Giáo trình Điều khiển điện khí nén (Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại

Hình 2.7: Máy nén khí kiểu trục vít 16 16 b) Nguyên lý làm việc Khi các trục vít quay nhanh, không khí được hút vào bên trong vỏ thông qua cử nạp và đi vào buồng khí ở giữa các trục vít và ở đó không khí được nén giữa các răng khi buồng khí nhỏ lại, sau đó khí nén đi tới cửa thoát. Cả cửa nạp và cửa thoát sẽ được đóng hoặc mở tự động khi các trục vít quay hoặc không che các cửa. Ở cửa thoát của máy nén khí có lắp một van một chiều để ngăn các trục vít tự quay khi quá trình nén đã dừng. c) Ưu, nhược điểm của 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. - Nhược điểm: Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế. * Một số máy nén khí kiểu trục vít được sử dụng trong thực tế: Hình 2.8: Nguyên lý làm việc của máy nén khí kiểu trục vít Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống máy nén khí kiểu trục vít có hệ thống dầu bôi trơn 17 17 2 1.1.2.5. Máy nén khí kiểu Root. Máy nén khí kiểu root gồm có 2 hoặc 3 cánh quạt (Pittông có dạng hình số 8). Các pittong đó được quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy và trong quá trình quay không tiếp xúc với nhau. Như vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa 2 pittông, khe hở giữa phần quay và thân máy. Máy nén kiểu root tạo ra áp suất không phải theo nguyên lý thể tích mà có thể gọi là sự nén từ dòng phía sau. Điều đó có nghĩa là, khi rôto quay được 1 vòng, thì vẫn chưa tạo áp suất trong buồng đẩy, cho đến khi rô to quay tiếp đến vòng thứ 2 thì dòng lưu lượng đó đẩy vào dòng lưu lượng ban đầu và cuối cùng mới vào buồng đẩy. Với nguyên tắc hoạt động này sẽ làm cho tiếng ồn tăng lên. 2.1.2.6. Máy nén khí kiểu ly tâm. a) Cấu tạo của máy nén khí kiểu ly tâm Hình b: Máy nén khí kiểu trục vít lưu động Hình 2.10: Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu root Hình a: Máy nén khí kiểu trục vít 18 18 Máy nén khí ly tâm sử dụng đĩa xoay hình cánh quạt hoặc bánh đẩy để ép khí vào phầm rìa của bánh đẩy làm tăng tốc độ của khí. Bộ phận khuếch tán của máy sẽ chuyển đổi năng lượng của tốc độ thành áp suất. Máy nén khí ly tâm thường sử dụng trong ngành công nghiệp nặng và trong môi trường làm việc liên tục. Chúng thường được lắp cố định. Công suất của chúng có thể từ hàng trăm đến hàng ngàn mã lực. Với hệ thống làm việc gồm nhiều máy nén khí ly tâm, chúng có thể tăng áp lực đầu ra hơn 10000 lbf/in² (69 MPa). Nhiều hệ thống làm tuyết nhân tạo sử dụng loại máy nén này. Chúng có thể sử dụng động cơ đốt trong, bộ nạp hoặc động cơ tua-bin. Máy nén khí ly tâm được sử dụng trong một động cơ tua-bin bằng gas nhỏ hoặc giống như là tầng nén khí cuối cùng của động cơ tua-bin gas cỡ trung bình. b) Nguyên lý làm việc Trong máy nén khí ly tâm, mỗi cấp gồm một ngăn, một cánh quạt, một bộ khuêch tán và một ống khuêch tán. Khi cánh quạt quay có nhiều cánh với tốc độ cao, không khí được hút vào giữa cánh quạt với vận tốc lớn và áp suất cao sau đó không khí đi vào vòng khuếch tán tĩnh. Ở đó không khí giãn nở vì vậy vận tốc của nó sẽ giảm xuống nhưng áp suất tăng một cách đáng kể.Từ bộ khuếch tán tổ hợp, ở đó không khí giãn nở và áp suất tăng rồi đi đến cấp kế tiếp hoặc trực tiếp đến ngõ ra Hình 2.11: Cấu tạo máy nén khí kiểu ly tâm 19 19 2.2. Thiết bị xử lý khí nén 2.2.1. Yêu cầu về khí nén Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng nhiều chất bẩn, độ bẩn có thể ở những mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi, độ ẩm của không khí được hút vào, những phần tử nhỏ chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Hơn nữa, trong quá trình nén, nhiệt độ của khí tăng lên, có thể gây nên quá trình ôxi hóa một số phần tử trên. Như vậy, khí nén bao gồm những chất bẩn đó được tải đi trong những ống dẫn khí, sẽ gây nên sự ăn mòn, gỉ trong ống dẫn và các phần tử của hệ thống điều khiển. Vì vậy, khí nén được sử dụng trong hệ thống điều khiển phải được xử lý. Tùy thuộc vào phạm vi sử dụng mà xác định yêu cầu chất lượng của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể. Khí nén được tải từ từ máy nén khí gồm những chất bẩn thô: những hạt bụi, chất cặn bã trong dầu bôi trơn và truyền động cơ khí, phần lớn những chất bẩn này được xử lý trong thiết bị gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời. Sau đó khí nén được dẫn vào bình nhưng tụ hơi nước, ở đó độ ẩm của khí nén (lượng hơi nước) phần lớn sẽ được ngưng tụ tại đây – giai đoạn này gọi là giai đoạn xử lý thô. Nếu thiết bị xử lý ở giai đoạn này tốt thì khí nén có thể được sử dụng cho những dụng cụ dùng khí nén bằng tay, những thiết bị đồ gá chi tiết đơn giản Tuy nhiên có những yêu cầu trong hệ Hình 2.12: Hệ thống khí nén 20 20 thống điều khiển và một số thiết bị đặc biệt thì chất lượng của khí nén phải cao hơn. Để đánh giá chất lượng của khí nén Hội đồng các xí nghiệp châu Âu phân ra làm 5 loại, trong đó tiêu chuẩn về độ lớn của chất bẩn, áp suất hóa sương, lượng dầu trong khí nén. Cách phân loại này nhằm định hướng cho các nhà máy, xí nghiệp chọn đúng chất lượng khí nén tương ứng với thiết bị sử dụng. Hệ thống xử lý khí nén được phân thành 3 giai đoạn: - Lọc thô: Làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí ra, để tách chất bẩn bụi. Sau đó được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi nước. Giai đoạn lọc thô là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén. - Phương pháp sấy khô: Giai đoạn này xử lý tùy theo chất lượng của khí nén. - Lọc tinh: Xứ lý khí nén trong giai đoạn này, trước khi đưa vào sử dụng. Giai đoạn này rất cần thiết cho hệ thống điều khiển. 2.2.2. Các phương pháp xử lý khí nén a) Bình ngưng tụ- làm lạnh bằng không khí (bằng nước) Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại đây áp suất khí nén sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong không khó sẽ được ngưng tụ và tách ra Làm lạnh bằng không khí, nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được trong khoảng từ 300C đến 350C. Làm lạnh bằng nước (nước làm lạnh có nhiệt độ 100C) thì nhiệt độ trong bình ngưng tụ sẽ đạt được là 200C Giai đoạn xử lý khí nén Lọc thô Sấy khô Lọc tinh Làm lạnh Tách nước Lọc chất bẩn Lọc bụi Ngưng tụ Hấp thụ Sấy khô bằng chất làm lạnh Hấp thụ bằng chất làm lạnh Bộ lọc Cụm bảo dưỡng Bộ lọc Điều chỉnh áp suất Bộ tra dầu Hình 2.16: Các phương ph p xử lý khí nén 21 21 b) Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh Nguyên lý của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh là: khí nén đi qua bộ phận trao đổi nhiệt khí- khí. Tại đây, dòng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dòng khí nén đã được sấy khô và xử lý từ bộ ngưng tụ đi lên Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí- chất làm lạnh. Quá trình làm lạnh sẽ được thực hiện bằng cách cho dòng khí nén chuyển động đảo chiều trong những ống dẫn. Nhiệt độ hóa sương ở đây là 2 oC. Như vậy lượng hơi nước trong dòng khí nén vào sẽ được ngưng tụ. Dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dòng khí nén sẽ được đưa ra ngoài qua van thoát nước ngưng tụ tự động (4). Dòng khí nén được làm sạch và còn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt (1) để nâng nhiệt độ lên khoảng từ 6 oC đến 80C trước khi đưa vào sử dụng. Chu kỳ hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng máy nén để phát chất làm lạnh (5). Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén, nhiệt độ sẽ tăng lên, bình ngưng tụ (6) sẽ có tác dụng làm nguội chất làm lạnh đó bằng quạt gió. Van điều chỉnh lưu lượng (8) và rơle nhiệt độ (7) có nhiệm vụ điều chỉnh dòng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động trong khi có tải, không tải và hơi quá nhiệt. Hình 2.13: Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ bằng nước 22 22 c) Thiết bị sấy khô bằng chất hấp thụ Sấy khô bằng chất hấp thụ có thể là quá trình vật lý hay quá trình hóa học - Quá trình vật lý: Chất sấy khô hay gọi là chất háo nước sẽ hấp thụ lượng hơi nước ở trong không khí ẩm. Thiết bị gồm 2 bình. Bình thứ nhất chứa chất sấy khô và thực hiện quá trình hút ẩm. Bình thứ hai tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khô. Chất sấy khô thường được sử dụng: silicagen SiO2, nhiệt độ điểm sương -50 oC, tái tạo từ 120 oC đến 180 oC Quá trình hóa học: Thiết bị gồm 1 bình chứa chất hấp thụ (thường dùng là NaCl). Không khí ẩm được đưa vào cửa (1) đi qua chất hấp thụ (2). Lượng hơi nước trong không khí kết hợp với chất hấp thụ tạo thành giọt nước lắng xuống đáy bình. Phần nước ngưng tụ được dẫn ra ngoài bằng van (5). Phần không khí khô sẽ theo cửa (4) vào hệ thống. Hình 2.13: Sấy khô bằng chất làm lạnh Hình 2.14: Nguyên lý hấp thụ bằng quá trình vật lý 23 23 2.2.3. Bộ lọc Trong một số lĩnh vực, ví dụ như: những dụng cụ cầm tay sử dụng truyền động khí nén, những thiết bị, đồ gá đơn giản hoặc hệ thống điều khiển đơn giản dùng khí nén thì chỉ cần sử dụng một bộ lọc không khí. Bộ lọc không khí là một tổ hợp gồm 3 phần tử: van lọc, van điều chỉnh áp suất, van tra dầu. a) Van lọc: Van lọc có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nước 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 như: vải dây kim loại, giấy thấm ướt, 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 phần tử lọc, tùy theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn loại phần tử lọc có những loại từ 5m đến 7m. trong trường hợp yêu cầu chất lượng của khí nén rất cao, vật liệu phần tử lọc được chọn là sợi thủy tinh có khả năng tách nước đến 99%. Những phần tử lọc như vậy thì dòng khí nén sẽ chuyển động từ trong ra ngoài Hình 2.16: Nguyên lý làm việc của van lọc và ký hiệu Hình 2.15: Nguyên lý hấp thụ bằng phản ứng hóa học 24 24 b) Van điều chỉnh áp suất Van điều chỉnh áp suất có công dụng giữ cho áp suất không đổi ngay cả khi có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc phía đầu ra hoặc sự dao động của áp suất đường vào. Nguyên tắc hoạt động của van điều chỉnh áp suất: khi điều chỉnh trục vít, tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van, trong trường hợp áp suất của đường ra tăng lên so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác dụng lên màng, vị trí của kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ra ngoài. Đến khi áp suất ở đường ra giảm xuống bằng với áp suất được điều chỉnh, kim van trở về vị trí ban đầu c) Van tra dầu Hình 2.17: Phần tử lọc Hình 2.18: Van điều chỉnh áp suất và ký hiệu 25 25 Để giảm lực ma sát, sự ăn mòn và rỉ sét của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén, trong thiết bị van lọc có thêm van tra dầu. Nguyên tắc tra dầu được thục hiện theo nguyên lý Ventury. Điều kiện để dầu có thể qua ống Ventury là độ sụt áp p phải lớn hơn áp suất cột dầu H 2.3. Thực hành khảo sát, lắp đặt, vận hành máy nén khí 2.3.1. Yêu cầu Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển không khí từ máy nén khí đến khâu cuối cùng để sử dụng, ví dụ như động cơ khí nén, máy ép dùng khí nén, máy nâng hạ dùng khí nén, dụng cụ cầm tay dùng khí né và hệ thống điều khiển bằng khí nén (cơ cấu chấp hành, phần tử điều khiển) Truyền tải không khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, cần phân biệt mạng đường ống được lắp ráp cố định (như trong các nhà máy) và mạng đường ống lắp ráp trong từng thiết bị, trong từng máy (như hình vẽ) Hình 2.19 Nguyên lý Ventury Máy nén khí Bình trích chứa chính Bình trích chứa trung gian Bình ngưng tụ hơi nước Van xả nước Thiết bị lọc Bình chứa cho thiết bị, máy móc Độ nghiêng đường ống 1%- 2% Hình 2.20: Hệ thống phân phối khí nén 26 26 Yêu cầu đối với hệ thống thiết bị phân phối khí nén là đảm bảo cho áp suất p, lưu lượng Q và chất lượng của khí nén cho nơi tiêu thụ, cụ thể là các thiết bị, máy móc. Ngoài tiêu chuẩn chọn hợp lý máy nén khí, tiêu chuẩn chọn đúng thông số của hệ thống ống dẫn (ví dụ: đường kính ống dẫn, vật liệu ống dẫn), cách lắp đặt hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống thiết bị phân phối khí nén cũng đóng vai trò quan trọng về phương diện kinh tế cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển bằng khí nén. Yêu cầu về tổn thất áp suất đối với hệ thống thiết bị phân phối khí nén (từ bình trích chứa cho đến nơi tiêu thụ, cụ thể là thiết bị máy móc) không vượt qua 1.0 bar cụ thể như sau: - Tổn thất áp suất trong ống dẫn chính 0.1bar - Tổn thất áp suất trong ống nối 0.1bar - Tổn thất áp suất trong thiết bị xử lý, bình ngưng tụ 0.2bar - Tổn thất áp suất trong thiết bị lọc tinh 0.6bar 2.1.2. Bình trích chứa khí nén Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ là cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến, trích chứa và ngưng tụ, tách nước. Kích thước bình chứa phụ thuộc vào công suất tiêu thụ của máy nén khí và công suất tiêu thụ của thiết bị máy móc sử dụng, ngoài ra còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng khí nén: ví dụ như sử dụng liên tục hay gián đoạn Bình trích chứa khí nén nên lắp ráp trong không gian thoáng để thực hiện được nhiệm vụ như ngưng tụ và tách nước trong khí nén. a. Loại bình trích chứa thẳng đứng b. Loại bình trích chứa nằm ngang c. Loại bình trích chứa nhỏ gắn trực tiếp vào ống dẫn khí. 2.3.3. Mạng đường ống dẫn khí nén Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân chia làm 2 loại: + Mạng đường ống được lắp ráp cố định (trong nhà máy, xí nghiệp) a b c Hình 2.1: Các loại bình trích chứa khí nén 27 27 + Mạng đường ống được lắp ráp di động (ví dụ như đường ống trong dây chuyền hoặc trong máy móc thiết bị) a) Mạng đường ống lắp cố định Thông số cơ bản cho mạng đường ống lắp ráp cố định là ngoài lưu lượng khí nén còn có vận tốc dòng chảy, tổn thất áp suất trong đường ống dẫn khí, áp suất yêu cầu, chiều dài ống dẫn và các phụ tùng nối ống - Lưu lượng: phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy. Vận tốc dòng chảy càng lớn, tổn thất áp suất trong ống dẫn càng lớn - Vận tốc dòng chảy: được chọn trong khoảng từ 6m/s đến 10m/s. vận tốc dòng chảy khi qua các phụ tùng nối ống sẽ tăng lên hay vận tốc dòng chảy sẽ tăng lên nhất thời khi dây chuyền, máy móc đang vận hành - Tổn thất áp suất: trong các đường ống dẫn chính là 0.1bar. Tuy nhiên trong thực tế sai số cho phép tính đến bằng 5% áp suất yêu cầu. Nếu trong ống dẫn chính có lắp thêm các phụ tùng ống nối, các van thì tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn tăng lên Khi lắp ráp hệ thống ống dẫn khí nén thường nghiêng góc từ 1% - 2% so với mặt phẳng nằm ngang (hình 2.1). Vị trí thấp nhất của hệ thống ống dẫn so với mặt phẳng nằm ngang, lắp ráp bình ngưng tụ nước, để nước trong ống chứa đụng ở đó. b) Mạng đường ống lắp ráp di động: Mạng đường ống lắp ráp di động đa dạng hơn mạng đường ống lắp ráp cố định. Ngoài những đường ống bằng kim loại có thành ống mỏng như ống dẫn bằng đồng, người ta còn sử dụng thêm các loại ống dẫn bằng nhựa, vật liệu tổng hợp, các đường ống dẫn bằng cao su. Đường kính ống dẫn được lựa chọn phải tương ứng với đường kính mối nối của phần tử điều khiển. Ngoài những mối lắp ghép bằng ren, mạng đường ống di động còn sử dụng các mối nối cắm với các đầu kẹp Tùy theo áp suất của khí nén cho từng loại máy mà chọn những loại ống dẫn có nhứng tiêu chuẩn khác nhau. * Hệ thống đường ống: Có tác dụng truyên dẫn khí, tạo ra sự liên kết giữa các bộ phận trong hệ thống khí nén 28 28 * Hệ thống đường ống dẫn khí trong một số nhà máy 29 29 BÀI 3: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 3.1.Các loại van sử dụng trong điều khiển khí nén Một hệ thống điều khiển bao gồm ít nhất là một mạch điều khiển. mạch điều khiển theo tiêu chuẩn DIN 19266 (tiêu chuẩn của Cộng hòa Liên Bang Đức) được mô tả như hình vẽ - Phần tử đưa tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lý như đại lượng vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, van áp suất - Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái các phần tử điều khiển. Ví dụ như: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic AND, van OR. - Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành, ví dụ: van đảo chiều - Cơ cấu chấp hành: thay đổi trang thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển, ví dụ: xylanh, động cơ Hình 3.1: Cấu trúc của mạch điều khiển và các phần tử 30 30 3.1.1 Van đảo chiều Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng . Nguyên lí hoạt động Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều (hình 3.2): khi chưa 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 dòng khí nén, nòng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn. Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, dưới tác động của lực lò xo, nòng van sẽ trở về vị trí ban đầu. Ký hiệu van đảo chiều Chuyển đổi vị trí của nòng van được biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái o,a,b,c hay các chữ số 0, 1, 2, 3. Vị trí “không” được ký hiệu là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu ngoài vào. Đối với van có 3 vị trí, vị trí ở giữa là vị trí “không”. Đối với van có 2 vị trí thì vị trí “ không” có thể là “a” hoặc là “b”, thông thường vị trí “b” là vị trí “không”. Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễn hướng chuyển động của dòng qua van. Trường hợp dòng van bị chặn được biểu diễn bằn dấu gạch ngang. a o b b a Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều 12 1 3 2 31 31 - Ký hiệu và tên gọi van đảo chiều (như hình vẽ) Một số van đảo chiều thường gặp a o b b a Van đảo chiều 4/3 Van đảo chiều 3/2 Số vị trí Số cửa Hình 4.4: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều Hình 3.3: Các loại van đảo chiều 32 32 Tín hiệu tác động Nếu ký hiệu lò xo nằm ngay bên phải của ký hiệu van đảo chiều, thì van đảo chiều đó có vị trí “không”, vị trí đó là ô vuông phía bên phải của ký hiệu van đảo chiều và được ký hiệu “0”. Điều đó có nghĩa là khí chưa có tín hiệu tác động vào nòng van thì lò xo tác động giữ vị trí đó. a) Tín hiệu tác động bằng tay b) Tác động bằng cơ c) Tác động bằng khí nén d) Tác động bằng nam châm điện 33 33 Van đảo chiều có vị trí “không” Van đảo chiều có vị trí “không” là van có tác động bằng cơ – lò xo nên nòng van và ký hiệu lò xo nằm ngay vị trí bên cạnh ô vuông phía bên phải của ký hiệu van. a. Van đảo chiều 2/2: tác động cơ học – đầu dò - Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí 0 và 1. Ở vị trí 0: cửa P và R bị chặn. Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí 0 van sẽ được chuyển sang vị trí 1, khi đó cửa P và R sẽ nối với nhau. Khi đầu dò không còn tác động thì van sẽ trở lại vị trí ban đầu do lực nén của lò xo. Một số hình ảnh của van 2/2 Hình 3.6: Van đảo chiều 2/2 (hãng festo) 34 34 b. Van đảo chiều 3/2: tác động cơ học – đầu dò. Van có 2 cửa P, A và R. Có 2 vị trí 0, 1. Ớ 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 chuyển sang vị trí 1, khi đó cửa P nối với cửa A, cửa R sẽ bị chặn. Khi đầu dò không còn tác động nữa thì van sẽ trở về vị trí ban đầu bằng lực nén của lò xo - Van đảo chiều 3/2 tác động bằng tay – nút ấn - Van đảo chiều 3/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ Hình 3.7: Van đảo chiều 3/2 ký hiệu ký hiệu van 3/2 35 35 Tại vị trí “ không” cửa P bị chặn, cửa A nối với cửa R. Khi dòng điện vào cuộn dây, pittong trụ bị kéo lên, khí nén sẽ theo hướng P1, 12 tác động lên pittong phụ, pittong phụ bị đẩy xuống, van sẽ chuyển xang vị trí “1” cửa A nối với cửa P cửa R bị chặn. Khi dòng điện mất đi, pittong trụ bị lò xo kéo xuống, và khí nén ở phần trên pittong phụ sẽ theo cửa R thoát ra ngoài. - Van đảo chiều 3/2 tác động bằng tay- công tắc. - Van đảo chiều 3/2 tác động bằng dòng khí nén trực tiếp từ 1 phía R A P R A P 36 36 Một số hình ảnh của van đảo chiều 3/2 c. Van đảo chiều 4/2: - Van đảo chiều 4/2 tác động bằng tay – bàn đạp - Van đảo chiều 4/2 tác động trực tiếp bằng nam châm điện Tại vị trí 0: cửa P nối với cửa B, cửa A nối với cửa R. Khi có dòng điện vào cuộn dây van sẽ chuyển sang vị trí 1. Khi đó cửa A nối với P, cửa B nối với R. d. Van đảo chiều 5/2 - Tác động bằng cơ – đầu dò Ký hiệu van 4/2 Ký hiệu van 4/2 Hình 3.9: Ký hiệu van 5/2 tác động bằng cơ- đầu dò 37 37 - Tác động bằng khí nén: Một số hình ảnh của van đảo chiều 5/2 Hình 3.10: Ký hiệu van 5/2 tác động bằng khí nén 38 38 . Van đảo chiều không có vị trí “không” Van đảo chiều không có vị trí “không” là loại van sau khi tác động lần cuối lên nòng van không còn nữa thì van sẽ giữ nguyên vị trí tác động cuối cùng, chừng nào chưa có tín hiệu tác động lên phía đối diện của nòng van. Tác động lên nòng van có thể là: - Tác động bằng tay, bàn đạp. - Tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hoặc đi ra từ hai phía. - Tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén qua van phụ trợ. Loại van đảo chiều chịu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ hai nòng van hay tác động trực tiếp bằng nam châm điện từ hoặc gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua van phụ trợ được gọi là van đảo chiều xung, bởi vì vị trí của van được thay đổi khi có tín hiệu xung tác độn lên nòng van. a. Van trượt đảo chiều 3/2 tác động bằng tay Khi dịch chuyển ống lót sang vị trí a, thì cửa P nối với A và cửa R bị chặn. Khi dịch chuyển ống lót sang vị trí b, thì cửa A sẽ nối với với R và cửa P bị chặn. b. Van xoay đảo chiều 4/3 tác động bằng tay A P R a b Hình 3.11: Van trượt đảo chiều tác động bằng tay Van đảo chiều 5/2 dùng tay gạt 39 39 c. Van đảo chiều xung 4/2 tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía của nòng van: hai nòng van được khoan lỗ có đường kính  1mm và thông với cửa P. Khi có áp suất ở cửa P, dòng khí nén diều khiển sẽ vào cả 2 phía đối diện của nòng van qua lỗ và nòng van ở vị trí cân bằng. Khi cửa X là cửa xả khí, nòng van sẽ được chuyển sang vị trí b, cửa P nối với của 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 chưa có tín hiệu xả khí ở cửa Y d. Van đảo chiều xung 5/2 tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía nòng van: Nguyên tắc hoạt động tương tự van đảo chiều 4/2 tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía của nòng van e. Van đảo chiều xung 3/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ X Y A B P R Ký hiệu van 4/2 A P R X Y A B R P S X Y Ký hiệu van Hình 3.13: Van xoay đảo chiều xung 5/2 tác động bằng dòng khí nén đi ra A B P R Ký hiệu van Hình 3.12: Van xoay đảo chiều tác động bằng tay gạt 40 40 f. Van đảo chiều xung 4/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ g. Van đảo chiều xung 5/2 tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ A P P R X Y Ký hiệu van 4/2 A B S P R Y X Van đảo chiều 5/2 41 41 3.1.2 Van chặn Van chặn là loại van chỉ cho lưu lượng khí đi theo một chiều, chiều ngược lại bị chặn. Áp suất dòng chảy tác động lên bộ phận chặn của van và van được đóng lại. Van chặn gồm các loại sau: - Van một chiều - Van lôgic OR - Van lôgic AND - Van xả khí nhanh . Van một chiều a. Nguyên lý làm việc Van một chiều có tác dụng chỉ cho lưu lượng khí nén đi qua theo một chiều, chiều ngược lại bị chặn. Dòng khí nén đi từ A qua B, chiều từ B qua A dòng khí bị chặn b. Ký hiệu van một chiều Van logic OR a. Nguyên lý làm việc Van lôgic OR có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển. Khi có dòng khí nén qua cửa P1 sẽ đẩy pittong của van sang bên phải chắn cửa P2, khi đó cửa P1 sẽ nối với cửa A. Hoặc khí có dòng khí nén đi cửa P2, sẽ đẩy pittong trụ của van sang vị trí bên trái chắn cửa P1 như vậy cửa P2 sẽ nối với cửa A b. Ký hiệu van OR A B P1 P2 A Hình 3.14: Van một chiều Hình 3.15: Van lôgic OR 42 42 AND Van lôgic AND có chức năng nhận tín hiệu điều khiển cùng một lúc ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển Khi có dòng khí nén qua cửa P1 sẽ đẩy pittong trụ của van sang vị trí bên phải, khi đó cứ P1 sẽ bị chặn, Hoặc khí có dòng khí nén đi cửa P2, sẽ đẩy pittong trụ của van sang vị trí bên trái, cửa P2 sẽ bị chặn. Nếu dòng khí nén đồng thời đi qua cửa P1 và cửa P2 thì cửa A sẽ nhận được tín hiệu. b. Ký hiệu van lôgic AND Van xả khí nhanh a. Nguyên lý hoạt động Khi dòng khí nén đi qua cửa P sẽ đẩy pittong trụ sang bên phải, chặn cửa R khi đó cửa P nối với cửa A. Trường hợp ngược lại, khi dòng khí nén đi từ cửa A, sẽ đẩy pittong trụ sang trái, chắn cửa P và khi đó cửa A nối với cửa R Van xả khí nhanh thường lắp ở vị trí gần cơ cấu chấp hành b. Ký hiệu van xả khí nhanh P1 P2 A P R A Hình 3.17: Van xả khí nhanh Hình 3.16: Van lôgic AND 43 43 3.1.3 Van tiết lưu Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh tốc độ hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành. Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi được Lưu lượng dòng chảy qua khe hở của van có tiết diện không thay đổi được Van tiết lưu có tiết diện điều chỉnh được a. Nguyên lý hoạt động Có thể điều chỉnh được lưu lượng dòng khí nén đi qua van. Dòng khí nén đi từ A qua B và ngược lại. Tiết diện A thay đổi bằng vít điều chỉnh b. Ký hiệu Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay a. Nguyên lý hoạt động Tiết diện chảy A thay đổi bằng cách 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 A. Khi dòng khí nén đi từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lò xo, đẩy màng chắn lên và khi đó dòng khí nén đi qua khoảng hở giữa màng chắn và mặt tựa màng chắn, lưu lượng không điều chỉnh được Ký hiệu Ký hiệu A B Hình 4.19: Van tiết lưu một chiều (hãng Bosch) Hình 3.18: Van tiết lưu có tiết diện thay đổi (hãng Herion) 44 44 b. Ký hiệu van tiết lưu một chiều * Hình ảnh van tiết lưu kèm van một chiều A B 45 45 3.1.4 Van áp suất Van an toàn a. Nguyên lý làm việc Van an toàn có nhiệm vụ giữ cho 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 như vậy khí nén sẽ theo cửa R ra ngoài không khí b. Ký hiệu van an toàn Van tràn a. Nguyên lý làm việc Nguyên tắc hoạt động của van tràn tương tự như van an toàn, nhưng khác ở chỗ là khi áp suất ở cửa P đạt được giá trị xác định thì cửa P nối với cửa A và nối với hệ thống điều khiển. b. Ký hiệu Van điều chỉnh áp suất a. Nguyên lý làm việc Van điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ giữ cho áp suất không đổi cả khi có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đầu ra hoặc sự dao động áp suất ở đầu vào. Nguyên lý làm việc: khi điều chỉnh trục vít, tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van. Trong trường hợp áp suất của đầu ra tăng so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác dụng lên màng, vị trí kim van sẽ thay đổi, khí nén sẽ qua cửa xả khí ra ngoài. Đến khi áp suất ở đầu ra giảm xuống bằng áp suất được điều chỉnh thì kim van sẽ trở về vị trí ban đầu.(hình 4.21) b. Ký hiệu van điều chỉnh áp suất P R P A P A P A R Hình 3.20: Van an toàn 46 46 * Hình ảnh van điều chỉnh áp suất Hình 3.21: Van điều chỉnh áp suất Van điều áp có điều chỉnh áp suất to nhỏ bằng nút vặn to nhỏ có tác dụng tránh xảy ra hiện tượng quá áp trong hệ thống điều khiển 47 47 Rơ le áp suất Rơle áp suất có nhiệm vụ đóng mở công tắc điện, khi áp suất trong hệ thống vượt quá mức yêu cầu. Trong hệ thống điều khiển điện- khí nén, rơ le áp suất có thể coi như phần tử chuyển đổi tín hiệu điện- khí nén. Công tắc điện đóng, mở tương ứng với những áp suất khác nhau có thể điều chỉnh bằng vít điều chỉnh Hình 3.22: Rơle áp suất và ký hiệu 48 48 3.1.5. Van điều chỉnh thời gian Van điều chỉnh thời gian đóng chậm a. Nguyên lý làm việc Rơle thời gian đóng chậm gồm các phần tử: van tiết lưu một chiều điều khiển chỉnh bằng tay, bình trích chứa, van đảo chiều 3/2 ở vị trí “0” cửa P bị chặn. Khí nén qua van tiết lưu 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. b. Ký hiệu và biểu đồ thời gian Rơ le thời gian ngắt chậm a. Nguyên lý làm việc Rơ le thời gian ngắt chậm có cấu tạo và nguyên lý làm việc tương tự như rơ le thời gian đóng chậm, nhưng van tiết lưu một chiều có chiều ngược lại A R P X t1 X A Hình 3.24: Rơ le thời gian ngắt chậm Hình 3.23: Rơ le thời gian đóng chậm 49 49 b. Ký hiệu và giản đồ thời gian 3.1.6 Van chân không Khí đi vào từ cửa A và đi ra từ cửa B, do độ chênh áp giữa dòng khí trong đoạn A-B và đoạn ống C, tạo nên độ chân không như hình 2.34 Hình 3.25. Van chân không 3.2. Các phần tử mạch lôgic 3.2.1. Phần tử NOT (Phủ định) Có 2 phương pháp thiết kế phần tử NOT: - Phần tử NOT là một van đảo chiều 2/2 có vị trí “không”, taïi vò trí "khoâng" coång tín hieäu ra A (L) noái nguoàn P. Khi chöa coù tín hieäu vaøo a=0, cöûa A noái vôùi cöûa P. Khi coù tín hieäu vaøo (aùp suaát) a=L, van ñaûo chieàu ñoåi vò trí, cöûa A=o (bò chaën). - Phaàn töû NOT laø moät van ñaûo chieàu 3/2 coù vò trí "khoâng", taïi vò trí "khoâng" coång tín hieäu ra A (L) noái nguoàn P. Khi chöa coù tín hieäu vaøo a=0, cöûa A noái vôùi cöûa P. Khi coù tín hieäu vaøo (aùp suaát) a=L, van ñaûo chieàu ñoåi vò trí, cöûa A=o (bò chaën). t1 X A A R P X 50 50 Hình 3.26. Phần tử NOT 3.2.2. Phần tử OR Coù hai phöông phaùp thieát keá phaàn töû OR: - Phaàn töû OR laø moät toå hôïp goàm moät van OR vaø moät van ñaûo chieàu 3/2 coù vò trí "khoâng", taïi vò trí "khoâng" coång tín hieäu ra A bò chaën. Khi chöa coù tín hieäu vaøo a1=0, a2=0, cöûa A bò chaën (A=0). Khi coù tín hieäu vaøo (aùp suaát) a1=L, a2=L, van ñaûo chieàu ñoåi vò trí, cöûa A=L (noái vôùi nguoàn P). - Phaàn töû OR laø moät toå hôïp goàm hai van 2/2 coù vò trí "khoâng" ñöôïc noái song song vôùi nhau, taïi vò trí "khoâng" coång tín hieäu ra A bò chaën. Khi chöa coù tín hieäu vaøo a1=0, a2=0, cöûa A bò chaën (A=0). Khi coù tín hieäu vaøo (aùp suaát) a1=L, a2=L, cöûa A=L (noái vôùi nguoàn P). Hình 3.27. Phần tử OR 3.2.3. Phần tử NOR Coù hai phöông phaùp thieát keá phaàn töû NOR: - Phaàn töû NOR laø moät toå hôïp goàm moät van OR vaø moät van ñaûo chieàu 3/2 coù vò trí "khoâng", taïi vò trí "khoâng" coång tín hieäu ra A noái vôùi 51 51 nguoàn P. Khi chöa coù tín hieäu vaøo a1=0, a2=0, cöûa A noái vôùi nguoàn P. Khi coù tín hieäu vaøo (aùp suaát) a1=L, a2=L, van ñaûo chieàu ñoåi vò trí, cöûa A bò chaën A=0. - Phaàn töû NOR laø moät toå hôïp goàm hai van 2/2 coù vò trí "khoâng" ñöôïc noái noái tieáp vôùi nhau. Taïi vò trí "khoâng" coång tín hieäu ra A noái vôùi nguoàn P. Khi chöa coù tín hieäu vaøo a1=0, a2=0, cöûa A noái vôùi nguoàn P. Khi coù tín hieäu vaøo (aùp suaát) a1=L, a2=L, cöûa A bò chaën, A =0. Hình 3.28. Phần tử NOR 3.2.4. Phần tử AND Coù hai phöông phaùp thieát keá phaàn töû AND: - Phaàn töû AND ñôn giaûn laø moät van logic AND. Khi chöa coù tín hieäu vaøo a1=0, a2=0, cöûa A bò chaën (A=0). Khi coù hai tín hieäu (aùp suaát) vaøo ñoàng thôøi a1=L, a2=L, cöûa A=L (noái vôùi nguoàn P). - Phaàn töû AND laø moät toå hôïp goàm hai van ñaûo chieàu 3/2 coù vò trí "khoâng" ñaáu noái tieáp vôùi nhau, taïi vò trí "khoâng" coång tín hieäu ra A bò chaën. Khi chöa coù tín hieäu vaøo a1=0, a2=0, cöûa A bò chaën (A=0). Khi coù hai tín hieäu (aùp suaát) vaøo ñoàng thôøi a1=L, a2=L, cöûa A=L (noái vôùi nguoàn P). - Phaàn töû AND laø moät toå hôïp goàm hai van 2/2 coù vò trí "khoâng"ñöôïc noái noái tieáp vôùi nhau, taïi vò trí "khoâng" coång tín hieäu ra A bò chaën. Khi chöa coù tín hieäu vaøo a1=0, a2=0, cöûa A bò chaën (A=0). Khi coù hai tín hieäu (aùp suaát) vaøo ñoàng thôøi a1=L, a2=L, cöûa A=L (noái vôùi nguoàn P). 52 52 Hình 3.29. Phần tử AND 3.2.5. Phần tử NAND Coù hai phöông phaùp thieát keá phaàn töû NAND: - Phaàn töû NAND laø moät toå hôïp goàm moät van AND vaø moät van ñaûo chieàu 3/2 coù vò trí "khoâng", taïi vò trí "khoâng" coång tín hieäu ra A noái vôùi nguoàn P. Khi chöa coù tín hieäu vaøo a1=0, a2=0, cöûa A noái vôùi nguoàn P. Khi coù moät trong hai tín hieäu vaøo (aùp suaát) a1=L, a2=L, van ñaûo chieàu vaãn ôû vò trí cuõ, cöûa A noái vôùi nguoàn P. Khi coù hai tín hieäu (aùp suaát) vaøo ñoàng thôøi a1=L, a2=L, cöûa A bò chaën A=0. - Phaàn töû NAND laø moät toå hôïp goàm hai van 3/2 coù vò trí "khoâng" ñöôïc noái vôùi nhau nhö hình veõ. Taïi vò trí "khoâng" coång tín hieäu ra A noái vôùi nguoàn P. Khi coù moät trong hai tín hieäu vaøo (aùp suaát) a1=L, a2=L, van ñaûo chieàu ñoåi vò trí, cöûa A noái vôùi nguoàn P. Khi coù hai tín hieäu (aùp suaát) vaøo ñoàng thôøi a1=L, a2=L, cöûa A bò chaën A=0. Hình 3.30. Phần tử NAND 3.2.6. Phần tử EXC - OR Coù hai phöông phaùp thieát keá phaàn töû EXC - OR: - Phaàn töû EXC - OR ñöôïc caáu taïo goàm moät van OR, moät van AND vaø moät van ñaûo chieàu 3/2 coù vò trí "khoâng" vaø ôû vò trí "khoâng" cöûa A noái vôùi nguoàn P. 53 53 - Phaàn töû EXC - OR ñöôïc caáu taïo goàm moät van OR vaø hai van ñaûo chieàu 3/2 coù vò trí "khoâng" cöûa A noái vôùi nguoàn P. Hình 3.31. Phần tử EXC - OR 3.3. Cơ cấu chấp hành 3.3.1. Khái niệm Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xylanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén). 3.3.2. Xy lanh 3.3.2.1 Xy lanh tác động đơn (xylanh tác động môt chiều) a) Khái niệm Xy lanh tác động một chiều là xy lanh mà áp lực tác động vào xylanh chỉ một phía, phía ngược lại do lực của lò xo tác động hay do ngoại lực tác động b) Ký hiệu Hình 3.33: Ký hiệu xy lanh tác động một chiều Chiều tác động ngược lại do ngoại Chiều tác động ngược lại do lực lò xo Hình 3.32: Xy lanh tác động 1 chiều 54 54 3.3.2.2. Xy lanh tác động 2 chiều (xy lanh tác động kép) a) Nguyên lý làm việc Nguyên tắc hoạt động của xylanh tác động kép là áp suất khí nén được dẫn vào cả 2 phía của xylanh. b) Ký hiệu - Xylanh tác động 2 chiều không có giảm chấn - Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn: Nhiệm vụ của cơ cấu giảm chấn là ngăn chặn sự va đập của pittong vào thành của xylanh ở vị trí cuối hành trình. Người ta dùng van tiết lưu một chiều để thực hiện giảm chấn. Hình 3.34: Xylanh tác động 2 chiều không có giảm Hình 3.35: Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn điều Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn không điều chỉnh được 55 55 3.3.3. Động cơ khí nén 3.3.3.1. Khái niệm chung Động cơ khí nén là cơ cấu chấp hành, có nhiệm vụ biến đổi năng lượng thế năng, động năng của khí nén thành năng lượng cơ học- chuyển động quay Động cơ khí nén có những ưu điểm: - Điều chỉnh đơn giản mômen quay và số vòng quay - Đạt được số vòng quay cao và điều chỉnh vô cấp - Không xảy ra hư hỏng, khi có tải trọng quá tải - Giá thành bảo dưỡng thấp Tuy nhiên, động cơ khí nén cũng có nhược 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 3.3.3.2. Động cơ bánh răng Động cơ bánh răng được chia làm 3 loại: Động cơ bánh răng thẳng, động cơ bánh răng nghiêng, và động cơ bánh răng chữ V. Động cơ bánh răng thường có công suất đến 59KW với áp duất làm việc 6bar và mô men quay đạt đến 540Nm. - Động cơ bánh răng thẳng: Mômen quay được tạo ra bởi áp suất khí nén lên mặt bên răng. Ống thải khí được thiết kế dài có nhiệm vụ giảm tiếng ồn. - Động cơ bánh răng nghiêng: nguyên lý hoạt động như bánh răng thẳng, điểm chú ý là ổ lăn phải chọn để khử được lực hướng trục và lực dọc trục - Động cơ bánh răng chữ V: có ưu điểm là giảm được tiêng ồn Hình 3.36: Ký hiệu động cơ khí nén Động cơ quay một chiều Động cơ quay hai chiều 56 56 3.3.3.3. Động cơ trục vít 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 3.3.3.4. Động cơ cánh gạt Nguyên lý hoạt động của động cơ cánh gạt: Khí nén sẽ được dẫn vào cửa 1, qua rãnh 2 vào lỗ dẫn khí nén 3. Dưới tác dụng của cánh gạt, rô to quay. Khí nén được thải ra bằng cửa 8 Hình 3.37: Động cơ bánh răng và ký hiệu Động cơ bánh răng thẳng Động cơ bánh răng nghiêng Động cơ bánh răng nghiêng Hình 3.38: Động cơ trục vít 57 57 3.3.3.5. Động cơ Tuốcbin Nguyên lý hoạt động của động cơ tuốcbin là biến đổi động năng của dòng khí nén đi qua vòi phun thành cơ năng. Vì vậy số vòng của động cơ đạt rất cao (10.000 vòng/ phút). Động cơ tuốc bin được phân chia theo hướng của dòng khí nén vào tuốc bin thành các loại: dọc trục, hướng trục,.. Hình 3.39: Động cơ cánh gạt Hình 3.40: Động cơ tuốc bin 58 58 BÀI 4: ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN -KHÍ NÉN 4.1. Các phần tử điện –khí nén 1. Khái niệm cơ bản Điều khiển là quá trình của một hệ thống, trong đó dưới tác động của một hay nhiều đại lượng vào, những đại lượng ra được thay đổi theo một quy luật nhất định của hệ thống đó. (Theo tiêu chuẩn DIN 19266- Cộng hòa Liên Bang Đức). Một hệ thống điều khiển bao gồm: thiết bị điều khiển và đối tượng điều khiển - Đối tượng điều khiển là các thiết bị máy móc trong kỹ thuật - Thiết bị điều khiển (mạch điều khiển) bao gồm: phần tử đưa tín hiệu vào, phần tử xử lý và điều khiển, cơ cấu chấp hành - Tín hiệu điều khiển: là đại lượng ra của thiết bị điều khiển và đai lượng vào của đối tượng điều khiển - Tín hiệu nhiễu: là đại lượng được tác động từ ngoài vào hệ thống và gây ảnh hưởng xấu đến hệ thống. 2. Nguyên tắc thiết kế: Sơ đồ mạch điện – khí nén gồm hai phần: + Sơ đồ mạch điện điều khiển + Sơ đồ mạch khí nén Ký hiệu các phần tử điện Thiết bị điều khiển Đối tượng điều khiển Dây chuyền sản xuất Tín hiệu nhiễu Tín hiệu điều khiển X1 X2 Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển Phần tử đưa tín hiệu Phần tử xử lý và điều khiển Cơ cấu chấp hành Ví dụ:- Công tắc, nút ấn - Công tác hành trình - Cảm biến bằng tia Ví dụ: - Van đảo chiều - Van chặn - Van tiết lưu - Van áp suất - Phần tử khuêch đại Ví dụ: - Xy lanh - Động cơ khí nén Hình 4.2: Các phần tử của mạch điều khiển 59 59 - Tiếp điểm: - Nút ấn: - Rơ le: - Công tắc hành trình: 4.2. Mạch điều khiển điện – khí nén với một xilanh, kiểu điều khiển trực tiếp Đây cũng là một dạng điều khiển tương đối thường gặp trong điều khiển 1 xy lanh. Hành trình của xy lanh được khống chế bởi một công tắc hành trình. Chỉ cần tác động vào nút mở, xy lanh đi ra và đi hết hành trình xy lanh sẽ tự động đi về. Đây là loại điều khiển máy khoan, dập chi tiết bán tự động. Công nhân đưa chi tiết vào bộ gá A1 A2 K A1 A2 K A1 A2 K A2 A1 K A1 A2 K 60 60 và bấm nút xy lanh đi ra dập chi tiết rồi tự về, sau đó công nhân đưa chi tiết tiếp theo và thực hiện lại công đoạn đó. Sơ đồ nguyên lý Hình 4.2. Sơ đồ khí nén và sơ đồ điện Trang bị Các trang thiết bị sử dụng: + 1 Xy lanh khí nén + 1 Van điện từ 5/2 tác dụng bằng nam châm điện + 1 Rơ le trung gian + 1 Bộ nút ấn mở + 1 Công tắc hành trình s2 lắp cuối hành trình xy lanh Hoạt động của mạch Tác động vào nút mở, rơ le trung gian K có điện điều khiển đóng các tiếp điểm thường mở, cấp điện cho van điện từ chuyển trạng thái, cấp khí cho xylanh và piston bắt đầu đi ra, đồng thời duy trì dòng điện qua cuộn dây rơ le khi thôi tác động vào nút mở. Khi piston chạy hết hành trình khống chế công tắc hành trình s2 mở ra ngắt điện rơ le trung gian, các tiếp điểm rơ le mở ra ngừng cấp điện cho van điện từ, van điện từ trở lại trạng thái đầu xả khí kéo piston đi về. Hướng dẫn lắp mạch - Lựa chọn 1 trong 3 xy lanh trên mô hình - Xác định van điện từ cấp khí cho xy lanh đã chọn - Xác định công tác hành trình s2 tương ứng với xy lanh đã chọn - Lựa chọn một rơ le trung gian bất kỳ trên mô hình, và xác định các chân rơ le - Lắp mạch theo sơ đồ - Đo kiểm tra vận hành thử 61 61 - Điều chỉnh van tiết lưu thay đổi tốc độ dịch chuyển của van 4.3. Mạch điều khiển điện – khí nén với một xilanh, kiểu điều khiển tùy động theo hành trình Đây là dạng điều khiển khiển với việc xy lanh chuyển động đi ra và đi về lặp lại một cách tuần hoàn. Dạng điều khiển này ta hay gặp trong các dây chuyền sản xuất tự động hóa. Sản phẩm chạy trên các băng chuyền đến vị trí của xy lanh. Xy lanh có nhiệm vụ đi ra để dập chi tiết sau đó tự động đi vê. Về đến cuối hành trình, cũng là lúc sản phẩm tiếp theo đến vị trí xy lanh lại tiếp tục đi ra dập chi tiết mới quá trình lặp đi lặp lại cho đến khi tác động vào nút dừng để dừng hệ thống. Sơ đồ nguyên lý Hình 4.3. Sơ đồ khí nén và sơ đồ điện Trang bị Các trang thiết bị sử dụng: + 1 Xy lanh khí nén + 1 Van điện từ 5/2 tác dụng bằng nam châm điện + 2 Rơ le trung gian + 1 Bộ nút ấn mở, dừng + 2 Công tắc hành trình s1 và s2 lắp đầu và cuối hành trình xy lanh Hoạt động của mạch Tác động vào nút mở, rơ le trung gian K1 có điện, điều khiển đóng các tiếp điểm thường mở nhằm cấp điện cho rơ le trung gian K2 vì ban đầu Piston ở vị trí S1 lên tiếp điểm thường mở S1 ở trạng thái đóng. Rơ le trung gian K2 có điện đóng các 62 62 tiếp điểm thường mở K2 cấp điện cho van Y, và duy trì dòng điện qua cuộn dây K2 khi K1 mất điện, lúc piston dịch chuyển khỏi vị trí s1. Van Y có điện chuyển trạng thái điều khiển piston đi ra, đi hết hành trình, công tắc s2 mở, ngắt điện K2 làm van Y mất điện trở về trạng thái đầu, piston xả khí và đi về. Khi Piston về vị trí đầu, thì công tắc hành trình s1 lại đóng lại cấp điện cho K2, điều khiển đóng các tiếp điểm thường mở nhằm cấp điện cho van Y lặp lại như trên piston lại đi ra tiếp Quá trình trên cứ lặp đi lặp lại một cách tuần hoàn cho đến khi tác động vào nút dừng thì hệ thống sẽ tự động chạy nốt chu kỳ còn lại và dừng hẳn do việc ngắt điện khỏi cuộn dây K1. Hướng dẫn lắp mạch - Lựa chọn 1 trong 3 xy lanh trên mô hình - Xác định van điện từ cấp khí cho xy lanh đã chọn - Xác định công tác hành trình s1 s2 tương ứng với xy lanh đã chọn đo kiểm tra xác định tiếp điểm thường mở s1 và tiếp điểm thường đóng s2 - Lựa chọn 2 rơ le trung gian bất kỳ trên mô hình, đánh dấu K1 và K2 sau đó xác định các chân rơ le - Lắp mạch theo sơ đồ - Đo kiểm tra vận hành thử - Điều chỉnh van tiết lưu thay đổi tốc độ dịch chuyển của van 4.4. Mạch điều khiển điện – khí nén với một xilanh, kiểu điều khiển tùy động theo thời gian Việc đóng mở cửa bằng khí nén tự động được thực hiện bởi 1 xy lanh. Khi piston đẩy ra tương ứng với việc kéo cánh cửa đi ra, và khi piston đi về tương ứng với việc kéo cánh cửa đóng lại. Quá trình đóng và mở phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Bật nút mở cửa tự động mở ra. Khi cửa mở hết cửa sẽ dừng lại ở trạng thái mở một khoảng thời gian nhất định, (có thể điều khiển được) sau đó tự động đóng lại. - Khi cửa đang mở nếu thấy đợi lâu có thể ấn ngay nút đóng để tự động đóng cửa lại luôn không cần đợi. - Khi cửa đang đóng nếu chưa đóng hết muốn mở ra tiếp chỉ cần tác động vào nút mở để cửa lại được mở ra. Sơ đồ nguyên lý 63 63 Hình 4.4. Sơ đồ khí nén và sơ đồ điện điều khiển Trang bị Các trang thiết bị sử dụng - 1 Bộ nút ấn D, M - 1 Rơ le trung gian K1 - 1 Rơ le thời gian TH - 1 Công tắc hành trình s2 - Van điện từ Y1 Hoạt động Tác động nút M điện được cấp cho rơ le K1 đóng tiếp điểm thường mở K1 cấp điện cho van Y1 điều khiển piston đi ra thực hiện mở cửa. Khi cửa mở hết cũng là lúc piston đến vị trí s2 công tắc hành trình s2 tác động đóng tiếp điểm s2 cấp điện cho rơ le thời gian TH - Rơ le thời gian TH có điện bắt đầu đếm thời gian dừng khi mở cửa, sau khi hết thời gian dừng mở cửa, TH mở tiếp điểm thường mở đóng chậm, ngắt điện khỏi quân dây K1 dẫn tới tiếp điểm K1 mở ra ngừng cấp điện cho van Y1 van chở về trạng thái đầu. piston dịch chuyển đi về đóng cửa lại. Hướng dẫn lắp mạch - Lựa chọn 1 trong 3 xy lanh trên mô hình - Xác định van điện từ cấp khí cho xy lanh đã chọn - Xác định công tác hành trình s2 tương ứng với xy lanh đã chọn đo kiểm tra xác định tiếp điểm thường đóng s2 64 64 - Lựa chọn 1 rơ le trung gian bất kỳ trên mô hình, đánh dấu K1 sau đó xác định các chân rơ le - Lựa chọn một Rơ le thời gian có trên mô hình đánh dấu TH sau đó xác định các chân rơ le - Lắp mạch theo sơ đồ - Đo kiểm tra vận hành thử - Điều chỉnh van tiết lưu thay đổi tốc độ dịch chuyển của van 4.5. Mạch điều khiển điện – khí nén với hai xilanh kiểu điều khiển theo trình tự . Đây là dạng điều khiển tương đối phổ biến cho các hệ thống đột dập chi tiết với 1 xy lanh thực hiện gá kẹp chi tiết, một xy lanh thực hiện quy trình đột dập Sơ đồ nguyên lý Hình 4.5. Sơ đồ kết nối khí nén Trang bị Trang thiết bị trên sơ đồ gồm có: - 1 Xy lanh 1.0 dùng để kẹp chặt chi tiết - 1 Xy lanh 2.0 dùng để dập chi tiết - 2 Van điện từ 5/2 điều khiển cấp khí cho 2 xy lanh - Bộ nút bấm mở để khởi động - 4 Rơ le trung gian K1 đến K4 65 65 - 4 Công tắc hành trình s1 đến s4 đặt ở đầu và cuối mỗi hành trình của 2 xy lanh Hoạt động Chi tiết được công nhân vận hành đưa vào vị trí sau đó bấm nút mở máy khi đó: - Rơ le K1 được cấp điện, đóng các tiếp điểm thường mở K1, lúc này van điện từ Y1 có điện điều khiển piston 1.0 đi ra để kẹp chi tiết. - Khi chi tiết được kẹp chặt là lúc piston 1.0 đến vị trí s2, công tắc hành trình s2 đóng cấp điện cho rơ le K2 đóng các tiếp điểm K2 cấp điện cho van Y2 điều khiển piston 2.0 đi ra thực hiện quy trình dập chi tiết. - Khi pistong 2.0 đến cuối quá trình dập, tức là tới vị trí s4 công tắc hành trình s4 đóng lại cấp điện cho rơ le K3 điều khiển mở tiếp điểm thường đóng K3 ngừng cấp điện cho rơ le K2 làm cho tiếp điểm thường mở K2 mở ra ngắt điện van Y2 điều khiển piston 2.0 đi về. - Khi piston 2.0 về vị trí đầu, công tắc hành trình s3 đóng lại, cấp điện cho rơ le K4 điều khiển mở tiếp điểm, ngắt điện khỏi K1 ngừng cấp điện cho van Y1 để piston 1.0 đi về tháo kẹp chi tiết và reset lại các Rơ le về lại trạng thái ban đầu - Lúc này công nhân lấy chi tiết ra và đưa chi tiết mới vào và thực hiện bấm nút để dập chi tiết mới. Hướng dẫn lắp mạch - Lựa chọn 2 trong 3 xy lanh trên mô hình - Xác định van điện từ cấp khí cho xy lanh đã chọn - Xác định công tác hành trình s1, s2, s3, s4 tương ứng với 2xy lanh đã chọn đo kiểm tra xác định tiếp điểm thường đóng và thường mở các công tắc - Lựa chọn 4 rơ le trung gian bất kỳ trên mô hình, đánh dấu K1 đến K4 sau đó xác định các chân rơ le - Lắp mạch theo sơ đồ - Đo kiểm tra vận hành thử - Điều chỉnh van tiết lưu thay đổi tốc độ dịch chuyển của van 4.6.Mạch điều khiển điện – khí nén với hai xilanh kiểu điều khiển theo tầng . Đây là dạng điều khiển cho 2 xy lanh hoạt động theo từng nhịp riêng biệt. Khi xy lanh này làm việc xong đến xy lanh tiếp theo làm việc. tương tự như trong hệ thống đóng lắp và dán nhãn sản phẩm. Sản phẩm theo băng truyền đến vị trí, xy lanh 1.0 đi ra thực hiện đóng lắp sản phẩm rồi đi về, trong quá trình về cơ cấu cam sẽ quay đưa xy lanh 2.0 đến vị trí cũng là lúc 1.0 về vị trí ban đầu, thi xy lanh 2.0 đi ra để dán nhãn sản phẩm sau đó tự động 66 66 đi về. Khi 2.0 đi về, cơ cấu cam lại quay ngược lại đưa 1.0 về vị trí thực hiện đóng lắp sản phẩm tiếp theo. Quá trình lặp đi lặp lại một cách tuần hoàn cho tơi khi tác động cho dừng hệ thống. Sơ đồ nguyên lý Hình 3.10. Sơ đồ kết nối khí nén 67 67 Hình 4.6 Sơ đồ điện điều khiển Trang bị Trang thiết bị trên sơ đồ gồm có: - 1 Xy lanh 1.0 dùng để đóng lắp. - 1 Xy lanh 2.0 dùng để dán nhãn. - 2 Van điện từ 5/2 điều khiển cấp khí cho 2 xy lanh. - Bộ nút bấm mở để khởi động. - 4 Rơ le trung gian K0 đến K3. - 4 Công tắc hành trình s1 đến s4 đặt ở đầu và cuối mỗi hành trình của 2 xy lanh. Hoạt động Tác động vào nút mở, rơ le K0 có điện đóng tiếp điểm K0 cấp điện cho rơ le K1, rơ le K1 đóng tiếp điểm, cấp điện cho van Y1 điều khiển Xy lanh 1.0 đi ra thực hiện quy trình đóng lắp sản phẩm. Xy lanh 1.0 tới vị trí s2 công tắc hành trình s2 đóng cấp điện cho rơ le K2, điều khiển mở tiếp điểm K2, ngắt điện Rơ le K1 làm cho van Y1 mất điện, xy lanh 1.0 tự động đi về. Xy lanh 1.0 về vị trí ban đầu, công tắc hành trình S1 đóng lại, cấp điện cho K3, đóng điện cho van Y2 điều khiển xy lanh 2.0 đi ra thực hiện dán nhãn sản phẩm. Khi dán nhãn xong cũng là lúc xy lanh 2.0 ở vị trí S4, công tắc hành trình s4 mở ngắt điện rơ le K2, K 2 điều khiển ngắt điện K3, K3 điều khiển ngắt điện Y2 xy lanh 2.0 tự động đi về. Khi 2.0 về vị trí đầu, công tắc hành trình s1 đóng, mạch thực hiện chu trình lặp lại như ban đầu. Quá trình lặp chi kết thúc khi tác động vào nút dừng để ngắt điện khỏi K0 khi đó chu trình chạy nốt chu trình dang dở rồi dừng lại. Hướng dẫn lắp mạch - Lựa chọn 2 trong 3 xy lanh trên mô hình. - Xác định van điện từ cấp khí cho xy lanh đã chọn. - Xác định công tác hành trình s1, s2, s3, s4 tương ứng với 2xy lanh đã chọn, đo kiểm tra xác định tiếp điểm thường đóng và thường mở các công tắc. - Lựa chọn 4 rơ le trung gian bất kỳ trên mô hình, đánh dấu K0 đến K3 sau đó xác định các chân rơ le. - Lắp mạch theo sơ đồ. - Đo kiểm tra vận hành thử. - Điều chỉnh van tiết lưu thay đổi tốc độ dịch chuyển của các xy lanh 68 68