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!

Categories: