Thủy lực và khí nén - Phần 2 ppsx

II. Các phần tử của hệ thống Điều khiển khí nén.
Cấu trúc của hệ thống điều khiển khí nén theo tiêu chuẩn DIN

Hệ thống ký hiệu tiêu chuẩn cho các phần tử và mạch điều khiển
Ngời ta có thể biểu diễn một hệ thống điều khiển khí nén theo hai tiêu
chuẩn:
- Biểu diễn bằng ký tự
Để tránh các sai lầm khi lắp mạch, ở những cửa đầu nối đợc nhận dạng bởi các
chữ cái in hoa:
- A, B, C, Các cửa nối với đờng công tác
- P Cửa nối với nguồn năng lợng
- R, S, T, Các cửa nối với đờng thoát
- Z, Y, X, Các cửa nối với mạch điều khiển.
- Biểu diễn bằng số (theo ISO 5599)

- 1 Cửa nối với nguồn năng lợng
- 2, 4, 6 Các cửa nối với đờng công tác
- 3, 5, 7 Các cửa nối với đờng thoát
- 12, 14, 16 Các cửa nối với mạch điều khiển.

P
P
h
h
ầ
ầ
n
n
t

t
ử
ử
C
C
u
u
n
n
g
g
c
c
ấ
ấ
p
p
n
n
ă
ă
n
n
g
g
P
P
h
h
ầ

ầ
n
n
t
t
ử
ử
t
t
ạ
ạ
o
o
t
t
í
í
n
n
h
h
i
i
ệ
ệ
u
u
P
P
h

h
ầ
ầ
n
n
t
t
ử
ử
x
x
ử
ử
l
l
ý
ý
t
t
í
í
n
n
h
h
i
i
ệ
ệ
u

u
P
P
h
h
ầ
ầ
n
n
t
t
ử
ử
đ
đ
i
i
ề
ề
u
u
k
k
h
h
i
i
ể
ể
n

n
C
C
ơ
ơ
c
c
ấ
ấ
u
u
c
c
h
h
ấ
ấ
p
p
h
h


n
n
h
h
M
M
á

á
y
y
n
n
é
é
n
n
v
v



t
t
h
h
i
i
ế
ế
t
t
b
b
ị
ị
x
x

ử
ử
l
l
ý
ý
V
V
a
a
n
n
đ
đ
ả
ả
o
o
c
c
h
h
i
i
ề
ề
u
u
,
,

c
c
ả
ả
m
m
b
b
i
i
ế
ế
n
n
V
V
a
a
n
n
đ
đ
ả
ả
o
o
c
c
h

h
i
i
ề
ề
u
u
,
,
v
v
a
a
n
n
t
t
i
i
ế
ế
t
t


l
l


u

u
.
.
.
.
.
.


X
X
I
I
l
l
a
a
n
n
h
h
,
,
đ
đ
ộ
ộ
n
n
g

g

c
c
ơ
ơ
v
v
a
a
n
n
l
l
o
o
G
G
i
i
c
c
,
,
r
r
ơ
ơ
l
l

e
e

t
t
h
h
ờ
ờ
i
i
g
g
i
i
a
a
n
n


Tổng hợp lại ta thấy mối liên hệ giữa các cách biểu diễn:
Hai hệ thống ký hiệu biểu diễn trên sơ đồ hoàn toàn tơng đơng nhau. Trên sơ đồ
có thể dùng cách biểu diễn bằng chữ hoặc bằng số hoặc cả hai.

ISO 5599 Biểu diễn ký tự
1 P
2, 4, 6 A, B, C
3, 5, 7 R, S, T
12, 14, 16 Z, Y, X

Ký hiệu các phần tử trong mạch điều khiển


























2.1.
Nguồn cung cấp và thiết bị xử lý khí nén.

2.1.1. Máy nén khí.
áp suất khí đợc tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lợng cơ học của động cơ điện
hoặc của động cơ đốt trong đợc chuyển đổi thành năng lợng khí nén và nhiệt
năng
a). Phân loại máy nén khí
áp suất và lu lợng không khí cung cấp là những tiêu chuẩn chính để chọn
máy nén khí. Máy nén khí có thể phân theo các loại nh sau:


Máy thể tích: không khí đợc dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồng
chứa sẽ thay đổi. Nh vậy theo định luật Boyle - Mariotte áp suất trong
buồng chứa ddooirthay đô0ỉ theo., ví dụ nh máy nén khí kiểu pittông.
bánh răng, cánh gạt.
Máy động năng: không khí đợc dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén
đợc tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo
ra khí nén với lu lợng và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo
nguyên lí này, ví dụ nh máy nén kiểu Ii tâm.
Ngoài ra ngời ta có thể phân theo áp suất cung cấp
Máy nén áp suất thấp,
Máy nén áp suất trung bình
Máy nén áp suất cao.
b). Máy nén khí kiểu Piston:

Máy nén khí kiểu Piston đợc sử
dụng rất phổ biến. Nó có thể cung cấp đợc
lu lợng đến 10 m
3
/phút với áp suất cung
cấp từ 6 bar trở lên. Loại máy nén khí một
cấp và 2 cấp thích hợp cho hệ thống điều

khiển bằng khí nén trong công nghiệp. Máy
nén khí kiểu pittông đợc phân loại theo số
cấp nén, loại truyền động và phơng thức
làm nguội khí nén.

