Tổng quan về hệ thống khí nén trong công nghiệp

Nhận xét của giáo viên ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………….\ MỤC LỤC Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỐNGKHÍ NÉN TRONG CÔNG NGHIỆP 2 I. Tổng quan 2 1. Những đắc điểm cơ bản 2. Cấu trúc của hệ thống khí nén 2 Chương 2: Phân tích và xây dựng sơ đồ nguyên lý của bộ phận chấp hành 8 I. Mô tả hoạt động của hệ thống 8 1.1 Hoạt động 8 1.2. Trình tự hoạt động cảu các xy lanh 9 1.3. Xây dựng giản đồ GRAFECT 10 II. Xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động 11 2.1. Xác định loại thiết bị cho các trường hợp 12 III. Vẽ sơ đồ nguyên lý 15 Chương III. Xác định phần tử trong hệ thống 18 I. Xy lanh khí nén 18 II. Xác định loại xy lanh khí nén 18 1. Loại xy lanh 18 2. Tính lưu lượng và đường kính xy lanh 19 III. Sơ lược về van phân phối 24 IV. Van chắn 28 V. Chọn van phân phối 31 VI. Xác định van khí dùng làm cảm biến vị trí cho xy lanh 31 VII. Xác định cổ ống nối 33 VIII. Xác định bộ cấp khí 34 Chương IV. Sơ lược về máy nén khí và thiết bị xử lý chất lượng khí nén 36 I. Sơ lược về máy nén khí 36 II. Thiết bị xử lý chất lượng khí nén 38 Chương V. Tính toán xác định bộ nguồn 41 I. Xác định máy nén khí 41 II. Tính toán xác định máy nén khí 43 III. Hiệu suất năng lượng của máy nén 45 IV. Xác định thời gian nghỉ của máy nén 46 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN TRONG CÔNG NGHIỆP I.Tổng quan 1 .Những đặc điểm cơ bản - Hệ thống khí nén (Pneumatic Systems) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lắp ráp, chế biến, đặc biệt ở những lĩnh vực cần phải đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ hoặc  ở môi trường  độc hại. Ví dụ: lĩnh vực lắp ráp điện tử; chế biến thực phẩm; các khâu phân loại, đóng gói sản phẩm thuộc các dây chuyền sản xuất tự động.  Trong công nghiệp gia công cơ khí; trong công nghiệp khai thác khoáng sản…    - Các dạng truyền động sử dụng khí nén:   + Truyền động thẳng: Là ưu thế của hệ thống khí nén do kết cấu đơn giản và linh hoạt của cơ cấu chấp hành, chúng được sử dụng nhiều trong các thiết bị gá kẹp các chi tiết khi gia công, các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm…     + Truyền động quay: Trong nhiều trường hợp khi yêu cầu tốc độ truyền động rất cao, công suất không lớn sẽ gọn nhẹ và tiện lợi hơn nhiều so với các dạng truyền động sử dụng các năng lượng khác. Ví dụ: Các công cụ vặn ốc vít trong sửa chữa và lắp ráp chi tiết, các máy khoan, mài công suất dưới 3KW, tốc độ yêu cầu tới hàng chục nghìn vòng/phút. Tuy nhiên, ở những hệ truyền động quay công suất lớn, chi phí cho hệ thống sẽ rất cao so với truyền động điện. - Những ưu nhược điểm cơ bản:   Ưu điểm:    + Do không khí có khả năng chịu nén (đàn hồi) nên có thể nén và tích chứa trong bình chứa với áp suất cao thuận lợi, xem như một kho chứa năng lượng. + Nguồn năng lượng là không khí, có sẵn trong tự nhiên, sạch và an toàn. + Chịu đựng tương đối tốt với môi trường nóng ẩm và bụi. + An toàn trong môi trường cháy nổ + Hoạt động ít bị hư hỏng + Vận hành, bảo dưỡng sửa chữa đơn giản chi phí thấp. + Trong thực tế vận hành, người ta thường xây dựng trạm nguồn khí nén dùng chung cho nhiều mục đích khác nhau như công việc làm sạch, truyền động trong các máy móc…  + Có khả năng truyền tải đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ.   + Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hại cho môi trường.  +Tốc độ truyền động cao, linh hoạt, dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác.   + Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả.  + Các động cơ khí nén có thể đạt tốc độ cao 15m/s khi chuyển động thẳng, vài trăm ngàn phút khi chuyển động quay.   Nhược điểm:   + Công suất truyền động không lớn. Ở nhu cầu công suất truyền động lớn, chi phí cho truyền động khí nén sẽ cao hơn 10-15 lần so với truyền động điện cùng công suất, tuy nhiên kích thước và trọng lượng lại chỉ bằng 30% so với truyền động điện. + Thời gian đáp ứng không nhanh như điện và điện tử, những linh kiện khi nén có tốc độ đáp ứng nhanh nhất cũng phải mất vài chục ms. Do vậy trong trường hợp yêu cầu thực hiện số lượng lớn các phép xử lý thong tin điều khiển và thực hiện với tốc độ nhanh thì công nghệ khí nén không thể đáp ứng được. + Khí nén không thể dung ở áp suất cao vì rất nguy hiểm, dễ xảy ra nổ. Thông thường chỉ dùng áp suất từ 6 - 8 bar. Do vậy động lực do các động cơ khí nén tạo ra không lớn bằng các động cơ thủy lực. + Do tính chất nén được của khí nén, làm cho chuyển động của cơ cấu không đều và định vị thiếu chính xác. Gần đây, với những cải thiện về kỹ thuật, ứng dụng công nghệ servo khí nén, nhiều hang đã cho ra đời nhiều sản phẩm đạt độ chính xác đến ± 0,1 mm. + Khi tải trọng thay đổi thì vận tốc truyền động luôn có xu hướng thay đổi do khả năng đàn hồi của khí nén khá lớn, vì vậy khả năng duy trì chuyển động thẳng đều hoặc quay đều thường là khó thực hiện.  + Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây tiếng ồn.  + Giá thành khí nén đắt hơn vài lần thậm chí vài chục lần so với nguồn điện do phải tạo ra một cách gián tiếp từ nguồn điện qua động cơ điện hoặc nguồn nhiệt qua động cơ nhiệt để kéo máy nén khí. + Ngày nay, để nâng cao khả năng ứng dụng của hệ thống khí nén, người ta thường kết hợp linh hoạt chúng với các hệ thống điện cơ khác và ứng dụng sâu rộng các giải pháp điều khiển khác nhau như điều khiển bằng các bộ điều khiển lập trình, máy tính…   2. Cấu trúc của hệ thống khí nén(The structure of Pneumatic Systems)    - Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:    + Trạm nguồn gồm: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô…)  + Khối điều khiển gồm: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành.   + Khối các thiết bị chấp hành: Xilanh, động cơ khí nén, giác hút…    + Dựa vào dạng năng lượng của tín hiệu điều khiển, người ta chia ra hai dạng hệ thống khí nén: Hệ thống điều khiển hoàn toàn bằng khí nén, trong đó tín hiệu điều khiển bằng khí nén và do đó kéo theo các phần tử xử lý và điều khiển sẽ tác động bởi khí nén – Gọi là Hệ thống điều khiển bằng khí nén và Hệ thống điều khiển điện – khí nén - các phần tử điều khiển hoạt động bằng tín hiệu điện hoặc kết hợp tín hiệu điện – khí nén. Một số hình ảnh về ứng dụng khí nén: Hình 1-1: Xe hơi chạy bằng khí nén Hình 1-2: Máy cuộn và xén giấy gói hàng chạy bằng khí nén Hình 1-3: Máy khoan chạy bằng khí nén Đề tài: UỐN TÔN TỰ ĐỘNG Xy lanh Hành trình (mm) Lực (N) Thời gian tiến hoặc lùi(S) A 600 600 02 B 200 500 02 C 130 700 02 HOẠT ĐỘNG: Xy lanh A đẩy tôn vào vị trí uốn. Xy lanh B ép chặt tôn vào đế. Xy lanh C uốn tôn. YÊU CẦU: Chu trình tự động lặp lại. CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ PHẬN CHẤP HÀNH I.Mô tả hoạt động của hệ thống 1.1. Hoạt động: Lúc đầu hệ thống đang ở trạng thái như đề bài Bước 1: Xy lanh tiến A đẩy tôn vào vị trí uốn. Bước 2: Xy lanh B tiến ép chặt tôn vào vị trí uốn. Bước 3: Xy lanh C tiến đến để uốn tôn. Bước 4: Xy lanh A lùi. Bước 5: Xy lanh B lùi. Bước 6: Xy lanh C lùi. 1.2.Trình tự hoạt động của các xy lanh: 2.1.Giản đồ Stroke Step: Chu trình làm việc của các xy lanh: A+ => B+ => C+ => A- => B- => C- 1.3. Xây dựng giản đồ GRAFECT Vị trí chuyển tiếp Trạng thái chuyển Trạng thái xy lanh m Từ trạng thái 0 đến 1 A+ a1 Từ trạng thái 1 đến 2 B+ b1 Từ trạng thái 2 đến 3 C+ c1 Từ trạng thái 3 đến 4 A- a0 Từ trạng thái 4 đến 5 B b0 Từ trạng thái 5 đến 6 C c0 Từ trạng thái 6 đến 0 Trở về trạng thái chuẩn bị Kí hiệu các quy ước trong đồ án: Kí hiệu Ý nghĩa m0 Nút nhấn khởi động Y1 Xy lanh A tiến Y2 Xy lanh A lùi Y3 Xy lanh B tiến Y4 Xy lanh B lùi Y5 Xy lanh C tiến Y6 Xy lanh C lùi a0,a1 Cảm biến cuối hành trình tiến, lùi của xy lanh A b0,b1 Cảm biến cuối hành trình tiến, lùi của xy lanh B c0,c1 Cảm biến cuối hành trình tiến, lùi của xy lanh C II.Xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động: 1.Xác định loại kĩ thuật điều khiển theo yêu cầu hoạt động của thiết bị. Sử dụng 3 loại điều khiển: thuần khí, relay, PLC. Tất cả các phần tử đều dùng khí nén (điều khiển thuần khí) cho các trường hợp: - Môi trường nóng ẩm, bụi - Môi trường cháy nổ (khí đốt, thuốc nổ) - Hoạt động của thiết bị đơn giản - Hoạt động của thiết bị riêng rẽ, không nối kết với các thiết bị khác. Dùng relay cho các trường hợp sau: - Môi trường ít ẩm, bụi - Môi trường không cháy nổ - Thiết bị hoạt động đơn giản - Không yêu cầu nối kết các thiết bị khác Dùng bộ điều khiển lập trình PLC cho các trường hợp sau: - Môi trường ít nóng ẩm, bụi - Môi trường không cháy nổ - Thiết bị hoạt động phức tạp - Có yêu cầu nối kết với các thiết bị khác 2.1. Xác định loại thiết bị cho các trường hợp: Nếu dùng kiểu thuần khí để điểu khiển - Cảm biến vị trí xy lanh: van 3/2 tác động bằng cơ khí - Cảm biến vị trí xy lanh: van 3/2 tác động bằng khí - Van phân phối cho xy lanh: van 5/2 tác