Giáo trình Lắp đặt và bảo trì khí nén thủy lực - Nghề: Cơ điện tử - CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa-Vũng Tàu

Chia sẻ: Ochuong_999 Ochuong_999 | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:135

Thêm vào BST

Báo xấu

79
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Lắp đặt và bảo trì khí nén thủy lực nhằm cung cấp cho học sinh, sinh viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản về phương pháp và kỹ thuật lắp đặt một số mạch ứng dụng cơ bản điều khiển bằng hệ thống điện-khí nén và điều khiển thủy lực.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Lắp đặt và bảo trì khí nén thủy lực - Nghề: Cơ điện tử - CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa-Vũng Tàu

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ GIÁO TRÌNH MÔN ĐUN: LẮP ĐẶT HỆ THỐNG KHÍ NÉNTHỦY LỰC NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG VÀ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: 01 /QĐCĐN ngày 04 tháng 01 năm 2016 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu 1
Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2016 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. 2
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Lắp đặt và bảo trì khí nén thủy lực” nhằm cung cấp cho học sinh, sinh viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản về phương pháp và kỹ thuật lắp đặt một số mạch ứng dụng cơ bản điều khiển bằng hệ thống điệnkhí nén và điều khiển thủy lực. Giáo trình này gồm 10 bài. Yêu cầu đối với học sinh sau khi học xong module này học sinh phải, biết sử dụng thiết, lắp đặt thành thạo một số mạch ứng dụng cơ bản trong hệ thống thủy lực, khí nén. Giáo trình này là tài liệu tham khảo cho học sinh, sinh viên chuyên nghành Cơ điện tử, điện công nghiệp, điện tử công nghiệp. Trong quá trình biên soạn chắc chắn chúng tôi còn có nhiều thiếu sót, mong quý độc giả góp ý để chúng tôi hoàn thiện tốt hơn cho lần chỉnh sữa sau. Mọi góp ý xin gửi về Email: trunghq@brtvc.edu.vn Tôi xin chân thành cảm ơn! Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày02 tháng 01 năm 2016 Biên soạn Hà Quốc Trung 3
BÀI 1 ........................................................................................................................................... 7 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ NÉN ............................................................................................... 7 1. Cơ sở tính toán: .................................................................................................................. 8 BÀI 2 ......................................................................................................................................... 16 CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ KHÍ NÉN ......................................................................................... 16 BÀI 3 ......................................................................................................................................... 33 CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ DẦU ................................................................................................. 33 BÀI 4 ......................................................................................................................................... 38 CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉNTHỦY LỰC ............................................ 38 BÀI 5 ......................................................................................................................................... 59 CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN – KHÍ NÉN .................................................... 59 1. Nghiên cứu sơ đồ: ............................................................................................................ 