Máy nén khí kiểu piston nhiều cấp
Để có thể tạo ra đợc nguồn cung cấp khí nén áp suất cao hơn ngời ta thiết
kế máy nén khí nhiều cấp. Trớc hết không khí đợc hút và nén bởi một máy nén
piston, sau khi đợc làm nguội sẽ đợc đa vào nén tiếp ở máy nén Piston thứ hai
sau đó khí nén sẽ đợc đa sang bình chứa, qua thiết bị xử lý qua hệ thống đờng
ống cung cấp khí nén cho các thiết bị sử dụng. Khi nén khí ở áp suất cao luôn có
một lợng nhiệt rất lớn tỏa ra, do đó nhất thiết phải có bộ làm nguội trung gian.
Những máy nén khí kiểu piston nhiều cấp có thể làm nguội bằng quạt gió hoặc
nớc. Tùy thuộc vào áp suất cần thiết có thể phân ra:
Một cấp duy nhất, áp suất có thể đạt 12 bar.
Hai cấp, áp suất đạt 20 bar.
Ba cấp và hơn, áp suất có thể đạt hàng trăm bar.
Van nạp Van xả
P
iston
Thanh
ề


Không khí sau khi qua bộ phận lọc khí (1) đợc nén ở thân máy nén khí (2),
sau đó khí nén đợc đẩy vào bình chứa trung gian (3). Sau khi đợc làm mát ở bộ
phận làm mát (4), khí nén vào bình chứa khí nén (5). Bình chứa khí nén (5) Van
điện từ.(6) làm thông khí bằng ống dẫn nằm ở giữa thân máy nén khí (2) và van
một chiều gắn trớc bình chứa khí nén (5), sau khi áp suất trong bình chứa (5) đã
đạt mức quy định. Truyền động cho thân máy nén khí (2) là truyền động đai (7) từ

động cơ điện (8) với quạt gió (9). Quạt gió (9) cùng với bánh đai truyền (10) có tác
dụng nh là bộ phận tạo ra luồng không khí làm mát. Động cơ điện (8) và thân
máy nénkhí (2) đợc đặt trên khung giảm chấn (11), giàn khung (12) cùng với bộ
phận giảm chấn (13). Độ căng của đai truyền đợc điều chỉnh bằng bộ phận (14).
Công tắc tự chọn (15) có thể thực hiện đợc 2 chức năng điều khiển: ngừng hoạt
động khi đạt đợc phạm vi của áp suất yêu cầu và ngừng hoạt động khi chạy không
tải. Trờng hợp ngừng hoạt động khi đạt đợc phạm vi áp suất yêu cầu bằng rơ le
áp suất (16), trong đó phạm vi áp suất yêu cầu, ví dụ từ 6,5 bar - 8,5 bar. Khi áp
suất trong bình chứa (5) đạt đợc mức 8,5 bar thì động cơ điện (8) ngừng hoạt
dộng và khi áp suất trong bình chứa giảm xuống mức 6,5 bar thì động cơ điện (8)
lại tiếp tục hoạt động. Trong trờng hợp điều khiển mà động cơ điện (8) đóng, mở
trên 12 lần/giờ, thì tốt nhất nên sử dụng bình chứa phụ.
Trờng hợp ngừng hoạt động khi chạy không tải : khi áp suất trong bình
chứa (5) đạt đợc 8,5 bar, thì động cơ vẫn chạy không tải, nhờ điều chỉnh rơ le thời
gian ( ví dụ thời gian chạy không tải là 3 phút) sau 3' thì động cơ điện mới ngừng
hẳn. Sau khiáp suất trong bình chứa giảm xuống 6,5 bar thì động cơ điện tiếp tục
hoạt động.



Máy nén khí kiểu màng:
Đây là một bộ phận trong nhóm những máy nén
khí kiểu piston. Một màng riêng biệt cùng với piston
và buồng hút.
Nh vậy không khí không tiếp xúc với các chi tiết
chuyển động cho nénkhí nén tuyệt đối không bị
nhiễm bẩn dầu.
Kiểu máy này trớc hết đợc sử dụng trong những
ngành công nghệ cấp liệu, bào chế và hóa học.

Máy nén khí kiểu cánh gạt:
Thân máy (1), mặt bích thân máy (2), mặt bích trục (3), rô to (5) lắp trên trục.
trục và rô to (5) lắp lệch tâm e so với bánh dẫn chuyển động (4). Khi rô to (5) quay
tròn, dới tác dụng của lực li tâm, các cánh gạt (6) chuyển động tự do trong các
rãnh ở trên rô to (5) và đầu các cánh gạt (6) tì vào bánh dẫn chuyển động (4) Thể
tích giới hạn giữa các cánh gạt sẽ bị thay đổi. Nh vậy quá trình hút vâ nén đợc
thực hiện. Để làm mát khí nén, trên thân máy có các rãnh để dẫn nớc vào làm
mát. Bánh dẫn (4) đợc bôi trơn và quay tròn tựa trên thân máy (1) để giảm bớt sự
mòn, khi đầu các cánh gạt tựa vào.
Máy nén khí kiểu trục vít:
Hai trục vít ăn khớp với nhau theo các prôfil lồi và lõm của chúng, Trong
quá trình quay các rãnh răng tăng thể tích ở
một phía và giảm thể tích ở một phía dồn
đẩy không khí vào theo hớng trục.





Đờng khí ra
Đờng khí vo
Truyền đ
ộ
ng
từ động cơ

b). Máy nén khí
khí động
Máy nén khí kiểu Turbin:
Là máy nén khí dòng liên tục, hoạt động theo
nguyên lý "động lực học" của các dòng khí và đặc biệt
là nó cung cấp những lu lợng lớn. Có hai kiểu là dọc
trục và hớng tâm. Tốc độ của dòng khí rất lớn. Có thể
tăng tốc bằng cách dùng một hay nhiều bánh turbin.
Trong máy nén khí này, sự tăng tốc đợc thực hiện
bởi số lợng các cánh turbin, đa dòng khí theo chiều
dọc trục.

