí nén

Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ là cân cân bằng áp suất khí nén từ máy

én khí chuyển đến, trích chứa và ngƣng tụ, tách nƣớc.

Kích thƣớc bình trích chứa phụ thuộc và công suất của máy nén khí và công

suất tiêu thụ của thiết bị máy móc sử dụng, ngoài ra còn phụ thuộc vào phƣơng pháp sử dụng khí nén

Bình trích chứa khí nén nên lắp ráp trong không gian thoáng, để thực hiện

đƣợc nhiệm vụ nhƣ vừa nêu trên là ngƣng tụ và tách nƣớc trong khí nén.

Hình 1.17. Các loại bình trích chứa.

a. Loại bình trích chứa th ng đứng

b. Loại bình trích chứa nằm ngang

c. Loại bình trích chứa nhỏ ng n trực tiếp vào ống dẫn khí

1.8.3. Mạng đƣờng ống khí nén

Mạng đƣờng ống dẫn khí nén thông thƣờng đƣợc chia làm 2 loại:

- Mạng cố định (ví dụ là mạng khí nén trong nhà máy).

- Mạng di động (mạng khí nén trong dây chuyền s n xuất).

*) Mạng l p ráp cố định.

Khi l p đ t và thiết kế mạng khí nén cần ph i quan tâm các thông số sau:

- Lưu lư ng: Phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy, vận tốc dòng chảy càng lớn

thì tổn thất càng nhiều.

- ận tốc d ng ch y: Đƣợc chọn nằm trong khoảng vận tốc từ 6 đến 10 m/s. Vận tốc dòng chảy khi qua các cút nối sẽ tăng lên, hoặc vận tốc sẽ tăng tức thời khi

vận hành thiết bị.

- Tổn thất áp suất: Tổn thất trên đƣờng ống cho phép là 0.1 và nó cho phép sai số 5 áp suất yêu cầu. Nếu trong hệ thống có lắp các cút nối thì tổn thất sẽ tăng lên. Để xác định tổn thất của cút nối, van ta tra theo bảng sau (b ng 3.1):

ng 1.1: Hệ số cản  của phụ tùng nối tính theo chiều dài ống dẫn.

CHI U D I ĐƢ NG NG D N TƢƠNG ĐƢƠNG (m)

PH T NG N I ư ng kính trong của ống dẫn (mm)

25 40 50 80 100 125 150

1,2 2,0 3 4,5 6 8 10 an kiểu màng mỏng

an khoá 6 10 15 25 30 50 60

3 5 7 10 15 20 25 an mở một phần

an ch n 0,3 0,5 0,7 1 1.5 2 2,5

Nối vuông góc 1.5 2.5 3.5 5 7 10 15

ộ cong R d 0,3 0,5 0,6 1 1,5 2 2,5

ộ cong R 2d 0,3 0,5 0,8 1 1,5 0,1 5 0,2 5

ng nối T 2 3 4 10 15 20 7

2 ng nối thu nhỏ 0,5 0,7 1 2,5 3,5 4

Trong thực tế để xác định các thông số cho mạng đƣờng ống lắp ráp cố

định ngƣời ta dùng biểu đồ sau (Hình 1.9):

Hình 1.18. iểu đồ sự phụ thuộc các thông số của đư ng ống cố định.

í dụ: - Áp suất yêu cầu p = 8 bar

- Chiều dài ống dẫn L = 200 m

- Lƣu lƣợng

qv = 170 lít/s - Tổn thất áp suất cho phép p = 0.1 bar

Theo biểu đồ ta có đư ng kính trong của ống là:  70 mm

- Đƣờng ống thƣờng đƣợc lắp nghiêng một góc 10 đến 20 so với mặt phẳng

ngang và lắp bình ngƣng tụ để nƣớc trong đƣờng ống tích tụ tại đó.

- Mạng đƣờng ống lắp cố định trong nhà máy thƣờng đƣợc lắp ở dạng vòng

tròn (hình 1.8).

Hình 1.19. Sơ đồ mạng khí nén cố định trong nhà máy, l p kiểu v ng tr n.

1.9. THIẾT BỊ CHẤP HÀNH TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN.

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lƣợng khí nén thành năng

lƣợng cơ học.

Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xylanh) hoặc

chuyển động quay (động cơ khí nén). 1.9.1. Xilanh:

Xilanh tác động đơn chỉ đƣợc cung cấp khí nén từ một phía do đó chỉ tạo ra hành trình làm việc theo một chiều. Hành trình ngƣợc lại của Piston đƣợc thực hiện bởi lò xo. Việc xác định kích cỡ lò xo tùy thuộc kiểu có thể đƣa Piston đi (hay về) vị trí khởi động một cách nhanh chóng.

Hình 1.20. Cấu tạo xilanh tác động đơn (loại pittong).

Trong xi lanh có lò xo hồi vị, hành trình của Pittong là một hàm theo chiều

dài của lò xo. Thông thƣờng hành trình này không quá 100 mm.

Loại này đƣợc sử dụng cho các công việc đơn giản: đẩy vào, đẩy ra, nâng

lên, đƣa chi tiết vào, cung cấp chuyển động ...

Độ kín khít đƣợc bảo đảm bởi vật liệu nhựa d o hoặc vật liệu mềm đƣợc lắp vào trong một Piston kim loại. Chuyển động ở mép Pittong là chuyển động trƣợt kín trong bề mặt trụ của xi lanh.

Thứ hai là loại xi lanh mà lò xo thực hiện hành trình làm việc, còn khí nén thực hiện hành trình ngƣợc lại. Thƣờng trong trƣờng hợp này ngƣời ta sử dụng khí nén để dừng, hãm (xe t i, xe con, toa xe) để bảo đảm sự chắc chắn phanh hãm.

Xilanh kiểu màng.

Màng có thể là cao su, nhựa d o hay cũng có thể bằng kim loại, đảm nhận vai trò của Pittong. Cần Pittong đƣợc cố định ở trung tâm của màng, không có đệm kín. Hành trình về đƣợc thực hiện bởi tính đàn hồi của vật liệu màng.

Hình 1.21. Xilanh tác động đơn (loại màng)

Hành trình đi và về của Pittong đều có tác động bởi khí nén. Sử dụng trong trƣờng hợp đòi hỏi phải có chuyển động hai chiều có điều khiển. Độ kín giữa xi lanh và Pittong đƣợc bảo đảm nhờ có các đệm ở mép Pittong hoặc của màng.

Hình 1.22. Xi lanh tác động kép (loại không có gi m chấn).

+ Xi lanh có gi m chấn ở cuối hành trình.

Thực chất của việc giảm chấn cho Piston ở cuối hành trình là sự bố trí

đƣờng thoát bằng van một chiều có tiết lƣu.

Ở đây khối dẫn hƣớng đóng vai trò quan trọng. Để tránh va đập có thể dẫn tới hƣ hỏng, ngƣời ta lắp một bộ phận giảm chấn điều chỉnh đƣợc ở cuối hành trình của xi lanh. Cần có bộ phận này bởi vì Piston phải đƣợc giảm chấn một cách đáng kể khi nó đến cuối hành trình. Bộ phận giảm chấn có một đƣờng thoát khí nhỏ có thể điều chỉnh đƣợc, tạo ra hiệu ứng giảm chấn.

Hình 1.23. Xilanh tác động kép có gi m chấn hai đầu.

Khí đƣợc tích chứa trong phần cuối buồng chứa của xi lanh sau m i lần nén. Lúc bấy giờ áp suất dƣ phát sinh sẽ thoát qua van tiết lƣu và hiệu ứng giảm chấn bắt đầu xảy ra (do ph i đi qua tiết diện h p). Sự nén này của khí qua đƣờng tiết lƣu bổ sung thêm cho việc hấp thụ một phần năng lƣợng, Piston hãm chuyển động và đi tới chậm dần cho tới cuối hành trình. ở hành trình ngƣợc lại tiếp theo sau thì vì tiết lƣu là một chiều nên Pittong chuyển động không bị hãm.

Ngoài ra c n có các kiểu gi m chấn khác:

- Giảm chấn không điều chỉnh đƣợc, ở hai phía

- Giảm chấn không điều chỉnh đƣợc, ở một phía

- Giảm chấn điều chỉnh đƣợc, ở một phía của Piston.

+ Xi lanh kép nối nhau.

Hình 1.24. Xi lanh kép nối nhau (tandem).

Với xi lanh này có lực tác động lên cán Piston là lực tổng của cả 2 xi lanh.

+ Xi lanh kép hai đầu đ n.

Hình 1.25. Xi lanh kép hai đầu đ n, có gi m chấn hai đầu, điều chỉnh đư c.

+ Xi lanh bước (nhiều vị trí).

- Xi lanh bƣớc này tạo ra đƣợc nhiều vị trí dịch chuyển. Cấu tạo bao gồm 2 xi lanh kép nối với nhau. Bằng cách cấp khí vào các cửa mà ta co các vị trí khác nhau của Piston.

Cửa nối 3 4 1 2

- + + - 0

+ - + - 1 ị trí Hình 1.26. Xi lanh bước. - + - + 2

+ - - + 3

+Xi lanh va đập.

Lực tác dụng của xi lanh khí nén bị hạn chế. Vì vậy ngƣời ta sử dụng một loại xi lanh có thể sinh ra lực lớn, đó là xi lanh va đập. Loại này tăng vận

Hình 1.27. Xi lanh va đập.

tốc của Piston lên cao khoảng 7,5 m/s đến 10,5 m/s (hình 3.45).

- Khi khí nén đƣợc cấp vào khoang A nó sẽ tác dụng lên diện tích Piston C làm cho Piston dịch chuyển theo chiều Z. Khi Piston dịch chuyển van C mở ra và khí nén tác dụng vào toàn bộ đỉnh Piston sinh ra lực lớn.

+Xi lanh quay.

- Nguyên lý tạo chuyển động quay nhờ bánh răng thanh răng, góc quay có thể là: 900; 1800; 3600. Thông thƣờng nó đƣợc dùng để dẫn động các đĩa hút chân

không kẹp giữ chi tiết hoặc hút chi tiết.

Hình 1.28. Xi lanh quay.

+Xi băng đai.

- Loại này sử dụng băng đai và bàn trƣợt, thông qua chuyển động của Piston sẽ kéo băng đai làm cho bàn trƣợt chuyển động qua lại. Một số xi lanh loại này có thể phanh tại một vị trí nhất định nào đó nhờ cơ cấu phanh.

Xilanh băng đai (xilanh trư t)

Hình 1.29. Cấu tạo xi lanh băng đai.

+Xi lanh t .

- Với loại xi lanh này bàn trƣợt gắn ở phía ngoài và liên động với Piston

bên trong nhờ lực từ của nam châm.

Hình 1.30. Xi lanh t (d ng ly h p nam châm).

1.9.2. Động cơ khí nén:

Động cơ khí nén chuyển đổi năng lƣợng khí nén thành chuyển động quay cơ học, có thể thực hiện một chuyển động quay không hạn chế góc quay và đƣợc sử dụng nhƣ một thiết bị khí nén.

Động cơ khí nén có những ƣu điểm:

- Điều chỉnh đơn giản mômen quay và số vòng quay

- Đạt đƣợc số vòng quay cao và điều chỉnh vô cấp

- Không xảy ra hƣ hỏng, khi có tải trọng quá tải

- Giá thành bảo dƣỡng thấp

Tuy nhiên, động cơ khí nén cũng có nhƣợc điểm:

- Giá thành cao (khoảng 10 lần so với động cơ điện)

- Số vòng quay phụ thuộc vào tải trọng

- Xảy ra tiếng ồn lớn khi xả khí

Có tốc độ quay lớn nhất khoảng 5000 v/ph. Đối với kiểu động cơ này, cặp ngẫu lực quay phát sinh khi áp suất của khí nén tác động trên bề mặt của hai

bánh răng ăn khớp nhau. Bánh răng dẫn đƣợc bắt chặt với trục động cơ. Động cơ bánh răng cho phép đạt công suất khá cao, tới 44 kW (60 hp).

Hình 1.31. ộng cơ khí nén kiểu bánh răng.

- ộng cơ bánh răng răng th ng: Mô men quay đƣợc tạo ra bởi áp suất khí nén lên mặt bên răng, ống thải khí đƣợc thiết kế dài để có nhiệm vụ giảm tiếng ồn.

- ộng cơ bánh răng răng nghiêng: Nguyên lí hoạt động nhƣ động cơ bánh răng thẳng, điểm chú ý là ổ lăn phải chọn để khử đƣợc lực hƣớng trục và lực dọc trục.

- ộng cơ bánh răng chữ : Có ƣu điểm là giảm đƣợc tiếng ồn.

Khí nén dẫn động các cơ cấu trung gian của những Pittông nhờ chuyển động qua lại của Pittông. Cơ cấu trung gian là một thanh truyền và trục khuỷu. Cần có nhiều xi lanh để đảm bảo một hành trình không thay đổi. Công suất của động cơ phụ thuộc vào áp suất cung cấp từ bên ngoài, phụ thuộc vào các bề mặt làm việc, các khoảng chạy và vận tốc của các Pittông thông thƣờng 1,5 đến 19kW (2 đến 25 hp).

Hình 1.32. ộng cơ khí nén kiểu Pittông.

Do cấu trúc và trọng lƣợng nhỏ gọn nên động cơ kiểu cánh gạt đƣợc dùng nhiều trong các thiết bị cầm tay (hand tools).

Không khí nén đƣợc dẫn vào động cơ qua đƣờng vào, dƣới tác động của áp suất sẽ tác động lên các cánh làm cho roto quay. Khí nén sau khi sinh công đƣợc thải tại đƣờng ra.

Hình 1.33. ộng cơ cánh gạt.

Để động cơ có thể khởi động đƣợc, cánh gạt phải ép sát vào thành roto nên

một số động cơ có thiết kế thêm lò xo đẩy để cánh gạt tiếp xúc tốt với vách.

Tốc độ roto khoảng từ 3000 đến 8500 v/ph và công suất từ 0,1 đến 17 kW

(0,14 đến 24 hp).

ụ ví

Hai trục quay của động cơ trục vít có bánh răng ăn khớp với nhau, số răng của trục lồi ít hơn số răng của trục vít lõm từ 1-2 răng. Để 2 trục vít quay ăn khớp với nhau là hai trục phải quay đồng bộ

Động cơ tuabin hoạt động theo nguyên lý chuyển đổi động năng của dòng khí nén qua vòi phun thành năng lƣợng cơ học. Tốc độ của loại động cơ này rất cao, nhiều khi lên đến 500000 v/ph.

Tùy theo hƣớng của dòng khí đi vào động cơ mà đó đƣợc phân thành các loại: ộng cơ hướng trục, dọc trục, tiếp tuyến ...

Hình 1.34. ộng cơ tuabin.

2. TỔNG QUAN VỀ HỀ THỐNG THỦY LỰC.

Hệ thống thuỷ lực (Hydraulic systems) đƣợc sử dụng nhiều trong ngành chế tạo máy hiện đại và trong công nghiệp lắp ráp. Ngoài ra, công nghệ thuỷ lực còn đƣợc ứng dụng trong một số lĩnh vực đặc biệt khác nhƣ hàng hải, khai thác hầm mỏ, hàng không…

Trong hệ thống thuỷ lực, chất lỏng có áp suất đóng vai trò trung gian truyền lực và chuyển động cho máy công nghệ. Quá trình biến đổi và truyền tải năng lƣợng đƣợc mô tả trên hình.

Hình 7.1. Quá trình biến đổi và truyền t i năng lư ng hệ thống thủy lực

 Các ứng dụng cơ bản của thuỷ lực có thể chia thành hai lĩnh vực

chính:

- Thiết bị thuỷ lực tự hành (Mobile hydraulics): di chuyển bằng bánh xe hoặc đƣờng ray. Phần lớn trong số này có đặc trƣng là thƣờng sử dụng các van đƣợc điều khiển bằng tay

- Thiết bị thuỷ lực cố định (stationary hydraulics): làm việc ở một vị trí cố định, do đó thƣờng sử dụng các van điện từ kết hợp với các thiết bị điều khiển điện- điện tử.

 Một vài ứng dụng trong thực tế:

M y ủy ự

Bằng việc sử dụng thủy lực ta có thể tạo ra một lực ép lớn và chính xác.

Hệ thống phức tạp và các thiết bị điều khiển sử dụng trong hệ thống này có

độ an toàn cao và tƣơng đối hoàn hảo.

M y ự Loại máy gia công này tƣơng đối điển hình với các bƣớc gia công riêng biệt thực hiện trong khoảng thời gian rất ngắn (ms). Nhìn chung, những bƣớc này bao gồm: Làm kín khít khuôn, bơm nhựa, duy trì lực ép và mở khuôn. Các thông số nhƣ áp suất gia công, thời gian gia công, vận tốcphải đạt đƣợc độ chính xác cao trong m i bƣớc.

M y xây ự Thủy lực thì đƣợc sử dụng để di chuyển cũng nhƣ nâng, hạ, kẹp giữ, và

dịch chuyển…trong các máy xây dựng.

M y â vậ y Máy nâng và vận chuyển thƣờng đƣợc dùng để di chuyển các hàng hóa có khối lƣợng lớn. hệ thống thủy lực là các thành phần chủ yếu trong các loại máy này để nâng, dịch chuyểnhàng hóa với chuyển động thẳng.

M y ệ Hệ thống thủy lực trong các máy kéo nông nghiệp để điều khiển di chuyển máng và các chuyển động khác. Hệ thống thủy lực cũng đƣợc sử dụng trong các máy gặt để điều khiển chuyển động của các phần trên máy.

 Một vài hình ảnh ứng dụng của hệ thống thủy lực:

 So sánh công nghệ thuỷ lực với các dạng khác: Xét về vai trò tạo ra lực, chuyển động và các tín hiệu, ta so sánh 3 dạng thiết bị truyền động thƣờng sử dụng: điện, khí nén và thuỷ lực. Có thể tham khảo bảng sau:

2.1. ƢU, NHƢỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG THUỶ LỰC.

Qua bảng so sánh, có thể tóm tắt các ƣu điểm và nhƣợc điểm quan trọng

của công nghệ thuỷ lực:

2.1.1. Ƣu điểm :

- Truyền động công suất lớn với các phần tử có kích thƣớc nhỏ - Khả năng điều khiển vị trí chính xác - Có thể khởi động với tải trọng nặng - Hoạt động êm, trơn không phụ thuộc vào tải trọng vì chất lỏng hầu nhƣ không chịu nén, thêm vào đó còn sử dụng các valve điều khiển lƣu lƣợng

- Vận hành và đảo chiều êm ả - Điều khiển, điều chỉnh tốt. 2.2.2. Nhƣợc điểm:

- Nguy hiểm khi gần lửa - Nguy hiểm khi áp suất vƣợt quá mức an toàn (đặc biệt với ống dẫn) - Hiệu suất thấp.

2.2. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC.

Sơ đồ mô tả cấu trúc của một hệ thống thủy lực đƣợc biểu diễn trên hình

Một hệ thống thủy lực có thể đƣợc chia ra hai thành phần chính:

Hình 7.2. Cấu trúc của hệ thống thủy lực.

- Phần thủy lực - Phần tín hiệu điều khiển 2.2.1. Phần thủy lực gồm:

 Khối nguồn thủy lực (Power supply section): thực chất là một bộ biến đổi năng lƣợng ( Điện - cơ - thủy lực). Khối nguồn thủy lực gồm: Động cơ điện; bơm thủy lực; các van an toàn; bể chứa dầu; cơ cấu chỉ thị áp suất, lƣu lƣợng…

 Khối điều khiển dòng thủy lực (Power control section ):

Trong hệ thống thủy lực, năng lƣợng đƣợc truyền dẫn giữa bơm và cơ cấu chấp hành đảm bảo những giá trị xác định theo yêu cầu công nghệ nhƣ lực; mô men; vận tốc hoặc tốc độ quay. Đồng thời cũng phải tuân thủ những điều kiện vận hành hệ thống. Vì vậy, các van đƣợc lắp đặt trên các đƣờng truyền đóng vai trò nhƣ những phần tử điều khiển dòng năng lƣợng. Ví dụ các van: Van đảo chiều; van tiết lƣu; van áp suất; van một chiều…

Các van này có thể có vai trò là phần tử điều khiển hoặc điều chỉnh áp suất hay lƣu lƣợng, và hơn nữa chúng cũng có những đặc điểm chung là gây tổn thất áp suất.

 Các cơ cấu chấp hành (drive section) như: các xilanh (cylinders), các

động cơ thủy lực (Hydro-motors) 2.2.2. Phần tín hiệu điều khiển gồm:

 Các phần tử đưa tín hiệu (signal input) nhƣ: tác động bởi ngƣời vận hành (thông qua công tắc, nút ấn, bàn phím…); bởi cơ khí ( các công tắc hành

trình) và bởi các cảm biến ( không tiếp xúc – cảm biến cảm ứng từ, cảm biến từ hóa…)

 Các tác động xử lý tín hiệu (signal processing) nhƣ: ngƣời vận hành; điện;

điện tử; khí nén, cơ khí ; thủy lực.

2.3. CÁC ĐẠI LƢỢNG VÀ ĐƠN VỊ ĐO LƢỜNG TRONG THỦY LỰC.

Thuỷ lực học là khoa học về lực và chuyển động đƣợc truyền bởi môi

trƣờng chất lỏng. Nó thuộc về lĩnh vực cơ học chất lỏng (Hình 1.3).

Hình 7.3. Cơ học chất lỏng

Sự khác biệt giữa Thuỷ tĩnh - Thuỷ động lực học:

Thuỷ tĩnh có lực tác dụng bằng áp suất chất lỏng nhân với diện tích tác dụng và thuỷ động có lực tác dụng bằng khối lƣợng chất lỏng nhân với gia tốc dòng chảy.

2.3.1. Áp suất thủy tĩnh:

Ps = h. ρ. g = [N/m2] =[Pascal]

Trong đó:

 Ps là áp suất thuỷ tĩnh ( hydrostatics pressure)  h chiều cao cột nƣớc [m]  ρ tỷ khối của chất lỏng [kg/m3]  g gia tốc trọng trƣờng [ 9.8 m/s2]

Áp suất thuỷ tĩnh không phụ thuộc vào hình dáng của bình chứa mà chỉ

phụ thuộc vào chiều cao cột nƣớc và tỷ khối của chất lỏng.

Trong công nghệ thuỷ lực, các công thức tính toán và các số liệu kỹ thuật

của thiết bị, ngƣời ta đều dùng áp suất thuỷ tĩnh và từ đó gọi tắt là áp suất P.

Ví dụ về áp suất thuỷ tĩnh :

2.3.2. Lực:

F = P.A [N]

Trên hình dƣới mô tả quan hệ lực - diện tích và áp suất, ví dụ để nâng chiếc ôtô có trọng lực tƣơng đƣơng 150.000N, ngƣời ta sử dụng nguồn thuỷ lực có P = 75bar.

Vậy piston cần phải có diện tích A= ?.

2.3.3. Truyền lực ( Power transmission ):

Theo định luật Pascal, trong bình kín, áp suất ở mọi điểm có giá trị nhƣ

nhau; lực tác dụng tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt tác dụng theo công thức:

F = P.A [N]

Do vậy hình dáng của bình chứa không có ý nghĩa.

