(Đồ án hcmute) thiết kế bộ thí nghiệm khí nén thuần túy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM KHÍ NÉN THUẦN TÚY

GVHD: TS. TƯỞNG PHƯỚC THỌ
SVTH: HỒ TUẤN ANH
MSSV: 08105175

S KL 0 0 4 7 2 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016

do an


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: “

THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM KHÍ NÉN THUẦN TÚY”

Giảng viên hƣớng dẫn:

TS. TƢỞNG PHƢỚC THỌ

Sinh viên thực hiện:
MSSV:
Lớp:
Khố:

HỒ TUẤN ANH
08105175
081111A
2008 - 2012
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016

do an


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


BỘ MƠN CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài “

THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM KHÍ NÉN THUẦN TÚY”

Giảng viên hƣớng dẫn:

Sinh viên thực hiện:
MSSV:
Lớp:
Khố:

TS. TƢỞNG PHƢỚC THỌ
HỒ TUẤN ANH
08105175
081111A
2008 - 2012

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016

do an


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Hồ Tuấn Anh
Lớp:
081111A
Khóa:
2008 - 2012
Ngành đào tạo: CNKT Cơ điện tử

Hệ: Đại học

1. Tên đề tài: THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM KHÍ NÉN THUẦN TÚY
2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu của đề tài:
- Thiết kế 2 bộ thí nghiệm kéo – nén để nghiên cứu những bài thí nghiệm về lực kéo –
nén lò xo,xác định sự ảnh hƣởng của lƣu lƣợng – áp suất, vận tốc của khí nén khi tác động

vào lò xo, vẽ biểu đồ và xác định độ cứng của lị xo
- Dựa vào 2 bộ thí nghiệm thiết kế những bài thí nghiệm về khí nén thuần túy chƣa có
trong phịng thí nghiệm
3. Sản phẩm dự kiến : Bộ thí nghiệm kéo – nén bằng khí nén thuần túy
4. Ngày giao đồ án 20/7/2016
5. Ngày nộp đồ án 28/7/2016

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

do an


LỜI CAM KẾT
-

Tên đề tài: THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM KHÍ NÉN THUẨN TÚY
GVHD:
TS Tƣởng Phƣớc Thọ
Họ tên sinh viên:

Hồ Tuấn Anh
MSSV:
08105175
Lớp: 081111A
Địa chỉ sinh viên: Cam Đức –Cam Lâm –Khánh Hịa
Số điện thoại liên lạc: 01234980118
Email:
Ngày nộp khố luận tốt nghiệp (ĐATN):
Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do
chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã
được công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tơi
xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng …. năm 20…..
Ký tên

ii

do an


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đƣợc đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, nhà
trƣờng đã hƣớng dẫn, tạo điều kiện và hỗ trợ em trong q trình thực hiện đề tài. Đặc biệt,
nhóm xin gửi lời cảm ơn đến thầy Tƣởng Phƣớc Thọ-TS trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy đã hƣớng dẫn tận tình, nhắc nhở em trong q trình
làm đồ án.
Đề tài này nhóm vừa “thiết kế” và vừa “chế tạo” trong thời gian ngắn nên sẽ khó tránh
khỏi những thiếu sót, kính mong q thầy cơ, bạn đọc thơng cảm và nhiệt tình góp ý .
Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn bạn đọc đã quan tâm.

Tp.HCM, ngày …. tháng …. năm 2016
SV thực hiện

iii

do an


TĨM TẮT ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM KHÍ NÉN THUẦN TÚY
Khí nén là loại năng lƣợng có sẵn trong thiên nhiên dùng để thay thế so với các loại
năng lƣợng khác. Vì thế nó đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau và đƣợc
đƣa vào nghiên cứu trong các trƣờng Đại Học
Với mục đích phục vụ cơng tác giảng dạy, em thiết kế 2 bộ thí nghiệm này nhằm giúp
sinh viên hiêu thêm về các đại lƣợng khí nén thơng qua các bài thực hành trên chúng
Mơ hình thiết kế : Gồm 2 bộ thí nghiệm
- Bộ thí nghiệm kéo với lực kéo cao nhất là 1000N

