Thuyết minh đa ĐKTĐ máy đóng nắp chai

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngày
càng đòi hỏi trình độ tự động hoá phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầu
của mình. Tự động hoá ngày càng phát triển rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế,
đời sống xã hội, nó là ngành mũi nhọn trong công nghiệp. Ngày nay, trình độ tự
động hoá của một quốc gia đánh giá cả một nền kinh tế của quốc gia đó. Chính vì
lẽ đó mà việc phát triển tự động hoá là một việc hết sức cần thiết.
Bởi vậy ngành tự động hoá đã được đào tạo kỹ lưỡng ở các trường Đại học,
Cao đẳng trên cả nước. Sinh viên được đào tạo về các dây chuyền sản xuất tự động
các cơ cấu chấp hành cũng như các thiết bị điều khiển. Việc tạo ra các sản phẩm tự
động hoá không những trong công nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người
ngày càng được phổ biến.
Để cũng cố và bổ sung thêm những kiến thức đã học và để áp dụng những
kiến thức đó vào thực tế chúng em đã được nhận và thực hiện đồ án môn học với
đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình máy dập bánh tự động”.
Việc hoàn thành đề tài của chúng em sẽ không tránh được những sai lầm thiếu
sót. Em rất mong được sự phê bình đánh giá của các thầy cô để em có thể rút ra
được kinh nghiệm và cũng nhằm bổ sung kiến thức cho mình.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đắc Lực đã tận tình hướng
dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này.
Đà Nẵng, Ngày 30 tháng 5 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Đăng Tú
Trần Quốc Khánh


CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG
Ngày nay, việc tự động hoá trong sản xuất là một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng

cao năng xuất lao động. Hệ thống sản xuất tự động ngày càng được ứng dụng rộng
rãi trong các phân xưởng, nhà máy. Sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn điện tử,
cùng với việc ra đời của các linh kiện điện tử, chúng đã được áp dụng trong hệ
thống cơ khí và từ đó các loại máy móc tự động ra đời.
Chiếc máy tự động đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp do một thợ cơ
khí người Nga, ông Pôdunôp chế tạo vào năm 1765. Nhờ nó mà mức nước trong
nồi hơi được giữ cố định không phụ thuộc vào lượng tiêu hao hơi nước. Để đo mức
nước trong nồi, Pôdunôp dùng một cái phao. Khi mức nước thay đổi phao sẽ tác
động lên cửa van, thực hiện điều chỉnh nước trong nồi. Nguyên tắc điều chỉnh của
cơ cấu này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác
nhau, nó được gọi là nguyên tắc điều chỉnh theo sai lệch hay nguyên tắc Pôdunôp Giôn Oat. Đầu thế kỷ 19, nhiều công trình có mục đích hoàn thiện các cơ cấu điều
chỉnh tự động của máy hơi nước đã được thực hiện. Cuối thế kỷ 19 các cơ cấu điều
chỉnh cho tuabin hơi nước bắt đầu xuất hiện. Năm 1712 ông Narrtôp, một thợ cơ
khí người Nga đã chế tạo được máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình.
Việc chép hình theo mẫu đã được thực hiện. Chuyển động dọc của bàn dao do bánh
răng - thanh răng thực hiện. Cho đến năm 1798 ông Henry Nandsley người Anh
mới thay thế chuyển động này thành chuyển động của vitme - đai ốc. Năm 1873
Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ cấp phôi và trục phân phối mang
các cam đĩa và cam thùng. Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới như Pittler Ludnig


Lowe (Đức), RSK (Anh) đã chế tạo được máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh.
Năm 1887 Đ.G Xtôlepôp đã chế tạo được phần tử cảm quang đầu tiên, một trong
những phần tử hiện đại quan trọng nhất của kỹ thuật tự động hoá. Cũng trong giai
đoạn này, các cơ sở của lý thuyết điều khiển và điều chỉnh hệ thống tự động bắt
đầu được nghiên cứu, phát triển. Một trong những công trình đầu tiên về lĩnh vực
này thuộc về nhà toán học nổi tiếng P.M.Chebưsep. Có thể nói, ông tổ của các