Trong hình, ta có P1= P2

Do đó chỉ cần một lực nhỏ F1 có thể thực hiện một công việc với lực lớn

hơn F2 thông qua môi trƣờng chất lỏng có áp suất.

Từ các công thức: P1= F1/A1 ; P2=F2/A2.

Suy ra :

Hay hệ số khuếch đại lực là: A2/A1.

2.3.4. Lƣu lƣợng:

Trong thuỷ lực học, lƣu lƣợng chất lỏng đƣợc ký hiệu là Q

2.3.5. Phƣơng trình dòng chảy liên tục:

Trong hệ thống thủy lực có các loại tổn thất sau:

2.3.6. Tổn thất thể tích:

Loại tổn thất này do dầu thủy lực chảy qua các khe hở trong các phần tử của

hệ thống gây nên.

Nếu áp suất càng lớn, vận tốc càng nhỏ và độ nhớt càng nhỏ thì tổn thất thể

tích càng lớn.

Tổn thất thể tích đáng kể nhất là ở các cơ cấu biến đổi năng lƣợng (bơm dầu,

động cơ dầu, xilanh truyền lực)

Đối với bơm dầu: tổn thất thể tích đƣợc thể hiện bằng hiệu suất sau:

tb = Q/Q0

Q- Lƣu lƣợng thực tế của bơm dầu;

- Lƣu lƣợng danh nghĩa của bơm. Q 0

0đ

Nếu lƣu lƣợng chảy qua động cơ dầu là Q và lƣu lƣợng thực tế Q = q đ . đ

thì hiệu suất của đông cơ dầu là:

0đ

tđ

 = Q /Q đ

Nếu nhƣ không kể đến lƣợng dầu dò ở các mối nối, ở các van thì tổn thất

trong hệ thống dầu ép có bơm dầu vỡ động cơ dầu là:

 =  .  tđ

2.3.7. Tổn thất cơ khí:

Tổn thất cơ khí là do ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tƣơng đối ở

trong bơm dầu và động cơ dầu gây nên.

Tổn thất cơ khí của bơm đƣợc biểu thị bằng hiệu suất cơ khí:

 /N = N 0

- Công suất cần thiết để quay bơm (công suất danh nghĩa), tức là công N 0

suất cần thiết để đảm bảo lƣu lƣợng Q và áp suất p của dầu, do đó:

= 410.6Q.p(kW) N 0

N- Công suất thực tế đo đƣợc trên trục của bơm (do mômen xoắn trên trục).

0đ

Đối với dầu: N )/6.10 = (p.Q đ

cđ

0đ

Do đó:  /N = N đ

Từ đó, tổn thất cơ khí của hệ thống thủy lực là:

cđ

 =  . 

2.3.8. Tổn thất áp suất:

Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đƣờng chuyển động của

dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành (động cơ đầu, xilanh truyền lực).

Tổn thất này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Chiều dài ống dẫn - ộ nhẵn thành ống - ộ lớn tiết diện ống dẫn - Tốc độ ch y - Sự thay đổi tiết diện - Sự thay đổi hướng chuyển động - Trọng lư ng riêng, độ nhớt.

Nếu p là áp suất của hệ thống, p là áp suất ra, thì tổn thất đƣợc biểu thị

bằng hiệu suất:

Hiệu áp p là trị số tổn thất áp suất.

Tổn thất áp suất do lực cản cục bộ gây nên đƣợc tính theo công thức sau:

3 - khối lƣợng riêng của dầu (914kg/m

Trong đó:

);

2 );

g- gia tốc trọng trƣờng (9,81m/s

v- vận tốc trung bình của dầu (m/s);

- hệ số tổn thất cục bộ;

l- chiều dài ống dẫn;

d- đƣờng kính ống.

2.4. ĐỘ NHỚT VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI DẦU THỦY LỰC.

2.4.1. Độ nhớt :

Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất của chất lỏng. Độ nhớt xác định ma sát trong bản thân chất lỏng và thể hiện khả năng chống biến dạng trƣợt hoặc biến dạng cắt của chất lỏng. Có hai loại độ nhớt:

a. ộ nhớt động lực

Độ nhớt động lực  là lực ma sát tính bằng 1N tác động trên một đơn vị diện

2 tích bề mặt 1m nhau 1m và có vận tốc 1m/s.

của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng, cách

Độ nhớt động lực  đƣợc tính bằng [Pa.s]. Ngoài ra, ngƣời ta còn dùng đơn

2 1P = 0,1N.s/m

2 = 0,010193kG.s/m

vị poazơ (Poiseuille), viết tắt là P.

1P = 100cP (centipoiseuilles)

2 1P = 0,0102kG.s/m

Trong tính toán kỹ thuật thƣờng số quy tròn:

b. ộ nhớt động

Độ nhớt động là tỷ số giữa hệ số nhớt động lực  với khối lƣợng riêng  của

2 Đơn vị độ nhớt động là [m

chất lỏng:

/s]. Ngoài ra, ngƣời ta còn dùng đơn vị stốc (

-4

Stoke), viết tắt là St hoặc centistokes, viết tắt là cSt.

2 1St = 1cm -2

/s = 10 /s

2 m 2 St = 1mm 0 ) c. ộ nhớt Engler (E 0

1cSt = 10 /s.

Độ nhớt Engler (E 3 200cm ) là một tỷ số quy ƣớc dùng để so sánh thời gian chảy 3 dầu qua ống dẫn có đƣờng kính 2,8mm với thời gian chảy của 200cm

0 = t/t n

nƣớc cất ở nhiệt độ 20 C qua ống dẫn có cùng đƣờng kính, ký hiệu: E

Độ nhớt Engler thƣờng đƣợc đo khi đầu ở nhiệt độ 20, 50, 100 C và ký

0 , E

100

hiệu tƣơng ứng với nó: E .

2.4.2. Yêu cầu đối với dầu thủy lực:

Những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lƣợng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hoá học và tính chất vật lý, tính chống rỉ, tính ăn mòn các chi tiết cao su, khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bắt lửa, nhiệt độ đông đặc.

Chất lỏng làm việc ph i đ m b o các yêu cầu sau:

- Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và áp

suất;

- Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ; - Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế đƣợc khả

năng xâm nhập của khí, nhƣng dễ dàng tách khí ra;

- Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít vỡ khe hở của các chi tiết di trƣợt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng nhƣ tổn thất ma sát ít nhất;

- Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong nƣớc và không khí, dẫn nhiệt tốt, có môđun đờn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lƣợng riêng nhỏ.

- Trong những yêu cầu trên, dầu khoáng chất thoả mãn đƣợc đầy đủ

nhất.

2.5. BƠM VÀ ĐỘNG CƠ DẦU.

Mạch thủy lực là một mạch vòng khép kín mà trên đó dầu thủy lực sẽ đƣợc vận chuyển vòng tròn. Điều này có nghĩa là cần có một nguồn cung cấp dầu, để từ đó dầu đi vào bơm, ở đầu ra của bơm ta sẽ thu đƣợc đƣợc dầu có áp suất. Dòng dầu này đƣợc điều khiển bởi van đến các thiết bị thủy lực và quay trở về thùng chứa.

Một khối nguồn đơn giản nhất (hình 7.4) bao gồm:

- Bơm thủy lực (Pump) đƣợc truyền động bởi động cơ điện M - Bộ điều chỉnh áp suất ( Pressure regulator) nhằm bảo vệ bơm - Dụng cụ chỉ thị các thông số, ví dụ chỉ thị áp suất( Pressure gauge) - Thùng dầu (recervoir) - Cổng ra P; cổng hồi dầu T

Ngoài ra, một khối nguồn tiêu chuẩn còn có các phần tử khác, nhƣ các bộ

lọc dầu, bộ làm mát dầu, khâu kiểm tra dầu tràn, kiểm tra nhiệt độ dầu…

Hình 7.4. Khối nguồn thủy lực.

Một điểm khác với hệ thống khí nén là trong hệ thống thủy lực, dầu thủy lực hầu nhƣ không chịu nén nên việc sử dụng bình tích áp ít hiệu quả, vì vậy

trong m i hệ thống thủy lực sẽ thƣờng bao gồm ít nhất một bộ nguồn thủy lực và khi vận hành hệ thống thuỷ lực thì cũng chính là phải vận hành bơm thuỷ lực.

Bơm và động cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác nhau. Bơm là thiết bị tạo ra năng lƣợng, còn động cơ dầu là thiết bị tiêu thụ năng lƣợng này. Tuy thế kết cấu và phƣơng pháp tính toán của bơm và động cơ dầu cùng loại giống nhau.

2.5.1. Bơm dầu:

Là một cơ cấu biến đổi năng lƣợng, dùng để biến cơ năng thành năng lƣợng của dầu (dòng chất lỏng). Trong hệ thống dầu ép thƣờng chỉ dùng bơm thể tích, tức là loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lƣợng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc, khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút và khi thể tích của buồng giảm, bơm đẩy dầu ra thực hiện chu kỳ nén.

Tuỳ thuộc vào lƣợng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc, ta có

thể phân ra hai loại bơm thể tích:

+/ Bơm có lƣu lƣợng cố định, gọi tắt là bơm cố định.

+/ Bơm có lƣu lƣợng có thể điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh.

Những thông số cơ bản của bơm là lƣu lƣợng và áp suất. Áp suất p để tạo ra một lực nâng xác định. Lƣu lƣợng để tạo ra sự chuyển động nâng với vận tốc xác định.

 Các loại bơm : a. B m

Hình 7.5. Cấu tạo bơm bánh răng.

Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn giản dễ chế tạo. Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu sử dụng ở những hệ thống có công suất nhỏ trên các máy khoan, bào, phay…Phạm vi áp suất từ 10 đến 200 bar.

Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là sự thay đổi thể tích: khi thể tích của buồng hút (A) tăng, bơm dầu hút, thực hiện chu kỳ hút; và khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra buồng (B), thực hiện chu kỳ nén. Nếu trên đƣờng đi của dầu ta đặt một vật cản thì dầu sẽ bị chặn lại tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm.

b. B m q

Hình 7.6. Cấu tạo bơm cánh quạt.

Bơm cánh gạt đƣợc dùng rộng rãi hơn bơm bánh răng do ổn định về lƣu

lƣợng, hiệu suất thể tích cao hơn.

Lƣu lƣợng bơm có thể thay đổi bằng cách thay đổi độ lệch tâm.

c. B m í :

Bơm pít tông có khả năng làm kín tốt hơn so với bơm cánh gạt và bánh răng, bởi vậy bơm pít tông đƣợc sử dụng rộng rãi trong hệ thống thủy lực làm việc ở áp suất cao nhƣ ở máy xúc, máy nén. Phụ thuộc vào vị trí của pít tông đối với rôto, có thể phân biệt chúng thành bơm hƣớng kính và hƣớng trục.

- ơm hướng kính :

Bơm dầu pít tông hƣớng kính có các pít tông chuyển động hƣớng tâm vối

trục quay của rôto. Tùy thuộc vào số pít tông ta có lƣu lƣợng khác nhau

Hình 7.7. Cấu tạo bơm hướng kính.

- ơm hướng trục:

Bơm pít tông hƣớng trục là loại bơm có các pít tông đặt song song với trục rôto và đƣợc truyền bằng khớp nối với trục quay của động cơ điện. Bơm pít

tông hƣớng trục có ƣu điểm là kích thƣớc nhỏ gọn và hầu hết đều chỉnh lƣu đƣợc nhờ điều chỉnh góc nghiên của kết cấu đĩa nghiên ở trong bơm.

Hình 7.8. Cấu tạo bơm hướng trục.

2.5.2. Đông cơ dầu:

Là thiết bị dùng để biến năng lƣợng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ. Quá trình biến đổi năng lƣợng là dầu có áp suất đƣợc đƣa vào buồng công tác của động cơ. Dƣới tác dụng của áp suất, các phần tử của động cơ quay.

Những thông số cơ bản của động cơ dầu là lƣu lƣợng của 1 vòng quay và

hiệu áp suất ở đƣờng vào và đƣờng ra.

2.6. BỂ DẦU.

2.6.1. Nhiệm vụ :

- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín ( cấp và nhận dầu

chảy về).

- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc. - Lắng đọng các chất cặn bả, dơ bẩn trong quá trình làm việc. - Tách nƣớc.

2.6.2. Chọn kích thƣớc bể dầu :

Đối với bể dầu di động, thể tích đƣợc chọn nhƣ sau:

V = 1,5.qv

Đối với loại bể dầu cố định, thể tích bể dầu đƣợc chọn nhƣ sau:

V = (3,0 – 5,0).qv

Trong đó: V [lít] ; qv [lít/phút] 2.6.3. Kết cấu của bể dầu :

Hình 7.9. Kết cấu bể dầu.

2.7. BỘ LỌC.

Trong hệ thống điều khiển thủy lực, việc xử lý dầu thƣờng dùng đến bộ

lọc dầu.

Hình dƣới là các bộ lọc với các kích thƣớc và chủng loại khác nhau. Trong quá trình làm việc không tránh khỏi dầu bị bẩn do các chất bẩn đƣợc tạo ra từ bên ngoài hay bản thân của nó. Những chất bẩn này đã gây ra hiện tƣợng kẹt các khe hở, các tiết diện dòng chảy làm ảnh hƣởng rất lớn đến sự ổn định hoạt động của hệ thống và hƣ hỏng. Do đó trong hệ thống dầu ép ta thƣờng gắn các bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu, phần tử dầu ép.

Bộ lọc dầu thƣờng đặt ở ống hút của bơm dầu. Trƣờng hợp cần dầu sạch hơn, đặt thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm, và một ở ống xả của hệ thống dầu ép.

Lƣu lƣợng chảy qua bộ lọc dầu, ta dùng công thức tính lƣu lƣợng qua lƣới lọc:

 Một số cách lắp bộ lọc dầu trong hệ thống:

Tùy theo yêu cầu chất lƣợng của dầu trong hệ thống điều khiển, mà ta có

thể lắp các bộ lọc dầu ở các vị trí khác nhau.

2.8. BÌNH TRÍCH CHỨA.

2.8.1. Nhiệm vụ:

Bình trích chứa là cơ cấu dùng trong các hệ truyền dẫn thủy lực để điều hòa năng lƣợng thông qua áp suất và lƣu lƣợng của chất lỏng làm việc. Bình trích chứa làm việc theo hai quá trình: tích năng lƣợng vào và cấp năng lƣợng ra.

2.8.2. Phân loại:

Theo nguyên lý tạo ra tải, bình trích chứa thủy lực ñƣợc chia thành ba loại,

thể hiện ở hình

Hình 7.10. Các loại bình trích chứa thủy lực

a. Bình trích chứa trọng vật;

b. Bình trích chứa lò xo;

c. Bình trích chứa thủy khí;

d. Ký hiệu.

 í ụ ứ ụ

CÂU HỎI ÔN TẬP.

Câu 1: Trình bày ứng dụng của hệ thống khí nén trong công nghiệp.

Câu 2: Trình bày những ƣu điểm và nhƣợc điểm của hệ thống khí nén.

Câu 3: Trình bày cấu trúc của hệ thống điều khiển khí nén.

Câu 4: Trình bày đặc điểm của máy nén khí.

Câu 5: Trình bày nhiệm vụ của các phần tử trong máy nén khí kiểu piston.

Câu 6: Tại sao phải xử lý khí nén? Nêu các phƣơng pháp xử lý khí nén.

Câu 7: Trình bày đặc điểm của các xy lanh khí nén.

BÀI 2

CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC KHÍ NÉN

1. VAN ĐẢO CHIỀU:

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lƣợng bằng cách đóng,

mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hƣớng của dòng năng lƣợng.

1.1. Nguyên lí hoạt động:

Nguyên lí hoạt động của van đảo chiều (hình 2.1) khi chƣa 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, ví dụ tác động bằng khí nén, nồng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa 1 nối với cửa 2 và cửa 3 bị chặn.

Hình 2.1. Nguyên lí hoạt động của van đ o chiều

1.2. Kí hiệu van đảo chiều:

Chuyển đổi vị trí của nòng van đƣợc biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau

với các chữ cái o, a, b, c… hay các số 0, 1, 2… (hình 3.3)

a O b a b

Hình 2.2. Kí hiệu chuyển đổi vị trí của n ng van

Vị trí “không” đƣợc kí hiệu là vị trí, mà khi van chƣa có tác động của tín hiệu ngoài vào. Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, kí hiệu “o” là vị trí “không”.đối với van có 2 vị trí, thì vị trí “không” có thể là “b”, thông thƣờng vị trí bên phải “b” là vị trí “không”.

Cửa nối van ký hiệu nhƣ sau: Kí hiệu theo ISO 5599 Kí hiệu theo

ISO1219

Cửa nối với nguồn( từ bộ lọc khí) 1 p

Cửa nối làmviệc 2,4,6… A,B,C…

Cửa xả khí 3,5,7.. R,S,T…

Cửa nối tín hiệu điều khiển 12,14… X,Y…

Trƣờng hợp cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn đƣợc biểu diển ở hình 3.4a, cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn đƣợc biểu diễn ở hình 3.4b.

Bên trong ô vuông của m i vị trí là các đƣờng thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hƣớng chuyển động của dòng qua van. Trƣờng hợp dòng bị chặn đƣợc biểu diễn bằng dấu gạch ngang (hình 3.5).

Hình 2.3. Kí hiệu cửa x khí 4 (B) 2 (A)

Cöûa noái ñieàu khieån 14 (Z) Cöûa 1 noái vôùi cöûa

4 12 (Y) Cöûa noái ñieàu khieån Cöûa 1 noái vôùi cöûa 2

3 (R) Cöûa xaû khí khoâng coù moái noái cho oáng daãn 5 (S) 1 (P) Cöûa xaû khí coù moái noái cho oáng daãn

Hình 2.4. Kí hiệu các cửa nối của van đ o chiều.

Kí hiệu và tên gọi van đảo chiều xem hình 2.5. Ví dụ hình 2.5a là van

đảo chiều 3 cửa, 2 vị trí. Hình 2.5b là van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí.

Hình 2.5. Kí hiệu và tên gọi van đ o chiều

Cách gọi tên và ký hiệu một số van đảo chiều đƣợc giới thiệu ở hình

Van ñaûo chieàu 2/2

Van ñaûo chieàu 4/2

Van ñaûo chieàu 5/2

2.6.

Hình 2.6. Các loại van đ o chiều

1.3. Tín hiệu tác động:

Nếu kí hiệu lò xo nằm ngay phía bên phải của kí hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đó có vị trí “không”, vị trí đó là ô vuông phía bên phải của kí hiệu van đảo chiều và đƣợc kí hiệu “0”. Điều đó có nghĩa là chừng nào có tác động vào nòng van thì lò xo tác động giữ vị trí đó. Tác động phía đối diện của van, ví dụ: tín hiệu tác động bằng cơ, bằng khí nén hay bằng điện giữ ô vuông phía bên trái của van và đƣợc kí hiệu “1”. Trên hình 2.7 là sơ đồ biểu diễn các loại tín hiệu tác động lên nòng van đảo chiều.

a. Tác động bằng tay:

b. Tác động bằng cơ, khí nén và điện:

Hình 2.7. Tín hiệu tác động

1.4. Van đảo chiều vị trí “không”:

Kí hiệu

Hình 2.8. an đ o chiều 2/2

Van đảo chiều có vị trí “không” là loại van có tác động bằng cơ- lò xo lên nòng van và kí hiệu lò xo nằm ngay vị trí bên cạnh ô vuông phía bên phải của kí hiệu van. Tác động lên phía đối diện nòng van (ô vuông phía bên trái kí hiệu của van) là tín hiệu tác động bằng cơ, bằng khí nén hay bằng điện. Chừng nào chƣa có tác động lên phía bên trái nòng van , thì các cửa nối của van trong lúc lắp ráp mạch khí nén tƣơng ứng vị trị ô vuông nằm bên phải, quy tắc này có giá trị cho loại van đảo chiều 2 vị trí. Loại van có 3 vị trí thì vị trí “không”nằm ô vuông ở giữa.

 an đ o chiều 2/2 , tác động cơ học đầu dò (hình 3.9). van có 2 cửa P và R, 2 vị trí 0 và1. vị trí 0 cửa P và R bị chặn. Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí 0 van sẽ đƣợc chuyển đổi sang vị trí 1, nhƣ vậy cửa P và R sẽ nối với nhau. Khi đầu dò không còn tác động nữa, thì van sẽ quay về vị trí ban đầu, vị trí “không” bằng lực nén lò xo.

 ảo 3/2, tác động cơ học- đầu dò (hình 2.9):

Hình 2.9. an đ o chiều 3/2 (hãng Festo)

Van có 3 cửa P, A và R, có 2 vị trí 0 và 1. vị trí 0 cửa P bị chắn, cửa A nối với cửa R. Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí 0 van sẽ đƣợc chuyển đổi sang vị trí 1, nhƣ vậy cửa P và A nối với nhau, cửa R bị chặn. Khi đầu dò không còn tác động nữa. Thì van sẽ quay về vị trí ban đầu, vị trí “không” bằng lực nén lò xo.

 ảo 3/2, tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ

(hình 3.16)

Hình 2.10. Ký hiệu van đ o chiều 3/2, tc động bằng nam châm điện qua van phụ tr

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 hứớng 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 vỡ khí nén ở phần trên

pittông phụ sẽ theo cửa Z thoát ra ngòai.

 ảo 4/2, tác động bằng tay- bàn đạp, trình bày ở hình

2.11.

Hình 2.11. an đ o chiều 4/2

 Van ảo 4/2, tác động bằng tay- nút nhấn

Hình 2.11a. an đ o chiều 4/2

Ký hiệu: P - cửa nối bơm;

T - cửa nối ống xả về thùng dầu;

A, B - cửa nối với cơ cấu điều khiển hay cơ cấu chấp hành;

 ảo 4/2, tác động trực tiếp bằng nam châm điện (hình 2.12): tại vị trí “không” cửa P nối với cửa B, cửa A nối với R. khi dòng điện vào cuộn dây, nòng pittông bị kéo lên, van sẽ chuyển sang vị trí 1, lúc này cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa R.

L - cửa nối ống dầu thừa về thùng.

Hình 2.12. Van đ o chiều 4/2, tác động trực tiếp bằng nam châm điện (hãng Herion)

Hình 2.13 mô tả van 4/2 tác động mặc định là lực đẩy lò xo và tín hiệu tác

động phía còn lại là cuộn coil điện và có cả nút nhấn phụ.

Hình 2.13. Van 4/2, 1 side (coil) an đ o chiều 4/3

Hình 2.13 mô tả van 4/3 có vị trí trung gian nằm ở giữa do sự cân bằng lực căn lò xo ở hai vị trí trái và vị trí phải của van. Sự di chuyển vị trí con trƣợt (píttông) sang trái hoặc sang phải bằng tín hiệu tác động bằng điện vào hai cuộn solenoid hoặc có thể là nút nhấn phụ ở hai đầu. Ở vị trí trung gian năng lƣợng vào cửa P bị chặn lại, cửa A, cửa B bị đóng nên xilanh cơ cấu chấp hành không di chuyển. Hình 2.14 - an đ o chiều 4/3 tác động hai đầu

Khi tác động tín hiệu điện vào solenoid phải, píttông(1) di chuyển sang trái, cửa P thông với cửa A, cửa P thông với cửa T. Ngƣợc lại tác động tín hiệu điện vào solenoid trái, píttông(1) di chuyển sang phải, cửa P thông với cửa B, cửa A thông với cửa T.