động kép bằng khí nén + Nếu dùng kiểu điều khiển bằng tay: - Van 4/2 tác động bằng điện: - Cuộn dây solenoid: - Cảm biến vị trí xy lanh: + Dùng điều khiển bằng bộ PLC và các relay - Cảm biến vị trí xy lanh cảm biến điện VDC - Van phân phối van 5/2 tác động kép bằng dòng PC (van solenoid) III. Vẽ sơ đồ nguyên lý: Sơ đồ nguyên lý theo thứ tự từ trên xuống dưới Dãy xy lanh A, B, C cùng với các cảm biến vị trí cuối hành trình tương ứng với các xy lanh đó. Dãy các van phân phối tương ứng để phân phối khí nén cho các xy lanh đó. Dãy các đường tín hiệu khí nén (đối với hình vẽ cho sơ độ nguyên lý thuần khí và điện cho hình vẽ sơ đồ nguyên lý dùng PLC và relay). Bộ điều khiển thuần khí Quickstepper cho hình vẽ sơ đồ điều khiển thuần khí, PLC cho hình vẽ sơ đồ điều khiển bằng PLC và mạch điều khiển cùng với mạch động lực cho hình vẽ bằng sơ đồ điều khiển dùng mạch relay. Dãy các van biến khí nén cho hình vẽ sơ đồ điều khiển thuần khí nén. Bộ cấp khí F - R - L Trong hành trình của các bước ta thấy không có bước nào trùng + Phương pháp điều khiển bằng relay: + Phương pháp điều khiển bằng thuần khí: CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG I.Xy lanh khí nén 1.Cấu tạo xy lanh khí nén thông dụng Chú thích: Miếng đệm đầu trục Nam châm Đệm ống ngoài Vỏ ngoài Ống dẫn thanh Miếng đệm Vỏ bọc mặt trước Mặt dẫn khí Công tắc từ Cần Pittông Vỏ chống mòn Đệm Pittông II.Xác định loại xy lanh khí nén 1. Loại xy lanh - Làm việc cả hai chiều, tác động kép. - Có giảm chấn cuối hành trình. 2. Tính lưu lượng và đường kính xy lanh a. Hệ số hiệu dụng: - Tùy theo trạng thái chịu tải của xy lanh: η = 0.8: trạng thái tĩnh. η = 0.5: trạng thái động. - Xy lanh A làm nhiệm vụ đẩy tôn nên làm việc ở trạng thái động nên η = 0.5 - Xy lanh B kẹp tôn nên làm nhiệm vụ ở trạng thái tĩnh nên η = 0.8 - Xy lanh C có nhiệm vụ ép tôn nên làm nhiệm vụ ở trạng thái động nên η = 0.5 b. Tính toán các xy lanh: Tính xy lanh A: η = 0.5 Fth = Fthη = 6000.5 = 1200N - Tính đường kính xy lanh A: Từ quan hệ: Fth = 10πDA4 Suy ra đường kính DA: DA = 4. Flt10.π.P = 4 . 120010 . 3,14 . 6 = 5,04(cm) = 50,4(mm) => Chọn đường kính DA = 50 mm Tính xy lanh B: η = 0.8 Fth = Fthη = 5000.8 = 625N - Tính đường kính xy lanh B: Từ quan hệ: Fth = 10πDB4 Suy ra đường kính DB: DB = 4. Flt10.π.P = 4 . 62510 . 3,14 . 6 = 3,64(cm) = 36,4(mm) => Chọn đường kính DB = 40 mm Tính xy lanh C: η = 0.5 Fth = Fthη = 7000.5 = 1400N - Tính đường kính xy lanh C: Từ quan hệ: Fth = 10πDC4 Suy ra đường kính DC: DC = 4. Flt10.π.P = 4 . 140010 . 3,14 . 6 = 5,45(cm) = 54,5(mm) => Chọn đường kính DC = 63 mm  c. Đường kính trục đầu ra Dựa vào catalogue của hãng Festo ta có các thông số về xy lanh và cần xy lanh như sau: Xy lanh A: Theo catalog hãng Festo ta chọn xy lanh A loại DNG-63-600-PPV-A Xy lanh B: Theo catalog hãng Festo ta chọn xy lanh B loại DNG-40-200-PPV-A Xy lanh C: Chọn giống xy lanh A d. Lưu lượng cần dùng cho xy lanh Q(l/p): Qkq = πD24 x hành trình x PknPkq x 1thời gian thực hiện hành trình Trong đó: Q: lưu lượng qua xy lanh (l/s) L: hành trình làm việc (mm) D: đường kính xy lanh (mm) T: thời gian thực hiện hành trình P = Pkhí nénPkhí quyển Lưu lượng qua xy lanh A: QA = 3,14 . 