Giáo trình công nghệ khí nén thủy lực ứng dụng (nghề công nghệ ô tô cao đẳng)

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ

GIÁO TRÌNH

Mơn học: Cơng nghệ khí nén - thuỷ
lực ứng dụng
NGHỀ: CƠNG NGHỆ Ơ TƠ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ
(Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐ - TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013
của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề)

Hà Nội - 2012


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể
được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo
nghề và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
Mã tài liệu: MH 13


LỜI GIỚI THIỆU
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ
thuật đã giúp cho có sự thay đổi vượt bậc trong cuộc sống của con người. Bên
cạnh sự phát triển của các ngành như: Kỹ thuật điện tử, kỹ thuật tự động
hóa..thì ngành kỹ thuật thủy khí ngày càng trở nên có ý nghĩa và chiếm một vị
trí quan trọng trong một số lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt trong ngành chế
tạo máy và kỹ thuật ơtơ, các máy cơng trình thì truyền động thủy lực khí nén

đang có một vai trị đáng kể do có mật độ cơng suất cao, kết cấu đơn giản, độ
tin cậy cao và đặc biệt là việc bố trí các phần tử tự do và linh động theo khơng
gian và van điều khiển, có chi phí cơng suất nhỏ là những ưu điểm nổi bật của
công nghệ truyền động khí nén thủy lực. Với những ưu điểm như vậy, nên ở
nước ta hiện nay đã có rất nhiều máy móc sử dụng truyền đồng thủy lực khí
nén tuy nhiên số lượng những thợ giỏi về lĩnh vực này lại khá khiêm tốn.
Nhằm giúp cho sinh viên có thể nắm được một số kiến thức cơ bản về truyền
động thủy lực khí nén, tiếp cận dần với cơng việc sửa chữa các thiết bị có liên
quan trong thực tế.
Nội dung của giáo trình biên soạn được dựa trên sự kế thừa nhiều tài
liệu của các trường đại học và cao đẳng, kết hợp với yêu cầu nâng cao chất
lượng đào tạo cho sinh viên các trường dạy nghề trong cả nước. Để giúp cho
người học có thể nắm được những kiến thức cơ bản của môn học thủy lực khí
nén, nhóm biên soạn đã sắp xếp mơn học theo từng chương theo thứ tự:
Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén
Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén
Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực
Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực
Kiến thức trong giáo trình được biên soạn theo chương trình khung của
Tổng cục Dạy nghề, sắp xếp logic và cô đọng. Do đó người đọc có thể hiểu
một cách dễ dàng các nội dung trong chương trình.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn khơng tránh khỏi sai sót, tác
giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người đọc để lần xuất bản sau
giáo trình được hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày…..tháng…. năm 2012


Tham gia biên soạn
1. ThS. Phạm Tố Như

2. ThS. Nguyễn Đức Nam
3. ThS. Hà Thanh Sơn
4. ThS. Vũ Quang Huy
5. ThS. Phạm Ngọc Anh
6. ThS. Nguyễn Thành Trung
7. ThS. Phạm Duy Đơng
8. ThS. Đồn Văn Năm
9. ThS. Ngơ Cao Vinh
10. ThS. Đinh Quang Vinh
11. ThS. Hồng Văn Thơng
12. ThS. Hồng Văn Ba
13. ThS. Nguyễn Thái Sơn
14. CN. Vũ Quang Anh
15. ThS. Nguyễn Xuân Sơn
16. ThS. Lê Ngọc Viện
17. ThS. Nguyễn Văn Thơng
18. ThS. Dương Mạnh Hà
19. CN. Hồng Văn Lợi
20. CN. Trần Văn Đô

Chủ biên
Đồng chủ biên
Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên

Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên
Thành viên


MỤC LỤC
ĐỀ MỤC

TRANG

Lời giới thiệu
Mục lục
Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng
khí nén
Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén
Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng
thủy lực
Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực
Tài liệu tham khảo

