Giáo trình Hệ thống thủy lực - Chương 7: Các phần tử khí nén và điện khí nén

Ch−ơng 7: các phần tử khí nén và điện khí nén 
7.1. cơ cấu chấp hành 
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng l−ợng khí nén thành năng l−ợng cơ học. 
Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động 
quay (động cơ khí nén). 
ở trạng thái làm việc ổn định, thì khả năng truyền năng l−ợng có ph−ơng pháp tính 
toán giống thủy lực. 
Ví dụ: 
Q Flxp
Ft 
vACông suất: N = p.Q (khí nén) 
Vận tốc: 
tF
N
v = (cơ cấu chấp hành) 
Cụ thể: 
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
=
+=⇒+=
A
Q
v
A
FF
pFFA.p tlxtlx
Một số xilanh, động cơ khí nén th−ờng gặp: 
Xilanh tác dụng đơn (tác dụng một chiều) 
Xilanh tác dụng hai chiều (tác dụng kép) 
Xilanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn không điều chỉnh đ−ợc 
Xilanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn điều chỉnh đ−ợc 
Xilanh quay bằng thanh răng 
 96
Động cơ khí nén 1 chiều, 2 chiều 
7.2. Van đảo chiều 
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng l−ợng bằng cách đóng, mở hay 
chuyển đổi vị trí, để thay đổi h−ớng của dòng năng l−ợng. 
7.2.1. Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều 
 Khí nén ra (2)
 97
Thân van 
Nòng van 
(pittông điều khiển) 
Lò xo 
 Tín hiệu tác 
động (12) 
 Xả khí (3)Nối với nguồn 
khí nén (1) 
Hình 7.1. Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều 
Khi ch−a 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) (khí nén), lúc này nòng van sẽ dịch chuyển 
về phía bên phải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn. 
Tr−ờng hợp tín hiệu tác động vào cửa (12) mất đi, d−ới tạc dụng của lực lò xo, 
nòng van trở về vị trí ban đầu. 
7.2.2. Ký hiệu van đảo chiều 
Chuyển đổi vị trí của nòng van đ−ợc biểu diễn bằng các ô vuông liền nhau với các 
chữ cái 0, a, b, c, ... hay các số 0, 1, 2, ... 
a 0 b ba 
Vị trí “0” đ−ợc ký hiệu là vị trí, mà khi van ch−a có tác động của tín hiệu ngoài 
vào. 
Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí giữa là vị trí “0”, còn đối với van có 2 vị trí, thì vị 
trí “0” có thể là a hoặc b, th−ờng vị trí b là vị trí “0”. 
Cửa nối van đ−ợc ký hiệu nh− sau: Theo t/c ISO5599 Theo t/c ISO1219 
Cửa nối với nguồn khí 1 P 
Cửa nối làm việc 2, 4, 6, ... A, B, C, ... 
Cửa xả khí 3, 5, 7, ... R, S, T, ... 
Cửa nối với tín hiệu điều khiển 12, 14, ... X, Y, ... 
Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đ−ờng thẳng có hình mũi tên, biểu diễn 
h−ớng chuyển động của dòng khí qua van. Tr−ờng hợp dòng bị chặn, đ−ợc biểu diễn 
bằng dấu gạch ngang. 
Cửa 1 nối với cửa 2 Cửa 1 nối với cửa 4
5(S) cửa xả khí có mối nối 
cho ống dẫn 
4(B) 2(A)
Cửa nối điều khiển12(X)
3(R) cửa xả khí không có 
mối nối cho ống dẫn 
1(P)
0 1 14(Y) cửa nối điều khiển 
Hình 7.2. Ký hiệu các cửa của van đảo chiều 
Một số van đảo chiều th−ờng gặp: 
 Van đảo chiều 2/2
Van đảo chiều 4/2 
 Van đảo chiều 5/2
Van đảo chiều 3/2
Van đảo chiều 4/3 
Hình 7.3. Các loại van đảo chiều 
7.2.3. Các tín hiệu tác động 
Nếu ký hiệu lò xo nằm ngay phía bên phải của ký hiệu của van đảo chiều, thì van 
đảo chiều đó có vị trí “0”. Điều đó có nghĩa là chừng nào ch−a có tác dụng vào nòng 
van, thì lò xo tác động giữ vị trí đó. 
