BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Môn học: Công nghệ khí nén - thuỷ lực ứng dụng NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TÔ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết ñịnh số: ) Hà Nội - 2012 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể ñược phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục ñích về ñào tạo và tham khảo. Mọi mục ñích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục ñích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Mã tài liệu: MH 13 LỜI GIỚI THIỆU Trong những năm gần ñây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ñã giúp cho có sự thay ñổi vượt bậc trong cuộc sống của con người. Bên cạnh sự phát triển của các ngành như: Kỹ thuật ñiện tử, kỹ thuật tự ñộng hóa thì ngành kỹ thuật thủy khí ngày càng trở nên có ý nghĩa và chiếm một vị trí quan trọng trong một số lĩnh vực của cuộc sống, ñặc biệt trong ngành chế tạo máy và kỹ thuật ôtô, các máy công trình thì truyền ñộng thủy lực khí nén ñang có một vai trò ñáng kể do có mật ñộ công suất cao, kết cấu ñơn giản, ñộ tin cậy cao và ñặc biệt là việc bố trí các phần tử tự do và linh ñộng theo không gian và van ñiều khiển, có chi phí công suất nhỏ là những ưu ñiểm nổi bật của công nghệ truyền ñộng khí nén thủy lực. Với những ưu ñiểm như vậy, nên ở nước ta hiện nay ñã có rất nhiều máy móc sử dụng truyền ñồng thủy lực khí nén tuy nhiên số lượng những thợ giỏi về lĩnh vực này lại khá khiêm tốn. Nhằm giúp cho sinh viên có thể nắm ñược một số kiến thức cơ bản về truyền ñộng thủy lực khí nén, tiếp cận dần với công việc sửa chữa các thiết bị có liên quan trong thực tế. Nội dung của giáo trình biên soạn ñược dựa trên sự kế thừa nhiều tài liệu của các trường ñại học và cao ñẳng, kết hợp với yêu cầu nâng cao chất lượng ñào tạo cho sinh viên các trường dạy nghề trong cả nước. Để giúp cho người học có thể nắm ñược những kiến thức cơ bản của môn học thủy lực khí nén, nhóm biên soạn ñã sắp xếp môn học theo từng chương theo thứ tự: Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền ñộng bằng khí nén Chương 2: Hệ thống truyền ñộng bằng khí nén Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền ñộng bằng thủy lực Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền ñộng bằng thủy lực Kiến thức trong giáo trình ñược biên soạn theo chương trình Tổng cục Dạy nghề, sắp xếp logic và cô ñọng. . Do ñó người ñọc có thể hiểu một cách dễ dàng các nội dung trong chương trình. Mặc dù ñã rất cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận ñược ý kiến ñóng góp của người ñọc ñể lần xuất bản sau giáo trình ñược hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày… tháng…. năm 2012 Nhóm biên soạn MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG Lời giới thiệu Mục lục Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền ñộng bằng khí nén 1 Chương 2: Hệ thống truyền ñộng bằng khí nén 29 Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền ñộng bằng thủy lực 42 Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền ñộng bằng thủy lực 66 Tài liệu tham khảo 78 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC CÔNG NGHỆ KHÍ NÉN - THỦY LỰC ỨNG DỤNG Mã số của môn học: MH 13 Thời gian của môn học: 45 giờ (Lý thuyết: 45 giờ; Thực hành: 0 giờ) Vị trí, tính chất của môn học: - Vị trí: Môn học ñược bố trí giảng dạy song song với các môn học/ mô ñun sau: MH 14, MH 15, MH 16, MĐ 18, MĐ 19 - Tính chất: Là môn học kỹ thuật cơ sở bắt buộc. Mục tiêu của môn học: + Trình bày ñược ñầy ñủ các khái niệm, yêu cầu và các ñịnh luật truyền dẫn năng lượng của hệ thống truyền ñộng khí nén và thủy lực + Giải thích ñầy ñủ cấu tạo và nguyên lý hoạt ñộng của hệ thống truyền ñộng bằng khí nén và thủy lực + Nhận dạng cấu tạo và nguyên lý hoạt ñộng của các thiết bị truyền