75 BÀI 6 ......................................................................................................................................... 79 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN .......................................................................... 79 1. Biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển: ............................................................. 79 1.4. Các phương pháp điều khiển.................................................................................. 86 Một số kí hiệu trong hệ thống khí nén. ............................................................................. 106 BÀI 7 ....................................................................................................................................... 111 LẮP ĐẶT MẠCH MÁY DẬP ĐIỀU KHIỂN BẰNG HỆ THỐNG ĐIỆN KHÍ NÉN ........ 111 BÀI 8 ....................................................................................................................................... 116 LẮP ĐẶT MẠCH MÁY LẮP RÁP ĐIỀU KHIỂN BẰNG HỆ THỐNG ĐIỆN KHÍ NÉN 116 ................................................................................................................................................. BÀI 9 ....................................................................................................................................... 121 LẮP ĐẶT MẠCH MÁY DẬP BẰNG TAY ĐIỀU KHIỂN BẰNG HỆ THỐNG THỦY LỰC 121 ................................................................................................................................................. 1. Kiến thức lý thuyết: ....................................................................................................... 122 BÀI 10 ..................................................................................................................................... 127 LẮP ĐẶT MẠCH MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG HỆ THỐNG THỦY LỰC ........................................................................................................................................ 127 ............................................................................................................................................ 134 4
MÔN ĐUN LẮP ĐẶT HỆ THỐNG KHÍ NÉNTHỦY LỰC Mã mô đun: MĐ17 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: Vị trí: Trước khi học môn học này cần hoàn thành các môn học cơ sở, đặc biệt các môn học, mô đun: Mạch điện, Điện tử cơ bản, Đo lường điện và Trang bị điện. Tính chất: Là môn học chuyên môn nghề, thuộc môn học nghề bắt buộc. Mục tiêu của môn học: Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của các loại cảm biến; Vận dụng được các khái niệm về lỉnh vực Khí nén để giải thích, thiết kế các mạch điều khiển Khí nén đơn giản trong công nghiệp. 5
Ứng dụng các công thức để tính toán các thông số, đại lượng cơ bản của mạch điều khiển khí nén, kiện Khí nén và Thủy lực Nhận biết các chức năng, nhiệm vụ của từng chi tiết, linh kiện trong hệ thống điều khiển Giải thích một số mạch ứng dụng khí nén, thủy lực trong công nghiệp Thực hiện các thao tác trong việc lắp mạch điều khiển điện khí nén, thủy lực một cách an toàn, đúng thao tác. Rèn luyện tính kiên nhẫn, tỉ mỉ khi thực hiện các công việc có sử dụng các thiết bị máy móc. Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác trong các công việc cần có độ an toàn cao Nội dung của môn học: STT TÊN CÁC BÀI TRONG THỜI GIAN HÌNH THỨC MODUN GIẢNG DẠY 1 Bài 1: Cơ sở lý thuyết khí nén 3 Lý thuyết thủy lực. 2 Bài 2: Cung cấp và xử lý khí nén 5 Tích hợp 3 Bài 3: Cung cấp và xử lý dầu 5 Tích hợp 4 Bài 4: Các phần tử trong hệ 10 Tích hợp thống Khí nén thủy lực 5 Bài 5: Các phần tử trong hệ 15 Tích hợp thống Điện khí nén. 6 Kiểm tra bài 1,2,3,4,5 2 Tích hợp 7 Bài 6: Thiết kế mạch khí nén 10 Tích hợp Kiểm tra bài 6 2 Tích hợp 8 Bài 7: Lắp đặt mạch máy dập 10 Tích hợp điều khiển bằng hệ thống điện 9 khí nén Tích hợp Bài 8: Lắp đặt mạch máy lắp 15 ráp điều khiển bằng hệ thống điện khí nén. Tích hợp 10 4 Kiểm tra bài 7,8 11 Bài 9: Lắp đặt mạch máy dập 15 Tích hợp bằng tay điều khiển bằng hệ thống thủy lực. 6