phương pháp tính toán kỹ thuật của lý thuyết điều chỉnh hệ thống tự động là I.A.
Vưsnhegratxki, giáo sư toán học nổi tiếng của trường đại học công nghệ thực
nghiệm Xanh Pêtecbua. Năm 1876 và 1877 ông đã cho đăng các công trình “ Lý
thuyết cơ sở của các cơ cấu điều chỉnh” và “ Các cơ cấu điều chỉnh tác động trực
tiếp”.
Các phương pháp đánh giá ổn định và chất lượng của các quá trình quá độ do
ông đề xuất vẫn dùng cho tới tận bây giờ.
Không thể không kể tới đóng góp to lớn trong sự nghiệp phát triển lý thuyết
điều khiển hệ thống tự động của các nhà bác học A.Xtôđô người Sec, A.Gurvis
người Mỹ, A.K.Makxvell và Đ.Paux người Anh, A.M.Lapunôp người Nga và nhiều
nhà bác học khác.
Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hoá đã cho phép trong những
thập kỷ đầu của thế kỷ 20 chế tạo các loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ
hợp và các đường dây tự động liên kết cứng và mềm dùng trong sản xuất loạt lớn
và hàng khối. Cũng trong thời gian này, sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học,
một môn khoa học về các quy luật chung của các quá trình điều khiển và truyền tin
trong các hệ thống có tổ chức đã góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của
tự động hoá các quá trình sản xuất vào công nghiệp.
Trong những năm gần đây, các nước có nền công nghiệp phát triển tiến hành
rộng rãi tự động hoá trong sản xuất loạt nhỏ. Điều này phản ánh xu thế chung của
nền kinh tế thế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ


và hàng khối thay đổi. Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các
ngành khoa học khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những
năm cuối của thế kỷ 20 đã có sự thay đổi sâu sắc. Sự xuất hiện hàng loạt các công
nghệ mũi nhọn như kỹ thuật linh hoạt (Agile engineering), hệ thống điều hành sản
xuất qua màn hình (Visual Manufacturing), kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid
Prototyping) và công nghệ Nanô đã cho phép thực hiện tự động hoá toàn phần
không chỉ trong sản xuất hàng khối mà cả trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc.

Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với
công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện hàng loạt các thiết bị và hệ thống tự động
hoá hoàn toàn mới như các loại máy điều khiển số, các trung tâm gia công,các hệ
thống điều khiển bằng lôgic PLC, các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS…
1.2. NHU CẦU VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN
Tự động hoá là một quá trình cho phép giảm giá thành sản phẩm, giảm sức
lao động của con người, nâng cao năng xuất lao động. Trong mọi thời đại, một sản
phẩm làm ra vấn đề giá thành sản phẩm là một trong những vấn đề rất được quan
tâm bởi lẽ nếu cùng một loại sản phẩm của hai nhà sản xuất đưa ra nếu giá thành
sản phẩm nào rẻ hơn nhưng với chất lượng như nhau thì dĩ nhiên người ta sẽ lựa
chọn sản phẩm rẻ hơn. Chính vì lẽ đó mà con người luôn tìm tòi mọi phương pháp
để giảm giá thành sản phẩm và đó là cơ sở cho nghành tự động hoá ra đời. Một
trong những động lực cho sự phát triển của tự động hoá đó là giảm sức lao động
của con người, nâng cao chất lượng sản phẩm và năng xuất lao động. Người ta từ
lâu đã nhận ra rằng lao động của con người không thể sánh bằng máy móc kể cả về
năng suất và chất lượng đặc biệt là các loại máy móc tự động.Vì vậy việc ra đời
của ngành tự động hoá không những giảm bớt lao động của con người mà còn
nâng cao được năng suất và chất lượng sản phẩm.
Quá trình tự động hoá đã làm cho việc quản lí trở nên rất đơn giản, bởi vì nó
không những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm số


lượng công nhân đến mức tối đa. Ngoài ra tự động hoá còn cải thiện được điều
kiện làm việc của công nhân, tránh cho công nhân những công việc nhàm chán, lặp
đi lặp lại, có thể thay cho con người lao động ở những nơi có điều kiện làm việc
nguy hiểm, độc hại…
Tự động hoá có thể áp dụng cho nhiều loại hình sản xuất hàng loạt và đơn
chiếc với một trình độ chuyên môn hoá cao cũng chính vì thế mà năng suất cũng
như chất lượng sản phẩm rất cao. Ngày nay để đánh giá mức độ của một nền sản
xuất, người ta đánh giá vào mức độ tự động hoá của nền sản xuất đó.