2.1.2. Thiết bị xử lý khí nén:
a) Yêu cầu về khí nén

Khí nén đợc tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng nhiều chất bẩn, độ
bẩn có thể ở những mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi, độ ẩm của không
khí đợc hút vào ; những phần tử nhỏ chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động
cơ khí. Hơn nữa, trong quá trình nén, nhiệt độ khí nén tăng lên, cô thể gây nên quá
Hình 2.5 Má
y
nén khí kiểu tr
ụ
c vít


trình ô xi hóa một số phần tử đợc kể trên. Nh vậy khí nén bao gồm chất bẩn đó
đợc tải đi trong những ốllg dẫn khí, sẽ gây nên sự ăn mòn, gỉ trong ống và trong
các phần tử của hệ thống điều khiển. Nh vậy khí nén đợc sử dụng trong kĩ thuật
phải xử lí. Mức độ xử lí khí nén tùy thuộc vào phơng pháp xử lí, từ đó xác định
chất lợng của khí nén tơng ứng cho từng trờng hợp vận dụng cụ thể.
Khí nén đợc tải từ máy nén khí gồm những chất bẩn thô : những hạt bụi,
c,hất cấn bã của dầu bôi trên và truyền động cơ khí, phần lớn những chất bẩn này
đợc xử lí trong thiết bị, gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời, sau khi khí nén đợc đẩy
ra từ máy lén khí. Sau đó khí nên đợc dẫn vào bình làm hơi nớc ngng tụ, ở đó
độ ẩm của khí nén (lợng hơi nớc} phần lớn sẽ đợc ngng tụ ở đây. Giai đoạn
xử lí này gọi là giai đoạn xử lí thô. Nếu nh thiết bị để thực hiện xử lí khí nén giai
đoạn này tốt, hiện đại, thì khí nén có thể đợc sử dụng, ví dụ những dụng cụ dùng
khí nén cầm tay, những thiết bị, đồ gá đơn giản dùng khí
nén Tuy nhiên sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển và
một số thiết bị khác, đòi hỏi chất lợng của khí nén caơ hơn.
Để đánh giá chất lợng của khí nén, Hội đồng các xí nghiệp
châu Âu PNEUROP - 6611 (European Commitee of
Manufacturel's of Co11pressol's, Vacuumpumps an
Pneunlatic tools) phân ra thành 5 loại, trong đó có tiêu chuẩn

về độ lớn của chất bẩn, áp suất hóa sơng, lợng dầu trong khí
nén đợc xác định. Cách phân loại này nhằm định hớng cho
những nhà máy, xí nghiệp chọn đúng chất lợng khí nén
tơng ứng với thiết bị sử dụng.

Nhóm này bao gồm tập hợp các phần tử sau:
- Bộ lọc khí (bầu lọc).
- Bộ điều chỉnh áp suất
- Thiết bị bôi trơn (van tra dầu).
a) Bộ lọc:
Làm nhiệm vụ loại trừ tất cả các phần tử tạp chất và ngng tụ
hơi nớc. Không khí đợc nén vào trong bình chứa (2), qua
cửa xoắn (1) phát sinh ra một chuyển động xoắn và lực ly
tâm có tác dụng làm lắng các phần tử nhỏ chất lỏng, chất rắn.
Các tạp chất đợc thải ra ở đáy bình chứa và cần phải đợc
xả ra khỏi bình trớc khi đạt tới mức cao nhất (nhìn vạch chỉ
thị trên bình chứa). Những phần tử rắn có kích thớc lớn hơn
lỗ lọc sẽ bị giữ lại, chúng gây nguy cơ lấp kín vòng lới lọc
làm cản trở quá trình lọc, cho nên cần làm sạch hay thay
vòng lới lọc theo định kỳ. Kích thớc lỗ lọc thờng trong
khoảng từ 30 đến 70 micromet, đặc biệt có thể đạt 0,01
micromet. Khi lợng nớc ngng tụ đến vạch mức giới hạn
thì thải ra bằng vít (4) hoặc xả tự động.

Nguyên lý xả tự động: Hơi nớc ngng tụ tĩnh trong bộ lọc
qua cửa (6) vào trong khoang của các đệm kín (1) và (2). Lợng


nớc này tăng làm cho phao (3) dâng dần lên cao. Khi tới giới hạn, miệng ống (7)
mở ra, khí nén trong bình chứa của bộ lọc thoát qua đờng ống và đẩy piston điều

khiển (5) mang đệm kín (1) tịnh tiến sang phải hình thành khe hở làm cho nớc
thoát ra ngoài. Khí nén có thể thoát ra từ từ nhờ miệng ống (4), do đó lối đi qua lúc
này đợc hở ra một lúc, rồi sau đó miệng ống (7) đợc đóng kín (xem hình ).
b) Bộ điều chỉnh áp suất
Bộ điều chỉnh áp suất dùng để duy trì áp suất làm
việc (áp suất thứ cấp) ở một giá trị không đổi khi có
sự thay đổi áp suất trong mạng phân phối (áp suất
sơ cấp) hoặc nơi làm việc. áp suất sơ cấp phải luôn
luôn cao hơn áp suất thứ cấp, áp suất đợc giữ ổn
định bởi màng (1), màng này bị tác động ở một
phía bởi áp suất thứ cấp, phía kia bởi lò xo (2). Lực
lò xo có thể điều chỉnh đợc nhờ vít chỉnh (3). Khi
áp suất sơ cấp tăng thì con trợt (6) đi xuống làm
giảm tiết diện dòng khí, nhờ đó giữ cho áp suất thứ
cấp vẫn không đổi. Khi áp suất sơ cấp giảm, lò xo
(2) đẩy con trợt đi lên làm tăng tiết diện dòng khí,
kết quả là áp suất thứ cấp vẫn không đổi.
Nếu nh áp suất phía thứ cấp tăng mạnh, màng sẽ bị nén mạnh ngợc với lực lò xo,
bộ phận chính giữa của màng hình thành lối đi qua và khí nén có thể thoát qua ở 2
lỗ bên dới.
c- Thiết bị cung cấp dầu bôi trơn:
Thiết bị bôi trơn dùng để bôi trơn đầy đủ các
chi tiết truyền dẫn khí nén khác nhau. Dầu bôi trơn
làm giảm sự mài mòn của các chi tiết tiếp xúc lúc
làm việc, giảm đáng kể lực ma sát và bảo vệ các chi
tiết khỏi bị ăn mòn. Thiết bị bôi trơn thờng làm
việc theo nguyên lý "ống Venturi". Hiệu số áp suất
(chênh lệch áp suất hay sự giảm áp) giữa áp suất ở
trớc ống Venturi và áp suất ở phần ống thắt hút
chất lỏng (dầu nhờn) và hòa nhuyễn vào hỗn hợp

