Bài tập lớn Khí nén ppt

GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
Nhận xét của giáo viên
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………….\
1
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
MỤC LỤC
Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỐNGKHÍ NÉN TRONG
CÔNG NGHIỆP 2
I. Tổng quan 2
1. Những đắc điểm cơ bản
2. Cấu trúc của hệ thống khí nén 2
Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ
PHẬN CHẤP HÀNH 8
I. Mô tả hoạt động của hệ thống 8

1.1 Hoạt động 8
1.2. Trình tự hoạt động cảu các xy lanh 9
1.3. Xây dựng giản đồ GRAFECT 10
II. Xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động 11
2.1. Xác định loại thiết bị cho các trường hợp 12
III. Vẽ sơ đồ nguyên lý 15
Chương III. XÁC ĐỊNH PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG 18
I. Xy lanh khí nén 18
II. Xác định loại xy lanh khí nén 18
1. Loại xy lanh 18
2. Tính lưu lượng và đường kính xy lanh 19
III. Sơ lược về van phân phối 24
IV. Van chắn 28
2
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
V. Chọn van phân phối 31
VI. Xác định van khí dùng làm cảm biến vị trí cho xy lanh 31
VII. Xác định cổ ống nối 33
VIII. Xác định bộ cấp khí 34
Chương IV. SƠ LƯỢC VỀ MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ CHẤT
LƯỢNG KHÍ NÉN 36
I. Sơ lược về máy nén khí 36
II. Thiết bị xử lý chất lượng khí nén 38
Chương V. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH BỘ NGUỒN 41
I. Xác định máy nén khí 41
II. Tính toán xác định máy nén khí 43
III. Hiệu suất năng lượng của máy nén 45
IV. Xác định thời gian nghỉ của máy nén 46
3
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH

CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN
TRONG CÔNG NGHIỆP
I.Tổng quan
1 .Những đặc điểm cơ bản
- Hệ thống khí nén (Pneumatic Systems) được sử dụng rộng rãi
trong công nghiệp lắp ráp, chế biến, đặc biệt ở những lĩnh vực cần phải
đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ hoặc ở môi trường độc hại.
Ví dụ: lĩnh vực lắp ráp điện tử; chế biến thực phẩm; các khâu
phân loại, đóng gói sản phẩm thuộc các dây chuyền sản xuất tự động.
Trong công nghiệp gia công cơ khí; trong công nghiệp khai thác
khoáng sản…
- Các dạng truyền động sử dụng khí nén:
+ Truyền động thẳng: Là ưu thế của hệ thống khí nén do kết
cấu đơn giản và linh hoạt của cơ cấu chấp hành, chúng được sử dụng
nhiều trong các thiết bị gá kẹp các chi tiết khi gia công, các thiết bị đột
dập, phân loại và đóng gói sản phẩm…
+ Truyền động quay: Trong nhiều trường hợp khi yêu cầu tốc
độ truyền động rất cao, công suất không lớn sẽ gọn nhẹ và tiện lợi hơn
nhiều so với các dạng truyền động sử dụng các năng lượng khác.
Ví dụ: Các công cụ vặn ốc vít trong sửa chữa và lắp ráp chi tiết,
các máy khoan, mài công suất dưới 3KW, tốc độ yêu cầu tới hàng chục
nghìn vòng/phút. Tuy nhiên, ở những hệ truyền động quay công suất
lớn, chi phí cho hệ thống sẽ rất cao so với truyền động điện.
4
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
- Những ưu nhược điểm cơ bản:
Ưu điểm:
+ Do không khí có khả năng chịu nén (đàn hồi) nên có thể nén
và tích chứa trong bình chứa với áp suất cao thuận lợi, xem như một kho

