Các phân tử khí nén và điện khí nén_chương 7
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động quay(động cơ khí nén)
Ch−¬ng 7: c¸c phÇn tö khÝ nÐn vµ ®iÖn khÝ nÐn
7.1. c¬ cÊu chÊp hµnh
C¬ cÊu chÊp hµnh cã nhiÖm vô biÕn ®æi n¨ng l−îng khÝ nÐn thµnh n¨ng l−îng c¬ häc.
C¬ cÊu chÊp hµnh cã thÓ thùc hiÖn chuyÓn ®éng th¼ng (xilanh) hoÆc chuyÓn ®éng
quay (®éng c¬ khÝ nÐn).
ë tr¹ng th¸i lµm viÖc æn ®Þnh, th× kh¶ n¨ng truyÒn n¨ng l−îng cã ph−¬ng ph¸p tÝnh
to¸n gièng thñy lùc.
VÝ dô:
A
C«ng suÊt: N = p.Q (khÝ nÐn) v
N Ft
VËn tèc: v= (c¬ cÊu chÊp hµnh)
Ft
⎧ Flx + Ft Q p Flx
⎪p.A = Flx + Ft ⇒ p = A
⎪
Cô thÓ: ⎨
⎪v = Q
⎪
⎩ A
Mét sè xilanh, ®éng c¬ khÝ nÐn th−êng gÆp:
Xilanh t¸c dông ®¬n (t¸c dông mét chiÒu)
Xilanh t¸c dông hai chiÒu (t¸c dông kÐp)
Xilanh t¸c dông hai chiÒu cã c¬ cÊu gi¶m chÊn kh«ng ®iÒu chØnh ®−îc
Xilanh t¸c dông hai chiÒu cã c¬ cÊu gi¶m chÊn ®iÒu chØnh ®−îc
Xilanh quay b»ng thanh r¨ng
96
§éng c¬ khÝ nÐn 1 chiÒu, 2 chiÒu
7.2. Van ®¶o chiÒu
Van ®¶o chiÒu cã nhiÖm vô ®iÒu khiÓn dßng n¨ng l−îng b»ng c¸ch ®ãng, më hay
chuyÓn ®æi vÞ trÝ, ®Ó thay ®æi h−íng cña dßng n¨ng l−îng.
7.2.1. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña van ®¶o chiÒu
KhÝ nÐn ra (2)
Th©n van
Nßng van
TÝn hiÖu t¸c (pitt«ng ®iÒu khiÓn)
®éng (12)
Lß xo
Nèi víi nguån X¶ khÝ (3)
khÝ nÐn (1)
H×nh 7.1. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña van ®¶o chiÒu
Khi ch−a cã tÝn hiÖu t¸c ®éng vµo cöa (12), th× cöa (1) bÞ chÆn vµ cöa (2) nèi víi
cöa (3).
Khi cã tÝn hiÖu t¸c ®éng vµo cöa (12) (khÝ nÐn), lóc nµy nßng van sÏ dÞch chuyÓn
vÒ phÝa bªn ph¶i, cöa (1) nèi víi cöa (2) vµ cöa (3) bÞ chÆn.
Tr−êng hîp tÝn hiÖu t¸c ®éng vµo cöa (12) mÊt ®i, d−íi t¹c dông cña lùc lß xo,
nßng van trë vÒ vÞ trÝ ban ®Çu.
7.2.2. Ký hiÖu van ®¶o chiÒu
ChuyÓn ®æi vÞ trÝ cña nßng van ®−îc biÓu diÔn b»ng c¸c « vu«ng liÒn nhau víi c¸c
ch÷ c¸i 0, a, b, c, ... hay c¸c sè 0, 1, 2, ...
a 0 b a b
VÞ trÝ “0” ®−îc ký hiÖu lµ vÞ trÝ, mµ khi van ch−a cã t¸c ®éng cña tÝn hiÖu ngoµi
vµo.
§èi víi van cã 3 vÞ trÝ, th× vÞ trÝ gi÷a lµ vÞ trÝ “0”, cßn ®èi víi van cã 2 vÞ trÝ, th× vÞ
trÝ “0” cã thÓ lµ a hoÆc b, th−êng vÞ trÝ b lµ vÞ trÝ “0”.
Cöa nèi van ®−îc ký hiÖu nh− sau: Theo t/c ISO5599 Theo t/c ISO1219
Cöa nèi víi nguån khÝ 1 P
Cöa nèi lµm viÖc 2, 4, 6, ... A, B, C, ...
