Chương 6: TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN TÀU THỦY

6.1. KHÁI NIỆM VỀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN Hệ truyền động khí nén là một hệ truyền động sử dụng khí nén (không khí được nén dưới một áp suất nhất định) làm môi chất trung gian vận chuyển và truyền năng lượng. Trong kỹ tHUẬT, KHỚ NỘN CŨN được gọi là CHẤT LỎNG CỤNG TỎC. KHỎI NIỆM "CHẤT LỎNG CỤNG TỎC" ở đây tương tự như "CHẤT LỎNG" TRONG CỎC HỆ THỐNG THỦY LỰC. Hiện nay, các hệ thống truyền động khí nén được sử dụng khá phổ biến trong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau để thực hiện các nhiệm vụ công nghệ từ đơn giản như kẹp, giữ, nâng, hạ... đến phức tạp như kiểm tra, đo lường, điều khiển từ xa, tự động điều khiển, tự động điều chỉnh... Điểm cơ bản của hệ truyền động khí nén là gồm các thiết bị sử dụng năng lượng khí nén, có sự tham gia hỗ trợ của điện và thủy lực để tăng tính hoàn thiện trong các khâu truyền động. Tính chất vật lÝ Cơ bản của khí nén là tồn tại tính nén được của chất khí (thông thường là KHỤNG KHỚ) và hiệu ứng động học của chất khí. Như vậy, trong hệ thống truyền động khí nén có thể có các phần động, dịch chuyển trong quá trỠNH LàM VIỆC, NHưng cũng có thể hoàn toàn không có các phần động. Tập hợp toàn bộ các phần tử của thiết bị khí nén được liên hệ và tác động qua lại với nhau bằng một thể thức nhất định, nhằm đảm bảo hỠNH THỎI TRUYỀN động theo thiết kế được gọi là một hệ truyền động khí nén. Các hệ thống truyền động khí nén được sử dụng khá phổ biến trong lĩnh vực tàu thủy bởi có nhiều ưu điểm, đó là: • Độ tin cậy làm việc cao; • Đặc biệt đảm bảo được an toàn hệ thống truyền động trong điều kiện làm việc có nhiệt độ cao, dễ cháy nổ, môi trường hóa chất...; • Có tác động truyền động nhanh trong hệ thống điều khiển từ xa; • Có thể tích trữ năng lượng; • Không gây độc hại cho người khai thác. TUY NHIỜN, HỆ THỐNG KHỚ NỘN LẠI CÚ MỘT SỐ HẠN CHẾ SAU: • Hệ truyền động khí nén thường có kích thước lớn hơn so với hệ thống truyền động thủy lực có cùng công suất; • Tính chịu nén của chất khí khá lớn cho nên ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của hệ thống; • Việc điều khiển theo quy luật vận tốc cho trước và dừng ở các vị trí trung gian đối với bộ phận chấp hành khó thực hiện được chính xác; và • Khi làm việc, các hệ thống khí nén thường ồn hơn so với truyền động thủy lực.

6.2. CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NẪN CỎC THIẾT BỊ KHỚ nén được phân loại thành các nhóm chức năng sau: 1. TRẠM CẤP KHỚ NỘN (NGUỒN CẤP): Là nhóm thiết bị, máy móc có nhiệm vụ nén và tích trữ không khí (khí nén) ở áp suất cao để tạo nguồn sẵn sàng cung cấp cho hệ thống truyền động hoạt động. 2. Cơ cấu chấp hàNH (CŨN được gọi là bộ phận chấp hành hoặc động cơ khí nén cũng có thể là phần tử thực hiện: Được sử dụng để biến đổi trực tiếp năng lượng khí nén thành động năng chuyển động cơ học nhằm thực hiện công đoạn công nghệ hay các thao tác (hoạt động) đÓ được sắp đặt trước. 3. Thiết bị phân phối và điều khiển khí nén (các phần tử khí nén): Được dùng để thay đổi hướng đi của dŨNG KHỚ NỘN TỪ NGUỒN, TẠO LẬP Và đảm bảo trỠNH TỰ LàM VIỆC CHO CỎC BỘ PHẬN CHẤP HàNH Và SAU đó xả ra môi trường (khí quyển).

6.3. PHÂN LOẠI CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NẪN Thông thường, các hệ truyền động khí nén được phân loại theo một số cách sau: 1- Theo dạng chuyển động của cơ cấu chấp hành (cơ cấu thực hiện). Theo cách này, các hệ truyền động khí nén được chia thành 2 nhóm chính: chuyển động tịnh tiến (với cơ cấu chấp hành kiểu xi lanh khí nén) và chuyển động quay (với cơ cấu chấp hành kiểu rô-to khí nén). 2- Theo số lượng cơ cấu chấp hành khí nén. Được phân ra là hệ truyền động khí nén có một hoặc nhiều cơ cấu chấp hành. 3- THEO TỚNH CHẤt của thiết bị điều khiển. Các hệ truyền động khí nén có thể chia ra nhiều loại: điều khiển bằng khí nén, điều khiển bằng điện hay điều khiển cơ khí hoặc kết hợp. 4- THEO TỚNH CHẤT LàM VIỆC CỦA CẢ HỆ THỐNG, chúng được chia thành hai nhóm: • Hệ truyền động khí nén làm việc theo chế độ liên tục; • Hệ truyền động khí nén làm việc theo chế độ ngắt quÓNG Và CHẾ độ xung. 5- Theo phương pháp điều khiển, các hệ truyền động khí nén có thể là loại điều khiển theo vị trí, theo áp suất hoặc theo thời gian. Ngoài cỏc cỏch phân loại trên, các hệ truyền động khí nén cũn cú thể phõn loại theo một số cỏch nữa như đặc điểm kết cấu của cơ cấu chấp hành, đặc diểm của cơ cấu truyền tải... Các hệ truyền động khí nén cũng có thể được sử dụng kết hợp với các hệ truyền động điện hoặc thủy lực... để tạo thành các hệ truyền động hỗn hợp thủy - khí hoặc điện - thủy - khí nén... Việc quyết định sử dụng hệ truyền động khí nén kiểu nào phụ thuộc vào yêu cầu và đặc điểm làm việc cụ thể của đối tượng. Thông thường, những yêu cầu kỹ thuật và làm việc như vậy được đưa ra từ đầu cho người thiết kế. Trên cơ sở đó, người thiết kế sẽ lựa chọn hệ truyền động khí nén thích hợp, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra. Trong thực tế, việc phân loại và ứng dụng các hệ truyền động khí nén rất đa dạng và phong phỳ, bởi lĩnh vực sử dụng của chỳng ngày càng mở rộng.

6.4. NGUYấN Lí VÀ CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NẫN Một hệ truyền động khí nén bao gồm các thiết bị chính sau: • Cơ cấu chấp hành khí nén; • Thiết bị phõn phối; • Thiết bị điều khiển; • Thiết bị nguồn và hệ thống đường ống. Trong sơ đồ nguyên lý truyền động khí nén, thường chỉ biểu diễn ba thành phần đầu tiên, đó là cơ cấu chấp hành, thiết bị phân phối và thiết bị điều khiển. Các thành phần cũn lại như đường ống, nguồn cấp khí nén, phần tử lọc... được quy ước là những phần tử đương nhiên phải có mặt trong hệ thống mà có khi không cần phải biểu diễn chúng cụ thể trên sơ đồ. 6.4.1 THIẾT BỊ NGUỒN KHÍ NẫN Thiết bị nguồn khớ nộn là cỏc thiết bị tạo ra và cho phộp duy trỡ năng lượng của không khí nén dưới một áp suất nhất định để dùng trong hệ truyền động. Trong công nghiệp nói chung và truyền động khí nén tàu thủy nói riêng, nguồn cấp khí nén thường sử dụng máy nén khí pitông hai cấp và hệ thống bỡnh chứa (chai giú) khớ nộn. Trong đó, máy nén làm nhiệm vụ nộn khụng khớ vào bỡnh tới ỏp suất từ khoảng 20 cho đến 25 KG/cm2. Không khí được nén này được tích trữ sẵn sàng trong bỡnh để cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ khí nén. Muốn sử dụng khí nén ở một áp suất ổn định nào đó, nguồn cấp khí nén cần phải lắp đặt hệ thống van giảm áp (ổn áp) và thiết bị lọc khí (phin lọc) trước khi cấp đi sử dụng. Mặt khác, trường hợp cần sử dụng khí nén không chứa lẫn nước, trong hệ thống phải có khả năng tách hơi ẩm bằng cách lắp đặt thiết bị như phin lọc kèm theo cơ cấu tách ẩm khớ nộn. Để chuyển tải dũng khớ nộn tới nơi tiêu thụ, người ta sử dụng các đường ống dẫn khí. Trong một số trường hợp, các đường ống này có thể đóng vai trũ là cỏc kờnh điều khiển của từng thiết bị khí nén riêng biệt. Khi tính chọn các đường ống dẫn khí nén cần lưu ý đến vận tốc dũng khớ trong đường ống không vượt quá 17m/s. Vỡ nếu vận tốc dũng khớ vượt quá trị số trên sẽ có tổn thất áp suất khá lớn, như vậy có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng làm việc của hệ thống truyền động khí nén. Các cơ cấu chấp hành khí nén là các thiết bị khí nén được sử dụng để nhận và biến đổi trực tiếp nguồn năng lượng khí nén thành chuyển động cơ học của bộ phận công tác. Trong thực tế, các cơ cấu chấp hành khí nén rất đa dạng và phong phú về kiểu loại, kích thước... phụ thuộc vào đặc điểm làm việc và điều kiện sử dụng, ví dụ như: xy lanh khí nén, xi phông khí nén (hộp xếp), động cơ rô to khí nén... Các thiết bị điều khiển, phân phối khí nén được ví dụ như các loại van chặn, van phân phối, các thiết bị điều khiển kiểu con trượt, kiểu màng... Các thiết bị đó dùng để định hướng, đổi hướng dẫn khí, tạo lập trỡnh tự thao tỏc và chuyển động cho các cơ cấu chấp hành khí nén. Trong thuật ngữ riêng cho chuyên ngành kỹ thuật, các thiết bị khí nén này được gọi là các phần tử khí nén. Các phần tử khí nén kết hợp với nhau theo sơ đồ chức năng nhất định tạo ra được khả năng điều khiển máy móc làm việc theo chương trỡnh lụ-gớc, tự động điều khiển, tự động điều chỉnh... Các sơ đồ như vậy được gọi là sơ đồ điều khiển của hệ thống truyền động khớ nộn. Ngoài các thiết bị được đề cập ở trên, cũn cú rất nhiều loại cơ cấu phần tử khí nén không trực tiếp tham gia vào việc thực hiện quá trỡnh cụng nghệ hoặc quỏ trỡnh điều khiển mà chúng lại được sử dụng để thực hiện nhiều chức năng khác nhằm hỗ trợ cho hệ thống làm việc một cách hoàn thiện và ổn định. Đó là các bộ lọc khí và tách dầu, tách ẩm, bộ hóa mù và phun sương dầu bôi trơn cho các phần chuyển động của hệ thống, các van xả (nước, dầu...), các bỡnh chứa khớ, cỏc bộ giảm ồn cho khớ xả, hệ thống sấy khô khí cho các hệ thống thiết bị khí nén yêu cầu sử dụng khí khô, sạch như trong các hệ thống tự động khí nén kiểu màng, tia... Trong lĩnh vực công nghiệp tàu thủy, việc quyết định sử dụng hệ truyền động khí nén kiểu nào phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật, đặc điểm công tác của đối tượng và khuynh hướng ứng dụng của người thiết kế. Để tiện lợi trong sản xuất, các thiết bị khí nén và công nghệ ứng dụng truyền động khí nén được các nhà chế tạo sản xuất hàng loạt các mô-đun khí nén cơ bản. Trên cơ sở đó, người tiêu dùng có thể tùy chọn các mô-đun thích hợp để tổ hợp, thiết kế thành hệ truyền động khí nén theo mục đích riêng. Chúng ta hóy nghiờn cứu một số phần tử khớ nộn và mụ-đun khí nén cơ bản đó và đang được ứng dụng trong công nghiệp, trong đó có lĩnh vực tàu thủy. 6.4.2 TRẠM CẤP KHÍ NẫN

Hỡnh 6.1. Sơ đồ trạm cấp khí nén 1. Mỏy nộn khớ; 2. Van chặn; 3. Áp kế; 4. Van an toàn; 5. Van xả nước; 6. Van một chiều; 7. Phin lọc khớ kốm tỏch ẩm; 8. Van giảm ỏp; 9. Van chặn. Trạm cấp khớ nộn (hỡnh 6.1) thường sử dụng mỏy nộn khớ pitụng hai cấp và hệ thống bỡnh chứa (chai giú) khớ nộn. Tựy theo mức độ sử dụng khí nén mà chọn thể tích các bỡnh chứa và theo dải ỏp suất thớch hợp để chọn van giảm áp phù hợp. Thông thường, máy nén làm nhiệm vụ nén không khí vào bỡnh chứa tới áp suất từ khoảng 20 đến 25 KG/cm2. Khụng khớ nộn này tớch trữ sẵn sàng trong bỡnh để cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ. Muốn sử dụng khí nén ở một áp suất ổn định nào đó, nguồn cấp khí nén cần phải lắp đặt van giảm áp (ổn áp) và thiết bị lọc khí (phin lọc) cho sạch trước khi cấp đi sử dụng. Mặt khác, trường hợp cần sử dụng khí nén không chứa lẫn nước, trong hệ thống phải có khả năng tách hơi ẩm bằng cách lắp đặt thiết bị như phin lọc kèm theo cơ cấu tách ẩm khí nén. Nhưng nếu thiết bị tiêu thụ khí nén là các phần tử cần được bôi trơn trong quá trỡnh làm việc. Vỡ vậy, hệ thống lại phải trang bị thờm thiết bị phun sương dầu bôi trơn (Microlubricator) vào khí nén trước khi cấp khí đi sử dụng hoặc sử dụng dầu bôi trơn cho máy nén khí là loại dầu dùng kết hợp cho bôi trơn các phần tử khí nén. 6.4.3 VAN PHÂN PHỐI KHÍ NẫN Cũng như các phần tử thủy lực, van phân phối khí nén (cũn được gọi là van hướng dũng) là phần tử khí nén dùng để dẫn đường dũng khớ cụng tỏc (khớ nộn) đến nơi tiêu thụ năng lượng (động cơ khí nén) trong hệ thống theo sự điều khiển của người khai thác. Trong thực tế, sử dụng van phân phối để phân bố, điều khiển các nhóm chức năng hoạt động độc lập với nhau trong một hệ thống khí nén đa chức năng hoặc đảo chiều, đổi vế tác dụng của các động cơ khí nén...vv. Hỡnh 6.2 là vớ dụ một số van phõn phối khớ nộn thường được dùng trong truyền động khí nén tàu thủy. Trong truyền động khí nén tàu thủy, loại van phân phối khí nén (Control valve) 5/2 và 3/2 rất phổ biến sử dụng. Chúng có thể được điều khiển bằng tay, van điện từ, khí nén hoặc kết hợp điện-khí nén.