Hình 2.15 mô tả van 4/3 có vị trí trung gian an toàn. Vị trí trung gian cửa P

bị đóng, cửa làm việc A, B thông với cửa T.

 ảo 5/2, tác động bằng cơ – đầu dò (hình 2.16): tại vị trí “không” cửa P nối với cửa B, cửa A nối với R và cửa S bị chặn. Khi đầu dò tác động (bị đè xuống) 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

Hình 2.15. an 4/3 vị trí trung gian an tòan

Hình 2.16. an đ o chiều 5/2 (hãng Herion)

 ảo 5/2, tác động bằng khí nén (hình 2.17):tai vị trí “không” cửa P nối với cửa A, cửa B nối với R và cửa S bị chặn. Khi dòng khí nén Z tác động vào, nòng pittông bị đẩy xuống, 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.

Hình 2.17. an đ o chiều 5/2, tác động bằng khí nén (hãng Herion)

1.5. Van đảo chiều không có vị trí “không”

Van đảo chiều không có vị trí “không” là loại van, 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 chƣa có tác động lên phía đối diện nòng van. Vị trí tác động đƣợc kí hiệu a,b,c…

Tác động lên nòng van có thể là:

- Tác động bằng tay, bàn đạp

- Tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ hai phía

nòng van.

- Tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén đi

qua van phụ trợ.

Loại van đảo chiều chịu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ hai phía nòng van hay tác động trực tiếp bằng điện từ hoặc gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua van phụ trợ đƣợc gọi là van đ o chiều xung, bởi vì vị trí của van đƣợc thay đổi khi có tín hiệu xung tác động lên nòng van.

 ượ ảo 3/2, tác động bằng tay đƣợc mô tả ở hình 2.18.

a b

Kí hiệ u a b

Khi dịch chuyển ống lót sang vị trí a, thì cửa P nối với cửa A và cửa R bị chặn. Khi dịch chuyển ống lót sang vị trí b, thì cửa A nối với cửa R và cửa P bị chặn.

Hình 2.18. an trư t đ o chiều 3/2

 ảo x 4/2 tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra t hai phía n ng van (hình 2.19): hai phía nòng van đƣợc khoan l có đƣờng kính  1 mm và thông với cửa P. Khi có áp suất ở cửa P, dòng khí nén điều khiển sẽ vào cả hai phía đối diện nòng van qua l và nòng van ở vị trí cân bằng. Khi cửa X đƣợc cửa xả khí, nòng van sẽ dịch chuyển sang vị trí b, cửa P nối với cửa A và cửa B nối với cửa R. khi cửa X ngừng xả khí, thì vị trí của nòng van vẫn nằm ở vị trí b, chừng nào chƣa có tín hiệu xả khí ở cửa nối Y.

Hình 2.19. an đ o chiều 4/2 (hãng Festo)

 ảo x 5/2, tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra t 2 phía n ng van ( hình 2.20): nguyên tắc hoạt động cũng tƣơng tự giống van đảo chiều xung 4/2, tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía nòng van

 ảo x 4/2, tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào 2 phía nòng van (hình 2.21): khi có tác động tín hiệu xung X, nòng van dịch chuyển sang phía phải, kí hiệu vị trí b, cho đến chừng nào chƣa có tác động tín hiệu xung Y.

Hình 2.21 an đ o chiều 5/2 (hãng Drumag)

 ảo x 5/2, tác động bằng dòng khí nén vào với đư ng kính 2 đầu n ng van khác nhau (hình 2.22): khi có tín hiệu xung Y tác động vào phía phải nòng van, kí hiệu vị trí b, cửa P nối với cửa B và cửa A nối với cửa R, cửa S bị chặn. Khi tín hiệu xung Y mất đi, vị trí của van vẫn là vị trí b. khi có tín hiệu xung X tác động vào phía trái nòng van, kí hiệu vị trí a, cửa P nối với cửa A và cửa B nối với cửa S, cửa R bị chặn. Nhƣ vậy vị trí chuyển đổi của van thực hiện

đƣợc, khi một trong hai tín hiệu tác động xung mất đi. Tuy nhiên khả năng chuyển đổi từ vị trí b sang vị trí a vẫn thực hiện đƣợc, khi tín hiệu cả hai tác động xung Y và X cùng đồng thời, bởi vì lực tác động lên phía trái nòng van lớn hơn lực tác động lên phía phải nòng van.

.

Hình 2.22 an đ o chiều 5/2 (hãng osch)

 ảo x 3/2, tác động bằng nam châm điện qua van phụ

tr , xem hình 2.23.

Hình 2.23 an đ o chiều xung 3/2

 ảo x 4/2, tác động bằng nam châm điện qua van phụ

tr , xem hình 2.24

Hình 2.24 an đ o chiều xung 4/2

 ảo x 5/2, tác động bằng nam châm điện qua van phụ

tr , xem hình 2.25

Hình 2.25 an đ o chiều xung 5/2

2. VAN CHẮN:

Van chắn là loại van chỉ cho lƣu lƣợng khí nén đi qua một chiều, chiều ngƣợc lại bị chặn. Áp suất dòng chảy tác động lên bộ phận chặn của van và nhƣ vậy van đƣợc đóng lại. Van chắn gồm các loại sau:

- Van một chiều.

- Van logic OR.

- Van logic AND.

- Van xả khí nhanh.

2.1.Van một chiều:

Kí hiệ u

Hình 2.26 an một chiều

Van một chiều có tác dụng chỉ cho lƣu lƣợng khí nén đi qua một chiều, chiều ngƣợc lại bị chặn. Nguyên lý hoạt động và kí hiệu van một chiều (hình 2.26): dòng khí nén đi từ A qua B, chiều từ B qua A dòng khí nén bị chặn.

2.2. Van logic OR:

Nguyên lý hoạt động và kí hiệu van logic OR ( hình 2.27): khi có dòng khí nén đi qua cửa P1, sẽ đẩy pittông trụ của van sang vị trí bên phải, chắn cửa P2 , nhƣ vậy cửa P1 nối với cửa A. hoặc là khi có dòng khí nén qua cửa P2 , sẽ đẩy pittông trụ của van sang vị trí bên trái, chắn cửa P 1, nhƣ vậy cửa P2 nối với cửa A. Nhƣ vậy van logic OR có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển.

Kí hiệu

Hình 2.27 Van logic OR

2.3. Van logic AND :

Nguyên lý hoạt động và kí hiệu van logic AND ( hình 2.28): khi có dòng khí nén qua cửa P1, sẽ đẩy pittông trụ của van sang vị trí bên phải, nhƣ vậy cửa P1 bị chặn. Hoặc là khi có dòng khí nén qua cửa P 2, sẽ đẩy pittông trụ của van sang vị trí bên trái, cửa P2 bị chặn. Nếu dòng khí nén đồng thời đi qua cửa P1 và P2, cửa A sẽ nhận tín hiệu, tức là khí nén sẽ đi qua cửa A. Nhƣ vậy van logic AND có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển cùng một lúc ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển.

P1 P2

Hình 2.28 Van logic AND

2.4. Van xả khí nhanh :

Khi dòng khí nén đi qua cửa P, sẽ đẩy pittông trụ sang phải, chắn cửa R, nhƣ vậy cửa P nối với cửa A. trƣờng hợp ngƣợc lại, khi dòng khí nén đi từ A, sẽ đẩy pittông trụ sang trái, chắn cửa P và nhƣ vậy cửa A nối với cửa R( hình 2.29).

xả í thƣờng lắp ở gần cơ cấu chấp hành, ví dụ: pittông, có

nhiệm vụ xả khí nhanh ra ngoài.

Hình 2.29 an x khí nhanh

2.5. VAN TIẾT LƢU:

an tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lƣu lƣợng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốc ho c th i gian chạy của cơ cấu chấp hành. Phần tính toán đƣợc trình bày trong chương I. Ngoài ra van tiết lưu cũng có nhiệm vụ điều chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí của van đảo chiều( xem tiếp những phần sau).

2.5.1.Van tiết lƣu có diện tích thay đổi:

Lƣu lƣợng dòng chảy qua khe hở của van có tiết diện không thay đổi,

đƣợc ký hiệu nhƣ trên hình 2.30.

Hình 2.30 Ký hiệu van tiết lưu có tiết diện không thay đổi

ế ư ó ế ệ y ổ điều chỉnh đƣợc lƣu lƣợng dòng qua van. Hình 2.31 là nguyên lý hoạt động và ký hiệu của van tiết lƣu có tiết diện thay đổi tiết lƣu đƣợc cả 2 chiều, dòng khí nén đi từ A qua B và ngƣợc lại. Tiết diện Ax thay đổi bằng vít điều chỉnh.ccv

Hình 2.31 Ký hiệu van tiết lưu có tiết diện thay đổi

Van tiết lƣu lắp trực tiếp trên cửa S và R của van đảo chiều, để điều chỉnh vận tốc ở đƣờng ra của cơ cấu chấp hành, ví dụ vận tốc của pittông, khí nén xả trực tiếp ra không khí.

2.5.2. Van tiết lƣu một chiều điều chỉnh bằng tay:

Lò xo

Mà ng chắ n

Hình 2.32 an tiết lưu một chiều (hãng Bosch)

Nguyên lý hoạt động và ký hiệu của van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay (hình 2.32):tiết diện chảy Ax thay đổi bằng điều chỉnh vít điều chỉnh bằng tay. Khi dòng khí nén từ A qua B, lò xo đẩy màng chắn xuống và dòng khí nén chỉ đi qua tiết diện Ax. Khi dòng khí nén đi từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lò xo, đẩy màng chắn lên và nhƣ vậy dòng khí nén sẽ đi qua khoảng hở giữa màng chắn và mặt tựa màng chắn, lƣu lƣợng không đƣợc điều chỉnh.

2.5.3. Van tiết lƣu một chiều điều chỉnh bằng cử chặn:

Vận tốc của xilanh trong quá trình chuyển động với những hành trình khác nhau tƣơng ứng vận tốc khác nhau, thƣờng chọn van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ ch n (hình 2.33). Nguyên lý hoạt động của van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ ch n cũng tƣơng tự nhƣ van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay. Khi điều chỉnh vít điều chỉnh cữ ch n, tức là điều chỉnh đƣợc tiết diện chảy Ax.

Hình 2.33 an tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng cữ ch n (hng Festo)

2.6. VAN ÁP SUẤT:

2.6.1. Van an toàn:

Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải. Khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống, thì dòng áp suất khí nén sẽ thắng lực lò xo, và nhƣ vậy khí nén sẽ theo cửa R ra ngoài không khí (hình 2.34).

2.6.2. Van tràn:

Nguyên tắc hoạt động của van tràn hoạt động tƣơng tự nhƣ van an toàn. Nhƣng chỉ khác ở chổ là khi áp suất ở cửa P đạt đƣợc giá trị xác định, thì cửa P sẽ nối với cửa A, nối với hệ thống điều khiển. Ký hiệu nhƣ trên hình 2.35.

Hình 2.35 Kí hiệu van tràn

2.6.3. Van điều chỉnh áp suất( van giảm áp):

Van điều chỉnh áp suất có công dụng giữ cho áp suất không đổi ngay cả khi có sự thay đổi bất thƣờng của tải trọng làm việc ở phía đƣờng ra hoặc sự dao động của áp suất đƣờng vào van. Nguyên tắc hoạt động của van điều chỉnh áp suất nhƣ sau (Hình 3.30): khi điều chỉnh trục vít, tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van, trong trƣờng hợp áp suất của đƣờng ra tăng lên so với áp suất đƣợc điều chỉnh, khí nén sẽ qua l thông tác.

2.7. RƠLE ÁP SUẤT:

Rơle áp suất có nhiệm vụ đóng mở công tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vƣợt quá mức yêu cầu. Trong hệ thống điều khiển điện – khí nén, rơle áp suất có thể coi nhƣ là phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén – điện. Công tắc điện đóng, mở tƣơng ứng với những giá trị áp suất khác nhau có thể điều chỉnh bằng vít.

Hình 2.36: Rơle áp suất.

Ví dụ: Mạch điều khiển với rơle áp lực

2.8. VAN ĐIỀU CHỈNH THỜI GIAN:

2.8.1. Rơle thời gian đóng chậm:

Rơle thời gian đóng chậm gồm cụm các phần tử: van tiết lƣu một chiều điều chỉnh bằng tay, bình trích chứa, van đảo chiều 3/2 ở vị trí “không” cửa P bị chặn.

Hình 2.37. Rơle th i gian đóng chậm

Nguyên lý hoạt động:

Nguồn khí nén cung cấp cho van qua cửa 1 (P). Dòng khí điều khiển qua cửa vào 12 (Z) đi qua van tiết lƣu một chiều, tùy theo sự điều chỉnh của vít tiết lƣu mà sẽ làm tăng thêm hay giảm bớt một lƣợng khí vào trong bình chứa nhỏ. Khi áp suất điều khiển trong bình chứa đạt đủ độ lớn cần thiết nó sẽ tác động đẩy con trƣợt đi xuống làm đóng kín sự liên thông từ 2 (A) đến 3 (R). Lúc này bề mặt tựa của van đƣợc mở ra và khí nén có thể đi từ 1 (P) sang 1 (A). Khoảng thời gian cần để thiết lập áp suất trong bình chứa có tác dụng làm chậm trễ sự điều khiển của van phân phối 3/2. Bộ làm trễ bắt đầu lại ở vị trí ban đầu khi cửa điều khiển 12 (Z) trở thành cửa thoát khí, khí nén sẽ đƣợc thoát từ bình chứa một cách tự do qua van tiết lƣu một chiều và đƣờng thoát của van 3/2 lại có tín hiệu. Lực lò xo sẽ đẩy con trƣợt đi lên đóng kín cửa 1 (P), nối 2 (A) với 3 (R).

2.8.2. Rơle thời gian ngắt chậm:

Rơle thời gian đóng chậm, về nguyên lý, cấu tạo cũng tƣơng tự nhƣ rơle

thời gian đóng chậm, nhƣng van một chiều có chiều ngƣợc lại.

Hình 2.38. Rơle th i gian ng t chậm.

Loại đóng trễ

Loại ngắt trễ

Loại thu ngắn tín hiệu

Loại kéo dài tín hiệu

3. Nút nhấn :

Hình 4.1. Nút nhấn thư ng mở.

 Khi tác động vào cơ cấu tác động (nút nhấn bằng tay), lúc này lò xo sẽ bị nén lại làm cho phần tử chuyển mạch và tiếp điểm tiếp xúc với nhau cho phép dòng điện đi qua 3-4. Khi thả tay ra, l xo giãn ra trở về trạng thái ban đầu, lúc này phần tử chuyển mạch và tiếp điểm hở ra, ngắt điện giữa hai điểm 3-4.

Hình 4.2. Nút nhấn thư ng đóng.

 Cấu tạo của nút nhấn thƣờng đóng có phần tử chuyển mạch cố định, còn tiếp điểm đƣợc gắn chặt với trục của cơ cấu tác động, tiếp điểm sẽ di chuyển lên xuống khi nút nhấn bị tác động.

 Khi tác động vào nút nhấn, lò xo bị nén lại kéo theo phần tử chuyển mạch, lúc này làm cho tiếp điểm thƣờng đóng hở ra, còn tiếp điểm thƣờng hở đóng lại. Khi thả tay ra, các tiếp điểm này trở về trạng thái ban đầu nhƣ hình biểu diễn.

Hình 4.3. Nút nhấn chuyển mạch.

3.1.1. Công tắc :

- Khi chƣa tác động vào công tắc. Tiếp điểm 3-4 hở ra. - Khi tác động vào công tắc, tiếp điểm 3-4 đóng lại, dẫn điện đi qua. Khi thả tay ra, tiếp điểm vẫn giữ ở trạng thái này. Tác động vào công tắc lần nữa, tiếp điểm 3-4 mới hở ra nhƣ trạng thái ban đầu

Hình 4.4. Công t c.

3.1.2. Công tắc hành trình :

- Công tắc hành trình có rất nhiều loại và kích thƣớc khác nhau, loại nhỏ đƣợc sử dụng trong các thiết bị nhỏ và dụng cụ đo, loại lớn đƣợc sử dụng trong công nghiệp nặng.

- Trong nhiều ứng dụng tự động thì công tắc hành trình là khâu yếu nhất trong hệ thống, gần 90 các l i gây ra do công tắc hành trình hay cảm biến.

- Cảm biến thì luôn đƣợc đặt tại nơi diễn ra quá trình điều khiển - nơi có độ ẩm cao, nhiệt độ cao, dao động, lực tác động lớn, còn công tắc hành trình chịu sự tác động trực tiếp của lực làm cho sai số và là cơ cấu tác động cơ nên hạn chế số lần tác dụng.

- Công tắc hành trình bao gồm các tiếp điểm bằng điện tác động bằng cơ khí, các tiếp điểm này mở hay đóng khi các xy lanh đạt tới vị trí nào đó (giới hạn), và tác động lên công tắc.

Hình 4.5. Công t c hành trình.

 Có một số dạng thƣờng sử dụng nhƣ sau:

- Dạng chốt/ bản lề ngắn/bản lề/bản lề dài

- Dạng bản lề giả con lăn/dạng ngắn/

Công tắc hành trình điện cơ:

dạng dài.

Hình 4.6. Công t c hành trình điện cơ.

 Tiếp điểm của cảm biến chia ra làm 2 loại: thƣờng đóng (Normal Closed – NC) và thƣờng mở (Normal Open – NO). Công tắc hành trình thƣờng có cả 2 loại tiếp điểm NO và NC nhƣng với một cực chung. Khi có tín hiệu tác động thì sẽ chuyển đổi trạng thái của 2 tiếp điểm này: tiếp điểm thƣờng hở đóng lại và tiếp điểm thƣờng đóng hở ra.

Ví dụ về nguyên tắc tác động theo hành trình của công tắc hành trình

điện cơ:

Hình dƣới trình bày một hệ thống với một xilanh kép điều khiển bằng điện

– khí nén. Mạch sử dụng hai công tắc hành trình điện- cơ ( 1S1 và 1S2);

Công tắc hành trình nam châm:

Hình 4.7. Công t c hành trình nam châm.

- Hai lò xo lá còn gọi là lƣỡi gà đƣợc gắn trong một ống nhỏ. Với 2 đầu của

2 lá này xếp chồng lên nhau và gần chạm.

- Khi từ trƣờng đi qua ống, lƣỡi gà có hai cực đối nghịch nhau tiếp xúc lại

với nhau, công tắc lƣỡi gà tác động không cần tiếp xúc vật lý.

- Công tắc lƣỡi gà đƣợc điền đầy khí vào trong ống chứa để hạn chế mài mòn và bụi. Các lƣỡi gà chồng lên nhau thƣờng là dạng phẳng để giảm điện trở tiếp xúc. Vì vậy công tắc lƣỡi gà có thời gian hoạt động dài khoảng 100 triệu lần làm việc.

 Trong hệ thống khí nén, các công tắc lƣỡi gà thƣờng đƣợc gắn trên vỏ xy lanh có t để làm công tắc hành trình cho việc điều khiển hệ thống khí nén. Khi pittông di chuyển ngang qua công tắc lƣỡi gà thì sẽ đóng tiếp điểm lại và cho dòng điện đi qua.

Ví dụ dƣới mô tả cách biểu diễn công tắc hành trình từ tiệm cận trên ký hiệu của xilanh ( 1B1; 1B2) và cách nối công tắc trong mạch điện điều khiển hệ thống. Các rơ le điện từ KB1, KB2 đóng vai trò trung gian mang thông tin về trạng thái của công tắc 1B1, 1B2 tƣơng ứng.

4. Cảm biến :

Hình 4.8. Ký hiệu c m biến.

 Cảm biến quang:

Để điều khiển chuyển động của các xy lanh khí nén hay các loại cơ cấu chấp hành khác cần có sự phát hiện sự dịch chuyển, hay nói cách khác là có sự thay đổi về vị trí hoặc thay đổi các thông số của quá trình trong hệ thống điều khiển. Trong phần này, chúng ta đề cập chủ yếu đến các loại cảm biến phát hiện hai trạng thái ON - OFF.

Phư y ự ế

Vật cần phát hiện sẽ đi qua giữa bộ phát và bộ thu, hai bộ này đặt đối diện

nhau. Phải đặt 2 bộ này thẳng hàng với nhau một cách chính xác.

Khi vật đi ngang qua tia sáng sẽ bị ngắt.

Hình 4.9. C m biến quang theo phương pháp truyền trực tiếp.

ư y ả x

Tia sáng này phải đi một quãng đƣờng gấp đôi nên tổn thất phản xạ khoảng

10 – 30 so với phƣơng pháp truyền trực tiếp.

Mặt phản xạ đƣợc chế tạo đặc biệt làm bằng nhựa với bề mặt tạo bởi các nhấp nhô hình cầu hay hình kim tự tháp để phản xạ tia sáng phát ra từ bộ phát quay về bộ thu với một góc tới.

Hình 1.10. C m biến quang theo phương pháp truyền ph n xạ.

ư y ả ế

Tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp truyền phản xạ nhƣng không có mặt phản xạ.

Phƣơng pháp này sử dụng cho các vật có bề mặt nh n phẳng.

Hình 4.11. C m biến quang theo phương pháp truyền ph n chiếu.

 Cảm biến siêu âm:

 Cảm biến siêu âm tƣơng tự nhƣ cảm biến quang ngoại trừ tia phát ra

không là tia sáng mà là sóng âm thanh

 Cảm biến siêu âm gồm hai bộ phận: phát siêu âm (ultrasonic emitter),

thu siêu âm (ultrasonic receiver).

 Bộ phát siêu âm có tần số nằm trong khoảng 65kHz và 400kHz tùy theo chủng loại; sóng phản hồi có bƣớc sóng trong khoảng 14Hz đến 140Hz tùy theo mức độ phản xạ của đối tƣợng.

Hình 4.12. C m biến siêu âm.

 Cảm biến điện dung:

 Cảm biến điện dung chứa một bộ tạo dao động RC. Khi vật đi ngang qua sẽ thay đổi giá trị điện dung khiến cho mạch kích hoạt công tắc bán dẫn. Cảm biến này có thể phát hiện vật trong khoảng cách từ 5 đến 40mm phụ thuộc vào thiết kế cảm biến và vật liệu của vật phát hiện.

 Cảm biến điện dung sử dụng vật thể cần phát hiện như một b n cực của tụ điện. Khi vật thể di chuyển đến càng gần cảm biến thì dung lƣợng của tụ càng cao

Hình 4.12. C m biến điện dung.

Ƣu điểm chính của cảm biến điện dung là có thể phát hiện vật thể cả bằng

kim loại và phi kim.

5. Bộ chuyển đổi tín hiệu khí nén- tín hiệu điện:

Hình 4.13. ộ chuyển đổi tín hiệu khí nén-tín hiệu điện.

Khi áp suất khí nén vào cửa 14 vƣợt giá trị đặt, bộ tiếp điểm chuyển mạch chuyển trạng thái mạch điện. Mạch ứng dụng, tiếp điểm của bộ chuyển đổi này đƣợc gửi vào mạch điện nhƣ hình vẽ.

