Bài giảng Điều khiển khí nén & thủy lực - Th.S Lê Văn Tiến Dũng

Nội dung text: Bài giảng Điều khiển khí nén & thủy lực - Th.S Lê Văn Tiến Dũng

1. BOÄ GIAÙO DUÏC & ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KYÕ THUAÄT COÂNG NGHEÄ TP.HCM [[[[[ \\\\\ ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC TH.S LEÂ VAÊN TIEÁN DUÕNG
2. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Muïc luïc MUÏC LUÏC Lôøi môû ñaàu 1 Muïc luïc 2 PHAÀN I : ÑAÏI CÖÔNG VEÀ ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC CHÖÔNG 1 - CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT 1.1. Sô löôïc veà heä thoáng ñieàu khieån khí neùn vaø thuûy löïc 6 1.2. Öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng ñieàu khieån baèng khí neùn & thuûy löïc 8 1.2.1. Heä thoáng khí neùn 1.2.2. Heä thoáng thuûy löïc 1.3. Phaïm vi öùng duïng cuûa ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc trong coâng nghieäp 9 1.3.1. ÖÙng duïng cuûa heä thoáng khí neùn 1.3.2. ÖÙng duïng cuûa heä thoáng thuûy löïc 1.4. Ñôn vò ño cuûa caùc ñaïi löôïng cô baûn 12 1.4.1. AÙp suaát 1.4.2. Löïc 1.4.3. Coâng 1.4.4. Coâng suaát 1.4.5. Ñoä nhôùt ñoäng CHÖÔNG 2 - CUNG CAÁP VAØ XÖÛ LYÙ NGUOÀN NAÊNG LÖÔÏNG 2.1. Khí neùn 16 2.1.1. Saûn xuaát khí neùn 2.1.2. Phaân phoái khí neùn 2.1.3. Xöû lyù nguoàn khí neùn 2.2. Thuûy löïc (daàu eùp) 23 2.2.1. Cung caáp naêng löôïng daàu 2.2.2. Xöû lyù nguoàn daàu PHAÀN II: CAÙC THAØNH PHAÀN CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC CHÖÔNG 3 - PHAÀN TÖÛ ÑÖA TÍN HIEÄU VAØ XÖÛ LYÙ TÍN HIEÄU ÑIEÀU KHIEÅN 3.1. Caùc phaàn töû ñöa tín hieäu 32 3.1.1. Tín hieäu khoâng ñieän 3.1.2. Tín hieäu ñieän 3.2. Caùc phaàn töû xöû lyù tín hieäu ñieàu khieån 39 3.2.1. Phaàn töû YES 3.2.2. Phaàn töû NOT 3.2.3. Phaàn töû AND 3.2.4. Phaàn töû OR 3.2.5. Phaàn töû NAND 3.2.6. Phaàn töû NOR 3.2.7. Phaàn töû Nhôù Flip-Flop CHÖÔNG 4 - CAÙC PHAÀN TÖÛ CHAÁP HAØNH 4.1. Ñoäng cô (motor) 46 3
3. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Muïc luïc 4.1.1. Ñoäng cô baùnh raêng 4.1.2. Ñoäng cô truïc vít 4.1.3. Ñoäng cô caùnh gaït 4.1.4. Ñoäng cô pít toâng höôùng kính 4.1.5. Ñoäng cô pít toâng höôùng truïc 4.2. Xy lanh (Cylinder) 49 4.2.1. Xy lanh taùc ñoäng ñôn 4.2.2. Xy lanh taùc ñoäng keùp 4.2.3. Xy lanh maøng 4.2.4. Xy lanh quay CHÖÔNG 5 - CAÙC PHAÀN TÖÛ ÑIEÀU CHÆNH VAØ ÑIEÀU KHIEÅN 5.1. Khaùi nieäm 58 5.2. Caùc phaàn töû ñieàu chænh 59 5.2.1. Van an toaøn vaø van traøn 5.2.2. Van caûn 5.2.3. Van giaûm aùp 5.2.4. Van tieát löu 5.2.5. Van chaân khoâng 5.2.6. Van ñieàu chænh thôøi gian 5.3. Caùc phaàn töû ñieàu khieån 62 5.3.1. Van moät chieàu 5.3.2. Van ñaûo chieàu 5.3.3. Caùc van tuyeán tính 69 CHÖÔNG 6 - TÍNH TOAÙN TRUYEÀN ÑOÄNG HEÄ THOÁNG KHÍ NEÙN VAØ THUÛY LÖÏC 6.1. Toån thaát trong heä thoáng ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc 6.1.1. Toån thaát trong heä thoáng khí neùn 78 6.1.2. Toån thaát trong heä thoáng thuûy löïc 82 6.2. Cô sôû tính toaùn truyeàn ñoäng heä thoáng 6.3. Tính toaùn moät soá maïch ñieån hình 90 PHAÀN III: PHAÂN TÍCH VAØ THIEÁT KEÁ CHÖÔNG 7 - PHÖÔNG PHAÙP THIEÁT KEÁ MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN 94 7.1. Lyù thuyeát ñaïi soá boole 96 7.2. Phaân loaïi phöông phaùp ñieàu khieån 100 7.3. Phöông phaùp thieát keá maïch ñieàu khieån 103 7.3.1. Bieåu dieån chöùc naêng cuûa quaù trình ñieàu khieån 103 7.3.1.1. Bieåu ñoà traïng thaùi 7.3.1.2. Sô ñoà chöùc naêng 7.3.1.3. Löu ñoà tieán trình 7.3.2. Vieát phöông trình ñieàu khieån 108 7.3.3. Veõ sô ñoà maïch ñieàu khieån 109 7.4. Ñieàu khieån baènh laäp trình 111 Taøi lieäu tham khaûo 118 4
4. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Lôøi noùi ñaàu LÔØI NOÙI ÑAÀU Cuøng söï phaùt trieån khoâng ngöøng cuûa lónh vöïc töï ñoäng hoùa, ngaøy nay caùc thieát bò truyeàn daãn, ñieàu khieån khí neùn – thuûy löïc söû duïng trong maùy moùc trôû neân roäng raõi ôû haàu heát caùc lónh vöïc coâng nghieäp nhö maùy coâng cuï CNC, phöông tieän vaän chuyeån, maùy daäp, maùy xaây döïng, maùy eùp phun, maùy bay, taøu thuûy, maùy y khoa, daây chuyeàn cheá bieán thöïc phaåm, do nhöõng thieát bò naøy laøm vieäc linh hoaït, ñieàu khieån toái öu, ñaûm baûo chính xaùc , coâng suaát lôùn vôùi kích thöôùc nhoû goïn vaø laép ñaët deã daøng ôû nhöõng khoâng gian chaät heïp so vôùi caùc thieát bò truyeàn ñoäng vaø ñieàu khieån baèng cô khí hay ñieän. Nhaèm trang bò cho baïn ñoïc neàn kieán thöùc toát nhaát ñeå tieáp caän nhanh choùng vôùi caùc thieát bò cuûa heä thoáng ñieàu khieån khí neùn – thuûy löïc trong thöïc teá. Baèng nhöõng kinh nghieäm taùc giaû ñuùc keát ñöôïc cuûa nhieàu naêm laøm vieäc thöïc tieãn treân caùc maùy, coâng ngheä ñieàu khieån soá hieän ñaïi goùp phaàn vaøo ñaøo taïo nguoàn nhaân löïc, taùc giaû ñaõ bieân soaïn ra cuoán saùch naøy. Cuoán saùch “Ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc” ñöôïc taùc giaû toång hôïp töø nhöõng kieán thöùc cô baûn cuûa caùc lónh vöïc lieân quan. Hy voïng qua noäi dung cuûa cuoán saùch naøy baïn ñoïc coù theå tính toaùn, thieát keá, laép ñaët vaø ñieàu khieån ñöôïc moät heä thoáng truyeàn daãn khí neùn & thuûy löïc theo caùc yeâu caàu khaùc nhau. Trong quaù trình bieân soaïn cuoán saùch naøy, khoâng theå traùnh khoûi nhöõng thieáu soùt. Raát mong söï ñoùng goùp cuûa caùc ñoäc giaû gaàn xa. Tp.HCM, ngaøy 17 thaùng 10 naêm 2004 Taùc giaû 1
5. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc PHAÀN I ÑAÏI CÖÔNG VEÀ ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC CHÖÔNG 1 CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT Sô löôïc veà heä thoáng ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc Heä thoáng ñieàu khieån Tín hieäu ñieàu khieån Ñieàu khieån voøng hôû Ñieàu khieån voøng kín Öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng ñieàu khieån thuûy löïc & khí neùn Phaïm vi öùng duïng Coâng thöùc vaø ñôn vò ño cô baûn Baøi taäp 5
6. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc 1.1. SÔ LÖÔÏC VEÀ HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN VAØ THUÛY LÖÏC 1.1.1. Heä thoáng ñieàu khieån Heä thoáng ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc bao goàm caùc phaàn töû ñieàu khieån vaø cô caáu chaáp haønh ñöôïc noái keát vôùi nhau thaønh heä thoáng hoaøn chænh ñeå thöïc hieän nhöõng nhieäm vuï theo yeâu caàu ñaët ra. Heä thoáng ñöôïc moâ taû nhö hình 1-1. Naêng löôïng ñieàu khieån Tín hieäu Xöû lyù thoâng tin, Cô caáu chaáp haønh ( bieán ñaàu vaøo ñieàu khieån naêng löôïng -> cô naêng) Phaûn hoài Hình 1.1 Heä thoáng ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc - Tín hieäu ñaàu vaøo: nuùt nhaán, coâng taéc; coâng taéc haønh trình; caûm bieán. - Phaàn xöû lyù thoâng tin: xöû lyù tín hieäu nhaän vaøo theo moät quy taéc logic xaùc ñònh, laøm thay ñoåi traïng thaùi cuûa phaàn töû ñieàu khieån: van logic And, Or, Not, Yes, Flip-Flop, rôle - Phaàn töû ñieàu khieån: ñieàu khieån doøng naêng löôïng ( löu löôïng, aùp suaát) theo yeâu caàu, thay ñoåi traïng thaùi cuûa cô caáu chaáp haønh: van chænh aùp, van ñaûo chieàu, van tieát löu, ly hôïp - Cô caáu chaáp haønh: thay ñoåi traïng thaùi cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån, laø ñaïi löôïng ra cuûa maïch ñieàu khieån: xy lanh khí-daàu, ñoäng cô khí neùn-daàu. - Naêng löôïng ñieàu khieån: bao goàm phaàn thoâng tin vaø coâng suaát. Phaàn thoâng tin: -ñieän töû - ñieän cô - khí - daàu - quang hoïc - sinh hoïc Phaàn coâng suaát: - Ñieän: coâng suaát nhoû, ñieàu khieån hoaït ñoäng deã, nhanh. - Khí: coâng suaát vöøa, quaùn tính, toác ñoä cao. - Thuûy: coâng suaát lôùn, quaùn tính ít - deã oån ñònh, toác ñoä thaáp. 1.1.2. Caùc loaïi tín hieäu ñieàu khieån Trong ñieàu khieån khí neùn vaø thuyû löïc noùi chuùng ta söû duïng hai loaïi tín hieäu: + töông töï (hình 1.2.a) 6
7. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc + rôøi raïc (soá) (hình 1.2.b). S(signal) S(signal) 1 0 t (time) t (time) Hình 1.2.a Hình 1.2.b 1.1.3. Ñieàu khieån voøng hôû Heä thoáng ñieàu khieån voøng hôû laø khoâng coù söï so saùnh giöõa tín hieäu ñaàu ra vôùi tín hieäu ñaàu vaøo, giaù trò thöïc thu ñöôïc vaø giaù trò caàn ñaït khoâng ñöôïc ñieàu chænh, xöû lyù. Hình 1.3 moâ taû heä thoáng ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô thuûy löïc. Löu löôïng Toác ñoä Giaù trò ñaët Van ñieàu Löu löôïng Ñoäng cô khieån tæ leä thuûy löïc - Thay ñoåi taûi troïng - Thay ñoåi löu löôïng bôm - Thay ñoåi aùp suaát heä -Thay ñoåi t0 daàu Hình 1.3 Heä thoáng ñieàu khieån hôû toác ñoä ñoäng cô thuûy löïc 1.1.4. Ñieàu khieån voøng kín (hoài tieáp) Heä thoáng maø tín hieäu ñaàu ra ñöôïc phaûn hoài ñeå so saùnh vôùi tín hieäu ñaàu vaøo. Ñoä cheânh leäch cuûa 2 tín hieäu vaøo ra ñöôïc thoâng baùo cho thieát bò ñieàu khieån, ñeå thieát bò naøy taïo ra tín hieäu ñieàu khieån taùc duïng leân ñoái töôïng ñieàu khieån sao cho giaù trò thöïc luoân ñaït ñöôïc nhö mong muoán. Hình 1.4 minh hoïa heä thoáng ñieàu khieån vò trí cuûa chuyeån ñoäng caàn pít toâng xy lanh thuûy löïc. Boä ñieàu khieån tæ leä Tín hieäu ñieàu khieån Vò trí Giaù trò ñaët + Van ñieàu Löu löôïng Xy lanh k (u) p khieån tæ leä thuûy löïc Phaàn töû - Khueách so saùnh ñaïi tæ leä Ño löôøng vi trí Hình 1.4 Heä thoáng ñieàu khieån kín vi trí pít toâng thuûy löïc 7
8. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc 1.2. ÖU VAØ NHÖÔÏC ÑIEÅM CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC 1.2.1. Khí neùn a) Öu ñieåm − Tính ñoàng nhaát naêng löôïng giöõa phaàn I vaø P ( ñieàu khieån vaø chaáp haønh) neân baûo döôõng, söûa chöõa, toå chöùc kyõ thuaät ñôn giaûn, thuaän tieän. − Khoâng yeâu caàu cao ñaëc tính kyõ thuaät cuûa nguoàn naêng löôïng: 3 – 8 bar. − Khaû naêng quaù taûi lôùn cuûa ñoäng cô khí − Ñoä tin caäy khaù cao ít truïc traëc kyõ thuaät − Tuoåi thoï lôùn − Tính ñoàng nhaát naêng löôïng giöõa caùc cô caáu chaáp haønh vaø caùc phaàn töû chöùc naêng baùo hieäu, kieåm tra, ñieàu khieån neân laøm vieäc trong moâi tröôøng deã noå, vaø baûo ñaûm moâi tröôøng saïch veä sinh. − Coù khaû naêng truyeàn taûi naêng löôïng xa, bôûi vì ñoä nhôùt ñoäng hoïc khí neùn nhoû vaø toån thaát aùp suaát treân ñöôøng daãn ít. − Do troïng löôïng cuûa caùc phaàn töû trong heä thoáng ñieàu khieån baèng khí neùn nhoû, hôn nöõakhaû naêng giaõn nôû cuûa aùp suaát khí lôùn, neàn truyeàn ñoäng coù theå ñaït ñöôïc vaän toác raát cao. b) Nhöôïc ñieåm − Thôøi gian ñaùp öùng chaäm so vôùi ñieän töû − Khaû naêng laäp trình keùm vì coàng keành so vôùi ñieän töû , chæ ñieàu khieån theo chöông trình coù saün. Khaû naêng ñieàu khieån phöùc taïp keùm. − Khaû naêng tích hôïp heä ñieàu khieån phöùc taïp vaø coàng keành. − Löïc truyeàn taûi troïng thaáp. − Doøng khí neùn thoaùt ra ôû ñöôøng daãn gaây tieáng oàn − Khoâng ñieàu khieån ñöôïc quaù trình trung gian giöõa 2 ngöôõng. 1.2.2. Thuûy löïc a) Öu ñieåm - Truyeàn ñoäng ñöôïc coâng suaát cao vaø löïc lôùn nhôø caùc cô caáu töông ñoái ñôn giaûn, hoaït ñoäng vôùi ñoä tin caäy cao, ñoøi hoûi ít veà chaêm soùc, baûo döôõng. - Ñieàu chænh ñöôïc vaän toác laøm vieäc tinh vaø khoâng caáp nhôø caùc thieát bò ñieàu khieån kyõ thuaät soá hoùa, deã thöïc hieän töï ñoäng hoùa theo ñieàu kieän laøm vieäc hoaëc chöông trình ñaõ cho saün. - Keát caáu nhoû goïn, noái keát giöõa caùc thieát vôùi nhau deã daøng baèng vieäc ñoåi choã caùc moái noái oáng. - Deã bieán ñoåi chuyeån ñoäng quay cuûa ñoäng cô thaønh chuyeån ñoäng tònh tieán cuûa cô caáu chaáp haønh. - Coù khaû naêng giaûm khoái löôïng vaø kích thöôùc nhôø choïn aùp suaát thuûy löïc cao. - Nhôø quaùn tính nhoû cuûa bôm vaø ñoäng cô thuûy löïc, nhôø tính chòu neùn cuûa daàu neân coù theå söû duïng vaän toác cao maø khoâng sôï bò va ñaäp maïnh nhö trong tröôøng hôïp cô khí hay ñieän. - Deã theo doõi vaø quan saùt baèng aùp keá, ngay caû nhöõng heä maïch phöùc taïp. - Töï ñoäng hoùa ñôn giaûn duøng caùc phaàn töû tieâu chuaån hoùa. - Deã ñeà phoøng quaù taûi nhôø van an toaøn. 8
9. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc b) Nhöôïc ñieåm - Maát maùt trong ñöôøng oáng daãn vaø roø ræ beân trong caùc phaàn töû, laøm giaûm hieäu suaát vaø phaïm vi öùng duïng. - Khoù giöõ ñöôïc vaän toác khoâng ñoåi khi phuï taûi thay ñoåi do tính neùn ñöôïc cuûa daàu vaø tính ñaøn hoài cuûa ñöôøng oáng daãn. - Nhieät ñoä vaø ñoä nhôùt thay ñoåi laøm aûnh höôûng ñeán ñoä chính xaùc ñieàu khieån. - Khaû naêng laäp trình vaø tích hôïp heä thoáng keùm neân khoù khaên khi thay ñoåi chöông trình laøm vieäc. - Khi môùi khôûi ñoäng, nhieät ñoä cuûa heä thoáng chöa oån ñònh, vaän toác laøm vieäc thay ñoåi do ñoä nhôùt cuûa chaát loûng thay ñoåi. 1.3. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC 1.3.1. Phaïm vi öùng duïng cuûa ñieàu khieån khí neùn Heä thoáng ñieàu khieån khí neùn ñöôïc söû duïng roäng raõi ôû nhöõng lónh vöïc maø ôû ñoù vaán ñeà nguy hieåm, hay xaûy ra caùc chaùy noå, nhö: caùc ñoà gaù keïp caùc chi tieát nhöïa, chaát deûo; hoaëc ñöôïc söû duïng trong ngaønh cô khí nhö caáp phoâi gia coâng; hoaëc trong moâi tröôøng veä sinh saïch nhö coâng ngheä saûn xuaát caùc thieát bò ñieän töû. Ngoaøi ra heä thoáng ñieàu khieån baèng khí neùn ñöôïc söû duïng trong caùc daây chuyeàn saûn xuaát thöïc phaåm, nhö: röõa bao bì töï ñoäng, chieát nöôùc voâ chai ; trong caùc thieát bò vaän chuyeån vaø kieåm tra cuûa caùc baêng taûi, thang maùy coâng nghieäp, thieát bò loø hôi, ñoùng goùi, bao bì, in aán, phaân loaïi saûn phaåm vaø trong coâng nghieäp hoùa chaát, y khoa vaø sinh hoïc. 1.3.2. Phaïm vi öùng duïng cuûa ñieàu khieån thuûy löïc Heä thoáng ñieàu khieån thuûy löïc ñöôïc söû duïng trong lónh vöïc coâng nghieäp, nhö: maùy eùp aùp löïc, maùy naâng chuyeån, maùy coâng cuï gia coâng kim loaïi, maùy daäp, maùy xuùc, tôøi keùo, Döôùi ñaây laø moät soá hình minh hoïa veà öùng duïng cuûa heä thoáng ñieàu khieån khí neùn vaø thuûy löïc. Heä thoáng naâng baûo döôõng xe Taùy maùy gaép saûn phaåm baèng khí neùn 9
10. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc Maùy caét thuûy löïc Khuoân taïo deø xe maùy Gheùp caùc cô caáu khuoân Maùy eùp thuûy löïc Maùy caùn thuûy löïc 10
11. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc Maùy eùp ñeá giaøy Maùy chaán thuûy löïc Maùy uoán oáng thuûy löïc Ñoùng goùi saûn phaåm Phaân loai saûn phaåm 11
12. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc 1.4. COÂNG THÖÙC VAØ ÑÔN VÒ ÑO CUÛA CAÙC ÑAÏI LÖÔÏNG CÔ BAÛN 1.4.1. Löïc - Ñôn vò cuûa löïc laø Newton (N). 1 Newton laø löïc taùc ñoäng leân ñoái troïng coù khoái löôïng 1kg vôùi gia toác 1 m/s2. 1 N = 1 kg.m/s2 1.4.2. Aùp suaát - Ñôn vò cô baûn cuûa aùp suaát theo heä ño löôøng SI laø pascal. - Pascal (Pa) laø aùp suaát phaân boá ñeàu leân beà maët coù dieän tích 1m2 vôùi löïc taùc ñoäng vuoâng goùc leân beà maët ñoù laø 1 Newton (N). 1 Pascal = 1 N/m2 = 1kg m/s2/m2 = 1kg/ms2 - Ngoaøi ra coøn duøng ñôn vò bar: 1 bar = 105Pa = 1Kg/cm2 =1 at - Moät soá nöôùc tö baûn coøn duøng ñôn vò psi ( pound (0.45336 kg) per square inch (6.4521 cm2) Kí hieäu lbf/in2 (psi); 1 bar = 14,5 psi - Aùp suaát coù theå tính theo coät aùp löu chaát P = wh Trong ñoù: w troïng löôïng rieâng löu chaát h chieàu cao coät aùp 1.4.3. Löu löôïng - Löu löôïng laø vaän toác doøng chaûy cuûa löu chaát qua moät tieát dieän doøng chaûy. Ñôn vò thöôøng duøng laø l/min. Q = v.A Trong ñoù: Q löu löôïng cuûa doøng chaûy A Tieát dieän cuûa doøng chaûy v Vaän toác trung bình cuûa doøng chaûy 1.4.3. Coâng - Ñôn vò cuûa coâng laø Joule (J). 1 Joule laø coâng sinh ra döôùi taùc ñoäng cuûa löïc 1 N ñeå vaät dòch chuyeån quaõng ñöôøng 1 m. 1 J =1Nm 1 J = 1 m2kg/s2 - Coâng ñöôïc tính theo coâng thöùc: Wk = F*L Trong ñoù: F löïc taùc duïng vaøo vaät L quaûng ñöôøng vaät ñi ñöôïc. 1.4.4. Coâng suaát -Ñôn vò coâng suaát laø Watt -1 Watt laø coâng suaát, trong thôøi gian 1 giaây sinh ra naêng löôïng 1 joule. 1 W = 1 Nm/s 1 W = 1 m2kg/s3 - Coâng suaát ñöôïc tính theo coâng thöùc: 12
13. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc Q (l/min)* P (bar) H = (kW) 600 1.4.5. Ñoä nhôùt - Ñoä nhôùt ñoäng cuûa moät chaát laø coù ñoä nhôùt ñoäng löïc 1 Pa.s vaø khoái löôïng rieâng 1 kg/cm3. η v = ρ Trong ñoù: η: ñoä nhôùt ñoäng löïc [Pa.s] ρ: khoái löôïng rieâng [kg/m3] v: ñoä nhôùt ñoäng [m2/s] - Ngoaøi ra ta coøn söû duïng ñôn vò ñoä nhôùt ñoäng laø Stokes (St) hoaëc laø centiStokes (cSt). Chuù yù: ñoä nhôùt ñoäng khoâng coù vai troø quan troïng trong heä thoáng ñieàu khieån khí neùn maø noù raát quan troïng trong ñieàu khieån thuûy löïc. 13
14. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc BAØI TAÄP CHÖÔNG 1 Baøi 1: Loái vaøo cuûa bôm thuûy löïc laø caùch beà maët cuûa beå chöùa daàu laø 0.6m. Troïng löôïng rieâng cuûa daàu 0.86 g/cm3. Xaùc ñònh aùp suaát tónh taïi loái vaøo cuûa bôm. Baøi 2: Tính toaùn ñöôøng kính trong cuûa oáng huùt vaø oáng ñaåy cuûa bôm coù löu löôïng laø 40 l/min laøm vieäc vôùi vaän toác lôùn nhaát ôû oáng huùt laø 1.2m/s vaø ôû oáng ñaåy laø 3.5m/s. Baøi 3: Moät bôm thuûy löïc coù thoâng soá löu löôïng 12l/min vaø aùp suaát laøm vieäc laø 200 bar. 1.Tính coâng suaát thuûy löïc bôm 2.Neáu hieäu suaát laøm vieäc cuûa bôm laø 60% thì coâng suaát cuûa ñoäng cô ñieän caàn thieát truyeàn ñoäng bôm laø bao nhieâu. 14
15. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng CHÖÔNG 2 SAÛN XUAÁT VAØ PHAÂN PHOÁI NGUOÀN NAÊNG LÖÔÏNG Khí neùn Saûn xuaát khí neùn Phaân phoái khí neùn Xöû lyù khí neùn Thuûy löïc Cung caáp naêng löôïng Xöû lyù daàu Baøi taäp 15
16. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng 2.1. KHÍ NEÙN 2.1.1. Saûn xuaát khí neùn Heä thoáng ñieàu khieån khí neùn hoaït ñoäng döïa vaøo nguoàn cung caáp khí neùn, nguoàn khí naøy phaûi ñöôïc saûn xuaát thöôøng xuyeân vôùi löôïng theå tích ñaày ñuû vôùi moät aùp suaát nhaát ñònh thích hôïp cho naêng löôïng heä thoáng. 2.1.1.1. Maùy neùn khí Maùy neùn khí laø maùy coù nhieäm vuï thu huùt khoâng khí, hôi aåm, khí ñoát ôû moät aùp suaát nhaát ñònh vaø taïo ra nguoàn löu chaát coù aùp suaát cao hôn. 2.1.1.2 Caùc loaïi maùy neùn khí Maùy neùn khí ñöôïc phaân loaïi theo aùp suaát hoaëc theo nguyeân lyù hoaït ñoäng. Ñoái vôùi nguyeân lyù hoaït ñoäng ta coù: -Maùy neùn theo nguyeân lyù theå tích: maùy neùn pít toâng, maùy neùn caùnh gaït. -Maùy neùn tuoác bin laø ñöôïc duøng cho coâng suaát raát lôùn vaø khoâng kinh teá khi söû duïng löu löôïng döôùi möùc 600m3/phuùt. Vì theá noù khoâng mang laïi aùp suaát caàn thieát cho öùng duïng ñieàu khieån khí neùn vaø hieám khi söû duïng. 2.1.1.2.1. Maùy neùn kieåu pít toâng (Reciprocating compressors) Maùy neùn pít toâng (hình 2.1) laø maùy neùn phoå bieán nhaát vaø coù theå cung caáp naêng suaát ñeán 500m3/phuùt. Maùy neùn 1 pít toâng coù theå neùn khí khoaûng 6 bar vaø ngoaïi leä coù theå ñeán 10 bar; maùy neùn kieåu pít toâng hai caáp coù theå neùn ñeán 15 bar; 3-4 caáp leân ñeán 250 bar. Khoâng khí Khí neùn Pít toâng Kí hieäu Chu kì huùt Chu kì neùn vaø ñaåy Hình 2.1 Maùy neùn kieåu pít toâng Löu löôïng cuûa maùy neùn pít toâng: -3 Qv = V.n.ηv .10 [lít / phuùt] (2.1) Trong ñoù: V - Theå tích cuûa khí neùn taûi ñi trong moät voøng quay [cm3]; n – Soá voøng quay cuûa ñoäng cô maùy neùn [voøng / phuùt] ηv – Hieäu suaát neùn [%] 2.1.1.2.2. Maùy neùn kieåu caùnh quaït (Rotary compressors) 16
17. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng D 2e a Buoàng Kí hieäu huùt Buoàng ñaåy Hình 2.2 Maùy neùn kieåu caùnh gaït Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maùy neùn khí kieåu caùnh gaït moâ taû ôû hình 2.2: khoâng khí seõ ñöôïc vaøo buoàng huùt. Nhôø roâto vaø stato ñaët leäch taâm, neân khi roâto quay chieàu sang phaûi, thì khoâng khí vaøo buoàng neùn. Sau ñoù khí neùn seõ ñi ra buoàng ñaåy. Löu löôïng cuûa maùy neùn caùnh gaït tính theo []: 3 Qv = (π.D – z.a).2.e.b.n.λ [m /phuùt] (2.2) Trong ñoù: a - Chieàu daøy caùnh gaït [m]; e – Ñoä leäch taâm [m]; z – Soá caùnh gaït; D – Ñöôøng kính stato [m]; n – Soá voøng quay roâto [voøng/phuùt]; b – Chieàu roäng caùnh gaït [m]. λ - Hieäu suaát (λ = 0,7 – 0,8); 2.1.2. Phaân phoái khí neùn Heä thoáng phaân phoái khí neùn coù nhieäm vuï chuyeån khoâng khí neùn töø nôi saûn xuaát ñeán nôi tieâu thuï, ñaûm baûo aùp suaát p vaø löu löôïng Q vaø chaát löôïng khí neùn cho caùc thieát bò laøm vieäc, ví duï nhö van, ñoäng cô khí, xy lanh khí Truyeàn taûi khoâng khí neùn ñöôïc thöïc hieän baèng heä thoáng oáng daãn khí neùn, chuù yù ñoái vôùi heä thoáng oáng daãn khí coù theå laø maïng ñöôøng oáng ñöôïc laép raùp coá ñònh (trong toaøn nhaø maùy) vaø maïng ñöôøng oáng laép raùp trong töøng thieát bò, trong töøng maùy moâ taû ôû hình 2.3. Ñoái vôùi heä thoáng phaân phoái khí neùn ngoaøi tieâu chuaån choïn maùy neùn khí hôïp lí, tieâu chuaån choïn ñuùng caùc thoâng soá cuûa heä thoáng oáng daãn ( ñöôøng kính oáng, vaät lieäu oáng); caùch 17
18. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng laép ñaët heä thoáng oáng daãn, baûo haønh heä thoáng phaãn phoái cuõng ñoùng vai troø quan troïng veà phöông dieän kinh teá cuõng nhö yeâu caàu kyõ thuaät cho heä thoáng ñieàu khieån khí neùn. Service unit Air accumulator within pneumatic system ope 1-2% l s Air consumer Air receiver Air accumulator for several consumers Condensate trap Compressor Drain lock Hình 2.3 Heä thoáng phaân phoái khí neùn 2.1.2.1. Bình nhaän vaø trích khí neùn Bình trích chöùa khí neùn coù nhieäm vuï caân baèng aùp suaát khí neùn cuûa maùy neùn khí chuyeån ñeán, trích chöùa, ngöng tuï vaø taùch nöôùc tröôùc khi chuyeån ñeán nôi tieâu thuï. Kích thöôùc cuûa bình trích chöùa phuï thuoäc vaøo coâng suaát cuûa maùy neùn khí, coâng suaát tieâu thuï cuûa caùc thieát bò söû duïng vaøphöông phaùp söû duïng khí neùn. Bình trích chöùa khí neùn coù theå ñaët naèm ngang, naèm ñöùng. Ñöôøng oáng ra cuûa khí neùn bao giôø cuõng naèm ôû vò trí cao nhaát cuûa bình trích chöùa (hình 2.4). Ñöôøng khí neùn vaøo Ñöôøng khí neùn ra a. b. Hình 2.4 Caùc loaïi bình trích chöùa 2.1.2.2. Ñöôøng oáng Ñöôøng oáng daãn khí neùn coù ñöôøng kính trong vaøi milimet trôû leân. Chuùng ñöôïc laøm baèng caùc vaät lieäu cao su, nhöïa hoaëc kim loaïi. Thoâng soá cô baûn kích thöôùc oáng (ñöôøng kính beân trong) phuï thuoäc vaøo: vaän toác doøng chaûy cho pheùp, toån thaát aùp suaát cho pheùp, aùp suaát laøm vieäc, chieàu daøi oáng, löu löôïng, heä soá caûn trôû doøng chaûy vaø caùc phuï kieän noái oáng. 18
19. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng - Löu löôïng: phuï thuoäc vaøo vaän toác doøng chaûy (Q=v.F). Vaän toác doøng chaûy caøng lôùn, toån thaát aùp suaát trong oáng caøng lôùn. - Vaän toác doøng chaûy: vaän toác doøng chaûy cuûa khí neùn trong oáng daãn neân choïn laø töø 6 ÷ 10 m/s. Vaän toác cuûa doøng chaûy khi qua caùc choã löôïn cua cuûa oáng hoaëc noái oáng, van, nhöõng nôi coù tieát dieän nhoû laïi seõ taêng leân, hay vaän toác doøng chaûy seõ taêng leân nhaát thôøi khi caùc thieát bò hay maùy moùc ñang vaän haønh. - Toån thaát aùp suaát: toát nhaát khoâng vöôït quaù 0.1 bar. Thöïc teá sai soá cho pheùp ñeán 5% aùp suaát laøm vieäc. Nhö vaäy toån thaát aùp suaát laø 0.3 bar laø chaáp nhaän ñöôïc vôùi aùp suaát laøm vieäc laø 6 bar. - Heä soá caûn doøng chaûy: khi löu löôïng khí ñi qua caùc choã noái khôùp, van, khuùc cong seõ gaây ra hieän töôïng caûn doøng chaûy. Baûng 1, bieåu thò caùc heä soá caûn töông ñöông chieàu daøi oáng daãn l’ cuûa caùc phuï kieän noái. Chieàu daøi oáng daãn töông ñöông l’ (m) Phuï kieän noái Ñöôøng kính trong cuûa oáng daãn (mm) 25 40 50 80 100 125 150 Van kieåu maøng 1,2 2,0 3,0 4,5 6 8 10 moûng Van khoùa 6 10 15 25 30 50 60 Van môû moät phaàn 3 5 7 10 15 20 25 Van chaén 0,3 0,5 0,7 1 1,5 2 2,5 Noái vuoâng goùc 1,5 2,5 3,5 5 7 10 15 Ñoä cong R = d d 0,3 0,5 0,6 1 1,5 2 2,5 Ñoä cong R = 2d 0,15 0,25 0,3 0,5 0,8 1 1,5 R Oáng noái T 2 3 4 7 10 15 20 d Noái oáng thu nhoû 2d 0,5 0,7 1 2 2,5 3,5 4 Baûng 1 Giaù trò heä soá caûn ζ töông ñöông chieàu daøi oáng daãn l’ Trong thöïc teá ñeå xaùc ñònh caùc thoâng soá cô baûn cuûa maïng ñöôøng oáng ngöôøi ta döïa vaøo bieåu ñoà ñöôïc cho trong hình 2.5 döôùi ñaây. 19
20. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng Chieàu daøi cuûa oáng (mm) 1 2 3 4 5 6 10 20 50 60 100 200 500 600 1000 2000 25 1 32 40 2 3 50 Löu löô 4 5 ï ng oáng (mm) 60 kh cuûa 70 10 í ne g n 80 ùn (lít tro 15 / s) kính 100 20 25 30 Ñöôøng 35 125 40 50 150 100 0.001 0.002 0.005 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1 2 3 5 7 10 15 Toån thaát aùp suaát trong oáng daãn (bar) AÙp suaát yeâu caàu (bar) Hình 2.5 Bieåu ñoà söï phuï thuoäc cuûa caùc thoâng soá Theo bieåu ñoà hình 2.5, caùc thoâng soá yeâu caàu nhö aùp suaát p, löu löôïng q, chieàu daøi oáng, toå thaát aùp suaát ∆p vaø ñöôøng kính oáng coù moái lieân heä phuï thuoäc vôùi nhau. Ví duï: aùp suaát yeâu caàu p = 7 [bar] Chieàu daøi oáng l = 200 [m] 3 Löu löôïng qv = 10 [m /phuùt] Toån thaát aùp suaát ∆p = 0,1 [bar] Töø bieåu ñoà hình 2.5 ta xaùc ñònh ñöôïc moái quan heä giöõa caùc ñaïi löôïng treân baèng ñöôøng neùt ñaäm vaø töø ñoù ta ñöôïc ñöôøng kính trong cuûa oáng daãn caàn choïn φ = 70 mm. 2.1.3. Xöû lyù khí neùn 20
21. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng Khí neùn ñöôïc taïo ra töø maùy neùn khí coù chöùa nhieàu chaát baån, ñoä baån coù theå ôû caùc möùc ñoä khaùc nhau. Chaát baån coù theå laø buïi, ñoä aåm cuûa khoâng khí huùt vaøo, nhöõng caën baû cuûa daàu boâi trôn vaø truyeàn ñoäng cô khí. Hôn nöõa trong quaù trình neùn nhieät ñoä cuûa khí neùn taêng leân, coù theå gaây ra oâxy hoùa moät soá phaàn töû cuûa heä thoáng. Do ñoù vieäc xöû lyù khí neùn caàn phaûi thöïc hieän baét buoäc. Khí neùn khoâng ñöôïc xöû lyù thích hôïp seõ gaây hö hoûng hoaëc gaây trôû ngaïi tính laøm vieäc cuûa caùc phaàn töû khí neùn. Ñaëc bieät söû duïng khí neùn trong heä thoáng ñieàu khieån ñoøi hoûi chaát löôïng khí neùn raát cao. Möùc ñoä xöû lyù khí neùn tuøy thuoäc vaøo töøng phöông phaùp xöû lyù. Trong thöïc teá ngöôøi ta thöôøng duøng boä loïc ñeå xöû lyù khí neùn (hình 2.6). Kí hieäu Hình 2.6 Boä loïc khí Boä loïc khí coù 3 phaàn töû: van loïc, van ñieàu chænh aùp suaát vaø van tra daàu. Van loïc khí (hình 2.7) laø laøm saïch caùc chaát baån vaø ngöng tuï hôi nöôùc chöùa trong noù. Khí neùn seõ taïo chuyeån ñoäng xoaén khi qua laù xoaén kim loaïi, sau ñoù qua phaàn töû loïc, caùc chaát baån ñöôïc taùch ra vaø baùm vaøo maøng loïc, cuøng vôùi nhöõng phaân töû nöôùc ñöôïc ñeå laïi naèm ôû ñaùy cuûa baàu loïc. Tuøy theo yeâu caàu chaát löôïng cuûa khí neùn maø choïn phaàn töû loïc. Ñoä lôùn cuûa phaàn töû loïc neân choïn töø 20µm – 50µm. Khí vaøo Khí ra Laù kim loaïi xoaén Phaàn töû loïc Taám ngaên caùch Phaàn chöùa nöôùc Kí hieäu Cöûa xaû nuôùc Hình 2.7 Van loïc khí neùn 21
22. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng Van ñieàu chænh aùp suaát: nhieäm vuï cuûa van aùp suaát laø oån ñònh aùp suaát ñieàu chænh, maëc duø coù söï thay ñoåi baát thöôøng cuûa aùp suaát laøm vieäc ôû ñöôøng ra hoaëc söï dao ñoäng cuûa aùp suaát ôû ñaàu vaøo. Aùp suaát ôû ñaàu vaøo luoân luoân laø lôùn hôn aùp suaát ôû ñaàu ra (hình 2.8). Loø xo caûn Ñóa van Khí vaøo Khí ra P1 Mieäng van P2 Maøng kín Cöûa xaû khí Loø xo löïc Kí hieäu Vít ñieàu chænh Hình 2.8 Van ñieàu chænh aùp suaát Van ñieàu chænh aùp ñöôïc ñieàu chænh baèng vít ñieàu chænh taùc ñoäng leân maøng kín. Phía treân cuûa maøng chòu taùc duïng cuûa aùp suaát ñaàu ra, phía döôùi chòu taùc duïng cuûa löïc loø xo sinh ra do vít ñieàu chænh. Baát kyø söï taêng aùp ôû ñaàu tieâu thuï gaây cho maøng kín dòch chuyeån choáng laïi löïc caên cuûa loø xo vì vaäy haïn cheá doøng khí ñi qua mieäng van cho tôùi luùc coù theå ñoùng saùt. Khi khí neùn ñöôïc tieâu thuï, aùp suaát ñaàu ra giaûm, keát quaû laø ñóa van ñöôïc môû bôû löïc caên loø xo löïc. Ñeå ngaên chaën ñóa van dao ñoäng chaäp chôøn phaûi duøng ñeán loø xo caûn gaén treân ñóa van. Van tra daàu: ñöôïc söû duïng ñaûm baûo cung caáp boâi trôn cho caùc thieát bò trong heä thoáng ñieàu khieàn khí neùn nhaèm giaûm ma saùt, söï aên moøn vaø söï gæ (hình 2.9). Vít ñieàu chænh Loã quan saùt Khí vaøo Khí + daàu boâi trôn OÁng venturi OÁng daãn daàu Van moät chieàu Kí hieäu Hình 2.9 Van tra daàu 22
23. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng 2.2. THUÛY LÖÏC 2.2.1. Cung caáp naêng löôïng daàu eùp Trong heä thoáng ñieàu khieån thuûy löïc nguoàn naêng löôïng ñöôïc duøng ñeå heä hoaït ñoäng laø daàu eùp. Ñeå cung caáp naêng löôïng cho heä thoáng ñieàu khieån thöôøng söû duïng thieát bò bôm daàu. Bôm daàu laø moät phaàn töû quan troïng nhaát cuûa heä thoàng ñieàu khieån thuûy löïc, duøng ñeå bieán cô naêng thaønh naêng löôïng cuûa daàu. Nhöõng thoâng soá cô baûn cuûa bôm laø löu löôïng vaø aùp suaát. Löu löôïng cuûa bôm veà lyù thuyeát khoâng phuï thuoäc vaøo aùp suaát (tröø bôm ly taâm), maø chæ phuï thuoâc vaøo kích thöôùc hình hoïc vaø vaän toác quay cuûa noù. Nhöng trong thöïc teá do söï roø ræ qua khe hôû giöõa khoang huùt vaø khoang ñaåy, giöõa khoang ñaåy vôùi beân ngoaøi neân löu löôïng thöïc teá cuûa bôm nhoû hôn löu löôïng lyù lyù thuyeát vaø giaûm daàn khi aùp suaát taêng. 2.2.1.1. Caùc loaïi bôm 2.2.1.1.1. Bôm baùnh raêng Bôm baùnh raêng coù keát caáu nhö hình 2.10 Buoàng ñaåy B Kí hieäu Buoàng huùt A Hình 2.10 Nguyeân lyù laøm vieäc bôm baùnh raêng Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa bôm baùnh raêng laø söï thay ñoåi theå tích: khi theå tích cuûa buoàng huùt (A) taêng, bôm daàu huùt, thöïc hieän chu kyø huùt; vaø khi theå tích giaûm, bôm ñaåy daàu ra buoàng (B), thöïc hieän chu kyø neùn. Neáu treân ñöôøng ñi cuûa daàu ta ñaët moät vaät caûn thì daàu seõ bò chaën laïi taïo neân moät aùp suaát nhaát ñònh phuï thuoäc vaøo ñoä lôùn cuûa söùc caûn vaø keát caáu cuûa bôm. Löu löôïng bôm baùnh raêng ñöôïc tính theo coâng thöùc: 2πd.m.z.b.n Q = .η [l/ph] (2.3) 1000 v Trong ñoù: m – moâ ñun cuûa baùnh raêng [cm]; d – ñöôøng kính voøng chia baùnh raêng [cm]; b – beà roäng baùnh raêng [cm]; n – soá voøng quay trong moät phuùt [cm]; z – soá raêng; 23
24. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng ηv – hieäu suaát theå tích. 2.2.1.1.2 Bôm caùnh gaït Bôm caùnh gaït ñöôïc duøng roäng raõi hôn bôm baùnh raêng do oån ñònh veà löu löôïng, hieäu suaát theå tích cao hôn. Löu löôïng bôm coù theå thay ñoåi baèng caùch thay ñoåi ñoä leäch taâm. Buoàng Stato ñaåy B Roâto Caùnh gaït Buoàng huùt A Hình 2.11 Bôm caùnh gaït taùc ñoäng ñôn Löu löôïng cuûa bôm caùnh gaït taùc ñoäng moät kyø nhieàu caùnh ñöôïc tính theo coâng thöùc: 2 πd.b.n.e Q= [l/ph] (2.4) 1000 Trong ñoù: d – Ñöôøng kính stato [cm]; b – Chieàu roäng caùnh gaït [cm]; e – Ñoä leäch taâm [cm]; n – Soá voøng quay cuûa roâto [voøng/phuùt]. 2.2.1.1.3. Bôm pít toâng Bôm pít toâng coù khaû naêng laøm kín toát hôn so vôùi bôm caùnh gaït vaø baùnh raêng, bôûi vaäy bôm pít toâng ñöôïc söû duïng roäng raõi trong heä thoáng thuûy löïc laøm vieäc ôû aùp suaát cao. Phuï thuoäc vaøo vò trí cuûa pít toâng ñoái vôùi roâto, coù theå phaân bieät chuùng thaønh bôm höôùng kính vaø höôùng truïc. 2.2.1.1.3.1. Bôm höôùng kính Bôm daàu pít toâng höôùng kính coù caùc pít toâng chuyeån ñoäng höôùng taâm voái truïc quay cuûa roâto. Tuøy thuoäc vaøo soá pít toâng ta coù löu löôïng khaùc nhau (hình 2.12). 1 2 3 4 5 Hình 2.12 Bôm piston höôùng kính 24
25. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng Löu löôïng bôm höôùng kính ñöôïc tính theo coâng thöùc: πd 2 Q = .h.i.n.10−3 [l / ph] (2.5) 4 Trong ñoù: d – Ñöôøng kính pít toâng [cm]; h – Khoaûng chaïy pít toâng, h = 2e = (1.3 – 1.4)d ; e : ñoä leäch taâm [cm]; i – Soá pít toâng; n – Soá voøng quay cuûa roâto trong moät phuùt. 2.2.1.1.3.2. Bôm höôùng truïc Bôm pít toâng höôùng truïc laø loaïi bôm coù caùc pít toâng ñaët song song vôùi truïc roâto vaø ñöôïc truyeàn baèng khôùp noái vôùi truïc quay cuûa ñoäng cô ñieän (hình 2.13 ). Bôm pít toâng höôùng truïc coù öu ñieåm laø kích thöôùc nhoû goïn vaø haàu heát ñeàu chænh löu ñöôïc nhôø ñieàu chænh goùc nghieân cuûa keát caáu ñóa nghieân ôû trong bôm. h d D α Hình 2.13 Bôm pít toâng höôùng truïc Löu löôïng bôm höôùng truïc ñöôïc tính theo coâng thöùc: πd 2 Q = .D.i.n.tgα .10−3 [l / ph] (2.6) 4 Trong ñoù: d – Ñöôøng kính pít toâng [cm]; D – ñöôøng kính treân ñoù phaân boá caùc xy lanh [cm]; i – Soá pít toâng; n – soá voøng quay cuûa truïc roâto [vg/ph]; α - goùc nghieân cuûa roâto vôùi truïc quay [ñoä]. 25
26. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng 2.2.1.2. Beå Daàu 2.2.1.2.1. Nhieäm vuï - Cung caáp daàu cho heä thoáng laøm vieäc theo chu trình kín ( caáp vaø nhaän daàu chaûy veà). - Giaûi toûa nhieät sinh ra trong quaù trình bôm daàu laøm vieäc. - Laéng ñoïng caùc chaát caën baû, dô baån trong quaù trình laøm vieäc. - Taùch nöôùc. 2.2.1.2.2. Choïn kích thöôùc beå daàu Ñoái vôùi beå daàu di ñoäng, theå tích ñöôïc choïn nhö sau: V = 1,5.qv (2.7) Ñoái vôùi loaïi beå daàu coá ñònh, theå tích beå daàu ñöôïc choïn nhö sau: V = (3,0 – 5,0).qv (2.8) Trong ñoù: V [lít] ; qv [lít/phuùt] 2.2.1.2.3. Keát caáu cuûa beå daàu Hình 2.14 moâ taû boä nguoàn cung caáp naêng löôïng daàu. Khi ñoäng cô (1) coù ñieän, bôm daàu laøm vieäc, daàu ñöôïc huùt leân qua qua oáng huùt (15) caáp cho heä thoáng ñieàu khieån qua cöûa aùp (5), daàu xaû ñöôïc cho veà laïi thuøng (11) qua cöûa (8) qua boä loïc (16). Hình 2.14 Keát caáu boä nguoàn daàu 26
27. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng Daàu thöôøng ñöôïc ñoå vaøo thuøng (11) qua moät cöûa (10) boá trí treân naép beå loïc vaø coù theå kieåm tra möùc daàu ñaït yeâu caàu nhôø maét daàu (9). Quan saùt aùp suaát cuûa boä nguoàn daàu baèng ñoàng hoà aùp suaát (7). Giaù trò aùp suaát giôùi haïn cuûa nguoàn ñöôïc ñieàu chænh baèng van an toaøn aùp suaát (6). 2.2.2. XÖÛ LYÙ DAÀU Trong heä thoáng ñieàu khieån thuûy löïc, vieäc xöû lyù daàu thöôøng duøng ñeán boä loïc daàu. Hình 2.15 laø caùc boä loïc vôùi caùc kích thöôùc vaø chuûng loaïi khaùc nhau. Trong quaù trình laøm vieäc khoâng traùnh khoûi daàu bò baån do caùc chaát baån ñöôïc taïo ra töø beân ngoaøi hay baûn thaân cuûa noù. Nhöõng chaát baån naøy ñaõ gaây ra hieän töôïng keït caùc khe hôû, caùc tieát dieän doøng chaûy laøm aûnh höôûng raát lôùn ñeán söï oån ñònh hoaït ñoäng cuûa heä thoáng vaø hö hoûng. Do ñoù trong heä thoáng daàu eùp ta thöôøng gaén caùc boä loïc daàu ñeå ngaên ngöøa chaát baån thaâm nhaäp vaøo beân trong caùc cô caáu, phaàn töû daàu eùp. Boä loïc daàu thöôøng ñaët ôû oáng huùt cuûa bôm daàu. Tröôøng hôïp caàn daàu saïch hôn, ñaët theâm moät boä nöõa ôû cöûa ra cuûa bôm, vaø moät ôû oáng xaû cuûa heä thoáng daàu eùp. Löu löôïng chaûy qua boä loïc daàu, ta duøng coâng thöùc tính löu löôïng qua löôùi loïc: A.∆p Q =α [l / ph] (2.9) η Trong ñoù: A – dieän tích toaøn boä beà maët loïc [cm2]; ∆p - hieäu aùp cuûa boä loïc (∆p = p2 – p1) [bar]; η - ñoä nhôùt ñoäng löïc cuûa daàu [P]; α - heä soá loïc, ñaëc tröng cho löôïng daàu chaûy qua boä loïc treân ñôn vò dieän tích vaø thôøi gian [l/cm2.ph]. Tuøy thuoäc vaøo ñaëc ñieåm cuûa boä loïc, coù theå laáy α = 0,006 – 0,009. Hình 2.15 Boä loïc Moät soá caùch laép boä loïc daàu trong heä thoáng Tuøy theo yeâu caàu chaát löôïng cuûa daàu trong heä thoáng ñieàu khieån, maø ta coù theå laép caùc boä loïc daàu ôû caùc vò trí khaùc nhau (hình 2.16). 27
28. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng M T M b. Boä loïc laép ôû ñöôøng neùn a. Boä loïc laép ôû ñöôøng huùt T M c. Boä loïc laép ôû ñöôøng xaû Hình 2.16 - Caùch laép boä loïc trong heä thoáng 28
29. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng BAØI TAÄP CHÖÔNG 2 Baøi 1: Moät bôm chuyeån dôøi vò trí coù theå tích laø 14 cm3/rev ñöôïc quay vôùi 1440 rev/min vaø aùp suaát laøm vieäc lôùn nhaát laø 150 bar. Hieäu suaát theå tích laø 0.9 vaø hieäu suaát toång cuûa bôm laø 0.8. Tính: 1. Löu löôïng bôm trong 1 phuùt 2. Coâng suaát vaøo caàn thieát taïi truïc bôm. 3. Moâmen truyeàn ñoäng taïi truïc bôm. Baøi 2: Moät bôm chuyeån dôøi vò trí vôùi löu löôïng 1l/min ñöôïc bôm vaøo moät oáng coù theå tích laø 1 lít. Neáu cuoái oáng bò khoùa ñoät ngoät, tính taêng aùp sau 1 giaây. Baøi 3: Moät maùy neùn caàn moät löu löôïng 200l/min ñeå môû vaø ñoùng khuoân ôû aùp suaát lôùn nhaát laø 30 bar. Haønh trình laøm vieäc (khi eùp) caàn moät aùp suaát toái ña laø 400 bar, thì löu löôïng trong khoaûng 12 ¸ 20 l/min thoûa maõn hay khoâng? Coâng suaát cuûa bôm dòch chuyeån vò trí laø bao nhieâu? 29
30. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu PHAÀN II CAÙC THAØNH PHAÀN CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Khaùi nieäm Moät heä thoáng ñieàu khieån thuûy löïc - khí neùn coù theå laø moät heä ñieàu khieån kín hay moät heä hôû, veà cô baûn noù chöùa caùc thaønh phaàn, phaàn töû ñöôïc moâ taû nhö hình 3.1. Tuøy theo nhieäm vuï hoaït ñoäng cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån, möùc ñoä phöùc taïp cuûa heä ñieàu khieån maø ta coù theå phaân tích, choïn caùc phaàn töû thích hôïp cho vieäc thieát keá heä ñieàu khieån vaø heä thoáng ñoäng hoïc. Cô caáu chaáp haønh Phaàn töû ñieàu khieån Phaàn töû xöû lyù tín hieäu (1V2) Phaàn töû ñöa tín hieäu (1S1, 1S2, 1S3) Ñaïi löôïng vaøo (vaät lí) Löu löôïng, Aùp suaát Nguoàn naêng löôïng Boä phaän loïc Hình 3.1 Caáu truùc maïch ñieàu khieån vaø caùc phaàn töû 30
31. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu CHÖÔNG 3 PHAÀN TÖÛ ÑÖA TÍN HIEÄU VAØ XÖÛ LYÙ TÍN HIEÄU ÑIEÀU KHIEÅN Caùc phaàn töû ñöa tín hieäu Caùc phaàn xöû lyù tín hieäu Nuùt nhaán Phaàn töû YES Phaàn töû NOT Coâng taéc Giôùi haïn haønh trình Phaàn töû AND Caûm bieán Phaàn töû OR Phaàn töû NAND Phaàn töû NOR Phaàn töû Flip-Flop Phaàn töû thôøi gian 31
32. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 3.1. CAÙC PHAÀN TÖÛ ÑÖA TÍN HIEÄU Tín hieäu taùc ñoäng vaø ñöa vaøo xöû lyù coù theå laø ñieän, khí neùn, thuûy löïc. Caùc phaàn töû ñöa tín hieäu coù theå: nuùt nhaán, giôùi haïn haønh trình, coâng taéc, rôle, boä ñònh thôøi, boä ñeám, caùc caûm bieán. 3.1.1. Nuùt nhaán Nuùt nhaán taùc ñoäng thì tieáp ñieåm (1,2) môû ra vaø tieáp ñieåm (1,4) noái laïi. 1 2 2 4 1 4 1 Ñieän Hình 3.2 Tín hieäu ñieän (NO vaø NC) A A A P A P P P Hình 3.3 Tín hieäu khí- thuûy löïc (NC) Hình 3.4 Tín hieäu khí- thuûy löïc (NO) 3.1.2. Coâng taéc A P A P Kí hieäu ñieän Kí hieäu thuûy - khí Hình 3.5 – Coâng taéc Coâng taéc thöïc hieän chuyeån ñoåi traïng thaùi khi taùc ñoäng 32
33. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 3.1.3. Giôùi haïn haønh trình Normally Normally closed open 2 4 1 1 Free flow Restricted 4 2 flow Pilot control Hình 3.6 Giôùi haïn haønh trình ñieän Hình 3.7 Giôùi haïn haønh trình khí - thuûy Ví duï: öùng duïng coâng taéc haønh trình ñeå khi ñaïp thaéng xe thì ñeøn baùo hieäu saùng (hình 3.8). Hình 3.8 Ñaïp thaèng ñeøn oâtoâ chaùy saùng 3.1.4. Caûm bieán 3.1.4.1 Caûm bieán töø tröôøng Caûm bieán töø tröôøng chæ söû duïng ñeå phaùt hieän nhöõng vaät coù töø tröôøng. Caûm bieán naøy ñöôïc laép ñaët treân caùc thaân xy lanh khí neùn coù pít toâng töø tröôøng ñeå giôùi haïn haønh trình cuûa noù (hình 3.9). 1. Nam chaâm vónh cöûu 1 1 a) Chöa caûm öùng b) Ñaõ caûm öùng Hình 3.9 Caûm öùng töø tröôøng treân piston 33
34. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu Ví duï: Xaùc ñònh vò trí ôû ñaàu vaø cuoái haønh trình piston baèng 2 caûm bieán töø tröôøng gaén treân thaân xy lanh (hình 3.10). Hình 3.10 Xaùc ñònh haønh trình baèng caûm bieán töø tröôøng 3.1.4.2. Caûm bieán baèng tia Caûm bieán baèng tia laø loaïi caûm bieán khoâng tieáp xuùc. Nguyeân taéc laøm vieäc chæ ñoái vôùi tín hieäu vaøo laø doøng tia khí neùn. Caûm bieán baèng tia ñöôïc öùng duïng ôû caùc lónh vöïc maø caûm bieán khoâng tieáp xuùc baèng ñieän khoâng ñaûm nhaän ñöôïc trong ñieàu kieän moâi tröôøng laøm vieäc khaéc khe: noùng, coù aên moøn hoùa hoïc, aåm öôùt, aûnh höôûng ñieän tröôøng, an toaøn cao, Vôùi caûm bieán baèng tia khí neùn thì tín hieäu ra (sau khi caûm nhaän ñöôïc vaät theå) coù aùp suaát raát nhoû. Do ñoù ta phaûi khueách ñaïi tín hieäu tröôùc khi ñöa vaøo xöû lyù ñieàu khieån, thöôøng ta duøng ñeán boä khueách ñaïi baèng khí neùn ñeå khueách ñaïi. Chuù yù: caûm bieán naøy chæ coù ñoái vôùi khí neùn, khoâng söû duïng trong thuûy löïc. 3.1.4.2.1. Caûm bieán baèng tia reõ nhaùnh Khi khoâng coù vaät caûn thì doøng khí neùn ñöôïc phaùt ra töø nguoàn P seõ ñi thaúng, neáu coù vaät caûn thì doøng khí seõ bò reõ nhaùnh qua cöûa X (hình 3.11). AÙp suaát cuûa cöûa tín hieäu ra X phuï thuoäc vaøo khoaûng caùch s giöõa beà maët ñaàu caûm bieán vôùi maët vaät caûn, s caøng nhoû thì aùp suaát caøng lôùn. s X X P P P Hình 3.11 Caûm bieán tia reõ nhaùnh 3.1.4.2.2 Caûm bieán baèng tia phaûn hoài Khi doøng khí neùn P ñi qua khoâng coù vaät caûn thì ñaàu ra tín hieäu phaûn hoài X= 0; coù vaät caûn thì tín hieäu X= 1. Ñaëc bieät caûm bieán naøy cho tín hieäu X=1 cho caû vaät caû dòch chuyeån theo höôùng doïc truïc cuûa caûm bieán– khoaûng caùch a vaø caû höôùng vuoâng goùc vôùi truïc – khoaûng caùch s (hình 3.12). Ví duï : öùng duïng caûm bieán baèng tia phaûn hoài ñeå xaùc ñònh ñoä leäch cuûa 2 meùp giaáy cuûa cuoän giaáy ñang chaïy treân 2 ru loâ (hình 3.13). 34
35. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu P X P P X Hình 3.12 Caûm bieán tia phaûn hoài 4.1.4.2.3. Caûm bieán thu phaùt baèng tia Nguyeân lyù hoaït ñoäng ñöôïc moâ taû ôû hình 3.14 2 1 1 1. Cung caáp aùp 2. Ngoû ra aùp (tín hieäu aùp) a) a. Ñaàu thu (aùp suaát) b. Ñaàu phaùt (aùp suaát) b) Hình 3.14 Caûm bieán thu phaùt baèng 1 1 Ví duï: duøng caûm bieán thu phaùt baèng tia ñeå phaùt hieän tình traïng gaõy muõi khoan cuûa quaù trình gia coâng khoan chi tieát (hình 3.15). Hình 3.13 Xaùc ñònh ñoä leäch meùp giaáy Hình 3.15 Phaùt hieän gaõy muõi khoan 35
36. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 4.1.4.3.Caûm bieán caûm öùng töø Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa caûm bieán caûm öùng töø ñöôïc moâ taû ôû hình 3.16. Boä taïo dao ñoäng phaùt taàn soá cao. Khi coù vaät caûn kim loaïi naèm trong vuøng ñöôøng söùc cuûa töø tröôøng, trong kim loaïi ñoù seõ hình thaønh ñieän tröôøng xoaùy. Vaät caûn caøng gaàn cuoän caûm öùng thì doøng ñieän xoaùy trong vaät caûn caøng taêng, naêng löôïng boä dao ñoäng giaûm daãn ñeán bieân ñoä cuûa boä dao ñoäng seõ giaûm. Qua boä so, tín hieäu ra ñöôïc khueách ñaïi. Trong tröôøng hôïp tín hieäu ra laø tín hieäu nhò phaân, maïch Schmitt trigô seõ ñaûm nhaän nhieäm vuï naøy. 7 6 8 9 1 2 3 4 5 Hình 3.16 Sô ñoà maïch caûm bieán töø Kí hieäu 1. Boä dao ñoäng 2. Boä chænh tín hieäu 3. Boä so Schmitt trigô 4. Boä hieån thò traïng thaùi 5. Boä khueách ñaïi 6. Ñieän aùp ngoaøi 7. OÅn nguoàn beân trong 8. Cuoän caûm öùng 9. Tín hieäu ra Ví duï: öùng duïng caûm bieán caûm öùng töø ñeå xaùc ñònh vò trí haønh trình cuûa piston khí neùn – thuûy löïc (hình 3.17); hay phaùt hieän aám kim loaïi ñöôïc mang ñi nhôø baêng taûi dòch chuyeån (hình 3.18). Taám kim loaïi Baêng taûi Caûm bieán töø Hình 3.17 Xaùc ñònh vò trí ñaàu truïc Hình 3.18 Phaùt hieän taám kim loaïi treân baêng taûi 4.1.4.4. Caûm bieán ñieän dung Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa caûm bieán ñieän dung ñöôïc moâ taû ôû hình 3.19. Boä taïo dao ñoäng seõ phaùt taàn soá cao. Khi coù vaät caûn kim loaïi hoaëc phi kim loaïi naèm trong vuøng ñöôøng söùc cuûa ñieän tröôøng, ñieän dung cuûa tuï ñieän thay ñoåi. Nhö vaäy taàn soá rieâng cuûa boä dao ñoäng thay 36
37. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu ñoåi. Qua boä so vaø chænh tín hieäu, tín hieäu ra ñöôïc khueách ñaïi. Tröôøng hôïp tín hieäu ra laø tín hieäu nhò phaân, maïch Schmitt trigô seõ ñaûm nhaän coâng vieäc naøy. 7 6 9 8 1 2 3 45 Kí hieäu Hình 3.19 Maïch caûm bieán ñieän dung 1. Boä dao ñoäng 2. Boä chænh tín hieäu 3. Boä so Schmitt trigô 4. Boä hieån thò traïng thaùi 5. Boä khueách ñaïi 6. Ñieän aùp ngoaøi 7. OÅn nguoàn beân trong 8. Ñieän cöïc tuï ñieän 9. Tín hieäu ra Ví duï: öùng duïng caûm bieán ñieän dung ñeå phaùt hieän ñeá giaøy cao su maøu ñen naèm treân baêng taûi di chuyeån (hình 3.20); hay kieåm tra soá löôïng saûn phaåm ñöôïc ñoùng goùi vaøo thuøng giaáy caùt toâng baèng caùch phaùt hieän vaät theå qua lôùp vaät lieäu giaáy (hình 3.21). Hình 3.20 Phaùt hieän ñeá giaày cao su maøu ñen Hình 3.21 Kieåm tra ñoùng goùi saûn phaåm 4.1.4.5. Caûm bieán quang hoïc Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa caûm bieán quang ñöôïc moâ taû ôû hình 3.22, goàm 2 boä phaän: − Boä phaän phaùt tia hoàng ngoaïi; − Boä phaän thu tia hoàng ngoaïi. Boä phaän phaùt seõ phaùt ra tia hoàng ngoaïi baèng ñioât phaùt quang vaø khi gaëp vaät caûn thì tia hoàng ngoaïi ñöôïc phaûn xaï laïi vaøo ñaàu thu. ÔÛ taïi boä phaän ñaàu thu, tia hoàng ngoaïi ñöôïc phaûn hoài seõ ñöôïc xöû lyù, khueách ñaïi tröôùc khi cho tín hieäu ra. 37
38. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 9 11 10 12 Kí hieäu 8 1 2 3 4 5 67 Hình 3.22 Maïch caûm bieán quang 1. Boä dao ñoäng 2. Boä phaän phaùt 3. Boä phaän thu 4. Khueách ñaïi sô boä 5. Xöû lyù logic 6. Chuyeån ñoåi xung. 7.Hieån thi traïng thaùi 8. Baûo veä ngoû ra 9. Ñieän aùp ngoaøi 10. OÅn nguoàn beân trong 11. Khoaûng caùch phaùt hieän 12. Tín hieäu ra Ví duï: öùng duïng caûm bieán quang ñeå ñeám soá löôïng taám plastic treân baêng taûi di chuyeån (hình 3.23); hay phaân loaïi caùc chai coù hay khoâng coù naép bít kín mieäng chai (hình 3.24). Hình 3.23 Ñeám saûn phaåm taám Plastic Hình 3.24 Phaân loaïi chai coù hay khoâng coù naép 38
39. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 4.2. CAÙC PHAÀN TÖÛ XÖÛ LYÙ TÍN HIEÄU 4.2.1. Phaàn töû YES Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû YES ñöôïc trình baøy ôû hình 3.25 S=a a a S 1. p a P s=a Kí hieäu ñieän Kí hieäu logic Keát caáu thuûy - khí Kí hieäu thuûy-khí Sô ñoà traïng thaùi Baûng chaân lyù L a Tín hieäu vaøo a S 0 0 0 L L L Tín hieäu ra S 0 Hình 3.25 Phaàn töû logic YES 4.2.2. Phaàn töû NOT Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû NOT ñöôïc trình baøy ôû hình 3.26. S=a a a S 1. p a P s=a Kí hieäu ñieän Kí hieäu logic Keát caáu thuûy-khí Kí hieäu thuûy-khí Sô ñoà traïng thaùi Baûng chaân lyù L a Tín hieäu vaøo a S 0 0 L L 0 L Tín hieäu ra S 0 Hình 3.26 Phaàn töû logic NOT 39
40. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 4.2.3. Phaàn töû OR Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû OR ñöôïc trình baøy ôû hình 3.27. s=a+b a a b S ≥1 P b a b s=a+b Kí hieäu ñieän Kí hieäu logic Kí hieäu keát caáu Kí hieäu thuûy - khí Baûng chaân lyù Sô ñoà traïng thaùi a b S L a 0 0 0 0 Tín hieäu vaøo 0 L L L Tín hieäu vaøo L 0 L b 0 L L L L Tín hieäu ra S 0 Hình 3.27 Phaàn töû OR 4.2.4. Phaàn töû AND Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû AND ñöôïc trình baøy ôû hình 3.28. S=a.b b S=a.b a S a b & a b P a b s=a.b Kí hieäu ñieän Kí hieäu logic Keát caáu thuûy-khí Kí hieäu thuûy-khí Sô ñoà traïng thaùi L Baûng chaân lyù a a b S 0 Tín hieäu vaøo 0 0 0 b L 0 L 0 Tín hieäu vaøo 0 L 0 0 L L L L S Tín hieäu ra 0 Hình 3.28 Phaàn töû AND 40
41. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 4.2.5. Phaàn töû NAND Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû NAND ñöôïc trình baøy ôû hình 3.29. S b a S & b a Kí hieäu thuûy khí Kí hieäu ñieän Kí hieäu logic P Sô ñoà tín hieäu Baûng chaân lyù L a b S a Tín hieäu vaøo 0 0 0 L 0 L L L L 0 L b Tín hieäu vaøo 0 L L 0 L S Tín hieäu ra 0 Hình 3.29 Phaàn töû NAND 4.2.6. Phaàn töû NOR Sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû NOR ñöôïc trình baøy ôû hình 3.30. a P a S ≥1 b b S Kí hieäu ñieän Kí hieäu logic Kí hieäu thuûy - khí Baûng chaân lyù L Sô ñoà tín hieäu a a b S 0 0 0 L Tín hieäu vaøo 0 L 0 b L L 0 0 0 Tín hieäu vaøo L L 0 S L 0 Tín hieäu ra Hình 3.30 Phaàn töû NOR 41
42. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu 4.2.7. Phaàn töû nhôù Flip-Flop Nhö chuùng ñaõ bieát ôû caùc phaàn töû tröôùc, khi tín hieäu vaøo döôùi daïng xung bò maát thì tín hieäu ra cuõng maát luoân. Phaàn töû naøy coù nhieäm vuï nhôù, coù nghóa laø tín hieäu ra vaãn ñöôïc duy trì cho duø tín hieäu vaøo khoâng coùn nöõa. Hình 3.31 trình baøy sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû nhôù 2 coång vaøo vaø moät coång ra. S S a b a S RC a 1 b b & Kí hieäu ñieän Kí hieäu logic Kí hieäu thuûy - khí Sô ñoà traïng thaùi L Baûng chaân lyù a 0 Tín hieäu vaøo a b S L 0 0 Khoâng ñoåi b Tín hieäu vaøo 0 0 L L L 0 0 S L Tín hieäu ra L L 0 0 Hình 3.32 Phaàn töû nhôù 2 in / 1 out Hình 3.33 trình baøy sô ñoà maïch, baûng chaân lyù, kí hieäu cuûa phaàn töû nhôù 2 coång vaøo vaø hai coång ra. X Y a b Y ≥1 a S ≥1 X b R a S b S Kí hieäu ñieän Kí hieäu logic Kí hieäu thuûy - khí 42
43. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu Sô ñoà traïng thaùi L a Tín hieäu vaøo Baûng chaân lyù 0 L a b X Y b Tín hieäu vaøo 0 0 Khoâng ñoåi 0 0 L L 0 L X Tín hieäu ra L 0 0 L 0 L L L Khoâng ñoåi Tín hieäu ra Y 0 Hình 3.33 Phaàn töû nhôù 2 in / 2 out 4.2.8. Phaàn töû thôøi gian - Phaàn töû thôøi gian môû treã theo chieàu döông : bieåu ñoà thôøi gian vaø kí hieäu moâ taû ôû hình 3.34. A X X P R A t1 Kí hieäu thuûy - khí Bieåu ñoà thôøi gian Hình 3.34 Phaàn töû thôøi gian môû treã theo chieàu döông - Phaàn töû thôøi gian ngaét treã theo chieàu döông : bieåu ñoà thôøi gian vaø kí hieäu moâ taû ôû hình 3.35. A X X A R t P 1 Kí hieäu thuûy khí Bieåu ñoà thôøi gian Hình 3.35 Phaàn töû thôøi gian ngaét treã theo chieàu döông 43
44. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 3 – Caùc phaàn töû ñöa & xöû lyù tín hieäu - Phaàn töû thôøi gian ngaét treã theo chieàu aâm : bieåu ñoà thôøi gian vaø kí hieäu moâ taû ôû hình 3.36. A X X A P R t1 Bieåu ñoà thôøi gian Kí hieäu thuûy khí Hình 3.36 Phaàn töû thôøi gian ngaét treã theo chieàu aâm 44
45. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh CHÖÔNG 4 CAÙC PHAÀN TÖÛ CHAÁP HAØNH Ñoäng cô Ñoäng cô baùnh raêng Ñoäng cô caùnh gaït Ñoäng cô pít toâng Xy lanh Xy lanh löïc Xy lanh quay Moät soá xy lanh ñaëc bieät Baøi taäp 45
46. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh 4.1. ÑOÄNG CÔ Ñoäng cô coù nhieäm vuï bieán ñoåi naêng löôïng theá naêng hay ñoäng naêng cuûa löu chaát thaønh naêng löôïng cô hoïc – chuyeån ñoäng quay. Ñaïi löôïng ñaëc tröng cuûa ñoäng cô laø ñoä lôùn cuûa moâ men xoaén ñoái vôùi hieäu aùp suaát ôû ñöôøng vaøo vaø ñöôøng ra xaùc ñònh vôùi löôïng löu chaát caàn tieâu thuï trong moät voøng quay q, l/ph. Neáu ñoäng cô ñöôïc caáp moät löu löôïng Q, l/ph thì vaän toác quay cuûa noù ñöôïc tính theo coâng thöùc: Q n = η , vg / ph (4.1) q v Coâng suaát maø aùp suaát löu chaát cung caáp cho ñoäng cô ñöôïc tính theo coâng thöùc: Q ()p − p N = 1 2 , kW 0 612 (4.2) Coâng suaát treân truïc ñoäng cô: Q ()p − p N = N .η = 1 2 η , kW (4.3) 0 612 Moâmen xoaén treân truïc quay: N 975Q p − p q ()1 2 (4.4) M =975 = ηc =1,59q( p1 − p 2 )ηc ηtl , kGm n 612Qηv Heä soá coù ích cuûa bôm: η = ηvηtl η (4.5) η,ηv, ηtl, ηc - heä soá coù ích cuûa bôm, heä soá coù ích theå tích, heä soá coù ích thuûy löïc, heä soá coù ích cô khí. p1, p2 – aùp suaát ôû ñöôøng vaøo vaø ñöôøng ra oáng. Q η = T v Q (4.6) QT - löu löôïng thöïc teá; Q – löu löôïng lyù thuyeát. 4.1.1. Ñoäng cô baùnh raêng (gear motor) Ñoäng cô baùnh raêng ñöôïc phaân thaønh 3 loaïi: ñoäng cô baùnh raêng thaúng, ñoäng cô baùnh raêng nghieân, ñoäng cô baùnh raêng chöõ V (hình 4.1). 46
47. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh Cöûa ra a. b. Kí hieäu a. Ñoäng cô quay 1 chieàu b. Ñoäng cô quay 2 chieàu. Cöûa vaøo Hình 4.1 Ñoäng cô baùnh raêng 4.1.2. Ñoäng cô caùnh gaït (rotate motor) Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô caùnh gaït (hình 4.2): löu chaát ñöôïc daãn vaøo cöûa 1, qua raõnh voøng 2 vaøo loã daãn löu chaát 3. Döôùi taùc duïng aùp suaát leân caùnh gaït, roâto quay. Löu chaát ñöôïc thaûi ra ngoaøi baèng loã 8 (neáu laø daàu thì loã 8 ñöôïc noái veà beå daàu, coøn khí neùn thì thaûi ra moâi tröôøng khoâng khí). 1 1. Cöûu noái löu chaát vaøo 2 2. Raõnh voøng 3 3. Loã daãn löu chaát vaøo 4 4. Caùnh gaït 5 5. Roâto 6. Stato 6 7. Loã daãn löu chaát 8. Loã daãn löu chaát thoaùt ra 7 8 Hình 4.2 Ñoäng cô caùnh gaït 4.1.3. Ñoäng cô pít toâng ( Piston motor) Ñoäng cô pít toâng coù khaû naêng laøm kín toát hôn so vôùi bôm caùnh gaït vaø baùnh raêng, bôûi vaäy ñoäng cô pít toâng ñöôïc söû duïng roäng raõi trong caùc heä thoáng thuûy – khí laøm vieäc ôû aùp suaát cao. Phuï thuoäc vaøo vò trí cuûa pít toâng ñoái vôùi roâto, coù theå phaân bieät ñoäng cô höôùng kính vaø höôùng truïc. 47
48. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh 4.1.3.1. Ñoäng cô pít toâng höôùng kính Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô pít toâng höôùng kính ñöôïc moâ taû hình 4.3: löu chaát vaøo khoang 4 taùc ñoäng aùp suaát leân pít toâng 3. Do roâto 5 leäch taâm vôùi stato 2, neân laøm cho roâto 5 quay troøn vaø löu chaát ñöôïc thaûi ra qua khoang 1. 4.1.3.2. Ñoäng cô pít toâng höôùng truïc Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô pít toâng höôùng truïc ñöôïc moâ taû hình 4.4: Caùc pít toâng (1) dòch chuyeån song song vôùi truïc cuûa roâto vaø ñöôïc dòch chuyeån döôùi aùp suaát cuûa löu chaát ôû cöûa vaøo taùc ñoäng leân ñaùy pít toâng. Khi pít toâng dòch chuyeån taïo cho roâto (2) quay xung quanh stato (5) vaø do roâto ñöôïc noái ñóa truïc quay (4) taïo ra chuyeån ñoäng quay ôû truïc (3). 1 2 1 3 4 5 α 3 2 4 5 Hình 4.3 Ñoäng cô pít toâng höôùng kính Hình 4.4 Ñoäng cô pít toâng höôùng truïc Hình 4.5 Hình daùng Ñoäng cô caùnh gaït Hình 4.6 Ñoäng cô pít toâng höôùng kính Ví duï: Moät ñoäng cô daàu coù theå tích trong moät voøng quay laø 300cm3 vaø toác ñoä quay 200 rev/min vôùi toån thaát aùp suaát laø 200 bar. Hieäu suaát theå tích laø 90% vaø hieäu suaát cô khí laø 95%. Tính coâng suaát cuûa ñoäng cô. 48
49. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh - Hieäu suaát chung cuûa ñoäng cô : η0 = 0.9*0.95 = 0.855 - Löu löôïng lyù thuyeát cung caáp cho ñoäng cô laø: 300 Qt = *200 = 60l / min 1000 - Löu löôïng thaät cuûa löu chaát vaøo ñoäng cô: Qm = 60/ηv = 60/0.9 = 66.7 l/min - Moâmen lyù thuyeát laø: Tt = DmPm/2π D P 300 *10−6 *200 *105 m m Tt = = =955 Nm 2π 2π - Moâ men thöïc teá: Tm = Tt * ηt = 955*0.95 = 907 Nm - Coâng suaát thöïc teá ñaàu ra: Hm = 2π* nm * T 200 = 2π ( )*907 =18996 Nm / s =19 kW 60 Ta coù theå tính toaùn baèng caùch khaùc: - Coâng suaát ñaàu ra lyù thuyeát cuûa ñoäng cô: Q * P 66.7*200 H = = = 22.23kW t 600 600 - Coâng suaát ñaàu ra thöïc cuûa ñoäng cô: Hm = Ht*η0 = 22.23*0.855 = 19 kW 4.2. XY LANH Xy lanh coù nhieäm vuï bieán ñoåi naêng löôïng theá naêng hay ñoäng naêng cuûa löu chaát thaønh naêng löôïng cô hoïc – chuyeån ñoäng thaúng hoaëc chuyeån ñoäng quay( goùc quay <360o). Thoâng thöôøng xy lanh ñöôïc laép coá ñònh, pít toâng chuyeån ñoäng. Moät soá tröôøng hôïp coù theå pít toâng coá ñònh, xy lanh chuyeån ñoäng. Pít toâng baét ñaàu chuyeån ñoäng khi löïc taùc ñoäng moät trong hai phía cuûa noù( löïc aùp suaát, loø xo hoaëc cô khí) lôùn hôn toång caùc löïc caûn coù höôùng ngöôïc laïi chieàu chuyeån ñoäng ( löïc ma saùt, phuï taûi, loø xo, thuûy ñoäng, löïc ì ). Xy lanh löïc ñöôïc chia laøm hai loaïi: xy lanh löïc vaø xy lanh quay. Trong xy lanh löïc, chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa pít toâng vôùi xy lanh laø chuyeån ñoäng tònh tieán. Trong xy lanh quay chuyeån ñoäng giöõa pít toâng vôùi xy lanh laø chuyeån ñoäng quay. Goùc quay thöôøng nhoû hôn 3600. 49
50. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh 4.2.1. Xy lanh löïc 4.2.1.1. Xy lanh taùc duïng ñôn AÙp löïc taùc ñoäng vaøo xy lanh ñôn chæ ôû moät phía, phía ngöôïc laïi laø do loø xo taùc ñoäng hoaëc laø ngoaïi löïc taùc ñoäng (hình 4.7). 1 253 4 6 1: cöûa vaøo löu chaát 2: Thaân xy lanh d 3: Voøng chaén daàu D 4: Pít toâng Kí hieäu 5: Loø xo Hình 4.7 Xy lanh taùc ñoäng ñôn 4.2.1.2. Xy lanh maøng Xy lanh maøng hoaït ñoäng nhö xy lanh taùc duïng ñôn (hình 4.8). Xy lanh maøng coù haønh trình dòch chuyeån lôùn nhaát (hmax = 80) neân ñöôïc duøng trong ñieàu khieån, ví duï trong coâng nghieäp oâ toâ (ñieàu khieån thaéng, li hôïp ), trong coâng nghieäp hoùa chaát (ñoùng môû van). Chuù yù: xy lanh maøng chæ ñöôïc söû duïng trong ñieàu khieån khí neùn. aùp suaát p maøng pít toâng Hình 4.8 Xy lanh maøng Tính toaùn löïc ñaåy cuûa pít toâng: F = A.pg – Ff - Fs (4.7) Trong ñoù: F [N} löïc taùc duïng leân pít toâng D2.π A= [cm2 ] Dieän tích pít toâng 4 D [cm} Ñöôøng kính pít toâng Pg [bar] AÙp suaát khí neùn trong xy lanh Ff [N] Löïc ma saùt, phuï thuoäc vaøo chaát löôïng beà maët giöõa pít toâng vaø xy lanh, vaän toác chuyeån ñoäng pít toâng, 50
51. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh loaïi voøng ñeäm. Fs [N] Löïc caên loø xo. 4.2.1.3. Xy lanh taùc duïng keùp AÙp löïc taùc ñoäng vaøo xy lanh keùp theo hai phía (hình 4.9). 1. Piston 7. Naép xy lanh 2. Ñeäm kín piston 8, 13. Cöûa löu chaát 3. Truïc piston 9. Thaân xy lanh 4. Daãn höôùng truïc 10. Buoàng truïc 5.Ñeäm kín truïc 11. Buoàng piston 6. voøng chaén buïi 12. Ñeá xy lanh Hình 4.9 Xy lanh taùc ñoäng keùp Hình 4.11 Xy lanh khí neùn Hình 4.10 Hình caét khoâng Coù truïc daãn höôùng gian cuûa xy lanh khí neùn Neáu khoâng tính ñeán löïc ma saùt, löïc chuyeån ñoäng treân caàn pít toâng ñöôïc tính theo coâng thöùc: F = p.A (4.8) P – aùp suaát chaát loûng; A – dieän tích laøm vieäc cuûa pít toâng. Dieän tích laøm vieäc cuûa pít toâng phía khoang pít toâng ñöôïc tính theo: πD 2 A = (4.9) 4 D – ñöôøng kính cuûa pít toâng ñoàng thôøi cuõng laø ñöôøng kính trong cuûa xy lanh. Ñoái vôùi khoang caàn, dieän tích laøm vieäc cuûa pít toâng ñöôïc tính theo coâng thöùc: π( D 2 −d 2 ) A = (4.10) 4 51
52. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh d – ñöôøng kính caàn pít toâng. Theå tích laøm vieäc cuûa xy lanh ñöôïc tính theo coâng thöùc: F V = A.H= H (4.11) p H – laø khoaûng chaïy cuûa pít toâng. Vaän toác chuyeån ñoäng cuûa pít toâng phuï thuoäc vaøo löu löôïng Q vaø dieän tích laøm vieäc F cuûa pít toâng. Neáu khoâng keå ñeán roø ræ: Q v = (4.12) A Ví duï: Cho cô caáu eùp thuûy löïc nhö hình 4.12. Haõy tính Löïc taùc duïng (F) vaø thôøi gian (t) cuûa haønh trình eùp. D = 50 mm q = 8 l/ph p1 = 15 bar H = 250 mm p2 = 10 bar d = 25 mm Hình 4.12 – Cô caáu eùp Giaûi: 1. Goïi F laø löïc taùc duïng leân piston. Phöông trình caân baèng löïc: F + F + F = 0 1 2 Suy ra: F = F1 – F2 πD 2 πD 2 πd 2    = p1 − −  p2 4  4 4  5πD 2 10πd 2 5π (0.05) 2 10π (0.025) 2 = + = + =1470(N) 4 4 4 4 2. Thôøi gian t cuûa haønh trình eùp. Goïi v laø vaän toác cuûa piston eùp L Ta coù: Q =v.A = A 1 t 1 L * A 2.5*π *(0.5) 2 *60 Suy ra: t = 1 = =3.68(s) Q 8* 4 52
53. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh 4.2.1.4. Xy lanh quay Xy lanh quay coù khaû naêng taïo moâmen quay raát lôùn. Goùc quay phuï thuoäc vaøo soá caùnh gaït cuûa truïc. Ñoái vôùi xy lanh coù moät caùnh gaït, goùc quay coù theå ñaït 270 – 2800 (hình 4.12). Khí vaøo Khí vaøo d D Hình 4.12 xy lanh quay thuûy Hình 4.13 Xy lanh quay khí Hình 4.14 Keát caáu xy lanh quay khí neùn Giaù trò lyù thuyeát moâmen quay M vaø vaän toác goùc treân truïc xy lanh coù theå tính theo coâng thöùc: ∆p(D − d)b D + d ∆p.b M = P.R =∆p.F.R = . = .()D 2 −d 2 (4.13) 2 4 8 8Q ω= b()D 2 −d 2 (4.14) Trong ñoù: P – löïc aùp suaát taùc ñoäng leân caùnh gaït; R – khoaûng caùch töø troïng taâm dieän tích laøm vieäc cuûa caùnh gaït ñeán taâm quay; ∆p – cheânh leäch aùp suaát giöõa hai phía caùnh gaït; 53
54. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh F – dieän tích laøm vieäc cuûa caùnh gaït; D – ñöôøng kính trong cuûa xy lanh; d – ñöôøng kính cuûa truïc laép caùnh gaït; b – chieàu roäng caùnh gaït ( theo chieàu daøi xy lanh). Neáu söû duïng nhieàu caùnh gaït thì moâ men quay seõ taêng vôùi soá laàn baèng soá caùnh gaït, nhöng goùc quay seõ giaûm vôùi soá laàn nhö theá. 8Q Z.∆p.b 2 2 ω = M = .()D − d 2 2 8 Z.b()D − d Z – soá caùnh gaït. Ví duï: Moät tay maùy moät khaâu duøng ñeå gaép saûn phaåm coù khoái löôïng m = 100 kG töø moät baêng taûi naøy sang moät baêng taûi khaùc vôùi m Thaân tay maùy (khaâu) goùc quay laø 1800. Chieàu daøi cuûa caùnh tay L = 750mm, troïng löôïng cuûa caùnh tay mr = 25kG. Cho bieát söû duïng xy lanh quay thuûy löïc vôùi caùc thoâng soá:D = 100mm; d = 35mm; b = Khôùp xoay tay maùy noái vôùi truïc ñoäng cô 80mm. Ñoä cheânh aùp suaát daàu giöõa caùc caùnh gaït laø bao nhieâu? Giaûi: - Troïng löôïng cuûa khoái löôïng m: Pm = mg = 100 * 9.81 = 981 N - Troïng löôïng cuûa thaân tay maùy : Pt = mtg = 25* 9.81 = 245.25 N - Moâmen truïc quay M = L*m + mt*L/2 = 0.75*981 + 0.375*245.25 = 827.72 Nm - Ñoä cheânh aùp ñöôïc xaùc ñònh: 8M 8*827.72 ∆p = = = 47.2bar Z *b*(D 2 − d 2 ) 2*0.08*[(0.1)2 − (0.035)2 ] 4.3. MOÄT SOÁ XY LANH ÑAËC BIEÄT. 4.3.1. Xy lanh loàng Xy lanh loàng laø moät loaïi xy lanh löïc goàm nhieàu xy lanh vaø pít toâng loàng ñoàng taâm vôùi nhau. Khoaûng chaïy cuûa xy lanh loàng laø baèng toång khoaûng chaïy cuûa caùc pít toâng. Xy lanh ñöôïc söû duïng trong caùc tröôøng hôïp caàn khoaûng chaïy lôùn nhöng khoâng gian khoâng cho pheùp laép ñaët moät xy lanh daøi. 54
55. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh Hình 4.15 sô ñoà keát caáu xy lanh 1 2 3 4 5 loàng hai xy lanh. Khoang trong cuûa caàn 2 pít toâng lôùn 5 laø xy lanh cuûa pít toâng 4. Caàn 1 cuûa pít toâng 4 noái vôùi phuï taûi. Khi caáp chaát loûng coù aùp suaát vaøo khoang phaûi e xy lanh 3, chaát loûng seõ ñoàng thôøi D2 D1 ñi qua loã 6 vaøo khoang c cuûa xy lanh beù D4 2. Do taùc ñoäng cuûa chaát loûng coù aùp suaát, caû hai pí toâng 4 vaø 5 seõ chuyeån ñoäng sang traùi. 4.3.2 Xy lanh coù haõm cuoái khoaûng a b chaïy c e ÔÛ giai ñoaïn cuoái khoaûng chaïy, khi Hình 4.15 Xy lanh loàng pít toâng chaïm leân beà maët ñaàu cuûa xy lanh coù theå gaây ra va ñaäp neáu vaän toác dòch chuyeån cuûa pít toâng lôùn, ñaëc bieät ñoái vôùi nhöõng pít toâng xy lanh coù khoái löôïng lôùn. Ñeå traùnh hieän töôïng naøy, ôû cuoái haønh trình pít toâng moät soá xy lanh ñöôïc laép ñaët theâm phaàn töû giaûm chaán ôû cuoái haønh trình (hình 4.16). 4.3.3. Xy lanh coù vò trí pít toâng trung gian. Hình 4.17 sô ñoà keát caáu xy lanh coù vò trí trung gian cuûa pít toâng. Xy lanh coù hai pí toâng, pít toâng thöù nhaát coù ñöôøng kính D1, noái vôùi caàn 4, d D coøn pít toâng thöù hai coù ñöôøng kính D2 tröôït töï do trong xy lanh 1 vaø treân caàn 5. Khi caáp chaát loûng vaøo khoang a; ôû giai ñoaïn ñaàu cuûa chuyeån ñoäng, Giaûm chaán πD 2 πd 2 π (D 2 − d 2 ) Hình 4.16 Xy lanh coù giaûm chaán F = 2 ; f = 2 ; F = 1 1 ; 2 4 2 4 1 4 dieän tích laøm vieäc cuûa pít toâng laø F2 ; sau 1 2 3 4 khi pít toâng 2 dòch chuyeån ñeán cöõ cuûa xy lanh, dieän tích laøm vieäc seõ coøn laø f2. Khi caáp chaát loûng vaøo khoang b, dieän tích laøm vieäc laø F1. d1 d2 D1 D2 a b Hình 4.17 Xy lanh coù vò trí Hình 4.18 Hình daùng xy lanh trung gian cuûa pít toâng. thuûy löïc 55
56. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 4 – Caùc phaàn töû chaáp haønh BAØI TAÄP CHÖÔNG 4 Baøi 1: Cho cô caáu xy lanh truyeàn löïc nhö hình BT4.1 Vôùi: Q = 16l/min D = 120mm F d = 40mm p = 25 bar 1. Xaùc ñònh löïc taùc duïng leân piston. 2. Xaùc ñònh vaän toác cuûa caàn piston. Hình BT4.1 Baøi 2: Cho xy lanh truyeàn löïc coù piston baäc nhö hình BT4.2 Vôùi: Q = 25l/min D = 160mm 2 3 d = 80mm D1 = 100mm 1 D p = 35 bar Dd 1 1. Xaùc ñònh vaän toác vaø löïc ñaåy cuûa piston trong caùc tröôøng hôïp sau: Hình BT4.2 - Khi caáp chaát loûng vaøo cöûa soá 1 - Khi caáp chaát loûng vaøo cöûa soá 2 - Khi caáp chaát loûng vaøo cöûa soá 1 vaø 2 - Khi caáp chaát loûng vaøo cöûa soá 3 2. Ñöa ra nhaän xeùt. OÂ toâ Baøi 3: Ngöôøi ta duøng moät xy lanh thuûy löïc ñeå naâng moät chieác oâ toâ (hình BT4.3) coù troïng löôïng 1000 kG leân khoûi maët ñaát ñeå baûo döôõng vôùi vaän toác naâng laø 800mm/min. Cho ñöôøng kính cuûa piston D = 0.25m. Xaùc ñònh aùp suaát vaø löu löôïng cuûa daàu taùc duïng. D Baøi 4: Hình BT4.3 Moät xy lanh thuûy löïc coù ñöôøng kính xy lanh 200mm vaø ñöôøng kính piston 140mm. Vaän toác piston duoãi ra laø 5m/min, tính: 1. Giaù trò löu löôïng cung caáp (QE) 2. Giaù trò löu löôïng cuûa buoàng xaû khi duoãi (qE) 3. Vaän toác giaät luøi cuûa piston vôùi löu löôïng QE 4. Giaù trò löu löôïng buoàng xaû giaät luøi (QR) 56
57. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh CHÖÔNG V CAÙC PHAÀN TÖÛ ÑIEÀU KHIEÅN - ÑIEÀU CHÆNH Cô caáu chænh aùp Cô caáu chænh löu Van an toaøn Van tieát löu Van traøn Boä oån toác Van ñieàu chænh aùp suaát Cô caáu chænh höôùng Rôle aùp suaát Van moät chieàu Van ñaûo chieàu Van tuyeán tính 57
58. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh Trong heä thoáng ñieàu khieån khí neùn – thuûy löïc, ngoaøi cô caáu bieán ñoåi naêng löôïng, phaàn töû ñöa tín hieäu vaø xöû lyù tín hieäu ra, coøn coù nhieàu cô caáu ñieàu khieån vaø ñieàu chænh laøm caùc nhieäm vuï khaùc nhau. Tuøy thuoäc vaøo nhieäm vuï cuûa heä thoáng maø caùc cô caáu naøy chia ra laøm 3 loaïi chuû yeáu: Cô caáu chænh aùp Cô caáu chænh löu löôïng Cô caáu chænh höôùng 5.1. CÔ CAÁU CHÆNH AÙP Cô caáu chænh aùp duøng ñeå ñieàu chænh aùp suaát, coù theå coá ñònh hoaëc taêng hoaëc giaûm trò soá aùp suaát trong heä thoáng truyeàn ñoäng khí neùn – thuûy löïc. Cô caáu chænh aùp coù caùc loaïi phaàn töû sau: 5.1.1. Van an toaøn Van an toaøn coù nhieäm vuï giöõ aùp suaát lôùn nhaát maø heä thoáng coù theå taûi. Khi aùp suaát lôùn hôn aùp suaát choù pheùp cuûa heä thoáng thì doøng aùp suaát löu chaát seõ thaéng löïc loø xo, vaø löu chaát seõ theo cöûa T ra ngoaøi khoâng khí neáu laø khí neùn, coøn laø daàu thì seõ chaûy veà laïi thuøng chöùa daàu (hình 5.1). P T Kí hieäu Hình 5.1 Van an toaøn 5.1.2. Van traøn Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa van traøn töông töï nhö van an toaøn. Chæ khaùc ôû choå khi aùp suaát cöûa P ñaït ñeán giaù trò xaùc ñònh, thì cöûa P noái vôùi cöûa A, noái vôùi heä thoáng ñieàu khieån (hình 5.2). P A Hình 5.2 Kí hieäu van traøn 5.1.3. Van ñieàu chænh aùp suaát ( van giaûm aùp) Trong moät heä thoáng ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc moät bôm taïo naêng löôïng phaûi cung caáp naêng löôïng cho nhieàu cô caáu chaáp haønh coù aùp suaát khaùc nhau. Trong tröôøng hôïp 58
59. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh naøy ta phaûi cho bôm laøm vieäc vôùi aùp suaát lôùn nhaát vaø duøng van giaûm aùp ñaët tröôùc cô caáu chaáp haønh ñeå giaûm aùp suaát ñeán moät trò soá caàn thieát. P1 P2 Kí hieäu Hình 5.3 Van giaûm aùp 5.1.4. Rôle aùp suaát. Rôle aùp suaát thöôøng duøng trong heä thoáng khí neùn – thuûy löïc cuûa caùc maùy töï ñoäng vaø baùn töï ñoäng. Phaàn töû naøy ñöôïc duøng nhö laø moät cô caáu phoøng quaù taûi, töùc laø coù nhieäm vuï ñoùng hoaëc môû caùc coâng taéc ñieän, khi aùp suaát trong heä thoáng vöôït quaù giôùi haïn nhaát ñònh vaø do ñoù laøm ngöng hoaït ñoäng cuûa heä thoáng. Vì ñaëc ñieåm ñoù neân phaïm vi söû duïng cuûa rôle aùp suaát ñöôïc duøng raát roäng raõi, nhaát laø trong phaïm vi ñieàu khieån. Nguyeân lyù hoaït ñoäng, caáu taïo vaø kí hieäu cuûa rôle aùp suaát moâ taû ôû hình 5.4. Trong heä thoáng ñieàu khieån ñieän - khí neùn, rôle aùp suaát coù theå coi laø phaàn töû chuyeån ñoåi tín hieäu khí neùn – ñieän. Trong thuûy löïc noù laø paàhn töû chuyeån ñoåi tín hieäu daàu – ñieän. 5 1 2 3 4 Kí hieäu Hình 5.4 Rôle aùp suaát 5.2. CÔ CAÁU CHÆNH LÖU Cô caáu chænh löu löôïng ñeå xaùc ñònh löôïng löu chaát chaûy qua noù trong moät ñôn vò thôøi gian vaø nhö vaäy seõ laøm thay ñoåi vaän toác dòch chuyeån cuûa cô caáu chaáp haønh trong heä thoáng löu chaát laøm vieäc vôùi bôm taïo naêng löôïng vôùi löu löôïng coá ñònh. 5.2.1. Van tieát löu 59
60. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh Van tieát löu ñieàu chænh löu löôïng löu chaát. Van tieát löu coù theå ñaët ôû ñöôøng vaøo hoaëc ñöôøng ra cuûa cô caáu chaáp haønh . Hình 5.5 moâ taû van tieát löu ñöôïc laép ôû ñöôøng ra cuûa xy lanh daàu. Löu löôïng chaûy qua moät khe hôû coù tieát dieän chaûy laø Ax vaø hieäu aùp: ∆p = p2 – p3 ñöôïc tính theo coâng thöùc: Ñoái vôùi daàu: 2.∆p Q = µ.Ax (5.1) ρ1 Ñoái vôùi khí neùn: 2.∆p (5.2) Q =ε.µ.Ax ρ1 Hình 5.5 Trong ñoù: µ - Heä soá löu löôïng; 3 ρ1 – Khoái löôïng rieâng cuûa khí, daàu [Kg/m ] ε - Heä soá giaõn nôû cuûa khí 2 Ax – Tieát dieän khe hôû cuûa van [m ] ∆p – AÙp suaát tröôùc vaø sau khe hôû [N/m2] 5.2.1.1. Van tieát löu coù tieát dieän thay ñoåi Löu löôïng doøng chaûy qua khe hôû cuûa van coù tieát dieän khoâng thay ñoåi, ñöôïc kí hieäu nhö treân hình 5.6 Hình 5.6 Kí hieäu van tieát löu coù tieát dieän khoâng thay ñoåi Van tieát löu coù tieát dieän thay ñoåi ñieàu chænh doøng löu löôïng qua van. Hình 5.7 moâ taû nguyeân lyù hoaït ñoäng vaø kí hieäu van tieát löu coù tieát dieän thay ñoåi, tieát löu ñöôïc caû hai chieàu, doøng löu chaát ñi töø A qua B vaø ngöôïc laïi. P1 A B A Kí hieäu Ax Q P2 B Hình 5.7 Van tieát löu 2 chieàu 60
61. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh 5.2.1.2. Van tieát löu moät chieàu ñieàu chænh baèng tay. Hình 5.8 trình baøy nguyeân lyù vaø kí hieäu cuûa van tieát löu moät chieàu. Doøng löu chaát seõ ñi töø A qua B coøn chieàu ngöôïc laïi thì van moät chieàu bò môû ra döôùi taùc duïng cuûa aùp suaát doøng löu chaát, do ñoù chieàu naøy khoâng ñaûm baûo ñöôïc tieát löu. A B B Kí hieäu A Hình 5.8 Van tieát löu 1 chieàu 5.2.2. Boä oån toác Boä oån toác laø cô caáu ñaûm baûo hieäu aùp khoâng ñoåi khi giaûm aùp, do ñoù ñaûm baûo moät löu löôïng khoâng ñoåi khi chaûy qua van, töùc laø laøm cho vaän toác dòch chuyeån cuûa píttoâng xilanh gaàn nhö khoâng ñoåi. Keát caáu cuûa boä oån toác goàm moät van giaûm aùp vaø moät van tieát löu (hình 5.9). F A F R p 1 A p p p 2 A p 1 2 3 k 0 p 2 1 Kí hieäu p 3 B Hình 5.9 Boä oån toác Ñieàu kieän ñeå boä oån toác coù theå laøm vieäc laø: p0 > p1 > p2 > p3 vaø phöông trình caân baèng löïc treân noøng van 2 ñöôïc vieát nhö sau: p2.Ak = p3.Ak + FF do ñoù: 61
62. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh FF ∆p = p2 − p 3 = AK Löu löôïng chaûy qua van tieát löu, theo coâng thöùc (5.1) cuûa van tieát löu coù theå vieát: 2FF Q = µ.Ax gAk Neáu nhö ta khoâng ñoåi tieát dieän chaûy Ax cuûa van tieát löu, thì caùc haèng soá coù theå ruùt goïn thaønh trò soá k, coâng thöùc treân coù theå vieát: Q = k FF Töø coâng thöùc treân cho thaáy raèng löu löôïng chaûy qua boä oån toác laø haøm soá cuûa löïc loø xo FF . Cho neân, vieäc löïc choïn thích hôïp löïc loø xo seõ aûnh höôûng raát nhieàu ñeán tính naêng laøm vieäc cuûa boä oån toác. 5.3. CÔ CAÁU ÑIEÀU KHIEÅN Cô caáu ñieàu khieån laø loaïi cô caáu ñieàu khieån duøng ñeå ñoùng, môû, noái lieàn hoaëc ngaên caùch caùc ñöôøng daãn daàu veà nhöõng boä phaän töông öùng cuûa heä thoáng khí neùn – thuûy löïc. Cô caáu chænh höôùng thöôøng duøng caùc loaïi sau ñaây: 5.3.1. Van moät chieàu Van moät chieàu duøng ñeå ñieàu khieån doøng naêng löôïng ñi theo moät höôùng, höôùng coøn laïi doøng naêng löôïng bò chaën laïi. Trong heä thoáng ñieàu khieån khí neùn – thuûy löïc van moät chieàu thöôøng ñaët ôû nhieàu vò trí khaùc nhau tuøy thuoäc vaøo nhöõng muïc ñích khaùc nhau (hình 5.10). Flow in No flow Kí hieäu Hình 5.10 Van moät chieàu 5.3.2. Van ñaûo chieàu Van ñaûo chieàu laø cô caáu chænh höôùng coù nhieäm vuï ñieàu khieån doøng naêng löôïng ñi qua van chuû yeáu baèng caùch ñoùng, môû hay chuyeån ñoåi vò trí ñeå thay ñoåi höôùng cuûa doøng naêng löôïng. Caùc thaønh phaàn ñöôïc moâ taû ôû hình 5.11. 62
63. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh Cöûa naêng löôïng vaøo cô caáu chaáp haønh Tín hieäu Van chænh taùc ñoäng höôùng Cöûa xaû Nguoàn naêng löôïng Hình 5.11 Caùc thaønh phaàn van chænh höôùng 5.3.2.1. Tín hieäu taùc ñoäng Neáu kí hieäu loø xo naèm ngay phía beân phaûi cuûa kí hieäu van ñaûo chieàu, thì van ñaûo chieàu ñoù coù vò trí “khoâng”, vò trí ñoù laø oâ vuoâng naèm beân phaûi cuûa kí hieäu van ñaûo chieàu vaø ñöôïc kí hieäu laø “0”. Ñieàu ñoù coù nghóa laø chöøng naøo chöa coù löïc taùc ñoäng vaøo pít toâng tröôït trong noøng van, thì loø xo taùc ñoäng vaãn giöõ ôû vi trí ñoù. Taùc ñoäng vaøo laøm thay ñoåi tröïc tieáp hay giaùn tieáp pít toâng tröôït laø caùc tín hieäu sau (hình 5.12): • Taùc ñoäng baèng tay Nuùt baám Nuùt nhaán toång quaùt Tay gaït Baøn ñaïp • Taùc ñoäng baèng cô Ñaàu doø Cöõ chaën baèng con laên taùc ñoäng 2 chieàu Cöõ chaën baèng con laên taùc ñoäng 1 chieàu Loø xo Nuùt nhaán coù raõnh ñònh vò 63
64. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh • Taùc ñoäng baèng khí vaø daàu Tröc tieáp baèng doøng khí – daàu vaøo Tröïc tieáp baèng doøng khí – daàu ra Giaùn tieáp baèng doøng khí – daàu vaøo qua van phuï Giaùn tieáp baèng doøng khí – daàu ra qua van phuï • Taùc ñoäng baèng ñieän Tröïc tieáp Baèng nam chaâm ñieän vaø van phuï trôï Hình 5.12 Tín hieäu taùc ñoäng 5.3.2.2. Kí hieäu van ñaûo chieàu Van ñaûo chieàu coù raát nhieàu daïng khaùc nhau, nhöng döïa vaøo ñaëc ñieåm chung laø soá cöûa, soá vò trí vaø soá tín hieäu taùc ñoäng ñeå phaân bieät chuùng vôùi nhau (hình 5.13): - Soá vò trí: laø soá choã ñònh vò con tröôït cuûa van. Thoâng thöôøng van ñaûo chieàu coù hai hoaëc ba vò trí; ôû nhöõng tröôøng hôïp ñaëc bieät thì coù theå nhieàu hôn. Thöôøng kí hieäu: baèng caùc chöõ caùi o, a, b, hoaëc caùc con soá 0,1, 2, - Soá cöûa ( ñöôøng): laø soá loã ñeå daãn khí hoaëc daàu vaøo hay ra. Soá cöûa cuûa van ñaûo chieàu thöôøng duøng laø 2, 3, 4, 5. Ñoâi khi coù theå nhieàu hôn. Thöôøng kí hieäu: Cöûa noái vôùi nguoàn : P Cöûa noái laøm vieäc: A, B, C Cöûa xaû löu chaát: R, S, T - Soá tín hieäu: laø tín hieäu kích thích con tröôït chuyeån töø vò trí naøy sang vò trí khaùc. Coù theå laø 1 hoaëc 2. Thöôøng duøng caùc kí hieäu: X, Y, a A B b X T P R Hình 5.13 Kí hieäu van ñaûo chieàu 64
65. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh 5.3.2.3. Moät soá van ñaûo chieàu thoâng duïng Van coù taùc ñoäng baèng cô – loø xo leân noøng van vaø kí hieäu loø xo naèm ngay vò trí beân phaûi cuûa kí hieäu van ta goïi ñoù laø vò trí “khoâng”. Taùc ñoäng tín hieäu leân phía ñoái dieän noøng van ( oâ vuoâng phía beân traùi kí hieäu van) coù theå laø tín hieäu baèng cô, khí neùn, daàu hay ñieän. Khi chöa coù tín hieäu taùc ñoäng leân phía beân traùi noøng van thì luùc naøy taát caû caùc cöûa noái cuûa van ñang ôû vò trí oâ vuoâng naèm beân phaûi, tröôøng hôïp coù giaù trò ñoái vôùi van ñaûo chieàu hai vò trí. Ñoái vôùi van ñaûo chieàu 3 vò trí thì vò trí “ khoâng “ dó nhieân laø naèm oâ vuoâng ôû giöõa. Van ñaûo chieàu 2/2 Hình 5.14 laø van coù 2 cöûa noái P vaø A, 2 vò trí 0 vaø 1. Vò trí 0 cöûa P vaø cöûa A bò chaën. Neáu coù tín hieäu taùc ñoäng vaøo, thì vò trí 0 seõ chuyeån sang vò trí 1, nhö vaäy cöûa P vaø cöûa A noái thoâng vôùi nhau. Neáu tín hieäu khoâng coøn taùc ñoäng nöõa, thì van seõ chuyeån töø vò trí 1 veà vò trí 0 ban ñaàu, vò trí “ khoâng “ baèng löïc neùn loø xo. A A A P P P Kí hieäu Hình 5.14 Van 2/2 Van ñaûo chieàu 3/2 Hình 5.15 laø coù 3 cöûa vaø 2 vò trí. Cöûa P noái vôùi nguoàn naêng löôïng, cöûa A noái vôùi buoàng xilanh cô caáu chaáp haønh, cöûa T cöûa xaû. Khi con tröôït di chuyeån sang traùi cöûa P thoâng vôùi cöûa A. khi con tröôït di chuyeån sang phaûi thì cöûa A thoâng vôùi cöûa T xaû daàu veà thuøng hoaëc laø xaû khí ra moâi tröôøng. Van naøy thöôøng duøng ñeå laøm Rôle daàu eùp hoaëc khí neùn. A A Kí hieäu P T P T Hình 5.15 Van 3/2 Van ñaûo chieàu 4/2 Hình 5.16 laø van coù 4 cöûa vaø 2 vò trí. Cöûa P noái vôùi nguoàn naêng löôïng; cöûa A vaø cöûa B laép vaøo buoàng traùi vaø buoàng phaûi cuûa xilanh cô caáu chaáp haønh; cöûa T laép ôû cöûa ra ñöa naêng löôïng veà thuøng ñoái vôùi daàu, coøn thaûi ra moâi tröôøng xung quanh ñoái vôùi khí neùn. 65
66. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh Khi con tröôït cuûa van di chuyeån qua phaûi cöûa P thoâng vôùi cöûa A naêng löôïng vaøo xilanh cô caáu chaáp haønh, naêng löôïng ôû buoàng ra xilanh qua cöûa B noái thoâng vôùi cöûa T ra ngoaøi. Ngöôïc laïi khi con tröôït cuûa van di chuyeån qua traùi, cöûa P thoâng vôùi cöûa B vaø cöûa A thoâng vôùi cöûa xaû T. A B A B A B P T T Kí hieäu P PT Hình 5.16 Van 4/2 Hình 5.17 moâ taû van 4/2 taùc ñoäng maëc ñònh laø löïc ñaåy loø xo vaø tín hieäu taùc ñoäng phía coøn laïi laø cuoän coil ñieän vaø coù caû nuùt nhaán phuï. Van ñaûo chieàu 5/2 Hình 5.18 laø van coù 5 cöûa 2 vò trí. Cöûa P laø cung caáp nguoàn naêng löôïng, cöûa A laép vôùi buoàng beân traùi xilanh cô caáu chaáp haønh, cöûa B laép vôùi buoàng beân phaûi cuûa xi lanh cô caáu chaáp haønh, cöûa T vaø cöûa R laø cöûa xaû naêng löôïng. Khi con tröôït van di chuyeån qua phaûi, cöûa P thoâng vôùi cöûa A, cöûa B thoâng vôùi cöûa T. Khi con tröôït cuûa van di chuyeån qua traùi, cöûa P thoâng vôùi cöûa B, cöûa A thoâng vôùi cöûa R. 1. Píttoâng 2. Loø xo 3. Voû van 4. Cuoän solenoid 5. Loõi Kí hieäu Hình 5.17 Van 4/2, 1 side (coil) 66
67. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh A B A B R P T Kí hieäu R P T Hình 5.18 Van 5/2 • Van ñaûo chieàu 4/3 Van 4/3 laø van coù 4 cöûa 3 vò trí. Cöûa A, B laép vaøo buoàng laøm vieäc cuûa xilanh cô caáu chaáp haønh, cöûa P noái vôùi nguoàn naêng löôïng, cöûa T xaû veà thuøng ñoái vôùi daáu hoaëc ra moâi tröôøng ñoái vôùi khí. Hình 5.19 moâ taû van 4/3 coù vò trí trung gian naèm ôû giöõa do söï caân baèng löïc caên loø xo ôû hai vò trí traùi vaø vò trí phaûi cuûa van. Söï di chuyeån vò trí con tröôït (píttoâng) sang traùi hoaëc sang phaûi baèng tín hieäu taùc ñoäng baèng ñieän vaøo hai cuoän solenoid hoaëc coù theå laø nuùt nhaán phuï ôû hai ñaàu. 1. Píttoâng 5. Solenoid phaûi ÔÛ vò trí trung gian naêng löôïng 2. Voû van 6. Solenoid traùi vaøo cöûa P bò chaën laïi, cöûa A, cöûa 3. Loø xo phaûi 7. Loõi phaûi B bò ñoùng neân xilanh cô caáu 4. Loø xo traùi 8. Loõi traùi Kí hieäu chaáp haønh khoâng di chuyeån. Khi taùc ñoäng tín hieäu ñieän vaøo Hình 5.19 - Van ñaûo chieàu 4/3 taùc ñoäng ñieän 2 ñaàu solenoid phaûi, píttoâng(1) di chuyeån sang traùi, cöûa P thoâng vôùi cöûa A, cöûa P thoâng vôùi cöûa T. Ngöôïc laïi taùc ñoäng tín hieäu ñieän vaøo solenoid traùi, píttoâng(1) di chuyeån sang phaûi, cöûa P thoâng vôùi cöûa B, cöûa A thoâng vôùi cöûa T. Hình 5.20 moâ taû van 4/3 coù vò trí trung gian an toaøn. Vò trí trung gian Kí hieäu cöûa P bò ñoùng, cöûa laøm vieäc A, B thoâng vôùi Hình 5.20 Van 4/3 vò trí trung gian an toaøn cöûa T. 67
68. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh Hình 5.21 moâ taû van 4/3 vò trí trung gian coù cöûa P noái vôùi T. Kí hieäu Hình 5.21 Van 4/3 vò trí trung gian coù cöûa P noái vôùi T Van ñaûo chieàu 5/3 Van 5/3 coù 5 cöûa vaø 3 vò trí. Cöûa A, B laép vaøo buoàng laøm vieäc cuûa xilanh cô caáu chaáp haønh, cöûa P noái vôùi nguoàn naêng löôïng, cöûa T xaû veà thuøng ñoái vôùi daáu hoaëc ra moâi tröôøng ñoái vôùi khí. Hình 5.22 laø kí hieäu cuûa van 5/3. Van 5/3 thöôøng Hình 5.22 Kí hieäu van 5/3 ñöôïc söû duïng trong heä thoáng khí neùn. Ví duï: Heä thoáng sau moâ taû van an toaøn. Khi aùp suaát trong buoàng xylanh ñaåy taêng leân ñeán giôùi haïn cuûa aùp suaát nguoàn P cuûa bôm thì van an toaøn seõ hoaït ñoäng ñöa daàu trôû veà thuøng, nhaèm traùnh hieän töôïng phaù hoûng keát caáu cuûa caùc phaàn töû heä thoáng. Ví duï: Heä thoáng coù gaén van giaûm aùp. Hình (a) van giaûm aùp ôû cöûa vaøo buoàng laøm vieäc traùi cuûa xilanh. P AÙp suaát nguoàn laø p = 60 bar vaø aùp suaát van giaûm aùp ñöôïc ñieàu chænh laø 50 bar thì píttoâng seõ dòch chuyeån. Hình (b) Trong heä thoáng löu chaát cô caáu taïo naêng löôïng phaûi cung caáp naêng löôïng cho nhieàu cô caáu chaáp haønh khaùc nhau. Trong tröôøng hôïp naøy ngöôøi ta phaûi cho cô caáu taïo naêng löôïng laøm vieäc b) a) vôùi aùp suaát lôùn nhaát vaø 68
69. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh duøng van giaûm aùp gaén ôû tröôùc caùc cô caáu chaáp haønh ñeå giaûm aùp ñeán moät giaù trò caàn thieát. Ví duï: Ñieàu chænh toác ñoä dòch chuyeån cuûa moät pittoâng eùp thöùc aên gia suùc thaønh khoái baùnh. Tröôøng hôïp (a) söû duïng van tieát löu chænh ñöôïc moät chieàu thì vaän toác pittoâng baèng khi khoâng coù van tieát löu, tröôøng hôïp (b) thì löu chaát chæ ñi qua moät nhaùnh coøn nhaùnh kia bò chaën neân löu löôïng beù hôn b) vaø vaän toác pittoâng nhoû hôn a) so vôùi tröôøng hôïp (a). Ví duï 4: Van moät chieàu 5.4. VAN TUYEÁN TÍNH 5.4.1. Khaùi nieäm Trong caùc phaàn kieán thöùc tröôùc, chuùng ta ñaõ nghieân cöùu vaø tìm hieåu veà a) caùc phaàn töû, heä thoáng khí neùn – thuûy löïc ôû daïng caùc ñaïi löôïng ñöôïc ñaët tröôùc. Trong moät soá heä thoáng ñoøi hoûi tính thích nghi cuûa heä thoáng ñoái vôùi tính chaát laøm vieäc cuûa caùc cô caáu chaáp haønh nhö: thay ñoåi toác ñoä cuûa píttoâng hay ñoäng cô theo thôøi gian, ñaëc tính laøm vieäc cuûa taûi; hay thay ñoåi taûi cuûa cô caáu chaáp haønh vaøo baát kyø luùc naøo, vaán ñeà naøy seõ khoâng theå thöïc hieän ñöôïc vôùi nhöõng phaàn töû ñieàu chænh, ñieàu khieån On/Off ñöôïc, vaø cuõng khoâng theå söû duïng caùc van tieát löu thay ñoåi Hình 5.21 - Maïch ñoäng löïc cuûa xilanh eùp saûn phaåm nhöïa löu löôïng baèng cô ñöôïc vì nhö 69
70. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh theá seõ toán raát nhieàu thieát bò cho heä thoáng ñoäng löïc cuõng nhö heä ñieàu khieån, maø phaûi söû duïng ñeán caùc phaàn töû coù khaû naêng ñieàu chænh voâ caáp ñoù laø caùc phaàn töû van tuyeán tính. Trong sô ñoà maïch ôû hình 5.21 moâ taû quaù trình cuûa xilanh ñaåy khuoân eùp saûn phaåm nhöïa vôùi 3 caáp toác ñoä khaùc nhau v1 ÷ v3 (v1 > v2 > v3) töông öùng vôùi 3 trò soá aùp suaát khaùc nhau laø p1 ÷ p3 (p1 > p2 > p3). Nhö vaäy ñeå ñaùp öùng caùc yeâu caàu veà thay ñoåi toác ñoä, aùp suaát, thì ôû maïch naøy ta phaûi söû duïng ñeán 14 phaàn töû thuûy löïc. Neáu söû duïng ñeán caùc phaàn töû van tuyeán tính thì soá phaàn töû söû duïng ñeán raát ít. Hình 5.22 chæ duøng moät van tuyeán tính 4/3 thì ñieàu chænh voâ caáp ñöôïc toác ñoä cuûa xilanh eùp vaø duøng moät van aùp suaát tuyeán tính ñeå ñieàu chænh aùp suaát voâ caáp. Toång coäng caùc phaàn töû söû duïng laø 4. Toùm laïi: Ñoái vôùi nhöõng heä thoáng khí neùn – thuûy Hình 5.22 Sô ñoà maïch laép löïc khi yeâu caàu ñeán söï thay ñoåi veà aùp suaát vaø toác ñoä cuûa van tuyeán tính caùc cô caáu chaáp haønh chính xaùc vaø voâ caáp ngöôøi ta seõ söû duïng ñeán caùc van servo tuyeán tính. Ngoaøi ra vôùi vieäc keát hôïp caùc boä ñieàu khieån tích hôïp cao nhö: boä ñieàu khieån PID, Thieát bò PLC thì heä thoáng ñieàu khieån trôû neân ñôn giaûn, tính oån ñònh vaø linh hoaït cao. 5.4.2. Baûn chaát cuûa van tuyeán tính. Söï khaùc nhau cô baûn cuûa van tuyeán tính so vôùi van ñoùng môû (On / Off) ôû choå laø quaù trình laøm vieäc cuûa nam chaâm ñieän vaø löu löôïng löu chaát chaûy qua van. ÔÛ caùc van ñoùng môû thì tín hieäu taùc ñoäng vaøo cuoän daây ñieän töø ôû daïng baäc thang, coøn ôû van tuyeán tính thì tín hieäu vaøo laø doøng hay ñieän aùp ôû daïng tuyeán tính, nhö vaäy ñoä dòch chuyeån cuûa noøng van vaø löôïng löu chaát chaûy qua van thay ñoåi tuyeán tính. Söï khaùc nhau cô baûn veà tín hieäu giöõa van tuyeán tính vaø van ñoùng môû ñöôïc theå hieän ôû hình 5.23. 70
71. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh I[A] I[A] A3 v3 v4 A2 A4 v2 v5 A5 v1 A1 t[s] t[s] s[mm] s[mm] b c t[s] a t[s] Q[l/min] Q[l/min] t[s] t[s] Hình 5.23 Baûn chaát cuûa van tuyeán tính a. Thôøi gian ñoùng môû cuûa cuoän daây ñieän töø b. Thôøi gian ngaét cuûa cuoän daây ñieän töø c. Meùp ñieàu khieån döông. 5.4.3. Ñöôøng ñaëc tính nam chaâm ñieän töø cuûa van tuyeán tính Hình 5.24 cho thaáy, öùng vôùi moãi giaù trò doøng ñieän I töø bieán trôû qua boä khueách ñaïi vaøo nam chaâm ñieän töø, ta coù moät giaù trò ñoäc dòch chuyeån cuûa noøng van S töông öùng, khi löïc ñieän töø F caân baèng vôùi löïc loø xo. Ñieàu naøy ta ruùt ra raèng, ñoä dòch chuyeån s cuûa noøng van tæ leä vôùi giaù trò doøng ñieän I vaøo nam chaâm ñieän töø. Neáu doøng caøng lôùn thì S caøng lôùn. Khi thay ñoåi ñoä lôùn doøng ñieän I ôû van tuyeán tính, nhieät sinh ra trong cuoän daây ñieän töø khoâng aûnh höôûng ñeán löïc ñieän töø F. Nhöng khi ta thay ñoåi hieäu ñieän theá U, thì nhieät sinh ra trong cuoän daây seõ aûnh höôûng ñeán löïc F. Trong van tuyeán tính, tuøy thuoäc ñoä lôùn dòch chuyeån cuûa noøng van s, ngöôøi ta phaân bieät thaønh 2 nhoùm: - Nam chaâm ñieän töø ñieàu khieån ñoä dòch chuyeån: coù ñoä dòch chuyeån coù giaù trò trong khoaûng töø 1 ÷ 5 mm. - Nam chaâm ñieän töø ñieàu khieån löïc: coù ñoä dòch chuyeån cuûa noøng van coù giaù trò khoaûng töø 0 ÷ 1 mm. 71
72. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh Loø xo I F 5 F I 4 I X I F 3 3 3 I 2 I Loø xo 1 S 3 Ñoä dòch chuyeån S Haønh trình a. b. Hình 5.34 Nam chaâm ñieän töø a. Nguyeân lyù laøm vieäc; b. Ñöôøng ñaëc tính. 5.4.4. Van aùp suaát tuyeán tính 5.4.4.1. Coâng duïng Ñieàu chænh aùp suaát voâ caáp khi doøng ñieän taùc ñoäng ñöôïc thay ñoåi töø töø. 5.4.4.2. Phaân loaïi Van aùp suaát tuyeán tính goàm 2 loaïi: Van traøn tuyeán tính; Van giaûm aùp tuyeán tính. 5.4.5. Van ñaûo chieàu tuyeán tính 5.4.5.1. Coâng duïng Van ñaûo chieàu tuyeán tính thöïc hieän hai nhieäm vuï: Thay ñoåi chieàu chuyeån ñoäng cuûa cô caáu chaáp haønh; Thay ñoåi voâ caáp vaän toác cuûa cô caáu chaáp haønh, thay ñoåi gia toác trong quaù trình khôûi ñoäng vaø döøng laïi. 5.4.5.2. Phaân loaïi Van ñaûo chieàu ñöôïc phaân ra: Van ñaûo chieàu khoâng coù phaûn hoài Van ñaûo chieàu coù phaûn hoài. 72
73. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh BAØI TAÄP CHÖÔNG 5 Baøi 1: Thieát bò uoán thöïc hieän bôûi xylanh taùc duïng keùp ñöôïc söû duïng ñeå taïo ra caùc saûn phaåm töø caùc taám kim loaïi chöa ñònh hình. Khi coù tín hieäu taùc ñoäng vaøo cuoän daây ñieän töø thì pittoâng xylanh hoaït ñoäng. Sau khi phoâi taám kim loaïi ñöôïc taïo hình thì píttoâng seõ trôû veà vò trí khôûi ñoäng ban ñaàu. Tuøy theo loaïi vaät lieäu taám, ñoä daøy cuûa taám maø ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc toác ñoä dòch chuyeån cuûa píttoâng. Hoaøn thaønh sô ñoà maïch thuûy löïc sau. Baøi 2: Caùc kieän haøng ñöôïc vaän chuyeån treân baêng taûi con laên X döôùi troïng löôïng baûn thaân vaø noù ñöôïc naâng leân baèng xylanh keùp 1A. Xylanh keùp 2A ñaåy kieän haøng vaøo baêng taûi laên Y ñeå vaän chuyeån ñeán nôi khaùc. Sau khi thöïc hieän caùc xylanh naøy trôû veà vò trí khôûi ñoäng ban ñaàu cuûa chuùng. Hoaøn thaønh sô ñoà maïch thuûy löïc sau. 73
74. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh Baøi 3: Heä thoáng phaân phoái cung caáp caùc khoái phoâi nhoâm cho moät traïm gia coâng khaùc. Nguyeân lyù hoaït ñoäng nhö sau: Taùc ñoäng nuùt nhaán, caàn pittoâng cuûa xylanh (1A) ñöôïc dòch chuyeån. Nhaû nuùt nhaán caàn pittoâng seõ trôû veà vò trí ban ñaàu. Haõy thieát keá sô ñoà maïch ñoäng löïc. Baøi 4: Cöûa loø naáu ñöôïc môû vaø ñoùng baèng moät xylanh. Khi caøng taùc ñoäng van ñöôïc nhaán thì cöûa môû. Khi nhaû caøng ra thì cöûa ñoùng. Haõy thieát keá sô ñoà maïch ñoäng löïc. Baøi 5: Hoaøn thaønh sô ñoà maïch ñoäng löïc cuûa maùy laép raùp saûn phaåm döôùi. 74
75. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh Baøi 6: Caùc caïnh cuûa phoâi kim loaïi ñöôïc vaùt meùp. Coù theå söû duïng dao caét caûi tieán ñeå giaûm thôøi gian gia coâng. Soá phoâi keïp moät laàn laø 5. Ñeå giaûm thôøi gian cuûa haønh trình chaïy xylanh khi soá phoâi keïp nhoû hôn 5, ta söû duïng giôùi haïn haønh trình ôû vò trí khôûi ñoäng cuûa haønh trình veà. Hoaøn thaønh sô ñoà maïch thuûy löïc sau. Baøi 7: Heä thoáng daäp car cabin, baét ñaàu quaù trình daäp aùp suaát laø 15 bar, khi haønh trình pittoâng saép xæ gaàn 100 mm thì coâng taéc haønh trình 1S taùc ñoäng vaø aùp suaát daäp taêng leân 40bar ñeå chuaån bò taïo hình. Aùp suaát ñaït tôùi 50 bar thì coâng taéc aùp suaát seõ chuyeån maïch laøm cho pittoâng seõ trôû veà vò trí khôûi taïo ban ñaàu. Hoaøn thaønh sô ñoà maïch thuûy löïc sau. 75
76. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 5 – Caùc phaàn töû ñieàu khieån – ñieàu chænh Baøi 8: Thieát bò laép raùp thöïc hieän gheùp moät oáng loùt nhöïa vaøo chi tieát kim loaïi vaø lieân keát chaët baèng moät con vít ñöôïc. Khi nuùt khôûi ñoäng ñöôïc nhaán, xylanh 1A eùp oáng loùt nhöïa vaøo chi tieát kim loaïi. Khi aùp suaát trong buoàng neùn ñaït ñeán 45 bar thì motô 2M seõ quay vaø vaën vít vaøo theo böôùc vít. Baøi 9: Heä thoáng daäp ñònh hình ñaàu thanh theùp troøn trong 2A coâng ngheä saûn xuaát truï ñieän beâ toâng tieàn aùp hoaït ñoäng theo nguyeân lyù sau: Khi nuùt khôûi ñoäng ñöôïc nhaán thì pitoâng cuûa LS1 LS2 1A t xylanh keïp 1A chuyeån ñoäng vôùi thôøi gian t1, aùp suaát 60 2 bar, thöïc hieän keïp chaët phoâi theùp. Sau ñoù, xylanh daäp 2A LS3 dòch chuyeån vôùi aùp suaát 35 bar tôùi thôøi gian t2 thì taêng aùp Khuoân keïp leân ñeán 50 bar, ñeán gaëp cöõ haønh trình LS3 thì seõ trôû veà vò ñònh hình trí ban ñaàu. Taïi vò trí naøy LS2 taùc ñoäng khieán xylanh keïp 1A trôû veà vò trí ban ñaàu LS1. Thanh phoâi theùp 76
77. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 6 – Tính toaùn truyeàn ñoäng khí neùn – thuûy löïc CHÖÔNG VI TÍNH TOAÙN TRUYEÀN ÑOÄNG HEÄ THOÁNG KHÍ NEÙN VAØ THUÛY LÖÏC Khaùi nieäm Toån thaát trong heä thoáng ñieàu khieån khí neùn – thuûy löïc Toån thaát khí neùn Toån thaát thuûy löïc Cô sôû tính toaùn heä thoáng Tính toaùn bôm vaø ñoäng cô Ñöôøng kính oáng daãn Tính toaùn moät soá maïch ñieån hình 77
78. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 6 – Tính toaùn truyeàn ñoäng khí neùn – thuûy löïc 6.1. KHAÙI NIEÄM Heä thoáng truyeàn ñoäng khí neùn & thuûy löïc hoaït ñoäng toát treân cô sôû ñaûm baûo veà vieäc phaân boá , tính toaùn vaø löïc choïn caùc phaàn töû thích hôïp. Chuùng ta ñeàu bieát raèng, toaøn boä caùc phaàn töû trong heä thoáng truyeàn ñoäng khí neùn & thuûy löïc ñeàu coù nhöõng yeâu caàu kyõ thuaät nhaát ñònh. Nhöõng yeâu caàu naøy chæ coù theå ñöôïc thoûa maõn, neáu nhö caùc thoâng soá cô baûn cuûa caùc phaàn töû aáy ñöôïc tính toaùn, löïa choïn vaø boá trí phuø hôïp. Caùc cô caáu chaáp haønh, cô caáu bieán ñoåi naêng löôïng, cô caáu ñieàu khieån vaø ñieàu chænh, cuõng nhö phaàn lôùn caùc thieát bò phuï khaùc trong heä thoáng ñeàu ñöôïc tieâu chuaån hoùa. Do ñoù vieäc thieát keá heä thoáng truyeàn ñoäng chæ laø vieäc tính toaùn, löïa choïn vaø boá trí thích hôïp caùc cô caáu treân. 6.2. TOÅN THAÁT TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC 6.2.1. Toån thaát trong heä thoáng khí neùn Thieát keá neân moät heä thoáng khí neùn ñaûm baûo theo nhöõng tieâu chí hoaït ñoäng thì vaán ñeà tính toaùn toån thaát laø moät vaán ñeà raát quan troïng vaø laém phöùc taïp. Do heä heä thoáng söû duïng lö u chaát laø khí neân ta chæ caàn quan taâm ñeán caùc toån thaát sau: - Toån thaát aùp suaát trong oáng daãn thaúng (∆pR) - Toån thaát aùp suaát trong tieát dieän thay ñoåi (∆pE) - Toån thaát aùp suaát trong caùc loaïi van (∆pv) 6.2.1.1. Toån thaát aùp suaát trong oáng daãn thaúng (∆pR) Toån thaát aùp suaát trong oáng daãn thaúng (∆pR) ñöôïc tính theo coâng thöùc: l.ρ.w2 ∆p =λ. [N / m 2 ] (6.1) R 2.d Trong ñoù: l [m] Chieàu daøi oáng daãn 3 ρn = 1,293 [kg/m ] Khoái löôïng rieâng khoâng khí ôû traïng thaùi chuaån pabs 3 ρ = ρ n . [kg/m ] Khoái löôïng rieâng cuûa khoâng khí pn pn = 1,013 [bar] Aùp suaát ôû traïng thaùi tieâu chuaån w [m/s] Vaän toác cuûa doøng chaûy (w=q0 / A) d [m] Ñöôøng kính oáng daãn 64 λ = Heä soá ma saùt oáng coù giaù trò cho oáng trôn vaø chaûy taàng Re (Re<2230). w.d Re = Soá Reynold vn -6 2 vn = 13,28.10 [m / s] Ñoä nhôùt ñoäng hoïc ôû traïng thaùi tieâu chuaån. 6.2.1.2. Toån thaát aùp suaát trong tieát dieän thay ñoåi (∆pE) Trong caùc heä thoáng truyeàn daãn khí neùn, ngoaøi nhöõng oáng thaúng coøn coù oáng reõ nhaùnh, tieát dieän thay ñoåi, taäp hôïp nhaùnh Toån thaát aùp suaát trong oáng coù tieát dieän thay ñoåi ñöôïc tính theo coâng thöùc: 78
79. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 6 – Tính toaùn truyeàn ñoäng khí neùn – thuûy löïc ρ ∆p =ζ . .w2 (6.2) E 2 Trong ñoù: ζ Heä soá caûn phuï thuoäc vaøo loaïi tieát ñieän oáng daãn, soá Re. Khi tieát dieän thay ñoåi ñoät ngoät (hình 6.1). Toån thaát aùp suaát: 2  A  ρ.w2  1  1 2 ∆pE =1−  . [N/m ] (6-3) A2 2 A1 A2   2  A  ρw2  2  2 2 ∆pE1= −1 . [N/m ] (6-4) Hình 6.1 – Tieát dieän  A1  2 thay ñoåi ñoät ngoät Trong ñoù: w1, w2 vaän toác chaûy trung bình cuûa tieát dieän A1, A2. Khi oáng daãn gaõy khuùc (hình 6.2). Toån thaát aùp suaát: 2 2 ∆pE2 = 0,5. ζ.ρ.w [N/m ] (6-5) Trong ñoù heä soá ζ phuï thuoäc vaøo ñoä nhaün vaø ñoä nhaùm cuûa beà maët cuûa oáng vaø tra theo baûng 6-1. δ δ 150 22,50 300 450 600 900 0 45 ζnhaün 0,042 0,07 0,13 0,24 0,47 1,13 a ζnhaùm 0,062 0,15 0,17 0,32 0,68 1,27 D 450 a/D 0,71 0,943 0,150 3,72 6,28 ∝ ζ 0,51 0,35 0,28 0,36 0,40 0,48 nhaün ζnhaùm 0,51 0,415 0,38 0,46 0,44 0,64 Hình 6.2 – Tieát dieän gaõy khuùc Baûng 6-1 Khi oáng daãn bò cong (hình 6.3). Toån thaát aùp suaát: ρ ∆p =ζ . w2 (6-6) E3 g 2 Trong ñoù heä soá caûn ζg bao goàm: ζg = ζu + ζRe ζu Heä soá caûn do ñoä cong ζ Heä soá caûn do aûnh höôûng soá Raynold (ma saùt oáng) Re ϕ - Söï thay ñoåi tæ soá R/d seõ thay ñoåi tæ leä do heä soá caûn ζu vaø ζRe . - Heä soá caûn ζ phuï thuoäc vaøo goùc uoán cong ϕ, tæ soá R/d vaø chaát löôïng u Hình 6.3 – Tieát beà maët cuûa oáng. dieän uoán cong 6.2.1.3.Toån thaát aùp suaát trong oáng daãn khí phaân doøng (hình 6.4) Toån thaát aùp suaát trong oáng phaân nhaùnh: 79
80. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 6 – Tính toaùn truyeàn ñoäng khí neùn – thuûy löïc ρ 2 (6-7) ∆pEa = ξ a wz 2 Toån thaát aùp suaát trong oáng phaân thaúng: ρ 2 ∆ΡEd = ξ d wz (6-8) 2 diz did Trong ñoù w2 laø vaän toác trung bình trong oáng daãn chính. qmz qmd = qmz - qma - Heä soá caûn ξa vaø ξd cuûa oáng daãn khi δ phaân doøng phuï thuoäc vaøo tæ leä dia/diz vaø dia qma tæ leä löu löôïng qma/qmz (baûng 6-2) Hình 6.4 – OÁng phaân nhaùnh Goùc reõ nhaùnh δ 900 1200 1350 Tæ leä löu Oáng reõ nhaùnh, heä soá caûn ξ a löôïng Tæ soá d /d ia iz qma/qmz 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 0.2 0.79 0.84 1.00 0.71 0.75 0.88 0.68 0.72 0.83 0.4 0.74 0.88 1.31 0.57 0.69 1.07 0.51 0.61 0.98 0.6 0.81 1.05 1.89 0.53 0.75 1.53 0.43 0.64 1.40 0.8 1.00 1.37 2.72 0.97 0.96 2.26 0.44 0.78 2.09 1.0 1.30 1.82 3.81 0.75 1.27 3.26 0.54 1.06 3.05 Tæ leä löu Oáng daãn thaúng, heä soá caûn ξd löôïng Tæ soá dia/diz qma/qmz 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 0.2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.4 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.6 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.8 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 1.0 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 Baûng 6-2 diz did Toån thaát aùp suaát trong oáng daãn khi qmd = qmz -qma hôïp doøng (hình 6.5) qmz δ - Toån thaát aùp suaát trong oáng daãn hôïp doøng qma: dia qma ρ 2 ∆pEa = ξ a wz (6-9) 2 Hình 6.5 – OÁng hôïp doøng 80
81. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 6 – Tính toaùn truyeàn ñoäng khí neùn – thuûy löïc - Toån thaát aùp suaát trong oáng daãn hôïp doøng qmd: ρ 2 ∆ΡEd = ξ d wz (6-10) 2 Trong ñoù wz laø vaän toác trung bình trong oáng daãn chính. Heä soá caûn ξa vaø ξd cuûa oáng daãn khi hôïp doøng phuï thuoäc vaøo tæ leä dia/diz vaø tæ leä löu löôïng qma/qmz (baûng 6-3) Goùc reõ nhaùnh δ 450 600 900 Tæ leä löu Doøng hôïp qma, heä soá caûn ξa löôïng Tæ soá dia/diz qma/qmz 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 0.2 -0.41 -0.31 -0.11 -0.40 -0.30 -0.09 -0.38 -0.28 -0.06 0.4 -0.03 0.22 0.94 0.00 0.27 0.99 0.10 0.37 1.11 0.6 0.22 0.69 2.22 0.31 0.79 2.33 0.52 1.03 2.61 0.8 0.35 1.09 3.73 0.51 1.27 3.93 0.89 1.69 4.43 1.0 0.35 1.43 5.47 0.60 1.70 5.80 1.20 2.35 6.57 Tæ leä löu Doøng hôïp qmd, heä soá caûn ξd löôïng Tæ soá dia/diz qma/qmz 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 1.0 0.8 0.6 0.2 0.16 0.20 0.19 0.17 0.22 0.23 0.20 0.27 0.32 0.4 0.17 0.17 0.03 0.22 0.26 0.18 0.35 0.46 0.54 0.6 0.06 -0.04 -0.44 0.18 0.15 -0.10 0.47 0.60 0.71 0.8 -0.18 -0.44 -1.22 0.04 -0.11 -0.62 0.56 0.70 0.82 1.0 -0.53 -1.03 -2.32 -0.19 -0.51 -1.39 0.62 0.76 0.86 Baûng 6-3 6.2.1.4. Toån thaát aùp suaát trong caùc loaïi van (∆pv) Toån thaát aùp suaát trong caùc loaïi van ∆pv (trong caùc loaïi van ñaûo chieàu, van aùp suaát, van tieát löu ) tính theo: ρ ∆Ρ = ξ w2 [N/m2] (6-11) v v 2 Trong coâng nghieäp saûn xuaát caùc phaàn töû khí neùn, heä soá caûn ξv laø ñaïi löôïng ñaët tröng cho caùc van. Thay vì heä soá ξ, moät soá haõng cheá taïo caùc phaàn töû ñieàu khieån baèng khí neùn söû duïng moät ñaïi löôïng, goïi laø heä soá löu löôïng kv,, laø ñaïi löôïng ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc 3 nghieäm. Heä soá löu löôïng kv laø löu löôïng chaûy cuûa nöôùc [m /h] qua van ôû nhieät ñoä T = 278 – 303 [K], vôùi aùp suaát ban ñaàu laø p1 = 6 [bar], toån thaát aùp suaát ∆po = 0.981 [bar] vaø coù giaù trò, tính theo 81
82. ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 6 – Tính toaùn truyeàn ñoäng khí neùn – thuûy löïc q ρ Κ = v [m3/h] (6-12) v 31.6 ∆Ρ Trong ñoù: 3 qv [m /h] Löu löôïng khí neùn ρ [kg/m3] Khoái löôïng rieâng khoâng khí ∆p [bar] Toån thaát aùp suaát qua van Theo taøi lieäu, heä soá ξv tính ñöôïc: 2 2.g.10,18  q  ξ =  v  (6-13) v 2   w  kv  Vaän toác doøng chaûy w: q w = v (6-14) A Thay w vaøo phöông trình ta coù: 2 2  A  2.g.10,18.qv .  106  ξv = 2 (6-15) 2  kv  qv .   3600  Trong ñoù: d 2 .π A = [mm2], tieát dieän doøng chaûy. 4 Thay tieát dieän doøng chaûy A vaøo phöông trình, ta coù heä soá caûn cuûa van: 1  d 2    ξv =   (6-16) 626,3  kv  Nhö vaäy, neáu van coù thoâng soá ñaëc tröng kv, ñöôøng kính oáng noái daøi, thì ta xaùc ñònh ñöôïc heä soá caûn qua van ξv. 6.2.1.5. Toån thaát aùp suaát tính theo chieàu daøi oáng daãn töông ñöông Bôûi vì toån that aùp suaát trong oáng daãn thaúng hay laø toån thaát aùp suaát cuûa oáng daãn coù tieát dieän ρ thay ñoåi hoaëc laø toån that aùp suaát trong caùc loaïi van ñeàu phuï thuoäc vaøo heä soá w2 , cho neân 2 coù theå tính toån that aùp suaát thaønh chieàu daøi oáng daãn töông ñöông (hình 6.6). ρ l ' ρ ξ w2 = λ v 2 2 d 2 Töø ñoù, chieàu daøi oáng daãn töông ñöông: ' ξ d ⇔ d l = d (6-17) λ Nhö vaäy toån thaát aùp suaát cuûa heä thoáng oáng daãn laø: l’ Hình 6.6 Chieàu daøi töông ñöông l’ l + l ' ρ ∆Ρ = λ ∑∑ w2 (6-18) ges d 2 82