-

Hình 1 Bộ thí nghiệm kéo
Bộ thí nghiệm nén với lực nén cao nhất là 2500 N

Hình 2 Bộ thí nghiệm nén
Các bài thí nghiệm dự kiến
- Tính tốn lực kéo – nén của 2 bộ thí nghiệm khi có tải và khơng tải
- Tính tốn và nêu ảnh hƣởng của lƣu lƣợng đối với vận tốc của xylanh trong bộ thí
nghiệm
- Mắc tải là lo xo vào bộ thí nghiệm, tính tốn độ cứng của lị xo bằng cái đại lƣợng

liên quan thơng qua thí nghiệm
iv

do an


MỤC LỤC
Trang
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ……………………………………………………………………..i
LỜI CAM KẾT …………………………………………………………………………..ii
LỜI CÁM ƠN ……………………………………………………………………………iii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ………………………………………………………………………vi
MỤC LỤC………………………………………………………………………………...v
DANH MỤC BẢNG BIỂU………………………………………………………………vii
DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ…………………………………………………………viii
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU
1.1
Tính cấp thiết của đề tài
1.2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
1.4
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1
Đối tƣợng nghiên cứu
1.4.2
Phạm vi nghiên cứu
1.5
Phƣơng pháp nghiên cứu

1.5.1
Cơ sở phƣơng pháp luận
1.5.2
Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể
CHƢƠNG II: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1
Khảo sát phịng thí nghiệm khí nén
2.1.1
Thiết bị hiện có
2.1.2
Các bài thực hành khí nén thuần túy trong phịng thí nghiệm
2.2
Giới thiệu về đề tài thông qua khảo sát
2.2.1
Ƣu điểm đề tài
2.2.2
Nhƣợc điểm đề tài
2.3
Liên hệ các sản phẩm tƣơng tự ở ngoài thị trƣờng và các trƣờng Đại Học
CHƢƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT……………………………………………………
3.1
Sơ lƣợc về khí nén
3.1.1
Ƣu điểm
3.1.2
Nhƣợc điểm
3.1.3
Ứng dụng
3.2
Đơn vị đo

3.3
Các phần tử trong hệ thống điều khiển
3.4
Cơ cấu chấp hành
i

do an


CHƢƠNG VI: THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM KHÍ NÉN……………………………….
4.1
Tính tốn thiết kế sơ bộ
4.2
Hình vẽ thiết kế
4.3
Mơ phỏng chi tiết
CHƢƠNG V: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM………………………………………..
5.1
Trình bày kết quả 2 mơ hình thí nghiệm
5.2
Thực nghiệm lắp mạch điều khiển khí nén lên 2 bộ thí nghiệm
CHƢƠNG VI: THIẾT KẾ 4 BÀI THÍ NGHIỆM CHO 2 BỘ THÍ NGHIỆM TRÊN……
CHƢƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………

ii

do an


iii

do an


CHƢƠNG I : GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
- Khí nén là loại năng lƣợng có sẵn trong thiên nhiên dùng để thay thế so với các
loại năng lƣợng khác. Khí nén đƣợc cấu thành từ khơng khí thiên nhiên sạch, ở áp suất
3000 hoặc 3600psi. Vì thế thƣờng đƣợc dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong cơng
nghiệp và y tế,nghiên cứu ……
- Hiện nay khí nén đƣợc đƣa vào môn học trong trƣờng ĐH nhằm giúp sinh viên
tìm hiểu, điều khiển áp dụng vào thực kế thơng qua các thiết bị khí nén có trong phịng
thí nghiệm
- Qua khảo sát phịng thí nghiệm trong trƣờng, khảo sát các bài học thí nghiệm về
khí nén thuần túy, em nhận thấy cịn thiếu những bài thí nghiệm nghiên cứu về lực,vận
tốc, lƣu lƣợng,áp suất …..
Vì thế nhằm nghiên cứu và thực hành những bài thí nghiệm trên em thiết kế 2
bộ thí nghiệm khí nén(kéo-nén) , giúp sinh viên tìm hiểu thêm đầy đủ về khí nén
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài này xuất phát từ thực tế , nhu cầu của sinh viên tìm hiểu về các đại lƣợng và
ảnh hƣởng của khí nén đối với các thiết bị đi kèm với chúng. Giúp giải quyết những vấn
đề cịn thiếu sót trong phịng thí nghiệm, dùng để đƣa vào thực tiễn giảng dạy.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục đích của đề tài này là thiết kế 2 bộ thí nghiệm khí nén (kéo – nén) nhằm phục vụ
cho giảng dạy, giúp sinh viên tìm hiểu về những bài cịn thiếu khơng có trong phịng thí
nghiệm. Ngồi ra em thực hiện đề tài này nhằm mong muốn tích lũy thêm kinh nghiệm
thông qua sử dụng những kiến thức đã học để thiết kế và chế tạo sản phẩm thực tế có tính
ứng dụng cao nhằm phục vụ trong tƣờng học
Những mục tiêu chính mà đề tài nghiên cứu :
- Tìm hiểu sơ lƣợc về khí nén