6. Rơle điều khiển:

Nguyên lý hoạt động của rơle điều khiển nhƣ sau: Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực từ trƣờng sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm.

Có hai loại: tiếp điểm thƣờng hở và tiếp điểm thƣờng đóng. Khi rơle có điện, các tiếp điểm thƣờng hở đóng lại, các tiếp điểm thƣờng đóng hở ra. Khi rơle mất điện, trạng thái của các tiếp điểm này trở về nhƣ ban đầu.

Hình 4.14. Rơ le điều khiển.

6.1.1. Rơle thời gian đóng chậm:

Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian đóng chậm tƣơng tự nhƣ rơle tác động muộn của phần tử khí nén, diod tƣơng đƣơng nhƣ van một chiều, tụ điện nhƣ bình trích chứa, biến trở R1 nhƣ van tiết lƣu. Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt.

Hình 4.15. Nguyên lý Rơ le th i gian đóng chậm.

6.1.2. Rơle thời gian nhả chậm:

Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian nhả chậm tƣơng tự nhƣ rơle thời gian nhả muộn của phần tử khí nén, diod tƣơng đƣơng nhƣ van một chiều, tụ điện nhƣ bình trích chứa, biến trở R1 nhƣ van tiết lƣu. Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt.

Hình 4.14. Nguyên lý Rơ le th i gian nh chậm.

7. Van điện từ:

 an điện t (van solenoid): khi cuộn dây soleloid có điện thì sẽ tác động

cho van đảo vị trí làm việc.

Gi i thích: Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây kim loại thì sẽ sinh ra từ trƣờng trong cuộn dây đó. Độ mạnh của từ trƣờng tỷ lệ với cƣờng độ dòng điện. Từ trƣờng hút sắt, niken và coban. Từ trƣờng càng mạnh thì lực hút càng mạnh.

 Kết luận: cuộn dây kim loại chính là một nam châm điện, khi cuộn dây kim loại có điện, nó sẽ hoạt động giống nhƣ một nam châm, có khả năng hút sắt, niken và coban.

Các phần tử điều khiển trong hệ thống điều khiển điện – khí nén là các van đ o chiều điều khiển bằng nam châm điện hay c n gọi là van điện t (van solenoid).

Các loại van này kết hợp với khí nén có thể điều khiển trực tiếp ở hai đầu

nòng van hoặc là gián tiếp qua van phụ trợ.

Hình 4.18. Ký hiệu van điện t .

 Van điện từ 2/2:

Hình 4.19. Cấu tạo van điện t 2/2.

Khi cuộn dây solenoid có điện, lực từ sinh ra tác dụng vào ống sắt từ, kéo

ống sắt từ lên, lúc này dòng khí theo khe hở nhỏ từ cửa số 1 đi qua cửa số 2.

 Van điện từ 3/2:

Hình 4.20. Cấu tạo van điện t 3/2.

ệ ừ 3/2 1

Khi cuộn dây solenoid có điện, trạng thái của van nhƣ sau:

Cuộn dây solenoid có điện, lực từ sinh ra tác dụng vào ống s t t (3), kéo ống sắt từ lên, lúc này dòng khí theo khe hở nhỏ đi xuống đẩy nòng van (4) trƣợt xuống, làm cho cửa số 3 bị chặn lại bởi v ng đệm (5), lúc này lò xo (6) bị ép lại nên cửa số 1 sẽ thông khí với cửa số 2 nhƣ hình vẽ minh hoạ.

- Cửa số 1 thông với cửa số 2. - Cửa số 3 bị chặn.

Hình 4.21. Cấu tạo van điện t 3/2 1 trạng thái.

 Ứ ụng:

Van điện từ 3/2, 1 trạng thái do chỉ có một cổng ra nên đƣợc ứng dụng để

điều khiển xy lanh tác dụng đơn.

Khi tác động vào nút nhấn, cuộn dây có điện, van đảo vị trí làm việc, lúc này cửa số 1 thông với cửa số 2, dẫn khí đi vào buồng xy lanh đẩy xy lanh du i ra.

Van điện từ 5/2 1 trạng thái:

Hình 4.22. Cấu tạo van điện t 5/2 1 trạng thái.

1. Hai chấu kết nối với nguồn điện 2. Hộp nam chậm điện có chứa cuộn dây solenoid 3. ng sắt từ 4. Nòng van 5. Lò xo

- Cửa số 1: Nối với nguồn khí - Cửa số 2, 4: Cửa nối làm việc - Cửa số 3, 5: Cửa xả khí

Khi cuộn dây solenoid có điện, trạng thái của van nhƣ sau:

Cuộn dây solenoid có điện, lực từ sinh ra tác dụng vào ống s t t (3), kéo ống sắt từ qua bên trái, lúc này dòng khí theo khe hở nhỏ đi qua đẩy nòng van (4) trƣợt qua bên phải, ép lò xo (5) lại. Vị trí của nòng van lúc này làm cho cửa số 1 thông khí với cửa số 4, dẫn khí lên, cửa số 2 thông với cửa số 3, còn cửa số 5 bị chặn.

 Ứ ụ

Van điện từ 5/2, 1 trạng thái đuợc dùng để điều khiển xy lanh tác dụng kép.

Khi tác động vào nút nhấn, cuộn dây có điện, van đảo vị trí làm việc, lúc này cửa số 1 thông với cửa số 4, dẫn khí đi vào buồng xy lanh đẩy xy lanh du i ra.

Van điện từ 5/2 2 trạng thái:

Hình 4.23. Cấu tạo van điện t 5/2 2 trạng thái.

1. Hai chấu kết nối với nguồn điện

2. Hộp nam châm điện có chứa cuộn dây solenoid

3. ng sắt từ

4. Nòng van

- Cửa số 1: Nối với nguồn khí - Cửa số 2, 4: Cửa nối làm việc - Cửa số 3, 5: Cửa xả khí  Ứ ụ

8. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN-THỦY LỰC THÔNG DỤNG.

8.1. cơ cấu chỉnh áp.

Cơ cấu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, có thể cố định hoặc tăng hoặc giảm trị số áp suất trong hệ thống truyền động khí nén – thủy lực. Cơ cấu chỉnh áp có các loại phần tử sau:

8.1.1. Van an toàn:

Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải. Khi

áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dòng áp suất lƣu chất sẽ thắng lực lò xo, và lƣu chất sẽ theo cửa T ra ngoài không khí nếu là khí nén, còn là dầu thì sẽ chảy về lại thùng chứa dầu.

Hình 8.1. Van an toàn

8.1.2. Van tràn:

Nguyên tắc hoạt động của van tràn tƣơng tự nhƣ van an toàn. Chỉ khác ở chổ khi áp suất cửa P đạt đến giá trị xác định, thì cửa P nối với cửa A, nối với hệ thống điều khiển (hình 8.2).

Hình 8.2. Ký hiệu van tràn.

8.1.3. Van điều chỉnh áp suất ( van giảm áp) :

Trong một hệ thống điều khiển khí nén & thủy lực một bơm tạo năng lƣợng phải cung cấp năng lƣợng cho nhiều cơ cấu chấp hành có áp suất khác nhau. Trong trƣờng hợp này ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn nhất và dùng van giảm áp đặt trƣớc cơ cấu chấp hành để giảm áp suất đến một trị số cần thiết.

Hình 8.3. an gi m áp.

í dụ: mạch thủy lực lắp van giảm áp.

, nhờ van giảm áp tạo

Trong hệ thống này, xilanh 1 làm việc với áp suất p 1 có thể điều chỉnh đƣợc cung cấp cho xilanh 2. áp suất ra p nên áp suất p > p

nhờ van giảm áp.

Ta có lực cân bằng của van giảm áp: p .A = F (F = C.x)

8.1.4. Van cản:

Van cản có nhiệm vụ tạo nên một sức cản trong hệ thống ⇒ hệ thống luôn có

dầu để bôi trơn, bảo quản thiết bị, thiết bị làm việc êm, giảm va đập.

Trên hình van cản lắp vào cửa ra của xilanh có áp suất p . Nếu lực lò xo

của van là F và tiết diện của pittông trong van là A, thì lực cân bằng tĩnh là:

Nhƣ vậy ta thấy rằng áp suất ở cửa ra (tức cản ở cửa ra) có thể điều chỉnh

đƣợc tùy thuộc vào sự điều chỉnh lực lò xo F . lx

8.1.5.Van tuần tự:

Về bản chất và ký hiệu, valve tuần tự không khác gì valve an toàn nhƣng nó có cách thức sử dụng cho mục đích khác. Ngƣời ta hay sử dụng valve này nhƣ một valve thƣờng đóng NC để làm thay đổi áp suất làm việc ở hai nhánh làm việc khác nhau. Tức là sẽ có một áp suất chênh giữa hai nhánh làm việc trong cùng một hệ thống đƣợc gây ra bởi valve tuần tự.

Khác với valve an toàn, cửa dầu ra của valve (cửa A) không nối với thùng dầu chứa mà nó đƣợc nối với mạch làm việc thứ 2.

Hãy xem xét một ví dụ đơn giản nhƣ sau:

Một máy khoan cần có hai cơ cấu xy lanh: Xy lanh A dùng để kẹp chặt chi tiết khoan còn xy lanh B sẽ chỉ đè đầu mũi khoan xuống khi chi tiết đã kẹp chặt.

Ở đây đã sử dụng valve tuần tự đƣợc đặt ở 50 bar cho xy lanh B. Do đó khi valve phân phối bắt đầu cấp dầu, xy lanh A sẽ thò ra kẹp chi tiết trƣớc và chỉ khi nó đã kẹp rồi, áp suất hệ thống tăng lên quá 50 bar mới mở để xy lanh B đi xuống

8.1.6. Rơle áp suất (áp lực):

Rơle áp suất thƣờng dùng trong hệ thống khí nén – thủy lực của các máy tự động và bán tự động. Phần tử này đƣợc dùng nhƣ là một cơ cấu phòng quá tải, tức là có nhiệm vụ đóng hoặc mở các công tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vƣợt quá giới hạn nhất định và do đó làm ngƣng hoạt động của hệ thống. Vì đặc điểm đó nên phạm vi sử dụng của rơle áp suất đƣợc dùng rất rộng rãi, nhất là trong phạm vi điều khiển.

Nguyên lý hoạt động, cấu tạo và kí hiệu của rơle áp suất mô tả ở hình 3.4.

Hình 8.4. Rơle áp suất.

Trong hệ thống điều khiển điện - khí nén, rơle áp suất có thể coi là phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén – điện. Trong thủy lực nó là phần tử chuyển đổi tín hiệu dầu – điện.

8.2. CƠ CẤU CHỈNH LƢU. Cơ cấu chỉnh lƣu lƣợng để xác định lƣợng lƣu chất chảy qua nó trong một đơn vị thời gian và nhƣ vậy sẽ làm thay đổi vận tốc dịch chuyển của cơ cấu chấp hành trong hệ thống lƣu chất làm việc với bơm tạo năng lƣợng với lƣu lƣợng cố định.

8.2.1. Van tiết lƣu:

Van tiết lƣu điều chỉnh lƣu lƣợng lƣu chất. Van tiết lƣu có thể đặt ở đƣờng vào hoặc đƣờng ra của cơ cấu chấp hành . Hình 3.5 mô tả van tiết lƣu đƣợc lắp ở đƣờng ra của xy lanh dầu.

Hình 8.5.Mạch điều khiển d ng van tiết lưu ở đư ng ra.

a. Van tiết lưu có tiết diện không thay ổi :

Lƣu lƣợng dòng chảy qua khe hở của van có tiết diện không thay đổi, đƣợc

kí hiệu nhƣ trên hình 3.6.

Hình 8.6. Kí hiệu van tiết lưu có tiết diện không thay đổi

Van tiết lƣu có tiết diện thay đổi điều chỉnh dòng lƣu lƣợng qua van. Hình 8.7 mô tả nguyên lý hoạt động và kí hiệu van tiết lƣu có tiết diện thay đổi, tiết lƣu đƣợc cả hai chiều, dòng lƣu chất đi từ A qua B và ngƣợc lại.

Hình 8.7. an tiết lưu 2 chiều

b. Van tiết lưu m t chi u i u ch nh bằng tay.

Hình 8.8 trình bày nguyên lý và kí hiệu của van tiết lƣu một chiều. Van tiết lƣu một chiều đƣợc chế tạo tích hợp trong một khối gồm: van tiết lƣu và van một chiều Dòng lƣu chất sẽ đi từ A qua B còn chiều ngƣợc lại thì van một chiều bị mở ra dƣới tác dụng của áp suất dòng lƣu chất, do đó chiều này không đảm bảo đƣợc tiết lƣu.

Hình 8.8. an tiết lưu 1 chiều.

 Ví dụ: hình dưới là sơ đồ của van tiết lƣu đƣợc lắp ở đƣờng ra của hệ thống thủy lực. Cách lắp này đƣợc dùng phổ biến nhất, vì van tiết lƣu thay thế cả chức năng của van cản, tạo nên một áp suất nhất định trên đƣờng ra của xilanh và do đó làm cho chuyển động của nó đƣợc êm

8.2.2. Bộ ổn tốc:

Bộ ổn tốc là cơ cấu đảm bảo hiệu áp không đổi khi giảm áp, do đó đảm bảo một lƣu lƣợng không đổi khi chảy qua van, tức là làm cho vận tốc dịch chuyển của píttông xilanh gần nhƣ không đổi.

Kết cấu của bộ ổn tốc gồm một van giảm áp và một van tiết lƣu.

Hình 8.9. ộ ổn tốc.

8.3. CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN.

Cơ cấu điều khiển là loại cơ cấu điều khiển dùng để đóng, mở, nối liền hoặc ngăn cách các đƣờng dẫn dầu về những bộ phận tƣơng ứng của hệ thống khí nén – thủy lực. Cơ cấu chỉnh hƣớng thƣờng dùng các loại sau đây:

8.3.1. Van một chiều:

Van một chiều dùng để điều khiển dòng năng lƣợng đi theo một hƣớng, hƣớng còn lại dòng năng lƣợng bị chặn lại. Trong hệ thống điều khiển khí nén – thủy lực van một chiều thƣờng đặt ở nhiều vị trí khác nhau tùy thuộc vào những mục đích khác nhau.

Hình 8.10. an một chiều.

 Ứng dụng của van một chiều: - Đặt ở đường ra của bơm (để chặn dầu chảy về bể). - Đặt ở cửa hút của bơm (chặn dầu ở trong bơm). - Khi sử dụng hai bơm dầu dùng chung cho một hệ thống. í dụ: sơ đồ thủy lực sử dụng hai bơm dầu nhằm giảm tiêu hao công suất.

Khi thực hiện vận tốc công tác v ) hoạt động: Q .v . , bơm 1 (Q 1 = A 1

Khi thực hiện vận tốc chạy không v (pittông lùi về) thì cả hai bơm cùng

cung cấp dầu (Q 1 ): , Q 2

.v ). Q 1 + Q 2 = A 2 (Q 2 >> Q 1

Gi i thích nguyên lý:

- Khi có tải F ⇒ p vỡ thực hiện v 1 , van một chiều bị chặn ⇒ > p 2

(A.p

và Q2 về bể dầu.

> F

1 . A  pittông đi

(không tải):p* - Khi chạy nhanh với v 2

về bể dầu). ⇒ pittông đi lên cửa P và T thông nhau ⇒ Q 2 1 ↓ ⇒ F1x ≥ P* ⇒ van một chiều mở ⇒ cung cấp

cho xilanh để thực hiện v . xuống mở cửa P, đóng cửa T, lúc này p1 > p2 Q 2 và Q 1

 Van một chiều điều khiển đƣợc hƣớng chặn

Nguyên lý hoạt động :

Khi dầu chảy từ A qua B, van thực hiện theo nguyên lý của van một chiều. Nhƣng khi dầu chảy từ B qua A, thì phải có tín hiệu điều khiển bên ngoài tác động vào cửa X.

 Van tác động khoá lẫn:

Nguyên lý hoạt động:

khiển đƣợc hƣớng chặn. Khi dòng chảy từ A Kết cấu của van tác động khoá lẫn, thực ra là lắp hai van một chiều điều theo hoặc từ A qua B qua B 2

2 thì phải có tín

nguyên lý của van một chiều. Nhƣng khi dầu chảy từ B

hoặc khi dầu chảy từ B về A 2 thì phải có tín hiệu điều khiển hiệu điều khiển A 1 về A 1

. A 2

8.3.2. Van đảo chiều

Van đảo chiều là cơ cấu chỉnh hƣớng có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lƣợng đi qua van chủ yếu bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hƣớng của dòng năng lƣợng. Các thành phần đƣợc mô tả ở hình 3.11.

Hình 8.11. Các thành phần van chỉnh hướng

a. Tín hiệu tác ng:

Nếu kí hiệu lò xo nằm ngay phía bên phải của kí hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đó có vị trí “không”, vị trí đó là ô vuông nằm bên phải của kí hiệu van đảo chiều và đƣợc kí hiệu là “0”. Điều đó có nghĩa là chừng nào chƣa có lực tác động vào pít tông trƣợt trong nòng van, thì lò xo tác động vẫn giữ ở vi trí đó. Tác động vào làm thay đổi trực tiếp hay gián tiếp pít tông trƣợt là các tín hiệu sau (hình 3.12):

 Loại tín hiệu tác động bằng tay:

 Loại tín hiệu tác động bằng cơ:

 Tác động bằng khí ho c dầu:

 Tác động bằng điện:

Hình 8.12. Tín hiệu tác động.

Kí ệ v ảo

Van đảo chiều có rất nhiều dạng khác nhau, nhƣng dựa vào đặc điểm chung là số cửa, số vị trí và số tín hiệu tác động để phân biệt chúng với nhau (hình 3.13):

- Số vị trí: là số ch định vị con trƣợt của van. Thông thƣờng van đảo chiều có hai hoặc ba vị trí; ở những trƣờng hợp đặc biệt thì có thể nhiều hơn.

Thƣờng kí hiệu: bằng các chữ cái o, a, b,… hoặc các con số 0,1, 2,…

- Số cửa ( đƣờng): là số l để dẫn khí hoặc dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo chiều thƣờng dùng là 2, 3, 4, 5. Đôi khi có thể nhiều hơn.

Thƣờng kí hiệu:

 Cửa nối với nguồn : P  Cửa nối làm việc: A, B, C…  Cửa xả lƣu chất: R, S, T…

- Số tín hiệu: là tín hiệu kích thích con trƣợt chuyển từ vị trí này sang vị trí khác. Có thể là 1 hoặc 2. Thƣờng dùng các kí hiệu: X, Y, …

Hình 8.12. Kí hiệu van đ o chiều.

c. M t số van ảo chi u thông dụng:

Van có tác động bằng cơ – lò xo lên nòng van và kí hiệu lò xo nằm ngay vị trí bên phải của kí hiệu van ta gọi đó là vị trí “không”. Tác động tín hiệu lên phía đối diện nòng van ( ô vuông phía bên trái kí hiệu van) có thể là tín hiệu bằng cơ, khí nén, dầu hay điện. Khi chƣa có tín hiệu tác động lên phía bên trái nòng van thì lúc này tất cả các cửa nối của van đang ở vị trí ô vuông nằm bên phải, trƣờng hợp có giá trị đối với van đảo chiều hai vị trí. Đối với van đảo chiều 3 vị trí thì vị trí “ không “ dĩ nhiên là nằm ô vuông ở giữa.

 Van đảo chiều 2/2:

Hình 3.14 là van có 2 cửa nối P và A, 2 vị trí 0 và 1. Vị trí 0 cửa P và cửa A bị chặn. Nếu có tín hiệu tác động vào, thì vị trí 0 sẽ chuyển sang vị trí 1, nhƣ vậy cửa P và cửa A nối thông với nhau. Nếu tín hiệu không còn tác động nữa, thì van sẽ chuyển từ vị trí 1 về vị trí 0 ban đầu, vị trí “ không “ bằng lực nén lò xo.

Hình 8.1.4. Van 2/2.

 Van đảo chiều 3/2:

Hình 3.15 là có 3 cửa và 2 vị trí. Cửa P nối với nguồn năng lƣợng, cửa A nối với buồng xilanh cơ cấu chấp hành, cửa T cửa xả. Khi con trƣợt di chuyển sang trái cửa P thông với cửa A. khi con trƣợt di chuyển sang phải thì cửa A thông với cửa T xả dầu về thùng hoặc là xả khí ra môi trƣờng. Van này thƣờng dùng để làm Rơle dầu ép hoặc khí nén.

Hình 8.15. Van 3/2.

 Mạch ví dụ:

 Van đảo chiều 4/2 :

Hình 8.16 là van có 4 cửa và 2 vị trí. Cửa P nối với nguồn năng lƣợng; cửa A và cửa B lắp vào buồng trái và buồng phải của xilanh cơ cấu chấp hành; cửa T lắp ở cửa ra đƣa năng lƣợng về thùng đối với dầu, còn thải ra môi trƣờng xung quanh đối với khí nén.

Khi con trƣợt của van di chuyển qua phải cửa P thông với cửa A năng lƣợng vào xilanh cơ cấu chấp hành, năng lƣợng ở buồng ra xilanh qua cửa B nối thông với cửa T ra ngoài. Ngƣợc lại khi con trƣợt của van di chuyển qua trái, cửa P thông với cửa B và cửa A thông với cửa xả T.

Hình 8.16. Van 4/2.

Hình 8.17 mô tả van 4/2 tác động mặc định là lực đẩy lò xo và tín hiệu tác

động phía còn lại là cuộn coil điện và có cả nút nhấn phụ.

Hình 8.17. Van 4/2, 1 side (coil)

Mạch ví dụ:

 Van đảo chiều 5/2 :

Hình 3.18 là van có 5 cửa 2 vị trí. Cửa P là cung cấp nguồn năng lƣợng, cửa A lắp với buồng bên trái xilanh cơ cấu chấp hành, cửa B lắp với buồng bên phải của xi lanh cơ cấu chấp hành, cửa T và cửa R là cửa xả năng lƣợng. Khi con trƣợt van di chuyển qua phải, cửa P thông với cửa A, cửa B thông với cửa T. Khi con trƣợt của van di chuyển qua trái, cửa P thông với cửa B, cửa A thông với cửa R.

Hình 8.18. Van 5/2.

 Van đảo chiều 4/3:

Van 4/3 là van có 4 cửa 3 vị trí. Cửa A, B lắp vào buồng làm việc của xilanh cơ cấu chấp hành, cửa P nối với nguồn năng lƣợng, cửa T xả về thùng đối với dấu hoặc ra môi trƣờng đối với khí.

Hình 8.19 mô tả van 4/3 có vị trí trung gian nằm ở giữa do sự cân bằng lực căn lò xo ở hai vị trí trái và vị trí phải của van. Sự di chuyển vị trí con trƣợt (píttông) sang trái hoặc sang phải bằng tín hiệu tác động bằng điện vào hai cuộn solenoid hoặc có thể là nút nhấn phụ ở hai đầu. Ở vị trí trung gian năng lƣợng vào cửa P bị chặn lại, cửa A, cửa B bị đóng nên xilanh cơ cấu chấp hành không di chuyển. Khi tác động tín hiệu điện vào solenoid phải, píttông(1) di chuyển sang trái, cửa P thông với cửa A, cửa P thông với cửa T. Ngƣợc lại tác động tín

hiệu điện vào solenoid trái, píttông(1) di chuyển sang phải, cửa P thông với cửa B, cửa A thông với cửa T.