không khí.
Chú ý:
- Thiết bị bôi trơn chỉ làm đúng chức năng của
nó khi lu lợng đạt đủ độ lớn.
- Do đó cần lu ý các quy định về lu lợng
của Nhà chế tạo.
Nguyên lý hoạt động:
Trong thiết bị bôi trơn, khí đi từ A đến B. Van H
ngăn cản sự trở về của dòng khí. Một ống dẫn xiên nối từ bình chứa E dẫn dầu đến
buồng D nhờ sự giảm áp ở C. Vít chỉnh K cho phép điều chỉnh lợng dầu bôi trơn,
có thể quan sát đợc qua mắt kính ở buồng D. Những hạt dạng sơng hỗn hợp khí
Hình 2.3 Bộ điều chỉnh áp
suất có cửa thoát
Hình 2.6 Thiết bị bôi trơn khí nén



dầu đợc trộn và dẫn qua đờng ống G, hớng về phía cửa ra B. Những giọt dầu
lớn không đợc pha trộn vào khí sẽ lắng lại tại F và trở về bình chứa E.
d- Sử dụng và bảo quản nhóm thiết bị điều hòa:
Hai điểm quan trọng cần chú ý khi sử dụng là:
1- Việc chọn nhóm phụ thuộc vào chức năng lu lợng (m
3
/h). Khi lợng sử dụng
quá lớn, có thể không đáp ứng khả
năng làm việc của hệ thống, vì vậy
cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy
định của Nhà sản xuất.
2- áp suất cung cấp không đợc vợt
quá giá trị biểu thị trên nhóm>

Nhiệt độ môi trờng không đợc
vợt quá 60
0
C (là nhiệt độ lớn nhất
có thể chấp nhận đợc cho vật liệu
tổng hợp của bình chứa).
Bảo quản:
Là việc làm cần thiết và đều đặn để duy trì các hoạt động đi liền theo sau:
- Bộ lọc khí:
Mức nớc ngng tụ đợc kiểm tra một cách hợp lý theo điều kiện làm việc
và môi trờng để nó không vợt quá vạch chỉ thị cho phép trên bình chứa. Nếu
mực nớc vợt quá giới hạn cho phép thì sẽ xảy ra nguy cơ nó xâm nhập vào mạng
phân phối khí nén. Để tháo nớc ra, ngời ta mở vít xả ở phía dới bộ lọc. Vòng
lới của bộ lọc cần đợc làm sạch không bị đóng cáu bẩn.
-
Bộ điều chỉnh áp suất:
Trớc nó cần thiết phải có bộ lọc khí.
- Thiết bị bôi trơn:
Cần thiết phải đợc kiểm tra mức dầu đầy đủ cho đến vạch chỉ thị. Thân bộ
lọc và bình chứa của thiết bị bôi trơn đợc chế tạo bằng nhựa dẻo, không đợc
dùng trichlorethylene để làm sạch. Dầu bôi trơn thờng đợc sử dụng là dầu
khoáng.

Chú ý: cần thận trọng khi chọn nhóm thiết bị điều hòa, lợng khí nén tiêu
thụ cần phải đợc tính trớc. Trờng hợp khi mà nó không đợc tính trớc thì ta
phải xét mức tiêu thụ lớn nhất trong một đơn vị thời gian.

Hình 2.9 K
ý
hiệu nhóm thiết bị điều hòa



2.1.3. CÊu t¹o chung cña nguån cung cÊp:
S¬ ®å nguyªn lý:
S¬ ®å nguån cung cÊp










2.2. Phần tử điều khiển khí nén
2.2.1. Van đảo chiều
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng Lợng bằng cách đóng,
mở hay chuyển đổi vị
trí, để thay đổi hớng
của dòng năng lợng.
Nguyên lí hoạt
động của van đảo chiều:
khi cha có tác động

vào nút ấn thì cửa (1) bị
chặn và cửa (2) nối với
cửa (3). Khi có tác động
vào nút ấn thì nòng van
sẽ dịch chuyển về phía
bên phải, cửa (l) nối với
cửa (2) và cửa (3) bị
chặn. Trờng hợp
ngừng tác động vào nút
ấn, dới tác động của lực lò xo, nòng van trở về vị trí ban đầu.
Van đảo chiều dùng để điều khiển các thiết bị xylanh tác động đơn hay để
cấp tín hiệu cho các bộ phận điều khiển khác. Van có thể nhận tín hiệu tác động
bằng tay, bằng cơ, điện hay khí nén.
Ký hiệu đảo chiều:
- Van đảo chiều đợc thể hiện bởi số cửa nối và số vị trí của van. Mô tả một
cách đầy đủ các chức năng, các thông tin khác nh phơng án điều khiển của van
và thông số về các đờng dẫn trong van.
- Mỗi vị trí của van đợc thể hiện bằng một ô vuông. Việc thể hiện các cửa
(cổng) là rất quan trọng để giải thích sơ đồ và lắp đặt van vào hệ thống.
Thể hiện các van điều khiển là theo tiêu chuẩn DIN ISO 1219. Trớc kia ngời ta
sử dụng hệ thống chữ cái, nhng hiện nay sử dụng cả hai hệ thống (chữ cái và số).