12 Bài 10: Lắp đặt mạch máy 20 Tích hợp khoan tự động điều khiển bằng Tích hợp hệ thống thủy lực 13 Kiểm tra bài 9,10 4 Tích hợp Tổng 120 BÀI 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ NÉN Giới thiệu: Bài 1 trình bày được các khái niệm phương trình và công thức tính toán hệ thống khí nénthủy lực. Mục tiêu: Biết được cơ sở tính toàn và khả năng ứng dụng của hệ thống khí nén 7
Phân tích được các thành phần cấu tạo nên hệ thống khí nén. Trình bày được các khái niệm cơ bản về truyền động thủy lực Xác định được các thông số cơ bản về áp suất và lưu lượng Trình bày được ưunhược điểm hệ thống khí nénthủy lực Nội dung chính: 1. Cơ sở tính toán: 1.1. Thành phần hóa học của khí nén: Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị khí nén là không khí trong khí quyển được hút vào và nén trong máy nén. sau đó áp suất khí nén từ máy nén khí được đưa vào hệ thống khí nén. trong không khí là loại hỗn hợp bao gồm những thành phần chính sau: N2 78 % O2 21% Hình 1.1. Phần trăm các chất khí của không khí. Hơi nước và các loại khí khác: 1% Ngoài hơi nước không khí còn có bụi, ...chính nhưng thành phần đó gây ra cho các thiết bị khí nén bị ăn mòn, sự gỉ, ... Vì vậy phải có những biện pháp hay thiết bị để loại trừ hoặc giới hạn đến mức thấp nhất những thành phần đó trong hệ thống. 1.2.Đơn vị đo trong hệ thống: 1.2.1.Định nghĩa các loại áp suất: Áp suất khí quyển:là áp suất không khí tại mực nước biển. đơn vị đo: 760mmhg = 1,013 bar Áp suất tương đối: là áp suất chất khí so với áp suất khí quyển (p=0) a) Áp suất tuyệt đối: là áp suất chất khí có kể đến áp suất khí quyển. 8
(p=14,5 psi) ptuyệt đối = p tương đối + pkhí quyển 1.2.2. Các đơn vị đo áp suất không khí theo tiêu chuẩn Iso: N/m2 , kN/m2 , pa, kpa. 1.2.3. Các đơn vị thường dùng: kg/cm2 , bar. 1.2.4.Đơn vị áp suất: kN/m2, kpa, bar, kg/cm2 , psi. 1 bar = 100kpa = 100kN/m2 = 14,5psi 1 kg/cm2 = 0,981 bar = 14,2233 psi 1 psi = 0,0689 bar = 0,0702 kg/cm2 2. Phương trình trạng thái nhiệt động học: Giả thiết là khí nén trong hệ thống gần như là lý tưởng. Phương trình trạng thái nhiệt tổng quát của khí nén: pabs.V = m.R.T (11) Trong đó: pabs : áp suất tuyệt đối (bar) V : thể tích khí nén (m3) m : khối lượng (kg) R : hằng số nhiệt (J/ kg.K) T : Nhiệt độ Kelvin (K) 2.1. Định luật Boyle Mariotte: Khi nhiệt độ không thay đổi (T = hằng số), theo phương trình nhiệt tổng quát (11) ta có: pabs.V = hằng số (12) P bbar(b 8 ar) ))) 4 2 1 1 2 4 89 V (m3) Hình 1.2: Sự phụ thuộc áp suất và thể tích khi nhiệt độ không đổi
Nếu gọi: V1(m3) thể tích khí nén tại thời điểm áp suất p1 V2(m3) thể tích khí nén tại thời điểm áp suất p2 p1abs (bar) áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V1 p2abs (bar) áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V2 Theo phương trình 12 ta có: Hình 1.2: biểu diễn sự phụ thuộc áp suất và thể tích khi nhiệt độ thay đổi là đường cong parabol. 2.2. Định luật 1 Gay – Lussac: P(bar Khi áp suất không thay đổi (p = hằng số), theo ) phương trình 11 ta có: P Trong đó: V1 V2 V(m3 Hình 1.3: Sự thay đổi thể tích khi ) T1 : nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V1 áp suất là hằng số (K) T2 : nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V2 (K) Hình1. 3 biểu diễn sự thay đổi thể tích khi áp suất là hằng số. Năng lương nén và năng lượng giãn nở không khí được tính theo phương trình: P(bar) W = p(V2 – V1) P1 2.3. Định luật 2 Gay – Lussac: P2 10 V V(m3) Hình 1.4: Sự thay đổi áp suất khi thể tích là hằng số