Hình 8.19. an đ o chiều 4/3 tác động 2 đầu.

Hình 8.20 mô tả van 4/3 có vị trí trung gian an toàn. Vị trí trung gian cửa P

bị đóng, cửa làm việc A, B thông với cửa T.

Hình 8.20. Van 4/3 vị trí trung gian an toàn.

Hình 8.21 mô tả van 4/3 vị trí trung gian có cửa P nối với T.

Hình 8.21. an 4/3 vị trí trung gian có cửa P nối với T

 Van đảo chiều 5/3:

Van 5/3 có 5 cửa và 3 vị trí. Cửa A, B lắp vào buồng làm việc của xilanh cơ cấu chấp hành, cửa P nối với nguồn năng lƣợng, cửa T xả về thùng đối với dấu hoặc ra môi trƣờng đối với khí.

Hình 8.22 là kí hiệu của van 5/3. Van 5/3 thƣờng đƣợc sử dụng trong hệ

thống khí nén.

Hình 8.22 Kí hiệu van 5/3

Ví dụ 1:

Hệ thống sau mô tả van an toàn. Khi áp suất trong buồng xylanh đẩy tăng lên đến giới hạn của áp suất nguồn P của bơm thì van an toàn sẽ hoạt động đƣa dầu trở về thùng, nhằm tránh hiện tƣợng phá hỏng kết cấu của các phần tử hệ thống.

Ví dụ 2: Hệ thống có gắn van giảm áp.

Hình (a) van giảm áp ở cửa vào buồng làm việc trái của xilanh. Áp suất nguồn là p = 60 bar và áp suất van giảm áp đƣợc điều chỉnh là 50 bar thì píttông sẽ dịch chuyển.

Hình (b) Trong hệ thống lƣu chất cơ cấu tạo năng lƣợng phải cung cấp năng lƣợng cho nhiều cơ cấu chấp hành khác nhau. Trong trƣờng hợp này ngƣời ta phải cho cơ cấu tạo năng lƣợng làm việc với áp suất lớn nhất va dùng van giảm áp gắn ở trƣớc các cơ cấu chấp hành để giảm áp đến một giá trị cần thiết.

Ví dụ 3: Điều chỉnh tốc độ dịch chuyển của một pittông ép thức ăn gia súc thành khối bánh.

Trƣờng hợp (a) sử dụng van tiết lƣu chỉnh đƣợc một chiều thì vận tốc pittông bằng khi không có van tiết lƣu, trƣờng hợp (b) thì lƣu chất chỉ đi qua một nhánh còn nhánh kia bị chặn nên lƣu lƣợng bé hơn và vận tốc pittông nhỏ hơn so với trƣờng hợp (a).

8.3.3. Van phân phối:

Trong quá trình vận hành hệ truyền dẫn thủy lực xuất hiện nhu cầu thay đổi hƣớng chuyển động của cơ cấu chấp hành(động cơ). Từ đó dẫn tới yêu cầu thay

đổi hƣớng di chuyển của dòng chất lỏng tới những phần khác nhau trong hệ. Để làm đƣợc điều đó mà không cần ngừng hoạt động của nguồn cấp (máy bơm) ngƣời ta sử dụng van phân phối. Nhƣ vậy chức năng chính của van phân phối là thay đổi hƣớng di chuyển của dòng chất lỏng, qua đó thực hiện mục tiêu điều khiển hệ truyền dẫn.

Kích thƣớc và khối lƣợng của van phân phối tỉ lệ thuận với lƣu lƣợng chất

 Phân loại theo dạng liên kết của van với hệ truyền dẫn:

- Liên kết ren - Liên kết mặt bích - Liên kết mối nối

 Phân loại theo cấu trúc chi tiết điều khiển:

 Dạng trƣợt : chi tiết điều khiển có dạng ông trụ hoặc dạng mặt phẳng, có khả năng trƣợt. Van phân phối dạng trƣợt thay đổi hƣớng di chuyển của dòng chất lỏng bằng cách trƣợt chi tiết điều khiển theo trục.

 Dạng xoay: Van phân phối dang xoay thay đổi hƣớng di chuyển dòng chất lỏng bằng cách xoay chi tiết điều khiển. Chi tiết điều khiển thƣờng có dạng mặt phẳng, dạng trụ, dạng côn hoặc dạng cầu.

 Dạng khóa: Van phân phối dạng khóa thay đổi hƣớng di chuyển dòng chất lỏng bằng cách mở hoặc đóng tiết diện khóa. Phần tử khóa có thể dạng cầu, dạng đĩa, hoặc dạng côn.

 Phân loại van phân phối theo số lư ng vị trí của phần tử trư t: 2 vị trí, 3 vị

lỏng đi qua nó. Để phân loại van phân phối có thể dựa các dấu đặc tính sau:

 Phân loại theo dạng điều khiển:

- Điều khiển bằng tay - Điều khiển điện từ - Điều khiển thủy lực - Điều khiển khí nén - Điều khiển điện kết hợp thủy lực

trí, nhiều vị trí.

84. XY LANH THỦY LỰC.

8.4.1. Nhiệm vụ:

Xilanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu

thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng.

8.4.2. Phân loại:

Xilanh thủy lực đƣợc chia làm hai loại: xilanh lực và xilanh quay (hay còn gọi là xilanh mômen).

- Trong xilanh lực, chuyển động tƣơng đối giữa pittông với xilanh là chuyển

động tịnh tiến.

- Trong xilanh quay, chuyển động tƣơng đối giữa pittông với xilanh là

chuyển động quay (với góc quay thƣờng nhỏ hơn 3600).

Pittông bắt đầu chuyển động khi lực tác động lên một trong hai phía của nó (lực đó có thể là lực áp suất, lực lò xo hoặc cơ khí) lớn hơn tổng các lực cản có hƣớng ngƣợc lại chiều chuyển động (lực ma sát, thủy động, phụ tải, lò xo,...).

 Phân loại theo cấu tạo:

 Xilanh đơn:

Xilanh tác dụng đơn thực hiện biến đổi năng lƣợng thủy lực thành cơ năng chỉ cho một chiều, chiều ngƣợc lại: do lực từ bên ngoài hoặc lò xo phản hồi của nó. Xilanh tác dụng đơn thƣờng đƣợc sử dụng làm cơ cấu nâng, bàn nâng, bàn kẹp…

 Xilanh kép:

100

 Xilanh vi sai:

 Theo kiểu lắp ráp:

- Lắp chặt thân - Lắp chặt mặt bích - Lắp xoay ñƣợc - Lắp gá ở 1 đầu xilanh 8.4.3. Tính toán xilanh truyền lực:

Các phƣơng trình thƣờng dùng trong tính toán lựa chọn các xilanh:

- Tốc độ truyền động: v= Q/A [m/s]

- Lực tác dụng F = P.A. η [N]

- Hệ số tỷ lệ diện tích piston φ = Ap/Apr

Trong đó: η là hiệu suất tổng hợp của piston ( 0,85 – 0,95); Ap: diện tích

piston phía không có cần và Apr- phía có cần piston. 8.5. ỐNG DẪN, ỐNG NỐI:

Để nối liền các phần tử điều khiển (các loại van) với các cơ cấu chấp hành, với hệ thống biến đổi năng lượng (bơm dầu, động cơ dầu), người ta dùng các ống dẫn, ống nối hoặc các tấm nối.

8.5.1. Ống dẫn:

101

a. Yêu cầu:

ng dẫn dùng trong hệ thống điều khiển bằng thủy lực phổ biến là ống dẫn cứng (vật liệu ống bằng đồng hoặc thép) và ống dẫn mềm (vải cao su và ống

0 C).

mềm bằng kim loại có thể làm việc ở nhiệt độ 135

ng dẫn cần phải đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất trong ống nhỏ nhất. Để giảm tổn thất áp suất, các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít bị uốn cong để tránh sự biến dạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dầu.

b. ận tốc dầu ch y trong ống:

c. Chọn kích thước đư ng kính ống:

Ta có phương trình lưu lượng chảy qua ống dẫn:

Q = A.v

Trong đó:

⇔ - Tiết diện:

Trong đó: d [mm];

102

Q [lít/phút];

v [m/s].

thƣớc đường kính ống dẫn là: ⇒ Kích

8.5.2. Các loại ống nối:

a. Yêu cầu:

Trong hệ thống thủy lực, ống nối có yêu cầu tương đối cao về độ bền vỡ độ kín. Tùy theo điều kiện sử dụng ống nối có thể không tháo được và tháo được.

b. Các loại ống nối:

Để nối các ống dẫn với nhau hoặc nối ống dẫn với các phần tử thủy

lực, ta dùng các loại ống nối được thể hiển như ở hình

103

8.5.3. Vòng chắn :

a. Nhiệm vụ :

Chắn dầu đómg vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự làm việc bình

thƣờng của các phần tử thủy lực.

Chắn dầu không tốt, sẽ bị rò dầu ở các đầu nối, bị hao phí dầu, không đảm

bảo áp suất cao dẫn đến hệ thống hoạt động không ổn định.

b. Phân loại:

Để ngăn chặn sự rò dầu, ngƣời ta thƣờng dùng các loại vòng chắn, vật liệu

khác nhau, tùy thuộc vào áp suất, nhiệt độ của dầu.

Dựa vào bề mặt cần chắn khít, ta phân thành hai loại:

+/ Loại chắn khít phần tử cố định.

+/ Loại chắn khít phần tử chuyển động.

c. Loại ch n khít phần tử cố định

Chắn khít những phần tử cố định tƣơng đối đơn giản, dùng các vòng chắn bằng chất d o hoặc bằng kim loại mềm (đồng, nhôm). Để tăng độ bền, tuổi thọ của vòng chắn có tính đàn hồi, ta thƣờng sử dụng các cơ cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng hơn (cao su nền vải, vòng kim loại, cao su lƣu hóa cùng lõi kim loại).

d. Loại ch n khít các phần tử chuyển động tương đối với nhau :

Loại này đƣợc dùng rộng rãi nhất, để chắn khít những phần tử chuyển động. Vật liệu chế tạo là cao su chịu dầu, để chắn dầu giữa 2 bề mặt có chuyển động tƣơng đối (giữa pittông và xilanh).

Để tăng độ bền, tuổi thọ của vòng chắn có tính đàn hồi, tƣơng tự nhƣ loại chắn khít những phần tử cố định, thƣờng ta sử dụng các cơ cấu bảo vệ chế tạo từ vật liệu cứng hơn (vòng kim loại).

Để chắn khít những chi tiết có chuyển động thẳng (cần pittông, cần đẩy điều khiển con trƣợt điều khiển với nam châm điện,...), thƣờng dùng vòng chắn có tiết diện chử V, với vật liệu bằng da hoặc bằng cao su.

Trong trƣờng hợp áp suất làm việc của dầu lớn thì bề dày cũng nhƣ số

vòng chắn cần thiết càng lớn.

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1: Nêu nhiệm vụ, hoạt động các cửa làm việc của Van đảo chiều.

Câu 2: So sánh giữa van đảo chiều có vị trí “không” và không có vị trí “không”

104

Câu 3: So sánh giữa van an toàn và van tràn.

Câu 4: So sánh giữa van OR, AND

Câu 5: Trình bày đặc điểm của van xả khí nhanh

Câu 6: Trình bày đặc điểm của van tiết lƣu

Câu 7: So sánh giữa van tràn và van áp suất

Câu 8: Trình bày đặc điểm của rơ le áp suất.

Câu 9: So sánh rơ le thời gian khí nén loại thƣờng đóng và thƣờng mở.

Câu 10: Ghi tên các phần tử thủy lực:

Câu 11:

105

Câu 12:

Câu 13:

Câu 14:

Câu 15:

106

107

BÀI 3

PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO NHỊP

1. PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THEO NHỊP HỆ

THỐNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN

* Biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển:

Trong một hệ thống điều khiển gồm nhiều mạch điều khiển. Hơn nữa trong quá trình điều khiển, nhiều hệ thống điều khiển đƣợc kết hợp với nhau, ví dụ: điều khiển bằng khí nén kết hợp với điện, thuỷ lực … để đơn giản quá trình điều khiển, phần tiếp theo sẽ trình bày cách biểu diễn các chức năng của quá trình điều khiển theo tiêu chuẩn của cộng hòa liên bang Đức gồm có :

- Biểu đồ trạng thái theo tiêu chuẩn VDI 3260

- Sơ đồ chức năng theo tiêu chuẩn DIN 40719

- Lƣu đồ tiến trình theo tiêu chuẩn DIN 66001

 Biểu đồ trạng thái:

Kí ệ Kí hiệu các chức năng điều khiển đƣợc biểu diễn (hình 3-1)

Hình 3-1. Kí hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái theo DI 3260

T ế ế ồ

108

- Biểu đồ trạng thái là biểu diễn trạng thái các phần tử trong mạch, mối

liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần.

- Trục tọa độ thẳng đứng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, áp suất, góc quay…). Trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các bƣớc thực hiện hoặc là thời gian hành trình. Hành trình làm việc đƣợc chia thành các bƣớc đƣợc biểu diễn bằng đƣờng đậm. Sự liên kết các tín hiệu đƣợc biểu diễn bằng đƣờng nét nhỏ và chiều tác động biểu diễn bằng mũi tên.

Trong m i cơ cấu chấp hành, nét liền mảnh phía trên biểu thị cho vị trí

của cơ

cấu chấp hành ở phía ngoài (đi ra +), và đƣờng liền mảnh ở phía dƣới biểu thị cho cơ cấu chấp hành ở phía trong (đi vào -).

í dụ: Thiết kế biểu đồ trạng thái của

quy trình điều khiển sau :

Hình 3-2. iểu đồ trạng thái của xilanh 1.0

Xilanh tác dụng 2 chiều 1.0 sẽ đi ra, khi tác động vào nút ấn 1.2 hoặc 1.4. Muốn xilanh lùi về, thì phải tác động đồng thời 2 nút 1.6 và 1.8

Biểu đồ trạng thái của xilanh 1.0 đƣợc biểu diễn ở hình 3-2. Nút ấn 1.2 và 1.4 là liên kết OR. Nút ấn 1.6 và 1.8 liên kết AND. xilanh đi ra kí hiệu dấu +, xilanh lùi về kí hiệu dấu (-) .

Sơ đồ mạch khí nén của quy trình điều khiển trên đƣợc biểu diễn ở hình 3-3

Hình 3-3. Sơ đồ mạch khí nén

* HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM FLUIDSIM 3.6:

Sau khi khởi động chƣơng trình, giao diện chƣơng trình nhƣ sau:

109

Hình 3-31: Giao diện của phần mềm Fluidsim3.6

 Để tạo 1 mạch mới ta ,ta dùng 1 trong 3 cách sau:

 Ấn Ctrl+N

 Vào File, chọn New

Hình 3-32: Giao diện của menu mở 1 file mới.

 Chọn biểu tƣợng trên thanh công cụ.

 Để lƣu 1 mạch đang vẽ,dùng 1 trong 3 cách sau:

 ấn Ctrl+S.

 Vào File, chọn Save.

110

Hình 3-33: Giao diện của menu lưu file.

 Chọn biểu tƣợng trên thanh công cụ.

 Để mở 1 tập đã lƣu, dùng 1 trong 3 cách sau :

 Ấn Ctrl+O  chọn file đã lƣu

 Vào File, chọn Open.

Hình 3-34: Giao diện của menu mở file đã lưu.

 Chọn biểu tƣợng trên thanh công cụ.

 Có thể tham khảo các mạch ví dụ làm s n trong (Cricuit Preview)

 Cách lấy các phần tử trong thƣ viện.

Ta có thể lấy từ menu insert ,ở đây các phần tử đã đƣợc sắp xếp theo nhóm .

Hình 3-35: Giao diện của phần mềm Fluidsim3.6

111

Ta cũng có thể lấy các phần tử khí nén trực tiếp từ cửa sổ thƣ viện bằng

cách chọn phần tử và kéo thả vào vùng thiết kế.

Hình 3-36: Giao diện cửa sổ thao thiết kế mạch.

 Cách nối các phần tử lại với nhau.

Các phần tử khí nén đều có các đầu kết nối với đƣờng ống để nối với các

phần tử thủy lực khác.

Hình 3-37: ầu nối các phần tử thủy lực.

Để nối các phần tử thủy lực với nhau, ta chỉ việc click chuột phải vào 1

đầu nối, giữ chuột và click vào đầu nối còn lại

112

Đường ố ng nố i

Đầ u nố i

Hình 3-38: Quá trình nối các phần tử thủy lực

 Xoay các phần tử

Trong quá trình thiết kế mạch, để các phần tử nằm ở các vị trí thuận lợi cho

quá trình thiết kế, ta có thể xoay các phần tử bằng cách

 Right click  Rotate  chọn góc xoay

Cách điều chỉnh các thông số làm việc cho các phần tử thủy lực.

 Click đúp vào phần tử cần điều chỉnh.

 Right click vào phần tử  chọn Properties

 Vào menu Edit  chọn Properties…

Hình 3-39: Giao diện điều chỉnh các thông số.

113

 Biểu diễn quá trình làm việc của phần tử bằng đồ thị:

Lấy đồ thị biểu diễn bằng các cách sau:

 Kéo từ cửa sổ thƣ viện.

Hình 3-40: ồ thị biễu diễn.

 Lấy từ menu Insert.

Hình 3-41 : menu lấy đồ thị biểu diễn.

Sau khi đã có đồ thị, muốn biểu diễn phần tử nào chỉ cần kéo thả phần tử

đó vào khung đồ thị đã có.

Hình 3-42: Giao diện qua trình mô phỏng

 Kiểm tra l i:

Sau khi thiết kế xong mạch, tiến hành kiểm tra l i bằng cách:

 Nhấn F6.

114

 Click vào biểu tƣợng trên thanh công cụ:

 Vào menu Excute/Check Superficially.

Nếu phát hiện l i thì chƣơng trình sẽ cho biết đoạn mạch bị l i nhƣ sau :

Hình 3-43: Giao diện kiểm tra lỗi

 Thực hiện mô phỏng:

Sau khi thiết kế mạch, kiểm tra l i, ta có thể cho mô phỏng mạch bằng các cách sau:

 Dùng menu Excute

Hình 3-44: Giao diện thực hiện quá trình mô phỏng

 Dùng thanh công cụ:

115

1.1. Cấu tạo khối của nhịp điều khiển.

- Cấu tạo của khối nhịp điều khiển gồm 3 phần tử: phần tử AND, phần tử

nhớ và phần tử OR

A: tín hiệu điều khiển.

Yn và Yn+1: vận hành (Set).

Zn và Zn+1: xoá (Reset).

L: tín hiệu định hƣớng (dùng để reset các khối kiểu A và set kiểu B).

X: tín hiệu phản hồi (t tiếp điểm hành trình.

- Nguyên tắc thực hiện của điều khiển theo nhịp là: Các bƣớc thực hiện xảy ra tuần tự. Nghĩa là khi các lệnh trong 1 nhịp đƣợc thực hiện xong thì sẽ thông báo cho nhịp tiếp theo đồng thời sẽ xóa nhịp thực hiện trƣớc đó.

- Tín hiệu Yn tác động (ví dụ: tín hiệu khởi động), tín hiệu điều khiển A1 có giá trị thấp, đồng thời sẽ tác động vào nhịp trƣớc đó Zn-1 để xóa lệnh thực hiện trƣớc đó, và chuẩn bị cho nhịp tiếp theo cùng với tín hiệu vào X1. Nhƣ vậy một khối nhịp điều khiển sẽ thực hiện các chức năng:

+ Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo

116

+ Xóa các lện của nhịp trƣớc đó

+ Thực hiện lệnh của tín hiệu điều khiển

Trong thực tế có 3 loại khối điều khiển theo nhịp:

- Loại ký hiệu TAA : khi cổng Yn có giá trị L, van đảo chiều (phần tử nhớ)

đổi vị trí:

+ Tín hiệu ở cổng A có giá trị L

+ Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo bằng phần tử AND và tín hiệu X

+ Đèn tín hiệu sáng

+ Phần tử nhớ của nhịp trƣớc đó trở về reset

- Loại ký hiệu TA : Loại này thƣờng đặt ở vị trí cuối cùng trong chu i điều khiển theo nhịp. Ngƣợc lại với kiểu TAA, kiểu TAB phần tử OR nối với cổng Yn. Khi cổng L có khi nén thì toàn bộ các khối của chu i điều khiển (trừ khối cuối cùng) sẽ trở về vị trí ban đầu. Nhƣ vậy khối kiểu TAB có chức năng

Biểu diễn đơn giản chu i điều khiển theo nhịp

117

nhƣ là điều kiện để chuẩn bị khởi động. Khi cổng Yn có giá trị L, van đảo chiều đổi vị trí:

+ Tín hiệu ở cổng A có giá trị L

+ Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo bằng phần tử AND của tín hiệu X

+ Đèn tín hiệu sáng

+ Phần tử nhớ của nhịp trƣớc đó trở về vị trí Reset

- Loại ký hiệu TAC (viết t t loại C): không có phần tử nhớ và phần tử OR. Nhƣ vậy loại C có chức năng là trong nhịp điều khiển tiếp theo, khi tín hiệu ở cổng X của nhịp trƣớc đó vẫn còn giá trị L thì đèn tín hiệu vẫn còn sáng ở nhịp tiếp theo.

khối kiểu TAC

1.2. Các bƣớc thiết kế một mạch điều khiển thủy lực, khí nén theo nhịp:

 ước 1: Từ yêu cầu của hệ thống điều khiển, ta xác định các biến cần thiết đó là các công tắc hành trình và vị trí lắp đặt, các cảm biến cần thiết sử dụng, các nút nhấn hay cần gạt lựa chọn (Start – nút khởi động, Stop – nút dừng, điều khiển tự động – Auto hay bằng tay – Man)….

 ước 2: Từ quy trình công nghệ, xây dựng biểu đồ trạng thái (biểu diễn các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử. Cụ thể xác định có bao nhiêu cơ cấu chấp hành và trình tự hoạt động).

118

 Bƣớc 3: Lập quy trình thực hiện cho các nhịp. Xác định các điều kiện để

các cơ cấu chấp hành hoạt động ứng với quy trình thực hiện ở trên.

 Bƣớc 4: Thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén sử dụng các khối điều

khiển theo nhịp nhƣ đã trình bày ở trên.

1.3. Mạch ứng dụng:

Qui trình khoan 1 l thực hiện nhƣ sau:  Chi tiết đƣợc đặt vào vị trí khoan bằng tay.  Đầu tiên, xy lanh A đi ra kẹp chặt chi tiết, sau đó xy lanh B mang đầu khoan đi xuống thực hiện việc khoan l , sau khi khoan xong, xy lanh B đi về, kế đến xy lanh A đi về để có thể lấy chi tiết ra.

 ước 1: Xác định biến

Sử dụng các công tắc hành trình S1, S2 để xác định vị trí chuyển động của xy lanh A. Tƣơng tự, S3 và S4 đƣợc dùng để xác định vị trí chuyển động của xy lanh B. Ta thiết lập đƣợc biểu đồ trạng thái nhƣ hình vẽ sau:

 ước 2: Thiết lập biểu đồ trạng thái

 ước 3: Lập qui trình thực hiện

Quan sát biểu đồ trạng thái nhận thấy qui trình khoan 1 l có 4 nhịp. Do đó cần sử dụng chu i điều khiển theo nhịp với 4 khối: 3 khối kiểu A và một khối kiểu B (đặt ở vị trí cuối cùng trong chu i điều khiển). M i khối điều khiển tƣơng ứng với một nhịp thực hiện.

