Các cơ cấu chấp hành trong hệ thống khí nén công nghệ cao (P1)

Các cơ cấu chấp hành của hệ thống khí nén trong công nghiệp(P1).

Các cơ cấu chấp hành khí nén thường dùng trong công nghiệp

       Ta hiểu các cơ cấu chấp hành của hệ thống khí nén là các phần tử có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học. Trong số chúng ta có thể kể đến 2 dạng cơ cấu chấp hành khí nén nổi bật là: xi lanh khí nén ( chuyển động tịnh tiến), động cơ khí nén ( chuyển động quay)
        Sau đây ta sẽ tiến hành tìm hiểu về từng cơ cấu chấp hành một.

1.Xi lanh khí nén.

1.1.Xi lanh tác động đơn.

Xi lanh tác động đơn

   Nguyên lý hoạt động: khí nén chỉ đi vào từ một đầu để sinh công ở một phía của piston( hành trình làm việc), sau đó piston lùi về nhờ lực đàn hồi của lò xo( hành trình về). Xi lanh dạng này thường chỉ có một đầu nhận khí và 1 đầu thoát khí.

   Lực do xi lanh tạo ra được xác định theo công thức sau:  F=p.S-Fms-Flx trong đó:

F là lực do xi lanh tạo ra (N)
p là áp suất khí nén đưa vào (N/m2)
S là diện tích pít tông chịu áp lực khí nén (m2),  S=πD2/4 với d là đường kính pít tông.
Fms là lực ma sát của pít tông với xi lanh trong quá trình chuyển động. Thông thường ta lấy Fms=0.15.p.S
Flx là lực đàn hồi của lò xo.

   Xi lanh tác dụng đơn thường được sử dụng cho các thiết bị gá kẹp chi tiết…

1.2.Xi lanh tác dụng kép

   Nguyên lý hoạt động của xi lanh tác động kép được mô tả như sau: Khí nén được sử dụng để sinh công ở cả 2 phía của xi lanh, dòng khí nén cao áp sẽ đẩy piston di chuyển theo 2 phía tùy vào đầu vào cấp khí.

1.2.1.Xi lanh tác động kép không có giảm chấn.

Xi lanh tác động kép không có giảm chấn

1.2.2.Xi lanh tác động kép có giảm chấn.

   Nếu như ở xi lanh tác động kép không có giảm chấn thì khi quả pít tông chạy đến cuối hành trình sẽ tạo va đập khá mạnh thì ở loại xi lanh có giảm chấn khi về đến cuối hành trình piston sẽ di chuyển chậm lại do có giảm chấn. Người ta sử dụng van tiết lưu một chiều để làm cơ cấu giảm chấn, cụ thể là sẽ có một phần dòng khí nén sẽ chạy qua một lỗ nhỏ rồi chạy ngược lại ngược chiều với chuyển động của piston giúp nó giảm tốc độ lại, tùy thuộc vào độ mở tiết lưu mà ta có thể điều chỉnh giảm chấn.

    Ở đây ta sẽ có biểu đồ vận tốc-thời gian hãm đối với xi lanh khí nén có giảm chấn như sau:

Biểu đồ vận tốc-thời gian

   Lực mà xi lanh tạo ra sẽ được xác định tùy theo trường hợp ta cấp khí nén vào ở cửa nào. Cụ thể ta sẽ có:

-Khi piston đi ra: F=p.π.D2.η trong đó F là lực xi lanh tạo ra (N)
                                                             p là áp suất khí nén đầu vào (N/m2)
                                                             D là đường kính mặt đáy piston (m2)
                                                             η là hiệu suất xi lanh, ta có thể lấy 0,8-0,9

-Khi piston đi về: F=p.π.(D-d)2.η trong đó F là lực xi lanh tạo ra (N)
                                                             p là áp suất khí nén đầu vào (N/m2)
                                                             D là đường kính mặt đáy piston (m2)
                                                             d là đường kính cần piston (m2)
                                                             η là hiệu suất xi lanh, ta có thể lấy 0,8-0,9

1.2.3.Xi lanh tác động kép có cần piston ở hai phía.

   Như ở trong loại xi lanh này thì diện tích tác dụng lực theo cả 2 phía đều như nhau nên lực gây ra cũng bằng nhau. Độ lớn của lực có thể được xác định như ở các phần trên.

2.Động cơ khí nén.