1
29
43

68
82


MƠN HỌC CƠNG NGHỆ KHÍ NÉN - THỦY LỰC ỨNG DỤNG
Mã số của mơn học: MH 13
I. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học:
- Vị trí:
Mơn học được bố trí giảng dạy song song với các môn học/ mô đun sau:
MH 14, MH 15, MH 16, MĐ 18, MĐ 19
- Tính chất:
Là mơn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc.
- Ý nghĩa: giúp cho sinh viên có kiến thức cơ bản về thủy lực khí nén, góp
phần vào học các mơn chun mơn được tốt hơn, nâng cao hiệu quả học tập.
- Vai trị: mơn học trang bị cho sinh viên những khái niệm, kiến thức cơ
bản về thủy lực khí nén để ứng dụng vào các môn học chuyên môn, ứng dụng vào
thực tế.
II. Mục tiêu của mơn học:
Trình bày được đầy đủ các khái niệm, yêu cầu và các định luật truyền d n
năng lượng của hệ thống truyền động khí n n và thủy lực
iải thích đầy đủ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền
động bằng khí n n và thủy lực
Nhận dạng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị truyền động
bằng khí n n và thủy lực
Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí n n
Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, tỉ mỉ
III. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Số
TT
I

II

Tên chương mục
Khái niệm và các quy luật về truyền
động bằng khí nén
Khái niệm, u cầu và các thơng số của
khí nén
Các quy luật truyền d n bằng khí nén
Nhận dạng các thiết bị sử dụng khí nén.
Hệ thống truyền động bằng khí nén
Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của

Thời gian (giờ)
Thực
Kiểm
Tổng
Lý
hành Bài tra*
số
thuyết
tập
9

9

2
3
4

11
2
5

2
3
4
10
2
5

1


hệ thống truyền động bằng khí nén
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy
nén khí.
Khái niệm và các quy luật về truyền
III
động bằng thủy lực
Khái niệm, yêu cầu và các thông số của
chất lỏng
Các quy luật truyền d n bằng thủy lực
Nhận dạng các thiết bị thủy lực.
Cấu tạo hệ thống truyền động bằng
IV
thủy lực
Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của
hệ thống truyền động bằng thủy lực

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy
thủy lực.
Tổng cộng

4

3

1

11

10

1

3
3
5

3
3
4

1

14
3

13

3

5

5

6
45

5
42

* Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết được tính vào giờ lý thuyết, kiểm tra thực
hành được tính bằng giờ thực hành.

1

1
3


1
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CÁC QUY LUẬT
VÀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN
Mã số của chương 1: MH 13 - 01
Giới thiệu:
Dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, con người ngày càng sử dụng
được hiểu quả các nguồn tài nguyên thiên nhiên vào trong kỹ thuật phục vụ đời
sống mà trước đây tưởng như khơng thể. Cơng nghệ khí n n đã đưa nguồn tài
nguyên bất tận của thiên nhiên là khơng khí vào các máy móc để biến chúng thành

năng lượng, giúp ích cho đời sống con người.
Mục tiêu:
- hát biểu đúng các khái niệm, yêu cầu và các thơng số của truyền
động bằng khí n n
- iải thích được các quy luật truyền d n của khí n n
- hát biểu đúng yêu cầu, nhiệm vụ và phân loại hệ thống truyền động
bằng khí n n
- iải thích được sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống
truyền động bằng khí n n
- Nhận dạng được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị
truyền động bằng khí n n
- Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén.
Nội dung chính:
1.1 KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THƠNG SỐ CỦA KHÍ NÉN
Mục tiêu:

- Trình bày được khái niệm và yêu cầu của truyền động khí n n
- Trình bày được q trình sản xuất khí n n
- Trình bày được các thơng số của truyền động khí n n
- Sử dụng được các cơng thức vào các bài tập tính tốn có liên quan
Khái qt chung
Bên cạnh các chất lỏng thủy lực như nước và dầu, khí n n cũng là một
trong những mơi chất mang năng lượng và tín hiệu quan trọng nhất trong kỹ
thuật thủy khí.
Trong các hệ thống truyền động khí nén mơi chất là khơng khí nén –
một chất “lỏng” chịu n n. Như vậy có thể lấy khơng khí từ mơi trường, nén
lại, truyền d n làm hoạt động các động cơ khí n n hoặc xy lanh khí nén và lại
thải ra mơi trường.
Khí n n đã được ứng dụng từ rất lâu, cách đây trên 2000 năm, người ta
đã biết tạo ra khí n n, lưu trữ khí nén và sử dụng làm môi chất mang năng