Với tầm quan trọng như thế, ngành tự động hoá rất được các quốc gia trên thế
giới quan tâm bởi đó không những là bộ mặt của nền sản xuất mà trong thời buổi
kinh tế thị trường việc cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường là rất khó khăn, nó
đòi hỏi không những về chất lượng sản phẩm mà còn cả về giá thành.
Trong thời gian gần đây, tự động hoá được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực của đời sống từ kinh tế đến chính trị - xã hội, như: Trong công nghiệp, y tế,
ngân hàng, thư viện…
1.3. NHU CẦU TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG CÔNG NGHỆ LÀM BÁNH
Hiện nay dây chuyền làm bánh là một công việc lặp đi lặp lại nên không thể
tránh được sự nhàm chán trong công việc của người công nhân. Ngày nay để nâng
cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm,
người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thống điều khiển
tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất.
Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, con người
đã cải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránh được sự
nhàm chán trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh
vực khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh
hơn, an toàn hơn tron công việc.


Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế
thế giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực như chất
lượng mẫu mã và quá giá thành sản phẩm. Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tự động
hóa vào quá trình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạo tiền đề cho
việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.
CHƯƠNG 2:
THIẾT KẾ MÁY
2.1. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1.1 Phương án 1 :
Ta sử dụng hệ thống truyền động bằng thủy lực:

+ hai xi lanh thủy lực để đẩy bánh vào máng quay
+ một xi lanh thủy lực dùng để đẩy cơ cấu nặng kem
+ một xi lanh thủy lực dùng để nén bánh
* Ưu và nhược điểm của phương án 1:
- Ưu điểm:
+ truyền được công suất và tải trọng lớn
+ dầu có tính đàn hồi nên truyền động êm, không ồn ào
+ điều chỉnh được vô cấp của cơ cấu chấp hành
- Nhược điểm:
+ do dùng hệ thống thủy lực nên cần cung cấp dầu và bơm dầu cho hệ thống nên
chi phí tốn kém, không phù hợp với việc làm mô hình của sinh viên
+ xi lanh và các phần tử điều khiển có giá thành cao nên không hiệu quả về tính
kinh tế
+ tổn thất trên trong đường ống dẫn và các phần tử thủy lực nên làm giảm hiệu
suất làm việc
+ do dầu có tính đàn hồi nên khó ổn định vận tốc khi tải thay đổi
2.1.2. Phương án 2
Ta sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén:
+ Một xi lanh khí nén để đẩy bánh vào máng
+ Một xi lanh khí nén dùng để ép bánh
+ Một xi lanh khí nén dùng để đẩy bánh ra ngoài


* Ưu và nhược điểm của phương án 2:
- Ưu điểm: độ nhớt của động học của khí nén nhỏ
Hệ thống cung cấp khí nén đơn giản rẻ tiền, dễ chế tạo không cần bơm dầu
nên chi phí giá thành thấp hơn so với thủy lực
Các phần tử trong hệ thống khí nén có cấu tạo đơn giản và giá thành rẻ
Lực để truyền tải trọng đến cơ câu chấp hành thấp nên phù hợp với việc làm
mô hình của sinh viên

Hệ thống khí nén thấp không gây ôi nhiễm môi trường
- Nhược điểm: Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp
Dòng khí thoát ra ở đường dẫn gây nên tiếng ồn lớn
Dựa vào các phân tích ở trên nhóm đồ án chọn phương án 2 để thiết kế hệ thống ,
các thiết bị dùng trong hệ thống sẽ được phân tích ở các chương sau.
2.2.TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC
2.2.1. Các chuyển động chính
 Chuyển động tịnh tiến của xi lanh để ép bánh thông qua các thông số sau:
Hành trình của piston L=200mm
Vận tốc của xi lanh khi chuyển động tính tiến để tạo chuyển động quay cho
cơ cấu là
Trong đó: v- vận tốc dài của cần xi lanh
Q- lưu lượng của xi lanh, chọn Q=10.5
A-Tiết diện của xi lanh
Vậy vận tốc của chuyển động tịnh tiến do xi lanh tạo ra là:

Chuyển động tịnh tiến của cơ cấu đẩy bánh
Chiều dài của cánh tay là l=150mm
Hành trình piston L=150mm
Chuyển động tịnh tiến đi lên của xi lanh đẩy bánh
Chiều cao h=100mm
Hành trình piston L=150mm


2.2.2. Các yêu cầu khi thiết kế
Nhìn chung, khi xây dựng phương án bố trí cho các hệ thống tự động cần phải
đảm bảo các điều kiện như sau:
 Hệ thống đơn giản, dễ điều khiển và đáng tin cậy.
 Bố trí các cơ cấu phải nhỏ gọn đảm bảo tính kỹ thuật và thẫm mỹ
 Ngoài ra phải đảm bảo được tính an toàn và tính kinh tế.

