Giáo trình Thủy lực khí nén (Phần 1)
1. KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÍ NÉN
Bên cạnh các chất lỏng thủy lực như nước và dầu, khí nén cũng là một
trong những môi chất mang năng lượng và tín hiệu quan trọng nhất trong kỹ thuật
thủy khí.
Trong các hệ thống truyền động khí nén môi chất là không khí nén -
một chất “lỏng” chịu nén. Như vậy có thể lấy không khí từ môi trường, nén lại,
truyền dẫn làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra
môi trường.
Ứng dụng khí nén đã có từ trước Công nguyên. Năm 140 trước Công
nguyên, nhà triết học người Hylạp Ktesibiosvà 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 kỹ 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 dựng 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 được sáng chế và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác
nhau.
Tuy nhiên lịch sử phát triển của kỹ thuật khí nén cũng có những bước
thăng trầm. Một mặt do trình độ kỹ thuật công nghệ các thời kỳ trước chưa tương
xứng, mặt khác còn có sự cạnh tranh gay gắt của các hệ thống truyền năng lượng
khác như động cơ nhiệt, truyền động điện mà mãi đến những năm gần đây kỹ
thuật khí nén mới lại có được vai trò xứng đáng của nó trongsản xuất. Thời kỳ
bùng nổ của kỹ thuật khí nén bắt đầu cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ
thuật điều khiển và tự động hóa của các quá trình sản xuất, nhất là khi có sự tham
gia của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật tính hiện đại. Ngày nay khí nén đã tham gia
vào hầu hết các lĩnh vực sản xuất như chế tạo máy, xây dựng, kỹ thuật xe hơi, kỹ
thuật y học, kỹ thuật rô bot, khai khoáng
Tóm tắt nội dung tài liệu: Giáo trình Thủy lực khí nén (Phần 1)
Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, ngành kỹ thuật thủy khí ngày càng trở nên có ý nghĩa và chiếm một vịtrí quan trọng trong một số lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt trong ngành chế tạo máy và kỹ thuật ôtô, các máy công trình thì truyền động thủy lực khí nén đang có một vai trò đáng kể do có mật độ công suất cao, kết cấu đơn giản, độ tin cậy cao và đặc biệt là việc bố trí các phần tử tự do và linh động theo không gian và van điều khiển, có chi phí công suất nhỏ là những ưu điểm nổi bật của công nghệ truyền động khí nén thủy lực. Nhằm giúp cho sinh viên có thể nắm được một số kiến thức cơ bản về truyền động thủy lực khí nén, tiếp cận dần với công việc sửa chữa các thiết bị có liênquan trong thực tế. Giáo trình biên soạn được dựa trên sự kế thừa nhiều tàiliệu của các trường đại học, cao đẳng, các trường cao đẳng nghề. Để giúp cho người học có thể nắm được những kiến thức cơ bản của môn học thủy lực khí nén ứng dụng, giáo trình đã được sắp xếp môn học theo từng chương theo thứ tự: Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực Kiến thức trong giáo trình được biên soạn theo chương trình khung của Bộ lao động Thương binh và Xã hội ban hành. Do đó người đọc có thể hiểu một cách dễ dàng các nội dung trong chương trình. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi sai sót, nhóm tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm tác giả Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................................................. 1 CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CÁC QUY LUẬT VÀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN ..................................... 5 1. KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÍ NÉN.............................................................. 5 1.1. Khái niệm, yêu cầu................................................................................................................................ 5 1.1.1 Khái niệm ............................................................................................................................................ 5 1.1.2 Sản xuất khí nén ................................................................................................................................... 5 1.1.3 Phân phối khí nén ................................................................................................................................. 7 1.1.4 Xử lý khí nén ....................................................................................................................................... 9 1.2 Yêu cầu về hệ thống truyền động bằng khí nén .......................................................................................11 1.2.1 Ưu điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén .................................................................................11 1.2.2 Nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén ............................................................................11 1.2.3 Yêu cầu về hệ thống truyền động bằng khí nén ................................................................................... 12 1.2 Các thông số của khí nén ...................................................................................................................... 12 1.2.1 Lực ................................................................................................................................................... 