Bài giảng Hệ thống khí nén & thủy lực - Chương: Hệ thống khí nén thủy lực - Nguyễn Thanh Điểu

/10/2021 
Hệ thống điều khiển thủy lực được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp như: máy ép áp lực, máy nâng chuyển, máy công cụ gia công kim loại, máy dập, múc xúc, máy tời... 
Máy cắt giấy và hệ thống cấp dung dịch vào chai 
bằng hệ thống khí nén 
Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực 
12 
11/10/2021 
Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực 
13 
11/10/2021 
Hệ thống nâng bảo d ưỡng xe 
Tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén 
Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực 
14 
11/10/2021 
Máy cán thủy lực 
Máy ép đế giày 
Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực 
15 
11/10/2021 
Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực 
Vận chuyển bằng khí nén 
Đóng gói sản phẩm 
16 
11/10/2021 
Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực 
17 
11/10/2021 
Cánh tay Robot phân loại sản phẩm 
10/11/2021 
Máy khoan tự động bằng khí nén 
Ứng dụng của truyền động KN, TL 
10/11/2021 
Ứng dụng của truyền động KN, TL 
Cánh tay Robot phân loại sản phẩm 
Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực 
20 
11/10/2021 
Xy lanh A 
Xy lanh B 
S1 
S2 
S3 
S4 
B1 
Quy trình đ ẩy chi tiết với hai xy lanh 
Ứng dụng truyền động khí nén- Thủy lực 
21 
11/10/2021 
 So sánh hệ thống khí nén, thủy lực 
Các chỉ tiêu so sánh 
Khí nén 
Thủy lực 
Áp suất 
(5-10) bar 
(1-400) bar hoặc lớn hơn 
Lực 
Nhỏ  trung bình 
Lớn 
Giá thành các phần tử 
Rẻ, (cho phép rò rĩ khí) 
Đắt (5-10) lần khí nén, độ chính xác cao, không rò rĩ dầu 
Đường truyền dẫn 
Ống nhựa, lắp ráp nhanh bằng tay. 
Không có đường hồi khí về sau sử dụng 
Ống dẫn làm bằng kim loại, đầu nối phức tạp, đắt tiền 
Có hệ thống hồi dầu về bể chứa 
Độ chính xác vị trí hành trình 
Ít tốt hơn , vì không khí bị nén 
Tốt, vì dầu không có sự đàn hồi 
Nguồn năng lượng 
khí 
Dầu 
Tạo chuyển động thẳng 
Đơn giản nhờ xi lanh truyền lực 
Đơn giản nhờ xi lanh truyền lực 
22 
11/10/2021 
Ư u nhược điểm khí nén 
Ư U ĐIỂM 
Độ an toàn làm việc cao trong môi tr ư ờng dễ cháy nổ và có thể làm việc trong môi tr ư ờng khắc nghiệt nh ư phóng xạ hoặc hoá chất. 
Độ tin cậy làm việc cao. 
Kết cấu, sử dụng và đ iều khiển đơ n giản. 
Dễ dàng tự đ ộng hoá. 
Thời gian đ áp ứng nhanh, tác đ ộng nhanh và có thể làm việc từ xa. 
Giá thành thiết kế hệ thống rẻ. 
23 
11/10/2021 
NH Ư ỢC ĐIỂM 
Kích th ư ớc lớn h ơ n so với hệ thống thủy lực có cùng công suất. 
Tính nén đư ợc của khí ảnh h ư ởng tới chất l ư ợng làm việc của hệ thống. 
Do khí xả ra qua các cửa tạo nên âm thanh khá ồn. 
Do vận tốc của các c ơ cấu chấp hành khí nén lớn nên dễ xảy ra va đ ập ở cuối hành trình. 
Việc đ iều khiển theo quy luật vận tốc cho tr ư ớc và dừng lại ở vị trí trung gian cũng khó thực hiện đư ợc chính xác nh ư đ ối với các hệ thống khác. 