5024×600×71×12=4121250(mm3/s) => QA = 4,121(l/s) = 247(l/p) - Lưu lượng qua xy lanh B: QB = 3,14 . 4024×200×71×12=879200(mm3/s) => QB = 0,879(l/s) = 52(l/p) - Lưu lượng xy lanh qua C: QC = 3,14 . 6324×130×71×12=6417627(mm3/s) => QC =6,417 (l/s) = 385(l/p) III. Sơ lược về van phân phối 2.1. Van đảo chiều - Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng. 2.2. Nguyên lý hoạt động - Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều (hình 1-4). Khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (12), thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3). Khi có tín hiệu tác động vào cửa (12) nòng van sẽ chuyển về vị trí bên phải nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn. Trường tín hiệu tác động vào cửa (12) bị mất đi, dưới tác động của lực lò xo, nòng van sẽ chuyển về vị trí ban đầu. Hình 1-4: Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều 2.3. Kí hiệu một số loại van Cách gọi và kí hiệu một số van đảo chiều: 2.4 Các loại tín hiệu tác động a. Tác động bằng tay: b. Tác động bằng cơ: c. Tác động bằng khí nén: d. Tác động bằng nam châm điện: IV.Van chắn: 3.1. Khái niệm - Van chắn là loại van có lưu lượng khí nén đi qua 1 chiều, chiều ngược lại bị chặn. Áp suất dòng chảy tác dụng lên bộ phận chặn của van và van được đóng lại. Van chắn gồm các loại sau: + Van 1 chiều + Van logic OR + Van logic AND + Van xả khí nhanh 3.2. Van một chiều - Là van có tác dụng chỉ cho lưu lượng khí nén đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn. 3.3. Van logic OR - Kí hiệu: 3.4. Van logic AND 3.5. Van xả khí nhanh 3.6. Van tiết lưu Kí hiệu một số van tiết lưu + Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi + Van tiết lưu có tiết diện thay đổi + Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay 3.7. Van áp suất a. Van an toàn - Van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải. Khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống, thì dòng áp suất khí nén sẽ thắng lực lò xo, và khi đó khí nén sẽ theo cửa r ra ngoài - Kí hiệu: b. Van tràn - Giống như van an toàn khác ở cửa P đạt giá trị xác định, thì cửa P nối với cửa A nối với hệ thống điều khiển. c. Van điều chỉnh áp suất - Có tác dụng giữ áp suất điều chỉnh không đổi mặc dù có sự thay đổi bất thường của trọng tải làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của áp suất ở đường vào van. V. Chọn van phân phối Chọn van 4/2 tác động kép bằng điện, khí: STT Tên van(theo tên xy lanh) Tác động Lưu lượng l/p Port size Mã hiệu theo hãng Festo Điện Khí nén 1 A 4/2 x x 247 G1/4 DNG-63-600-PPV-A 2 B 4/2 x x 52 G1/4 DNG-40-200-PPV-A 3 C 4/2 x x 385 G1/4 DNG-63-600-PPV-A VI. Xác định van khí dùng làm cảm biến vị trí cho xy