chứa năng lượng.
+ Nguồn năng lượng là không khí, có sẵn trong tự nhiên, sạch
và an toàn.
+ Chịu đựng tương đối tốt với môi trường nóng ẩm và bụi.
+ An toàn trong môi trường cháy nổ
+ Hoạt động ít bị hư hỏng
+ Vận hành, bảo dưỡng sửa chữa đơn giản chi phí thấp.
+ Trong thực tế vận hành, người ta thường xây dựng trạm
nguồn khí nén dùng chung cho nhiều mục đích khác nhau như công việc
làm sạch, truyền động trong các máy móc…
+ Có khả năng truyền tải đi xa bằng hệ thống đường ống với
tổn thất nhỏ.
+ Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà
không gây tổn hại cho môi trường.
+Tốc độ truyền động cao, linh hoạt, dễ điều khiển với độ tin
cậy và chính xác.
+ Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu
quả.
+ Các động cơ khí nén có thể đạt tốc độ cao 15m/s khi chuyển
động thẳng, vài trăm ngàn phút khi chuyển động quay.
5
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
Nhược điểm:
+ Công suất truyền động không lớn. Ở nhu cầu công suất
truyền động lớn, chi phí cho truyền động khí nén sẽ cao hơn 10-15 lần
so với truyền động điện cùng công suất, tuy nhiên kích thước và trọng
lượng lại chỉ bằng 30% so với truyền động điện.
+ Thời gian đáp ứng không nhanh như điện và điện tử, những
linh kiện khi nén có tốc độ đáp ứng nhanh nhất cũng phải mất vài chục
ms. Do vậy trong trường hợp yêu cầu thực hiện số lượng lớn các phép

xử lý thong tin điều khiển và thực hiện với tốc độ nhanh thì công nghệ
khí nén không thể đáp ứng được.
+ Khí nén không thể dung ở áp suất cao vì rất nguy hiểm, dễ
xảy ra nổ. Thông thường chỉ dùng áp suất từ 6 - 8 bar. Do vậy động lực
do các động cơ khí nén tạo ra không lớn bằng các động cơ thủy lực.
+ Do tính chất nén được của khí nén, làm cho chuyển động của
cơ cấu không đều và định vị thiếu chính xác. Gần đây, với những cải
thiện về kỹ thuật, ứng dụng công nghệ servo khí nén, nhiều hang đã cho
ra đời nhiều sản phẩm đạt độ chính xác đến ± 0,1 mm.
+ Khi tải trọng thay đổi thì vận tốc truyền động luôn có xu
hướng thay đổi do khả năng đàn hồi của khí nén khá lớn, vì vậy khả
năng duy trì chuyển động thẳng đều hoặc quay đều thường là khó thực
hiện.
+ Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây
tiếng ồn.
+ Giá thành khí nén đắt hơn vài lần thậm chí vài chục lần so
với nguồn điện do phải tạo ra một cách gián tiếp từ nguồn điện qua động
cơ điện hoặc nguồn nhiệt qua động cơ nhiệt để kéo máy nén khí.
+ Ngày nay, để nâng cao khả năng ứng dụng của hệ thống khí
nén, người ta thường kết hợp linh hoạt chúng với các hệ thống điện cơ
khác và ứng dụng sâu rộng các giải pháp điều khiển khác nhau như điều
khiển bằng các bộ điều khiển lập trình, máy tính…
6
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
2. Cấu trúc của hệ thống khí nén(The structure of Pneumatic
Systems)

- Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:
+ Trạm nguồn gồm: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an
toàn, các thiết bị xử lý khí nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô…)

+ Khối điều khiển gồm: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển
và các phần tử điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành.
+ Khối các thiết bị chấp hành: Xilanh, động cơ khí nén, giác
hút…
+ Dựa vào dạng năng lượng của tín hiệu điều khiển, người ta
chia ra hai dạng hệ thống khí nén:
- Hệ thống điều khiển hoàn toàn bằng khí nén, trong đó tín hiệu
điều khiển bằng khí nén và do đó kéo theo các phần tử xử lý và
điều khiển sẽ tác động bởi khí nén – Gọi là Hệ thống điều khiển
bằng khí nén và Hệ thống điều khiển điện – khí nén - các phần
tử điều khiển hoạt động bằng tín hiệu điện hoặc kết hợp tín hiệu
điện – khí nén.
Một số hình ảnh về ứng dụng khí nén:
7
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
Hình 1-1: Xe hơi chạy bằng khí nén
8
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
Hình 1-2: Máy cuộn và xén giấy gói hàng chạy bằng khí nén
Hình 1-3: Máy khoan chạy bằng khí nén
9
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
Đề tài: UỐN TÔN TỰ ĐỘNG
Xy
lan
h
Hành trình
(mm)
Lực
(N)