119

Nhịp 1: (A4: tín hiệu điều khiển của nhịp cuối

A+ = Start ^ S1 ^ A4 cùng)

Nhịp 2: B+ = S2 ^ A1 (A1: tín hiệu điều khiển của nhịp đầu tiên)

Nhịp 3: B- = S4 ^ A2 (A2: tín hiệu điều khiển của nhịp thứ hai)

Nhịp 4: A- = S3 ^ A3 (A3: tín hiệu điều khiển của nhịp thứ ba)

 Trƣớc khi khởi động hệ thống cần nhấn nút ịnh hướng để Reset các khối điều khiển kiểu A nhằm xác lập vị trí ban đầu cho các cơ cấu chấp hành và Set khối kiểu B cuối cùng trong chu i điều khiển. Tín hiệu điều khiển của khối này đi vào một cửa của van AND.

 Khi nút Start đƣợc nhấn, khí từ nguồn đƣợc dẫn tới cửa còn lại của van AND, ngõ ra của van AND là tín hiệu Set khối điều khiển đầu tiên đồng thời Reset khối điều khiển cuối cùng.

 Nhịp thứ nhất đƣợc thực hiện: xy lanh A đi ra kẹp chặt phôi, đến cuối hành trình chạm vào công tắc hành trình S2. Tín hiệu S2 kết hợp với tín hiệu khí của khối điều khiển thứ nhất qua van 3/2 tác động Set khối điều khiển thứ hai.

 Trong nhịp thứ hai: ngõ ra tác động làm xy lanh B mang mũi khoan đi xuống đồng thời Reset khối điều khiển thứ nhất. Đến cuối hành trình chạm vào S4 kết hợp với tín hiệu khí của nhịp thứ hai tác động Set khối điều khiển thứ ba.

 Trong nhịp thứ ba: ngõ ra tác động làm xy lanh B đi về sau khi khoan xong đồng thời Reset khối điều khiển thứ hai. Về đầu hành trình chạm vào S3 kết hợp với tín hiệu khí của nhịp thứ ba tác động Set khối điều khiển cuối cùng.

120

 Nhịp thứ tƣ (nhịp cuối): ngõ ra tác động làm xy lanh A đi về đồng thời

Reset khối điều khiển thứ ba.

 Bài luyện tập:

Bài 1: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển

theo nhịp với biểu đồ trạng thái của các xylanh sau (Hình 1)

Bài 2: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển

theo nhịp với biểu đồ trạng thái của các xylanh sau (Hình 2)

121

Bài 3 : Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển

theo nhịp với biểu đồ trạng thái của các xylanh sau (Hình 3)

Bài 4: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển

nhịp với biểu đồ trạng thái của các xylanh sau: (Hình 4)

2. Phƣơng pháp thiết kế mạch điều khiển theo nhịp hệ thống điện khí nén.

Nguyên tắc thực hiện của điều khiển theo nhịp là các ư ự ệ ệ xảy ượ ừ : khi các lệnh trong một nhịp thực hiện

122

xong sẽ o o ế o đồng thời sẽ xó ự ệ ư ó.

• Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo.

• Xoá các lệnh của nhịp trƣớc đó.

• Thực hiện lệnh của tín hiệu điều khiển.

Nhịp Zn sẽ đƣợc xoá bởi nhịp sau đó Zn+1. Nhịp cuối cùng sẽ đƣợc

xóa bởi nhịp đầu tiên.

2.1. Khái quát các khối điều khiển theo nhịp:

 iều kiện của bước đầu tiên hoạt động là:

- Bƣớc trƣớc đó phải hoạt động để đảm bảo yếu tố tuần tự theo nhịp. - Tín hiệu của cảm biến hay công tắc hành trình của bƣớc thực hiện trƣớc phải đƣợc kích hoạt. Bƣớc trƣớc của bƣớc đầu tiên chính là bƣớc n (bƣớc cuối).

- Bƣớc sau (bƣớc thứ 2) chƣa thực hiện.  iều kiện của bước thứ i hoạt động là:

- Bƣớc thứ i - 1 phải hoạt động để đảm bảo yếu tố tuần tự theo nhịp. - Tín hiệu của cảm biến hay công tắc hành trình của bƣớc thứ i-1 phải

đƣợc kích hoạt.

- Bƣớc sau (bƣớc thứ i + 1) chƣa thực hiện. 

iều kiện của bước n (bước cuối) hoạt động là:

- Bƣớc cuối phải đƣợc kích hoạt trƣớc tiên bằng cách tác động vào nút

nhấn Set.

- Bƣớc sau (bƣớc đầu tiên) chƣa thực hiện. - Khi bƣớc đầu tiên thực hiện, sẽ xóa tín hiệu của bƣớc cuối cùng và

chuẩn bị tín hiệu cho bƣớc thứ hai đƣợc thực hiện.

- Khi bƣớc thứ i hoạt động, sẽ xóa tín hiệu của bƣớc thứ i-1 và chuẩn

bị tín hiệu cho bƣớc thứ i+1 đƣợc thực hiện.

123

- Khi bƣớc n (bƣớc cuối) thực hiện, sẽ xóa tín hiệu của bƣớc n-1 và

chuẩn bị tín hiệu cho bƣớc đầu tiên đƣợc thực hiện.

 Các bƣớc chuẩn của điều khiển theo nhịp:

2.2. Các bƣớc thiết kế một mạch điều khiển điện khí nén theo nhịp:

Để tiến hành thực hiện một bài toán điều khiển theo nhịp sử dụng khí nén

ta tiến hành các bƣớc sau đây:

 Bƣớc 1: Từ yêu cầu của hệ thống điều khiển, ta xác định các biến cần thiết đó là các công tắc hành trình và vị trí lắp đặt, các cảm biến cần thiết sử dụng, các nút nhấn hay cần gạt lựa chọn (Start – nút khởi động, Stop – nút dừng, điều khiển tự động – Auto hay bằng tay – Man)….

 Bƣớc 2: Từ quy trình công nghệ, xây dựng biểu đồ trạng thái (biểu diễn các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử. Cụ thể xác định có bao nhiêu cơ cấu chấp hành và trình tự hoạt động).

 Bƣớc 3: Lập quy trình thực hiện cho các nhịp. Xác định các điều kiện để

các cơ cấu chấp hành hoạt động ứng với quy trình thực hiện ở trên.

 Bƣớc 4: Thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén sử dụng các khối điều

khiển theo nhịp nhƣ đã trình bày ở trên.

2.3. Mạch ứng dụng:

 Bài 1:

Hệ thống truyền động khí nén sử dụng làm đồ gá chi tiết trong nguyên công phay. Ban đầu là xy lanh A, B, C đều ở vị trí đầu hành trình. Xy lanh A dùng để kẹp chi tiết. Xy lanh B để di chuyển hệ thống kẹp bao gồm chi tiết, xy lanh A và bàn trƣợt. Xy lanh C mang đầu dao phay đi lên và xuống để gia công chi tiết.

Ban đầu ngƣời công nhân sẽ để chi tiết vào đồ gá và chu kỳ hoạt động bắt đầu khi ngƣời công nhân nhấn nút START, lúc này xy lanh A kẹp lại, sau đó thì xy lanh B di chuyển hệ thống kẹp chi tiết bao gồm cả xy lanh A vào vị trí gia

124

công. Chu kỳ gia công kết thúc khi chi tiết trở lại vị trí ban đầu, hàm kẹp mở ra, ngƣời công nhân sẽ lấy chi tiết ra và đặt một phôi chi tiết khác vào và nhấn nút START.

 Bƣớc 1: Xác định biến

 Sử dụng các công tắc hành trình S1, S2, S3, S4, S5, S6 để xác định vị trí chuyển động của xy lanh A, B, C. Ta thiết lập đƣợc biểu đồ trạng thái nhƣ hình vẽ sau:

 Bƣớc 2: Thiết lập biểu đồ trạng thái

 Bƣớc 3: Lập qui trình thực hiện

Quan sát biểu đồ trạng thái nhận thấy qui trình trên có 7 nhịp. Nhƣng do nhịp thứ 4 cần trì hoãn một khoảng thời gian t mà không có chuyển động của xy lanh nào nên có thể coi nhƣ nhịp thứ 4 trùng với nhịp thứ 5. Nhƣ vậy, hệ thống trên hoạt động với 6 nhịp, 6 nhịp tƣơng ứng với 6 bƣớc thực hiện. Trong đó có bƣớc 1 là bƣớc đầu tiên, bƣớc cuối là bƣớc 6 và 4 bƣớc đặt ở giữa chu i điều khiển theo nhịp.

ệ o ư ượ ự ệ

Nhịp 1: A+ = Start S1 A6 (A6: tín hiệu điều khiển của nhịp cuối cùng).

Nhịp 2: B+ = S2 A1 (A1: tín hiệu điều khiển của nhịp đầu tiên).

Nhịp 3: C+ = S4 A2 (A2: tín hiệu điều khiển của nhịp thứ hai).

Nhịp 4: C- = S6 A3 (A3: tín hiệu điều khiển của nhịp thứ ba).

125

Nhịp 5: B- = S5 A4 (A4: tín hiệu điều khiển của nhịp thứ tƣ).

Nhịp 6: A- = S3 A5 (A5: tín hiệu điều khiển của nhịp thứ năm).

 Bƣớc 4: Tiến hành v mạch điều khiển

 Bài 2: Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén theo biểu đồ trạng thái sau

với yêu cầu:

- Khi tác động nút ấn S5 các xy lanh thực hiện quy trình theo yêu cầu

126

 Bài 3: Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén theo biểu đồ trạng thái sau:

 Bài 4: Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén theo biểu đồ trạng thái sau:

 Bài 5: Thiết kế mạch điều khiển điện – khí nén theo biểu đồ trạng thái sau:

127

BÀI 4:

PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG HỆ THỐNG THỦY LỰC, KHÍ NÉN

1. Giới thiệu phƣơng pháp thiết kế theo tầng:

Xây dựng cấu trúc điều khiển theo tầng thực chất là phân chia chu trình điều khiển gồm nhiều bƣớc thành các tầng riêng rẽ (bao gồm một hay một số bƣớc), nhƣ vậy có thể làm minh bạch hệ thống điều khiển, khắc phục hiện tƣợng trùng tín hiệu trong điều khiển. Không cần thiết phải sử dụng công tắc hành trình một chiều. Chia tầng là bƣớc quan trọng nhất, nó quyết định cấu trúc của mạch hệ thống sẽ đƣợc thiết kế .

Nguyên tắc thiết kế mạch điều khiển theo tầng là chia các bƣớc thực hiện có cùng chức năng thành từng tầng riêng. Phần tử cơ bản của điều khiển theo tầng là phần tử nhớ –van đảo chiều 4/2 hoặc 5/2. Điều khiển theo tầng là bƣớc hoàn thiện của điều khiển tùy động theo hành trình.

2. Thiết kế mạch điều khiển bằng phƣơng pháp chia tầng:

2 1 C và x í ệ

Chia chu kỳ hoạt động của các cơ cấu chấp hành thành các tầng với điều kiện: Không có xy lanh nào vừa đi ra vừa đi về trong một tầng hoặc cơ cấu quay vừa chuyển động thuận chiều và ngƣợc chiều trong cùng một tầng.

A+ : xy lanh A đi ra A- : xy lanh A đi về

Thì điều kiện trong việc chia tầng là không có ký hiệu của một xy lanh

nào lặp lại trong cùng một tầng.

Ví dụ: có 3 xy lanh A, B, C hoạt động tuần tự nhƣ sau:

Start, A+, B+ / B-, A-, C+ / C-

Tầng: I / II / III

Áp dụng các nguyên tắc chia tầng nhƣ đã nêu ở trên: chu i hoạt động của

hai xy lanh đƣợc chia làm 2 tầng:

T , B

T B-, A-

128

Có thể sử dụng vòng tròn chia thành nhiều phần để việc chia tầng và xác

định tín hiệu đầu tầng đƣợc thuận tiện và dễ dàng hơn.

2 2 K q m ảo :

Nguyên tắc hoạt động của mạch đảo tầng:

 Ban đầu, mạch đảo tầng sẽ cấp khí cho tầng thứ n.

 Sau khi nhấn nút Start, mạch đảo tầng sẽ cấp khí cho tầng thứ I, ở tầng này, nguồn khí sẽ cung cấp cho các chuyển động trong tầng I để điều khiển cơ cấu chấp hành (có thể điều khiển trực tiếp hoặc thông qua các công tắc hành trình).

 Tín hiệu đầu tầng II sẽ đƣợc tác động khi tầng I kết thúc, tầng II có khí và

nguồn khí này cũng cung cấp cho các chuyển động trong tầng II.

 Tín hiệu đầu tầng III sẽ đƣợc tác động khi tầng II kết thúc, tầng III có khí …. Và cứ tiếp tục nhƣ thế cho đến tầng thứ n, và chu trình lại quay trở lại tầng I.

Mạch đ o tầng: bao gồm các van đ o tầng (thực chất là các van đ o

chiều 4/2 ho c 5/2 có duy trì).

Mạch điều khiển cho 2 tầng:

Hình 3-28 Mạch điều khiển 2 tầng  Số lƣợng van đảo chiều luôn bằng số tầng trừ đi 1  Mạch 2 tầng (n=2), nhƣ vậy sẽ có 1 (n-1 = 1) phần tử nhớ.

129

 E1 là tín hiệu đầu tầng I, E2 là tín hiệu đầu tầng II.  Ban đầu, khí từ nguồn sẽ cung cấp cho tầng 2, sau khi có tín hiệu E1 tác động, van 5/2 đổi vị trí làm cho khí đƣợc dẫn lên cung cấp cho tầng I, khí ở tầng II thoát ra ngoài.

Mạch điều khiển 3 tầng:

Hình 3-29. Mạch điều khiển 3 tầng

 Mạch 3 tầng (n=3), nhƣ vậy sẽ có 2 (n-1 = 2) phần tử nhớ.

 E1 là tín hiệu đầu tầng I, E2 là tín hiệu đầu tầng II, E3 là tín hiệu đầu tầng

III.

Mạch điều khiển 4 tầng:

130

Hình 3-30. Mạch điều khiển 4 tầng

2. 3. Các bƣớc thiết kế một mạch điều khiển thủy lực, khí nén theo tầng:

 ước 1: Từ yêu cầu của hệ thống điều khiển, ta xác định các biến cần thiết đó là các công tắc hành trình và vị trí lắp đặt, các cảm biến cần thiết sử dụng, các nút nhấn hay cần gạt lựa chọn (Start – nút khởi động, Stop – nút dừng, điều khiển tự động – Auto hay bằng tay – Man)….

 ước 2: Từ quy trình công nghệ, xây dựng biểu đồ trạng thái (biểu diễn các phần tử trong mạch, mối liên hệ giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử. Cụ thể xác định có bao nhiêu cơ cấu chấp hành và trình tự hoạt động).

 ước 3: Tiến hành việc chia tầng, có thể ghép các tầng lại với nhau nhằm mục đích tối ƣu hoạt động của hệ thống nhƣng phải đảm bảo đúng nguyên tắc của việc chia tầng. Xác định chu i hoạt động có bao nhiêu tầng và các tín hiệu đầu tầng tƣơng ứng.

131

 ước 4: Lập quy trình thực hiện cho các tầng và các bƣớc trong tầng. Xác định các điều kiện để các cơ cấu chấp hành hoạt động ứng với quy trình thực hiện ở trên.

 ước 5: Thiết kế mạch điều khiển bằng khí nén sử dụng các mạch đảo

tầng chuẩn nhƣ đã trình bày ở trên.

2.4. Bài tập ứng dụng:  í dụ 1: Hệ thống điều khiển máy dập chi tiết với yêu cầu công nghệ nhƣ sau: Xy lanh A thực hiện công việc dập chi tiết và xy lanh B có nhiệm vụ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn. Chu kỳ hoạt động của máy dập nhƣ sau:

Ngƣời công nhân đƣa phôi cần dập vào khuôn, sau đó nhấn công tắc hoạt động START.

 Xy lanh A du i ra và thực hiện chuyển động đi xuống để dập chi tiết.

 Sau khi dập xong chi tiết thì xy lanh A co lại trở về vị trí ban đầu.

 Khi xy lanh A đã về vị trí ban đầu thì xy lanh B đi lên để đẩy chi tiết vừa

dập ra khỏi khuôn.

 Và sau khi đẩy xong chi tiết thì xy lanh B quay trở về lại vị trí ban đầu.

 Chu kỳ hoạt động kết thúc và một chu kỳ kế tiếp hoạt động

 ước 1: Với yêu cầu đề ra là điều khiển 2 xy lanh A và B theo chu trình điều khiển tự động. Để các chu trình này thực hiện tự động đƣợc chúng ta gắn trên m i xy lanh 2 công tắc hành trình, công tắc hành trình S1, S3 g n ở đầu hành trình, S2 và S4 g n ở cuối hành trình của 2 xy lanh A và B.

 ước 2: Thiết lập biểu đồ trạng thái nhƣ hình biễu diễn dƣới đây:

132

 ước 3 : Tiến hành việc chia tầng

Có 3 tầng hoạt động, tầng I thực hiện chuyển động cho xy lanh A đi ra (A+), tầng II thực hiện 2 chuyển động là xy lanh A đi về và xy lanh B đi ra (A-, B+) và tầng cuối cùng là xy lanh B đi về (B-).

Tín hiệu đầu tầng I: E1 = Start + S3. Tín hiệu đầu tầng II:

E2 = S2.

Tín hiệu đầu tầng III:

E3 = S4.

 ước 4 : Lập qui trình thực hiện cho các tầng và các bƣớc trong tầng.

Để tiếp tục thiết kế chúng ta phải biết các tín hiệu điều khiển tác động lên các van đảo chiều. Ở đây ta có 2 xy lanh tác động kép, để điều khiển đƣợc các chuyển động khác nhau nhƣ A+, A-, B+, B-  sơ đồ tác động khí nén lên các xy lanh trong mạch điều khiển khí nén nhƣ sau:

133

Bài luyện tập:

Bài 1: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển

theo tầng với biểu đồ trạng thái sau:

Bài 2: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển theo tầng với biểu đồ trạng thái sau:

Bài 3 : Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển theo tầng với biểu đồ trạng thái sau:

134

135

BÀI 5

PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO TẦNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHÍ NÉN

Sơ đồ mạch điện – khí nén gồm hai phần:

+ Sơ đồ mạch điện điều khiển

+ Sơ đồ mạch khí nén

Hình 5.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển điện-khí nén

Để có thể đọc và và hiểu các sơ đồ mạch điện khí nén cần phải nắm vững

các khái niệm và các quy ƣớc sau đây:

Mạch điều khiển gồm nhiều thành phần khác nhau:

 Nguồn: Thiết bị phục vụ và ống dẫn khí  Cảm biến: Đƣa tín hiệu đến bộ phận xử lý.  Bộ phận xử lý Đƣa tín hiệu đến thiết bị điều khiển.  Thiết bị điều khiển Điều khiển các dòng tín hiệu khí nén đến các cơ cấu

chấp hành.

 Cơ cấu chấp hành: Nhận tín hiệu và chấp hành

Hình 5.2. Mạch ví dụ điều khiển điện-khí nén

136

1. Giới thiệu phƣơng pháp thiết kế theo tầng:

Phƣơng pháp thiết kế mạch ĐK theo tầng là PP thiết kế thành từng tầng

riêng. Ở m i tầng hoàn thành một hoặc một số bƣớc của chu kỳ điều khiển.

Sự khác nhau cơ bản có tính chất quyết định bắt buộc phải thiết kế theo

tầng (không thể theo mạch tuần tự) là ở đ c điểm tín hiệu vào.

Trong thiết kế mạch điều khiển tầng cần thỏa mãn hai nguyên tắc:

- Tín hiệu vào ở các bƣớc trong cùng một tầng không đƣợc trùng nhau. Do đó gặp các bƣớc có tín hiệu vào giống nhau ta phải xét đến việc chia tầng.

- Tại thời điểm bất kỳ chỉ có duy nhất một tầng điều khiển hoạt động.

2. Thiết kế mạch điều khiển các cơ cấu/máy thực tế bằng phƣơng pháp chia tầng

2.1. C và x í ệ

Ta xét từ đầu chu kỳ đến các bƣớc tiếp theo, khi các điều kiện trùng nhau thì dừng lại và lui về một bƣớc để chia tầng, tức là phải chuyển sang tầng khác ở trƣớc đó một bƣớc.

Sau khi đã tách chuyển sang phần khác thì tiếp tục xét từ vị trí đã đƣợc tách đến các bƣớc sau. Quá trình nhƣ thế đƣợc tiến hành cho đến cuối chu kỳ và sẽ đƣợc số tầng xác định.

Hình 5.16. Cách chia tầng theo biểu đồ trạng thái

137

Hình 5.17. Cách chia tầng bằng cách lập b ng điều kiện.

 “1”: Công tắc hành trình bị tác động (bị chạm).

 “0”: Công tắc hành trình không bị tác động (không bị chạm).

Các tầng nhận đƣợc:

 Tầng 1 (I) A+ B+ ;

 Tầng 2 (II) B- C+ ;

 Tầng 3 (III) B+ ;

 Tầng 4 (IV) B- C- A-

2.2. Khái quát mạch đảo tầng:

Để tạo ra hai tầng ngƣời ta dùng một rơle. Mạch điện hai tầng đƣợc thiết

kế nhƣ sau:

Hình 5.18. Mạch chuẩn hai tầng d ng trong thiết kế mạch điện – khí nén

Để tạo ra 3 tầng ngƣời ta dùng 2 rơle. Mạch điện 3 tầng đƣợc thiết kế nhƣ

138

Hình 5.19. Mạch chuẩn ba tầng d ng trong thiết kế mạch điện – khí nén

Để tạo ra 4 tầng ngƣời ta dùng 3 rơle. Mạch điện 4 tầng đƣợc thiết kế nhƣ

Hình 5.20. Mạch chuẩn bốn tầng d ng trong thiết kế mạch điện – khí nén

Hình 5.21. Mạch chuẩn n tầng d ng trong thiết kế mạch điện – khí nén

139

2 3 C ư ả m à o o

 ước 1: Vẽ sơ đồ hành trình bƣớc.

Vẽ sơ đồ hành trình bƣớc (biểu đồ trạng thái) nhằm khái quát hóa nhiệm

vụ thiết kế.

 ước 2 : Xác định hệ điều kiện.

Hệ điều kiện là tổ hợp giá trị logic của các phần tử đƣa tín hiệu vào. Ta

quy ƣớc giá trị logic của m i phần tử đƣa tín hiệu vào nhƣ sau:

Khi một phần tử nhận đƣợc tín hiệu từ cuối hành trình của xy lanh (đối với công tắc hành trình là sự tác động lên công tắc) thì ở đó đƣợc ghi giá trị logic 1 cho phần tử này trong bảng hệ điều kiện, ngƣợc lại khi không nhận tín hiệu (không bị tác động) giá trị logic nhận đƣợc là 0. Bảng hệ điều kiện đƣợc ghi ra cho tất cả các bƣớc từ đầu đến cuối chu kỳ.