Tác đông phía đối diện của van, ví dụ: tín hiệu tác động bằng cơ, bằng khí nén hay 
bằng điện giữ ô vuông phía trái của van và đ−ợc ký hiệu “1”. 
a. Tín hiệu tác động bằng tay 
 98
Ký hiệu nút ấn tổng quát 
 Nút bấm
Tay gạt 
Bàn đạp 
b. Tín hiệu tác động bằng cơ 
Đầu dò 
 Cữ chặn bằng con lăn, tác động hai chiều 
 Cữ chặn bằng con lăn, tác động một chiều
Lò xo 
Nút ấn có rãnh định vị 
c. Tín hiệu tác động bằng khí nén 
Trực tiếp bằng dòng khí nén vào 
Trực tiếp bằng dòng khí nén ra 
 Trực tiếp bằng dòng khí nén vào với đ−ờng kính 
2 đầu nòng van khác nhau 
Gián tiếp bằng dòng khí nén vào qua van phụ trợ 
Gián tiếp bằng dòng khí nén ra qua van phụ trợ 
d. Tín hiệu tác động bằng nam châm điện 
 99
 ∗ 
Trực tiếp 
Bằng nam châm điện và van phụ trợ 
Tác động theo cách h−ớng dẫn cụ thể 
Hình 7.4. Các tín hiệu tác động 
7.2.4. Van đảo chiều có vị trí "0" 
Van đảo chiều có vị trí “0” là loại van có tác động bằng cơ - lò xo lên nòng van. 
a. Van đảo chiều 2/2: tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò. Van có 2 cửa P và R, 2 vị 
trí “0” và “1”. Vị trí “0” cửa P và R bị chặn. 
 P
R
Ký hiệu
1 0 
P
R
Hình 7.5. Van đảo chiều 2/2 
Nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí “0” van sẽ đ−ợc chuyển đổi sang vị trí “1”, nh− 
vậy cửa P và R sẽ nối với nhau. Khi đầu dò không tác động nữa, thì van sẽ quay trở về 
vị trí ban đầu (vị trí “0”) bằng lực nén lò xo. 
b. Van đảo chiều 3/2: 
+/ Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò. Van có 3 cửa P, A và R, có 2 vị trí “0” và 
“1”. Vị trí “0” cửa P bị chặn. 
Cửa A nối với cửa R, nếu đầu dò tác động vào, từ vị trí “0” van sẽ đ−ợc chuyển 
sang vị trí “1”, nh− vậy cửa P và cửa A sẽ nối với nhau, cửa R bị chặn. Khi đầu dò 
không tác động nữa, thì van sẽ quay về vị trí ban đầu (vị trí “0”) bằng lực nén lò xo. 
Ký hiệu: 1 0
P R
A
 100
Cửa xả 
khí R
A 
 P 
Hình 7.6. Kết cấu van đảo chiều 3/2 
+/ Tín hiệu tác động bằng tay - nút ấn 
Ký hiệu: 1 0
P R
A
+/ Tín hiệu tác động bằng nam châm điện qua van phụ trợ 
A 
RP 
0 1 
Cuộn dây 
Lò xo 
Lõi sắt (pittông trụ)
Z
P1 
Van phụ trợ
Van chính
Nòng van 
P
A 
R 
Lỗ khoan 
Pittông phụ 12
Hình 7.7. Ký hiệu và kết cấu van đảo chiều 3/2, tác động 
 bằng nam châm điện qua van phụ trợ 
Tại vị trí “0” cửa P bị chặn, cửa A nối với R. Khi dòng điện vào cuôn dây, pittông 
trụ bị kéo lên, khí nén sẽ theo h−ớng P1, 12 tác động lên pittông phụ, pittông phụ bị đẩy 
xuống, van sẽ chuyển sang vị trí “1”, lúc này cửa P nối với A, cửa R bị chặn. 