Cöa x¶ khÝ 3, 5, 7, ... R, S, T, ...
Cöa nèi víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn 12, 14, ... X, Y, ...
97
Bªn trong « vu«ng cña mçi vÞ trÝ lµ c¸c ®−êng th¼ng cã h×nh mòi tªn, biÓu diÔn
h−íng chuyÓn ®éng cña dßng khÝ qua van. Tr−êng hîp dßng bÞ chÆn, ®−îc biÓu diÔn
b»ng dÊu g¹ch ngang.
4(B) 2(A)
Cöa nèi ®iÒu khiÓn12(X) 0 1 14(Y) cöa nèi ®iÒu khiÓn
Cöa 1 nèi víi cöa 4 Cöa 1 nèi víi cöa 2
3(R) cöa x¶ khÝ kh«ng cã
5(S) cöa x¶ khÝ cã mèi nèi mèi nèi cho èng dÉn
cho èng dÉn 1(P)
H×nh 7.2. Ký hiÖu c¸c cöa cña van ®¶o chiÒu
Mét sè van ®¶o chiÒu th−êng gÆp:
Van ®¶o chiÒu 2/2
Van ®¶o chiÒu 4/2
Van ®¶o chiÒu 5/2
Van ®¶o chiÒu 3/2
Van ®¶o chiÒu 4/3
H×nh 7.3. C¸c lo¹i van ®¶o chiÒu
7.2.3. C¸c tÝn hiÖu t¸c ®éng
NÕu ký hiÖu lß xo n»m ngay phÝa bªn ph¶i cña ký hiÖu cña van ®¶o chiÒu, th× van
®¶o chiÒu ®ã cã vÞ trÝ “0”. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ chõng nµo ch−a cã t¸c dông vµo nßng
van, th× lß xo t¸c ®éng gi÷ vÞ trÝ ®ã.
T¸c ®«ng phÝa ®èi diÖn cña van, vÝ dô: tÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng c¬, b»ng khÝ nÐn hay
b»ng ®iÖn gi÷ « vu«ng phÝa tr¸i cña van vµ ®−îc ký hiÖu “1”.
a. TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng tay
98
Ký hiÖu nót Ên tæng qu¸t
Nót bÊm
Tay g¹t
Bµn ®¹p
b. TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng c¬
§Çu dß
C÷ chÆn b»ng con l¨n, t¸c ®éng hai chiÒu
C÷ chÆn b»ng con l¨n, t¸c ®éng mét chiÒu
Lß xo
Nót Ên cã r·nh ®Þnh vÞ
c. TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng khÝ nÐn
Trùc tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn vµo
Trùc tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn ra
Trùc tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn vµo víi ®−êng kÝnh
2 ®Çu nßng van kh¸c nhau
Gi¸n tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn vµo qua van phô trî
Gi¸n tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn ra qua van phô trî
d. TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng nam ch©m ®iÖn
99
Trùc tiÕp
B»ng nam ch©m ®iÖn vµ van phô trî
∗ T¸c ®éng theo c¸ch h−íng dÉn cô thÓ
H×nh 7.4. C¸c tÝn hiÖu t¸c ®éng
7.2.4. Van ®¶o chiÒu cã vÞ trÝ "0"
Van ®¶o chiÒu cã vÞ trÝ “0” lµ lo¹i van cã t¸c ®éng b»ng c¬ - lß xo lªn nßng van.
a. Van ®¶o chiÒu 2/2: tÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng c¬ - ®Çu dß. Van cã 2 cöa P vµ R, 2 vÞ
trÝ “0” vµ “1”. VÞ trÝ “0” cöa P vµ R bÞ chÆn.
Ký hiÖu
R
1 0 R
P
P
H×nh 7.5. Van ®¶o chiÒu 2/2
NÕu ®Çu dß t¸c ®éng vµo, tõ vÞ trÝ “0” van sÏ ®−îc chuyÓn ®æi sang vÞ trÝ “1”, nh−
vËy cöa P vµ R sÏ nèi víi nhau. Khi ®Çu dß kh«ng t¸c ®éng n÷a, th× van sÏ quay trë vÒ
vÞ trÝ ban ®Çu (vÞ trÝ “0”) b»ng lùc nÐn lß xo.
b. Van ®¶o chiÒu 3/2:
+/ TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng c¬ - ®Çu dß. Van cã 3 cöa P, A vµ R, cã 2 vÞ trÝ “0” vµ
“1”. VÞ trÝ “0” cöa P bÞ chÆn.