12 1.2.2 Áp suất.............................................................................................................................................. 12 1.2.3 Lưu lượng ......................................................................................................................................... 12 1.2.4 Công ................................................................................................................................................. 13 1.2.5 Công suất .......................................................................................................................................... 13 1.2.6 Độ nhớt ............................................................................................................................................. 13 2 CÁC QUY LUẬT TRUYỀN DẪN BẰNG KHÍ NÉN .............................................................................. 13 2.1 Các phương trình tính toán dòng chảy khí nén ...................................................................................... 13 2.1.1 Các đại lượng vật lý cơ bản của không khí.......................................................................................... 13 2.1.2 Các phương trình tính toán ................................................................................................................ 14 2.2 Các định luật cơ bản của dòng chất khí ................................................................................................. 18 2.2.1 Định luật pascal ................................................................................................................................. 18 2.2.2 Lưu lượng lưu chất ............................................................................................................................. 18 2.2.3 Định luật chất khí ............................................................................................................................... 19 3 NHẬN DẠNG CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG KHÍ NÉN ............................................................................. 19 3.1 Cơ cấu chấp hành .................................................................................................................................. 19 3.2 Van đảo chiều ........................................................................................................................................ 21 3.2.1 Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều .............................................................................................. 21 3.2.2 Ký hiệu van đảo chiều ....................................................................................................................... 21 3.2.3 Các tín hiệu tác động .......................................................................................................................... 22 3.2.4 Van đảo chiều có vị trí "0" .................................................................................................................. 24 3.2.5 Van đảo chiều không có vị trí "0" ....................................................................................................... 26 3.3 Van chặn ............................................................................................................................................... 27 3.3.1 Van một chiều .................................................................................................................................... 27 3.3.2 Van logic OR...................................................................................................................................... 27 Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 3 3.3.3 Van logic AND ................................................................................................................................... 28 1.3.3.4 Van xả khí nhanh ............................................................................................................................. 28 3.4 Van tiết lưu............................................................................................................................................ 28 3.5 Van điều chỉnh thời gian ........................................................................................................................ 29 3.5.1 Rơle thời gian đóng chậm ................................................................................................................... 29 3.5.2 Rơle thời gian ngắt chậm ................................................................................................................... 29 3.6 Van chân không ..................................................................................................................................... 29 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN.................................................................. 31 1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN ........................ 31 1.1 Nhiệm vụ ............................................................................................................................................... 