 101
Khi dòng điện mất đi, pittông trụ bị lò xo kéo xuống và khí nén ở phần trên pittông 
phụ sẽ theo cửa Z thoát ra ngoài. 
c. Van đảo chiều 4/2: 
+/ Tín hiệu tác động bằng tay - bàn đạp 
Ký hiệu: 
P R 
A 
1 0 
B 
+/ Tín hiệu tác động trực tiếp bằng nam châm điện 
Ký hiệu: 
P R 
A 
1 0 
B 
 S 
Tại vị trí “0” cửa P nối với cửa B, cửa A với R. Khi có dòng điện vào cuộn dây, van 
sẽ chuyển sang vị trí “1”, lúc này cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa R. 
d. Van đảo chiều 5/2 
+/ Tín hiệu tác động bằng cơ - đầu dò 
Ký hiệu: 
S 
B 1 0
P R
A
Tại vị trí “0” cửa P nối với cửa B, cửa A nối với R và cửa S bị chặn. Khi đầu dò tác 
động, van sẽ chuyển sang vị trí “1”, lúc này cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa S và 
cửa R bị chặn. 
+/ Tín hiệu tác động bằng khí nén 
Z 
S 
A 1 0
P R
BKý hiệu: 
Tại vị trí “0” cửa P nối với cửa A, cửa B nối với R và cửa S bị chặn. Khi dòng khí 
nén Z tác động vào, van sẽ chuyển sang vị trí “1”, lúc này cửa P nối với cửa B, cửa A 
nối với cửa S và cửa R bị chặn. 
7.2.5. Van đảo chiều không có vị trí "0" 
Van đảo chiều không có vị trí “0” là van mà sau khi tín hiệu tác động lần cuối lên 
nòng van không còn nữa, thì van sẽ giữ nguyên vị trí lần đó, chừng nào ch−a có tác 
động lên phía đối diện nòng van. Ký hiệu vị trí tác động là a, b, c, ... 
 102
Tín hiệu tác động lên nòng van có thể là: 
• Tác động bằng tay, bàn đạp. 
• Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi vào hay đi ra từ 2 phía của 
nòng van. 
• Tín hiệu tác động trực tiếp bằng điện từ hay gián tiếp bằng dòng khí nén đi qua 
van phụ trợ. Loại van này đ−ợc gọi là van đảo chiều xung, vì vị trí của van đ−ợc thay 
đổi khi có tín hiệu xung tác động lên nòng van. 
a. Van đảo chiều 3/2 
Tín hiệu tác động bằng tay, đ−ợc ký hiệu: 
Khi ở vị trí a, cửa P nối với cửa A và cửa R bị chặn. Vị trí b, cửa A nối với cửa R 
và cửa P bị chặn. 
a b
P R
A 
b. Van xoay đảo chiều 4/3 
Tín hiệu tác động bằng tay, đ−ợc ký hiệu: 
 a b c
BA 
P R
Nếu vị trí xoay nằm tại vị trí a, thì cửa P nối với cửa A và cửa B nối với R. Vị trí 
xoay nằm tại vị trí b, thì các cửa nối A, B, P, R đều bị chặn. Vị trí xoay nằm tại vị trí c, 
thì cửa P nối với B và cửa A nối cửa R. 
c. Van đảo chiều xung 4/2 
Tín hiệu tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía nòng van. 
Ký hiệu: 
P R
A 
a b
B
Y X
Khi xả cửa X, nòng van sẽ dịch chuyển sang vị trí b, cửa P nối với với cửa A và cửa 
B nối với cửa R. 
Khi cửa X ngừng xả khí, thì vị trí cửa nòng van vẫn nằm ở vị trí b cho đến khi có 
tín hiệu xả khí ở cửa Y. 
7.3. Van chặn 
Van chặn là loại van chỉ cho l−u l−ợng khí đi qua một chiều, chiều ng−ợc lại bị chặn. 
Van chặn gồm các loại sau: 
 103
+/ Van một chiều 
+/ Van logic OR 
+/ Van logic AND 
+/ Van xả khí nhanh. 
7.3.1. Van một chiều 
Van một chiều có tác dụng chỉ cho l−u l−ợng khí đi qua một chiều. 
Ký hiệu: 
A B 
7.3.2. Van logic OR 
Van logic OR có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển ở những vị trí khác nhau 
trong hệ thống điều khiển. 
P1
A
P2
Ký hiệu: 
Khi có dòng khí nén qua cửa P1, sẽ đẩy pittông trụ của van sang phải, chắn cửa P2 
⇒ P1 nối với cửa A và ng−ợc lại. 