Động cơ khí nén trong công nghiệp

                 
    Động cơ khí nén là cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng thế năng hoặc động năng của dòng khí nén thành năng lượng cơ học-chuyển động quay.
    Động cơ khí nén có những ưu điểm sau: điều chỉnh đơn giản mô men quay và số vòng quay, ít xảy ra hư hỏng khi có quá tải, giá thành bảo dưỡng thấp. Tuy vậy nó cũng có những nhược điểm như số vong quay sẽ thay đổi khi tải trọng thay đổi, giá thành năng lượng cao và gây ồn đối với môi trường bên ngoài.
    Động cơ khí nén thường được ký hiệu như sau:

    Ta sẽ cùng nhìn qua một số loại động cơ khí nén thường được dùng trong thực tế.

2.1.Động cơ khí nén bánh răng.

    Thông thường trong thực tế ta sẽ có những loại động cơ bánh răng như động cơ bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng, bánh răng chữ V…Động cơ bánh răng thường có công suất làm việc lên đến 59kW với áp suất làm việc là 6 bar và mô men quay có thể tới 540Nm.

Động cơ khí nén bánh răng

-Với động cơ bánh răng thẳng mô men quay được tạo ra bởi áp suất khí nén tác động lên mặt bên răng, ống thải khí được thiết kế dài để giảm ồn.
-Ở động cơ bánh răng nghiêng nguyên lý hoạt động tương tự nhưng nhờ có răng nghiêng mà chế độ ăn khớp của các bánh răng sẽ tốt hơn.
-Trong động cơ bánh răng chữ V thì tiếng ồn được giảm nhiều do cấu tạo của răng chữ V.

2.2.Động cơ khí nén trục vít.

Động cơ khí nén trục vít

   Hai trục quay của động cơ trục vít có biên dạng lồi và biên dạng lõm, số răng của mỗi trục khác nhau và điều kiện hoạt động là cả 2 trục phải quay đồng bộ.

2.3.Động cơ khí nén cánh gạt.

Ở trong động cơ cánh gạt, nguyên lý hoạt động sẽ được thể hiện như hình sau:

Không khí sau khi đi qua của nối (1) sẽ qua rãnh vòng (2) rồi qua lỗ dẫn (3) đi vào bên trong tác động vào mặt bên của cánh gạt làm cho roto quay. Khí nén sau khi tác động sẽ đi ra tại lỗ thoát (8).

Trên đây là một vài loại cơ cấu chấp hành khí nén thường dùng trong công nghiệp. Ở các bài tiếp theo mình sẽ giới thiệu thêm nhiều phần tử khác trong hệ thống khí nén. Hẹn gặp lại các bạn ở bài kế.

Read More

Kiến thức cơ bản về thiết bị xử lí khí nén (P2)

  Kiến thức cơ bản về thiết bị xử lí khí nén (P2)

Thiết bị xử lí khí nén trong công nghiệp

3.Bộ lọc không khí nén.

    Ở phần trước chúng ta đã tìm hiểu về một số phương pháp xử lý khí nén trong các ngành công nghiệp thường dùng. Tuy vậy trong một số trường hợp nhất định như sử dụng các thiết bị khí nén  cầm tay hoặc một số hệ thống điều khiển đơn giản thì ta không nhất thiết phải xử lý khí nén như ở phần trước. Trong những trường hợp này ta sẽ sử dụng bộ lọc với các phần tử chính bao gồm van lọc, van điều chỉnh áp suất và van tra dầu.

3.1.Van lọc.

Van lọc khí nén

   Van lọc có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nước ra khỏi không khí nén.

   Nguyên lý hoạt động của van được mô tả như sau: Không khí nén từ máy nén khí đi vào van lọc, đi qua các cửa vào rồi đến các lá thép dạng xoắn tạo chuyển động xoáy cho dòng khí. Dòng khí xoáy này đi tiếp qua phần tử lọc (Filter) để rồi thoát ra ngoài. Phần hơi nước và bụi bẩn được lọc sẽ ngưng lại phía dưới và thoát ra ngoài thông qua cửa xả (Drain screw).

   Phần tử lọc thông thường có thể là vài dây kim loại, giấy thấm ướt… với kích cỡ các lỗ lọc từ 5-70 µm.Trong trường hợp hệ thống yêu cầu cao về chất lượng khí nén thì phần tử lọc sẽ thường được làm bằng các sợi thủy tinh với khả năng tách ẩm lên đến 99,9 %. Với những phần tử lọc như vậy thì dòng khí nén sẽ chuyển động từ trong ra ngoài như sau:

Phần tử lọc bằng sợi thủy tinh

3.2.Van điều chỉnh áp suất ( có cửa xả tràn)

Van điều chỉnh áp suất.