Cửa DIN ISO 5599 Hệ thống chữ cái
Nguồn 1 P
Cửa thoát 3 R (van 3/2)
Cửa thoát 5, 3 R, S (van 5/2)


Cửa làm việc 2, 4 B, A
Cửa tín hiệu điều khiển 12, 14 X,Y,

Phơng pháp điều khiển van khí nén tùy theo ứng dụng, bao gồm: bằng tay,
bằng cơ khí, bằng khí nén, bằng điện, tổ hợp
Các ký hiệu phơng pháp tác động đợc chi tiết hóa theo tiêu chuẩn DIN ISO
1219. Khi sử dụng van điều khiển khí nén, cần chú ý cách tác động và cách hồi
phục. Các ký hiệu của cả hai cách tác động đợc thể hiện bên cạnh các ô vuông ký
hiệu vị trí. Có thể có thêm tác động trực tiếp bằng tay, đợc thể hiện bằng ký hiệu
thêm vào.
a) Van đảo chiều 3/2
Van 3/2 điều khiển bằng nút ấn
Van 3/2 thờng mở: Khi không
có tác động, cửa P thông với cửa
A tạo tín hiệu khí nén. Khi có
tác động, cửa A thông với R xả
khí ra ngoài.
Van 3/2 thờng đóng: Ngợc với
van thờng mở, khi không có tác
động thì cửa P bị đóng (chặn)
còn cửa A thông với cửa R. Khi
có tác động, cửa A tạo tín hiệu
khí nén.
Van 3/2 điều khiển bằng
khí nén:

b) Van điều khiển 4/2.
Van phân phối 4/2 làm việc theo nguyên lý
một mặt tựa phẳng. Là một tổ hợp 2 van phân
phối 3/2. Bộ phân phối đợc đóng ở vị trí có lò
xo và một đờng mở khác cũng ở vị trí này.
Ký hiệu

Trong hình trên, đờng dẫn từ P đến B và từ A
V
an 3/2 điều khiển bằn
g
nút ấn
Van điều khiển 4/2


đến R thông nhau. Dới tác động bằng lực đồng thời của cả hai trục ấn, nó đóng sự
vợt qua từ P đến B và từ A về R. Khi tác động với áp suất đủ lớn lên cả hai trục ấn
sẽ làm cho lò xo hồi phục lại, tức mở đờng đi qua từ P đến A và từ B về R. Bộ
phân phối này không có đờng thoát và mở đờng trùng lặp nhau. Nó đợc truyền
dẫn nhờ vào lò xo ở vị trí đầu. Các bộ phân phối này đợc dùng để điều khiển thiết
bị xylanh tác động kép.
"Trong thực tế ít dùng van điều khiển 4/2 mà thờng dùng van 5/2"




c) Van điều khiển 5/2.
Bộ phân phối 5/2 đợc trình bày trên hình 4-9 là dựa trên nguyên lý ổn kép (ổn
định ở hai vị trí). Bộ phân phối này đợc đảo vị trí ở một phía này hay một phía

khác nhờ vào khí nén, và ở vị trí còn lại cho tới khi nhận đợc xung tác động (tức
là cứ ở chỗ đó chừng nào cha có xung
tác động). Dới tác động của áp suất,
pít tông điều khiển sự dịch chuyển của
con trợt dọc. Đoạn giữa pít tông di
chuyển là một đĩa tròn có gắn đệm, để
truyền thông tin cho đờng truyền công
tác B khi truyền tới áp suất P. Việc thực
hiện đờng thoát ở cửa R hay S.
Ký hiệu



d) Van xả nhanh.
Van xả nhanh là một thiết bị phụ
dùng để tăng thêm tốc độ pít tông của xylanh, nh vậy ta tránh đợc sự mất thời
gian ở hành trình ngợc (chạy không), nhất là đối
với xy lanh tác động đơn.
Van bao gồm một đờng ống dẫn áp suất P,
một đờng thoát R và một đờng ra A. Khi có áp
suất vào ở P, đệm đĩa che lấp đờng thoát R, khí
nén đi qua A. Khi áp suất bị ngắt ở đờng P, khí đi
từ A tác động lên đĩa đệm cản lại đờng đến từ P,
cửa P đóng kín. Đờng ra của khí có thể thoát một
cách trực tiếp ra bên ngoài. Vì thế đờng ra của khí
không cần đi qua một quãng đờng dài và không
qua ống dẫn điều khiển dẫn đến cơ cấu phân phối.
Van xả nhanh có thể lắp thẳng lên trên xylanh.

Van điều khiển 5/2 kiểu ổn kép

Van xả nhanh



Mạch điều khiển với van xả nhanh

e) Van một chiều:
Van một chiều có thể ngăn hoàn
toàn lu lợng chảy qua ở một
chiều. Trong khi đó ở phía khác
khí nén đợc đi qua với một sự
giảm tải ở một khe hở có thể có
của van. Sự che kín ở một phía có
thể thực hiện đợc bởi một mặt
côn, một viên bi, hay một cái đĩa
hoặc bởi một màng. Van đợc
đóng kín bởi lực tác động ở trên bộ phận che kín.

g) Van tiết lu (van lu lợng)
Van có tác dụng điều chỉnh, tiết lu dòng khí đi qua, tác động trên cả hai chiều di
chuyển của dòng khí.
Van điều chỉnh lu lợng có chỗ co
hẹp (mặt cắt dòng chảy) không đổi
- Van tiết lu (bằng mặt cắt): van có
chiều dài sự tiết lu lớn hơn đờng
kính tiết lu.
- Van có màng ngăn: van có chiều dài
chố tiết lu nhỏ hơn đờng kính tiết
lu
Van điều chỉnh lu lợng có chỗ co

hẹp thay đổi:
- Van tiết lu có mặt cắt điều chỉnh
đợc
Van m
ộ
t chiều
Van tiết lu


- Van tiết lu bằng mặt cắt (dòng chảy) đợc điều khiển bằng cơ hồi vị lò xo.
Van tiết lu một chiều:
Hay còn gọi là van giới hạn lu lợng,
van giảm lu lợng, van điều chỉnh tốc
độ.
Van thờng đợc sử dụng để điều chỉnh
vận tốc của các xylanh khí nén. Nó còn
có thể đợc lắp trực tiếp trên xylanh.
Ngời ta phân biệt thành hai kiểu chính
để điều khiển xylanh hiệu ứng kép bởi sự
giảm lu lợng khí.
Theo chiều đóng của van một chiều,
dòng khí chỉ có thể đi qua tiết diện tiết
lu. Theo chiều ngợc lại, dòng khí có
thể di chuyển tự do qua van một chiều.
Nh vậy dòng khí chỉ bị tiết lu ở một
chiều của dòng chảy.

