Tự động hóa hệ thống thủy khí nguyễn văn định

02/12/15

KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ
----o0o----

BÀI GIẢNG

TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG THỦY-KHÍ

Biên soạn: ThS. Nguyễn Văn Định

GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN
1. Mục tiêu
Học phần cung cấp cho người học: nguyên lý hoạt động
của bơm, các loại van điện từ; phương pháp sử dụng vi điều
khiển và PLC để điều khiển hệ thống thủy khí nhằm giúp sinh
viên có khả năng tự động hóa dây chuyền sản xuất sử dụng
hệ thủy/khí.

2. Thời lượng: 03 tín chỉ

1


02/12/15

GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN (tt)
3. Nhiệm vụ của sinh viên
§ Tỉ lệ tham gia học trên lớp ít nhất phải đạt 80%.
§ Tham gia làm bài tập và bài tập nhóm.

§ Dụng cụ học tập: có đầy đủ các tài liệu học và tham khảo.
4. Đánh giá kết quả học tập
§ Kiểm tra: 50%, trong đó:
- Tham gia học trên lớp: 5%
- Làm bài tập: 10%
- Đánh giá quá trình: 15%
- Kiểm tra cuối kỳ: 20%
§ Thi kết thúc học phần (vấn đáp): 50%

GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN (tt)
5. Các chủ đề
5.1. Cơ sở lý thuyết của HT khí nén và thủy lực

(2 tiết)

5.2. Cung cấp và xử lý nguồn năng lượng

(6 tiết)

5.3. Phần tử trong HT điều khiển khí nén

(12 tiết)

5.4. Phần tử trong HT điều khiển thủy lực

(12 tiết)

5.5. Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén

(10 tiết)

Đánh giá quá trình, kiểm tra

(3 tiết)

6. Thông tin giảng viên
ThS. Nguyễn Văn Định, Bộ môn Cơ điện tử - Khoa Cơ khí
ĐT: 0905 124 566

Email:

2


02/12/15

GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN (tt)
7. Tài liệu học tập
Nguyễn Văn Định (2014), Bài giảng tự động hóa thủy
khí, Lưu hành nội bộ.
8. Tài liệu tham khảo
§ Nguyễn Ngọc Phương (1999), Hệ thống điều khiển
bằng khí nén, NXB Giáo dục.
§ Nguyễn Ngọc Phương (2000), Hệ thống điều khiển
bằng thủy lực, NXB Giáo dục.
§ Andrew A. Parr, Hydraulics and Pneumatics, Elsevier
Science & Technology Books.

CHỦ ĐỀ 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC
1.1. Sơ lược về hệ thống điều khiển khí nén
và thủy lực
1.2. Ưu nhược điểm của hệ thống
1.3. Phạm vi ứng dụng của hệ thống
1.4. Đơn vị đo của các đại lượng cơ bản

3


02/12/15

1.1. Sơ lược về hệ thống điều khiển khí nénthủy lực
1.1.1. Hệ thống điều khiển

1.1.2. Điều khiển vòng hở

4


02/12/15

1.1.3. Điều khiển vòng kín

1.2. Ưu nhược điểm của hệ thống
1.2.1. Hệ thống khí nén
Ưu điểm:
Ø An toàn khi quá tải vì có hệ thống phòng ngừa quá áp suất.
Ø Không ô nhiễm.

Ø Có độ đàn hồi cao. Do đó, có khả năng trích chứa năng

lượng tốt.
Ø Có khả năng truyền tải năng lượng xa.
Ø Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ truyền động bằng khí nén.

Nhược điểm:
Ø Lực truyền tải trọng thấp.
Ø Gây tiếng ồn do có dòng khí nén thoát ra.
Ø Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi theo.

5


02/12/15

1.2.2. Hệ thống thủy lực
Ưu điểm:
Ø Truyền động công suất cao, lực lớn.
Ø Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn.
Ø Điều chỉnh được vận tốc vô cấp.
Ø Tự động hóa đơn giản….

Nhược điểm:
Ø Khó giữ được vận tốc không đổi khi tải thay đổi.
Ø Hệ thống cồng kềnh.
Ø Nhiệt độ và độ nhớt dầu thay đổi ảnh hưởng đến độ chính

xác điều khiển.