1- Khe thoát khí ra ngoài
2- Lò xo đặt áp suất P2
3- Đệm của van xả
4- Lò xo đóng van chính
5- Vít đặt áp suất đầu ra P2
6- Van xả tràn
7- Van chính

   Van điều chỉnh áp suất có tác dụng đảm bảo áp suất đầu ra không đổi trong điều kiện tải trọng của hệ thống thay đổi hoặc áp suất đầu vào biến đổi nhưng vần lớn hơn áp suất đặt ở đầu ra.

   Nguyên lý hoạt động của van như sau: Ở trạng thái bình thường khi áp suất đầu ra P2 bằng với áp suất đầu vào P1 thì van sẽ ở trạng thái cho khí nén đi từ của áp cao đến cửa áp thấp thông qua van chính (7). Nếu như vì một lí đo bất kỳ mà P2 tăng lên sẽ khiến áp suất tăng đấy đẩy đệm lò xo (3) nghiêng đi để một phần khí nén sẽ thoát qua khe (1) đi ra ngoài môi trường, đồng thời  lò xo đóng van (4) cũng sẽ nâng lên đẩy đệm đóng van chính lại qua đó ngăn không cho áp suất P2 tràn ngược lại về P1.

3.3.Van tra dầu bảo quản.

   Khí nén trong hệ thống đã được lọc sạch bụi bẩn và hơi nước, tuy nhiên do trong hệ thống có tồn tại những phần tử cơ khí khác nhau cân được tra dầu để chống mài mòn, giảm ma sát trong khi hoạt động nên dòng khí nén cần vận chuyển thêm một lượng hơi dầu có đột nhớt nhỏ để đẩm bảo sự hoạt động của các phần tử trên. Nguyên lý tra dầu được thực hiện như nguyên tắc cơ bản của ống Ventury.

Van tra dầu bảo quản

  

   Nguyên lý hoạt động của van tra dầu được mô tả như sau: khi luồng khí nén có áp suất chảy qua khe hẹp, nơi đặt miệng ống Venturi, áp suất trong ống tụt xuống mức chân không khiến cho dầu từ cốc được hút lên miệng ống và rơi xuống buồng dầu rồi bị luồng khí nén có tốc độ cao phân chia thành những hạt nhỏ như sương mù cuốn theo dòng khí nén bôi trơn, bảo quản các phần tử của hệ thống.

Trên đây là những kiến thức cơ bản về thiết bị xử lý khí nén, các bạn có thể xem thêm phần 1 tại đây

Read More

Kiến thức cơ bản về thiết bị xử lý khí nén (P1)

     Kiến thức cơ bản về thiết bị xử lý khí nén (P1)

Thiết bị xử lý khí nén trong công nghiệp

                           

1.Những nguyên tắc chung về thiết bị xử lí khí nén.

   Khí nén thông trường trong hệ thống thường phải chịu nhiều loại cặn bẩn từ nhiều nguồn như: bụi bần trong không khí, hơi nước trong không khí, hơi dầu bôi trơn trong các thiết bị trong hệ thống, sự ô xi hóa không khí do quá trình nén gây ra… Tất cả những yếu tố trên khiến khí nén trong hệ thống sẽ lẫn phải nhiều tạp chất và nếu không được vệ sinh sạch sẽ thì chúng sẽ gây hư hỏng cho hệ thống, thậm chí là phá hỏng cả dây chuyền. Chính vì vậy đối với một hệ thống khí nén bất kỳ ta luôn cần chuẩn bị thiết bị xử lí khí nén.

   Ta có thể tóm tắt các giai đoạn xử lí khí nén như sau:

Các giai đoạn xử lí khí nén trong công nghiệp

  -Lọc thô:  Đây là giai đoạn quan trọng trong xử lí khí nén. Khí nén được làm mát tạm thời rồi sau đó được tách chất bẩn, lọc bụi. Sau đó chúng được cho vào bình ngưng để tách nước.

  -Sấy khô: Với nhiều hệ thống thì đôi khi khí nén chỉ cần qua giai đoạn lọc thô là đã có thể xử dụng, tuy nhiên có nhiều hệ thống yêu cầu nghiêm ngặt hơn về chất lượng làm việc của khí nén nên tùy theo các yêu cầu mà khí nén sẽ được sử lí khác nhau trong giai đoạn này.

  -Lọc tinh: cũng tương tự như trên, với các hệ thống điều khiển thì khí nén cần có chất lượng tiêu chuẩn và cần xử lí đặc biệt trước khi đưa vào hệ thống tùy theo những yêu cầu khác nhau.

   Ở đây ta có thế liệt kê ra các quá trình xử lí cũng như những ứng dụng của hệ thống khí nén tùy theo yêu cầu hệ thống.

Qúa trình xử lí và một số ứng dụng khí nén công nghiệp

     

2.Một số thiết bị xử lí khí nén thông dụng.

2.1. Bình ngưng tụ.

   Khí nén sau khi đi ra khỏi máy nén sẽ được dân vào bình ngưng tụ, được làm lạnh để sau đó tách nước và hơi nước đã ngưng tụ ra.

Bình ngưng tụ khí nén.

                         

   Ta có thể tóm tắt nguyên lỹ hoạt động của bình ngưng như sau: Nước làm lạnh được đưa vào (3), đi qua hệ thống ống dẫn nước làm lạnh (2) rồi sau đó đi ra ngoài qua cổng (6). Không khí nén từ máy nén khí đi vào (7), tiếp xúc với hệ thống ống nước làm lạnh nên nhiệt độ giảm đi nhiều khiến một phần lớn nước và hơi nước sẽ dần ngưng tụ lại ở bộ phận tách nước (5). Phần khí nén sau khi được tách nước và hơi nước sẽ thoát ra ngoài qua cổng (4).

2.2.Thiết bị sấy khô bằng quá trình vật lí.

   Nguyên lí hoạt động của thiết bị được tóm tắt như sau: Khí nén từ máy nén khí đi vào đường ống mang theo không khí nóng sẽ đi qua bộ phận trao đổi nhiệt và được làm làm bởi dòng khí nén đi ra có nhiệt độ thấp. Nhờ có vậy mà dòng khí nén đi vào được làm mát trong khi dòng khí đi ra được sưởi ấm. Một phần hơi nước từ dòng khí nén đi vào sẽ được ngưng tụ lại trong bình ngưng.

   Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén tiếp tục đi vào các đường ống và tiến hành trao đổi nhiệt với chất làm lạnh trong thiết bị làm lạnh. Lúc này dòng khí nén được làm lạnh đến nhiệt độ hóa sương ( khoảng +20C), các giọt sương ngưng tụ tiếp tục rơi xuống bình ngưng thứ hai. Thiết bị ứng dụng công nghệ này làm việc chắc chắn, chi phí vận hành thấp.

2.3.Thiết bị sấy khô bằng quá trình hóa học.

   Khi xét về nguyên lí hoạt động ta có thể thấy: Khí nén ẩm từ máy nén khí sẽ đi vào (5), sau đó sẽ gặp tầng chất làm khô (3) thường là muối NaCl, sau khi tiến hành trao đổi chất sẽ làm cho phần hơi nước đọng lại ở (6) rồi sau đó thoát ra ngoài qua cổng (4). Phần không khí đã được tách hơi nước thì tiếp tục đi ra ngoài qua (1).

   Phương pháp này có chi phí vận hành cao, thường xuyên phải thay thế, bổ sung chất làm khô, tuy nhiên lắp đặt đơn giản, không yêu cầu nguồn năng lượng từ bên ngoài.

Các bạn có thể xem tiếp phần 2 về những kiến thức cơ bản của thiết bị xử lý khí nén tại đây.

Read More

Tìm hiểu về các phần tử trong hệ thống khí nén công nghiệp.

                        Các phần tử của hệ thống khí nén (P1).

Robot khí nén trong công nghiệp

    Ở bài viết trước chúng ta đã tìm hiểu qua về tổng quan về hệ thống khí nén trong công nghiệp, và tiếp theo đây chúng ta sẽ bắt đầu tìm hiểu kỹ hơn về các phần tử trong hệ thống khí nén để có cái nhìn chuyên sâu hơn về chúng. Ta sẽ bắt đầu từ nguồn động lực của hệ thống là Máy nén khí.

1.Máy nén khí .

