TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
TỔNG QUAN VỀ KHÍ NÉN VÀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN
Khí nén, hay pneumatics trong tiếng Anh, có nguồn gốc từ từ "pneuma" trong tiếng Hy Lạp, mang nghĩa là khí, gió hoặc hơi thở Đây là một lĩnh vực khoa học công nghệ nghiên cứu và ứng dụng áp suất cùng lưu lượng khí Khí nén là dạng lưu chất, trong đó không khí hoặc các loại khí khác được nén lại để phục vụ cho việc truyền động và điều khiển các cơ cấu chấp hành Hệ thống điều khiển khí nén được thiết kế để hướng dòng khí nén theo các mạch, từ đó điều khiển các cơ cấu chấp hành thực hiện chuyển động thông qua năng lượng khí nén.
Hệ thống khí nén là lựa chọn phổ biến trong các hệ thống tự động công nghiệp nhờ vào chi phí thấp Tuy nhiên, nó chỉ phù hợp với tải nhẹ và độ chính xác trong điều khiển không cao.
- Kết cấu và sử dụng đơn giản
- Độ tin cậy làm việc cao
Độ an toàn làm việc cao là yếu tố quan trọng trong môi trường dễ cháy nổ, đồng thời sản phẩm cũng có thể được sử dụng hiệu quả trong các điều kiện khắc nghiệt như phóng xạ và hóa chất.
- Dễ dàng tự động hóa
- Giá thành thiết bị hệ thống rẻ
- Thời gian đáp ứng nhanh, tác động nhanh và có thể làm việc từ xa
- Do vận tốc của các cơ cấu chấp hành lớn nên dễ bị va đập cuối hành trình
- Do khí nhả ra các cửa nên tạo ra tiếng ồn khá lớn
Mặc dù hệ thống khí nén còn tồn tại một số hạn chế, nhưng chúng vẫn được ứng dụng phổ biến, bởi những nhược điểm này không ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả sử dụng.
MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
1 Thiết kế chế tạo bàn thí nghiệm điện – khí nén
Trong quá trình học tập tại trường, sinh viên gặp khó khăn do số lượng thiết bị và đồ dùng thí nghiệm môn Công Nghệ Thủy Lực và Khí Nén không đủ và chất lượng thiết bị đã cũ, không đáp ứng được nhu cầu nâng cao của sinh viên.
Trước những thách thức hiện tại và sự phát triển của môn học khí nén toàn cầu, việc chế tạo bộ thí nghiệm điện – khí nén trở nên cần thiết nhằm đáp ứng tầm quan trọng của các hệ thống khí nén trong ngành công nghiệp.
- Cung cấp cho sinh viên bộ thí nghiệm nhằm phục vụ cho môn học Thí Nghiệm Thủy Lực và Khí Nén
- Đƣa những kiến thức sinh viên đã học trên lớp áp dụng vào thực tế nhằm thực hiện mục tiêu học đi đôi với hành
- Với bộ thí nghiệm mới, sinh viên có khả năng nâng cao kỹ năng thiết kế và lắp ráp mạch điện – khí nén
- Bộ thí nghiệm có sử dụng PLC nhằm giúp sinh viên làm quen với PLC và hệ thống khí nén sử dụng PLC
2 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng và các bài tập thực hành:
Với cuốn tài liệu hướng dẫn:
- Thiết kế các bài tập thực hành về điện – khí nén, PLC
- Hướng dẫn sinh viên làm các bài tập thực hành
- Sinh viên dễ dàng tìm hiểu các thiết bị về khí nén cũng nhƣ điện – khí nén hay PLC
- Biết cách sử dụng thiết bị, thiết kế và lắp ráp mạch trên bộ thí nghiệm.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN – KHÍ NÉN
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hiện nay, trên thế giới có nhiều hệ thống đơn vị đo lường khác nhau, trong đó hai hệ thống phổ biến nhất là hệ Metric và hệ Imperial (hệ Anh).
Thông số Ký hiệu Hệ SI Hệ Metric
Lực F N KG Áp suất P Pa KG/cm 2
Bảng 2 1 – Các hệ thống đơn vị SI và Metric
2.1 Áp suất khí quyển Đây là áp suất tác dụng trên bề mặt trái đất do khối lƣợng không khí bao quanh trái đất là 1 atmosphere hoặc 14,7 psi, gần bằng 1 bar Khi lên cao áp suất giảm dần Áp suất khí quyển trên mặt đất thường lấy giá trị trung bình
Áp suất tương đối, hay còn gọi là áp suất dư, được xác định bằng cách so sánh với áp suất khí quyển ở mặt đất, thường ổn định và được sử dụng làm chuẩn Khi áp suất dư bằng 0, điều này có nghĩa là áp suất tương đương với áp suất khí quyển.
Áp suất khí quyển là tổng hợp của áp suất dư và được đo bằng chiều cao của cột môi chất trong chân không Giá trị chuẩn của áp suất khí quyển thường được xác định là 1013 mbar.
2.4 Áp suất khí nén Áp suất khí nén là lực tác động lên một đơn vị diện tích bề mặt chịu lực
Bảng 2 2 – Các đơn vị đo áp suất thông dụng
Khí nén tác dụng lực với giá trị bằng áp suất tác dụng lên bề mặt nhân với diện tích chịu lực
Môi chất trong bình đƣợc cung cấp áp suất và chuyển thành lực:
Nhƣ vậy lực đẩy pittong phát sinh từ áp suất đƣợc tính nhƣ sau:
P: Áp suất khí nén cấp lên xy lanh (N/m 2 )
Lưu lượng không khí được định nghĩa là lượng không khí di chuyển trong một đơn vị thời gian, và có thể được đo bằng thể tích hoặc trọng lượng.
Lít trên giây l/s dm 3 trên giây dm 3 /s Mét khối trên phút m 3 /ph Thể tích đo theo đơn vị feet khối trên phút: scfm
Bảng 2 3 – Các đơn vị lưu lượng thông dụng đo theo đơn vị thể tích
2.7 Các định luật về chất khí Định luật khí lý tưởng xác định quan hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ Khi áp dụng các định luật này, chỉ sử dụng áp suất và nhiệt độ tuyệt đối
Hình 2 1 – Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ
2.8 Định luật tổng quát Định luật tổng quát xác định mối quan hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ tuyệt đối của khối khí lý tưởng theo phương trình: Đoạn nhiệt
Quá trình nhiệt động lực diễn ra khi thể tích khí thay đổi đột ngột mà không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh, được gọi là quá trình đoạn nhiệt Trong quá trình này, phương trình nén và giản nở đoạn nhiệt được thể hiện qua công thức PV^n = const, với n là số mũ đoạn nhiệt, thường có giá trị lý tưởng là n = 1,4.
Trong xy lanh khí nén, quá trình tuy tương đối nhanh nhưng vẫn bị tổn thất qua vỏ xy lanh, mặc dù máy nén có tốc độ cao n = 1,3
Trong thực tế, khi sử dụng khí nén đoạn nhiệt trong bộ phận giảm chấn sẽ có hiện tƣợng tổn thất nhiệt trong quá trình nén
Các đặc tính nén sẽ diễn ra trong khoảng quá trình đoạn nhiệt và đẳng nhiệt Giá trị n