31 1.2 Yêu cầu ................................................................................................................................................. 31 1.2.1 Về khí nén .......................................................................................................................................... 31 1.2.2 Về kỹ thuật ......................................................................................................................................... 31 1.3 Phân loại ............................................................................................................................................... 31 2. SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN .................................................................................................................................................... 31 2.1 Sơ đồ cấu tạo ........................................................................................................................................ 31 2.1.1 Nguyên lý truyền động ....................................................................................................................... 31 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động .............................................................................................................. 32 2.2 Nguyên lý hoạt động ............................................................................................................................. 33 2.2.1 Điều khiển bằng tay............................................................................................................................ 33 2.2.2 Điều khiển theo thời gian ................................................................................................................... 34 2.2.3 Điều khiển theo hành trình ................................................................................................................. 36 3. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY NÉN KHÍ ...................................................... 37 3.1 Máy nén khí loại rô to ........................................................................................................................... 37 3.1.1 Máy nén khí kiểu cánh quay ............................................................................................................... 37 3.1.2 Máy nén khí kiểu trục vít .................................................................................................................... 38 3.2 Tuốc bin khí .......................................................................................................................................... 39 3.3 Nhận dạng Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại hệ thống truyền động bằng khí nén................... 40 CHƯƠNG 3: KHÁI NIỆM VÀ CÁC QUY LUẬT VỀ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC ...................... 45 1 KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNGSỐ CỦA THỦY LỰC .......................................................... 45 1.1 Khái niệm, yêu cầu .................................................................................................................................. 45 1.1.1 Khái niệm ............................................................................................................................................. 45 1.1.2 Yêu cầu .............................................................................................................................................. 45 1.2. Các thông số của chất lỏng ................................................................................................................... 46 2 CÁC QUY LUẬT TRUYỀN DẪN BẰNG THỦY LỰC........................................................................... 48 2.1 Truyền động thuỷ tĩnh ............................................................................................................................... 48 2.1.1 Khái quát về truyền động thuỷ tĩnh ........................................................................................................... 48 2.1.2 Cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ tĩnh .................................................................................................. 48 2.2 Truyền động thuỷ động ......................................................................................................................... 50 2.2.1 Khái quát về truyền động thuỷ động ......................................................................................................... 50 Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 4 2.2.2 Cơ sở kỹ thuật truyền động thuỷ động ................................................................................................ 50 3 NHẬN DẠNG CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC ........................................................................................... 