Cöa A nèi víi cöa R, nÕu ®Çu dß t¸c ®éng vµo, tõ vÞ trÝ “0” van sÏ ®−îc chuyÓn
sang vÞ trÝ “1”, nh− vËy cöa P vµ cöa A sÏ nèi víi nhau, cöa R bÞ chÆn. Khi ®Çu dß
kh«ng t¸c ®éng n÷a, th× van sÏ quay vÒ vÞ trÝ ban ®Çu (vÞ trÝ “0”) b»ng lùc nÐn lß xo.
Ký hiÖu: 1 A0
P R
100
Cöa x¶
khÝ R
A
P
H×nh 7.6. KÕt cÊu van ®¶o chiÒu 3/2
+/ TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng tay - nót Ên
Ký hiÖu: 1 A0
P R
+/ TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng nam ch©m ®iÖn qua van phô trî
Z
Cuén d©y
Lâi s¾t (pitt«ng trô)
Lß xo
1 A0 P1
Van phô trî 12 Pitt«ng phô
Lç khoan
P R R
Van chÝnh
A
Nßng van
P
H×nh 7.7. Ký hiÖu vµ kÕt cÊu van ®¶o chiÒu 3/2, t¸c ®éng
b»ng nam ch©m ®iÖn qua van phô trî
T¹i vÞ trÝ “0” cöa P bÞ chÆn, cöa A nèi víi R. Khi dßng ®iÖn vµo cu«n d©y, pitt«ng
trô bÞ kÐo lªn, khÝ nÐn sÏ theo h−íng P1, 12 t¸c ®éng lªn pitt«ng phô, pitt«ng phô bÞ ®Èy
xuèng, van sÏ chuyÓn sang vÞ trÝ “1”, lóc nµy cöa P nèi víi A, cöa R bÞ chÆn.
101
Khi dßng ®iÖn mÊt ®i, pitt«ng trô bÞ lß xo kÐo xuèng vµ khÝ nÐn ë phÇn trªn pitt«ng
phô sÏ theo cöa Z tho¸t ra ngoµi.
c. Van ®¶o chiÒu 4/2:
+/ TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng tay - bµn ®¹p
Ký hiÖu: 1 0
A B
P R
+/ TÝn hiÖu t¸c ®éng trùc tiÕp b»ng nam ch©m ®iÖn
Ký hiÖu: 1 0
A B
S
P R
T¹i vÞ trÝ “0” cöa P nèi víi cöa B, cöa A víi R. Khi cã dßng ®iÖn vµo cuén d©y, van
sÏ chuyÓn sang vÞ trÝ “1”, lóc nµy cöa P nèi víi cöa A, cöa B nèi víi cöa R.
d. Van ®¶o chiÒu 5/2
+/ TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng c¬ - ®Çu dß
Ký hiÖu: 1 B 0 A
S P R
T¹i vÞ trÝ “0” cöa P nèi víi cöa B, cöa A nèi víi R vµ cöa S bÞ chÆn. Khi ®Çu dß t¸c
®éng, van sÏ chuyÓn sang vÞ trÝ “1”, lóc nµy cöa P nèi víi cöa A, cöa B nèi víi cöa S vµ
cöa R bÞ chÆn.
+/ TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng khÝ nÐn
Ký hiÖu: 1 A 0 B
Z
S P R
T¹i vÞ trÝ “0” cöa P nèi víi cöa A, cöa B nèi víi R vµ cöa S bÞ chÆn. Khi dßng khÝ
nÐn Z t¸c ®éng vµo, van sÏ chuyÓn sang vÞ trÝ “1”, lóc nµy cöa P nèi víi cöa B, cöa A
nèi víi cöa S vµ cöa R bÞ chÆn.
7.2.5. Van ®¶o chiÒu kh«ng cã vÞ trÝ "0"
Van ®¶o chiÒu kh«ng cã vÞ trÝ “0” lµ van mµ sau khi tÝn hiÖu t¸c ®éng lÇn cuèi lªn
nßng van kh«ng cßn n÷a, th× van sÏ gi÷ nguyªn vÞ trÝ lÇn ®ã, chõng nµo ch−a cã t¸c
®éng lªn phÝa ®èi diÖn nßng van. Ký hiÖu vÞ trÝ t¸c ®éng lµ a, b, c, ...