Thời gian tiến hoặc
lùi(S)
A 600 600 02
B 200 500 02
C 130 700 02
HOẠT ĐỘNG:
- Xy lanh A đẩy tôn vào vị trí uốn.
- Xy lanh B ép chặt tôn vào đế.
- Xy lanh C uốn tôn.
YÊU CẦU: Chu trình tự động lặp lại.
10
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
CHƯƠNG II:
PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ PHẬN CHẤP HÀNH
I.Mô tả hoạt động của hệ thống
1.1. Hoạt động:
Lúc đầu hệ thống đang ở trạng thái như đề bài
o Bước 1: Xy lanh tiến A đẩy tôn vào vị trí uốn.
o Bước 2: Xy lanh B tiến ép chặt tôn vào vị trí uốn.
o Bước 3: Xy lanh C tiến đến để uốn tôn.
o Bước 4: Xy lanh A lùi.
o Bước 5: Xy lanh B lùi.
o Bước 6: Xy lanh C lùi.
11
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
1.2.Trình tự hoạt động của các xy lanh:
2.1.Giản đồ Stroke Step:
Chu trình làm việc của các xy lanh:
A

+
=> B
+
=> C
+
=> A
-
=> B
-
=> C
-
12
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
1.3. Xây dựng giản đồ GRAFECT
Vị trí chuyển
tiếp
Trạng thái chuyển Trạng thái xy
lanh
m Từ trạng thái 0 đến 1 A
+
a
1
Từ trạng thái 1 đến 2 B
+
b
1
Từ trạng thái 2 đến 3 C
+
c
1

Từ trạng thái 3 đến 4 A
-
a
0
Từ trạng thái 4 đến 5 B
-
b
0
Từ trạng thái 5 đến 6 C
-
c
0
Từ trạng thái 6 đến 0 Trở về trạng thái
chuẩn bị
13
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
Kí hiệu các quy ước trong đồ án:
Kí hiệu Ý nghĩa
m0
Nút nhấn khởi động
Y1 Xy lanh A tiến
Y2 Xy lanh A lùi
Y3 Xy lanh B tiến
Y4 Xy lanh B lùi
Y5 Xy lanh C tiến
Y6 Xy lanh C lùi
a
0
,a
1

Cảm biến cuối hành trình tiến,
lùi của xy lanh A
b
0
,b
1
Cảm biến cuối hành trình tiến,
lùi của xy lanh B
c
0
,c
1
Cảm biến cuối hành trình tiến,
lùi của xy lanh C
II.Xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động:
1.Xác định loại kĩ thuật điều khiển theo yêu cầu hoạt động của
thiết bị.
Sử dụng 3 loại điều khiển: thuần khí, relay, PLC.
Tất cả các phần tử đều dùng khí nén (điều khiển thuần
khí) cho các trường hợp:
- Môi trường nóng ẩm, bụi
- Môi trường cháy nổ (khí đốt, thuốc nổ)
- Hoạt động của thiết bị đơn giản
- Hoạt động của thiết bị riêng rẽ, không nối kết với các thiết bị
khác.
14
2
1 3
2
1 3

GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
Dùng relay cho các trường hợp sau:
- Môi trường ít ẩm, bụi
- Môi trường không cháy nổ
- Thiết bị hoạt động đơn giản
- Không yêu cầu nối kết các thiết bị khác
Dùng bộ điều khiển lập trình PLC cho các trường hợp
sau:
- Môi trường ít nóng ẩm, bụi
- Môi trường không cháy nổ
- Thiết bị hoạt động phức tạp
- Có yêu cầu nối kết với các thiết bị khác
2.1. Xác định loại thiết bị cho các trường hợp:
Nếu dùng kiểu thuần khí để điểu khiển
- Cảm biến vị trí xy lanh: van 3/2 tác động bằng cơ khí
15
2
1 3
4 2
5
1
3
4 2
1 3
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
- Cảm biến vị trí xy lanh: van 3/2 tác động bằng khí
- Van phân phối cho xy lanh: van 5/2 tác động kép bằng khí nén
+ Nếu dùng kiểu điều khiển bằng tay:
- Van 4/2 tác động bằng điện:
16