(a) (b)

Hỡnh 6.2. Van phân phối khí nén kiểu pitông con trượt (a) Van P.P. 5/2 ( 5 đường thông, 2 vị trí điều khiển) (b) Van P.P. 3/2 ( 3 đường thông, 2 vị trí điều khiển) - Nguồn cấp khớ nộn - Xả ra môi trường

Trong thực tế ứng dụng các hệ truyền động tự động khí nén ở dải áp suất từ 0,24 đến 0,64 MPa, người ta sử dụng nhiều loại phần tử khí nén khác nhau để xây dựng hệ điều khiển cho chúng, thiết kế các mạch khí nén thực hiện nhiều phép tính logic trong hệ thống điều khiển bằng khí nén. Hóy tham khảo bảng (1) những vớ dụ thực hiện phộp tớnh logic của cỏc van phõn phối khớ nộn 5/2 và 3/2.

Bảng 1. Hàm logic Ký hiệu Bảng trạng thỏi Sơ đồ nguyên lý

Phộp khẳng định logic

f¬2 = x12

x12 f2 0 0 1 1

x12

Phép phủ định logic f¬2 = x12

x12 f2 0 1 1 0

x12

Phộp cộng logic f¬2 = x12 + x3 x12 x3 f¬2 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

Phộp nhớ logic (Trigơ với đầu vào độc lập)

x12 x10 f¬2 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0

Phộp nhõn logic f¬2 = x12.x3

x12 x1 f¬2 f¬4 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1

6.4.4 PHẦN TỬ KHÍ NẫN KIỂU MÀNG

Hỡnh 6.3. Sơ đồ và ký hiệu phần tử khớ nộn kiểu màng USEPPA Phần tử khí nén kiểu màng có nhiệm vụ điều khiển và thực hiện các phép tính logic trong hệ thống điều khiển khí nén. Dải áp suất làm việc của các phần tử khí nén kiểu màng nằm trong khoảng từ 0,14 đến 0,24 Mpa (1,4 đến 2,4 KG/cm2). Các phần tử khí nén kiểu màng có ưu điểm là có khả năng làm việc với tần số cao hơn nhiều so với tần số làm việc của các phần tử khí nén kiểu con trượt, đồng thời có quán tính làm việc nhỏ nhưng lại có nhược điểm là không chịu được áp suất lớn. Trờn hỡnh 6.3 là sơ đồ và ký hiệu phần tử khớ nộn kiểu màng USEPPA (Liờn Xụ cũ), nú cũn được gọi là rơ-le khí nén. Rơle khí nén được cấu tạo bởi 3 màng đàn hồi có diện tích tác dụng khác nhau được nối trực tiếp với nhau bằng một tâm cứng và chia khoang rơle khí nén ra làm 4 ngăn: A, B, C, D độc lập với nhau. Ngăn A có đường cấp khí nén vào và dẫn khí nén ra để đi sử dụng nhưng được khống chế bởi sự đóng hoặc mở bằng đầu tâm cứng với cửa cấp khí vào. Ngăn D cũng được nối thông với 2 đường, một trong hai đường thông về với ngăn A và một đường thông cũn lại xả ra mụi trường. Tại ngăn D, việc dẫn khí nén thông về A để đi sử dụng hay xả khí nén ra ngoài môi trường cũng được đóng hay mở bằng đầu tâm cứng với cửa dẫn khí. Mỗi ngăn B và C đều được nối với một đường p1, p2 tương ứng mà chính các đường khí này là những đường dẫn tín hiệu khí nén điều khiển quá trỡnh làm việc của rơle khí nén.

(a) (b) Hỡnh 6.4. Sơ đồ rơle khí nén có áp suất đệm (a) Áp suất đệm ngăn B = 0,3pvào (b) Áp suất đệm ngăn C = 0,7pvào Để tạo ra cho rơle khí nén có những chức năng khác nhau, người ta duy trỡ trong ngăn B hoặc ngăn C bằng những áp suất không đổi, những áp suất này gọi là áp suất đệm. Tiêu chuẩn hóa khi chế tạo hàng loạt các rơle khí nén, thông thường là áp suất đệm ngăn B = 0,3 pvào và áp suất đệm ngăn C = 0,7 pvào. Kết hợp với việc đưa tín hiệu khí nén điều khiển vào những ngăn cũn lại của rơle khí nén mà chúng ta có được hàng loạt các khả năng thực hiện phép tính logic trong mạch điều khiển khớ nộn, hỡnh 6.5.

Hỡnh 6.5. Sơ đồ thực hiện phép tính logic của các rơle khí nén USEPPA

6.4.5 VAN GIẢM ÁP KHÍ NẫN Van giảm ỏp (cũn được gọi là van ổn áp) là phần tử khí nén dùng để duy trỡ một giỏ trị ỏp suất sau van khụng đổi và không phụ thuộc vào ỏp suất nguồn cấp khớ vào cho van.

Hỡnh 6.6. Sơ đồ cấu tạo và ký hiệu của van giảm ỏp khớ nộn A- Cửa vào van 3 - Đường dẫn tới van tràn B- Cửa ra khỏi van 4 - Nấm van tràn C- Đường thoát ra ngoài 5 - Rónh tiết lưu D- Khoang trượt của van 6 - Vít chỉnh 1- Lũ xo van tràn 7 - Pitụng của van 2- Lũ xo 8 - Lối đi chớnh của khớ qua van Nguyờn lý hoạt động của van giảm áp: Trờn hỡnh 6.6 cho ta thấy sơ đồ cấu tạo van giảm áp. Van này thường được sử dụng cho trạm cấp khí nén hoặc trong một số hệ thống truyền động khí nén tàu thủy. Cửa A của van được nối với nguồn cấp chất khí (thông thường nguồn cấp khí là chai gió) và cửa B được dẫn tới bộ phận chấp hành (động cơ khí nén hoặc các thiết bị tiêu thụ khí nén) mà bộ phận chấp hành này đũi hỏi sử dụng nguồn khớ nộn cú giỏ trị ỏp suất khụng đổi. Giả sử vỡ một lý do nào đó mà áp suất tại cửa B tăng lên so với giá trị đó đặt trước cho van (ví dụ: mức độ tiêu thụ chất khí của bộ phận chấp hành giảm), tín hiệu áp suất này đi qua rónh tiết lưu 5, về khoang D, qua đường dẫn 3 để tác dụng vào nấm van 4. Nếu áp suất tăng đó thắng sức căng lũ xo1 (chỉnh sức căng bằng vít chỉnh 6) thỡ sẽ làm mở van tràn 4 và chất khớ thoỏt về cửa C rồi đi ra ngoài môi trường. Có sự thoát chất khí khi mở nấm van 4 sẽ gây áp suất khoang D giảm mạnh, vỡ thế pitụng trượt 7 lập tức đi lên kéo theo việc đóng bớt cửa thông 8. Cửa thông 8 đóng bớt sẽ giảm được áp suất cửa B xuống trở về giá trị ban đầu. Trường hợp ngược lại, nếu áp suất B lại giảm so với giá trị ban đầu (có thể do vỡ mức độ tiêu thụ chất khí của bộ phận chấp hành tăng lên) thỡ nấm van 4 đóng lại, áp suất khoang D tăng lên, pitông trượt 7 đi xuống để mở lại lối thông 8 rộng ra như cũ, mức cấp chất khí tới B tăng, như vậy áp suất cửa B lại về giá trị đó đặt. Bằng hỡnh thức hoạt động như trên, van này có khả năng luôn luôn giữ được giá trị áp suất sau van không đổi (pB=constant), không phụ thuộc vào áp suất nguồn cấp và cũng không phụ thuộc vào mức độ tiêu thụ chất khí của bộ phận chấp hành sau van nhiều hay ít. Sử dụng vít chỉnh 6 để tăng hoặc giảm (đặt áp suất làm việc) ỏp suất cụng tỏc của van. 6.4.6. VAN TIẾT LƯU MỘT CHIỀU KHÍ NẫN Van tiết lưu trong hệ thống truyền động khí nén có tác dụng gây sức cản làm giảm áp suất chất khí qua van. Về nguyên tắc, cơ cấu làm việc của van tiết lưu chủ yếu là có nhiệm vụ thu hẹp dũng chảy của chất khớ qua van, do đó tăng tổn thất cục bộ tại van. Chính vỡ tổn thất tăng mà kéo theo sự giảm áp suất qua van. Giá trị tổn thất thủy khí nhỏ nên chuyển thành nhiệt ít, do vậy chất khí nóng lên không đáng kể.

(a) (b) Hỡnh 6.7. Sơ đồ cấu tạo và ký hiệu nhúm van tiết lưu-một chiều khí nén Hỡnh 6.7-a là sơ đồ cấu tạo nhóm van tiết lưu lắp song song với van một chiều. Loại van này cho phép chất khí đi theo một chiều một cách tự do, nhưng lại điều tiết được chất khí đi theo chiều ngược lại. Do van có kết cấu như hỡnh 6.7, nếu khớ nộn cấp vào cửa A thỡ nú dễ dàng đi thẳng về B. Nhưng nếu chất khí cấp vào từ cửa B thỡ khi đó bi cầu D đóng lại, khi đó chất khí buộc phải đi qua rónh F về khoang C và ra cửa A, như vậy mức độ lưu thông của chất khí do vít chỉnh V quyết định. Vít V có thể mở hết cỡ để tạo thành đường dẫn bỡnh thường hoặc đóng kín hoàn toàn. Trong trường hợp vít V đóng hoàn toàn thỡ nhúm van lỳc này trở thành van một chiều. Trong cụng nghiệp và lĩnh vực tàu thủy, loại van này thường được sử dụng để điều khiển sự hoạt động các pitông trợ lực hay đóng mở cơ cấu chấp hành khí nén. Hỡnh 6.7-b là ký hiệu van tiết lưu lắp song song với van một chiều.

6.5. ỨNG DỤNG CỦA TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NẫN 6.5.1. ĐIỀU KHIểN XILANH LỰC KHÍ NẫN

Hỡnh 6.8. Sơ đồ ứng dụng các van 3/2 và 5/2 trong truyền động khí nén (a) Điều khiển trực tiếp bằng van 3/2 cho xilanh lực tác dụng hai phía (b) Điều khiển trực tiếp bằng van 3/2 cho xilanh lực tác dụng một phía (c) Điều khiển gián tiếp van 5/2 bằng van 3/2 cho xilanh lực tỏc dụng hai phớa Hỡnh 6.8-a là sơ đồ điều khiển sự hoạt động của xilanh lực tác dụng hai phía trực tiếp bằng một cặp van 3/2. Hỡnh 6.8-b là sơ đồ điều khiển sự hoạt động của xilanh lực tác dụng một phía trực tiếp bằng một van 3/2, chiều chuyển động ngược trở lại của pitông lực nhờ vào lũ xo bờn trong xilanh. Hỡnh 6.8-c là sơ đồ điều khiển sự hoạt động của xilanh lực tác dụng hai phía gián tiếp qua van 5/2 bằng một cặp van 3/2. Van 5/2 trong trường hợp này phải là van phân phối khí nén được điều khiển bằng khớ nộn. 6.5.2. ỨNG DỤNG CỦA VAN "SHUTTLE"

Hỡnh 6.9. Sơ đồ ứng dụng van một chiều tự lựa (Shuttle valve) Van một chiều tự lựa (Shuttle valve) cũn được gọi là van "hoặc-or", có tác dụng tự động đóng một trong hai cửa tuỳ theo tín hiệu áp suất công tác trong hệ truyền động khí nén. Theo sơ đồ trên hỡnh 6.9, chỳng ta cú thể điều khiển sự hoạt động của xilanh lực bằng một van 3/2 bên trái hoặc van 3/2 bên phải mà chúng đều cho khả năng công tác của hệ thống như nhau. 6.5.3 ỨNG DỤNG CỦA VAN TIẾT LƯU MỘT CHIỀU ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ CƠ CẤU CHẤP HÀNH