2.3. TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH
2.3.1.TÍNH CHỌN XI LANH TẠO CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN CHO HỆ
THỐNG
a. Cơ cấu sinh lực băng khí nén
Khí nén được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp. Khí nén là không
khí sạch được không khí được máy nén khí nén đến áp suất 6,7atm để khi đi qua
các ống dẫn đến xi lanh có áp suất làm việc 3,4atm
Dùng khí nén có những ưu điểm sau:
Nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ sức lao động của công nhân, điều khiển
thống nhất, từ xa để có khả năng tự động hóa.
Các nhược điểm của khí nén là: khí nén dùng với áp lực thấp(4-6)atm
Phải có thêm các trang bị phụ: van, bình lọc khí, ổn định tốc độ và áp suất tốn
nhiều không gian.
Các cơ cấu sinh lực bằng khí nén có thể phân loại như sau:
Theo dạng xi lanh dẫn lực: loại xi lanh piston – xi lanh màng
Theo sơ đồ tác dụng: Loại xi lanh một chiều và loại xi lanh hai chiều
Theo dạng gá đặt: loại cố định và loại quay
b. Tính lực đẩy của xi lanh tạo chuyển động và cấp phôi
+Loại xi lanh hai chiều, một piston


A B

A-

+

A

R

P S

Loại này khí nén có thể vào bên trái hoặc bên phải xi lanh, loại này hành trình
piston dài chuyển động được cả hai phía.
Khi khí nén qua van phân phối đi vào buồng bên trái của xi lanh thì lực tạo ra
được tính theo biểu thức sau:

Khi khí nén qua buồng bên phải của xi lanh thì lực tạo ra là:

Trong đó:
Q- lực do khí nén tạo ra
D- đường kính piston(m)
d- đường kính cần piston(mm)
p- áp suất khí nén(kG/

)

- hiệu suất, kể đến mất mát vì ma sát giữa piston và xi lanh, cán piston và vỏ
Để có thể tăng lực kẹp mà không cần tăng đường kính piston có thể sử dụng loại xi
lanh hai hay nhiều piston
Xi lanh có thể sinh ra lực kẹp
Đường kính tiêu chuẩn của piston là: D=50, 75,100…
Cần piston: d=16…80mm
Hành trình làm việc: L 10…200mm


Độ nhám mặt trong của xi lanh cần đạt: Ra=0.63-1.25 để giảm ma sát
Kết cấu của xi lanh có thể tham khảo trong sổ tay kết cấu cơ khí
d. Tính kết cấu của cơ cấu đẩy

 Ý nghĩa của việc đẩy bánh vào đĩa: Thời gian cấp phôi là một yếu tố quan
trọng ảnh hưởng đến năng suất của máy (năng suất công nghệ). Vì vậy cải
tiến và sử dụng các cơ cấu đẩy để giảm tổn thất thời gian và cải thiện điều
kiện làm việc của người công nhân
Mở rộng khả năng công nghệ của máy
Mang lại hiệu quả kinh tế cho tất cả các dạng sản xuất
Trong sản xuất hàng khối và hàng loạt lớn thời gian đẩy và hoạt động có ảnh
hưởng cực kỳ lớn
 Cơ cấu chứa bánh
Quá trình cấp bánh là quá trình chuyển bánh từ ổ chứa bánh đến vùng
làmviệc của máy theo những khoảng thời gian và không gian nhất định và
sau khi gia công xong chuyển chi tiết vào chỗ cất giữ
 Cơ cấu chứa bánh là cơ cấu dùng để dữ trữ bánh, bảo đảm cho máy móc làm
việc liên tục không bị gián đoạn. Cơ cấu chứa bánh được phân thành ổ chứa
bánh và phểu chứa bánh
 Máng chuyển phôi bánh là chi tiết dùng để tích trữ và chuyển phôi đến các
bộ phận khác nhau trong hệ thống cấp phôi tự động.


- Ổ chứa phôi bánh kiểu băng đạn, đặc điểm của loại này không thể định hướng
phôi trong không gian, cần có người dùng tay xếp phôi theo 1 hướng nhất định, kết
cấu đơn giản, độ tin cậy lớn, thích hợp với chi tiết nhỏ, mô hình.
- Phểu chứa phôi, đặc điểm của nó là có thể tự động định hướng phôi trong không
gian, không cần người sắp xếp, trình độ tự động hóa cao, năng suất cao, kết cấu
phức tạp, thường hay bị kẹt
Thích hợp với các loại chi tiết nhỏ dễ định hướng như đinh ốc, và mũ ốc..
Từ các điều kiện đã phân tích ta chọn ổ chứa phôi để làm bộ phận cung cấp phôi
cho hệ thống

Tính toán thông số của ổ chứa phôi

- chiều rộng máng dẫn, mm
d chiều rộng của phôi, mm
A khe hở giữa phôi và thành máng, mm
l- chiều dài của phôi, mm
c- chiều dài đường chéo, mm
 Tính khe hở cho phép giữa thành máng và mặt đầu của phôi
Phôi bánh có dạng hình khối tròn đặt trong ổ. Phôi bánh có đường kính 60mm,
chiều cao 6mm


Giữa phôi bánh và vách máng cần có một khoảng cách nhất định để phôi có thể
dịch chuyển được mà không bị kẹt
Giả sử khe hở đó là A. Ta thấy nếu khe hở đó làm lớn hơn một ít thì phôi chuyển
động tốt việc chế tạo và điều chỉnh dễ , nhưng A không thể lớn hơn một giới hạn
nhất định

Sơ đồ tính khe hở giữa máng và phôi
Sau khi phôi quay một góc làm đường chéo c nghiêng đi so với đường nằm ngang
một góc α, nhưng vì A+lGiả sử lực pháp tuyến của máng tác dụng lên phôi là Nn. Lực ma sát sẽ bằng
Fms=µNn
Trong đó: µ là hệ số ma sát
Hợp lực tác dụng lên vật sẽ là N làm với Nn một góc ma sát a
Khi αquanh O làm phôi bị kẹt trong máng
Khi α>a N sinh ra momen ngược lại làm cho phôi trở lại vị trí cũ
Vì vậy khi α=a ta sẽ tìm khe hở lớn nhất
Cách tính Amax như sau:
trong đó:
tga=µ

cho nên:

;


Gọi

khe hở lớn nhất của một đơn vi đường kính, ta có:

Ta thấy amax có quan hệ với µ và l/d
Nếu cố định µ, khi l/d càng lớn thì amax càng nhỏ
Nếu cố định l/d, khi µ càng lớn thì amax càng nhỏ; tức là khe hở cho phép càng
nhỏ, có nghĩa phôi lưu thông càng tốt. Chỗ nào khe hở A vượt quá phạm vi cho
phép phôi sẽ bị kẹt
Trong thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính lưu thông của phôi trong máng,
chúng ảnh hưởng lẫn nhau, do đó ngoài các tính toán trên cần có thí nghiệm để
kiểm tra lại
 Bố trí ổ chứa phôi cho phôi thẳng đứng từ trên xuống để cung cấp cho xi
lanh cấp phôi


CHƯƠNG 3:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
3.1 TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ KHÍ NÉN
3.1.1. Tầm quan trọng và khả năng ứng dụng của khí nén:
a) Trong lĩnh vực điều khiển:
- Những năm sau khi cuộc cách mạng nổ ra, do sự tất yếu của quá trình tự
động hóa trong sản xuất, kỹ thuật điều kiển bằng khí nén ñöôïc được phát triển
rộng rãi và đa dạng hơn.
- Hệ thống điều khiển bằng khí nén thường được sử dụng trong các lĩnh vực

có nguy cơ xảy ra các nguy hiểm cao do điều kiện vệ sinh môi trường khá tốt và
tính an toàn cao.
- Hệ thống điều khiển bằng khí nén thường được sử dụng trong các lĩnh
vực: các thiết bị phun sơn, các loại chi tiết kẹp đồ gá, lĩnh vực sản xuất các thiết bị
điện tử hay trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra.
b) Trong lĩnh vực truyền động:
- Các dụng cụ, thiết bị, máy va đệp trong lĩnh vực khai thác than, khai thác
đá.
- Truyền động quay với công suất lớn bằng khí nén giá thành rất cao, cao
hơn từ 10-15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại, thể tích và năng lượng chỉ