ñộng bằng khí nén và thủy lực + Tuân thủ ñúng quy ñịnh, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén + Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, tỉ mỉ 1 CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CÁC QUY LUẬT VÀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN Mã số của chương 1: MH 13 - 01 Mục tiêu: - Phát biểu ñúng các khái niệm, yêu cầu và các thông số của truyền ñộng bằng khí nén - Giải thích ñược các quy luật truyền dẫn của khí nén - Phát biểu ñúng yêu cầu, nhiệm vụ và phân loại hệ thống truyền ñộng bằng khí nén - Giải thích ñược sơ ñồ cấu tạo và nguyên lý hoạt ñộng của hệ thống truyền ñộng bằng khí nén - Nhận dạng ñược cấu tạo và nguyên lý hoạt ñộng của các thiết bị truyền ñộng bằng khí nén - Tuân thủ ñúng quy ñịnh, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén. 1.1 KHÁI NIỆM, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÍ NÉN Bên cạnh các chất lỏng thủy lực như nước và dầu, khí nén cũng là một trong những môi chất mang năng lượng và tín hiệu quan trọng nhất trong kỹ thuật thủy khí. Trong các hệ thống truyền ñộng khí nén môi chất là không khí nén – một chất “lỏng” chịu nén. Như vậy có thể lấy không khí từ môi trường, nén lại, truyền dẫn làm hoạt ñộng các ñộng cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường. Khí nén ñã ñược ứng dụng từ rất lâu, cách ñây trên 2000 năm, người ta ñã biết tạo ra khí nén, lưu trữ khí nén và sử dụng làm môi chất mang năng lượng. Vào quãng thế kỷ thứ 3 và thứ nhất trước công nguyên ở Alexandrie các nhà cơ khí Ktesibios và Heron ñã phát minh ra các thiết bị máy móc hoạt ñộng bằng khí nén. Tuy nhiên lịch sử phát triển của kỹ thuật khí nén cũng có những bước thăng trầm. Một mặt do trình ñộ kỹ thuật công nghệ các thời kỳ trước chưa tương xứng, mặt khác còn có sự cạnh tranh gay gắt của các hệ thống truyền năng lượng khác như ñộng cơ nhiệt, truyền ñộng ñiện… mà mãi ñến những năm gần ñây kỹ thuật khí nén mới lại có ñược vai trò xứng ñáng của nó trong sản xuất. Thời kỳ bùng nổ của kỹ thuật khí nén bắt ñầu cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật ñiều khiển và tự ñộng hóa của các quá trình sản xuất, nhất là khi có sự tham gia của kỹ thuật ñiện tử và kỹ thuật tính hiện ñại. Ngày nay khí nén ñã tham gia vào hầu hết các lĩnh vực sản xuất như chế tạo máy, xây dựng, kỹ thuật xe hơi, kỹ thuật y học, kỹ thuật rô bot, khai khoáng… 2 1.1.1 Khái niệm 1.1.1.1 Khái niệm Là hệ thống truyền ñộng lấy không khí từ môi trường ngoài, nén lại truyền dẫn làm hoạt ñộng các ñộng cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường. 1.1.1.2 Sản xuất khí nén Hệ thống ñiều khiển khí nén hoạt ñộng dựa vào nguồn cung cấp khí nén, nguồn khí này phải ñược sản xuất thường xuyên với lượng thể tích ñầy ñủ với một áp suất nhất ñịnh thích hợp cho năng lượng hệ thống. a. Máy nén khí Máy nén khí là máy có nhiệm vụ thu hút không khí, hơi ẩm, khí ñốt ở một áp suất nhất ñịnh và tạo ra nguồn lưu chất có áp suất cao hơn. b. Các loại máy nén khí công suất nhỏ thường sử dụng Máy nén khí ñược phân loại theo áp suất hoặc theo nguyên lý hoạt ñộng. Đối với nguyên lý hoạt ñộng ta có: - Máy nén theo nguyên lý thể tích: máy nén pít tông, máy nén khí kiểu trục vít, máy nén cánh gạt. - Máy nén tuốc bin là ñược dùng cho công suất rất lớn và không kinh tế khi sử dụng lưu lượng dưới mức 600 m 3 /phút. Vì thế nó không mang lại áp suất cần thiết cho ứng dụng ñiều khiển khí nén và hiếm khi sử dụng. * Máy nén kiểu piston Máy nén pít tông (hình 1.1) là máy nén phổ biến nhất và có thể cung cấp năng suất ñến 500 m 3 /phút. Máy nén 1 pít tông có thể nén khí khoảng 6 bar và ngoại lệ có thể ñến 10 bar; máy nén kiểu pít tông hai cấp có thể nén ñến 15 bar; 3-4 cấp lên ñến 250 bar. Hình 1.1. Máy nén khí kiểu piston 3 * Máy nén khí kiểu trục vít Máy nén trục vít làm việc theo nguyên lý thay ñổi thể tích. Thể tích không gian giữa hai răng kề nhau và vỏ sẽ thay ñổi khi trục trục vít quay. Do các rô to ñược chế tạo ở dạng trục vít nên ñiểm nén sẽ dịch chuyển từ cửa nạp ñến cửa ñẩy. Phần chính của máy nén trục vít gồm 2 roto: roto chính 2 và rô to phụ 1, (hình 1.3). Số ñầu mối ren trên rô to xác ñịnh thể tích làm việc của máy, có nghĩa là thể tích không khí cuốn vào trong một vòng quay. Số ñầu mối ren càng lớn thể tích làm việc càng nhỏ. Số ñầu mối ren của hai rô to khác nhau sẽ cho hiệu suất cao hơn. Hình 1.2. Cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít Hình 1.3. Quá trình hút, nén và ñẩy của máy nén trục vít 4 * Máy nén kiểu cánh quạt (Rotary compressors) Nguyên lý hoạt ñộng của máy nén khí kiểu cánh gạt mô tả ở hình 1.2: không khí sẽ ñược vào buồng hút. Nhờ rôto và stato ñặt lệch tâm, nên khi rôto quay chiều sang phải, thì không khí vào buồng nén. Sau ñó khí nén sẽ ñi ra buồng ñẩy. Hình 1.4. Máy nén khí kiểu cánh gạt 1.1.1.3 Phân phối khí nén a. Phân phối khí nén Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển không khí nén từ nơi sản xuất ñến nơi tiêu thụ, ñảm bảo áp suất p và lưu lượng Q và chất lượng khí nén cho các thiết bị làm việc, ví dụ như van, ñộng cơ khí, xy lanh khí… Hình 1.5. Hệ thống, thiết bị phân phối khí nén 5 Truyền tải không khí nén ñược thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, chú ý ñối với hệ thống ống dẫn khí có thể là mạng ñường ống ñược lắp ráp cố ñịnh (trong toàn nhà máy) và mạng ñường ống lắp ráp trong từng thiết bị, trong từng máy mô tả ở hình 1.3. Đối với hệ thống phân phối khí nén ngoài tiêu chuẩn chọn máy nén khí hợp lí, tiêu chuẩn chọn ñúng các thông số của hệ thống ống dẫn ( ñường kính ống, vật liệu ống); cách lắp ñặt hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống phẫn phối cũng ñóng vai trò quan trọng về phương diện kinh tế cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống ñiều khiển khí nén. * Bình nhận và trích khí nén Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén của máy nén khí chuyển ñến, trích chứa, ngưng tụ và tách nước trước khi chuyển ñến nơi tiêu thụ. Kích thước của bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí, công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng vàphương pháp sử dụng khí nén. Bình trích chứa khí nén có thể ñặt nằm ngang, nằm ñứng. Đường ống ra của khí nén bao giờ cũng nằm ở vị trí cao nhất của bình trích chứa (hình 1.6). Hình 1.6. Các loại bình trích chứa khí nén * Đường ống Đường ống dẫn khí nén có ñường kính trong vài milimet trở lên. Chúng ñược làm bằng các vật liệu cao su, nhựa hoặc kim loại. Thông số cơ bản kích thước ống (ñường kính bên trong) phụ thuộc vào: vận tốc dòng chảy cho phép, tổn thất áp suất cho phép, áp suất làm việc, chiều dài ống, lưu lượng, hệ số cản trở dòng chảy và các phụ kiện nối ống. [...]... và truy n ñ ng cơ khí Hơn n a trong quá trình nén nhi t ñ c a khí nén tăng lên, có th gây ra ô xy hóa m t s ph n t c a h th ng Do ñó vi c x lý khí nén c n ph i th c hi n b t bu c Khí nén không ñư c x lý thích h p s gây hư h ng ho c gây tr ng i tính làm vi c 7 c a các ph n t khí nén Đ c bi t s d ng khí nén trong h th ng ñi u khi n ñòi h i ch t lư ng khí nén r t cao M c ñ x lý khí nén tùy thu c vào t... các thi t b truy n ñ ng b ng khí nén - Tuân th ñúng quy ñ nh, quy ph m v lĩnh v c th y l c và khí nén 2.1 NHI M V , YÊU C U, PHÂN LO I H B NG KHÍ NÉN 2.1.1 Nhi m v TH NG TRUY N Đ NG Bi n th năng c a khí nén d ng áp su t (P) và lưu lư ng (Q), thành cơ năng d ng chuy n ñ ng t nh ti n ho c chuy n ñ ng quay 2.1.2 Yêu c u 2.1.2.1 V khí nén Khí nén ñư c t o ra t nh ng máy nén khí ch a ñ ng r t nhi u ch t... i năng lư ng khí nén g m: các máy nén khí (bi n năng lư