1.3. Phạm vi ứng dụng của hệ thống
1.3.1. Phạm vi ứng dụng của điều khiển khí nén

Tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén

6


02/12/15

1.3.1. Phạm vi ứng dụng của điều khiển khí nén

Tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén

1.3.2. Phạm vi ứng dụng của điều khiển thủy lực

Bàn nâng thủy lực

7


02/12/15

1.3.2. Phạm vi ứng dụng của điều khiển thủy lực

Máy xúc dùng thủy lực

1.4. Đơn vị đo của các đại lượng cơ bản
Ø Áp suất (P) – Pascal (Pa), bar, N/m 2

1 Pascal (Pa) = 1N/m2; 1 bar = 105 Pa
Ø Vận tốc – m/s
Ø Thể tích – m3
Ø Lưu lượng (Q) – m3/phút
Ø Lực – Newton (N)

1 N = 1 kg.m/s2
Ø Công suất (H) – Watt (W)

1 W = 1 Nm/s ; H(kW) = [Q(l/min) * P(bar)]/600

8


02/12/15

CHỦ ĐỀ 2

CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ
NGUỒN NĂNG LƯỢNG
2.1. Khí nén
2.2. Thủy lực
2.3. Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén

2.1. Khí nén
2.1.1. Sản xuất khí nén
Ø Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn khí

nén cung cấp.
Ø Nguồn khí nén phải được cung cấp thường xuyên với thể

tích đầy đủ, áp suất nhất định.
Ø Vậy nguồn khí nén được cung cấp từ đâu?

9


02/12/15

2.1.1. Sản xuất khí nén
v Máy nén khí:

q Chức năng: Thu hút không khí, hơi ẩm ở một áp suất nhất
định và tạo ra nguồn lưu chất có áp suất cao hơn.
q Các loại máy nén khí thường gặp:
Ø Máy nén kiểu cánh gạt
Ø Máy nén kiểu piston
Ø Máy nén kiểu bánh răng

2.1.2. Phân phối khí nén
Ø Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển khí nén từ

nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ, đảm bảo P, Q
Ø Truyền tải khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn

khí nén.
Ø Chọn đúng các thông số của ống dẫn; cách lắp đặt hệ thống

ống dẫn.

10


02/12/15

2.1.2. Phân phối khí nén
Hệ thống phân phối khí nén

2.1.2. Phân phối khí nén
Sơ đồ nguyên lý truyền động

11


02/12/15

2.1.3. Bình nhận và trích khí nén
Ø Nhiệm vụ cân bằng và ổn định áp suất khí nén của máy

nén khí chuyển đến.
Ø Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của

máy nén khí, công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng.
Ø Bình trích chứa có thể đặt nằm ngang hoặc thẳng đứng.
Ø Đường ống ra của khí nén bao giờ cũng nằm ở vị trí cao

nhất của bình trích chứa.

2.1.3. Bình nhận và trích khí nén
Hình ảnh minh họa bình trích chứa

12


02/12/15

2.1.4. Xử lý khí nén
Ø Khí nén tạo ra có nhiều chất bẩn (bụi, độ ẩm không khí

hút vào,…), Khí nén không được xử lý thích hợp sẽ gây
hư hỏng hoặc gây trở ngại tính làm việc của các phần tử
khí nén.
Ø Sử dụng bộ lọc để xử lý khí nén

Bộ lọc khí nén
Bộ lọc khí có 3 phần tử: van lọc, van điều chỉnh áp suất và
van tra dầu.
Van lọc khí

13


02/12/15

Bộ lọc khí nén
Van điều chỉnh áp suất

Bộ lọc khí nén
Van tra dầu

14


02/12/15

2.2. Thủy lực
2.2.1. Cung cấp năng lượng dầu ép

Ø Nguồn năng lượng được dùng để hệ hoạt động là dầu ép.
Ø Thiết bị để cung cấp năng lượng cho hệ thống là bơm dầu

(bơm thủy lực); đại lượng đặc trưng là P, Q.

.