   Không khí đi qua máy nén khí được nén lại tạo thành áp suất, sau đó đưa vào bình tích để lưu trữ. Ở đây ta thấy năng lượng cơ học của động cơ điện hay động cơ đốt trong đã chuyển thành năng lượng khí nén và nhiệt năng.

1.1.1.Nguyên lý hoạt động:

   -Nguyên lý thay đổi thể tích: Không khí được dẫn vào buồng chứa rồi sau đó thể tích buồng chứa bị thu hẹp lại, dựa theo định luật Boile-Mariot áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên. Ta có thể kể đến một số máy nén khí dạng này như máy nén Pít tông, máy nén dạng bánh răng, cánh gạt…
    -Nguyên lý động năng: Không khí đi vào buồng chứa sau đó được truyền năng lượng từ động năng của bánh dẫn . Ví dụ về dạng này có thể kể đến máy nén dạng ly tâm.

1.1.2.Phân loại máy nén khí:

   -Dựa theo áp suất: Máy nén áp suất thấp p<15 bar
                                 Máy nén áp suất cao p>15 bar
                                 Máy nén áp suất rất cao p>300 bar
   -Dựa theo nguyên lý: Từ nguyên lý hoạt động ở trên ta có thể phân loại chúng như ở phần trước.

1.1.3. Giới thiệu một vài loại máy nén khí điển hình.

   -Máy nén khí pít tông.

Máy nén khí pít tông

    Máy nén khí kiểu pít tông có thể hút được lưu lượng lên đến 10 m3 /p, tùy theo số cấp mà áp suất nén được sẽ khác nhau: máy nén 1 cấp nén được 6 bar( tùy trường hợp có thể lên đến 10 bar), máy nén 2 cấp nén được tới 15 bar trong khi máy nén 3-4 cấp có thể lên đến 250 bar. Máy nén khí pít tông 1 và 2 cấp thường được sử dụng trong công nghiệp nhiều hơn 2 loại còn lại.

     Lưu lượng của một cấp máy nén được tính theo công thức :Q=v.n trong đó
          Q là lưu lượng máy nén (l/p hoặc m3/p)
          v là thể tích hành trình của buồng hút (l/vòng) ( tính cho 1 chu trình)
          n là số vòng quay của động cơ (vòng/p)

    Ta có thể phân loại máy nén khí pít tông theo số cấp của chúng hoặc theo kiểu đặt pít tông; máy nén kiểu đứng, máy nén kiểu ngang…

    Ta sẽ làm rõ hơn quá trình hoạt động của máy dựa trên ví dụ về máy nén khí pít tông 2 cấp sau:

Máy nén khí pít tông 2 cấp

 
   Không khí sau khi đi qua bộ phận lọc khí (1) thì đi vào thân máy (2), được nén lại rồi đi vào bình chứa trung gian (3) trước khi đi qua bộ phận làm mát (4) để vào bình chứa (5). Mỗi bình chứa khí nén đều có các thành phần không thể thiếu như van an toàn, van một chiều, đồng hồ đo áp, rơ le áp suất…

   Van điện từ (6) làm thông khí bằng ống dẫn nằm ở giữa thân máy (2) và van một chiều trước bình chứa (5). Động cơ điện (8) thông qua truyền động đai (7) tạo hoạt động cho thân máy nén khí, giúp ích cho việc làm mát là quạt gió (9) cùng với bánh đai truyền (10). Toàn bộ cơ cấu máy được đặt trên khung giảm chấn (11) và giàn khung (12).

   Công tắc tự chọn (15) giúp ta điều khiển máy nén khí dựa theo hai quá trình hoạt động: hoạt động dựa theo dải áp suất đặt sẵn và hoạt động khi không tải:

   +Khi hoạt động theo áp suất đặt sắn dựa trên rơ le áp suất với dải áp suất giả dụ là 6-8 bar, lúc áp suất xuống dưới ngưỡng 6 bar động cơ điện sẽ quay làm chạy máy nén khí, đến khí đạt áp suất 8 bar động cơ điện sẽ ngắt làm dừng máy nén khí lại.
   +Khi hoạt động không tải, dựa vào rơ le thời gian ta có thể khiến cho máy hoạt động thêm một khoảng thời gian sau khi đã đạt ngưỡng áp suất giới hạn.

-Máy nén khí cánh gạt.

Máy nén khí cánh gạt

 
   Nguyên lý hoạt động của máy được hiểu như sau: Khi cánh quay theo chiều kim đồng hồ, thể tích giữa hai cánh bên buồng hút có xu hướng tăng lên dẫn đến việc áp suất giảm làm không khí bị hút vào. Tại buồng đẩy thể tích vùng làm việc dần thu hẹp lại dẫn đến áp suất tăng lên đẩy không khí bị nén đi ra . Qúa trình hút-nén-xả được thể hiện trên biểu đồ tương ứng với các đoạn d-a, a-b, b-c.

   Lưu lượng của máy được tính theo công thức sau:

                   
       Hãy nhìn vào cấu tạo của máy nén khí 1 cấp như bên dưới

Mặt cắt của máy nén khí cánh gạt

   Ta có thể thấy các bộ phận sẽ gồm: thân máy (1), mặt bích thân máy (2), mặt bích trục (3), bánh dẫn chuyển động (4), trục roto (5) và các cánh gạt (6). Để làm mát khí nén trên thân máy có các rãnh dẫn nước làm mát giúp giảm nhiệt độ khí đi.

-Máy nén khí trục vít.

Máy nén khí trục vít

   Nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít cũng tương tự như các loại máy nén thể tích khác: khi trục vít quay thì thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi. Khi thể tích tăng thì sẽ tạo ra quá trình hút, khi thể tích giảm thì xảy ra quá trình nén và cuối cùng là quá trình đẩy.

   Lưu lượng lý thuyết của máy nén khí trục vít được tính như sau:

   Đối với ngành công nghiệp thực phẩm người ta thường ưu tiên sử dụng máy nén khí trục vít không có dầu bôi trơn để đảm bảo vệ sinh. Tuy vậy những máy nén khí dạng này có trục chính và phụ tách rời nhau nên cần chuyển động cả hai trục. Còn trong các ngành công nghiệp nặng người ta thường sử dụng máy nén khí trục vít có bôi trơn vì chúng có khoảng cách trục ngắn nên chỉ cần chuyển động một trục , động thời dầu bôi trơn giúp chống mài mòn các chi tiết, giảm ma sát và hấp thụ bớt nhiệt lượng trong quá trình làm việc.

    Trên đây là những kiến thức tổng quan về nguồn động lực của hệ thống khí nén là Máy nén khí. Hẹn gặp lại các bạn trong phần tiếp theo.


 

           
 

Read More

Tổng quan về hệ thống khí nén trong công nghiệp

                    Tổng quan cơ sở lý thuyết về khí nén

1.Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống khí nén

     Các hệ thống khí nén đã được ứng dụng từ thời trước Công nguyên, tuy vẫn chỉ ở hình thái thô sơ. Khi đó người ta sử dụng chúng vào thiết bị bắn tên hay máy ném đá để gia tăng tốc độ và tang tính sát thương.  Sau này người ta sử dụng chúng trong một vài hệ thống đóng mở cửa, bơm hay súng phun lửa, tuy vậy do trình độ khoa học kỹ thuật lúc bấy giờ vẫn chưa phát triển cùng với việc các kiến thức về cơ học, vật lý, vật liệu… chưa được đồng bộ nên hệ thống khí nén vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi.

    Phải đến mãi cho đến thế kỷ 17, nhà kỹ sư chế tạo người Đức Otto von Guerike (1602-1686), nhà toán học người Pháp Blaise Pascal (1623-1662) và nhà vật lý người Pháp Denis Papin (1647-1712) đã xây dựng nến tảng cơ bản ứng dụng khí nén. Trong khoảng thời gian tiếp theo các thiết bị khí nén lần lượt được ứng dụng rộng rãi trong việc vận chuyển cũng như trong công nghiệp. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện từ sau thế chiến thứ 2 dẫn đến sự kết hợp hệ thống điện-điện tử- khí nén trở thành nhân tố tiên quyết trong sự phát triển của công nghệ điều khiển.

Hệ thống khí nén trong công nghiệp

    Tại Việt Nam hiện nay hệ thống khí nén được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như dệt may, da giầy, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp chế biến sản xuất sản phẩm.Có thể kể đến các phần tử khí nén thường được dùng như xi lanh khí nén, van phân phối, motor quay khí nén… Tuy nhiên việc sử dụng các hệ thống này vẫn chỉ đang dừng lại ở khâu ứng dụng chứ chưa đi sâu vào nghiên cứu và tối ưu hóa hệ thống. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại cùng với việc tiếp cận các kiến thức mới dễ dàng hơn nhờ Internet, ngành công nghiệp khí nén trở thành một lĩnh vực có tiềm năng phát triển to lớn và được kỳ vọng sẽ trở thành một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn trong tương lai không xa.