Ư u nhược điểm khí nén 
24 
11/10/2021 
Ư u nhược điểm Thủy lực 
Ư U ĐIỂM 
Truyền c ơ ng suất cao, lực lớn, áp suất lớn . 
Điều chỉnh v ơ cấp về lực, hành trình, tốc độ. 
Dễ đề phịng quá tải. 
Làm việc êm, ít ồn hơn khí nén. 
Kh ơ ng cần b ơ i trơn. 
Điều khiển chính xác các cơ cấu chấp hành. 
Ứng dụng các tải trọng cao. 
25 
11/10/2021 
NHƯỢC ĐIỂM 
Tổn thất cao, hiệu suất thấp so với truyền động khí nén. 
Nhiệt độ làm thay đổi độ nhớt của dầu  ảnh hưởng đến thông số kỹ thuật . 
Dễ rò rĩ dầu  lãng phí dầu, ảnh hưởng môi trường. 
Các phần tử( van, xi lanh, ống dẫn, đầu nối..) yêu cầu độ chính xác cao  giá thành cao . 
Ư u nhược điểm thủy lực 
26 
11/10/2021 
C Ơ SỞ LÝ THUYẾT 
ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ 
	Khí là một trong ba trạng thái c ơ bản của vật chất. Khí cũng có đ ặc tính t ươ ng tự với chất lỏng là không có hình dạng xác đ ịnh mà có hình dạng phụ thuộc vào hình dạng của vật chứa và áp suất truyền theo mọi h ư ớng . 
	Khí khác với chất lỏng là không có thể tích cố đ ịnh. Khí có thể đư ợc nén ở áp suất cao còn chất lỏng thì chỉ nén đư ợc với một thể tích rất nhỏ (có thể đư ợc xem nh ư không nén đư ợc). 
27 
11/10/2021 
TỶ TRỌNG 
	Các thí nghiệm ban đ ầu về các trạng thái khí và không khí đư ợc thực hiện bởi các nhà khoa học nh ư Boyle và Charles . Các kết quả của các thí nghiệm chỉ ra đ ặc tính của khí theo các quy luật sau, quy luật này đư ợc biết nh ư là đ ịnh luật khí lý t ư ởng . 
= R = const (hằng số) 
	 P: Áp suất tuyệt đ ối (bar). 
V: Thể tích (m 3 ). 
T: nhiệt đ ộ ( 0 K). 
C Ơ SỞ LÝ THUYẾT 
28 
11/10/2021 
Đ Ơ N VỊ SỬ DỤNG 
Có 3 hệ thống đơ n vị th ư ờng đư ợc sử dụng là: 
Hệ thống đơ n vị Metric : mét, kilôgram và giây 
Hệ thống Imperial System: foot, pound, giây 
Hệ thống đơ n vị SI: mét, newton, giây 
29 
11/10/2021 
ÁP SUẤT 
Áp suất khí quyển: Đây là áp suất tạo ra trên bề mặt trái đ ất bằng khối l ư ợng không khí bao quanh trái đ ất là 14,7 psi (Pound/inch). Áp suất khí quyển là áp suất không khí bao quanh chúng ta (1 bar) 
Áp suất d ư (Áp suất t ươ ng đ ối): áp suất sẽ đư ợc đ o với mức chuẩn là áp suất khí quyển. Áp suất d ư bằng 0 chính là áp suất khí quyển 
Áp suất tuyệt đ ối: 
	 Áp suất tuyệt đ ối = Áp suất d ư + Áp suất khí quyển. 
	Áp suất khí quyển có thể đ o bằng chiều cao của cột dung dịch trong chân không (1013 mbar = 1000 mbar) 
30 
11/10/2021 
ÁP SUẤT 
Chân không tuyệt đối 
P v 
P g 
P ab 
Áp suất khí quyển 
Quan hệ các loại áp suất 
1 atm 
1,033 at 
1,013 bar 
Áp suất dư 
Chân không 
P 
Ví dụ: Bơm xe đạp 
31 
11/10/2021 
11/10/2021 
32 
Quan hệ các loại áp suất 
ÁP SUẤT 
 Áp suất khí nén : áp suất khí nén là lực tác đ ộng trên một đơ n vị diện tích. 