lanh: Thường dùng van 3/2 tự hồi, tác động đơn bằng cơ khí. Nhiệm vụ của cảm biến loại này là xuất ra tín hiệu khí nén không đòi hỏi lưu lượng. Do đó, xác định bằng cách chọn trong catologue van 3/2 sao cho: Tác động kiểu con lăn – đòn bẩy, kích thước lỗ nối ống cùng cỡ với lỗ nối ống của phần tử mà van dẫn tín hiệu khí nén tới phần tử đó. Bảng van cảm biến tra hãng Festo: STT Tên van (theo tên xy lanh) Tác động Lưu lượng (l/p) Port size Hãng sản xuất Mã hiệu 1 3/2 tự hồi cảm biến a0 Đơn 120 G1/8 FESTO LS-3-1/8 2 3/2 tự hồi cảm biến a1 Đơn 120 G1/8 FESTO LS-3-1/8 3 3/2 tự hồi cảm biến b0 Đơn 120 G1/8 FESTO LS-3-1/8 4 3/2 tự hồi cảm biến b1 Đơn 120 G1/8 FESTO LS-3-1/8 5 3/2 tự hồi cảm biến c0 Đơn 120 G1/8 FESTO LS-3-1/8 6 3/2 tự hồi cảm biến c1 Đơn 120 G1/8 FESTO LS-3-1/8 VII. Xác định cổ nối ống (quich start): Dùng catalogue chọn sao cho: Có kích cỡ chỗ lắp - nối bằng với kích cỡ của chỗ lắp nó (ở trên các van xy lanh..). Các ống dẫn khí là lớn nhất trong khả năng của cổ ống nối đã chọn STT Cổ nối ống cho van, xy lanh từ nguồn Loại Connection Đường kính ống dẫn khí (mm) Hãng sản xuất Mã hiệu Thẳng Vuông Chữ T 1 Van 4/2 A x G1/8 10 Festo QSM-M5-3 2 Van 4/2 B x G1/8 10 Festo QSM-M5-3 3 Van 4/2 C x G1/8 10 Festo QSM-M5-3 4 Xy lanh A x G1/8 10 Festo QS-1/8-10 5 Xy lanh B x G1/8 10 Festo QS-1/8-10 6 Xy lanh C X G1/8 10 Festo QS-1/8-10 7 Ra phân phối cho các van Loại có nhiều đầu ra G1/8 10 Festo QST-1/8-6-4 VIII. Xác định bộ cấp khí: - Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa chất bẩn, độ bẩn có thể ở ngưỡng mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi, độ ẩm của không khí được hút vào và những phần tử cặn bã của dầu bôi trơn trong quá trình chuyển động cơ khí lúc hệ thống vận hành - Để chất lượng khí nén được cải thiện, nhất thiết phải có 1 bộ phận gọi là bộ cấp khí F-R-L (lọc - điều chỉnh – phun dầu) Chọn F: - Lọc được cỡ bụi có kích thước phù hợp với yêu cầu cấp độ của khí nén theo yêu cầu cảu ngành sản xuất. - Áp suất phù hợp với áp suất dử dụng khí nén trong hệ thống - Có lưu lượng l/p ≈ 1.5 tổng lưu lượng cần thiết cho hệ thống: vì chì có trường hợp cả 3 xy lanh A, B, C cùng hoạt động cùng 1 lúc nên: Qtổng = QA + QB + QC = 247 + 53 + 385 = 685(l/p) Qcần= 1.5 x Qtổng = 1.5 x 685 = 1027.5(l/p) Chọn R: - Chọn sao cho bộ điều chỉnh có miền điều chỉnh áp suất phù hợp với áp suất khí nén dùng trong hệ thống, nhiều hãng gắn liền F với R trên 1 khối cùng mã hiệu. Chọn L: - Có lưu lượng xấp xỉ nối lưu lượng bộ F đã chọn. - Có lưu lượng tối thiểu để phun dầu xấp xỉ với lưu lượng khi hệ thống dùng nhỏ nhất. - Có kích thước chỗ ghép nối hợp với chỗ nối ghép của bộ F nói trên. - Để dễ dàng sử dụng ta chọn loại tích hợp của ba bộ phận vào cùng một khối. Dựa vào catalogue của hãng Festo ta chọn được: Tên Cỡ hạt lọc µm Lưu lượng(l/p) Connection Hãng sản xuất Mã hiệu Bộ lọc F-R-L 5 1182 G3/4 Festo FRC-3/4-D-5M-O-MIDI-A CHƯƠNG IV SƠ LƯỢC VỀ MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ CHẤT LƯỢNG KHÍ NÉN I. Sơ lược về máy nén khí - Áp suất được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng. 1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí a. Nguyên tắc hoạt động - Nguyên tắc thay đổi thể tích: không khí được dẫn vào thùng chứa dẫn đến thể tích của buồng chứa ngày càng nhỏ lại, làm cho áp suất ngày càng tăng. Máy nén khí cũng hoạt động tương tự nguyên lý này.. - Nguyên lý động năng: không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất lớn. b. Phân loại - Theo áp suất: + Máy nén khí áp suất thấp p ≤ 15 bar + Máy nén khí áp suất thấp p ≥ 150 bar + Máy nén khí áp suất thấp p ≥ 300 bar Một số loại máy nén khí: Hình 1-5. Máy nén khí Pittông một cấp Hình 1-6. Máy nén khó kiểu trục vít II. Thiết bị xử lý chất lượng khí nén 1. Yêu cầu về chất lượng của khí nén - Khí nén được tạo ra từ các máy nén khí chứa đựng nhiều bẩn khác nhau. Chất bẩn đó bao gồm bụi, độ ẩm của không khí được hút vào máy nén, những thành phần nhỏ từ chất cặn bã của dầu bôi trơn quá trình truyền động cơ khí. Hơn nữa, trong quá trình nén nhiệt độ khí nén tăng lên đáng kể, có thể gây nên hiện tượng ô xi hóa một số phần tử của máy nén khí. Khí nén bao gồm những tác nhân trên có thể gây ăn mòn, gỉ trong ống và các phần tử của hệ thống điều khiển. Mức độ sạch của khí nén tùy thuộc vào phương pháp xử lý, từ đó xác định ứng dụng cho từng trường hợp cụ thể. Hình 1-7. Máy nén khí tích hợp nén-lọc-sấy 2. Van lọc - Van lọc có chức năng tách các thành phần chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí nén. - Có 2 nguyên lý thực hiện + Chuyển động xoáy của của dòng áp suất khí nén trong van lọc + Phần tử lọc xốp làm bằng các chất như: giấy thấm ướt, kim loại thêu kết hat vật liệu tổng hợp. Kí hiệu van lọc: 3.Van tra dầu - Để giảm lực ma sát, ăn mòn và gỉ của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén trong thiết bị lọc có thêm van dầu. Hình 1-8. Bộ lọc khí 3 chức năng điều áp-tách nước-phun dầu CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH BỘ NGUỒN I.Xác định máy nén khí: 1.Bình chứa khí nén - Bình chứa khí nén có công dụng là cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến, tích chứa ngưng tụ và tách nước. - Kích thước bình chứa phụ thuộc vào công suất máy nén khí và công suất tiêu thụ của các thiết bị máy móc sử dụng, ngoài ra còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng khí nén. Hình 1-9. Bình chứa và máy nén khí 2 cấp kiểu pittông 2. Mạng đường ống dẫn khí nén - Mạng đường ống dẫn khí nén có thể chia làm 2 loại: + Mạng đường ống được lắp ráp cố định + Mạng đường ống được lắp di động 3.Yêu cầu tổn thất - Tổn thất áp suất đối với hệ thống phân phối khí nén (từ bình chứa chính đến nơi tiêu thụ không không vượt quá 1 bar) - Cụ thể như sau: + Tổn thất áp suất trong ống dẫn chính 0,1 bar + Tổn thất áp suất trong ống nối 0,1 bar + Tổn thất áp suất trong thiết bị xử lý khí nén (trong bình