bằng 2/3 những dụng cụ vặn vít, máy khoan, máy mài là những dụng cụ có khả
năng sử dụng truyền động bằng khí nén.
- Truyền động thẳng: các đồ gá kẹp chi tiết, các thiết bị đóng gói, các thiết bị
máy gia cơng, các thiết bị làm sạch hay các thiết bị phanh hãm của ơtơ.
- Trong các hệ thống đo đạc và kiểm tra chất lượng sản phẩm.
c) Ưu & nhược điểm của khí nén
- Ưu điểm :
+ Có khả năng trích chứa để thành lập trạm trích
chứa khí nén.
+ Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ
nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất trên
đường dẫn thấp.
+ Không gây ô nhiễm môi trường.
+ Hệ thống phòng ngừa qúa áp suất giới hạn được
đảm bảo.
- Nhược điểm :
+ Lực truyền tải trong thấp.
+ Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay

đổi.
+ Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn.
3.1.2. Máy nén khí và Thiết bị phân phối khí nén
a) Máy nén khí
* Khái niệm
Máy nén khí là thiết bò tạo ra áp suất khí, ở đó
năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt


trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và
nhiệt năng.

* Phân loại:
- Theo áp suất:
+ Máy nén khí áp suất thấp:
+ Máy nén khí áp suất cao:

p  15 bar
p  15 bar

+ Máy nén khí áp suất rất cao: p  300bar
- Theo nguyên lý hoạt động:
+ Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy
nén khí kiểu pittông, máy nén khí kiểu cách gạt, máy
nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít.
+ Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy
nén khí theo chiều trục.
b) Bình trích chứa khí nén

- Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý
thì cần phải có một bộ phận lưu trữ để sử dụng. Bình
trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí
nén từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và
tách nước.
- Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất
của máy nén khí và công suất tiêu thụ của các thiết
bò sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào
phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián
đoạn
Ký hiệu :

c) Mạng đường ống dẫn khí nén
- Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bò truyền
dẫn khí nén từ máy nén khí đến bình trích chứa rồi đến
các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp
hành.
- Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân thành
2 loại:
+ Mạng đường ống được lắp ráp cố đònh (mạng
đường ống trong nhà máy)
+ Mạng đường ống được lắp ráp di động (mạng
đường ống trong dây chuyền hoặc trong máy móc thiết
bò)


+ Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được
trang bò cho phép tháo lắp dễ dàng và nhanh chóng.
Nối hệ thống đến các thiết bò bằng cách đơn giản là
đẩy ống vào

cổng vào (in-let) hay cổng ra (out-let). Tháo ống ra
bằng cách một tay đè vào vành tỳ, tay kia kéo ống ra.
3.2. Các phần tử trong hệ thống điều khiển
Một hệ thống điều khiển bao gồm ít nhất là một
mạch điều khiển vòng hở (Open – loop Control System) với
các phần tử sau :
- Phần tử đưa tín hiệu : nhận những giá trò của đại
lượng vật lý như đại lượng vào, là phần tử đầu tiên
của mạch điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, rơle áp suất.
- Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào
theo một quy tắc logic nhất đònh, làm thay đổi trạng thái
của phần tử điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, van tiết
lưu, van logic OR hoặc AND.
- Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối
tượng điều khiển, là đại lương ra của mạch điều khiển. Ví
dụ: xilanh, động cơ khí nén.
a) Van đảo chiều


Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng
lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vò trí các cửa
van để thay đổi hướng của dòng khí nén.
* Ký hiệu của van đảo chiều
- Vò trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô
vuông liền nhau với các chữ cái o,a ,b ,c ,… hay các chữ
số 0, 1, 2, …
a

o

b

a

b

Hình 3.6 - Ký hiệu chuyển đổi vò trí của
nòng van
Vò trí ‘không’ là vò trí mà khi van chưa có tác động
của tín hiệu bên ngoài vào. Đối với van có 3 vò trí, thì vò
trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vò trí ‘không’. Đối với van có 2
vò trí thì vò trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường
vò trí bên phải ‘b’ là vò trí ‘không’.
- Cửa nối van được ký hiệu như sau:

ISO 5599 ISO

+ Cửa nối với nguồn(từ bộ lọc khí)