Hỡnh 6.10. Sơ đồ điều chỉnh tốc độ cơ cấu chấp hành bằng cách lắp đặt van tiết lưu một chiều-"shuttle valve" Sơ đồ hỡnh 6.10-a cho ta thấy điều chỉnh tốc độ thực hiện cơ cấu chấp hành bằng cách lắp đặt van tiết lưu một chiều vào trước xilanh lực. Hỡnh 6.10-b , điều chỉnh tốc độ thực hiện nhờ việc lắp đặt hai van tiết lưu một chiều vào trước và sau xilanh. Hỡnh 6.10-c, hoặc cũng cú thể thay đổi tốc độ thực hiện cơ cấu chấp hành bằng cách lắp đặt nối tiếp hai van tiết lưu một chiều vào trước xilanh lực. Tuy nhiên, việc lựa chọn phương án thiết kế cần phải cân nhắc để hệ thống truyền động phù hợp với yêu cầu công tác. 6.5.4. BỘ GIỮ CHẬM THỜI GIAN KHÍ NẫN Trong một số hệ truyền động khí nén, nhiều khi cần phải bảo đảm những khoảng thời gian nhất định giữa các động tác của từng cơ cấu chấp hành khí nén. Để thực hiện mục đích này, người ta sử dụng các thiết bị giữ chậm thời gian khí nén thay vỡ cỏc bộ giữ chậm thời gian bằng điện-điện tử, thủy lực...bởi không phải dùng thêm một loại nguồn năng lượng khác không phải là khí nén. Nếu như khí nén được lọc sạch thỡ cỏc rơle (relay) khí nén sẽ làm việc tin cậy, độ bền cao. Việc giữ chậm thời gian của rơle khí nén được thực hiện hoặc nhờ quá trỡnh nạp khí vào một thể tích không đổi bỡnh chứa V, hoặc dựa trờn quỏ trỡnh xả khớ từ thể tớch đó ra ngoài qua một tiết lưu (điều chỉnh được), hay cũng có thể dựa trên việc sử dụng đồng thời cả hai quá trỡnh đó. Thời gian tăng áp (hoặc giảm áp) tới một giá trị nhất định ở trong khoang chứa khí nén V sẽ xác định thời gian giữ chậm của rơle. Việc điều chỉnh thời gian này có thể thực hiện bằng 3 cách: điều chỉnh tiết lưu, điều chỉnh thể tích khoang chứa V hoặc đồng thời điều chỉnh cả hai.

Hỡnh 6.11. Sơ đồ hệ thống điều khiển có sử dụng bộ giữ chậm thời gian khí nộn Sơ đồ hỡnh 6.11 là hệ thống điều khiển xilanh lực dừng (trễ) ở thời điểm đầu hành trỡnh lựi của pitụng lực nhờ bộ giữ chậm thời gian khớ nộn. Tức là sau khi pitụng lực đi hết hành trỡnh tiến về phải, đầu pitông lực tỡ vào van 3/2 để cấp khí điều khiển về van 5/2. Khí nén điều khiển trước khi đến van 5/2 phải qua van tiết lưu một chiều, đến rơle thời gian kiểu màng với sự phối hợp của bỡnh tớch năng V. Van 5/2 không được tác động ngay mà bị trỡ hoón sau một khoảng thời gian do van tiết lưu một chiều và bỡnh tớch năng V. Cụ thể là, tín hiệu khí nén qua tiết lưu để sau một khoảng thời gian áp suất trong bỡnh V đạt tới giá trị áp suất đủ lớn để tác động điều khiển van 5/2 làm việc ở vị trí trái của nó, khi đó pitông mới được đi về trái. 6.5.5 TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TIẾN VÀ LÙI CƠ CẤU CHẤP HÀNH

Hỡnh 6.12. Hệ tự động điều khiển tiến và lùi cơ cấu chấp hành Trờn hỡnh 6.12 là sơ đồ hệ thống tự động điều khiển tiến và lùi pitông lực nhờ vào cảm biến vị trớ cuối hành trỡnh của nú vào một trong hai van điều khiển 3/2. Ví dụ, khi pitông lực dịch hết về bên phải, tín hiệu di chuyển của cần pitông lực tác động tỳ vào van 3/2(b) làm cho van điều khiển này nối thông cửa 1 về cửa 2 của van 3/2(b). Do đó van 5/2 được điều khiển để pitông lực quay về trái. Khi pitông về hết trái lại tác động vào van 3/2(a), van 3/2(a) điều khiển van 5/2 để cho pitông lực lại dịch về phải. Cứ như thế, hệ này hoạt động tự động tuần hoàn trỏi-phải trừ khi van ON-OFF (c) được đưa về vị trớ OFF.

6.5.6 HỆ THỐNG HOẠT ĐỘNG THEO TRèNH TỰ A+,B+,A-,B-.

Hỡnh 6.13. Hệ thống khí nén hoạt động theo trỡnh tự: A+, B+, A-, B-. Hệ thống khí nén hoạt động theo trỡnh tự: A+, B+, A-, B- tức là hệ thống truyền động khí nén được thiết kế điều khiển sao cho pitông lực A dịch hết phải, tiếp đó pitông B dịch hết phải, sau đó pitông A dịch về trái và cuối cùng theo trỡnh tự là pitụng B dịch về trỏi. Sau đó, hệ pitông A, B lại hoạt động lặp lại theo trỡnh tự trờn. Thực vậy, sơ đồ hỡnh 6.13 cho ta thấy: khi pitông A dịch hết phải, tác động vào a(+), điều khiển khí nén đến van 5/2(b), làm cho pitông B dịch phải. Khi pitông B dịch hết phải sẽ tác động vào van 3/2(b), từ đó chuyển khí nén đến van 5/2(a), điều khiển pitông A quay về trái. Cứ như vậy, cặp pitông A và B hoạt động theo trỡnh tự A+, B+, A-, B-. 6.5.7. TỰ ĐỘNG TRỞ LẠI NHỜ VAN NHẠY CẢM ÁP SUẤT (PRESSURE SENSITIVE VALVE)

Hỡnh 6.14. Sơ đồ hệ thống tự động trở lại nhờ van nhạy cảm áp suất Van nhạy cảm ỏp suất (Pressure sensitive valve) là một van 3/2 (hai vị trí điều khiển và ba đường thông nhau), điều khiển bằng khí nén, tự phục hồi bằng lực lũ xo. Đặc điểm van này là nó có một màng đàn hồi để tiếp nhận tín hiệu khí nén điều khiển làm dịch cơ cấu điều khiển của van. Khí điều khiển cấp tới màng của van một cách liên tục và cũng xả ra môi trường bằng đường thoát nhỏ một cách liên tục. Chính vỡ thế mà van này cũn được gọi là van màng. Với độ lớn của màng khá lớn cho nên chỉ bằng một tín hiệu áp suất điều khiển có giá trị nhỏ (khoảng 0,5 bar) là đủ để van này hoạt động. Khi có tín hiệu áp suất điều khiển, van 3/2 dịch sang vị trí để cho1 thông với 2 và cửa 3 bị cô lập. Hỡnh 6.14 là sơ đồ hệ thống pitông tự động trở lại nhờ van nhạy cảm áp suất. Ví dụ: sử dụng van điều khiển 5/2(a) cấp khí vào cửa x, pitông dịch sang phải, khí thoát ra cửa y. Mặc dầu khi này khí nén từ xi lanh được xả ra môi trường qua cửa y, nhưng vỡ sức cản đướng thoát đáng kể nên tín hiệu áp suất tới van 3/2(c) cũn đủ lớn để van này duy trỡ ở vị trớ cho chớnh nú xả thụng với mụi trường. Van điều khiển 3/2(c) bị nén trả lại bằng lũ xo để cấp khí điều khiển cho pitông dịch về trái sau khi pitông dịch hết và dừng hẳn ở vị trí phải khi khí nén thoát ra khỏi xi lanh lực ra ngoài môi trường một cách hoàn toàn.

Một số ký hiệu phần tử khí nén thường gặp:

Tờn phần tử KN Ký hiệu Tờn phần tử KN Ký hiệu

Mỏy nộn khớ

Động cơ khí nén a-Động cơ 1 chiều b-Động cơ 2 chiều

a b

Ký hiệu trờn cỏc phần tử khớ nộn:

P pressure T return A,B Load-phụ tải

A B

P T Ký hiệu van P.P. 4/3 - Số vị trí đ/k

Số đường thông (số cửa nối) 2/2

6/3 Van P.P. khớ nộn 5/2. 1;2;3;4;5: ký hiệu cỏc cửa - xả ra môi trường - nguồn khớ nộn

Van P.P. khớ nộn 3/2

Tờn phần tử KN Ký hiệu Tờn phần tử KN Ký hiệu

Động cơ khí nén pitông một chiều

Van tiết lưu một chiều

Động cơ khí nén pitông hai chiều

Động cơ khí nén pitông có đ/c cuối hành trỡnh cụng tỏc

Shuttle valve - Van một chiều kộp.

a-Thường đóng b-Thường mở

a b

Van an toàn

Van ổn (giảm) ỏp

Van P.P. điều khiển bằng khí nén

A B

P x y T

Van P.P. ( chức năng tương đương) A B

x P T y

Tờn phần tử KN Ký hiệu Tờn phần tử KN Ký hiệu

Van P.P. khí nén điều khiển bằng điện, trợ lực khí nén A B

P T Bộ lọc khớ cú tỏch ẩm

a-Bầu sinh hàn

b-Bầu hõm

a b Phin lọc(Bộ lọc khớ)

Van P.P. điều khiển khí nén Van P.P. điều khiển thủy lực

Van P.P. điều khiển cơ khí Van P.P. điều khiển điện từ