Khi thể tích V thay đổi, theo phương trình (11) ta có: Hình 1.4: biểu diễn sự thay đổi áp suất khi thể tích là hằng số. Vì thể tích V không thay đổi nên năng lượng nén và năng lượng giãn nở bằng 0 W = 0 Phương trình trạng thái nhiệt khi cả 3 đại lượng áp suất, nhiệt độ và thể tích thay đổi Theo phương trình (11) ta có: hay: 2.4. Phương trình dòng chảy liên tục: Lưu lượng (Q) chảy trong đường ống từ vị trí (1) đến vị trí (2) là không đổi (const). Lưu lượng Q của chất lỏng qua mặt cắt A của ống bằng nhau trong toàn ống (điều kiện liên tục). Ta có phương trình dòng chảy như sau: Q = A.v = hằng số (const) Với v là vận tốc chảy trung bình qua mặt cắt A Nếu tiết diện chảy là hình tròn, ta có: Q1 = Q2 hay v1.A1 = v2.A2 Trong đó: Q1[m3/s], v1[m/s], A1[m2], d1[m] lần lượt là lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí 1; Q2[m3/s], v2[m/s], A2[m2], d2[m] lần lượt là lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dòng chảy và đường kính ống tại vị trí 2. 11
2.5. Phương trình Bernulli: Tổng năng lượng dòng chảy thủy lực sẽ được bảo toàn nếu không có sự thoát năng lượng ra ngoài , hoặc năng lượng từ bên ngoài tác động vào hệ Tổng năng lượng bao gồm: Thế năng (sức áp của trọng lực) phụ thuộc vào chiều cao của cột chất lỏng và áp suất thủy tĩnh Động năng (năng lượng do chuyển động) phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy Có một dòng chảy như hình vẽ 3. Khả năng ứng dụng của khí nén : 3.1. Trong lĩnh vực điều khiển: Hệ thống điều khiển khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực có khả năng nguy hiểm nhiều như: cháy, nổ, … VD: Các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá, kẹp chi tiết, plastic hoặc dược sử dụng trong lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa xe tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm ra lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói bao bì và trong công nghiệp hóa chất… 3.2. Trong hệ thống truyền động: Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Máy khai thác đá, khai thác than, xây dựng hầm mỏ, đường hầm…. 12
Trong truyền động quay: Các động cơ quay với công suất lớn, mặc dù giá thành gấp 10 đến 15 lần so với động cơ điện có cùng công suất nhưng thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% . Như dụng cụ văn vít M4÷ M30, máy khoan có công suất khoảng 3,5 kw, máy mài có công suất khoảng 2,5 kw. Cũng như những máy mài với công suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao 100.000 vòng/ phút thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp. Truyến động thẳng: Được sử dụng trong các đồ gá kẹp, các thiết bị đóng gói, máy gia công gổ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong các hệ thống phanh hãm ôtô. Trong các hệ thống đo và kiểm tra, trong các hệ thống vận chuyển xi măng, kiểm tra chất lượng sản phẩm.  Một số ứng dụng của khí nén: Hình 1.4: Máy hàn điểm Hình 1.5: Máy khoan Hình 1.6: Hệ thống lắp ráp ôtô Hình 1.9: D ụng cụ Hình 1.7: H thầốm tay khoan tay ệ c ng điều khiển t ự dụng cụ vặn vít động 13
4. Hình 1.8: Điều khiển rôbốt Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. 4.1. Ưu điểm: Do khả năng chịu nén( đàn hồi) lớn của không khí , do vậy khả năng tích chứa áp suất nén một cách thuận lợi. Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm tích chứa khí nén. Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít. Đường dẫn khí ra ( khí thải) không cần thiết. Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén. Hệ thống phòng ngừa quá tải áp suất giới hạn được đảm bảo. 4.2. Nhược điểm: Lực truyền tải trọng nhỏ. Khi tải trọng hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, vì khả năng đàn hồi của khí lớn, do đó không thể thực hiện được những chuyển động quay đều. Khí thoát ra nhanh gây ra tiếng ồn. 14
Do đó, hiện nay trong lĩnh vực điều khiển người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với cơ khí hoặc khí nén với điện, điện tử. do vậy rất khó xác định được một cách chính xác ưu, khuyết điểm của từng hệ thống điều khiển. CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 1 1. Khí nén là gì? Điều khiển khí nén được thiết kế với mục đích gì? Hãy nêu một số ứng dụng của hệ thống điều khiển khí nén? 2. Nêu các định luật của khí nén? 3. Ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển khí nén? 4. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, khí nén có bị lạc hậu không? Vì sao? 15
BÀI 2 CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ KHÍ NÉN Giới thiệu: Bài 2 trình bày được các nguyên lý hoạt động, ưu điểm và nhược điểm của hệ thống cung cấp và phân phối khí nén Mục tiêu: Biết được nhiệm vụ của hệ thống cung cấp và phân phối khí nén. Nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của các loại máy nén khí, các bộ bảo dưỡng, các phương pháp xử lý khí nén. Phân tích được các quá trình xử lý khí nén. Rèn luyện tính chinh xac, chu đông, sang tao va khoa hoc, nghiêm túc trong ́ ́ ̉ ̣ ́ ̣ ̀ ̣ ̣ ̣ hoc tâp va trong công vi ̀ ệc. Nội dung chính: 1. Máy nén khí: Máy nén khí phân ra làm 2 loại: ( theo nguyên lý hoạt động)  Nguyên lý thay đổi thể tích: không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồn chứa sẽ nhỏ lại. Như vậy theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trong buồn chứa sẽ tăng lên.  Nguyên lý động năng: không khí được dẫn vào buồng chứa,ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn. 1.1. Máy nén khí kiểu piston: 16
Trong doanh nghiệp, các máy nén piston được sử dụng rộng rãi cho cả nén khí và làm lạnh. Các máy nén khí này hoạt động trên nguyên lý của bơm xe đạp và được đặc trung bởi sự ổn định của lưu lượng khi áp suất đẩy thay đổi. năng suất của máy tỷ lệ thuận với tốc độ. Tuy nhiên công suất của máy nén lại thay đổi.  Cấu tạo: Hình 2.1: Mặt cắt của máy nén piston. Máy nén piston có rất nhiều cấu tạo khác nhau, bốn loại được sử dụng nhiều nhất là: thẳng đứng, nằm ngang, nối tiếp và nằm ngang cân bằng đối xứng. Máy nén piston trục đứng được sử dụng trong khoảng công suất từ 50 – 150 cfm (foot khối/ phút) Máy nén nằm ngang cân bằng đối xứng sử dụng trong khoảng công suất từ 200– 5000 cfm (foot khối/ phút) được sử dụng với nhiều cấp và lên tới 10.000cfm với các thiết kế một cấp. 17
Máy nén khí piston là loại máy nén khí tác động đơn nếu quá trình nén chỉ sử dụng một phía của piston. Nếu máy nén sử dụng cả 2 phía của piston là máy nén tác động kép. Máy nén một cấp là máy nén có quá trình thực hiện bằng một xylanh đơn hoặc một số xylanh song song. Hình 2.2. Máy nén khí kiểu piston.  Nguyên lý hoạt động: Không khí sau khi qua bộ lọc khí và được nén ở thân máy nén khí nhờ các van đóng và mở trên đầu piston, sau đó được đẩy vào bình chứa. Để có thể nén đến áp suất từ từ 15bar người ta thường sử dụng Máy nén khí kiểu piston 2 cấp hoặc nhiều cấp. Tuy nhiên vì không khí được nén nhiều lần do đó chúng phải có bộ phận làm mát trung gian bằng nước hay bằng không khí. Ưu – nhược điểm: + Cứng vững. + Hiệu suất cao. + Bảo quản đơn giản. + Gây ra các hiện tượng dao động đáng kể như: tiếng ồn lớn. + Tạo ra khí nén theo xung và thường có dầu. * Một số máy nén khí kiểu pittôngđược sử dụng trong thực tế: 18
Hình 2.4: Máy nén piston áp su Hình 2.3: Máy nén piston công nghi ệp ất thấp 19
Hình 2.5: Máy nén piston bơm dầu Hình 2.6: Máy nén khí xylanh đơn 1.2. Máy nén khí kiểu cánh gạt:  Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt. Máy nén khí kiểu cánh gạt bao gồm: Thân máy, mặt bích thân máy, mặt biwchs trục, rôto lắp trên trục. Trục và rôto lắp lệch têm so với bánh dẫn truyền động. Khi rôto quay tròn, dưới tác dụng của lực ly tâm các bánh gạt chuyển động tự do trong các rãnh ở trên rôto và các đầu cánh gạt tựa vào bánh dẫn chuyển động. Thể tích giới hạn giữa các bánh gạt sẽ bị thay đổi. Như vậy quá trình hút và nén được thực hiện. Để làm mát khí nén, trên thân máy có các rãnh để dẫn nước vào làm mát. Bánh dẫn được bôi trơn và quay tròn trên thân máy để giảm bớt sự hao mòn khi các cánh tựa vào nhau. 20