 ước 3 : Chia tầng.

Chia tầng là bƣớc quan trọng nhất, quyết định mạch thiết kế nhận đƣợc.

Việc chia tầng đƣợc dựa vào cơ sở bảng hệ điều kiện.

 ước 4: Cách thiết kế mạch điện các tầng trong điều khiển.

Các tầng điều khiển trong mạch điện đƣợc tạo ra bằng các rơle. Sau khi đã xác định đƣợc số tầng, lựa chọn mạch đảo tầng chuẩn tƣơng ứng và bắt đầu tiến hành thực hiện vẽ sơ đồ mạch cho các bƣớc cụ thể trong từng tầng.

2.4. Bà ậ ứ ụ  Bài tập 1: Máy khoan tự động có yêu cầu nhƣ sau :

Một cơ cấu kẹp thực hiện công việc kẹp chặt phôi trong khi máy khoan

làm việc và sẽ nhả ra khi máy đã hoàn tất một chi tiết khoan.

Ngƣời ta dùng hai xy lanh A và B, xy lanh A sẽ thực hiện việc kẹp giữ phôi và xy lanh B thực hiện việc khoan. Đầu tiên xy lanh A mang hàm động của cơ cấu kẹp đi ra kẹp chặt phôi, sau đó xy lanh B đi ra khoan chi tiết và quay về, tiếp theo xy lanh A quay về, chi tiết gia công xong có thể đƣợc lấy ra.

 Bƣớc 1: V sơ đồ hành trình bƣớc.

140

Từ yêu cầu của qui trình công nghệ, ta xác định đƣợc sơ đồ hành trình

bƣớc (biểu đồ trạng thái) nhƣ sau:

 Bƣớc 2 : Xác định hệ điều kiện.

Dựa vào sơ đồ hành trình bƣớc, ta lập đƣợc bảng điều kiện nhƣ sau:

 Bƣớc 3 : Chia tầng.

Quan sát trên bảng điều kiện nhận thấy các tín hiệu của bƣớc 2 và bƣớc 4 trùng nhau, việc chia tầng bắt buộc phải ở bƣớc 3. Từ bƣớc 3 xét đến cuối chu kỳ không có điều kiện trùng do đó phải chia ra làm 2 tầng.

T 1  , B v í 1 - v í

T 2 B-, A-

 Bƣớc 4: Cách thiết kế mạch điện các tầng trong điều khiển.

Do có hai tầng nên lựa chọn mạch chuẩn 2 tầng để điều khiển với các tín

hiệu đầu tầng nhƣ sau:

E1 = Start + S1

E2 = S4

 Bƣớc 4: Cách thiết kế mạch điện các tầng trong điều khiển

Xác định các bƣớc hoạt động của xy lanh trong m i tầng:

 Tầng I:

Xy lanh A+ = Y1 = L1

Xy lanh B+ = Y3 = L1 ^ S2

 Tầng II:

141

Xy lanh B- = Y4 = L2

Xy lanh A- = Y2 = L2 ^ S3

Với L1, L2 là các tín hiệu điều khiển của tầng I, II.

 Bài 2: Cho biểu đồ trạng thái các xylanh của một hệ thống điều khiển với ba xylanh nhƣ hình vẽ. Hãy thiết kế mạch điều khiển theo phƣơng pháp điều khiển tầng.

 Bài 3: Thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo biểu đồ trạng thái của

xy lanh sau:

142

 Bài 4: Thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo biểu đồ trạng thái của

xy lanh sau:

 Bài 5: Thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo biểu đồ trạng thái của

xy lanh sau:

 Bài 6: Thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo biểu đồ trạng thái của

xy lanh sau:

 Bài 7: Thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo biểu đồ trạng thái của

xy lanh sau:

143

 Bài 8: Thiết kế mạch điều khiển điện- khí nén theo biểu đồ trạng thái của

xy lanh sau:

144

BÀI 6

ỨNG DỤNG PLC TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC KHÍ NÉN

2.1. Điều khiển xy lanh tác động đơn:

Khi tác dụng vào nút nhấn thì xylanh sẽ đi ra, khi thả nút nhấn ra xylanh sẽ

trở về vị trí ban đầu. Yêu cầu:

 Vẽ mạch khí nén.  Vẽ mạch điện điều khiển.  Viết chƣơng trình điều khiển dùng PLC.  Chạy mô phỏng chƣơng trình.

2.2. Điều khiển xy lanh tác động kép: Khi nhấn vào nút nhấn, xilanh tác dụng kép di chuyển đi ra. Khi nhả nút nhấn, xilanh giữ nguyên vị trí. Khi nhấn nút Stop xilanh thụt lùi về vị trí ban đầu.

Yêu cầu:

 Vẽ mạch khí nén.  Vẽ mạch điện điều khiển.  Viết chƣơng trình điều khiển dùng PLC.  Chạy mô phỏng chƣơng trình.

2.3. Điều khiển xy lanh sử dụng van logic:

Ở hai nơi khác nhau chúng ta có thể điều khiển chuyển động của xilanh.

Yêu cầu:

 Vẽ mạch khí nén.  Vẽ mạch điện điều khiển.  Viết chƣơng trình điều khiển dùng PLC.  Chạy mô phỏng chƣơng trình. 2.4. Điều khiển xy lanh sử dụng van logic OR:

Ở hai nơi khác nhau chúng ta có thể điều khiển chuyển động của xilanh.

Yêu cầu:

 Vẽ mạch khí nén.  Vẽ mạch điện điều khiển.  Viết chƣơng trình điều khiển dùng PLC.  Chạy mô phỏng chƣơng trình. 2.5. Điều khiển xy lanh sử dụng van logic AND:

Nhấn cùng lúc hai nút nhấn thì xilanh du i ra. Nhấn một nút nhấn thì

xilanh không hoạt động.

Yêu cầu:

145

 Vẽ mạch khí nén.  Vẽ mạch điện điều khiển.  Viết chƣơng trình điều khiển dùng PLC.  Chạy mô phỏng chƣơng trình.

2.6. Điều khiển xy lanh sử dụng công tắc hành trình:

Nhấn nút start xilanh chạy ra, cuối hành trình du i ra công tắc từ tác động

xilanh quay về chạm công tắc hành trình xilanh ngừng hoạt động.

Yêu cầu:

 Vẽ mạch khí nén.  Vẽ mạch điện điều khiển.  Viết chƣơng trình điều khiển dùng PLC.  Chạy mô phỏng chƣơng trình.

2.7. Điều khiển xy lanh phụ thuộc thời gian:

Nhấn nút PB1 xilanh du i ra. Sau một thời gian chỉnh định xilanh sẽ tự

động thụt lùi. Yêu cầu:

 Vẽ mạch khí nén.  Vẽ mạch điện điều khiển.  Viết chƣơng trình điều khiển dùng PLC.  Chạy mô phỏng chƣơng trình.

2.8. Bài tập ứng dụng:

 Bài 1: Viết chƣơng trình PLC điều khiển cho một máy đóng nắp chai gồm

3 xi lanh hoạt động nhƣ sau:

 Khi nhấn nút start, xi lanh A đẩy sản phẩm ra đến vị trí đóng nắp rồi hồi

về.

 Khi xi lanh A hồi về xong, xi lanh B đẩy ra, thực hiện qúa trình đóng nắp

rồi hồi về.

 Khi xi lanh B hồi về xong, xi lanh C đẩy ra, đẩy sản phẩm ra khỏi vị trí

đóng nắp rồi hồi về, kết thúc một chu trình đóng nắp chai.

 Bài 2: Viết chuơng trình PLC điều khiển cho một máy dập khuôn có biểu

đồ trạng thái sau:

146

- Khi nhấn nút ON, piston A đẩy ra để dập chi tiết.

- Khi piston A hồi về, đồng thời piston B đi ra, đẩy chi tiết ra khỏi khuôn dập và sau đó hồi về, kết thúc một chu trình dập khuôn.

 Bài 3: Viết chuơng trình PLC cho một hệ thống nâng tầng sản phẩm dùng

2 xi lanh hoạt động có biểu đồ trạng thái nhƣ sau:

- Sản phẩm từ băng tải chạy tới đụng vào công tắc hành trình a1, piston

A đẩy sản phẩm lên.

- Piston A lên đến hết hành trình, đụng vào công tắc hành trình a1, làm

piston B đẩy ra, đẩy sản phẩm sang một băng chuyền khác.

- Khi sản phẩm đã qua hết băng chuyền, công tắc hành trình b1 bị tác

động, làm cho nó hồi về ngay.

- Khi piston B về hết hành trình, công tắc hành trình b0 bị tác động, làm cho piston A hồi về vị trí ban đầu, kết thúc một chu trình nâng tầng sản phẩm.

 Bài 4: Viết chuơng trình PLC cho một hệ thống gia công chi tiết gồm 3 xi

lanh hoạt động có biểu đồ trạng thái nhƣ sau:

147

- Khi nhấn nút start, xi lanh A đi ra, đẩy sản phẩm vào vị trí gia công, sau

đó hồi về.

- Khi xi lanh A hồi về xong, xi lanh B đẩy ra kẹp chi tiết.

- Khi xi lanh B kẹp chi tiết xong, xi lanh C đẩy ra, tiến hành gia công chi

tiết.

- Khi gia công xong, xi lanh C hồi về.

- Khi xi lanh C hồi về đến cuối hành trình, xi lanh B cũng hồi về, nhả sản

phẩm ra, kết thúc một chu trình gia công chi tiết.

Bài 5:

Thiết kế mạch ép gia nhiệt tự động với yêu cầu kỹ thuật nhƣ sau:

Khi nút nhấn S1 đƣợc tác động thì pittông ép đi xuống và chạm vào công tắc hành trình S2 thì bắt đầu gia nhiệt với thời gian t. Sau đó trở về vị trí ban đầu và chạm vào công tắc hành trình S3 thì quá trình tiếp tục lại từ đầu. Trong quá trình thực hiện nếu nhấn nút S4 thì píttông sẽ quay về vị trí ban đầu.

1. Lập trình trên máy tính mạch điều khiển thủy lực. 2. Lắp ráp các phần tử trên mạch điều khiển. 3. Kết nối vận hành hệ thống thủy lực với chƣơng trình điều khiển PLC.

Bài 6:

Thiết kế mạch thủy lực điều khiển máy dập khuôn kim loại, với yêu cầu kỹ thuật sau: Lúc đầu, đầu dập ở vị trí chờ (S1), khi đƣa chi tiết cần dập vào ta ấn nút S3, đầu dập tịnh tiến đi xuống và dập chi tiết, khi S2 bị tác động thì đầu dập quay về. Trong quá trình gia công nếu xảy ra sự cố, ấn nút S4 đầu dập sẽ ở lại vị trí đó. S1S2

1. Lập trình trên máy tính mạch điều khiển thủy lực. 2. Lắp ráp các phần tử trên mạch điều khiển.

148

3. Kết nối vận hành hệ thống thủy lực với chƣơng trình điều khiển PLC.

Bài 7: Thiết bị lắp ráp có độ dôi

Thiết kế mạch điều khiển thủy lực của cơ cấu dùng để lắp ráp có độ dôi, với yêu cầu kỹ thuật nhƣ sau:

Đƣa chi tiết cần lắp vào vị trí lắp, ấn nút S1 cơ cấu tịnh tiến xuống lắp và ép chặt chi tiết đến khi đủ áp suất 20 bar, đèn H sáng, thì cơ cấu tự quay về. Nếu trong quá trình gia công xảy ra sự cố thì ấn nút S2 cơ cấu quay về vị trí ban đầu.

Bài 8: Cơ cấu cấp phôi theo kiện

Thiết kế mạch điều khiển thủy lực cấp phôi theo khối kiện nhiều sản phẩm, với yêu cầu kỹ thuật sau:

Nhấn nút 1S cơ cấu đẩy phôi hoạt động từ vị trí giới hạn S1 đến giới hạn S2 để đẩy sản phẩm. Khi công tắc S2 tác động thì pittông đẩy trở về vị trí ban đầu và thực hiện tiếp lần đẩy mới. Đẩy đúng 12 phôi thì ngừng ở vị trí ban đầu. Trong quá trình đẩy phôi có vấn đề thì nhấn nút 2S và trở về vị trí ban đầu.

Bài 9:

Hệ thống vận chuyển các sản phẩm bằng các băng tải con lăn đƣợc mô tả nhƣ hình. Hai băng tải chuyển động vuông góc với nhau theo trục X và Y. Nguyên lý làm việc đƣợc mô tả nhƣ biểu đồ trạng thái.

Trong đó: 1S1, 1S2, 2S1, 2S2 là các công tắc giới hành trình; S1 là nút

nhấn khởi động hệ thống.

149

Bài 10:

Cơ cấu ép thủy lực mô tả nhƣ hình. Trong quá trình chạy nếu tác động S2

thì dừng cơ cấu. Nếu S1 đƣợc tác động thì cơ cấu lại hoạt động tiếp tục.

Trong đó: 1S1, 1S2 là các công tắc giới hành trình; p là công tắc áp suất;

T là công tắc thời gian.

Bài 11:

Hệ thống ép thủy lực đƣợc dùng để lắp ráp các chi tiết thành sản phẩm đƣợc mô tả nhƣ hình. Khi nhấn nút khởi động S1 thì pittông ép thực hiện lắp ráp chi tiết cho đến áp suất đạt đến 3Mpa thì pittông trở về vị trí ban đầu gặp 1S1 thì dừng. Trong quá trình ép hoặc trở về nếu nút Stop (S2) đƣợc nhấn thì pit tông dừng lại. Nếu S1 lại đƣợc nhấn thì pit tông sẽ tiếp tục hành trình còn lại.

150

BÀI 7

THIẾT KẾ, VẬN HÀNH CÁC MẠCH KHÍ NÉN, THỦY LỰC ỨNG DỤNG.

1. Lắp đặt, vận hành, kiểm tra các mạch truyền động khí nén, thủy lực cơ bản.

1.1. Lắ ặ , vậ à , m c m y í ả

1.1.1. Điều khiển bằng tay :

ự ế

Bằng các thiết bị đóng mở trực tiếp cung cấp nguồn khí nén cho Xi lanh hoặc Motor đƣợc ứng dụng phần lớn ở những mạch điều khiển bằng khí nén đơn giản, ví dụ nhƣ các đồ gá kẹp chi tiết.

Điều khiển trực tiếp có đặc điểm là chức năng đƣa tín hiệu và xử lý tín hiệu

do một phần tử đảm nhận. Ví dụ mạch điều khiển xy - lanh tác dụng một chiều.

 Ví dụ 1: mạch điều khiển trực tiếp sử dụng một phần tử

Hình 3-13. Mạch điều khiển trực tiếp một phần tử điều khiển.

 Ví dụ 2: mạch điều khiển trực tiếp sử dụng hai phần tử

151

Hình 3-14. Mạch điều khiển trực tiếp sử dụng hai phần tử.

ế Sử dụng van điều khiển đảo chiều làm trung gian.

Pít - tông đi ra và lùi vào đƣợc điều khiển bằng phần tử nhớ 1.3. Mạch

điều khiển và biểu đồ trạng thái trình bày trên hình 3.3.

Hình 3.15. Mạch điều khiển gián tiếp.

Mạch điều khiển xy - lanh tác động hai chiều với phần tử nhớ 1.3 trình

bày ở hình 3-19.

152

Hình 3-16. Mạch điều khiển gián tiếp xy - lanh tác dụng kép tác động 2 chiều.

1.1.2. Điều khiển t y động theo thời gian:

Vì tốc độ truyền động bằng khí nén luôn phụ thuộc vào tải trọng nên trong các hệ thống điều khiển đơn giản, việc điều khiển theo thời gian thƣờng chỉ đƣợc áp dụng vào các điểm dừng của cơ cấu chấp hành. Điều khiển tùy động theo thời gian đƣợc minh họa ở hình 3-20. Khi nhấn nút ấn 1.1 van đảo chiều 1.3 đổi vị trí, pít - tông 1.0 đi ra, đồng thời khí nén sẽ qua cửa X để vào phần tử thời gian 1.2. Sau thời gian (t) van đảo chiều 1.3 đổi vị trí.

153

Hình 3-17. Sơ đồ mạch điều khiển t y động theo th i gian và biểu đồ trạng thái.

- i u khi n tùy ng theo thời gian có chu kỳ tự ng (hình 3-21).

Biểu đồ trạng thái của sơ đồ mạch điều khiển tùy động theo thời gian có

chu kỳ tự động trình bày trên hình.

Hình 3-18. Sơ đồ mạch điều khiển t y động theo th i gia có chu k tự động và biểu đồ trạng thái.

- vậ ố ằ v ế ư m :

+ Điều khiển vận tốc bằng van tiết lƣu một chiều trình bày ở hình 3.7. Khi ấn công tắc 1.1, vận tốc đi ra của xy - lanh phụ thuộc vào độ mở của van tiết lƣu, khi ngắt công tắc 1.1, vận tốc đi vào của xy - lanh tăng lên nhờ khí nén thoát qua hai đƣờng van tiết lƣu và van một chiều.

154

Hình 3-19. iều khiển vận tốc bằng van tiết lưu một chiều.

- vậ ố ằ v o í .

Khi ấn công tắc 1.1, vận tốc đi ra của xy - lanh chậm, khi ngắt công tắc 1.1, vận tốc đi vào của xy - lanh tăng lên nhờ khí nén thoát qua van thoát khí nhanh.

Hình 3-20. iều khiển vận tốc bằng van thoát nhanh.

1.1.3. Điều khiển t y động theo hành trình :

Quá trình điều khiển diễn ra tuần tự theo từng bƣớc

Cơ sở điều khiển tùy động theo hành trình là vị trí của các công tắc hành trình. Khi một bƣớc thực hiện trong mạch điều khiển có l i, thì mạch điều khiển sẽ đứng yên.

- y o à m x :

155

Hình 3-21. iều khiển t y động theo hành trình với 1 xy - lanh.

- y o à v m xy - ó ỳ ự :

Mạch điều khiển thực hiện tự động nhờ sử dụng nút ấn có rãnh định vị

1.1, chừng nào nút ấn 1.1 ở vị trí b thì mạch sẽ ngừng hoạt động.

Sơ đồ và biểu đồ trạng thái của mạch điều khiển tùy động theo hành trình

với một xy - lanh có chu kỳ tự động trình bày trên hình 3-26.

156

Hình 3-22. iều khiển t y động theo hành trình một xilanh có chu k tự động và biểu đồ trạng thái.

- y o à v m xy – ó ờ

ờ ừ ủ í - ố à :

157

Hình 3-23. Sơ đồ và biểu đồ trạng thái của mạch điều khiển t y động theo hành trình với một xilanh có phần tử th i gian.

í ụ 1 Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp điều khiển tùy động hành trình của thiết bị khoan với biểu đồ trạng thái sau :

- iều khiển với một hành trình:

Hình 3-24. Biểu đồ trạng thái của 2 xylanh

Hình 3-25. Sơ đồ khí nén điều khiển 2 xylanh

- v ỳ ự

Hình 3-26. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển 2 xylanh với chu k tự động

158

Ví dụ 2: Thiết kế mạch điều khiển khí nén theo phƣơng pháp tùy động theo hành trình với biểu đồ trạng thái sau:

Hình 3-27. Sơ đồ mạch khí nén điều khiển 3 xylanh

1.2. Lắp đặt, vận hành, kiểm tra các mạch truyền động điện khí nén:

1.2.1. Điều khiển trực tiếp: Khi ấn nút S1, dòng điện chảy trực tiếp qua cuộn dây điện từ 1Y1 của van, tác dụng điện - từ làm chuyển mạch van khí nén 1V1, nguồn khí nén chảy từ 1 qua 2 cung cấp cho Xilanh 1A. Khi thôi ấn nút S1, dòng điện qua 1Y1 không tồn tại, van 1V1 trỏ về trạng thái ban đầu vốn có.

Hình 5.3. Sơ đồ mạch khí nén và mạch điều khiển trực tiếp

1.2.2. Điều khiển gián tiếp:

Tác động điều khiển gián tiếp thong qua rơle điện từ K1

159

Hình 5.4. Sơ đồ mạch khí nén và mạch điều khiển gián tiếp

1.2.3. Mạch điều khiển tự duy trì:

Cơ sở để thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén là biểu đồ trạng thái

Hình 5.5. iểu đồ trạng thái và sơ đồ mạch khí nén mạch tự duy trì

Sơ đồ sơ đồ mạch điện điều khiển đƣợc biểu diễn ở trong hình. Khi tác động vào nút ấn S2, rơle K2 có điện, các tiếp điểm tƣơng ứng của rơle K2 sẽ đóng, đó là tiếp điểm K2 ở nhánh thứ ba và K2 ở nhánh thứ năm. Khi nhả nút ấn S2, nhờ tiếp điểm duy trì K2 ở nhánh thứ ba, rơle K2 vẫn có điện và tiếp điểm K2 ở nhánh thứ năm - tiếp điểm đóng để dòng điện qua cuộn cảm ứng của van đảo chiều, xylanh đi tới.. Khi tác động vào nút ấn vào nút ấn S1 dòng điện trong nhánh hai mất, rơle K2 mất điện, các tiếp điểm tƣơng ứng mở ra và xylanh sẽ lùi về.

Hình 5.6. Mạch điều khiển với tiếp điểm tự duy trì.

1.2.4. Mạch điều khiển với rơle thời gian tác động muộn:

160

Biểu đồ trạng thái, sơ đồ mạch khí nén đƣợc trình bày ở hình. Sơ đồ mạch điều khiển với phần tử tự duy trì và rơle thời gian tác động muộn. Sau thời gian t1 công tắc hành trình điện - cơ S2 đóng (vị trí cuối hành trình), thì rơle thời gian tác động muộn K2 mới có điện.

Hình 5.7. iểu đồ trạng thái và mạch khí nén mạch điều khiển rơle tác động muộn.

Hình 5.8. Mạch điều khiển rơle tác động muộn. 1.2.5. Mạch điện khí nén điều khiển tốc độ xi lanh tác dụng đơn:

Các chi tiết từ gá đựng đƣợc duy chuyển đến dây chuyền khác bởi một xi

lanh tác động từ 2 phía bằng cách:

161

- Nhấn nút S1 xi lanh tác động 2 phía đi ra cuối hành trình xi lanh tác động vào cảm biến vị trí S2 và tự quay về hãy vẽ mạch điều khiển điện khí nén trên thời gian đi ra đƣợc điều chỉnh tốc độ bằng van tiết lƣu

Hình 5.9. Mạch khí nén và mạch điều khiển tốc độ xy lanh tác động đơn.

1.2.6. Mạch điện khí nén điều khiển tốc độ xi lanh tác dụng kép:

Một chi tiết bằng nhôm cần đƣợc đóng nhãn hiệu đƣợc điều khiển bởi hệ

thống điện khí nén nhƣ sau:

- Nhấn nút S1 xi lanh tác động hai phía 2M đi ra chậm để đẩy chi tiết vào vị trí dập sau đó xi lanh tác động hai phía 1A đi ra để đóng nhãn hiệu chi tiết cuối cùng cả hai xi lanh 2M và 1A trở về cùng lúc .

- Hãy thiết kế sơ đồ mạch điện khí nén trên

162

Hình 5.10. Mạch khí nén điều khiển tốc độ xy lanh tác động kép.