Tiết lu đờng vào (tiết lu sơ cấp):
Trong trờng hợp tiết lu đờng cung cấp (đờng vào), van tiết lu một chiều đợc
lắp ở đờng vào và hạn chế lợng khí nén cung cấp cho xylanh, trong khi khí có

thể thoát ra từ xylanh một cách tự do. Tiết lu đờng cung cấp đợc sử dụng trong
các xylanh tác động đơn có thể tích nhỏ.
Tiết lu đờng vào Tiết lu đờng ra

Van tiết lu một chiều


Tiết lu đờng ra (tiết lu thứ cấp):
Trờng hợp này ngợc lại, khí nén cung cấp một cách tự do cho xylanh và bị tiết
lu ở đờng ra. Thông thờng trong hệ thống khí nén, để điều chỉnh tốc độ cơ cấu
chấp hành, ngời ta sử dụng phơng pháp tiết lu đờng ra.




2.2.2. Giới thiệu cấu tạo và sử dụng các van khác
.
a) Van logic:
Van OR.
Ta có thể gọi nó là bộ chọn mạch, van điều
khiển kép hay van một chiều kép.
Chế độ làm việc của van một chiều kép
này gồm hai cửa vào X, Y và một cửa ra
duy nhất A. Khi khí nén đến cửa vào X, thì
viên bi di chuyển đến đóng cửa Y, khí nén
đi qua từ X đến A. Ngợc lại, khi khí nén
đến bằng cửa Y, nó sẽ đi đến A và cửa vào
X sẽ đợc đóng kín. Lúc dòng ngợc về thì
viên bi vẫn còn ở vị trí nh trớc của nó.

Van AND.
Còn đợc gọi là phần tử
logic chức năng AND.
Bộ chọn này có hai
đờng vào X và Y và
một đờng ra duy nhất
A. Tín hiệu khí nén ở A
chỉ có khi cả hai tín
hiệu cùng tồn tại. Một
tín hiệu vào X hoặc vào
Y sẽ che kín đờng đi
qua bởi một lực tác
động lên một trong hai
bề mặt của lá van. Khi tín hiệu thứ nhất vào không có sự đi qua, đến tín hiệu sau
vào ở đờng kia lúc này mới có sự đi qua ở đờng A. Trong trờng hợp áp suất
khác nhau ở các tín hiệu đờng vào thì áp suất nào lớn hơn sẽ đóng kín cửa van,
còn áp suất nhỏ hơn sẽ đi ra ở A.
Thiết bị này đợc chủ yếu sử dụng trong các mạch logic, mạch an toàn để thực
hiện chức năng điều khiển và mối liên hệ logic.
b) Các van chức năng
Van hành trình.
Chức năng chính của van hành trình là cung cấp tín hiệu khi cơ cấu chấp hành đạt
đến vị trí đã định của hành trình, để điều khiển nh đảo chiều chuyển động, điều
chỉnh tốc độ, điều khiển các bộ phận khác.



Nguyên lý hoạt động
:
Van hành trình 3/2 đợc nối với nguồn qua cửa P. Khi con lăn bị tác động, khí nén

tràn về phía màng đẩy con trợt đi xuống làm đóng đờng dẫn khí giữa A và R và
mở đờng dẫn nối A với P. Khi con lăn không còn bị tác động nữa thì đờng dẫn
khí nén tới màng bị đóng lại, lò xo đẩy con trợt đi lên trở về vị trí ban đầu làm
đóng cửa P, khí nén sẽ đi từ cửa A thoát ra ở cửa R.
* Chú ý: bằng cách đổi chỗ các nhánh P, R và quay cần gạt con lăn đi một góc
180
0
ta sẽ đổi đợc chức năng của van (thờng đóng hay thờng mở).
Rơ le thời gian (DELAY).
Đây là tổ hợp của van điều khiển 3/2 bằng khí nén, van tiết lu một chiều và một
bình chứa khí nhỏ.
- Van DELAY thời gian thờng đóng.
Nguyên lý hoạt động:
Nguồn khí nén cung cấp cho bộ làm trễ qua cửa P. Dòng khí điều khiển qua cửa
vào Z đi qua van tiết lu một chiều, tùy theo sự điều chỉnh của vít tiết lu mà sẽ
làm tăng thêm hay giảm bớt một lợng khí vào trong bình chứa nhỏ. Khi áp suất
điều khiển trong bình cha đạt đủ độ lớn cần thiết nó sẽ tác động đẩy con trợt đi
xuống làm đóng kín sự liên thông từ A đến R. Lúc này bề mặt tựa của van đợc
mở ra và khí nén có thể đi từ P sang A. Khoảng thời gian cần để thiết lập áp suất
trong bình chứa có tác dụng làm chậm trễ sự điều khiển của van phân phối 3/2. Bộ
làm trễ bắt đầu lại ở vị trí ban đầu khi cửa điều khiển Z trở thành cửa thoát khí, khí
nén sẽ đợc thoát từ bình chứa một cách tự do qua van tiết lu một chiều và đờng
thoát của van 3/2 lại có tín hiệu. Lực lò xo sẽ đẩy con trợt đi lên đóng kín cửa P,
nối A với R.