1

1219
+ Cửa nối làm việc 2 , 4, 6, …A , B , C, …

P


+ Cửa xả khí3 , 5 , 7… R , S , T…
+ Cửa nối tín hiệu điều khiển 12 , 14… X , Y …

a

b

Trường hợp
Hình a3.7là
- Kí cửa
hiệuxả
cửakhí không có mối nối
xả khí

cho ống dẫn, còn cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn
khí là trường hợp b.
Bên trong ô vuông của mỗi vò trí là các đường
mũi tên biểu diễn hướng chuyển động của dòng khí
nén qua van. Khi dòng bò chặn thì được biểu diễn bằng
dấu gạch ngang.
4(B)

2(A)
0

14(Z)
Cửa nối điều khiển

1

Cửa 1nối với cửa 4

12(Y)

Cửa nối điều khiển

Cửa 1nối với cửa 2

3(R) Cửa xả khí không có mối nối cho
Cửa xả khí có
mối nối cho ống
dẫn

ống dẫn

5(S)
1(P)

Nối với nguồn khí
nén

Hình 3.8- Kí hiệu các cửa nối của van đảo
chiều

* Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều


- Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2 trong
đó:
5 : chỉ số cửa, 2 : chỉ số vò trí
- Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo
chiều:
Van đảo chiều 2/2

Van đảo chiều
4/2
Van tiết lưu có nhiệm
thay
đổi lưu lượng dòng khí
Van vụ
đảo
chiều
5/2

b) Van tiết lưu

nén, có nghóa là thay đổi vận tốc của cơ cấu chấp
hành.
* Van tiết lưu có tiết diện không đổi:
Khe hở của van có tiết diện không thay đổi, do đó
lưu lượng dòng chảy không thay đổi.
Ký hiệu:
Hình 3.9 - Van tiết lưu có tiết diện không thay
đổi
* Van tiết lưu có tiết diện thay đổi: Lưu lượng dòng
chảy qua van thay đổi được nhờ vào một vít điều chỉnh
làm thay đổi tiết diện của khe hở.

Ký hiệu:
A

B

Ký hiệu chung

Có mối nối ren

Không có mối nối ren
Hình 3.10- Van tiết lưu có tiết diện thay đổi
* Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay:
Nguyên lý hoạt động tương tự như van tiết lưu điều chỉnh
bằng tay, tuy nhiên dòng khí nén chỉ có thể đi một
chiều từ A qua B , chiều ngược lại bò chặn.
Ký hiệu :

A

B

Hình 3.11- Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay
c) Cơ cấu chấp hành:
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng
lượng khí nén thành năng lượng cơ học. Cơ cấu chấp
hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc
chuyển động quay (động cơ khí nén).
Gồm có piston xylanh thủy lực và khí nén, thực chất đây là một loại động cơ
thủy lực (khí nén) dùng để biến đổi thế năng của dầu (khí nén) thành cơ năng, thực
hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động vòng khơng liên tục. piston xylanh
được dùng rất phổ biến trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng đi
về. xylanh thủy lực có kết cấu đơn giản, nhưng có khả năng thực hiện một cơng
suất lớn, làm việc ổn định và giải quyết vấn đề chắn khít tương đối đơn giản. So
với hệ thống thủy lực, hệ thống khí nén có cơng suất nhỏ hơn nhưng có nhiều ưu
điểm hơn như:

- Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén
nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.


- Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể trích chứa
khí nén rất thuận lợi.
- Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải
ra ngược trở lại bầu khí quyển.
- Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống
dẫn, do đó không tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn.
- Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì
phần lớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.
- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy
hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
- Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận
hành logic, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các máy móc
phức hợp.
* Xilanh

Để tính toán các thông số của xy lanh, trước tiên chúng ta phải biết các thông tin
“đầu vào” như sau:


1- Lực tác động lên cán (hoặc vỏ) xy lanh – tính bằng kgs, tấn, N…: Xy lanh sẽ
phải được cung cấp dầu có áp suất để thắng lại được lực này.
2- Khoảng hành trình làm việc của xy lanh (quãng đường di chuyển = S): m
hoặc cm
3- Thời gian để xy lanh đi hết hành trình này – t: giây (s)
4- Ngành ứng dụng, sử dụng: để lựa chọn áp suất làm việc và loại kết cấu xy
lanh.Khi đã có câu trả lời cho các câu hỏi ở trên rồi, ta cóthể tính được các thông

số làm việc và lựa chọn xy lanh.
a.Lựa chọn áp suất làm việc MAX của xy lanh.
Giá trị này được xem xét lựa chọn ở hai mặt:
- Nếu đã có sẵn hệ thống bơm khí nén thì giá trị này là giá trị max mà hệ thống
bơm có thể cung cấp được và
- Nếu chưa có hệ thống bơm cấp khí nén (có nghĩa là chúng ta phải lựa chọn hệ
thống bơm khí nén này dựa trên yêu cầu của xy lanh đang chọn) thì phải lựa chọn
giá trị áp suất MAX. Về nguyên tắc, với một lực tác dụng cho trước, áp suất càng
cao thì xy lanh càng nhỏ, gọn (về đường kính) và ngước lại. Tuy nhiên, áp suất cao
cũng đồng nghĩa với hệ thống nguồn cấp và điều khiển phải làm việc ở chế độ cao
áp và chi phí sẽ càng đắt. Do đó, tùy thuộc vào các ứng dụng – tính chất công việc
khác nhau, người ta sẽ quyết định mức áp suất sử dụng khác nhau. Thông thường
trong công nghiệp có hai dải áp suất chính là: đến 200 bar và từ 250 – 400 bar.
Sau khi đã biết/chọn được áp suất MAX của hệ thống, sẽ tính toán đến đường kính
làm việc của xy lanh.
b. Xác định đường kính làm việc của xy lanh
Đường kính xy lanh bao gồm hai thông số:
- D: Đường kính lòng xy lanh
- d: Đường kính cán xy lanh

Một cách chung
nhất, các đường kính này được tính toán dựa trên Diện tích làm việc (A) của xy


lanh dưới tác dụng của áp suất dầu khí nén (p) để thắng lại lực cản lên nó
(F)A (cm2) = F (kg) / [p (kg/cm2) * 0.95] trong đó hiệu suất chuyển đổi cơ khí ->
khí nén = 0.95
Các thông số theo hình vẽ trên:
Ak: Diện tích làm việc phía đuôi xy lanh
Fz: Lực đẩy tác dụng lên cán xy lanh

Ar: Diện tích làm việc phía cần xy lanh
Fd: Lực kéo tác dụng lên cán xy lanh
Nếu cấp vào hai phía xy lanh với cùng một áp suất p thì:
Ak = Fz / [0.95*p] và
Ar = Fd / [0.95*p]
Từ đây sẽ tính được đường kính làm việc của xy lanh:
D = SQRT(4*Ak/3.14) và
d = SQRT(D*D – 4*Ar/3.14)
Các yếu tố tác động đến lực cản F bao gồm các yếu tố sau:
- Lực cản lại (kéo/đẩy) của riêng tải tác động lên cán xy lanh. Ví dụ như lực kéo
của tải xuống dưới hoặc lực ma sát của tải trọng khi cán xy lanh đẩy nó…)
- Lực cản lại của bản thân áp lực dầu có sẵn ở khoang xy lanh phía đối diện. Trong
rất nhiều trường hợp sẽ có một áp suất tồn tại trong khoang đối diện khi dầu bị nén,
chảy qua lỗ hẹp hoặc tổn hao áp suất qua các valve an toàn, valve phân phối,
đường ống, lọc dầu, bộ làm mát… Áp suất này cũng gây ra một lực cản tính trên
diện tích hiệu dụng ở trong xy lanh.
- Bản thân ma sát của xy lanh ở các phần quả piston, cần xy lanh với cổ xy lanh.
c- Tính vận tốc và Lưu lượng cần cấp vào xy lanh.
Vận tốc của cần xy lanh thò/thụt v (m/s) = S (m) / t (s)
Theo nghiên cứu trong phần lớn trường hợp, vận tốc của cán xy lanh không nên
vượt quá v = 0.5 m/s vì lý do làm kín của phần giăng phớt và đảm bảo an toàn làm
việc.Lưu lượng Q cần cấp vào xy lanh để xy lanh đi hết hành trình trong thời gian
yêu cầuQ (l/phút) = A * v * 6 / 0.95 trong đó hiệu suất lưu lượng của xy lanh =
0.95
Lưu ý: là lưu lượng cần cấp vào phía cán xy lanh Qr sẽ nhỏ hơn lưu lượng cấp
vào phía đầu xy lanh Qk.
d- Tính toán chiều dài chịu uốn của cần xy lanh.