Ø Bơm dầu biến cơ năng thành thế năng

2.2.1. Cung cấp năng lượng dầu ép
v Các loại bơm:
q Bơm dầu là cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến đổi

cơ năng thành thế năng của dầu.
q Tùy thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ

làm việc, phân loại bơm thành:
Ø Bơm có lưu lượng cố định (bơm cố định)
Ø Bơm có lưu lượng có thể điều chỉnh (bơm điều chỉnh)
q Thông số cơ bản: lưu lượng, áp suất

q Các loại bơm thủy lực thường gặp:

Ø Bơm bánh răng
Ø Bơm cánh gạt
Ø Bơm pittông

Ký hiệu

15


02/12/15

2.2.1. Cung cấp năng lượng dầu ép
Bơm bánh răng

Bơm bánh răng
v Nguyên tắc làm việc: Bánh răng chủ động quay và khe hở

giữa các răng tạo ra buồng chứa dầu.

16


02/12/15

Bơm bánh răng

v Ưu nhược điểm:
Ø Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản
- Dễ chế tạo

Ø Nhược điểm:
Do chênh lệch áp suất giữa buồng hút và buồng đẩy
nên bơm sẽ mòn không đều.

Bơm bánh răng
v Tính lưu lượng bơm bánh răng

Trong đó:
- d: Đường kính vòng chia bánh răng
- m: Modun bánh răng
- z: Số răng
- b: Bề rộng bánh răng
- n: Số vòng quay trong 1 phút
- ηv: Hiệu suất thể tích

[cm]
[cm]
[cm]

17


02/12/15

Bơm cánh gạt

Bơm cánh gạt
Bơm cánh gạt đơn

Độ lệch tâm e

Vòng trượt

Rotor

18


02/12/15

Bơm cánh gạt
Bơm cánh gạt đơn

Bơm cánh gạt đơn
v Nguyên tắc làm việc:
Ø Bơm này tạo ra lực đẩy nhờ sự thay đổi vị trí tương đối của

cánh quạt.
Ø Khi trục quay một lần, nó thực hiện một chu kỳ làm việc bao

gồm một lần hút và một lần nén.
Ø Loại bơm này không tạo áp lực cao.

19


02/12/15

Bơm cánh gạt đơn

Bơm cánh gạt đơn

v Đặc điểm:
Ø Làm việc không đều, không cân bằng do lệch tâm và tải
không đều.
Ø Điều chỉnh lưu lượng bơm bằng cách thay đổi độ lệch tâm.
Ø Thay đổi độ lệch tâm bằng cách điều chỉnh vòng trượt
thông qua lò xo.

20


02/12/15

Bơm cánh gạt kép
v Nguyên tắc làm việc: Khi trục quay một vòng, nó thực

hiện hai chu kỳ làm việc bao gồm hai lần hút và hai lần
nén.
Buồng đẩy

Buồng hút
Stato

Rotor

Bơm cánh gạt kép
v Ưu nhược điểm
Ø Ưu điểm:

Khắc phục được hạn chế của bơm cánh gạt đơn: làm việc
êm do không có độ lệch tâm.

Ø Nhược điểm:

Không có kết cấu để điều chỉnh lưu lượng.

21


02/12/15

Bơm cánh gạt kép
v Tính lưu lượng

Trong đó:
- d: Đường kính stato
- b: Chiều rộng cánh gạt
- e: Độ lệch tâm
- n: Số vòng quay của rôto

[cm];
[cm];
[cm];
[vòng/phút].

Bơm piston

22


02/12/15

Bơm piston

Bơm piston

23


02/12/15

Bơm piston
v Nguyên tắc làm việc:
Dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu piston xylanh.
v Phân loại:
- Bơm hướng kính
- Bơm hướng trục

Bơm hướng kính
Bơm dầu piston hướng kính có các piston chuyển động
hướng tâm vối trục quay của rôto.

24


02/12/15

Bơm hướng kính

Bơm hướng kính
v Tính lưu lượng

Trong đó:
- d: Đường kính piston
[cm]
- e: Độ lệch tâm
[cm]
- h: Khoảng chạy piston, h = 2e = (1.3 – 1.4)d;
- i: Số piston;
- n: Số vòng quay của rôto trong một phút.

25