- Van thời gian thờng
mở:
Nguyên lý hoạt động:
Giống nh trên, khí nén điều

khiển đi vào cửa Z vào bình
chứa. Khi áp suất trong bình
đạt đủ mức cần thiết, van 3/2
đợc chỉnh lu, đóng kín
đờng P sang A, còn đờng
làm việc A đợc thông sang R.
Sự trễ tơng ứng với thời gian
thiết lập đủ áp suất trong bình.
Khi cắt nguồn khí điều khiển
tác động vào cửa Z, bộ làm trễ
bắt đầu lại ở vị trí ban đầu.






2.3. Cơ cấu chấp hnh
2.3.1.
Xylanh khí nén
a) Xylanh tác động đơn:
Cylinder tác động đơn chỉ đợc cung cấp khí nén từ một phía do đó chỉ tạo
ra hành trình làm việc theo một chiều. Hành trình ngợc lại của piston đợc thực
hiện bởi lò xo. Việc xác định kích cỡ lò
xo tùy thuộc kiểu có thể đa piston đi
(hay về) vị trí khởi động một cách
nhanh chóng.
Trong xylanh có lò xo hồi vị, hành
trình của piston là một hàm theo chiều
dài của lò xo. Thông thờng hành trình

này không quá 100 mm.
Loại này đợc sử dụng cho các công
việc đơn giản: đẩy vào, đẩy ra, nâng
lên, đa chi tiết vào, cung cấp chuyển
động
Độ kín khít đợc bảo đảm bởi vật liệu
nhựa dẻo hoặc vật liệu mềm đợc lắp
vào trong một piston kim loại. Chuyển
động ở mép piston là chuyển động trợt


kín trong bề mặt trụ của xylanh.
Thứ hai là loại xylanh mà lò xo thực hiện hành trình làm việc, còn khí nén thực
hiện hành trình ngợc lại. Thờng trong trờng hợp này ngời ta sử dụng khí nén
để dừng, hãm (xe tải, xe con, toa xe) để bảo đảm sự chắc chắn phanh hãm.

Xylanh kiểu màng.
Màng có thể là cao su, nhựa dẻo hay cũng có thể bằng kim loại, đảm nhận vai trò
của piston. Cần piston đợc cố định ở trung tâm của màng, không có đệm kín.
Hành trình về đợc thực hiện bởi tính đàn hồi của vật liệu màng.

Mạch điều khiển xi lanh tác động đơn

b)
Xylan
X
ilanh tác động kép


h tác động kép:
Hành trình đi và về của piston đều có tác động bởi khí nén. Sử dụng trong
trờng hợp đòi hỏi phải có chuyển động hai chiều có điều khiển. Độ kín giữa
xylanh và piston đợc bảo đảm nhờ có các đệm ở mép piston hoặc của màng.

Xylanh có giảm chấn ở cuối hành trình.









Thực
chất của việc giảm chấn cho piston ở cuối hành trình là sự bố trí đờng thoát bằng
van một chiều có tiết lu.
ở đây khối dẫn hớng đóng vai trò quan trọng. Để tránh va đập có thể dẫn

tới h hỏng, ngời ta lắp một bộ phận giảm chấn điều chỉnh đợc ở cuối hành trình
của xylanh. Cần có bộ phận này bởi vì piston phải đợc giảm chấn một cách đáng
kể khi nó đến cuối hành trình. Bộ phận giảm chấn có một đờng thoát khí nhỏ có
thể điều chỉnh đợc, tạo ra hiệu ứng giảm chấn.
Khí đợc tích chứa trong phần cuối buồng chứa của xylanh sau mỗi lần nén.
Lúc bấy giờ áp suất d phát sinh sẽ thoát qua van tiết lu và hiệu ứng giảm chấn
bắt đầu xảy ra (do phải đi qua tiết diện hẹp). Sự nén này của khí qua đờng tiết lu
bổ sung thêm cho việc hấp thụ một phần năng lợng, piston hãm chuyển động và
đi tới chậm dần cho tới cuối hành trình. ở hành trình ngợc lại tiếp theo sau thì vì
tiết lu là một chiều nên piston chuyển động không bị hãm.
Ngoài ra còn có các kiểu giảm chấn khác:
+ Giảm chấn không điều chỉnh đợc, ở hai phía
+ Giảm chấn không điều chỉnh đợc, ở một phía
+ Giảm chấn điều chỉnh đợc, ở một phía của piston.


Tính toán xylanh.
- Lực đẩy:
Lực đẩy phát sinh khi xylanh hoạt động phụ thuộc vào nguồn áp suất, đờng kính
xy lanh và lực ma sát của các đệm.
Lực đẩy lý thuyết đợc xác định theo công thức sau:
X
ylanh có giảm chấn ở cuối hành trình


F
th
= A.P
F
th

lực đẩy lý thuyết (N)
A bề mặt làm việc của piston (cm
2
)
P - áp suất cung cấp (kPa, 10
5
N/m
2
, bar, 14,5 psi)
Thực tế, lực đẩy lý thuyết có sai số so với lực đẩy thật. Để xác định lực đẩy thật,
cần tính đến các sai số do sức cản, ma sát. Trong các điều kiện làm việc bình
thờng (phạm vi áp suất 400 800 kPa, 4 8 bar), có thể giả định lực ma sát bằng
3 đến 20% lực lý thuyết.
Lực đẩy thực tế nh sau:
+ Xylanh tác động đơn: F
n
= A.P (F
R
+ F
F
)
+ Xylanh tác động kép:
- Hành trình thuận: F
n
= A.P F
R