- Các thiết bị khí nén đi kèm với chúng
- Đƣa ra những bài thí nghiệm dự kiến đƣợc thực hiện trên 2 bộ thí nghiệm này
1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
a.
-

Đối tƣợng
Khí nén : ứng dụng, ƣu nhƣợc điểm của khí nén trong cuộc sống và cơng nghiệp
Các van khí nén : van tay 5/2; van áp suất, van tiết lƣu,các van đảo chiều….
Các xylanh khí nén : xylanh tác động 1 chiều, xylanh tác động 2 chiều
Những ảnh hƣởng của các đại lƣợng của khí nén thơng qua các thiết bị lên tải

1

do an


b. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu xung quanh những thí nghiệm và bài học trong phịng khí nén trong
trƣờng
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu
a. Cơ sơ phƣơng pháp luận
- Khảo sát phịng thí nghiệm,những thiếu sót về thiết bị,bài thực hành để đƣa ra
mục tiêu thiết kế
- Sử dụng lý thuyết về cơ học, sức bền vật liệu để thiết kế và chế tạo khung cơ khí.
- Sử dụng lý thuyết về khí nén và các thiết bị để điều chỉnh và vận hành chúng
- Tham khảo kinh nghiệm và kiến thức của các thầy cô, bạn bè để phục vụ nghiên
cứu.
b. Phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể
- Sử dụng phần mềm mô phỏng Solidwork để vẽ và mô phỏng bền các chi tiết

đƣợc thiết kế
Sử dụng các giáo trình,sách báo và tài liệu từ internet.
Các trang thiết bị, máy móc gia cơng cơ khí nhƣ máy hàn điện, khoan, cƣa, mài...

2

do an


CHƢƠNG II: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1 Khảo sát phịng thí nghiệm khí nén
2.1.1 Các thiết bị hiện có
- Xylanh tác động 1 chiều và 2 chiều

-

Hình 2.1 Các loại xylanh trong phịng thí nghiệm
Các Van khí nén

Hình 2.2 Van khí nén trong phịng thí nghiệm

3

do an


Hình 2.3 Van khí nén trong phịng thí nghiệm

- Hiện nay các thiết bị khí nén trong phịng đều rất đầy đủ và còn sử dụng tốt phục
vụ cho nhu cầu thực hành của sinh viên

- Các xylanh khí nén đa phần là những xylanh nhỏ, thiếu những xylanh loại lớn để
thực hiện những bài thí nghiệm yêu cầu lực tác động lớn

4

do an


2.1.2 Các bài thực hành thí nghiệm khí nén thuần túy trong phịng thí nghiệm
Bài 1: Sử dụng van đảo chiều điều khiển trực tiếp xy lanh tác động 1 chiều (có lị xo
phục hồi)