ngưng tụ, bình tích nước) 0,2 bar + Tổn thất áp suất trong bình lọc tinh 0,6 bar II.Tính toán xác định máy nén khí 1. Lưu lượng của hệ thống: - Là lưu lượng mà trong 1 thời điểm nào đó có các xy lanh hoạt động cùng 1 lúc mà máy nén vẫn đủ khả năng đáp ứng. Ở đây ta chỉ có trường hợp là A, B, C hoạt động cùng 1 lúc Qtổng = QA + QB + QC = 247 + 53 + 385 = 685 (l/p) 2. Chọn kiểu loại máy nén: - Ta chọn kiểu bơm piston vì ở đây máy nén chỉ yêu cầu cung cấp khí nén cho 1 thiết bị vì thuộc loại nhỏ. 3. Tính toán xác định máy nén: - Có lưu lượng ≈ 1,3 lần lưu lượng đã tiêu thụ của hệ thống: Qmáy nén = 1,3 x 685 = 890,5(l/p) - Áp suất tương đối của khí nén đạt được xấp xỉ 1,8 lần áp suất tương đối của khí nén dùng cho hệ thống (6 bar). P = 1,8 x Pkn = 1,8 x 6 = 11 bar 4. Tính toán xác định bình dự trữ khí nén: - Áp suất tương đối của khí nén đạt xấp xỉ 1,8 lần áp suất tương đối của khí nén dùng cho hệ thống (6 bar). P0 = 1,8 x Pkn = 1,8 x 6 = 11 bar - Độ sụt áp cho phép là: p = 7 bar. - Thể tích cần tính cùa bình dự trữ với các thời điểm tiêu thụ T khác nhau mà không cần nén thêm khí vào bình dự trữ (máy nén được nghỉ) là: V = Qkq × T∆T= Qkq × TP0-P Trong đó: V: Thể tích bình dự trữ (lít) Qkq x T: Thể tích khí tiêu thụ trong thời gian T ở áp suất khí quyển của các bộ phận chấp hành. Giả sử ta cho bộ phận chấp hành nghỉ trong thời gian 10 phút. P0: Áp suất tương đối P: Áp suất làm việc của hệ thống (bar) => V = 685 ×611-7=1027,5 (lít) Hãng sản xuất Mã hiệu Áp suất đo max(bar) Lưu lượng (l/p) Công suất động cơ(kW) PUMA PK -75250 12 1118 5,5 Hình 2-1. Máy nén PUMA PK -75250 III. Hiệu suất năng lượng của máy nén: Hiệu suất năng lượng của máy nén đạt được: Nkhí nén: công suất khí nén do máy tạo ra: Nkn = Q(Pr – Pv) (W) Trong đó: Q: lưu lượng (m3/s) khí nén do máy nén được tại đầu ra của máy ở áp suất tuyệt đối Pr. Pv = 1 bar: Áp suất khí quyển Tính Q: Q = Qv x ηv x PkqPRTD = 300 x 0,9 x 112 = 22.5 (lít) Q = 22,5 ×60103 = 1,35 (m3/s) Qv: lưu lượng hút váo của máy nén ở áp suất khí quyển ηv = 0,9: hiệu suất Pkq: áp suất khí quyển bằng 1 bar Prtd = 12 bar: áp suất tuyệt đối của máy nén được tại đầu ra của máy. Công suất khí nén do máy tạo ra: Nkn = 1,35 x (12 – 1) = 14,85(kW) Hiệu suất năng lượngcủa máy nén: η = NknNDC = 14,8515=99% IV. Xác định thời gian nghỉ của máy nén: Thời gian nghỉ được tính từ khi áp suất trong bình chứa của máy nén đạt được áp suất cao nhất ghi trong catalogue cho tới khi áp suất chứa trong bình chứa giảm xuống áp suất dùng cho thiết bị (7 bar). T = VQKQ × ∆P= 1027,5864,5 ×5=5,9(phút) Trong đó: ΔP: độ giảm áp suất tuyệt đối cho phép trong bình chứa (bar). ΔP = 12 -7 = 5(bar) V: thể tích bình chứa(lít) V = 1027,5 (lít) Qkq = 864,5 (l/p) lượng khí tiêu thụ trong thời gian nghỉ ở áp suất khí quyển của hệ thống. Ta có thể kéo dài thời gian nghỉ của máy nén bằng cách tăng thể tích bình chứa. Số kiệu có trong bảng sau: T(phút) V(lít) 1 109 5 546 10 1039 15 1640