Giáo trình thủy khí-Chương 1

Chia sẻ: Pham Trong Thuy Thuy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khái niệm hệ thống khí nén Hệ thống khí nén là hệ thống mà trong đó các thiết bị hoạt động nhờ sự tác động của khí nén. Bằng việc nén khí, năng lượng khí được tích lũy để cung cấp cho các hệ thống khí. Hệ thống khí nén bao gồm các mối liên kết giữa các nhóm phần tử như sơ đồ sau: Thực hiện lệnh Cơ cấu chấp hành Tín hiệu ra Cơ cấu điều chỉnh Phần tử xử lý tín hiệu Phần tử đưa tín hiệu Các phần tử Xử lý tín hiệu Tín hiệu vào Dòng tín hiệu...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình thủy khí-Chương 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 1.1. Khái niệm về hệ thống điều khiển khí nén 1.1.1. Khái niệm hệ thống khí nén Hệ thống khí nén là hệ thống mà trong đó các thiết bị hoạt động nhờ sự tác động của khí nén. Bằng việc nén khí, năng lượng khí được tích lũy để cung cấp cho các hệ thống khí. Hệ thống khí nén bao gồm các mối liên kết giữa các nhóm phần tử như sơ đồ sau: Thực hiện lệnh Cơ cấu chấp hành Tín hiệu ra Cơ cấu điều chỉnh Phần tử xử lý tín Xử lý tín hiệu hiệu Phần tử đưa tín Tín hiệu vào hiệu Dòng tín hiệu Các phần tử Hình 1.1 Hệ thống khí nén Các nhóm phần tử này hình thành nên đ ường điều khiển cho dòng tín hiệu, bắt đầu từ phần tín hiệu (đầu vào) cho tới phần chấp hành (đ ầu ra). 1.1.2. Lịch sử phát triển hệ thống khí nén Ứng dụng khí nén đã có từ trước Công nguyên. Năm 140 trước Công nguyên, nhà triết học người Hylạp Ktesibios và học trò của ông đã chế tạo ra thiết bị bắn tên hay ném đá sử dụng năng lượng khí nén. Đến thế kỷ 17, nhà k ỹ sư chế tạo người Đức Otto von Guerike (1602 - 1686), nhà toán học và triết học người Pháp Blaise Pascal (1623 - 1662), cũng như nhà vậy lý người Pháp Denis Papin (1647 - 1712) đã xây d ựng nên nền tảng cơ bản ứng dụng khí nén. Trong thế kỷ 19 các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén lần lượt được phát minh, như thư vận chuyển trong ống bằng khí nén (1835), phanh bằng khí nén (1880)… Sau chiến tranh Thế giới thứ 2, việc ứng dụng năng lượng bằng khí nén trong kỹ thuật điều khiển phát triển khá mạnh mẽ, với nhiều dụng cụ, thiết bị phần tử khí nén mới đ ược sáng chế và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. 1.2. Phạm vi ứng dụng của hệ thống khí nén 1.2.1. Ưu nhược điểm khi sử dụng hệ truyền động bằng khí nén a) Ưu điểm - Hầu hết các nhà máy công nghiệp đều có sẵn các nguồn khí và được phân bố đều trong nhà máy. - Chất khí sau khi sử dụng thải trực tiếp ra môi truờng không cần thiết phải thu hồi. - Tính đồng nhất năng lượng giữa phần điều khiển và chấp hành nên bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện. 1
- Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng: 3 – 8 b ar. - Khả năng quá tải lớn của động cơ khí. - Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật, tuổ i thọ lớn. - Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong môi trường dễ nổ, và bảo đảm môi trường sạch vệ sinh. - Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động họ c khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít. - Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt đ ược vận tốc rất cao. b) Nhược điểm - Khí điều khiển phải qua quá trình xử lý phức tạp. - Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử. - Khả năng lập trình kém, chỉ điều khiển theo chương trình có sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp kém. Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh. - Lực truyền tải trọng thấp. - Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây tiếng ồn. - Không điều khiển được quá trình trung gian giữa 2 ngưỡng. 