2. Một số đặc điểm cơ bản của hệ thống khí nén

     Hệ thống khí nén( Pneumatic Systems) được sử dụng phổ biến trong công nghiệp lắp ráp và chế biến sản phẩm công nghệ, nhất là ở những nhóm ngành cần phải đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ hoặc ở môi trường độc hại. Một số nhóm ngành có thể kể đến như lắp ráp linh kiện điện tử; chế biến thực phẩm; các khâu phân loại và đóng gói sản phẩm của các dây chuyền sản xuất tự động; trong công nghiệp gia công cơ khí, khai thác khoáng sản…

2.1. Các dạng truyền động sử dụng khí nén

- Truyền động thẳng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp do cấu tạo hệ thống đơn giản, dễ dàng điều chỉnh các phần tử trong thiết kế. Ta có thể kể đến một vài ứng dụng như truyền động của cánh tay robot, cơ cấu kẹp khuôn, cơ cấu gấp hộp giấy, hệ thống phanh hãm ô tô…

Robot khí nén

- Truyền động quay được sử dụng với những hệ thống có công suất nhỏ nhưng cần số vòng quay lớn. Ví dụ với cơ cấu vặn bu lông có kích thước đến M300 có công suất khoảng 3,5kW và số vòng quay lên đến 100000 v/p thì sử dụng khí nén là phù hợp. Nếu xét những hệ thống khí nén có công suất lớn so với hệ thống điện cùng công suất thì giá thành có thể hơn đến 10-15 lần, nhưng kích thước và khối lượng ít hơn đến 30%.

Cơ cấu quay sử dụng khí nén

2.2. Những ưu nhược điểm cơ bản.

- Ưu điểm:
      Do tính nén ( khả năng đàn hồi) cao của không khí nên ta có thế tích chúng lại và chứa được trong các trạm trích chứa khí nén một cách thuận lợi. Đồng thời cũng do trong các nhà máy luôn có các trạm trích chứa như này nên ta có thể dễ dàng thiết lập nên một hệ thống khí nén phù hợp  trong nhà máy.
      Vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường ống không lớn nên có thể truyền tải năng lượng đi xa.
      Hệ thống khí nén không gây hại cho môi trường do môi chất sử dụng là không khí, sau khi sử dụng xong ta có thể xả ra môi trường.
      Có các biện pháp đề phòng quá áp để đảm bảo an toàn cho hệ thống.

- Nhược điểm:
     Công suất truyền động không lớn, lực truyền động tương đối nhỏ so với các hệ truyền động khác.
     Do không khí có tính nén nên khi tải trọng thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi theo nên gây ra việc khó điều khiển chuyển động.
     Không khí thải trực tiếp ra môi trường nên gây ồn.
 . Nhìn chung khi so với các hệ truyền động khác thì hệ truyền động khí nén có những ưu-nhược điểm đặc trưng của nó. Cùng với sự phát triển của công nghệ hiện nay kết hợp với sự hỗ trợ từ các hệ truyền động kết hợp như thủy lực, điện-điện tử hay cơ khí mà những nhược điểm của hệ truyền động khí nén được khắc phục đồng thời phát huy các ưu điểm của bản thân hệ thống.

3.Cấu trúc cơ bản của hệ thống khí nén

  Thông thường hệ truyền động khí nén sẽ được kết hợp thêm nhiều hệ thống phụ trợ nhưng nhìn chúng ta có thể chia ra như sau:
 -Hệ thống điều khiển: Bộ PLC( Programable Logic Controller) hoặc Arduno
 -Hệ thống các nút bấm trên bảng mạch
 -Hệ thống trạm nguồn bao gồm máy nén khí, bình tích khí nén…
 -Hệ thống các van: van phân phối, van an toàn, van xả nhanh…
 -Cơ cấu chấp hành: thường là các xi lanh khí nén, động cơ quay…
 Cấu trúc cơ bản này có thể được biểu diễn như ở hình dưới đây:

Như vậy trong bài này, admin đã cho các bạn thấy cái nhìn tổng quan về hệ thống khí nén trong công nghiệp. Hy vọng sẽ giúp ích cho các bạn trong việc lựa chọn ngành nghề phù hợp. See you late!

Read More