51 3.1 Cơ cấu biến đổi năng lượng và hệ thống xử lý dầu................................................................................. 51 3.1.1 Bơm dầu và động cơ dầu ........................................................................................................................ 51 3.1.2 Xy lanh truyền động (cơ cấu chấp hành) ............................................................................................. 57 3.1.3 Bể dầu ............................................................................................................................................... 58 3.1.5 Đo áp suất và lưu lượng..................................................................................................................... 59 3.2 Các phần tử của hệ thống điều khiển thuỷ lực ....................................................................................... 60 3.2.1 Van áp suất ......................................................................................................................................... 60 3.2.3 Van giảm áp ....................................................................................................................................... 62 3.2.4 Van đảo chiều ...................................................................... ... í "0" là loại van có tác động bằng cơ - lò xo lên nòng van. a. Van đảo chiều 2/2: Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò. Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí "0" và "1". Vị trí "0" cửa P và R bị chặn. Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí "0" van sẽ được chuyển đổi sang vị trí "1", như vậy cửa P và R sẽ nối với nhau. Khi đầu dò không tác động nữa, thì van sẽ quay trở về vị trí ban đầu (vị trí "0") bằng lực nén lò xo. Hình 1.20 Van đảo chiều 2/2 b. Van đảo chiều 3/2: - Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò. Van có 3 cửa P, A và R, có 2 vị trí "0" và "1". Vị trí "0" cửa P bị chặn. Cửa A nối với cửa R, nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí "0" van sẽ được chuyển sang vị trí "1", như vậy cửa P và cửa A sẽ nối với nhau, cửa R bị chặn. Khi đầu dò không tác động nữa, thì van sẽ quay về vị trí ban đầu (vị trí "0") bằng lực nén lò xo Ký hiệu: Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 25 Hình 1.21. Van đảo chiều 3/2 - Tín hiệu tác động bằng tay – nút ấn Ký hiệu - Tín hiệu tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ Hình 1.20. Ký hiệu và kết cấu van đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ - 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 hướng 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 và khí nén ở phần trên pittông phụ sẽ theo cửa Z thoát ra ngoài c. Van đảo chiều 4/2: + Tín hiệu tác động bằng tay - bàn đạp Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 26 + Tín hiệu tác động trực tiếp bằng nam châm điện Tại vị trí "0" cửa P nối với cửa B, cửa A với R. Khi có dòng điện vào cuộn dây, van sẽ chuyển sang vị trí "1", lúc này cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa R d. Van đảo chiều 5/2 - Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò Ký hiệu Tại vị trí "0" cửa P nối với cửa B, cửa A nối với R và cửa S bị chặn. Khi đầu dò tác động, 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. - Tín hiệu tác động bằng khí nén Tại vị trí "0" cửa P nối với cửa A, cửa B nối với R và cửa S bị chặn. Khi dòng khí nén Z tác động vào, 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. 3.2.5 Van đảo chiều không có vị trí "0" Van đảo chiều không có vị trí "0" là van mà 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 chưa có tác động lên phía đối diện nòng van. Ký hiệu vị trí tác động là a, b, c, ... Tín hiệu tác động lên nòng van có thể là: * Tác động bằng tay, bàn đạp. * Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ 2 phía của nòng van. * Tín hiệu tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua van phụ trợ. Loại van này được gọi là van đảo chiều xung, vì vị trí của van được thay đổi khi có tín hiệu xung tác động lên nòng van. a. Van đảo chiều 3/2 Tín hiệu tác động bằng tay, được ký hiệu: Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 27 Khi ở vị trí a, cửa P nối với cửa A và cửa R bị chặn. Vị trí b, cửa A nối với cửa R và cửa P bị chặn b. Van xoay đảo chiều 4/3 Tín hiệu tác động bằng tay, được ký hiệu: Nếu vị trí xoay nằm tại vị trí a, thì cửa P nối với cửa A và cửa B nối với R. Vị trí xoay nằm tại vị trí b, thì các cửa nối A, B, P, R đều bị chặn. Vị trí xoay nằm tại vị trí c, thì cửa P nối với B và cửa A nối cửa R c. Van đảo chiều xung 4/2 Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía nòngvan. Khi xả cửa X, nòng van sẽ dịch chuyển sang vị trí b, cửa P nối với với cửa A và cửa B nối với cửa R. Khi cửa X ngừng xả khí, thì vị trí cửa nòng van vẫn nằm ở vị trí b cho đến khi có tín hiệu xả khí ở cửa Y 3.3 Van chặn Van chặn là loại van chỉ cho lưu lượng khí đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn. Van chặn gồm các loại sau: - Van một chiều - Van logic OR - Van logic AND - Van xả khí nhanh. 