Hình 2.4 Bài thực thí nghiệm 1
* Kết quả :
Mô tả hoạt động của mạch khi tác động vào cơ cấu tác động( nhấn nút và giữ nút)
một khoảng thời gian rất ngắn và thả nút nhấn ra ngay lập tức sau đó: Nhấn nút xylanh đi
ra, thả nút đi về ngay lập tức
Bài 2: Điều khiển tốc độ xylanh tác động một chiều sử dụng van tiết lƣu một chiều
Yêu cầu: Từ một mạch sẵn có,lần lƣợt tiến hành lắp thêm van tiết lƣu một chiều vào
đƣờng cấp khí của xylanh tác động một chiều để điều khiển xylanh với yêu cầu:
- Điều khiển xy lanh đi ra nhanh – đi về chậm
- Điều khiển xylanh đi ra chậm – về nhanh
- Điều khiển xylanh đi ra chậm – đi về chậm
Tác động cho mạch hoạt động, điều chỉnh vít điều chỉnh trên van tiết lƣu,quan sát và
ghi nhận kết quả thí nghiệm

Hình 2.5 Bài thực thí nghiệm 2

5

do an


Bài 3:
Điều khiển tốc độ xylanh tác động một chiều bằng van xả khí nhanh
Yêu cầu: Lắp van xả khí nhanh và van đảo chiều vào đƣờng xả khí của xy lanh tác
động một chiều,tác động cho mạch hoạt động quan sát và ghi nhận kết quả thí nghiệm

Hình 2.6 Bài thực thí nghiệm 3
Bài 4:
Điều khiển xylanh tác động một chiều dùng van Logic OR
Yêu cầu: Sử dụng hai nút nhấn 3/2 thƣờng đóng – phục hồi về vị trí ban đầu bằng lị
xo( hoặc nút nhấn có rãnh định vị), một van logic OR để điều khiển xy lanh tác động một
chiều duỗi ra và co lại. Tác dộng cho mạch hoạt động, quan sát và ghi nhận kết quả thí
nghiệm

Hình 2.7 Bài thực thí nghiệm 4

6

do an


Bài 5:
Điều khiển xylanh tác động một chiều dùng van logic AND
Yêu cầu: Sử dụng hai nút nhấn 3/2 thƣờng đóng – phục hồi về vị trí ban đầu bằng lị
xo( hoặc nút nhấn có rãnh định vị) và một van logic AND để điều khiển xy lanh tác động
một chiều duỗi ra và co lại. Tác động cho mạch hoạt động, quan sát và ghi nhận kết quả
thí nghiệm

Hình 2.8 Bài thực thí nghiệm 5
Bài 6:
Điều khiển xylanh tác động 2 chiều dùng van logic OR
Yêu cầu: Thiết kế mạch điều khiển khí nén với các yêu cầu sau
Tác động vào nút nhấn hoặc bàn đạp để điều khiển xylanh tác động hai chiều đi ra
chậm,về nhanh. Khi thôi tác động xylanh tự động đi về.Tác động cho mạch hoạt
động,quan sát và ghi nhận kết quả thí nghiệm

Hình 2.9 Bài thực thí nghiệm 6

7

do an


Bài 7: Điều khiển xylanh tác động 2 chiều với cơng tắc hành trình
u cầu: Thiết kế mạch điều khiển khí nén với yêu cầu sau:
Tác động đồng thời vào nút nhấn và bàn đạp để điều khiển xylanh tác động hai chiều
đi ra nhanh,về chậm. Khi xylanh ra tới cuối hành trình chạm cơng tác hành trình S2 thì tự
động đi về

Hình 2.10 Bài thực thí nghiệm 7
2.2 Giới thiệu đề tài
Quan sát các bài thí nghiệm khí nén trong trƣờng bao gồm
* Điều khiển xylanh tác động 1 chiều, xylanh 1 chiều có lị xo phục hồi
- Sử dụng van đảo chiều
Sử dụng van logic OR- van logic AND
- Van tiết lƣu 1 chiều – van xả khí nhanh
*
-

Điều khiển xy lanh tác động 2 chiều,sử dụng :
Van đảo chiều 5/2
Van an tồn
Van 3/2 – thƣờng đóng tác động bằng cử chặn

Hầu hết các bài thí nghiệm là tác động vào xylanh bằng các van và công tắc hành
trình , chƣa có những bài thực hành về tính toán lực, vận tốc, lƣu lƣợng , áp xuất của
xylanh. Vì thế em thiết kế 2 bộ thí nghiệm này nhằm để thực hành những thí nghiệm cịn
thiếu trên bao gồm bộ thí nghiệm kéo có thể kéo 1 lực F= 1000N và bộ nén với
F=25000N trong môi trƣờng áp suất là P = 5bar