1
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
- Cuộn dây solenoid:
- Cảm biến vị trí xy lanh:
+ Dùng điều khiển bằng bộ PLC và các relay
- Cảm biến vị trí xy lanh cảm biến điện VDC
- Van phân phối van 5/2 tác động kép bằng dòng PC (van solenoid)
17
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
III. Vẽ sơ đồ nguyên lý:
Sơ đồ nguyên lý theo thứ tự từ trên xuống dưới
- Dãy xy lanh A, B, C cùng với các cảm biến vị trí cuối hành trình
tương ứng với các xy lanh đó.
- Dãy các van phân phối tương ứng để phân phối khí nén cho các
xy lanh đó.
- Dãy các đường tín hiệu khí nén (đối với hình vẽ cho sơ độ
nguyên lý thuần khí và điện cho hình vẽ sơ đồ nguyên lý dùng
PLC và relay).
- Bộ điều khiển thuần khí Quickstepper cho hình vẽ sơ đồ điều
khiển thuần khí, PLC cho hình vẽ sơ đồ điều khiển bằng PLC và
mạch điều khiển cùng với mạch động lực cho hình vẽ bằng sơ
đồ điều khiển dùng mạch relay.
- Dãy các van biến khí nén cho hình vẽ sơ đồ điều khiển thuần khí
nén.
- Bộ cấp khí F - R - L
18
4 2
1 3
Y1 Y2
4 2

1 3
Y3 Y4
4 2
1 3
Y5 Y6
C0 C1B0 B1A0 A1
70%
70%
70%
70%
70%
70%
OFF
K
K
K
A1
Y1 Y3
B1
Y5
Y2
C1C0
K
A0
Y4
B0
Y6
ON
1 2 3 4
5 7 11

14
3
4
9
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
Trong hành trình của các bước ta thấy không có bước nào trùng
+ Phương pháp điều khiển bằng relay:

19
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
+
Phương pháp điều khiển bằng thuần khí:
20
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
CHƯƠNG III:
XÁC ĐỊNH PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG
I.Xy lanh khí nén
1.Cấu tạo xy lanh khí nén thông dụng
Chú thích:
1. Miếng đệm đầu trục
2. Nam châm
3. Đệm ống ngoài
4. Vỏ ngoài
5. Ống dẫn thanh
6. Miếng đệm
7. Vỏ bọc mặt trước
8. Mặt dẫn khí
9. Công tắc từ
10. Cần Pittông
11. Vỏ chống mòn

12. Đệm Pittông
II.Xác định loại xy lanh khí nén
1. Loại xy lanh
- Làm việc cả hai chiều, tác động kép.
- Có giảm chấn cuối hành trình.
21
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
2. Tính lưu lượng và đường kính xy lanh
a. Hệ số hiệu dụng:
- Tùy theo trạng thái chịu tải của xy lanh:
η = 0.8: trạng thái tĩnh.
η = 0.5: trạng thái động.
- Xy lanh A làm nhiệm vụ đẩy tôn nên làm việc ở trạng thái động
nên η = 0.5
- Xy lanh B kẹp tôn nên làm nhiệm vụ ở trạng thái tĩnh nên η = 0.8
- Xy lanh C có nhiệm vụ ép tôn nên làm nhiệm vụ ở trạng thái
động nên η = 0.5
b. Tính toán các xy lanh:
 Tính xy lanh A: η = 0.5
F
th
= = = 1200N
- Tính đường kính xy lanh A:
Từ quan hệ:
F
th
=
Suy ra đường kính D
A
:

D
A
= = = 5,04(cm) = 50,4(mm)
=> Chọn đường kính D
A
= 50 mm
 Tính xy lanh B: η = 0.8
F
th
= = = 625N
22
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
- Tính đường kính xy lanh B:
Từ quan hệ:
F
th
=
Suy ra đường kính D
B
:
D
B
= = = 3,64(cm) = 36,4(mm)
=> Chọn đường kính D
B
= 40 mm
 Tính xy lanh C: η = 0.5
F
th
= = = 1400N

- Tính đường kính xy lanh C:
Từ quan hệ:
F
th
=
Suy ra đường kính D
C
:
D
C
= = = 5,45(cm) = 54,5(mm)
=> Chọn đường kính D
C
= 63 mm
23
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
c. Đường kính trục đầu ra
Dựa vào catalogue của hãng Festo ta có các thông số về xy lanh và
cần xy lanh như sau:
- Xy lanh A:
Theo catalog hãng Festo ta chọn xy lanh A
loại DNG-63-600-PPV-A
24
GVHD: NGUYỄN NGỌC HUY CƯỜNG SVTH: VŨ MINH CẢNH
- Xy lanh B:
Theo catalog hãng Festo ta chọn xy lanh B
loại DNG-40-200-PPV-A
- Xy lanh C: Chọn giống xy lanh A
d. Lưu lượng
cần dùng cho xy

lanh Q(l/p):
25