(N/m 2 ) 
1Pa=1 N/m 2 = 10- 5 bar 
1bar= 10 5 N/m 2 = 10 5 Pa 
1atm= 1,033at= 1,013bar 
33 
11/10/2021 
LỰC 
Khí nén tạo thành lực với giá trị bằng áp suất tác dụng lên bề mặt nhân với diện tích tác dụng. 
Dung dịch trong bình đư ợc cung cấp áp suất và chuyển thành lực. 
Nh ư vậy lực đ ẩy ra của piston sinh ra bởi áp suất khí đư ợc tính bằng cách nhân diện tích hiệu dụng với áp suất. 
Với : 	 
F : Lực đ ẩy ra của piston (N). 
D : Đ ư ờng kính piston (m). 
P : Áp suất khí nén cấp lên xy lanh (N/m 2 ). 
D m 
P bar 
34 
11/10/2021 
L Ư U L Ư ỢNG 
L ư u l ư ợng đư ợc đ o là một thể tích không khí tự do đ i qua trong một đơ n vị thời gian . Đ ơ n vị th ư ờng sử dụng: 
	Lít hoặc dm 3 trên giây : l/s hoặc dm 3 /s. 
	Thể tích trên phút : m 3 /ph. 
	Thể tích đ o trên đơ n vị feet trên 1 phút : scfm. 
L ư u l ư ợng th ư ờng đư ợc tính bằng 
lít khí tự do trên một đơ n vị thời gian. 
	- 1 m 3 /s = 35.31 scfm. 
- 1 dm 3 /s = 2.1 scfm. 
	- 1 scfm = 0.472 l/s. 
- 1 scfm = 0.0283 m 3 /phút. 
Mối t ươ ng quan giữa áp suất và thể tích khí 
35 
11/10/2021 
CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ 
Định luật khí lý t ư ởng : Biểu diễn mối liên hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt đ ộ. Khi áp dụng các đ ịnh luật này chúng ta chỉ sử dụng áp suất và nhiệt đ ộ tuyệt đ ối. 
Đẳng áp : 	 
Đẳng tích : 	 
Đẳng nhiệt : 
P.V = const 
36 
11/10/2021 
0 
2 
4 
6 
8 
16 
0 
2 
4 
6 
8 
10 
12 
Volume V 
P (bar) 
P1.V1 = P2.V2 = constant 
10 
12 
14 
14 
16 
0 
2 
4 
6 
8 
16 
0 
2 
4 
6 
8 
10 
12 
10 
12 
14 
14 
16 
V 
P1.V1 = P2.V2 = constant 
P (bar) 
0 
2 
4 
6 
8 
16 
0 
2 
4 
6 
8 
10 
12 
10 
12 
14 
14 
16 
V 
P1.V1 = P2.V2 = constant 
P (bar) 
0 
2 
4 
6 
8 
16 
0 
2 
4 
6 
8 
10 
12 
10 
12 
14 
14 
16 
V 
P (bar) 
P1.V1 = P2.V2 = constant 
ĐẲNG NHIỆT 
Định luật Boyle-Mariotte: 
Tích của áp suất tuyệt đ ối và thể tích của khối khí luôn là hằng số nếu nhiệt đ ộ của khí không thay đ ổi. 
Biểu đ ồ đ ẳng nhiệt 
CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ 
37 
11/10/2021 
CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ 
ĐẲNG TÍCH 
0 
5 
10 
20 
-60 
-40 
-20 
0 
20 
40 
60 
Nhiệt độ 
Celsius 
15 
80 
100 
0 
2 
4 
6 
8 
bar 
10 
12 
14 
16 
P1 P2 
T1 (K) T2 (K) 
= c 
= 
P (bar) 
0 
5 
10 
20 
-60 
-40 
-20 
0 
20 
40 
60 
15 
80 
100 
0 
2 
4 
6 
8 
bar 
10 
12 
14 
16 
P1 P2 
T1 (K) T2 (K) 
= c 
= 
Nhiệt độ 
Celsius 
P (bar) 
0 
5 
10 
20 
-60 
-40 
-20 
0 
20 
40 
60 
Nhiệt độ 
Celsius 
15 
80 
100 
0 
2 
4 
6 
8 
bar 
10 
12 
14 
16 
P1 P2 
T1 (K) T2 (K) 
= c 
= 
P (bar) 
Nhiệt độ 
Celsius 
0 
5 
10 
-60 
-40 
-20 
0 
20 
40 
60 
P (bar) 
15 
80 
100 
0 
2 
4 
6 
8 
bar 
10 
12 
14 
16 
P1 P2 
T1 (K) T2 (K) 
= c 
= 
Từ đ ịnh luật Boyle và Charles chúng ta có thể nhận thấy rằng nếu thể tích của một khối khí đư ợc giữ ở một giá trị không đ ổi thì áp suất sẽ tỷ lệ với nhiệt đ ộ tuyệt đ ối 0 K. 
Định luật Gay-Lussac: Áp suất tuyệt đ ối của khí tỷ lệ thuận với nhiệt đ ộ tuyệt đ ối của nó (thể tích khí không đ ổi V = const). 
0 0 C = 273 0 K. 
38 
11/10/2021 
CÁC ĐỊNH LUẬT KHÍ 
0 
0.25 
0.5 
0.75 
1 
2 
-60 
-40 
-20 
0 
20 
40 
60 
V 
Nhiệt độ (Celsius) 
1.25 
1.5 
1.75 
80 
100 
293K 
V1 V2 
T1 (K) T2 (K) 
= c 
= 
0 
0.25 
0.5 
0.75 
1 
2 
-60 
-40 
-20 
0 
20 
40 
60 
Volume 
Nhiệt độ (Celsius) 
1.25 
1.5 
1.75 
80 
100 
366.25K 
V1 V2 
T1 (K) T2 (K) 
= c 
= 
0 
0.25 
0.5 
0.75 
1 
2 
-60 
-40 
-20 
0 
20 
40 
60 
Volume 
Nhiệt độ (Celsius) 
1.25 
1.5 
1.75 
80 
100 
219.75K 
V1 V2 
T1 (K) T2 (K) 
= c 
= 
0 
0.25 
0.5 
0.75 
1 
2 
-60 
-40 
-20 
0 
20 
40 
60 
Volume 
Nhiệt độ (Celsius) 
1.25 
1.5 
1.75 
80 
100 
366.25K 
219.75K 
293K 
V1 V2 
T1 (K) T2 (K) 
= c 
= 
Biểu đ ồ đ ẳng áp 
ĐẲNG ÁP 
Định luật Charles: Với một khối khí ở áp suất không đ ổi thì thể tích sẽ tỷ lệ với nhiệt đ ộ tuyệt đ ối. 
Nh ư vậy theo đ ịnh luật Charles: Thể tích của khí trong bình chứa sẽ thay đ ổi tỷ lệ thuận với nhiệt đ ộ tuyệt đ ối (áp suất không thay đ ổi ) 
39 
11/10/2021 
Bài tập Chương 1 
Bài tập 1.2 : 
Người ta dùng 1 máy nén khí có lưu lượng hút (ở điều kiện tiêu chuẩn T=273 o K ; P=1,013 bar) là V=2,5m 3 /phút để nén không khí vào 1 bình chứa có thể tích 1m 3 . Hỏi cần thời gian nén là bao lâu để áp kế bình chứa chỉ 6bar. Biết nhiệt độ khí trong bình lúc đó là 298 o K. (t=2,54 phút) 
11/10/2021 
41 
11/10/2021 
Xin chân thành cảm ơn! 
42 
11/10/2021