Đồ án Thiết kế mô hình thí nghiệm điện-Khí nén (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế mô hình thí nghiệm điện-Khí nén (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN GVHD: Th.S TƯỞNG PHƯỚC THỌ SVTH: NGUYỄN VĂN THÀNH MSSV: 10911054 S K L 0 0 4 2 0 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁNTỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN GVHD: TH.S TƢỞNG PHƢỚC THỌ SVTH: NGUYỄN VĂN THÀNH MSSV: 10911054 LỚP: 109110B KHÓA: 2010 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Thành MSSV: 10911054 Lớp: 109110B Khoá: 2010 Ngành đào tạo: Cơ Điện Tử Hệ: Đại học 1. Tên đề tài THIẾT KẾ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN 2. Nội dung chính của đồ án - Tìm hiểu về thiết bị khí nén, điện – khí nén. - Tìm hiểu về PLC LOGO! 230RC SIEMENS. - Tính toán, thiết kế và chế tạo bộ thí nghiệm điện – khí nén. - Thiết kế chế tạo mạch điều khiển cho thiết bị của bộ thí nghiệm. - Viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng thiết bị bộ thí nghiệm và các bài tập thực hành. 3. Ngày giao đồ án: 4. Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIÊN – KHÍ NÉN - GVHD: Th.s Tƣởng Phƣớc Thọ - Nguyễn Văn Thành - MSSV: 10911054 - Địa chỉ sinh viên: Kỳ Văn – Kỳ Anh – Hà Tĩnh - Số điện thoại liên lạc: 0975126537 - Email: nvthanh.ute@gmail.com - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan ĐATN này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện với sự hướng dẫn của thầy Tưởng Phước Thọ và cô Nguyễn Thị Phương Hoa cùng với tham khảo tài liệu. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 01 Năm 2016 Ký tên Nguyễn Văn Thành. ii
5. LỜI CẢM ƠN Tôi không thể theo đuổi và hoàn thành đề tài nếu không có sự giúp đỡ của những ngƣời thân và những ngƣời bạn. Do vậy, với sự trân trọng và cảm kích, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ông bà, cha mẹ, những ngƣời thân trong gia đình và bạn bè đã hết lòng quan tâm, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Tôi đặc biệt xin chân thành cảm ơn thầy Tƣởng Phƣớc Thọ và cô Nguyễn Thị Phƣơng Hoa là giáo viên trực tiếp hƣớng dẫn đề tài đã cho phép tôi theo đuổi đề tài, cho tôi những lời khuyên xác đáng, kịp thời khi tôi gặp khó khăn, thầy cô luôn cƣời vui khi tôi làm tốt, động viên khi tôi gặp vấn đề khó khăn. Tôi cũng cảm ơn tới cô Phan Thị Thu Thủy đã cho tôi những lời khuyên, lời nhận xét để tôi hoàn thành tốt để tài và cuốn báo cáo đƣợc hoàn thiện hơn. Chính những sự giúp đỡ, hƣớng dẫn của thầy cô đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình làm đồ án Tốt Nghiệp. Cuối cùng tôi xin cảm ơn tất cả quý thầy cô trong Khoa Cơ khí chế tạo máy,bộ môn Cơ Điện Tử, trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã trang bị cho tôi những kiến thức chuyên môn, hành trang cuộc sống, cũng nhƣ đã giúp đỡ tôi trong thời gian làm đề tài. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 01 năm 2016 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Thành iii
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: THIẾT KẾ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN Những ngày tháng học tập tại trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh và việc tìm hiểu thực tế sản xuất trong đời sống tôi nhận thấy bộ môn thủy lực khí nén là một môn học quan trọng, vì vậy sinh viên cần đƣợc học tập, thực hành và nâng cao kiến thức của bản thân để phù hợp với sự phát triển của nền sản xuất. Chính vì vậy tôi đã quyết định thiết kế bộ thí nghiệm điện – khí nén nhƣ một giải pháp nhằm giúp cho sinh viên áp dụng những kiến thức lý thuyết đã học trên lớp vào thực tế trên bộ thí nghiệm. Hơn nữa đề tài còn giúp sinh viên hiểu biết thêm về các thiết bị khí nén và hƣớng dẫn sinh viên là các bài tập thực hành trên bộ thí nghiệm. Ngoài làm ra bốn bàn thí nghiệm, đề tài còn hƣớng dẫn sinh viên làm các bài tập thực hành, hơn nữa bộ thí nghiệm còn có sử dụng PLC để điều khiển. ABSTRACT Project: DESIGN EXPERIMENT ELECTRICAL – PNEUMATIC MODEL The dates at university of Technical Education Ho Chi Minh City and the fact- finding in life and produced recognized pneumatic hydraulic is an important subject, so students need to study, practice and improve knowledge to suitable with the growth of production. Therefore I have decided to design the electrical experiments - pneumatic as a solution to help the students apply the theoretical knowledge learned into practice on the experiments. Further, this project helps students learn about the pneumatic equipment and to guide students do the practical exercises on the experiment. More, this project used PLC in the experiments. iv
7. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv ABSTRACT iv DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 I. TỔNG QUAN VỀ KHÍ NÉN VÀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN 1 II. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 1 1. Thiết kế chế tạo bàn thí nghiệm điện – khí nén 1 2. Viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng và các bài tập thực hành: 2 CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN – KHÍ NÉN 3 I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 1. Đơn vị đo 3 2. Áp suất 3 2.1. Áp suất khí quyển 3 2.2. Áp suất dƣ 3 2.3. Áp suất tuyệt đối 3 2.4. Áp suất khí nén 3 2.5. Lực 4 2.6. Lƣu lƣợng 4 2.7. Các định luật về chất khí 5 2.8. Định luật tổng quát 5 2.9. Sơ đồ cấu tạo – chức năng của hệ thống điều khiển khí nén – điện 6 II. THIẾT BỊ KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN – KHÍ NÉN 6 1. Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén 6 1.1. Máy nén khí 6 1.2. Thiết bị xử lý khí nén 7 v
8. 1.3. Bộ lọc 8 2. Các phần tử trong hệ thống điều khiể điện – khí nén 9 2.1. Xy lanh một chiều 9 2.2. Xy lanh hai chiều 9 2.3. Nút nhấn 10 2.4. Van điện từ 2/2 11 2.5. Van điện từ 3/2 một trạng thái 12 2.6. Van điện từ 5/2 một trạng thái 12 2.7. Van điện từ 5/2 hai trạng thái 13 2.8. Công tắc hành trình 13 2.9. cảm biến 14 2.10. Delay thời gian 14 2.11. Counter 14 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THI CÔNG 15 I. KHẢO SÁT Ý KIẾN SINH VIÊN VỀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN CŨ: 15 II. THIẾT KẾ CƠ KHÍ 15 1. Bàn thí nghiệm 15 2. Bộ thí nghiệm 1 17 2.1. Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 17 2.2. Thiết bị 17 3. Bộ thí nghiệm 2 18 3.1. Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 18 3.2. Thiết bị 18 4. Bộ thí nghiệm 3 19 4.1. Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 19 4.2. Thiết bị 19 5. Bộ thí nghiệm 4 20 5.1. Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 20 5.2. Thiết bị 20 CHƢƠNG 4 : THIẾT KẾ BÀI TẬP THỰC HÀNH 21 vi
9. BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN XY LANH BẰNG VAN ĐIỆN TỪ 5/2 MỘT TRẠNG THÁI 21 I. MỤC TIÊU BÀI HỌC 21 II. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 21 III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 21 BÀI 2: ĐIỀU KHIỂN XY LANH BẰNG VAN ĐIỆN TỪ 5/2 HAI TRẠNG THÁI 30 I. MỤC TIÊU BÀI HỌC 30 II. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 30 III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 30 BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHÍ NÉN BẰNG PLC LOGO! 230RC SIEMEN 40 I. MỤC TIÊU BÀI HỌC 40 II. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 40 III. GIỚI THIỆU VỀ PLC LOLO! 230RC SIEMENS 40 1. Tổng quan về PLC 40 2. PLC LOLO! 230RC SIEMENS 41 IV. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 47 BÀI 4 MẠCH SO SÁNH ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ PLC 64 CHƢƠNG V: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 76 CHƢƠNG V: KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC 86 I. BẢN VẼ THIẾT KẾ. 86 II. PHIẾU KHẢO SÁT SẢN PHẨM BỘ THÍ NGHỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN. 91 vii
10. DANH MỤC HÌNH Hình 2. 1 – Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ. 5 Hình 2. 2 – Sơ đồ cấu tạo – chức năng của hệ thống điều khiển khí nén – điện. 6 Hình 2. 3 – Máy nén khí piston. 7 Hình 2. 4 – Nguyên lý hoạt động của bình ngƣng tụ làm lạnh bằng nƣớc. 7 Hình 2. 5 – Bộ lọc. 8 Hình 2. 6 – Nguyên lý hoạt động của xy lanh một chiều. 9 Hình 2. 7 – Cấu tạo và ký hiệu của xy lanh một chiều. 9 Hình 2. 8 – Nguyên lý hoạt động của xy lanh một chiều. 9 Hình 2. 9 – Cấu tạo và ký hiệu xy lanh không có giảm chấn. 10 Hình 2. 10 – Cấu tạo và ký hiệu xy lanh không có giảm chấn. 10 Hình 2. 11 – Cấu tạo và ký hiệu của nút nhấn thƣờng hở. 11 Hình 2. 12 – Cấu tạo và ký hiệu của nút nhấn thƣờng đóng. 11 Hình 2. 13 – Cấu tạo van điện từ 2/2. 11 Hình 2. 14 – Cấu tạo van điện từ 3/2 một trạng thái. 12 Hình 2. 15 – Cấu tạo và ký hiệu vủa van điện từ 5/2 một trạng thái. 12 Hình 2. 16 – Cấu tạo và ký hiệu van điện từ 5/2 hai trạng thái. 13 Hình 2. 17 – Cấu tạo công tắc hành trình. 13 Hình 2. 18 – Ký hiệu và cách mắc của cảm biến quang. 14 Hình 2. 19 – Rơ le thời gian và ký hiệu của rơ le thời gian. 14 Hình 2. 20 – Counter và ký hiệu của counter. 14 Hình 3.0.1 – Bàn thí nghiệm. 16 Hình 3.0.2 – Bộ thí nghiệm 1. 17 Hình 3.0.3 – Bộ thí nghiệm 2. 18 Hình 3.0.4 – Bộ thí nghiệm 3. 19 Hình 3.5 – Cơ cấu cho cảm biến quang và giữ thăng bằng xy lanh. 19 Hình 3.6 – Bộ thí nghiệm 4. 20 Hình 4. 1 – Bộ thí nghiệm 1. 21 Hình 4. 2 – Mạch điện 1. 22 Hình 4. 3 – Biểu đồ trạng thái 1. 24 Hình 4. 4 – Mạch điện 2. 24 Hình 4. 5 – Biểu đồ trạng thái 2. 25 Hình 4. 6 – Biểu đồ trạng thái 3. 27 Hình 4. 7 – Biểu đồ trạng thái 4. 28 Hình 4. 8 – Bộ thí nghiệm 2. 30 viii
11. Hình 4. 9 – Biểu đồ trạng thái 5. 31 Hình 4. 10 – Mạch điện 3. 31 Hình 4. 11 – Biểu đồ trạng thái 6. 32 Hình 4. 12 – Mạch điện 4. 33 Hình 4. 13 – Biểu đồ trạng thái 7. 34 Hình 4. 14 – Biểu đồ trạng thái 8. 35 Hình 4. 15 – Mạch điện 5. 36 Hình 4. 16 – Biểu đồ trạng thái 9. 37 Hình 4. 17 – Mạch điện 6. 37 Hình 4. 18 – Biểu đồ trạng thái 10. 38 Hình 4. 19 – Mạch điện 7. 39 Hình 4. 20 – Bộ thí nghiệm số 3. 40 Hình 4. 21 – PLC LOGO! 230RC SIEMENS. 41 Hình 4. 22 – Sơ đồ đấu dây ngõ vào PLC LOGO! 230RC SIEMENS. 42 Hình 4. 23 – Sơ đồ đấu dây ngõ ra PLC LOGO! 230RC SIEMENS. 42 Hình 4. 24 – Biểu đồ trạng thái 11. 48 Hình 4. 25 – Giải thuật thiết kế lập trình bằng tay 1. 48 Hình 4. 26 – Biểu đồ trạng thái 12. 56 Hình 4. 27 – Giải thuật thiết kế lập trình bằng tay 2. 57 Hình 4. 28 – Biểu đồ trạng thái 13. 58 Hình 4. 29 – Biểu đồ trạng thái 14. 60 Hình 4. 30 – Biểu đồ trạng thái 15. 62 Hình 4. 31 – Biểu đồ trạng thái 16. 64 Hình 4. 32 – Mạch điện 8. 65 Hình 4. 33 – Giải thuật thiết kế lập trình bằng tay 3. 66 Hình 4. 34 – Mạch điện 9. 67 Hình 4. 35 – Giải thuật thiết kế lập trình bằng tay 4. 68 Hình 4. 36 – Biểu đồ trạng thái 17. 68 Hình 4. 37 – Mạch điện 10. 69 Hình 4. 38 – Giải thuật thiết kế lập trình bằng tay 5. 70 Hình 4. 39 – Mạch điện 11. 71 Hình 4. 40 – Giải thuật thiết kế lập trình bằng tay 6. 72 Hình 4. 41 – Biểu đồ trạng thái 18. 72 Hình 4. 42 – Mạch điện 12. 73 Hình 4. 43 – Giải thuật thiết kế lập trình bằng tay 7. 74 Hình 4. 44 – Mạch điện 13. 74 ix
12. Hình 4. 45 – Giải thuật thiết kế lập trình bằng tay 8. 75 Hình 5. 1 – Hình ảnh thực nghiệm. 78 Hình 5. 2 – Hình ảnh thực nghiệm. 79 Hình 5. 3 – Hình ảnh thực nghiệm. 80 Hình 5. 4 – Hình ảnh thực nghiệm. 81 Hình 5. 5 – Hình ảnh thực nghiệm. 82 x
13. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. 1 – Các hệ thống đơn vị SI và Metric. 3 Bảng 2. 2 – Các đơn vị đo áp suất thông dụng. 4 Bảng 2. 3 – Các đơn vị lƣu lƣợng thông dụng đo theo đơn vị thể tích. 4 xi
14. CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI I. TỔNG QUAN VỀ KHÍ NÉN VÀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN Từ khí nén trong tiếng Anh là pneumatics xuất phát từ tiếng Hy Lạp là pneuma có nghĩa là khí, gió hoặc hơi thở. Khí nén đƣợc coi là một chuyên nghành khoa học công nghệ nghiên cứu và ứng dụng các đại lƣợng áp suất và lƣu lƣợng của khí . Khí nén là một dạng lƣu chất, với không khí hoặc các loại khí khác đƣợc nén lại để sử dụng trong truyền động và điều khiển các cơ cấu chấp hành. Điều khiển khí nén đƣợc thiết kế với mục đích hƣớng dòng khí nén lƣu động theo các mạch để điều khiển cơ cấu chấp hành. Các dòng chảy dƣới dạng năng lƣợng khí nén sẽ điều khiển cơ cấu chấp hành thực hiện chuyển động. Hệ thống khí nén đƣợc sử dụng trong các hệ thống tự động công nghiệp vì giá thành rẻ, nhƣng chỉ đáp ứng tải nhẹ, tốc độ điều khiển có độ chính xác không cao. Ƣu điểm: - Kết cấu và sử dụng đơn giản. - Độ tin cậy làm việc cao. - Độ an toàn làm việc cao trong môi trƣờng dễ cháy nổ và có thể áp dụng làm việc trong môi trƣờng khắc nghiệt nhƣ phóng xạ hay hóa chất. - Dễ dàng tự động hóa. - Giá thành thiết bị hệ thống rẻ. - Thời gian đáp ứng nhanh, tác động nhanh và có thể làm việc từ xa. Nhƣợc điểm: - Kích thƣớc lớn. - Do vận tốc của các cơ cấu chấp hành lớn nên dễ bị va đập cuối hành trình. - Do khí nhả ra các cửa nên tạo ra tiếng ồn khá lớn. Tuy còn có những hạn chế nhƣng các hệ thống khí nén vẫn đƣợc sử dụng rộng rãi khi mà các nhƣợc điểm nêu trên không mang tính chất quyết định. II. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 1. Thiết kế chế tạo bàn thí nghiệm điện – khí nén Trong quá trình học tập tại trƣờng, với số lƣợng sinh viên đông đảo trong khi thiết bị và đồ dùng thí nghiệm môn Công Nghệ Thủy Lực và Khí Nén đáp ứng chƣa đủ về mặt số lƣợng cũng nhƣ chất lƣợng các thiết bị đã cũ nên chƣa thể đáp ứng đƣợc nhu cầu muốn nâng cao của sinh viên. 1
15. Từ những vấn đề đó cộng với sự phát triển của môn học về khí nén trên thế giới và tầm quan trọng của các hệ thống khí nén trong công nghiệp cho nên yêu cầu cấp thiết là phải chế tạo bộ thí nghiệm điện – khí nén nhằm mục tiêu: - Cung cấp cho sinh viên bộ thí nghiệm nhằm phục vụ cho môn học Thí Nghiệm Thủy Lực và Khí Nén. - Đƣa những kiến thức sinh viên đã học trên lớp áp dụng vào thực tế nhằm thực hiện mục tiêu học đi đôi với hành. - Với bộ thí nghiệm mới, sinh viên có khả năng nâng cao kỹ năng thiết kế và lắp ráp mạch điện – khí nén. - Bộ thí nghiệm có sử dụng PLC nhằm giúp sinh viên làm quen với PLC và hệ thống khí nén sử dụng PLC. 2. Viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng và các bài tập thực hành: Với cuốn tài liệu hƣớng dẫn: - Thiết kế các bài tập thực hành về điện – khí nén, PLC. - Hƣớng dẫn sinh viên làm các bài tập thực hành. - Sinh viên dễ dàng tìm hiểu các thiết bị về khí nén cũng nhƣ điện – khí nén hay PLC. - Biết cách sử dụng thiết bị, thiết kế và lắp ráp mạch trên bộ thí nghiệm. 2
16. CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN – KHÍ NÉN I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Đơn vị đo Hiện nay có nhiều hệ thống đơn vị đo đƣợc sử dụng trên thế giới, trong đó có ba hệ thống đơn vị đo thông dụng bao gồm: hệ Metric và hệ Imperial System (hệ Anh). Thông số Ký hiệu Hệ SI Hệ Metric Chiều dài l m m Thời gian T s s Nhiệt độ T oK oC Khối lƣợng m kg Kg.s2/m Lực F N KG Áp suất P Pa KG/cm2 Công suất L W Kg.m/s Bảng 2. 1 – Các hệ thống đơn vị SI và Metric. 2. Áp suất 2.1. Áp suất khí quyển Đây là áp suất tác dụng trên bề mặt trái đất do khối lƣợng không khí bao quanh trái đất là 1 atmosphere hoặc 14,7 psi, gần bằng 1 bar. Khi lên cao áp suất giảm dần. Áp suất khí quyển trên mặt đất thƣờng lấy giá trị trung bình. 2.2. Áp suất dư Hay còn gọi là áp suất tƣơng đối: áp suất khí quyển ở mặt đất hầu nhƣ không đổi do đó thƣờng đƣợc sử dụng để quy chiếu hay làm chuẩn. Áp suất dƣ bằng 0 chính là áp suất khí quyển. 2.3. Áp suất tuyệt đối Là tổng hợp áp suất dƣ và áp suất khí quyển. Áp suất khí quyển có thể đo bằng chiều cao của cột môi chất trong chân không. Áp suất khí quyển thƣờng đƣợc lấy theo giá trị 1013 mbar. 2.4. Áp suất khí nén Áp suất khí nén là lực tác động lên một đơn vị diện tích bề mặt chịu lực. 2) 3
17. 760 mmHg = 1013,9 mbar 1 bar = 100000 N/m2 1 bar = 10 N/cm2 1 bar = 100 N/cm2 1 bar = 10197 kgf/m2 1 bar = 14.50 psi Bảng 2. 2 – Các đơn vị đo áp suất thông dụng. 2.5. Lực Khí nén tác dụng lực với giá trị bằng áp suất tác dụng lên bề mặt nhân với diện tích chịu lực. Môi chất trong bình đƣợc cung cấp áp suất và chuyển thành lực: F = P x A. Nhƣ vậy lực đẩy pittong phát sinh từ áp suất đƣợc tính nhƣ sau: Trong đó: F: Lực đẩy của pittong (N). D: Đƣờng kính pittong (m). P: Áp suất khí nén cấp lên xy lanh (N/m2). 2.6. Lưu lượng Lƣu lƣợng đƣợc định nghĩa là lƣợng không khí lƣu động trong một đơn vị thời gian, lƣu lƣợng khí này có thể đo theo thể tích hoặc trọng lƣợng. Thông số Đơn vị Lít trên giây l/s dm3 trên giây dm3/s Mét khối trên phút m3/ph Thể tích đo theo đơn vị feet khối trên phút: scfm - 1 scfm = 0,0283 m3/phút. - 1 m3/s = 35,32 scfm. - 1 scfm = 0,472 l/s. - 1 dm3/s = 2.1 scfm. Bảng 2. 3 – Các đơn vị lƣu lƣợng thông dụng đo theo đơn vị thể tích. 4
18. 2.7. Các định luật về chất khí Định luật khí lý tƣởng xác định quan hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ. Khi áp dụng các định luật này, chỉ sử dụng áp suất và nhiệt độ tuyệt đối. P1V1T2 = P2V2T1 Hình 2. 1 – Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ. Quá tình đẳng áp: Quá trình đẳng tích: Quá trình đẳng nhiệt: 2.8. Định luật tổng quát Định luật tổng quát xác định mối quan hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ tuyệt đối của khối khí lý tƣởng theo phƣơng trình: Đoạn nhiệt Theo lý thuyết, quá trình nhiệt động lực xảy ra khi thể tích khí thay đổi đột ngột, hầu nhƣ không trao đổi nhiệt với xung quanh, đƣợc gọi là quá trình đoạn nhiệt. Phƣơng trình của quá trình nén và giản nở đoạn nhiệt: PVn = const, trong đó n là số mũ đoạn nhiệt, với lý tƣởng n = 1,4. Trong xy lanh khí nén, quá trình tuy tƣơng đối nhanh nhƣng vẫn bị tổn thất qua vỏ xy lanh, mặc dù máy nén có tốc độ cao n = 1,3. Trong thực tế, khi sử dụng khí nén đoạn nhiệt trong bộ phận giảm chấn sẽ có hiện tƣợng tổn thất nhiệt trong quá trình nén. Các đặc tính nén sẽ diễn ra trong khoảng quá trình đoạn nhiệt và đẳng nhiệt. Giá trị n<1,4 tùy theo tốc độ nén. 5
19. Định luật Pascal: Áp suất tác dụng lên dòng chảy sẽ đƣợc chuyền đi theo mọi hƣớng khác nhau. 2.9. Sơ đồ cấu tạo – chức năng của hệ thống điều khiển khí nén – điện Hình 2. 2 – Sơ đồ cấu tạo – chức năng của hệ thống điều khiển khí nén – điện. II. THIẾT BỊ KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN – KHÍ NÉN 1. Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén 1.1. Máy nén khí Áp suất khí đƣợc tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lƣợng cơ học của động cơ chuyển đổi thành năng lƣợng khí nén và nhiệt năng. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý thay đổi thể tích: Không khí đƣợc dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích khí sẽ giảm, áp suất trong bình chứa tăng. 6
20. Hình 2. 3 – Máy nén khí piston. Nguyên lý động năng: Không khí đƣợc dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén đƣợc tạo ra bằng động năng của bánh dẫn, cho phép tạo ra lƣu động và công suất lớn. 1.2. Thiết bị xử lý khí nén Hệ thống xử lý khí nén bao gồm ba giai đoạn: Lọc làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí đƣa ra để tách chất bẩn và bụi. Sau đó khí nén đƣợc đƣa vào bình ngƣng tụ để tách hơi nƣớc. Giai đoạn lọc thô là giai đoạn cần thiết nhất trong xử lý khí nén. Sấy khô là giai đoạn xử lý tùy theo chất lƣợng yêu cầu của khí nén. Lọc tinh, xử lý khí nén trong giani đoạn này trƣớc khi đƣa vào sử dụng. Bình ngưng tụ - làm lạnh bằng không khí: Sau khi khí nén ra khỏi máy nén khí sẽ đƣợc đƣa vào bình ngƣng tụ. Tại đây khí nén sẽ đƣợc làm lạnh và phần lớn lƣợng hơi nƣớc chứa trong không khí sẽ đƣợc ngƣng tụ và tách ra. Làm lạnh bằng không khí, nhiệt độ khí nén khoảng từ 30oC đến 35oC. Làm lạnh bằng nƣớc thì nhiệt độ khí nén trong bình sẽ đạt 20oC. Hình 2. 4 – Nguyên lý hoạt động của bình ngƣng tụ làm lạnh bằng nƣớc. 7
21. 1. Đƣờng đẫn nƣớc làm lạnh vào. 2. Hệ thống ống đẫn nƣớc làm lạnh. 3. Đƣờng dẫn khí 250C vào. 4. Đƣờng dẫn khí 150C ra. 5. Bình tách nƣớc trong khí nén. Bộ sấy khí: Các bộ sấy khí nén thƣờng bị mòn là do hơi nƣớc trong hệ thống, làm cho hệ thống hấp thụ nhiều khí nén hơn và hiệu suất trong hệ thống giảm xuống. Khi bị mài mòn hay rò rỉ lớn các thiết bị cần phải đƣợc thay thế. Để khắc phục những điều đó cần có thêm bộ sấy khô khí. Có các bộ sấy khô với các phƣơng pháp làm khô khác nhau: Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh. Thiết bị sấy khô bằng chất hấp thụ. Hệ thống sấy khô nhiệt độ thấp. 1.3. Bộ lọc Khối lọc khí là thiết bị cơ bản nhất làm sạch khí. Bộ lọc khí có nhiệm vụ tách nƣớc và dầu từ khí nén và đƣa đến bộ sấy khô không khí. Hình 2. 5 – Bộ lọc. Bộ lọc thƣờng đƣợc lắp đặt ngay phía trƣớc của hệ thống khí nén. Bộ lọc bao gồm các thành phần: Van lọc: Loại bỏ bụi bẩn, tạp chất và hơi nƣớc ra khỏi dòng khí. Van áp suất: Giảm áp suất khí nén tới giá trị định trƣớc. Van tra dầu: Bơm trơn dòng khí với dầu dạng sƣơng, nâng cao chất lƣợng dòng khí nén bằng cách hòa trộn thêm dầu vào dạng hơi sƣơng để bôi trơn các phần tử chuyển động. 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4