102
TÝn hiÖu t¸c ®éng lªn nßng van cã thÓ lµ:
• T¸c ®éng b»ng tay, bµn ®¹p.
• TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng dßng khÝ nÐn ®iÒu khiÓn ®i vµo hay ®i ra tõ 2 phÝa cña
nßng van.
• TÝn hiÖu t¸c ®éng trùc tiÕp b»ng ®iÖn tõ hay gi¸n tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn ®i qua
van phô trî. Lo¹i van nµy ®−îc gäi lµ van ®¶o chiÒu xung, v× vÞ trÝ cña van ®−îc thay
®æi khi cã tÝn hiÖu xung t¸c ®éng lªn nßng van.
a. Van ®¶o chiÒu 3/2
TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng tay, ®−îc ký hiÖu:
a A b
P R
Khi ë vÞ trÝ a, cöa P nèi víi cöa A vµ cöa R bÞ chÆn. VÞ trÝ b, cöa A nèi víi cöa R
vµ cöa P bÞ chÆn.
b. Van xoay ®¶o chiÒu 4/3
TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng tay, ®−îc ký hiÖu:
a b c
A B
P R
NÕu vÞ trÝ xoay n»m t¹i vÞ trÝ a, th× cöa P nèi víi cöa A vµ cöa B nèi víi R. VÞ trÝ
xoay n»m t¹i vÞ trÝ b, th× c¸c cöa nèi A, B, P, R ®Òu bÞ chÆn. VÞ trÝ xoay n»m t¹i vÞ trÝ c,
th× cöa P nèi víi B vµ cöa A nèi cöa R.
c. Van ®¶o chiÒu xung 4/2
TÝn hiÖu t¸c ®éng b»ng dßng khÝ nÐn ®iÒu khiÓn ®i ra tõ 2 phÝa nßng van.
Ký hiÖu: a b
A B
Y X
P R
Khi x¶ cöa X, nßng van sÏ dÞch chuyÓn sang vÞ trÝ b, cöa P nèi víi víi cöa A vµ cöa
B nèi víi cöa R.
Khi cöa X ngõng x¶ khÝ, th× vÞ trÝ cöa nßng van vÉn n»m ë vÞ trÝ b cho ®Õn khi cã
tÝn hiÖu x¶ khÝ ë cöa Y.
7.3. Van chÆn
Van chÆn lµ lo¹i van chØ cho l−u l−îng khÝ ®i qua mét chiÒu, chiÒu ng−îc l¹i bÞ chÆn.
Van chÆn gåm c¸c lo¹i sau:
103
+/ Van mét chiÒu
+/ Van logic OR
+/ Van logic AND
+/ Van x¶ khÝ nhanh.
7.3.1. Van mét chiÒu
Van mét chiÒu cã t¸c dông chØ cho l−u l−îng khÝ ®i qua mét chiÒu.
Ký hiÖu:
A B
7.3.2. Van logic OR
Van logic OR cã chøc n¨ng lµ nhËn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ë nh÷ng vÞ trÝ kh¸c nhau
trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn.
Ký hiÖu: A
P1 P2
Khi cã dßng khÝ nÐn qua cöa P1, sÏ ®Èy pitt«ng trô cña van sang ph¶i, ch¾n cöa P2
⇒ P1 nèi víi cöa A vµ ng−îc l¹i.
7.3.3. Van logic AND
Van logic AND cã chøc n¨ng lµ nhËn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cïng mét lóc ë nh÷ng vÞ
trÝ kh¸c nhau trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn.
Ký hiÖu: A
P1 P2
Khi dßng khÝ qua P1 ⇒ P1 bÞ chÆn. Ng−îc l¹i dßng khÝ qua P2 ⇒ P2 bÞ chÆn.
NÕu dßng khÝ ®ång thêi qua P1, P2 ⇒ cöa A sÏ nhËn ®−îc tÝn hiÖu ⇒ khÝ qua A.
7.3.4. Van x¶ khÝ nhanh
Van x¶ khÝ nhanh th−êng l¾p ë vÞ trÝ gÇn c¬ cÊu chÊp hµnh (pitt«ng), cã nhiÖm vô
x¶ khÝ nhanh ra ngoµi.
