Các cơ cấu tác động và các loại van khí nén

Chương 3.Các cơ cấu tác động và các loại van khí nén 3.1. các loại xy lanh và mô tơ khí nén. 3.1.1.Xy lanh khí nén tác động đơn. -Xy lanh khí nén tác động đơn là loại xy lanh chỉ được cấp khí theo một phía chiều,chiều ngược lại do tác dụng của lò xo hay tải trọng.Hình 3.1. Hình 3.1. -Kết cấu một xy lanh tác dụng đơn trên hình 3.2. Kết cấu của xy lanh tác động kép nêu trên hình 3.2, gồm các bộ phận chính như: Piston,nòng xy lanh,cần piston,bộ phận dẫn hướng cần,lò xo phản hồi. Hình 3.2 3.1.2.Xy lanh khí nén tác đọâng kép. -Xy lanh khí nén tác động kép là loại xy lanh được cấp khí theo cả 2 phía chiều tiến và lùi.Sơ đồ tiêu chuẩn hoá trên mạch nêu trên hình 3.3. Hình 3.3 -Kết cấu của xy lanh tác động kép nêu trên hình 3.4, gồm các bộ phận chính như: Piston,nòng xy lanh,cần piston,đế trước và đế sau. Hình 3.4.Kết cấu của xy lanh tác động kép. 3.1.3.Một số loại xy lanh khí nén khác. 1.Xy lanh màng: Là loại xy lanh tác động đơn có đặc điểm piston được thay thế bởi một màng bằng vật liệu đàn hồi hay tấm kim loại mỏng.Hình 3.5 Loại xy lanh này đơn giản,hành trình làm việc ngắn,thường dùng làm cơ cấu kẹp Hình 3.5 2.Xy lanh tầng: Hình 3.6,Là loại xy lanh tác động đơn có đặc điểm gồm nhiều ống tuýp có đường kính khác nhau lồng vào nhau.Nhằm nâng cao hành trình khi làm việc và thu gọn khi nghỉ.Ví dụ dùng trong các xe ben,cần cẩu… Hình 3.6 3.Xy lanh ghép (tandem),hình 3.7. Là loại xy lanh tác động kép nhằm nâng cao khả năng tải ,coi như ghép 2 xy lanh với nhau. Hình 3.7 4.Xy lanh có cần đối xứng (có cần xuyênqua piston). Nhằm mục đích để vận tốc tiến và lùi của cần piston như nhau.Loại xy lanh này thường được dùng để di chuyển bàn máy công cụ.Hình 3.8 Hình 3.8 5.Xy lanh không có cần (santige).Hình 3.9. Là loại xy lanh tác động kép có đặc điểm là không có cần. Việc truyền chuyển động cho bàn máy có thể nhờ dây đai (ru băng),nhờ một rãnh xẻ kết nối bàn máy với piston hay bằng lực điện từ. Loại xy lanh này có thể có hành trình làm việc đến 2 mét. Hình 3.9 Ngoài các loại kể trên còn một số loại xy lanh khác như xy lanh chống xoay,xy lanh chất dẻo,xy lanh hãm ty… 3.1.4.Xy lanh khí nén có giảm chấn. Cuối hành trình cần làm chậm vận tốc của xy lanh để tránh va đập nhằm nâng cao tuổi thọ.Động năng của khối lượng m có vận tốc v là: 2 . 2vm ,với m: khối lượng của vật cần di chuyển. V: vận tốc của xy lanh. Năng lượng động năng này được hấp thụ bởi lực giảm chấn ở cuối hành trình.Có các loại cơ cấu giảm chấn khác nhau như:Giảm chấn khí nén,hoặc giảm chấn bằng vật thể đàn hồi như bằng lò xo,cao su, giảm chấn thuỷ lực … Hình 3.10 là sơ đồ tiêu chuẩn hoá và hình 3.11 là kết cấu của xy lanh giảm chấn khí nén. Hình 3.10 Hình 3.11. Cuối hành trình côn giảm chấn 2 che bớt lỗ thoát khí ra khỏi xy lanh do đó có tác dụng hãm chuyển động của xy lanh đồng thời áp suất trong khoang giảm chấn sẽ tăng lên để cân bằng với lực động năng nhờ vậy xy lanh giảm dần vận tốc cho đến khi ngừng hẳn.. 3.2.Các phương pháp dùng để cố định một xy lanh. Để cố định xy lanh nên dùng các chi tiết tiêu chuẩn hoá do các hãng sản xuất cung cấp. Hình 3.12.Các chi