ng cơ h c thành áp năng tích lũy trong khí nén) , các ñ ng cơ và xi lanh khí nén (bi n năng lư ng tích lũy trong khí nén thành năng lư ng cơ h c d ng chuy n ñ ng quay, chuy n ñ ng th ng ho c chuy n ñ ng l c) Chính vì v y h th ng truy n ñ ng khí nén c n ñ m b o các yêu c u: - K t c u ñơn gi n, d b o dư ng s a ch a - Tu i th và ñ kín khít gi a các... tr ng th p − Dòng khí nén thoát ra ñư ng d n gây ti ng n − Không ñi u khi n ñư c quá trình trung gian gi a 2 ngư ng 1.1.2.3 Yêu c u v h th ng truy n ñ ng b ng khí nén H th ng truy n ñ ng khí nén g m có các b ph n ñ chuy n ñ i năng lư ng khí nén, các b ph n ñ ñi u khi n h th ng, ñ ñi u khi n và ñi u ch nh môi ch t, ngoài ra còn có các b ph n ñ chu n b khí nén, lưu gi và phân ph i khí nén Các b ph n chuy... không khí, nh ng ph n t nh , c n bã c a d u bôi trơn và truy n ñ ng cơ khí Khí nén khi mang ch t b n t i ñi trong nh ng ng d n khí s gây nên s ăn mòn, r sét trong ng và trong các ph n t c a h th ng ñi u khi n Vì v y, khí nén ñư c s d ng trong h th ng khí nén ph i ñư c x lý Tùy thu c vào ph m vi s d ng mà xác ñ nh yêu c u ch t lư ng c a khí nén tương ng cho t ng trư ng h p c th H th ng x lý khí nén ñư... Các phương trình tính toán * Phương trình tr ng thái nhi t ñ ng h c Gi thi t khí nén trong h th ng g n như là khí lý tư ng Phương trình tr ng thái nhi t t ng quát c a khí nén: pabs V = m.R.T Trong ñó: pabs: Áp su t tuy t ñ i [bar] V: Th tích c a khí nén [m3] m: Kh i lư ng [kg] R: H ng s khí [J/kg.K] T: Nhi t ñ Kelvin [K] p abs V = m.R T Hay: p1abs V1 p 2 abs V2 = T1 T2 Kh i lư ng không khí m ñư c tính... trong h th ng ñi u khi n khí nén mà nó r t quan tr ng trong ñi u khi n th y l c 1.2 CÁC QUY LU T TRUY N D N B NG KHÍ NÉN 1.2.1 Các phương trình tính toán dòng ch y khí nén 1.2.1.1 Các ñ i lư ng v t lý cơ b n c a không khí B ng 1.2 Các ñ i lư ng v t lý cơ b n c a không khí Giá tr Đơn v Ghi chú Stt Đ i lư ng v t lý K.hi u 3 1 Kh i lư ng riêng ρn 1,293 kg/m T=273K, Pa=760 2 H ng s khí R 287 J/kg.K 3 T c... th c t không th th c hi n ñư c quá trình ñ ng nhi t hay ño n nhi t Quá trình x y ra thư ng n m trong kho ng gi a quá trình ñ ng nhi t và quá trình ño n nhi t g i là quá trình ña bi n và có phương trình: 14 n n p1.v1n v   T  n−1 p Hay 1 =  2  =  2  T  p 2  v1     1 n = p2.v2 = h ng s Quá trình ñ ng nhi t: Quá trình ñ ng áp: Quá trình ño n nhi t: Quá trình ñ ng tích: n = 1 n = 0 n = k...      p v  T  W = 1 1 1 − 2  k − 1  T1    Công k thu t Wt là công c n thi t ñ nén lư ng không khí (Ví d trong máy nén khí) ho c là công th c hi n khi áp su t khí giãn n Di n tích m t ph ng 1, 2, 3, 4 trong hình 1.11 là công th c hi n ñ nén hay công th c hi n khí áp su t khí giãn n cho 1 kg không khí, có giá tr :   v  k −1  k p1 v1 1 −  1   Wt =   k −1   v2     k −1  ... ng h c khí nén nh và t n th t áp su t trên ñư ng d n ít − Do tr ng lư ng c a các ph n t trong h th ng ñi u khi n b ng khí nén nh , hơn n a kh năng giãn n c a áp su t khí l n, n n truy n ñ ng có th ñ t ñư c v n t c r t cao 1.1.2.2 Như c ñi m c a h th ng truy n ñ ng b ng khí nén − Th i gian ñáp ng ch m so v i ñi n t − Kh năng l p trình kém vì c ng k nh so v i ñi n t , ch ñi u khi n theo chương trình có . thống ống d n, bảo hành hệ thống ph n phối cũng ñóng vai trò quan trọng về phương di n kinh tế cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống ñiều khi n khí n n. * Bình nh n và trích khí n n Bình. thống truy n ñộng bằng khí n n Hệ thống truy n ñộng khí n n gồm có các bộ ph n ñể chuy n ñổi n ng lượng khí n n, các bộ ph n ñể ñiều khi n hệ thống, ñể ñiều khi n và ñiều chỉnh môi chất, ngoài. c n có các bộ ph n ñể chu n bị khí n n, lưu giữ và ph n phối khí n n Các bộ ph n chuy n ñổi n ng lượng khí n n gồm: các máy n n khí (bi n năng lượng cơ học thành áp n ng tích lũy trong khí n n) ,