Ký hiÖu: A
P R
7.4. Van tiÕt l−u
Van tiÕt l−u dïng ®Ó ®iÒu chØnh l−u l−îng dßng khÝ.
7.4.1. Van tiÕt l−u cã tiÕt diÖn kh«ng thay ®æi
Ký hiÖu:
A B
104
7.4.2. Van tiÕt l−u cã tiÕt diÖn thay ®æi
Ký hiÖu:
A B
7.4.3. Van tiÕt l−u mét chiÒu
Ký hiÖu:
A B
7.5. Van ®iÒu chØnh thêi gian
7.5.1. R¬le thêi gian ®ãng chËm
Ký hiÖu:
Van ®¶o chiÒu 3/2
B×nh chøa A
X
X
1 0
A
Van tiÕt l−u mét chiÒu P R t1
KhÝ nÐn qua van mét chiÒu, cÇn thêi gian t1 ®Ó lµm ®Çy b×nh chøa, sau ®ã t¸c ®éng
lªn nßng van ®¶o chiÒu, van ®¶o chiÒu chuyÓn ®æi vÞ trÝ, cöa P nèi víi cöa A.
7.5.2. R¬le thêi gian ng¾t chËm
Ký hiÖu: Van ®¶o chiÒu 3/2
B×nh chøa A
X
X
1 0
A
Van tiÕt l−u mét chiÒu P R t1
R¬le thêi gian ng¾t chËm, nguyªn lý, cÊu t¹o còng t−¬ng tù nh− r¬le thêi gian ®ãng
chËm, nh−ng van tiÕt l−u mét chiÒu cã chiÒu ng−îc l¹i.
7.6. Van ch©n kh«ng
Van ch©n kh«ng lµ c¬ cÊu cã nhiÖm vô hót vµ gi÷ chi tiÕt b»ng lùc ch©n kh«ng, ch©n
kh«ng ®−îc t¹o ra b»ng b¬m ch©n kh«ng hay b»ng nguyªn lý èng venturi.
Ký hiÖu:
P R
U
Ta cã lùc hót ch©n kh«ng:
105
π.D 2
F= .∆p (∆p = p a − p u )
4
Trong ®ã: F - lùc hót ch©n kh«ng (N);
D - ®−êng kÝnh ®Üa hót (m);
pa - ¸p suÊt kh«ng khÝ ë ®ktc (N/m2);
pu - ¸p suÊt ch©n kh«ng t¹i cöa U (N/m2).
Lùc F phô thuéc vµo D vµ pu.
7.7. c¶m biÕn b»ng tia
C¶m biÕn b»ng tia lµ lo¹i c¶m biÕn kh«ng tiÕp xóc, tøc lµ qu¸ tr×nh c¶m biÕn kh«ng
cã sù tiÕp xóc gi÷a bé phËn c¶m biÕn vµ chi tiÕt.
C¶m biÕn tia cã 3 lo¹i: c¶m biÕn b»ng tia rÏ nh¸nh, c¶m biÕn b»ng tia ph¶n håi vµ
c¶m biÕn b»ng tia qua khe hë.
7.7.1. C¶m biÕn b»ng tia rÏ nh¸nh
C÷ chÆn
Ký hiÖu
S
C¶m biÕn
X
X
p
p
¸p suÊt nguån p, ¸p suÊt rÏ nh¸nh X vµ kho¶ng c¸ch S.
NÕu kh«ng cã c÷ chÆn th× dßng khÝ ®i th¼ng (X=0)
NÕu cã c÷ chÆn th× dßng khÝ rÏ nh¸nh X (X=1).
7.7.2. C¶m biÕn b»ng tia ph¶n håi
C÷ chÆn
a
Ký hiÖu
p
C¶m biÕn
X
p
X
NÕu kh«ng bÞ chÆn th× dßng khÝ ®i th¼ng (X=0)
NÕu bÞ chÆn th× dßng khÝ ph¶n håi (X=1).
106
7.7.3. C¶m biÕn b»ng tia qua khe hë
Gåm hai bé phËn: bé phËn ph¸t vµ bé phËn nhËn, th−êng bé phËn ph¸t vµ bé phËn
nhËn cã cïng ¸p suÊt p.
VËt ch¾n
Bé phËn ph¸t Bé phËn nhËn
p p
X
Ký hiÖu
p
X
Khi ch−a cã vËt ch¾n (X=0)
Khi cã vËt ch¾n (X=1).
107