2
lượng. Vào quãng thế kỷ thứ 3 và thứ nhất trước cơng ngun ở Alexandrie
các nhà cơ khí Ktesibios và Heron đã
phát minh ra các thiết bị máy móc hoạt động bằng khí nén.
Tuy nhiên lịch sử phát triển của kỹ thuật khí n n cũng có những bước
thăng trầm. Một mặt do trình độ kỹ thuật cơng nghệ các thời kỳ trước chưa
tương xứng, mặt khác cịn có sự cạnh tranh gay gắt của các hệ thống truyền
năng lượng khác như động cơ nhiệt, truyền động điện… mà mãi đến những
năm gần đây kỹ thuật khí n n mới lại có được vai trị xứng đáng của nó trong
sản xuất. Thời kỳ bùng nổ của kỹ thuật khí n n bắt đầu cùng với sự phát triển
mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển và tự động hóa của các q trình sản xuất,
nhất là khi có sự tham gia của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật tính hiện đại. Ngày
nay khí n n đã tham gia vào hầu hết các lĩnh vực sản xuất như chế tạo máy,
xây dựng, kỹ thuật xe hơi, kỹ thuật y học, kỹ thuật rơ bot, khai khống…
1.1.1 Khái niệm
1.1.1.1 Khái niệm về hệ thống truyền động khí nén

Là hệ thống truyền động lấy khơng khí từ mơi trường ngồi, nén lại truyền
d n làm hoạt động các động cơ khí n n hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra mơi
trường.
1.1.1.2 Sản xuất khí nén

Hệ thống điều khiển khí n n hoạt động dựa vào nguồn cung cấp khí
n n, nguồn khí này phải được sản xuất thường xuyên với lượng thể tích đầy
đủ với một áp suất nhất định thích hợp cho năng lượng hệ thống.
a. Máy nén khí
Máy n n khí là máy có nhiệm vụ thu hút khơng khí, hơi ẩm, khí đốt ở
một áp suất nhất định và tạo ra nguồn lưu chất có áp suất cao hơn.

b. Các loại máy nén khí cơng suất nhỏ thường sử dụng
Máy n n khí được phân loại theo áp suất hoặc theo nguyên lý hoạt
động. Đối với nguyên lý hoạt động ta có:
- Máy n n theo nguyên lý thể tích: máy n n pít tơng, máy n n khí kiểu
trục vít, máy n n cánh gạt.
- Máy n n tuốc bin là được dùng cho công suất rất lớn và không kinh tế
khi sử dụng lưu lượng dưới mức 600 m3/phút. Vì thế nó khơng mang lại áp
suất cần thiết cho ứng dụng điều khiển khí n n và hiếm khi sử dụng.
* Máy nén kiểu piston
Máy nén piston (hình 1.1) là máy n n phổ biến nhất và có thể cung cấp
năng suất đến 500 m3/phút. Máy nén 1 piston có thể n n khí khoảng 6 bar và
ngoại lệ có thể đến 10 bar; máy n n kiểu piston hai cấp có thể n n đến 15 bar;
3-4 cấp lên đến 250 bar.


3

Hình 1.1. Máy nén khí kiểu piston

* Máy nén khí kiểu trục vít
Máy nén trục vít làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích
khơng gian giữa hai răng kề nhau và vỏ sẽ thay đổi khi trục trục vít quay. Do
các rơ to được chế tạo ở dạng trục vít nên điểm nén sẽ dịch chuyển từ cửa nạp
đến cửa đẩy.
Phần chính của máy nén trục vít gồm 2 roto: roto chính 2 và rơ to phụ
1, (hình 1.3). Số đầu mối ren trên rơ to xác định thể tích làm việc của máy, có
nghĩa là thể tích khơng khí cuốn vào trong một vịng quay. Số đầu mối ren
càng lớn thể tích làm việc càng nhỏ. Số đầu mối ren của hai rô to khác nhau
sẽ cho hiệu suất cao hơn.

Hình 1.2. Cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít


4

Hình 1.3. Quá trình hút, nén và đẩy của máy nén trục vít

* Máy nén kiểu cánh gạt (Rotary compressors)
Nguyên lý hoạt động của máy n n khí kiểu cánh gạt mơ tả ở hình 1.2:
khơng khí sẽ được vào buồng hút. Nhờ rôto và stato đặt lệch tâm, nên khi rơto
quay chiều sang phải, thì khơng khí vào buồng n n. Sau đó khí n n sẽ đi ra
buồng đẩy.