7.3.3. Van logic AND 
Van logic AND có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển cùng một lúc ở những vị 
trí khác nhau trong hệ thống điều khiển. 
P2
A
P1
Ký hiệu: 
Khi dòng khí qua P1 ⇒ P1 bị chặn. Ng−ợc lại dòng khí qua P2 ⇒ P2 bị chặn. 
Nếu dòng khí đồng thời qua P1, P2 ⇒ cửa A sẽ nhận đ−ợc tín hiệu ⇒ khí qua A. 
7.3.4. Van xả khí nhanh 
Van xả khí nhanh th−ờng lắp ở vị trí gần cơ cấu chấp hành (pittông), có nhiệm vụ 
xả khí nhanh ra ngoài. 
Ký hiệu: 
R
A
P
7.4. Van tiết l−u 
Van tiết l−u dùng để điều chỉnh l−u l−ợng dòng khí. 
7.4.1. Van tiết l−u có tiết diện không thay đổi 
Ký hiệu: A B
 104
7.4.2. Van tiết l−u có tiết diện thay đổi 
Ký hiệu: 
A B 
7.4.3. Van tiết l−u một chiều 
Ký hiệu: 
A B 
7.5. Van điều chỉnh thời gian 
7.5.1. Rơle thời gian đóng chậm 
Ký hiệu: 
A
RP
01
X 
Van đảo chiều 3/2
Van tiết l−u một chiều
Bình chứa
X
A
t1 
Khí nén qua van một chiều, cần thời gian t1 để làm đầy bình chứa, sau đó tác động 
lên nòng van đảo chiều, van đảo chiều chuyển đổi vị trí, cửa P nối với cửa A. 
7.5.2. Rơle thời gian ngắt chậm 
Ký hiệu: 
A
RP
01
X 
Van đảo chiều 3/2
Van tiết l−u một chiều
Bình chứa
X
A
t1 
Rơle thời gian ngắt chậm, nguyên lý, cấu tạo cũng t−ơng tự nh− rơle thời gian đóng 
chậm, nh−ng van tiết l−u một chiều có chiều ng−ợc lại. 
7.6. Van chân không 
Van chân không là cơ cấu có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực chân không, chân 
không đ−ợc tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống venturi. 
Ký hiệu: 
P R
U 
Ta có lực hút chân không: 
 105
)ppp(p.
4
D.
F ua
2
−=∆∆π= 
Trong đó: F - lực hút chân không (N); 
D - đ−ờng kính đĩa hút (m); 
pa - áp suất không khí ở đktc (N/m
2); 
pu - áp suất chân không tại cửa U (N/m
2). 
Lực F phụ thuộc vào D và pu. 
7.7. cảm biến bằng tia 
Cảm biến bằng tia là loại cảm biến không tiếp xúc, tức là quá trình cảm biến không 
có sự tiếp xúc giữa bộ phận cảm biến và chi tiết. 
Cảm biến tia có 3 loại: cảm biến bằng tia rẽ nhánh, cảm biến bằng tia phản hồi và 
cảm biến bằng tia qua khe hở. 
7.7.1. Cảm biến bằng tia rẽ nhánh 
Cữ chặn
S 
p 
X
C
ảm
 b
iế
n 
p
X
 Ký hiệu
áp suất nguồn p, áp suất rẽ nhánh X và khoảng cách S. 
Nếu không có cữ chặn thì dòng khí đi thẳng (X=0) 
Nếu có cữ chặn thì dòng khí rẽ nhánh X (X=1). 
7.7.2. Cảm biến bằng tia phản hồi 
 Cữ chặn
C
ảm
 b
iế
n 
a
X
p
Ký hiệu 
X 
p 
Nếu không bị chặn thì dòng khí đi thẳng (X=0) 
Nếu bị chặn thì dòng khí phản hồi (X=1). 
 106
7.7.3. Cảm biến bằng tia qua khe hở 
Gồm hai bộ phận: bộ phận phát và bộ phận nhận, th−ờng bộ phận phát và bộ phận 
nhận có cùng áp suất p. 
Khi ch−a có vật chắn (X=0) 
Ký hiệu
Vật chắnBộ phận phát Bộ phận nhận 
X 
p
p
X
p 
Khi có vật chắn (X=1). 
 107