8

do an


2.2.1 Ƣu điểm đề tài
- Sản phẩm có tính thực tiễn,phục vụ cho công tác giảng dạy
- Nhỏ gọn thuận lợi cho việc di chuyển
- Các cơ cấu đơn giản và dễ dàng tháo lắp, thuận tiện cho việc bảo trì và sữa chữa
2.2.2 Nhƣợc điểm
Cấu tạo cịn đơn giản chỉ có thể áp dụng 1 số bài thí nghiệm đơn giản xung quanh
phịng thí nghiệm
2.3 Tìm hiểu những sản phẩm liên quan đến đề tài tại các trƣờng Đại Học
Hiện nay bộ mơn khí nén đƣợc đƣa vào dạy rộng rãi ở các trƣờng kỹ thuật vì thế tại
các phòng thực hành nghiên cứu đều đƣợc trang bị đầy đủ các thiết bị khí nén nhƣ các
loại máy ép, máy dập….. tuy nhiên vẫn chƣa có bộ thí nghiệm nào dùng để nghiên cứu
khảo sát các thí nghiệm về lực, lƣu lƣợng, áp suât.

9

do an


CHƢƠNG III : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Sơ lƣợc về khí nén
Khí nén trong tiếng Anh có tên 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 ngành 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 khơng khí hoặc các dạng 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 dịng 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 tịnh tiến hoặc quay
Năng lƣợng khí nén nêu trên là chỉ dịng năng lƣợng khí có áp suất để tạo nên các
chuyển động cơ học nhƣ các cơ cấu chấp hành tịnh tiến và quay.Khí nén và thủy lực
đƣợc xếp vào nhóm lƣu chất.Chất khí đƣợc nén lại gọi là khí nén,chất lỏng chẳng hạn dầu
đƣợc gọi là thủy lực
Tuy hai lĩnh vực này có các đặc tính cơ bản tƣơng tự nhau nhƣng cũng có một số vấn
đề khác nhau:
* Mức độ áp suất: Áp suất thƣờng sử dụng trong các hệ thống khí nén khoảng từ 5
đến 10 bar( 75 đến 150 psi) còn các hệ thống thủy lực làm việc với áp suất khá cao, 1 đến
200 bar ( 3000 psi) hoặc cao hơn. Lý do có sự khác nhau này là khơng khí có khả năng
nén đƣợc.Nếu hệ thống khí nén làm việc với áp suất 200 bar, khí nén này có thể tích trữ
thế năng khá lớn, dẫn đến mức độ nguy hiểm và mất an tồn khá cao. Dầu, hoặc chất
lỏng nói chung đƣợc xem nhƣ là loại lƣu chất không nén đƣợc. Vì vậy khi hệ thống thủy
lực nổ sẽ giảm áp hầu nhƣ tức thời, ít gây nguy hiểm
3.1.1 Ƣu điểm khi sử dụng khí nén
- Số lƣợng : khơng khí có ở khắp mọi nơi, sẵn sàng để nén với số lƣợng khơng hạn

chế.
- Vận chuyển: khí nén có thể vận chuyển dễ dàng bằng đƣờng ống, ngay cả ở
khoảng cách xa. Các đƣờng ống trở về là không cần thiết.
- Lƣu trữ: Máy nén khí khơng cần thiết phải ln hoạt động, khí nén có thể đƣợc
lƣu trữ trong các bình chứa, có thể dùng dần dần theo nhu cầu; khí nén cũng có thể đƣợc
vận chuyển trong các bình chứa.
- Nhiệt độ: khí nén khơng nhạy với sự thay đổi nhiệt độ.
- Cháy nổ: không nguy hiểm về cháy nổ
- Chế tạo: chế tạo các thiết bị bằng linh kiện khí nén khác nhau thì đơn giản.
- Vận tốc: khí nén là một lƣu chất chảy rất nhanh, có thể đạt vận tốc làm việc rất
cao (vận tốc làm việc của xylanh khí có thể đạt từ 1 đến 2m/s).
Điều chỉnh: Vận tốc và lực tác dụng của các thiết bị khí nén có thể điều chỉnh
đƣợc dễ dàng bằng các thiết bị tiết lƣu khí nén
10

do an


- Quá tải: các công cụ và các thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng cho đến khi chúng
dừng hồn tồn cho nên khơng xảy ra q tải.
- Khí nén sạch: trƣờng hợp bị rò rỉ trên đƣờng ống hoặc thiết bị; không sợ gây ô
nhiễm, cháy nổ. Đặc tính này là cần thiết trong các ngành kỹ nghệ thực phẩm, dệt, gỗ và
da.
3.1.2 Nhƣợc điểm khi dùng khí nén
- Xử lý khí trƣớc khi sử dụng: khí nén phải đƣợc làm sạch (ngƣng tụ hơi nƣớc, lọc
bụi và các tạp chất . . vì trong khơng khí thƣờng có độ ẩm và lẫn các tạp chất) trƣớc khi
đƣa vào sử dụng. (đặc biệt là ngành y tế, dƣợc phẩm, thực phẩm địi hỏi khơng khí sạch,
khơng có độ ẩm, và khử sạch mùi trƣớc khi đƣa khí vào máy sử dụng và ngành sơn tĩnh
điện cũng đòi hỏi khơng cịn nƣớc trƣớc khi phun sơn nếu khơng sẽ bị rỗ bề mặt.
Tính nén đƣợc: khí nén khơng cho phép piston đạt đƣợc vận tốc đều bằng hằng số.

- Lực sinh ra: thông thƣờng áp suất làm việc là 6-7 bar, áp suất lớn nhất là 10 bar.
Do vậy, lực sinh ra bị giới hạn bởi tiết diện của piston.
- Thốt khí: khí thốt ra gây tiếng ồn
3.1.3 Ứng dụng của khí nén trong cuốc sống
- Dễ dàng đƣợc chứa đựng trong các bình chứa chuyên dụng tại những nơi khơng
có sẵn hoặc khơng thể thiết lập các nguồn năng lƣợng khác
- Khí nén đƣợc sử dụng tại những nơi mà những nguồn năng lƣợng khác không thể
sử dụng vì có thể gây ra cháy nổ . Ví dụ nhƣ sử dụng ở giàn khoan dầu, khai thác than,
hầm lị
- Thiết bị sử dụng khí nén có thể đƣợc sử dụng trong điều kiện nhiệt độ rất cao =>
Dụng cụ sử dụng khí nén dùng để đƣa xỉ than trong lị, hoặc thiết bị sử dụng trong máy
lạnh cơng nghiệp để hốn đổi thực phẩm đơng lạnh
- Mức độ sạch cao, nhất là cho những cơng việc địi hỏi về chất lƣợng, vệ sinh và
độ an toàn: sản xuất thực phẩm, điện tử, nha khoa
- Khí nén khơ : dùng cho phun sơn
- Nó có thể đƣợc bơm vào bình kín và sử dụng ở những nơi khơng có hệ thống
đƣờng dẫn khí : bình khí dùng cho thợ lặn
- Các thiết bị sử dụng khí nén thƣờng nhẹ hơn thiết bị chạy điện tƣơng đƣơng nên
dễ dàng sử dụng hơn, dùng cho các thiết bị, lắp đặt dây truyền sản xuất:Máy nghiền, búa
trong xây dựng

11

do an


Dƣới đây là danh sách cho thấy ứng dụng rộng rãi của khí nén trong sản xuất:
- Máy khoan rút lõi bê tơng khí nén

Hình 3.1 Máy khoan

-

Chế tạo cánh tay robot

Hình 3.2 Cánh tay robot
-

Xe lu bánh lốp

Hình 3.3 Khí nén bánh lốp ổ lăn bánh xe

12

do an


-

Búa khoan đá

Hình 3.4 Búa khoan bằng khí nén
-

Máy nén khí

Hình 3.5 Máy nén
-

Máy đóng gói các bán thành phẩm

Hình 3.6 Dây chuyền đóng gói bao bì sản phẩm

13

do an


-

Khí nén dùng trong y tế

Hình 3.7 Bình chứ oxy
3.2 Đơn vị đo
Hiện nay có nhiều hệ thống đơn vị đo đƣợc sử dụng trên thế giới,trong đó ba hệ
thống đơn vị thông dụng bao gồm: hệ Metric với các đơn vị cơ bản là mét,kilogram và
giây; hệ thống Imperial System còn gọi là hệ Anh với các đơn vị chính là foot,pound,
giây; hệ thống đơn vị quốc tế,SI, sử dụng mét,newton và giây
Các thông số

