Giáo trình Hệ thống thủy lực - Chương 6: Cơ sở lý thuyết

Phần 2: hệ thống khí nén 
Ch−ơng 6: cơ sỡ lý thuyết 
6.1. Lịch sử phát triển và khả năng ứng dụng của hệ thống 
truyền động khí nén 
6.1.1. Lịch sử phát triển 
Năng l−ợng khí nén đ−ợc sử dụng trong các máy móc thiết bị vào những năm của 
thế kỷ 19, cụ thể 
+/ Năm 1880 sử dụng phanh bằng khí nén 
+/ ...... 
6.1.2. Khả năng ứng dụng của khí nén 
a. Trong lĩnh vực điều khiển 
+/ Vào những thập niên 50 và 60 của thế kỷ 20, là thời gian phát triển mạnh mẽ 
của giai đoạn tự động hóa quá trình sản xuất, kỹ thuật điều khiển bằng khí nén đ−ợc 
phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. 
+/ Hệ thống điều khiển bằng khí nén đ−ợc sử dụng trong các lĩnh vực nh−: các 
thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp chi tiết hoặc là sử dụng trong lĩnh vực sản xuất các 
thiết bị điện tử vì điều kiện vệ sinh môi tr−ờng rất tốt và an toàn cao. 
+/ Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén đ−ợc sử dụng trong các dây chuyền 
rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ 
điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất. 
b. Hệ thống truyền động 
+/ Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: các thiết bị, máy móc trong lĩnh vự khai thác 
đá, khai thác than, trong các công trình xây dựng (xây dựng hầm mỏ, đ−ờng hầm,...). 
+/ Truyền động thẳng: vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển 
động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong 
các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng nh− trong hệ thống phanh 
hãm của ôtô. 
+/ Truyền động quay: truyền động xilanh, động cơ quay với công suất lớn bằng 
năng l−ợng khí nén. 
+/ Trong các hệ thống đo và kiểm tra: đ−ợc dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra 
chất l−ợng sản phẩm. 
 92
6.2. những −u điểm và nh−ợc điểm của hệ thống truyền động 
bằng khí nén 
6.2.1. Ưu điểm 
+/ Có khả năng truyền năng l−ợng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ 
và tổn thất áp suất trên đ−ờng dẫn nhỏ. 
+/ Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể trích chứa khí nén 
rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén. 
+/ Không khí dùng để nén, hầu nh− có số l−ợng không giới hạn và có thể thải ra 
ng−ợc 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 sẳn đ−ờng dẫn khí nén. 
+/ Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn đ−ợc đảm bảo, nên tính nguy hiểm 
của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp. 
+/ Các thành phần vận hành trong hệ thống (cơ cấu dẫn động, van, ...) có cấu tạo 
đơn giản và giá thành không đắt. 
+/ Các van khí nén phù hợp một cách lý t−ởng đối với các chức năng vận hành 
logic, và do đó đ−ợc sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các móc phức hợp. 
6.2.2. Nh−ợc điểm 
+/ Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp. 
+/ Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi 
vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn. (Không thể thực hiện đ−ợc những chuyển động 
thẳng hoặc quay đều). 
+/ Dòng khí thoát ra ở đ−ờng dẫn ra gây nên tiếng ồn. 
6.3. nguyên lý truyền động 
Cơ năng làm chuyển 
động thẳng và quay 
Thế năng của khí nén 
P, Q 
 93
6.4. sơ đồ nguyên lý truyền động 
Đ.Cơ 
R
R 
A 
0.1 
0.2
0.3 
0.4 
0.5 
0.6 
0.7
1.11.2 
1.3
1.4
1.5
P 
A 
P1 P2 
RP
A
A
RP
A B
Van khóa 
Bộ phận lọc
Van lọc Bình chứa 
khí 
Bơm 
Đại l−ợng vào
p, Q 
Phần tử đ−a 
tín hiệu 
Phần tử xử lý 
tín hiệu 
Phần tử điều 
khiển 
Cơ cấu chấp 
hành 
Nguồn cung 
cấp khí nén 
P 
Hình 6.1. Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển và các phần tử 
6.5. đơn vị đo các đại l−ợng cơ bản 
6.5.1. áp suất 
Đơn vị đo cơ bản của áp suất theo hệ đo l−ờng SI là pascal. 
 1 pascal là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1 m2 với lực tác dụng 
vuông góc lên bề mặt đó là 1 N. 
1 Pa = 1 N/m2 
1 Pa = 1 kgm/s2/m2 = 1 kg/ms2
1 Pa = 10-6 Mpa 
Ngoài ra ta còn dùng đơn vị là bar. 
1 bar = 105 Pa 
6.5.2. Lực 
Đơn vị của lực là Newton (N). 
1 N là lực tác dụng lên đối trọng có khối l−ợng 1 kg với gia tốc 1 m/s2. 
 94
1 N = 1 kg.m/s2
6.5.3. Công suất 
Đơn vị của công suất là Watt. 
1 Watt là công suất trong thời gian 1 giây sinh ra năng l−ợng 1 Joule. 
1 W = 1 Nm/s 
1 W = 1 
2s
m.kg
.
s
m
 95