1.2.2. Đặc điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén Ký hiệu (+)(=)(-) có nghĩa là: thích hợp hơn/b ằng/ít hơn với truyền động bằng khí nén. a. Độ an toàn khi quá tải: Khi hệ thống đạt đ ược áp suất làm việc tới hạn, thì truyền động vẫn an toàn, không có sự cố, hư hỏng xảy ra. Truyền động điện – cơ (-), truyền động bằng thủy lực (=), truyền động bằng cơ (-). b. Sự truyền tải năng lượng Tổn thất áp suất và giá đầu tư cho mạng truyền tải bằng khí nén tương đối thấp. Truyền động điện (+), truyền động bằng thủy lực (-), truyền động bằng cơ (-). c. Tuổi thọ và bảo dưỡng Hệ thống đòi hỏi rất cao vấn đề lọc chất bẩn của áp suất không khí trong hệ thống. Truyền động điện – cơ (-/=), hệ thống cơ (-), truyền động bằng thủy lực (=), hệ thống điện (+). d. Khả năng thay thế phần tử, thiết bị Điều khiển bằng điện (+), hệ thống điều khiển cơ (-), hệ thống điều khiển bằng thủy lực (=). e. Vận tốc truyền động Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt đ ược vận tốc rất lớn. Điện – cơ (-), cơ (-), thủy lực (-) f. Khả năng điều chỉnh lưu lượng dòng và áp suất Truyền động bằng khí nén có khả năng điều chỉnh lưu lượng và áp su ất một cách đơn giản. Tuy nhiên khi tải trọng thay đổi thì vận tốc bị thay đổi. 2
Điện – cơ (-), cơ (-), thủy lực (+) g. Vận tốc truyền tải: Vận tốc truyền tải và xử lý tín hiệu tương đ ối chậm. Điện (+), cơ (=/-), thủy lực (=). 1.2.3. Phạm vi ứng dụng của điều khiển khí nén - Hệ thống điều khiển khí nén đ ược sử dụng rộng rãi ở những lĩnh vực mà ở đ ó vấn đề nguy hiểm, hay xảy ra các cháy nổ, như: các đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo. - Sử dụng trong ngành cơ khí như cấp phôi gia công. - Trong môi trường vệ sinh sạch như công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử. - Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén đ ược sử dụng trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm, như: rửa bao b ì tự động, chiết nước vào chai…; trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của các băng tải, thang máy công nghiệp, thiết bị lò hơi, đóng gói, bao b ì, in ấn, phân loại sản phẩm và trong công nghiệp hóa chất, y khoa và sinh học. Hình 1.1. Tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén Hình 1.2. Đóng gói sản phẩm 1.3. Cấu trúc của hệ thống điều khiển khí nén Một hệ thống khí nén cơ bản bao gồm các thành phần sau: Nguồn cung cấp năng lượng - Các tín hiệu vào (các cảm biến). - Các phần tử xử lý tín hiệu (các bộ xử lý bằng khí nén) - Các phần tử điều khiển. - Các phân tử công suất (các cơ cấu chấp hành). - Các phần tử trong hệ thống đ ược thể hiện bằng các ký hiệu miêu tả chức năng của phần tủ đó 3
Hình 1.3 Các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén Hình 1.4. Sơ đồ 1 hệ thống khí nén 4
1.4. Cơ sở tính toán khí nén 1.4.1. Công thức và các đơn vị đo của các đại lượng cơ bản a. Lực - Đơn vị của lực là Newton (N). 1 Newton là lực tác động lên đối trọng có khối lượng 1kg với gia tốc 1 m/s2. 1 N = 1 kg.m/s2 b. Áp suất - Đơn vị cơ b ản của áp suất theo hệ đo lường SI là pascal. - Pascal (Pa) là áp su ất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác động vuông góc lên b ề mặt đó là 1 Newton (N). 1 Pascal = 1 N/m2 = 1 kg m/s2 /m2 = 1kg/(m.s)2 - Ngoài ra còn dùng đ ơn vị bar: 1 bar = 105Pa = 1Kg/cm2 =1 at - Một số nước còn dùng đ ơn vị psi ( pound (0.45336 kg) per square inch (6.4521 cm2) Kí hiệu lbf/in2 (psi); 1 bar = 14,5 psi - Áp suất có thể tính theo cột áp lưu chất P = w. h (1.1) Trong đó: w - trọng lượng riêng lưu chất h - chiều cao cột áp c. Lưu lượng - Lưu lượng là vận tốc dòng chảy của lưu chất qua một tiết diện d òng chảy. Đơn vị thường dùng là l/min. Q = v.A (1.2) Trong đó: Q: lưu lượng của dòng chảy A: Tiết diện của dòng chảy v: Vận tốc trung bình của dòng chảy d. Công - Đơn vị của công là Joule (J). 1 Joule là công sinh ra dưới tác động của lực 1 N để vật dịch chuyển quãng đ ường 1 m. 1 J =1Nm 1 J = 1 m2kg/s2 - Công được tính theo công thức: Wk = F*L (1.3) Trong đó: F: lực tác dụng vào vật 5
L: quãng đường vật đi được. e. Công suất - Đơn vị công suất là Watt 1 Watt là công su ất, trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 joule. 1 W = 1 Nm/s 1 W = 1 m2kg/s3 - Công suất đ ược tính theo công thức: Q(l/min) * P(bar) H (1.4) (kW) 600 f. Độ nhớt - Độ nhớt động của một chất là có độ nhớt động lực 1 Pa.s và khối lượng riêng 1 kg/cm3.  v (1.5)  Trong đó: : độ nhớt động lực [Pa.s]  : khối lượng riêng [kg/m3 ] v: độ nhớt động [m2/s] - Ngoài ra ta còn sử dụng đơn vị độ nhớt động là Stokes (St) ho ặc là centiStokes (cSt). Chú ý: độ nhớt động không có vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển khí nén nhưng nó rất quan trọng trong điều khiển thủy lực. 6