Hình 1.4. Máy nén khí kiểu cánh gạt


5
1.1.1.3 Phân phối khí nén

a. Phân phối khí nén
Hệ thống phân phối khí n n có nhiệm vụ chuyển khơng khí n n từ nơi
sản xuất đến nơi tiêu thụ, đảm bảo áp suất p và lưu lượng Q và chất lượng khí
n n cho các thiết bị làm việc, ví dụ như van, động cơ khí, xy lanh khí…

Hình 1.5. Hệ thống, thiết bị phân phối khí nén

Truyền tải khơng khí n n được thực hiện bằng hệ thống ống d n khí
n n, chú ý đối với hệ thống ống d n khí có thể là mạng đường ống được lắp
ráp cố định (trong toàn nhà máy) và mạng đường ống lắp ráp trong từng thiết
bị, trong từng máy mơ tả ở hình 1.3. Đối với hệ thống phân phối khí n n

ngồi tiêu chuẩn chọn máy n n khí hợp lí, tiêu chuẩn chọn đúng các thơng số
của hệ thống ống d n ( đường kính ống, vật liệu ống); cách lắp đặt hệ thống
ống d n, bảo hành hệ thống ph n phối cũng đóng vai trò quan trọng về
phương diện kinh tế cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển khí
nén.
* Bình nhận và trích khí nén
Bình trích chứa khí n n có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí n n của máy
n n khí chuyển đến, trích chứa, ngưng tụ và tách nước trước khi chuyển đến
nơi tiêu thụ.
Kích thước của bình trích chứa phụ thuộc vào cơng suất của máy n n
khí, cơng suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng vàphương pháp sử dụng khí
nén.
Bình trích chứa khí n n có thể đặt nằm ngang, nằm đứng. Đường ống
ra của khí n n bao giờ cũng nằm ở vị trí cao nhất của bình trích chứa (hình
1.6).


6

Hình 1.6. Các loại bình trích chứa khí nén

* Đường ống
Đường ống d n khí n n có đường kính trong vài milimet trở lên. Chúng
được làm bằng các vật liệu cao su, nhựa hoặc kim loại.
Thông số cơ bản kích thước ống (đường kính bên trong) phụ thuộc vào:
vận tốc dòng chảy cho ph p, tổn thất áp suất cho ph p, áp suất làm việc, chiều
dài ống, lưu lượng, hệ số cản trở dòng chảy và các phụ kiện nối ống.
b. Các yếu tố cơ bản
- Lưu lượng: phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy (Q=v.F). Vận tốc dòng
chảy càng lớn, tổn thất áp suất trong ống càng lớn.

- Vận tốc dòng chảy: vận tốc dòng chảy của khí n n trong ống d n nên
chọn là từ 6 ÷ 10 m/s. Vận tốc của dịng chảy khi qua các chỗ lượn cua của
ống hoặc nối ống, van, những nơi có tiết diện nhỏ lại sẽ tăng lên, hay vận tốc
dòng chảy sẽ tăng lên nhất thời khi các thiết bị hay máy móc đang vận hành.
- Tổn thất áp suất: tốt nhất không vượt quá 0.1 bar. Thực tế sai số cho
ph p đến 5% áp suất làm việc. Như vậy tổn thất áp suất là 0.3 bar là chấp
nhận được với áp suất làm việc là 6 bar.
- Hệ số cản dòng chảy: khi lưu lượng khí đi qua các chỗ nối khớp, van,
khúc cong sẽ gây ra hiện tượng cản dòng chảy. Bảng 1, biểu thị các hệ số cản
tương đương chiều dài ống d n l’ của các phụ kiện nối.


7
Bảng 1. Giá trị hệ số cản  tương đương chiều dài ống dẫn l

1.1.1.4 Xử lý khí nén

Hình 1.7. Bộ lọc khí


8
Khí n n được tạo ra từ máy n n khí có chứa nhiều chất bẩn, độ bẩn có
thể ở các mức độ khác nhau. Chất bẩn có thể là bụi, độ ẩm của khơng khí hút
vào, những cặn bả của dầu bơi trơn và truyền động cơ khí. Hơn nữa trong q
trình n n nhiệt độ của khí n n tăng lên, có thể gây ra ơ xy hóa một số phần tử
của hệ thống. Do đó việc xử lý khí n n cần phải thực hiện bắt buộc. Khí n n
khơng được xử lý thích hợp sẽ gây hư hỏng hoặc gây trở ngại tính làm việc
của các phần tử khí n n. Đặc biệt sử dụng khí n n trong hệ thống điều khiển
đòi hỏi chất lượng khí n n rất cao. Mức độ xử lý khí n n tùy thuộc vào từng
phương pháp xử lý. Trong thực tế người ta thường dùng bộ lọc để xử lý khí

nén (hình 1.7).
Van lọc khí (hình 1.8) là làm sạch các chất bẩn và ngưng tụ hơi nước
chứa trong nó. Khí n n sẽ tạo chuyển động xoắn khi qua lá xoắn kim loại, sau
đó qua phần tử lọc, các chất bẩn được tách ra và bám vào màng lọc, cùng với
những phân tử nước được để lại nằm ở đáy của bầu lọc. Tùy theo yêu cầu chất
lượng của khí n n mà chọn phần tử lọc. Độ lớn của phần tử lọc nên chọn từ
20µm – 50µm.

Hình 1.8. Van lọc khí nén

Van điều chỉnh áp suất: nhiệm vụ của van áp suất là ổn định áp suất
điều chỉnh, mặc dù có sự thay đổi bất thường của áp suất làm việc ở đường ra
hoặc sự dao động của áp suất ở đầu vào. Ap suất ở đầu vào luôn luôn là lớn
hơn áp suất ở đầu ra (hình 1.9).


9

Hình 1.9. Van điều chỉnh áp suất

Van điều chỉnh áp được điều chỉnh bằng vít điều chỉnh tác động lên
màng kín. hía trên của màng chịu tác dụng của áp suất đầu ra, phía dưới chịu
tác dụng của lực lị xo sinh ra do vít điều chỉnh. Bất kỳ sự tăng áp ở đầu tiêu
thụ gây cho màng kín dịch chuyển chống lại lực căn của lị xo vì vậy hạn chế
dịng khí đi qua miệng van cho tới lúc có thể đóng sát.
Khi khí n n được tiêu thụ, áp suất đầu ra giảm, kết quả là đĩa van được
mở bở lực căn lò xo lực. Để ngăn chặn đĩa van dao động chập chờn phải dùng
đến lò xo cản gắn trên đĩa van.
Van tra dầu: được sử dụng đảm bảo cung cấp bôi trơn cho các thiết bị
trong hệ thống điều khiền khí n n nhằm giảm ma sát, sự ăn mịn và sự gỉ

(hình 1.10).

Hình 1.10. Van dầu
1.1.2 Yêu cầu về hệ thống truyền động bằng khí nén
1.1.2.1 Ưu điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén

− Khơng u cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lượng: (3 – 8)

bar.


10
− Khả năng quá tải lớn của động cơ khí
− Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật
− Tuổi thọ lớn
− Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử
chức năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong môi trường dễ
nổ, và bảo đảm môi trường sạch vệ sinh.
− Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí
n n nhỏ và tổn thất áp suất trên đường d n ít.
− Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí
n n nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nền truyền động có
thể đạt được vận tốc rất cao.
1.1.2.2 Nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén

− Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử
− Khả năng lập trình k m vì cồng kềnh so với điện tử , chỉ điều khiển
theo chương trình có sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp k m.
− Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh.
− Lực truyền tải trọng thấp.

− Dòng khí n n thốt ra ở đường ống d n gây tiếng ồn
1.1.2.3 Yêu cầu về hệ thống truyền động bằng khí nén

Hệ thống truyền động khí n n gồm có các bộ phận để chuyển đổi năng
lượng khí n n, các bộ phận để điều khiển hệ thống, để điều khiển và điều
chỉnh mơi chất, ngồi ra cịn có các bộ phận để chuẩn bị khí n n, lưu giữ và
phân phối khí n n… Các bộ phận chuyển đổi năng lượng khí n n gồm: các
máy n n khí (biến năng lượng cơ học thành áp năng tích lũy trong khí n n),
các động cơ và xi lanh khí n n (biến năng lượng tích lũy trong khí n n thành
năng lượng cơ học ở dạng chuyển động quay, chuyển động thẳng hoặc
chuyển động lắc). Chính vì vậy hệ thống truyền động khí n n cần đảm bảo
các yêu cầu:
- Kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa
- Tuổi thọ và độ kín khít giữa các bộ phận lắp ghép phải đảm bảo
- Có độ an tồn cao, giá thành rẻ

1.1.3 Các thơng số của khí nén
1.1.3.1. Thành phần hóa học của khơng khí

Khi hệ thống khí n n hoạt động, máy n n khí sẽ hút khơng khí ngồi
khí quyển và đẩy vào hệ thống. Như vậy mơi chất mang năng lượng trong hệ
thống chính là khơng khí. Thành phần hóa học của khơng khí khơ có thể tham
khảo trên bảng 2.


11
Bảng 2. Thành phần hố học của khơng khí
Thể tích

N2

O2

Ar

CO2

H2

Ne.10-3

He.10-3

Kr.10-3

X.10-6

78,08

20,45

0,93

0,03

0,01

1,8

0,5

0,1

9

75,51

23,01

0,04

1,286

0,001

1,2

0,07

0,3

40

(%)
Khối lượng
%

Ngồi các thành phần hóa học trên của khơng khí khơ, sạch cịn có
thêm bụi bẩn, hơi nước và một số tạp chất khác tùy thuộc vào điều kiện thời
tiết khí hậu và tiểu khí hậu của vùng sản xuất. Các thành phần này là các tác

nhân chính gây ra hao mịn, han rỉ trong hệ thống, vì vậy cần có các biện pháp
hoặc thiết bị để loại bỏ hoặc giới hạn hàm lượng đến mức cho ph p.
1.1.3.2 Lực

- Đơn vị của lực là Newton (N). 1 Newton là lực tác động lên đối trọng
có khối lượng 1kg với gia tốc 1 m/s2.
1 N = 1 kg.m/s2
1.1.3.3 Áp suất

- Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là pascal.
- ascal ( a) là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2 với lực
tác động vng góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N).
1 Pascal = 1 N/m2 = 1kg m/s2/m2 = 1kg/ms2
- Ngồi ra cịn dùng đơn vị bar:
1 bar = 105Pa = 1Kg/cm2 =1 at
- Một số nước tư bản còn dùng đơn vị psi ( pound (0.45336 kg)) per
square inch (6.4521 cm2). Kí hiệu lbf/in2 (psi); 1 bar = 14,5 psi
- Áp suất có thể tính theo cột áp lưu chất
P = w*h
Trong đó:
w - trọng lượng riêng lưu chất
h - chiều cao cột áp
1.1.3.4 Lưu lượng

- Lưu lượng là vận tốc dòng chảy của lưu chất qua một tiết diện dòng
chảy. Đơn vị thường dùng là l/min.
Q = v.A
Trong đó:
Q lưu lượng của dịng chảy
A Tiết diện của dịng chảy

v Vận tốc trung bình của dịng chảy


12
1.1.3.5 Công

- Đơn vị của công là Joule (J). 1 Joule là công sinh ra dưới tác động của
lực 1 N để vật dịch chuyển quãng đường 1 m.
1 J =1Nm
1 J = 1 m2kg/s2
- Cơng được tính theo cơng thức:
Wk = F*L
Trong đó:
F - lực tác dụng vào vật
L - quảng đường vật đi được.
1.1.3.6 Công suất

- Đơn vị công suất là Watt
-1 Watt là công suất, trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 Joule.
1 W = 1 Nm/s = W = 1 m2kg/s3
- Công suất được tính theo cơng thức:

1.2 CÁC QUY LUẬT TRUYỀN DẪN BẰNG KHÍ NÉN
Mục tiêu:

- Trình bày được các đại lượng vật lý cơ bản của khí n n
- Trình bày được các phương trình tính tốn trong truyền động khí n n
- Trình bày được các quy luật truyền d n bằng khí n n

1.2.1 Các phương trình tính tốn dịng chảy khí nén

1.2.1.1 Các đại lượng vật lý cơ bản của khơng khí
Bảng 1.2. Các đại lượng vật lý cơ bản của khơng khí
Stt Đại lượng vật lý K.hiệu
Giá trị
Đơn vị
Ghi chú
3
1
Khối lượng riêng n
1,293
kg/m
T=273K, Pa=760
2
Hằng số khí
R
287
J/kg.K
3
Tốc độ âm thanh s
331,2
m/s
Ở nhiệt độ 00C
344
Ở nhiệt độ 200C
4
Nhiệt lượng riêng cp
1,004
kJ/kg.K Áp suất hằng số
cv
0,717

kJ/kg.K Thể tích hằng số
5
Số mũ đoạn nhiệt K
1,4
6
Độ nhớt động lực 
17,17.10-6 Pa.s
Ở trạng thái tiêu chuẩn
-6
2
7
Độ nhớt động

13,28.10
m /s
Ở trạng thái tiêu chuẩn


13
1.2.1.2 Các phương trình tính tốn

* Phương trình trạng thái nhiệt động học
iả thiết khí n n trong hệ thống gần như là khí lý tưởng. hương trình
trạng thái nhiệt tổng qt của khí n n:
pabs .V = m.R.T.
Trong đó:
pabs: Áp suất tuyệt đối [bar].
V: Thể tích của khí n n [m3].
m: Khối lượng [kg].
R: Hằng số khí. [J/kg.K].

T: Nhiệt độ Kelvin [K].
p abs.V
 m.R
T

Hay:
p1abs.V1 p 2 abs.V2

T1
T2

Khối lượng không khí m được tính theo cơng thức:
- Khi nhiệt độ T khơng thay đổi, ta có:
m

1



m

2

p 2 abs
p1abs

Hay:
 2  1 .

p 2 abs

.
p1abs

- Khi áp suất p không thay đổi, ta có:
 2  1 .

T1
.
T2

- Khi cả ba đại lượng trên đều thay đổi, ta có:
2 

Thể tích riêng của khơng khí:
v=

T1 . p 2 abs .1
.
T2 . p1abs

V
.[m3/kg].
m

Suy ra, ta có phương trình trạng thái của khí n n:
p.v
 R , hay p.v = R.T.
T

14
Trong đó; R là hằng số khí.
Nhiệt lượng riêng c là nhiệt lượng cần thiết để nung nóng khối lượng
khơng khí 1 kg lên 10K. Nhiệt lượng riêng khi thể tích khơng thay đổi ký hiệu
là cv, khi áp suất không thay đổi ký hiệu cp. tỷ số của cv và cp gọi là số mũ
đoạn nhiệt k:
k=

cp
cv

Hiệu số của cp và cv gọi là hằng số khí R:
R = cp – cv = cp

k 1
= cv(k -1)
k

Trạng thái đoạn nhiệt là trạng thái mà trong quá trình n n hay giãn nở
khơng có nhiệt được đưa vào hay lấy đi, có phương trình sau:
p1.v1k = p2.v2k = hằng số.
k

p
v
T
Hay 1  ( 2 ) k  ( 1 ) k 1 .
p2
v1
T2

Diện tích mặt phẳng 1, 2, 5, 6 trong hình 1.11 tương ứng lượng nhiệt
giãn nở cho khối lượng khí 1 kg và có giá trị:
k 1
p1 .v1   v1  
1    
W
k  1   v 2  


k 1


p1 .v1   p 2  k 
W
1  
k  1   p1  


p .v  T 
W  1 1 1  2 
k  1  T1 

Công kỹ thuật Wt là công cần thiết để n n lượng khơng khí (Ví dụ
trong máy n n khí) hoặc là cơng thực hiện khi áp suất khí giãn nở. Diện tích
mặt phẳng 1, 2, 3, 4 ở trong hình 1.11 là cơng thực hiện để n n hay cơng thực
hiện khí áp suất khí giãn nở cho 1 kg khơng khí, có giá trị:
  v  k 1 
k
p1 .v1 1   1  

Wt 
k 1
  v 2  
k 1


k


p
k
2

W
p1 .v1 1    
  p1  
k 1



Trong thực tế khơng thể thực hiện được q trình đẳng nhiệt hay đoạn
nhiệt. Quá trình xảy ra thường nằm trong khoảng giữa quá trình đẳng nhiệt và
quá trình đoạn nhiệt gọi là q trình đa biến và có phương trình:


15
n

p1.v1n = p2.v2n = hằng số Hay
Quá trình đẳng nhiệt:

Quá trình đẳng áp:
Q trình đoạn nhiệt:
Q trình đẳng tích:

T 
p1  v 2 
     2 
p 2  v1 
 T1 

n
n 1

n = 1.
n = 0.
n = k.
n = .
4

p

1

p1
3

2

p2

V
V1

6

5

V2

Hình 1.11. Biểu đồ đoạn nhiệt.

* Phương trình dịng chảy:
- hương trình dịng chảy liên tục:
Lưu lượng khí n n chảy trong đường ống từ vị trí 1 đến vị trí 2 là
khơng đổi (hình 1.11), ta có phương trình dịng chảy như sau:
Qv1 = Qv2 Hay: w1.A1 = w2.A2 = hằng số.
Trong đó:
Qv1, Qv2[m3]:
Lưu lượng dịng chảy tại vị trí 1 và vị trí 2.
w1 [m/s]:
Vận tốc dịng chảy tại vị trí 1.
w2 [m/s]:
Vận tốc dịng chảy tại vị trí 2.
2
A1 [m ]:
Tiết diện chảy tại vị trí 1.
2
A2 [m ]:
Tiết diện chảy tại vị trí 2.
- hương trình Becnully:

hương trình Becnully được viết như sau:
w12
p1
w22
p
m.
 m.g.h1  m
 m.
 m.g.h2  m 2 .


2
2

Trong đó:
m.

w2
:
2

m.g.h:
m.

p



Động năng.
Thế năng.

 V . p : Áp năng.