Hình 5.11. Mạch điều khiển tốc độ xy lanh tác động kép.

1.2.7. Điều khiển tự động theo hành trình:

Ấn nút khởi động (START), rơ le K1 tác động và tự duy trì bằng tiếp điểm K1(cột 2); tiếp điểm thƣờng mở K1 ( cột 3) đóng lại cấp nguồn cho cuộn dây điện từ 1Y1 để mở van đảo chiều 1V1 ( khí nén 1 4) đẩy cần piston đi ra. Khi ra đến vị trí mong muốn (nơi đặt công tắc hành trình 1S2), 1S2 bị tác động, tiếp điểm 1S2 trong mạch điều khiển ngắt mạch của K1, van 1V1 trở về trạng thái ban đầu ( 1 2), piston lùi về. Mạch điều khiển cũng cho phép đƣa cần piston lùi về từ bất kì vị trí nào khi ấn nút STOP.

163

Hình 5.12. Mạch khí nén và mạch điều khiển tự động theo hành trình.

1.2.8. Điều khiển theo hành trình và áp suất: Mạch điều khiển hình 2.11a đƣợc thiết kế với các chú ý sau đây:

- Do van 1V1 là van 5/2 –xung nên không cần thiết phải dùng mạch tự

duy trì;

- 1B1 là công tắc chuyển đổi áp suất-điện: gồm mạch khí nén nối vào đƣờng ống cung cấp khí nén cho xi lanh và mạch điện nối trong mạch điều khiển;

- Công tắc 1B2 là công tắc từ tiệm cận; - Các công tắc 1B1 và 1B2 hoặc phải nhờ hai rơ le K2 và K3 làm trung gian (nhƣ trong hình 2.11a) hoặc nối nối tiếp qua K2 nhƣ trong hình 2.11b để thỏa mãn điều kiện: piston chỉ đƣợc điều khiển lùi về khi thỏa mãn đồng thời hai yếu tố vừa đạt áp suất nén cần thiết ( quy định bởi 1B1) vừa đạt hành trình quy định bởi 1B2.

Hình 5.13a.

164

Hình 5.13b.

1.2.9. Điều khiển theo hành trình và thời gian: Hình 5.14 trình bày sơ đồ điều khiển hệ thống, ví dụ nhƣ có yêu cầu khi cần piston ra hết hành trình, cần thiết phải lƣu lại một thời gian nào đó rồi tự động lùi về. Vì trong truyền động khí nén, tốc độ cơ cấu chấp hành thƣờng phụ thuộc vào nhiều yếu tố và vì vậy khó duy trì ổn định nên thƣờng áp dụng điều khiển theo thời gian tại các điểm dừng.

Hình 5.14. Mạch khí nén và mạch điều khiển tự động theo hành trình và th i gian.

1.3. Các mạch truyền động thủy lực cơ bản.

1.3.1. Mạch điều khiển áp suất:

 M ch thủy lực v m v àn trực tiếp:

165

Hình 9.1. Mạch thủy lực với một van tràn trực tiếp

 M ự

166

Hình 9.2. Sơ đồ thủy lực mạch tuần tự

 M ảm t:

Hình 9.3. Sơ đồ thủy lực mạch gi m áp

 M ãm â ằng:

167

Hình 9.4. Sơ đồ thủy lực mạch hãm cân bằng

1.3.2. Mạch điều khiển lƣu lƣợng:  M ư ượ vào

Hình 9.5. Sơ đồ thủy lực mạch điều khiển lưu lư ng vào

 M ư ượ

168

Hình 9.6. Sơ đồ thủy lực mạch điều khiển lưu lư ng ra

 Mạch cản dòng dầu về:

Hình 9.7. Sơ đồ thủy lực mạch c n dầu về

 Mạch vi sai:

Hình 9.8. Sơ đồ thủy lực mạch vi sai

169

1.3.3. Mạch điều khiển trực tiếp:

 M ụ ắ à và y ủ v ằ ệ

ừ

Hình 9.9. Sơ đồ thủy lực mạch sử dụng công t c hành trình và chuyển động của van bằng điện t .

Hình 9.11. iểu đồ trạng thái mạch điều khiển 2 xy lanh.

2. LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, KIỂM TRA CÁC MẠCH THỦY LỰC, KHÍ NÉN ỨNG DỤNG.

2.1. Máy dập thủy lực điều khiển bằng tay:

Nguyên lý làm việc : Khi có tín hiệu tác động bằng tay, xi lanh A mang

đầu đạp đi xuống. Xilanh A lùi về, khi thả tay ra.

170

Hình 9.13. Sơ đồ công nghệ và sơ đồ thủy lực máy dập điều khiển bằng tay

2.2. Cơ cấu rót tự động cho quy trình đúc:

 Nguyên lý làm việc : Gàu múc sẽ đi xuống, khi tác động bằng tay. Gàu múc sẽ đi lên, khi thả tay

ra.

Hình 9.14. Sơ đồ công nghệ cơ cấu rót tự động cho quy trình đúc

 Sơ đồ mạch thuỷ lực : để cho chuyển động của xi lanh, gàu múc đi xuống đƣợc êm, ta lắp thêm một van cản 1.2 vào đƣờng xả dầu về (hình b)

171

Hình 9.15. Sơ đồ thủy lực cơ cấu rót tự động cho quy trình đúc

2.3. Hệ thống cẩu tải trọng nhẹ:

 Nguyên lý làm việc : Dây cáp nối móc cẩu và đầu pittong đƣợc mắc qua các ròng rọc cố định. Pittong đi ra, móc cẩu tải trọng hạ xuống chậm, khi pittong lùi về, tải trọng đƣợc nâng lên.

Hình 9.16. Sơ đồ công nghệ hệ thống cẩu t i trọng nh

 Sơ đồ mạch thuỷ lực : Khi móc cẩu tải trọng hạ xuống chậm, ta sử dụng van tiết lƣu một chiều

1.2. để cho quá trình hạ cẩu có giảm chấn, có đối trọng, ta sử dụng van cản 1.4.

172

Hình 9.17. Sơ đồ thủy lực hệ thống cẩu t i trọng nh

2.3. Máy khoan bàn:

 Nguyên lý làm việc:

Hệ thống thuỷ lực điều khiển hai xilanh. Xilanh A làm nhiệm vụ kẹp chi tiết trong quá trình khoan, xilanh B mang đầu khoan đi xuống với vận tốc đều đƣợc điều chỉnh trong quá trình khoan. Khi khoan xong, xilanh B mang đầu khoan lùi về. Sau đó xilanh A lùi về mở hàm kẹp và chi tiết đƣợc tháo ra.

Hình 9.18. Sơ đồ công nghệ máy khoan bàn

 Sơ đồ mạch thuỷ lực: Để cho vận tốc trong quá trình khoan không đổi, mặc dầu có thể tải trọng thay đổi, ta dùng bộ ổn tốc 2.2. Áp suất cho kẹp chi tiết nhỏ, ta sử dụng van giảm áp 1.2.

173

Hình 9.19. Sơ đồ thủy lực hệ thống cẩu t i trọng nh

2.4. Thiết bị khoan:

Cơ cấu một đầu khoan tự động thủy lực, với yêu cầu kỹ thuật nhƣ sau: Đƣa chi tiết cần khoan vào vị trí cần khoan, khi đó ta ấn nút Start PB, đầu khoan tịnh tiến đến và khoan chi tiết. Đạt đến chiều sâu cần thiết (S2) đầu khoan tự động quay về. Trong quá trình khoan nếu xảy ra sự cố ta ấn nút Stop PB đầu khoan tự động lùi về.

Hình 9.20. Sơ đồ công nghệ thiết bị khoan

Hình 9.21. Sơ đồ thủy lực thiết bị khoan

174

2.5. Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công:

 Nguyên lý làm việc :

Khi tác động bằng tay, pittong mang hàm di động đi ra, để kẹp chặt chi

tiết. Khi gia công xong, thả tay ra pittong lùi về, chi tiết đƣợc mở ra.

Hình 9.22. Sơ đồ công nghệ cơ cấu k p chi tiết gia công

 Sơ đồ mạch thuỷ lực : Để cho xilanh chuyển động đi tới kẹp chi tiết với tốc độ chậm, không va đập với chi tiết kẹp, ta sử dụng van tiết lƣu một chiều. Ở hình a van tiết lƣu một chiều đặt ở đƣờng ra và ở hình b van tiết lƣu một chiều đặt ở đƣờng vào.

Hình 9.23. Sơ đồ thủy lực cơ cấu k p chi tiết gia công

2.6. THIẾT BỊ LẮP RÁP CHI TIẾT:

175

Hình 12.1. Sơ đồ công nghệ thiết bị l p ráp chi tiết.

Hình 12.2. iểu đồ hành trình thiết bị l p ráp chi tiết.

176

 Yê

Hình 12.3. Mạch thủy lực thiết bị l p ráp chi tiết.

 Yêu cầu công nghệ: Hệ thống sẽ lắp các chi tiết hình trụ tròn vào các l tƣơng ứng trên một chi tiết

- Thiết kế mạch điện điều khiển. - Lập trình PLC cho thiết bị. 2.7. THIẾT BỊ LẮP RÁP TỰ ĐỘNG:

khác. Trình tự thực hiện nhƣ sau :

 Pittông A đi ra đẩy một chi tiết hình khối vào vị trí lắp ráp đồng thời

kẹp chặt cho đến khi đủ áp suất.

 Pittông B đi ra, đẩy một chi tiết trụ lắp vào l của mặt thứ nhất.  Pittông C đi ra lại đẩy một chi tiết trụ lắp vào l mặt thứ hai.  Pittông A và C đồng thời quay về làm chi tiết rơi xuống băng tải và đi

ra ngoài.

 Pittông B quay về, kết thúc một chu kỳ làm việc.

 Biểu đồ trạng thái:

Hình 12.4. Sơ đồ công nghệ thiết bị l p ráp tự động.

 Phác thảo sơ đồ điều khiển:

Hình 12.5. iểu đồ trạng thái thiết bị l p ráp tự động.

177

 Yê

Hình 12.6. Mạch thủy lực thiết bị l p ráp tự động.

 Yêu cầu công nghệ:

- Thiết kế mạch điện điều khiển. - Lập trình PLC cho thiết bị. 2.8. THIẾT BỊ KHOAN TỰ ĐỘNG:

Máy khoan tự động có qui trình làm việc nhƣ sau: Chi tiết sẽ đƣợc khoan 2 l từ kho chứa sẽ đƣợc tự động đẩy tới vị trí khoan và kẹp chặt bởi xi lanh A. Sau khi khoan xong l thứ nhất bởi xi lanh B, chi tiết và cụm đồ gá sẽ đƣợc dịch chuyển sang vị trí l thứ hai bởi xi lanh C và quá trình khoan l thứ hai thực hiện. Sau khi khoan xong l thứ hai, chi tiết và cụm đồ gá sẽ dịch chuyển lùi về vị trí l thứ nhất. Sau đó xi lanh A sẽ lùi về vị trí ban đầu. Chi tiết đƣợc lấy ra bằng tay. Xi lanh A đạt đƣợc lực kẹp (tƣơng ứng 5 bar), thì quá trình khoan mới đƣợc thực hiện. Sau khi khoan xong l thứ nhất và l thứ hai, đầu khoan dừng lại thời gian t = 5 giây, rồi mới lùi về.

 Biểu đồ trạng thái:

Hình 12.7. Sơ đồ công nghệ thiết bị khoan tự động.

178

 Phác thảo sơ đồ điều khiển:

Hình 12.8. iểu đồ trạng thái thiết bị khoan tự động.

 Yê Yê

Hình 12.9. Mạch thủy lực thiết bị khoan tự động.

 Yêu cầu công nghệ:

- Thiết kế mạch điện điều khiển. - Lập trình PLC cho thiết bị. 2.9. THIẾT BỊ MÁY MÀI TỰ ĐỘNG:

Trình tự mài sẽ đƣợc thực hiện nhƣ sau:

 Pittông A đi ra để tạo bề mặt dùng định vị chi tiết.  Pittông B đi ra thực hiện kẹp chi tiết.  Khi Pittông B đủ áp suất thì Pittông C đi ra hết hành trình rồi quay về ½ hành trình , sau đó lại đi ra hết hành trình, cứ nhƣ thế đến 18 lần để thực hiện mài l . Cuối cùng quay về kết thúc quá trình mài.

 Pittông A và B đồng thời cùng lui về.  Pittông B đi ra đẩy chi tiết sau khi gia công về phía thùng chứa, rồi

quay về.

179

 Biểu đồ trạng thái:

Hình 12.10. Sơ đồ công nghệ máy mài tự động.

 Phác thảo sơ đồ điều khiển:

Hình 12.11. iểu đồ trạng thái máy mài tự động.

 Yê

Hình 12.12. Sơ đồ thủy lực máy mài tự động.

- Thiết kế mạch điện điều khiển. - Lập trình PLC cho thiết bị.

2.10. THIẾT BỊ MÁY ÉP NHỰA:

180

 Yêu cầu công nghệ:

Máy ép nhựa sẽ ép những khối nhựa hình cầu thành những cái đĩa. Trình tự ép sẽ đƣợc thực hiện :Khối nhựa đƣợc cho bằng tay vào khuôn. Pittông A đi ra ép khối nhựa cho đến khi đủ áp suất (áp suất p 5 bar), sau khi ép xong thì quay về. Pittông B đi ra, trên đầu xilanh có gắn Pittông C, đƣa pittông C đến vị trí lấy sản phẩm; Pittông C đi ra, lấy đĩa bằng phƣơng pháp hút chân không và quay về. Sau đó Pittông B quay về mang đĩa đến vị trí đựng sản phẩm.

 Biểu đồ trạng thái:

Hình 12.13. Sơ đồ công nghệ máy ép nhựa.

 Phác thảo sơ đồ mạch điều khiển:

Hình 12.14. Biểu đồ trạng thái máy ép nhựa.

 Yê

Hình 12.15. Mạch thủy lực máy ép nhựa.

- Thiết kế mạch điện điều khiển. - Lập trình PLC cho thiết bị.

181

 Yêu cầu công nghệ:

2.11. THIẾT BỊ DẬP TỰ ĐỘNG:

Khi ta mở công tắc start và nhấn nút thì pittông A đẩy phôi tới. Tiếp sau đó piston B đi vào làm công việc kẹp chặt phôi. Sau khi pittong B kẹp chặt phôi thì pittông A lùi về, đồng thời pittông C đi xuống làm công việc dập l , sau khi đi hết hành trình thì pittong C lùi về. Cuối cùng pittong B lùi về và thực hiện xong một chu trình. Phôi đƣợc lấy ra bằng tay.

 Biểu đồ trạng thái:

Hình 12.16. Sơ đồ công nghệ máy dập tự động.

 Phác thảo sơ đồ mạch điều khiển:

Hình 12.17. iểu đồ trạng thái máy dập tự động.

 Yê

Hình 12.18. Mạch thủy lực máy dập tự động.

- Thiết kế mạch điện điều khiển. - Lập trình PLC cho thiết bị.

 Yêu cầu công nghệ:

2.12. MÁY ĐỘT LỖ:

182

Trình tự đột lổ đƣợc thực hiện nhƣ sau:

 Pittông A lui về thực hiện kẹp chặt chi tiết.  Khi đủ lực kẹp, Pittông B lui về kéo dây thép đến vị trí mới để tiến

hành đột l .

 Sau khi đột l xong, Pittông A đi ra để tháo chi tiết.  Sau cùng Pittông B đi ra, kết thúc một chu kỳ làm việc và chuẩn bị

cho một chu kỳ mới.

 Biểu đồ trạng thái:

Hình 12.19. Sơ đồ công nghệ máy đột lỗ.

 Phác thảo sơ đồ mạch điều khiển:

Hình 12.20. iểu đồ trạng thái máy đột lỗ.

 Yê

Hình 12.21. Mạch thủy lực máy đột lỗ.

183

- Thiết kế mạch điện điều khiển. - Lập trình PLC cho thiết bị.

2.13. HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA KHO:

 Nguyên lý làm việc :

Mạch thủy lực điều khiển đóng mở cửa kho với yêu cầu kỹ thuật sau:

Khi ấn và giữ nút S1 cửa mở ra đến hết hành trình thì dừng lại. nếu muốn cửa chỉ mở đến vị trí nào đó thì ta ấn và giữ nút S1đến vị trí đó thì buông nút S1 ra. Và ngƣợc lại nút S2 dùng để đóng cửa.

Hình 12.22. Sơ đồ công nghệ hệ thống đóng mở cửa kho.

 Sơ đồ mạch thuỷ lực :

 Yê

Hình 12.23. Sơ đồ thủy lực hệ thống đóng mở cửa kho.

- Thiết kế mạch điện điều khiển. - Lập trình PLC cho thiết bị.

 Yêu cầu công nghệ:

2.14. BĂNG TRUYỀN TRONG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG:

184

Một hệ thống tự động trong dây chuyền đóng gói sản phẩm, m i hộp chứa 4 chi tiết, các chi tiết này đƣợc cung cấp từ băng tải. Xylanh A có nhiệm vụ tạo chuyển động quay của mâm xoay, mâm xoay này chỉ xoay một chiều thông qua cơ cấu cóc (Quá trình xylanh A đi ra thì mâm sẽ xoay 900, quá trình đi về không làm di chuyển mâm xoay). Xylanh B mang 4 giác hút chân không di chuyển theo hƣớng lên hoặc xuống để hút chi tiết bỏ vào hộp. Xylanh C có nhiệm vụ tạo chuyển động di chuyển theo hƣớng ngang của xylanh B để di chuyển chi tiết từ băng tải tới hộp chứa. Các chi tiết đƣợc băng tải di chuyển theo 2 hàng, các giác hút chân không đƣợc di chuyển lên hoặc xuống để hút hoặc nhả vật vào hộp.

 Biểu đồ trạng thái:

Hình 12.24. Sơ đồ công nghệ băng truyền trong s n xuất tự động.

 Phác thảo sơ đồ điều khiển:

Hình 12.25. Biểu đồ trạng thái băng truyền trong s n xuất tự động.

185

 Yê

Hình 12.26. Mạch thủy lực băng truyền trong s n xuất tự động.

- Thiết kế mạch điện điều khiển. - Lập trình PLC cho thiết bị.

Đề cương bài giảng Mô đun: Điều khiển khí nén, thủy lực

Chủ đề:

Điều khiển điện tử ECU

ĐỀ CƢƠNG BÀI GIẢNG Mô đun: ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN, THỦY LỰC GIÁO VIÊN: BÙI QUANG HÒA

Hình 1.34. ộng cơ tuabin.

.

PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THEO NHỊP

Nguyên tắc thực hiện của điều khiển theo nhịp là các ư ự ệ ệ xảy ượ ừ : khi các lệnh trong một nhịp thực hiện

xong sẽ o o ế o đồng thời sẽ xó ự ệ ư ó.

• Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo.

• Xoá các lệnh của nhịp trƣớc đó.

• Thực hiện lệnh của tín hiệu điều khiển.

Nhịp Zn sẽ đƣợc xoá bởi nhịp sau đó Zn+1. Nhịp cuối cùng sẽ đƣợc

xóa bởi nhịp đầu tiên.

2.1. Khái quát các khối điều khiển theo nhịp:

 iều kiện của bước đầu tiên hoạt động là:

- Bƣớc sau (bƣớc thứ 2) chƣa thực hiện.  iều kiện của bước thứ i hoạt động là:

- Bƣớc thứ i - 1 phải hoạt động để đảm bảo yếu tố tuần tự theo nhịp. - Tín hiệu của cảm biến hay công tắc hành trình của bƣớc thứ i-1 phải

đƣợc kích hoạt.

- Bƣớc sau (bƣớc thứ i + 1) chƣa thực hiện. 

iều kiện của bước n (bước cuối) hoạt động là:

- Bƣớc cuối phải đƣợc kích hoạt trƣớc tiên bằng cách tác động vào nút

nhấn Set.

- Bƣớc sau (bƣớc đầu tiên) chƣa thực hiện. - Khi bƣớc đầu tiên thực hiện, sẽ xóa tín hiệu của bƣớc cuối cùng và

chuẩn bị tín hiệu cho bƣớc thứ hai đƣợc thực hiện.

- Khi bƣớc thứ i hoạt động, sẽ xóa tín hiệu của bƣớc thứ i-1 và chuẩn

bị tín hiệu cho bƣớc thứ i+1 đƣợc thực hiện.

- Khi bƣớc n (bƣớc cuối) thực hiện, sẽ xóa tín hiệu của bƣớc n-1 và

chuẩn bị tín hiệu cho bƣớc đầu tiên đƣợc thực hiện.

2.1. Máy dập thủy lực điều khiển bằng tay:

Tài liệu liên quan

Mô phỏng Particle-in-Cell cho phương pháp sử dụng các tia điện nhằm giảm dòng nhiệt tới bề mặt kim loại

Giáo trình Trang bị điện 1 (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hoà không khí - CĐ/TC) - Trường cao đẳng Cơ giới Ninh Bình (2021)

Giáo trình Điều khiển khí nén, điện khí nén (Nghề: Cơ điện tử - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2022)

Giáo trình Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống phun nhiên liệu điện tử (Nghề: Công nghệ ô tô - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Giáo trình Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống phun xăng điện tử (Nghề: Công nghệ ô tô - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Giáo trình Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống nhiên liệu động cơ xăng (Nghề: Công nghệ ô tô - Trình độ: Cao đẳng) - Trường CĐ Cơ điện-Xây dựng và Nông lâm Trung bộ

Bài giảng Thiết kế hệ thống điều khiển điện – khí nén – thủy lực – theo phương pháp tầng

Giáo trình Điều khiển điện khí nén - Trường CĐ Nghề Sóc Trăng

Bài giảng Kỹ thuật điều khiển tự động: Chương 4 - Chất lượng hệ thống điều khiển

Bài giảng Kỹ thuật điều khiển tự động: Chương 3 - Ổn định hệ thống

Tài liêu mới

Tài liệu Thiết kế khuôn CATIA

An extended scheduling model for producing corrugated boxes

Tài liệu Hàng hải địa văn - Trần Đức Lượng

Influence of some parameters in atmospheric plasma spray on particle kinetics

Phá hủy động cục bộ cho vật liệu tựa giòn sử dụng tích phân thời gian tường minh

Nghiên cứu mô hình tạo rãnh dập trên vật liệu lưỡng kim cho bạc lót động cơ ô tô

Nghiên cứu ảnh hưởng dạng rãnh và vật liệu thanh dẫn rôto đến đặc tính động cơ LSPMSM dựa trên phần mềm Ansys Maxwell

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và điều khiển máy in Tampon

Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của mui gió đến lực cản không khí tác dụng lên ô tô tải chuyển động thẳng

Bài giảng thực hành Hệ thống truyền lực ô tô

Bài giảng Cơ học lưu chất ứng dụng - Chương 5: Chuyển động một chiều của chất lỏng

Bài giảng Cơ học lưu chất ứng dụng - Chương 4: Động học lưu chất (fluid dynamics)

Bài giảng Cơ học lưu chất ứng dụng - Chương 3: Động học lưu chất (fluid kinematics)

Bài giảng Cơ học lưu chất ứng dụng - Chương 2: Tĩnh học lưu chất

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook