Giáo trình Công nghệ khí nén - Thuỷ lực ứng dụng (Ngành: Công nghệ ô tô - Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Hòa Bình Xuân Lộc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:59

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Công nghệ khí nén và thủy lực ứng dụng (Ngành: Công nghệ ô tô - Trình độ Cao đẳng) bao gồm 4 bài với những nội dung cụ thể sau: Bài 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén; Bài 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén; Bài 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực; Bài 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Công nghệ khí nén - Thuỷ lực ứng dụng (Ngành: Công nghệ ô tô - Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Hòa Bình Xuân Lộc

TÒA GIÁM MỤC XUÂN LỘC TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÒA BÌNH XUÂN LỘC GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ỨNG DỤNG NGÀNH: CÔNG NGHỆ Ô TÔ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐHBXL ngày ..… tháng ....... năm…….. của Hiệu Trưởng Trường Cao đẳng Hòa Bình Xuân Lộc) Đồng Nai, năm 2021 (Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI GIỚI THIỆU Công nghệ khí nén - thuỷ lực ứng dụng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại. Với khả năng truyền lực mạnh mẽ và linh hoạt, công nghệ này giúp nâng cao hiệu quả và năng suất trong các quy trình sản xuất và vận hành. Hệ thống khí nén cung cấp sự chuyển động nhanh chóng và chính xác, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như trong sản xuất điện tử, lắp ráp linh kiện và xử lý vật liệu nhẹ. Trong khi đó, hệ thống thuỷ lực, với khả năng chịu tải lớn và điều khiển mượt mà, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xây dựng, khai thác mỏ và ngành công nghiệp nặng. Việc ứng dụng công nghệ khí nén - thuỷ lực không chỉ giúp cải thiện hiệu suất làm việc mà còn góp phần tăng cường tính an toàn và độ tin cậy của hệ thống, đồng thời giảm thiểu chi phí bảo trì và vận hành. Nhờ đó, công nghệ này ngày càng trở nên phổ biến và không thể thiếu trong sự phát triển của các ngành công nghiệp tiên tiến. Nhằm tạo điều kiện cho người học có một bộ tài liệu tham khảo mang tính tổng hợp, thống nhất và mang tính thực tiễn sâu hơn. Nhóm người dạy chúng tôi đề xuất và biên soạn Giáo trình Công nghệ khí nén - thuỷ lực ứng dụng dành riêng cho người học trình độ Cao đẳng. Nội dung của giáo trình bao gồm các Bài sau: Bài 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén Bài 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén Bài 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực Bài 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã tham khảo và trích dẫn từ nhiều tài liệu được liệt kê tại mục Danh mục tài liệu tham khảo. Chúng tôi chân thành cảm ơn các tác giả của các tài liệu mà chúng tôi đã tham khảo. Bên cạnh đó, giáo trình cũng không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Nhóm tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phản hồi từ quý đồng nghiệp, các bạn người học và bạn đọc. Trân trọng cảm ơn./. Đồng Nai, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên ThS. Nguyễn Mạnh Hùng 2. ThS. Trần Thế Liên 3. ThS. Nguyễn Hoàng Luân 4. Ks. Nguyễn Đào Vũ 5. Th.S. Nguyễn Đức Quý 2
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU ........................................................................................................... 2 MỤC LỤC ...................................................................................................................... 3 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC ............................................................................................. 4 CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VÀ CÁC QUY LUẬT VỀ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN .............................................................................................................................. 11 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN .................................... 23 CHƯƠNG 3: KHÁI NIỆM VÀ CÁC QUY LUẬT VỀ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC .............................................................................................................................. 35 CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC .............. 47 3
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC 1. Tên môn học CÔNG NGHỆ KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC ỨNG DỤNG 2. Mã môn học: MH19 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: 3.1. Vị trí: Giáo trình dành cho người học trình độ Cao đẳng tại trường Cao đẳng Hòa Bình Xuân Lộc. 3.2. Tính chất: - Mô đun chuyên môn nghề bắt buộc. 3.3. Ý nghĩa và vai trò của môn học: môn học này dành cho đối tượng là người học thuộc chuyên ngành Công nghệ ô tô. Môn học này đã được đưa vào giảng dạy tại trường Cao đẳng Hòa Bình Xuân Lộc từ năm 2021 đến nay. Nội dung chủ yếu của môn học này nhằm cung cấp các kiến thức thuộc lĩnh vực: Công nghệ khí nén và thủy lực ứng dụng: Trình bày được đầy đủ các khái niệm, yêu cầu và các định luật truyền dẫn năng lượng của hệ thống truyền động khí nén và thủy lực; Giải thích đầy đủ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động bằng khí nén và thủy lực; Nhận dạng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị truyền động bằng khí nén và thủy lực. 4. Mục tiêu của môn học: 4.1. Về kiến thức: A1. Trình bày được đầy đủ các khái niệm, yêu cầu và các định luật truyền dẫn năng lượng của hệ thống truyền động khí nén và thủy lực A2. Giải thích đầy đủ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động bằng khí nén và thủy lực A3. Nhận dạng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị truyền động bằng khí nén và thủy lực 4.2. Về kỹ năng: B1. Nhận dạng được các chi tiết của hệ thống khí nén và thủy lực. 4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Chấp hành đúng quy trình, quy phạm trong nghề công nghệ ô tô C2. Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỉ của học viên. 5. Nội dung của môn học 5.1. Chương trình khung 4
Thời gian học tập Thực hành/ STT MÔN HỌC/ MÔ ĐUN Số Lý thực Tổng Kiểm tín tập/ bài cộng thuyết tra chỉ tập/ thảo luận I. Các môn chung 21 435 172 240 23 MH01 Giáo dục chính trị 4 75 41 29 5 MH02 Pháp luật 2 30 18 10 2 MH03 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 4 MH04 Giáo dục Quốc phòng và An ninh 4 75 36 35 4 MH05 Tin học 3 75 15 58 2 MH06 Tiếng Anh 6 120 57 57 6 II. Các môn/mô đun cơ sở 21 390 192 169 29 MH07 An toàn lao động 1 15 13 2 MH08 Tổ chức sản xuất 1 15 13 2 MH09 Vẽ kỹ thuật 2 45 13 30 2 Dung sai lắp ghép và Đo lường kỹ MH10 2 30 27 3 thuật MH11 Vật liệu cơ khí 2 30 27 3 MH12 AutoCad 2 45 15 27 3 MH13 Cơ kỹ thuật 2 30 27 3 5
MH14 Kỹ thuật điện - Điện tử 2 45 15 26 4 MH15 Tiếng anh chuyên ngành 3 45 42 3 MĐ01 Nguội cơ bản 2 45 43 2 MĐ02 Hàn cơ bản 2 45 43 2 Các môn học/mô đun chuyên môn III. 69 1500 480 889 131 nghề MH16 Nguyên lý động cơ đốt trong 2 30 27 3 Kỹ thuật chung về ô tô và công nghệ MĐ03 2 45 15 25 5 sửa chữa Bảo dưỡng - Sửa chữa cơ cấu trục MĐ04 4 105 15 80 10 khuỷu - thanh truyền Bảo dưỡng - Sửa chữa cơ cấu phân MĐ05 3 60 15 41 4 phối khí Bảo dưỡng - Sửa chữa hệ thống bôi MĐ06 2 45 15 25 5 trơn và làm mát Bảo dưỡng - Sửa chữa hệ thống nhiên MĐ07 3 60 15 39 6 liệu động cơ xăng dùng BCHK Bảo dưỡng - Sửa chữa hệ thống nhiên MĐ08 3 75 15 54 6 liệu động cơ diesel MĐ09 Bảo dưỡng - Sửa chữa hệ thống lái 2 45 15 25 5 Bảo dưỡng - Sửa chữa trang bị điện ô MĐ10 6 135 45 80 10 tô MĐ11 Bảo dưỡng - Sửa chữa hệ thống phanh 3 60 15 39 6 MĐ12 Kỹ thuật lái xe 3 60 15 39 6 Bảo dưỡng - Sửa chữa hệ thống MĐ13 5 105 30 67 8 truyền lực 6
Bảo dưỡng - Sửa chữa hệ thống di MĐ14 2 45 15 25 5 chuyển MH17 Lý thuyết ô tô 2 30 27 3 Bảo dưỡng - Sửa chữa hệ thống phun MĐ15 4 90 30 52 8 xăng điện tử Bảo dưỡng - Sửa chữa bơm cao áp MĐ16 3 75 15 54 6 điều khiển điện tử Bảo dưỡng - Sửa chữa hệ thống điều MĐ17 3 75 15 54 6 khiển bằng khí nén Bảo dưỡng - Sửa chữa Hệ thống MĐ18 3 75 15 54 6 phanh ABS MĐ19 Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô 5 120 30 82 8 MĐ20 Bảo dưỡng - Sửa chữa hộp số tự động 3 75 15 54 6 MH18 Nhiệt kỹ thuật 2 30 27 3 Công nghệ khí nén - thuỷ lực ứng MH19 2 30 27 3 dụng Công nghệ chế tạo phụ tùng và phục MH20 2 30 27 3 hồi chi tiết Thực tập sản xuất/ Thực tập xí IV. 9 375 95 265 15 nghiệp/ Chuyên đề. MĐ21 Thực tập xí nghiệp 7 315 65 245 5 MĐ22 Chuyên đề Hệ thống lái điện tử 1 30 15 10 5 Chuyên đề Hệ thống an toàn và tiện MĐ23 1 30 15 10 5 nghi trên ô tô Tổng số giờ chuẩn 120 2700 939 1563 198 7
5.2. Chương trình chi tiết môn học Thời gian (giờ) Số Thực Tên chương, mục Tổng Lý Kiểm TT hành, số thuyết tra bài tập 1 Chương 1: Khái niệm và các quy luật về 4 4 truyền động bằng khí nén 2 Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén 4 3 1 3 Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền 8 7 1 động bằng thủy lực 4 Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng 13 13 thủy lực Kiểm tra kết thúc môn 1 1 Cộng 30 27 3 6. Điều kiện thực hiện môn học: 6.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Phòng máy tính. 6.2. Trang thiết bị dạy học: Phòng máy vi tính, bảng, phấn, tô vít. 6.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình học tập,… 6.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về công tác xây dựng phương án khắc phục và phòng ngừa rủi ro tại doanh nghiệp. 7. Nội dung và phương pháp đánh giá: 7.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. 8
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập. 7.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 7.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Hòa Bình Xuân Lộc như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 7.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột kiểm tra Tự luận/ A1, A2, Viết/ Thường xuyên Trắc nghiệm/ B1, 1 Sau 8 giờ. Thuyết trình Báo cáo C1 Tự luận/ Viết/ Định kỳ Trắc nghiệm/ A3, B1, C2 2 Sau 24 giờ Thuyết trình Báo cáo A1, A2, A3, Kết thúc môn Tự luận và Viết B1, B2, 1 Sau 30 giờ học trắc nghiệm C1, C2 7.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo niên chế. 8. Hướng dẫn thực hiện môn học 9
8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Cao đẳng Công nghệ ô tô 8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 8.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận…. * Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 8-10 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc môn học. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 9. Tài liệu tham khảo: [1] KS Trần Anh Tuấn, Hướng dẫn thiết kế và ứng dụng hệ thống khí nén, NXB Đại học Bách khoa Hà Nội, 2017. [2] KS Phạm Thị Hương, Giáo trình thuỷ lực ứng dụng trong công nghiệp, NXB Công nghiệp , 2018. [3] KS Lê Quang Vinh, Công nghệ khí nén trong các hệ thống tự động hóa, NXB Kỹ thuật và Công nghệ, 2019. 10
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VÀ CÁC QUY LUẬT VỀ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN ❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1 Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén là một lĩnh vực quan trọng trong công nghiệp và kỹ thuật. Truyền động bằng khí nén sử dụng khí nén, thường là không khí, được nén lại để tạo ra năng lượng và truyền động lực. Hệ thống này bao gồm các thành phần chính như máy nén khí, van điều khiển, xy lanh khí nén, và các đường ống dẫn khí. Một trong những quy luật cơ bản của truyền động bằng khí nén là Định luật Boyle, phát biểu rằng ở nhiệt độ không đổi, thể tích của một lượng khí cố định tỉ lệ nghịch với áp suất của nó. Ngoài ra, Định luật Charles cũng rất quan trọng, chỉ ra rằng ở áp suất không đổi, thể tích của một lượng khí cố định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó. Những quy luật này giúp hiểu rõ hơn về cách khí nén hoạt động trong hệ thống, từ đó tối ưu hóa thiết kế và vận hành của các thiết bị sử dụng khí nén. Truyền động bằng khí nén mang lại nhiều lợi ích như hiệu suất cao, an toàn, dễ bảo trì và thân thiện với môi trường, làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều ứng dụng công nghiệp. ❖ MỤC TIÊU CHƯƠNG 1 Sau khi học xong Bài này, người học có khả năng: ➢ Về kiến thức: - Phát biểu đúng các khái niệm, yêu cầu và các thông số của truyền động bằng khí nén - Giải thích được các quy luật truyền dẫn của khí nén ➢ Về kỹ năng: - Phát biểu đúng yêu cầu, nhiệm vụ và phân loại hệ thống truyền động bằng khí nén - Giải thích được sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động bằng khí nén - Nhận dạng được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị truyền động bằng khí nén ➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén. ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 1 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 1 (cá nhân hoặc nhóm). 11
- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống chương 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định. ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 1 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: phòng học theo tiêu chuẩn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Bài trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 1 - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. ✓ Năng lực tực chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) ✓ Kiểm tra định kỳ: không có 12
❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 1 1. Khái niệm, yêu cầu và các thông số của khí nén 1.1. Khái niệm, yêu cầu Khái niệm: Khí nén là khí đã được nén lại dưới áp suất cao để tạo ra năng lượng dùng trong các hệ thống truyền động và điều khiển. Thường thì không khí là loại khí được sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống khí nén do tính sẵn có và chi phí thấp. Khí nén có thể được tạo ra bởi các máy nén khí và lưu trữ trong các bình chứa để sử dụng khi cần thiết. Trong các hệ thống khí nén, không khí từ môi trường được hút vào và nén lại bởi máy nén khí, tạo ra một nguồn năng lượng mạnh mẽ có thể điều khiển các thiết bị như xy lanh, động cơ khí nén, và các van điều khiển. Năng lượng từ khí nén có thể được chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác như năng lượng cơ học, nhiệt năng hoặc năng lượng điện. Yêu cầu: - Sạch và khô: Khí nén cần phải sạch, không chứa các tạp chất như bụi, hơi nước, và dầu để tránh hư hỏng thiết bị và đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống. Do đó, các hệ thống lọc khí và máy sấy khí thường được sử dụng để loại bỏ các tạp chất trước khi khí nén được sử dụng. - Áp suất ổn định: Hệ thống khí nén cần duy trì áp suất ổn định để đảm bảo hoạt động chính xác của các thiết bị. Biến động áp suất có thể gây ra các vấn đề về hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. - Lưu lượng phù hợp: Lưu lượng khí nén cần đáp ứng yêu cầu của các thiết bị sử dụng khí nén. Việc tính toán và điều chỉnh lưu lượng khí nén là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và hiệu quả của hệ thống. - An toàn: Khí nén hoạt động ở áp suất cao, do đó các hệ thống và thiết bị cần được thiết kế và bảo trì đúng cách để đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thiết bị. Các van an toàn, thiết bị bảo vệ và quy trình kiểm tra thường xuyên là cần thiết để đảm bảo an toàn. 1.2. Các thông số của khí nén Các thông số chính của khí nén bao gồm: - Áp suất (Pressure): 13
+ Định nghĩa: Áp suất khí nén là lực mà khí nén tác động lên một đơn vị diện tích của bề mặt. Đơn vị đo áp suất phổ biến là Pascal (Pa), bar, hoặc psi (pound per square inch). + Yêu cầu: Hệ thống khí nén cần duy trì áp suất phù hợp với yêu cầu của các thiết bị sử dụng. Áp suất quá cao hoặc quá thấp đều có thể gây hư hỏng thiết bị hoặc làm giảm hiệu suất hoạt động. - Lưu lượng (Flow Rate): + Định nghĩa: Lưu lượng khí nén là thể tích khí nén di chuyển qua một điểm trong hệ thống trong một đơn vị thời gian. Đơn vị đo lưu lượng phổ biến là lít/phút (L/min) hoặc mét khối/giờ (m³/h). + Yêu cầu: Lưu lượng khí nén cần đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng của hệ thống. Thiếu lưu lượng có thể làm gián đoạn hoạt động của thiết bị, trong khi dư thừa lưu lượng có thể gây lãng phí năng lượng. - Nhiệt độ (Temperature): + Định nghĩa: Nhiệt độ của khí nén ảnh hưởng đến mật độ và áp suất của khí. Nhiệt độ cao có thể làm giảm hiệu suất của hệ thống và gây hư hỏng cho các thiết bị. + Yêu cầu: Hệ thống khí nén cần kiểm soát nhiệt độ để đảm bảo hiệu suất và độ bền của thiết bị. Các thiết bị làm mát hoặc sấy khí có thể được sử dụng để điều chỉnh nhiệt độ khí nén. - Độ ẩm (Humidity): + Định nghĩa: Độ ẩm của khí nén là lượng hơi nước có trong khí nén. Hơi nước có thể gây ra ăn mòn và hư hỏng cho các thiết bị. + Yêu cầu: Khí nén cần được sấy khô để loại bỏ hơi nước, đảm bảo sạch và khô trước khi sử dụng. Máy sấy khí và các hệ thống lọc thường được sử dụng để điều chỉnh độ ẩm. - Độ sạch (Purity): + Định nghĩa: Độ sạch của khí nén đề cập đến mức độ tạp chất như bụi, dầu và hạt rắn có trong khí nén. Tạp chất có thể gây hư hỏng thiết bị và làm giảm hiệu suất hoạt động. + Yêu cầu: Khí nén cần được lọc sạch để loại bỏ tạp chất. Các bộ lọc khí và hệ thống xử lý khí thường được sử dụng để đảm bảo độ sạch của khí nén. 2. Các quy luật truyền dẫn bằng khí nén 14
2.1. Định luật Boyle (Boyle's Law) Định nghĩa: Định luật Boyle phát biểu rằng ở nhiệt độ không đổi, thể tích của một lượng khí cố định tỉ lệ nghịch với áp suất của nó. Cụ thể, nếu thể tích của khí giảm, áp suất của nó sẽ tăng và ngược lại, miễn là nhiệt độ không thay đổi. Công thức toán học: P1⋅V1=P2⋅V2 Trong đó: • P1 và P2 là áp suất ban đầu và áp suất cuối cùng. • V1 và V2 là thể tích ban đầu và thể tích cuối cùng. Ứng dụng: Định luật Boyle được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế và vận hành các hệ thống khí nén, đặc biệt là trong việc tính toán và điều chỉnh áp suất và thể tích khí trong các bình chứa và ống dẫn. Ví dụ, khi khí nén được nén vào một bình chứa, thể tích khí giảm đi và áp suất tăng lên, điều này phải được tính toán cẩn thận để đảm bảo an toàn và hiệu quả. 2.2. Định luật Charles (Charles's Law) Định nghĩa: Định luật Charles phát biểu rằng ở áp suất không đổi, thể tích của một lượng khí cố định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó. Điều này có nghĩa là khi nhiệt độ của khí tăng, thể tích của nó cũng tăng và ngược lại. Công thức toán học: V1T1=V2T2 Trong đó: • V1 và V2 là thể tích ban đầu và thể tích cuối cùng. • T1 và T2 là nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng (đo bằng Kelvin). Ứng dụng: Định luật Charles quan trọng trong việc thiết kế các hệ thống khí nén hoạt động ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Khi khí nén được làm nóng, thể tích của nó sẽ tăng lên, điều này cần được tính toán để tránh gây quá áp hoặc hư hỏng cho thiết bị. 2.3. Định luật Gay-Lussac (Gay-Lussac's Law) Định nghĩa: 15
Định luật Gay-Lussac phát biểu rằng ở thể tích không đổi, áp suất của một lượng khí cố định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó. Nghĩa là, khi nhiệt độ tăng, áp suất của khí cũng tăng và ngược lại. Công thức toán học: P1T1=P2T2 Trong đó: • P1 và P2 là áp suất ban đầu và áp suất cuối cùng. • T1 và T2 là nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng (đo bằng Kelvin). Ứng dụng: Định luật Gay-Lussac được sử dụng để thiết kế và kiểm tra các bình chứa và hệ thống ống dẫn khí nén hoạt động dưới áp suất cao. Hiểu biết về mối quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất giúp đảm bảo an toàn và hiệu suất của hệ thống, đặc biệt trong các ứng dụng mà nhiệt độ có thể biến đổi lớn. 2.4. Phương trình trạng thái khí lý tưởng (Ideal Gas Law) Định nghĩa: Phương trình trạng thái khí lý tưởng kết hợp các định luật Boyle, Charles, và Gay- Lussac thành một phương trình tổng quát để mô tả trạng thái của khí lý tưởng. Phương trình này cho thấy mối quan hệ giữa áp suất, thể tích, nhiệt độ và số mol của khí. Công thức toán học: PV=nRT Trong đó: • P là áp suất. • V là thể tích. • n là số mol khí. • R là hằng số khí lý tưởng (8.314 J/(mol·K)). • T là nhiệt độ tuyệt đối (Kelvin). Ứng dụng: Phương trình trạng thái khí lý tưởng được sử dụng để tính toán và dự đoán hành vi của khí nén trong các hệ thống thực tế. Mặc dù khí nén thực tế không hoàn toàn lý tưởng, phương trình này vẫn cung cấp một công cụ hữu ích để hiểu và thiết kế các hệ thống khí nén. 16
2.5. Nguyên lý bảo toàn năng lượng (Principle of Conservation of Energy) Định nghĩa: Nguyên lý bảo toàn năng lượng phát biểu rằng năng lượng không thể tự nhiên sinh ra hay mất đi, mà chỉ có thể chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác. Trong các hệ thống khí nén, năng lượng được chuyển từ năng lượng cơ học (máy nén khí) sang năng lượng khí nén và sau đó có thể chuyển đổi lại thành năng lượng cơ học khi khí nén được giải phóng. Ứng dụng: Nguyên lý bảo toàn năng lượng được sử dụng để thiết kế và tối ưu hóa hiệu suất của các hệ thống khí nén. Việc hiểu rõ quá trình chuyển đổi năng lượng giúp kỹ sư thiết kế các hệ thống hiệu quả hơn, giảm lãng phí năng lượng và tăng cường hiệu suất. 2.6. Nguyên lý Bernoulli (Bernoulli's Principle) Định nghĩa: Nguyên lý Bernoulli phát biểu rằng trong một dòng chảy không nén được và không ma sát, tổng của áp suất tĩnh, áp suất động, và áp suất thủy tĩnh là hằng số dọc theo dòng chảy. Điều này có nghĩa là khi vận tốc của dòng chảy tăng, áp suất tĩnh giảm và ngược lại. Công thức toán học: P+1/2ρv2+ρgh= hằng số Trong đó: • P là áp suất tĩnh. • ρ • v là vận tốc dòng chảy. • g là gia tốc trọng trường. • h là chiều cao cột chất lỏng. Ứng dụng: Nguyên lý Bernoulli được áp dụng rộng rãi trong thiết kế các thiết bị khí nén như van điều khiển, ống dẫn và các hệ thống đo lưu lượng. Hiểu biết về mối quan hệ giữa áp suất và vận tốc trong dòng chảy khí nén giúp kỹ sư thiết kế các hệ thống chính xác và hiệu quả hơn. 2.7. Định luật Pascal (Pascal's Law) Định nghĩa: 17
Định luật Pascal phát biểu rằng áp suất tác dụng lên một điểm bất kỳ trong chất lỏng kín (bao gồm cả khí nén) sẽ truyền đều theo mọi hướng và tác dụng lên mọi điểm trong chất lỏng đó. Công thức toán học: P=F/A F Trong đó: • P là áp suất. • F là lực. • A là diện tích bề mặt. Ứng dụng: Định luật Pascal được sử dụng trong thiết kế các hệ thống truyền động bằng khí nén, như hệ thống phanh khí nén và xy lanh khí nén. Sự hiểu biết về việc áp suất truyền đều trong hệ thống giúp kỹ sư thiết kế các hệ thống an toàn và hiệu quả. Các quy luật trên là nền tảng cơ bản cho việc hiểu và thiết kế các hệ thống khí nén. Việc nắm vững những quy luật này giúp kỹ sư và nhà thiết kế tối ưu hóa hệ thống, đảm bảo hiệu suất và an toàn trong các ứng dụng công nghiệp đa dạng. 3. Nhận dạng các thiết bị sử dụng khí nén Trong các hệ thống khí nén, nhiều thiết bị khác nhau được sử dụng để chuyển đổi, điều khiển và sử dụng năng lượng từ khí nén. Dưới đây là một số thiết bị chính được sử dụng phổ biến trong các hệ thống khí nén, cùng với mô tả chi tiết về chức năng và ứng dụng của chúng. 3.1. Máy nén khí (Air Compressor) Khái niệm: Máy nén khí là thiết bị cơ bản trong hệ thống khí nén, có chức năng nén không khí từ áp suất thấp lên áp suất cao để tạo ra khí nén. Máy nén khí có nhiều loại khác nhau, bao gồm máy nén piston, máy nén trục vít, máy nén ly tâm, và máy nén màng. Các loại máy nén khí: • Máy nén piston: Sử dụng piston để nén khí. Loại này phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp nhỏ và vừa do chi phí thấp và dễ bảo trì. • Máy nén trục vít: Sử dụng hai trục vít để nén khí. Loại này hiệu quả cao, thích hợp cho các ứng dụng công nghiệp lớn với yêu cầu liên tục. • Máy nén ly tâm: Sử dụng lực ly tâm để nén khí. Loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu lưu lượng lớn và áp suất cao. 18
• Máy nén màng: Sử dụng màng để nén khí, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu khí sạch và không bị ô nhiễm bởi dầu. Ứng dụng: Máy nén khí được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất, xây dựng, y tế, và thực phẩm. Chúng cung cấp năng lượng cho các thiết bị khí nén khác như máy khoan, máy mài, và các hệ thống điều khiển tự động. 3.2. Bình chứa khí nén (Air Receiver) Khái niệm: Bình chứa khí nén là thiết bị dùng để lưu trữ khí nén sau khi được nén từ máy nén khí. Bình chứa giúp cân bằng áp suất trong hệ thống, giảm tải cho máy nén và cung cấp khí nén ổn định cho các thiết bị sử dụng. Chức năng: • Lưu trữ khí nén: Lưu trữ lượng khí nén cần thiết để đáp ứng nhu cầu sử dụng. • Cân bằng áp suất: Giúp duy trì áp suất ổn định trong hệ thống. • Giảm tải cho máy nén: Giảm số lần khởi động và dừng của máy nén, kéo dài tuổi thọ của máy nén. Ứng dụng: Bình chứa khí nén được sử dụng trong hầu hết các hệ thống khí nén công nghiệp, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu lưu lượng khí lớn và ổn định. 3.3. Bộ lọc khí (Air Filter) Khái niệm: Bộ lọc khí là thiết bị dùng để loại bỏ tạp chất như bụi, dầu, và hơi nước khỏi khí nén. Khí nén sạch giúp bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng và đảm bảo hiệu suất hoạt động. Các loại bộ lọc khí: • Bộ lọc thô: Loại bỏ các hạt lớn như bụi và cặn bẩn. • Bộ lọc tinh: Loại bỏ các hạt nhỏ hơn, dầu và hơi nước. • Bộ lọc than hoạt tính: Loại bỏ mùi và hơi hóa chất. Ứng dụng: Bộ lọc khí được sử dụng trong các hệ thống khí nén yêu cầu khí sạch, như trong ngành y tế, thực phẩm, và các ngành công nghiệp sản xuất linh kiện điện tử. 3.4. Máy sấy khí (Air Dryer) 19