16
g:
ia tốc trọng trường.
:
Khối lượng riêng khơng khí.
p:
Áp suất tĩnh.
c. Lưu lượng khí nén qua khe hở hẹp
Lưu lượng khối lượng khí qm qua khe hở được tính như sau:
qm = . . A1 2 1p [kg/s]
Hay q m   . . A1

2p

1

[m3/s]

Trong đó:
:
Hệ số lưu lượng.
:
Hệ số giãn nở.
2
A1 [m ]:
Diện tích mặt cắt của khe hở.

p = p1 – p2: Độ chênh áp suất trước và sau khe hở.
1:
Khối lượng riêng của khơng khí.
1.2.2 Các định luật cơ bản của dịng chất khí
1.2.2.1 Lưu lượng lưu chất

Hệ thống khí nén và thủy lực đều liên quan với dịng lưu chất đi qua
ống. Lưu lượng thường có 3 định nghĩa:
-Lưu lượng thể tích: được dùng để đo thể tích lưu chất đi qua một điểm
trong một đơn vị thời gian. Nếu chất lỏng là chất khí có thể n n được, nhiệt
độ và áp suất phải được định rõ hoặc lưu lượng được tiêu chuẩn hóa với nhiệt
độ và áp suất chuẩn. Lưu lượng thể tích là số đo thơng dụng trong điều khiển
q trình.
- Lưu lượng khối: đo khối lượng lưu chất đi qua một điểm trong một
đơn vị thời gian.
- Lưu tốc (tốc độ lưu động): đo tốc độ thẳng qua một điểm đo. Lưu tốc
là đại lượng rất quan trọng khi thiết kế hệ thống thủy lực và khí nén.
Trên hình 1.13 minh họa các dạng lưu động của lưu chất, với vận tốc
lưu động đủ thấp, dòng chảy êm và thẳng với vận tốc thấp ở vách và cao nhất
tại tâm ống, trạng thái này được gọi là chảy tầng.

Chảy tầng

Chảy rối

Hình 1.13. Mơ phỏng dịng chảy mơi chất


17
Khi vận tốc dịng khí tăng lên, các cuộn xốy bắt đầu hình thành cho

đến khi vận tốc đủ lớn sẽ xuất hiện các dịng chảy rối hồn tồn, lúc này vận
tốc lưu động gần như đồng nhất qua mặt cắt ống, trạng thái này gọi là chảy
rối.
1.2.2.2 Định luật chất khí

a. Khi nhiệt độ khơng khí trong q trình nén khơng đổi (T = const), thì:
abs. V = const (Định luật Boy Mariotte)
hoặc P1.V1 = P2.V2
trong đó:
Các ký hiệu P1 , P2 là áp suất tuyệt đối
Thể tích khí nén V1 [m3] ở áp suất P1
Thể tích khí nén V2 [m3] ở áp suất P2

Hình 1.14: Mơ tả định luật Boy Mariotte

Hình 1.14 mơ tả q trình này. Đây là nguyên lý cơ bản của các máy
nén khí
b. Khi áp suất được giữ khơng đổi (P = const), thì:

Trong đó, V1 là thể tích khí tại nhiệt độ T1
V2 là thể tích khí tại nhiệt độ T2
c. Khi giữ thể tích khí nén khơng đổi (V= const), thì:

Trong thực tế, chất lỏng được dùng trong hệ thống thủy lực có thể được
xem là khơng n n được và khơng nhạy với sự thay đổi nhiệt độ. Trong khi đó


18
chất khí trong hệ thống khí nén rất nhạy với sự thay đổi nhiệt độ và áp suất,
được xác định bằng các định luật chất khí.

Trong các biểu thức này, áp suất được xem là áp suất tuyệt đối, nhiệt độ
là độ K, chẳng hạn nếu lấy một lít khơng khí ở áp suất khí quyển và 200C
được n n đến áp suất đo là 3at, nghĩa là áp suất đầu là 1at và nhiệt độ là
293K, áp suất cuối là 4at (tuyệt đối).
1.3 NHẬN DẠNG CÁC PHẦN TỬ KHÍ NÉN
Mục tiêu:

- Biết cách nhận dạng các phần tử truyền động khí n n
- Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số phần tử truyền
động khí n n
1.3.1 Cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí n n thành năng
lượng cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh)
hoặc chuyển động quay (động cơ khí n n). Ở trạng thái làm việc ổn định, thì
khả năng truyền năng lượng có phương pháp tính tốn giống thủy lực.
Ví dụ:

Cơng suất: N = p.Q (khí n n)
Vận tốc: v = N/Ft(cơ cấu chấp hành)
Cụ thể:

*Một số xilanh, động cơ khí nén thường gặp:
- Xilanh tác dụng đơn (tác dụng một chiều)
-