Ký hiệu

Hệ SI

Hệ Metric

Chiều dài

I

m

m

Thời gian

t

s

s

0

0

K

Nhiệt độ

C

T
(0K=-2730C)

(0C=2730K)
Kg.s2/m

Khối lƣợng

m

kg
(1kg =1/9,8 Kgs2/m

Lực

Áp suất

Cơng suất

N

Kg

(1N=1kg.m/s2)

(1kg=9,8N)

Pa

Kg/cm2

(1Pa=1N/m2)

(kg/cm2 = 98000Pa)

W

Kg.m/s

(1W=1Nm/s)

(1kW=102 Kg.m/s)

F

P

L

Hình 3.8 Bảng biểu hệ thống đơn vị

14

do an


a. Áp suất
- Áp suất khí quyển: Là áp suất tác dụng trên bề mặt trái đất do khối lƣợng khơng
khí bao quanh trái đất, bằng 1 atmosphere hoặc 14,7 psi( pound/inch), gần bằng 1 bar.Khi
lên cao,chẳng hạn lên đỉnh núi thì áp suất giảm dần theo độ cao, ngƣợc lại khi xuống hầm
mỏ thì áp suất sẽ tăng. Nói chung áp suất khí quyển trên mặt đất thƣờng đƣợc lấy theo giá
trị trung bình
- Áp suất dƣ( áp suất tƣơng đối): Áp suất khí quyển ở mặt đất hầu nhƣ khơng đổi
do đó thƣờng đƣợc sử dụng để quy chiếu hoặc làm chuẩn. Áp suất tƣơng đối còn gọi là
áp suất dƣ(Pg), đƣợc đo là so sánh với mức chuẩn là áp suất khí quyển. Áp suất dƣ bằng
0 chính là áp suất khí quyển
- Áp suất tuyệt đối : là tổng áp suất dƣ với áp suất khí quyển. Áp suất khí quyển có
thể đo bằng chiều cao của cột mơi chất trong chân khơng. Áp suất khí quyển thƣờng đƣợc
lấy theo giá trị 1013 mbar ( hoặc gần đúng 1000mbar)

- Áp suất khí nén: Áp suất khí nén là lực tác dụng lên một đơn vị diện tích bề mặt
chịu lực.
(N/m2)
Các đơn vị áp suất thơng dụng bao gồm:
+ 760mmHg = 1013,9mbar
+ Để đo áp suất thấp, có thể sử dụng đơn vị milibar (mbar) với 1000mbar= 1bar
+ 1bar = 100000N/m2
+ 1 bar = 10N/cm2
+ 1 bar =100kPa
+ 1bar =10197 kgf/m2
+ 1bar =14.50 psi
Khi đo trong chân không thƣờng quy ƣớc 01 mmHg tƣơng ứng với đơn vị 01 Torr,
do đó:
+ 760 Torr tƣơng đƣơng 1 bar
+ 0 Torr đƣợc coi là chân không tuyệt đối.
Hệ số chuyển đổi đơn vị áp suất:
+ pound trên inch vuông 1 psi =68,95 mbar
+ 1mm Hg= 1.344 mbar áp suất dƣ
+ 1mm O = 0.0979 mbar áp suất dƣ
+ 1 Torr =1 mmHg tuyệt đối( đo mức chân không)
+ Theo hệ SI , đơn vị áp suất là pascal, viết tắt là Pa; 1Pa=1N/m2
b. Lực
- Khí nén tác dụng lực với giá trị bằng áp suất tác dụng lên bề mặt nhân với diện
tích chịu lực
- Mơi chất trong bình đƣợc cung cấp áp suất và chuyển thành lực:
F= PxA

15

do an