3.3.1 Van một chiều Van một chiều có tác dụng chỉ cho lưu lượng khí đi qua một chiều. Ký hiệu: 3.3.2 Van logic OR Van logic OR có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển. Ký hiệu: Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 28 Khi có dòng khí nén qua cửa P1, sẽ đẩy pittông trụ của van sang phải, chắn cửa P2 . P1 nối với cửa A và ngược lại. 3.3.3 Van logic AND 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. Ký hiệu: Khi dòng khí qua P1P1 bị chặn. Ngược lại dòng khí qua P2 P2 bị chặn. Nếu dòng khí đồng thời qua P1, P2 cửa A sẽ nhận được tín hiệu khí qua A. 1.3.3.4 Van xả khí nhanh Van xả khí nhanh thường lắp ở vị trí gần cơ cấu chấp hành (pittông), có nhiệm vụ xả khí nhanh ra ngoài. Ký hiệu: 3.4 Van tiết lưu Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dòng khí. 3.4.1 Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi Ký hiệu 3.4.2 Van tiết lưu có tiết diện thay đổi Ký hiệu: 1.3.4.3 Van tiết lưu một chiều Ký hiệu: Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 29 3.5 Van điều chỉnh thời gian 3.5.1 Rơle thời gian đóng chậm Hình 1.23 Rơ le thời gian đóng chậm Khí nén qua van một chiều, cần thời gian t1 để làm đầy bình chứa, sau đó tác động lên nòng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa P nối với cửa A. 3.5.2 Rơle thời gian ngắt chậm Hình 1.24 Rơ le thời gian ngắt chậm Rơle thời gian ngắt chậm, nguyên lý, cấu tạo cũng tương tự như rơle thời gian đóng chậm, nhưng van tiết lưu một chiều có chiều ngược lại. 3.6 Van chân không Van chân không là cơ cấu có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực chân không, chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống venturi. Ký hiệu: Ta có lực hút chân không ܨ = ߨ.ܦଶ4 ∆ ∆ = ( − ௨) Trong đó: F - lực hút chân không (N); D - đường kính đĩa hút (m); pa - áp suất không khí ở đktc (N/m2); pu - áp suất chân không tại cửa U (N/m2). Lực F phụ thuộc vào D và pu. Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 30 CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1. Trình bày khái niệm, yêu cầu và các thông số của khí nén? Câu 2. Trình bày các quy luật truyền dẫn khí nén? Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 31 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN 1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN 1.1 Nhiệm vụ Biến thế năng của khí nén ở dạng áp suất (P) và lưu lượng (Q), thành cơ năng ở dạng chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay. 1.2 Yêu cầu 1.2.1 Về khí nén Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng rất nhiều chất bẩn theo từng mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi, hơi nước trong không khí, những phần tử nhỏ, cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Khí nén khi mang chất bẩn tải đi trong những ống dẫn khí sẽ gây nên sự ăn mòn, rỉ sét trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển. Vì vậy,khí nén được sử dụng trong hệ thống khí nén phải được xử lý. Tùy thuộc vàophạm vi sử dụng mà xác định yêu cầu chất lượng của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể. Hệ thống xử lý khí nén được phân thành 3 giai đoạn : - Lọc thô: dùng bộ phận lọc bụi thô kết hợp với bình ngưng tụ để tách hơi nước. - Phương pháp sấy khô: dùng thiết bị sấy khô khí nén để lọai bỏ hầu hết lượng nước lẫn bên trong. Giai đoạn này xử lý tùy theo yêu cầu sử dụng của khí nén. - Lọc tinh: lọai bỏ tất cả các lọai tạp chất, kể cả kích thước rất nhỏ. 1.2.2 Về kỹ thuật Đảm bảo các thông số đầu ra đạt tiêu chuẩn. - Đối với chuyển động tịnh tiến phải đảm bảo tiêu chuẩn về lực (F); hành trình dịch chuyển piston(S); Tốc độ dịch chuyển piston (V). - Đối với chuyển động quay đảm bảo tiêu chuẩn về mô men xoắn(Mx); tốc độ của rotor (n) Ngoài ra còn đảm bảo yêu cầu làm việc êm dịu(tốc độ đều và ít tiếng ồn). 1.3 Phân loại Đối với hệ thống truyền động bằng khí nén thông thường phân loại theo phương pháp điều khiển. Bao gồm các phương pháp sau - Điều khiển bằng tay: điều khiển trực tiếp và điều khiển gián tiếp - Điều khiển theo thời gian - Điều khiển theo hành trình - Điều khiển theo tầng - Điều khiển theo nhịp 2. SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN 2.1 Sơ đồ cấu tạo 2.1.1 Nguyên lý truyền động Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 32 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và các phần tử 2.1.3 Biểu đồ trạng thái - Biểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái các phần tử trong mạch, mối liên giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử. - 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 bước thực hiện hoặc thời gian hành trình. Hành trình làm việc được chia thành các bước, sự thay đổi trạng thái trong các bước được biểu diễn bằng đường đậm, sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn bằng đường nét mảnh và chiều tác động biểu diễn bằng mũi tên. - Xilanh đi ra ký hiệu dấu (+), lùi về ký hiệu (-). - Các phần tử điều khiển ký hiệu vị trí "0" và vị trí "1" (hoặc "a", "b'). - Một số ký hiệu biểu diễn biểu đồ trạng thái: Thế năng của khí nén P.Q Thế năng của khí nén P.Q Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 33 2.2 Nguyên lý hoạt động 2.2.1 Điều khiển bằng tay - Điều khiển trực tiếp Biểu đồ trạng thái - Điều khiển gián tiếp Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 34 Biểu đồ trạng thái 2.2.2 Điều khiển theo thời gian Biểu đồ trạng thái Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 35 - Điều khiển theo thời gian có chu kỳ tự động Biểu đồ trạng thái Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 36 2.2.3 Điều khiển theo hành trình Biểu đồ trạng thái Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 37 3. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY NÉN KHÍ Hiện nay máy nén khí là các sản phẩm kỹ thuật đồng bộ và hiện đại, có các chức năng kiểm tra, điều chỉnh và điều khiển thông minh. Máy nén khí có thể được sử dụng ở dạng tĩnh tại hoặc di động. Áp suất được tạo ra từ máy nén, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng. 3.1 Máy nén khí loại rô to - Có hai loại máy nén khí kiểu roto thường được sử dụng: + Máy nén khí kiểu cánh quay + Máy nén khí kiểu trục vít 3.1.1 Máy nén khí kiểu cánh quay Máy nén cánh quay là một máy thủy tĩnh có tỷ số nén xác định theo cấu trúc. Nhờ bố trí rô to lệch tâm mà thể tích giới hạn bởi cánh quay và stator được nén lại khi quay rô to. Kết cấu nhỏ gọn và chuyển động liên tục của rô to cho phép tần số quay cực đại đạt đến 3000vM/ph. a. Cấu tạo Hình 2.2. Cấu tạo máy nén kiểu roto một cấp 1- Thân máy; 2- Nắp máy; 3- Mặt bích đầu trục; 4- Rô to; 5- Cánh quay Trên hình 2.2 giới thiệu cấu tạo máy nén khí cánh quay một cấp, bao gồm: thân máy 1; nắp máy 2; mặt bích đầu trục 3; stator 4; rô to 5 và cánh quay 6. Khi rô to quay, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh quay văng ra Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 38 theo các rãnh trên rô to tựa đầu mút ngoài vào stator. Quá trình hút và nén được thực hiện theo sự thay đổi thể tích giới hạn giữa các cánh quay và mặt tựa stator. b. Nguyên lý hoạt động Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt một cấp (hình 2.3) bao gồm: thân máy (1), mặt bích thân máy, mặt bích trục, rôto (2) lắp trên trục. Trục và rôto (2) lắp lệch tâm e so với bánh dẫn chuyển động. Khi rôto (2) quay tròn, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt (3) chuyển động tự do trong các rãnh ởtrên rôto (2) và đầu các cánh gạt (3) tựa vào bánh dẫn chuyển động. Thể tíchgiới hạn giữa các cánh gạt sẽ bị thay đổi. Như vậy quá trình hút và nén đượcthực 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 đầu các cánh tựa vào. Hình 2.3. Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt. 3.1.2 Máy nén khí kiểu trục vít Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vít quay. Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên), quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy. Máy nén khí kiểu trục vít gồm có hai trục: trục chính và trục phụ. Số răng (số đầu mối) của trục xác định thể tích làm việc (hút, nén). Số răng càng lớn, thể tích hút nén của một vòng quay sẽ giảm. Số răng (số đầu mối) của trục chính và trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn. Hình 2.4. Nguyên lý họat động máy nén khí kiểu trục vít * Ưu điểm : khí nén không bị xung, sạch; tuổi thọ vít cao (15.000 đến 40.000 giờ); nhỏ gọn, chạy êm. * Khuyếtđiểm : Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế. 2 1 3 Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 39 Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống máy nén khí kiểu trục vít có hệ thống dầu bôi trơn. 3.2 Tuốc bin khí Hình 2.6. Tuốc bin nén khí lắp trên động cơ ôtô Là loạiđộng cơ nhiệt, dạngrotor trong đó chất giãn nở sinh công là không khí. Động cơ gồm ba bộ phận chính là khối máy nén khí (tiếng Anh: compressor) dạng rotor (chuyển động quay); buồng đốt đẳng áp loại hở; và khối tuốc bin khí rotor. Khối máy nén và khối tuốc bin có trục được nối với nhau để tuốc bin làm quay máy nén. Khí nén đưa vào buồng đốt, trộn với khí nhiên liệu và đốt, không khí nén nhận được nhiệt từ khí đốt và giãn nở -> không khí giãn nở sẽ làm quay các turbine. Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 40 3.3 Nhận dạng Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại hệ thống truyền động bằng khí nén 3.3.1 Nhận dạng cấu tạo của các loại hệ thống truyền động bằng khí nén * Các chi tiết bộ phận chính trong hệ thống truyền động bằng khí nén 3.3.2 Nguyên lý hoạt động của các loại hệ thống truyền động bằng khí nén a. Điều khiển bằng tay - Điều khiển trực tiếp Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 41 - Điều khiển gián tiếp Biểu đồ trạng thái b. Điều khiển theo thời gian Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 42 Biểu đồ trạng thái Điều khiển theo thời gian có chu kỳ tự động - Biểu đồ trạng thái Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 43 c. Điều khiển theo hành trình Biểu đồ trạng thái Giáo trình thủy lực khí nén Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 44 CÂU HÔI ÔN TẬP Câu 1. Trình bày nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống truyền động bằng khí nén? Câu 2. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy nén khí? Câu 3. Trình bày nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động bằng khí nén loại điều khiển bằng tay? Câu 4. Trình bày nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động bằng khí nén loại điều khiển theo thời gian?
File đính kèm:
- giao_trinh_thuy_luc_khi_nen_phan_1.pdf