- Hành trình ngợc: F
n
= A.P F

R

trong đó:
F
n
lực đẩy thực tế (N)
A bề mặt làm việc của piston (cm
2
): A = .D
2
/4
A bề mặt làm việc của piston, phía có cần (cm
2
): A = .(D
2
d
2
)/4
F
R
lực ma sát, bằng 3 ữ 20% F
th
(N)
F
F
lực phản hồi của lò xo (lực lò xo), (N)
D đờng kính xylanh (cm)
D đờng kính cần piston (cm).
Ví dụ tính toán:
Các số liệu ban đầu: D = 50 mm

d = 12 mm
F
R
10%
P = 6 bar
Tính toán:
- Tiết diện làm việc của piston:
A = 3,1416.5
2
/4 = 19,625 (cm
2
)
- Tiết diện bề mặt làm việc của piston phía có cần:
A = 3,1416.(5
2
1,2
2
)/4 = 18,5 cm
2

- Lực đẩy lý thuyết hành trình tới:
F
th
= 19,625.10
4
(m
2
). 6.10
5
(N/m

2
) = 1177,5 N
Lực ma sát:
F
R
= 117,75 N
- Lực đẩy thực tế của hành trình tới (thuận):
F
n
= 1177,5 117,75 = 1060 (N)
- Lực đẩy lý thuyết của hành trình về (ngợc):
F
th
= A.P = 18,5.10
4
(m
2
).6.10
5
(N/m
2
) = 1110 N


Lực ma sát:
F
R
= 111 N
- Lực đẩy thực tế của hành trình về (nghịch):
F

N
= A.P.F
R
= 18,5.10
4
.6.10
5
111 = 999 N.

Độ dài của hành trình:
Độ dài hành trình của một xylanh khí nén thờng không quá 2000 mm. Khi
hành trình quá dài, đờng kính xylanh quá lớn thì việc ứng dụng khí nén sẽ không
kinh tế. Khi hành trình vợt quá một giới hạn nhất định, độ mỏi cơ học của trục
piston và của bạc sẽ giảm quá độ. Để tránh mọi nguy cơ xảy ra uốn dọc, ngời ta
tăng đờng kính của cần piston lên khi hành trình dài, vả lại hành trình dài làm
tăng khoảng cách giữa các cửa nhờ đó cải thiện tính dẫn hớng của cần.
Vận tốc của xilanh khí nén:
Tốc độ của một xylanh khí nén là một hàm của sức cản, áp suất khí, chiều
dài mạng phân phối, tiết diện trong của các cơ cấu phân phối điều khiển và các
thiết bị làm việc, lu lợng của các bộ phân phối điều khiển. Ngoài ra, tốc độ còn
bị ảnh hởng bởi giảm chấn ở cuối hành trình.
Vận tốc trung bình của piston thay đổi trong phạm vi từ 0,1 đến 1,5 m/s.
Với các xy lanh đặc biệt có thể đạt tới 10 m/s.
Có thể điều chỉnh đợc vận tốc của piston nhờ có các loại van đặc biệt nh
van một chiều có tiết lu hay van thoát khí nhanh (van xả nhanh).
Lợng tiêu thụ không khí nén:
Việc chuẩn bị một lợng không khí cần thiết hay thống kê sự tổn hao năng
lợng khí nén đúng với lợng không khí đã chuẩn bị là một việc quan trọng.
Với một áp suất cung cấp xác định, đờng kính piston và hành trình cho trớc, sự
tiêu thụ không khí có thể đợc tính nh sau:

Tỷ số nén ì Tiết diện bề mặt làm việc piston ì Hành trình
Trong đó tỷ số nén P
E1
đợc tính theo công thức sau:
3,101
)(3,101
1
kPaP
P
CC
E
+
=

2.3.2.
Động cơ khí nén.
Động cơ khí nén chuyển đổi năng lợng khí nén thành chuyển động quay
cơ học, có thể thực hiện một chuyển động quay không hạn chế góc quay và đợc
sử dụng nh một thiết bị khí nén. Đặc điểm của động cơ khí nén:
- Có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ quay
- Kích thớc choán chỗ nhỏ
- Không bị ảnh hởng bởi bụi, hơi nớc, nóng lạnh
- Chống cháy nổ tốt
- Dải tốc độ rộng
- Không đòi hỏi bảo quản chu đáo


- Quay đợc hai chiều thuận nghịch.
Theo cấu tạo ngời ta phân thành các thiết bị sau:
- Động cơ kiểu bánh răng

- Động cơ kiểu piston
- Động cơ kiểu cánh gạt
- Động cơ kiểu turbin
Động cơ kiểu bánh răng
: Có tốc độ quay lớn nhất khoảng 5000 v/ph. Đối với kiểu
động cơ này, cặp ngẫu lực quay phát sinh khi áp suất của khí nén tác động trên bề
mặt của hai bánh răng ăn khớp nhau. Bánh răng dẫn đợc bắt chặt với trục động
cơ. Động cơ bánh răng cho phép đạt công suất khá cao, tới 44 kW.
- Đ
ộ
n
g

c
ơ

b
á
n
h

r
ă
ng răng thẳng: Mô men quay đợc tạo ra bởi áp suất khí nén lên mặt
bên răng, ống thải khí đợc thiết kế dài để có nhiệm vụ giảm tiếng ồn
- Động cơ bánh răng răng nghiêng : nguyên lí hoạt động nh động cơ
bánh răng thẳng, điểm chú ý là ổ lăn phải chọn để khử đợc lực hớng
trục và lực dọc trục.
- Động cơ bánh răng chữ V: : Có u điểm là giảm đợc tiếng ồn.
Động cơ kiểu pít tông:

Khí nén dẫn
động các cơ cấu trung
gian của những pít tông
nhờ chuyển động qua
lại của pít tông. Cơ cấu
trung gian là một thanh
truyền và trục khuỷu.
Cần có nhiều xylanh để
Đ
ộng cơ Piston
hớn
g
kính