tiết cố định xy lanh Các chi tiết để cố định xy lanh gồm các loại: -Các tấm đế -Các mặt bích trước và bích sau -Các êke loại thường, thấp,cao, và loại êke rộng. -Các loại khớp bản lề. Các chi tiết để nối cần piston với cơ cấu ngoài gồm: -Chốt trụ -chốt xoay bản lề -Nối bằng ren… 3.3.Tính toán xy lanh khí nén. 1.Xác định lực tác dụng lên xy lanh. Hình 3.12 - Trong trường hợp tổng quát :Lực tác dụng lên xy lanh được tính theo công thức : Hình 3.13 F = Fms + Fqt + Fn Trong đó : Lực nâng : Fn = m.g.sinα. Lực ma sát: Fms = μ.m.g Lực quán tính : Fqt = m.a -Các trường hợp riêng : Khi dịch chuyển trong mặt phẳng nằm ngang : α =0o , Lực nâng bằng không.Hình 3.14 Hình 3.14 Khi di chuyển theo phương thẳng đứng : α = 90o , Hình 3.15. Hình 3.15 2.Tính đường kính xy lanh chịu tải tĩnh. Hình 3.16 Khi xy lanh có hành trình làm việc ngắn như các xy lanh dùng để kẹp chặt.Khi đó kể đến ãnh hưởng của ma sát nên hệ số hiệu dụng của xy lanh chọn bằng 0.88 FpD =μπ .. 4 . 2 Với : D : Đường kính của xy lanh P :Aùp suất làm việc μ :Hệ số hiệu dung của xy lanh (μ = 0.88). 3.Tính đường kính xy lanh chịu tải trọng động. Xem hình 3.14. Đa số các xy lanh khí nén làm việc chịu tải động.Khi đó do tổn hao về ma sát,do có tính đàn hồi của khí nén khi chịu tải thay đổi,do sức ỳ của piston trước khi dịch chuyển,vì vậy hệ số hiệu dụng giãm thường chọn bằng 0,5. FpD =μπ .. 4 . 2 Với hệ số hiệu dụng μ chọn (μ = 0.5). 4.Tính đường kính cần xy lanh theo công thức Euler’s Để tính toán sức bền cấn xy lanh :Để tránh bị uốn dọc (buckling) khi chịu tải,sử dụng công thức Euler’s : L JE K 2 2 ..π= J :Mô men quán tính (cm4), 64 . 4dJ π= . E: Mô đun đàn hồi (kg/cm2),Thép chọn: E=2,1.106kg/cm2 L:Chiều dài tương đương : L = m.l Với:l chiều dài làm việc thực. m:Hệ số phụ thuộc liên kết tra bảng. K: Lực tới hạn : K = F.s S: Hệ số an toàn (s = 3.5). 5.Sơ đồ phân bố áp suất trong một xy lanh khí nén. -Áp suất khoang làm việc thường từ 6-8 bar. -Áp suất khoang thoát khí cần tối thiểu là 1,4 bar. -Áp suất tối thiểu của hệ thống phải lớn hơn áp suất dịch chuyển. -Aùp suất dịch chuyển của xy lanh. -Áp suất giảm chấn khi xy lanh đi vào vùng giảm chấn. Hình 3.17 3.1.5.Mô tơ khí nén và các ứng dụng. Mô tơ khí nén là cơ cấu tác động thực hiện chuyển động quay tròn liên tục tương tự như mô tơ điện.Điểm đặc biệt là mô tơ khí nén có thể đạt tốc độ quay rất cao hay rất thấp.Trên hình 3.18 là một số loại mô tơ khí nén có các loại như kiểu bánh răng,kiểu cánh gạt… Hình 3.18.Mô tơ khí nén. 3.2.Các loại van khí nén. Tương tự như van thuỷ lực,van khí nén cũng có các loại như van phân phối,van lưu lượng,van áp suất. Hình 3.19 3.2.1. Van phân phối. Các loại van phân phối.Hình 3.19 1.Van phân phối kiểu nắp đậy. 2.Van phân phối kiểu con trượt. Van khí nén cũng như van thuỷ lực có 5 tiêu chuẩn đánh giá van : -Số cửa -Số vị trí -Trạng thái ổn định -Kiểu điều khiển và trạng thái giữa với van 3 vị trí. 3.Van 1 chiều có điều khiển. 2 1 x ?T1 T2 SOIL12SOIL14 4-Mạch dừng khẩn cấp xy lanh. a.Dùng 2 van 2/2 có điều khiển b.Dùng van 5/5 tâm đóng 14 2 3 5 1 1 1 24 5 3 1 5-Mạch ưu tiên cho tiến và cho lùi xy lanh - Ưu tiên nhờ van phân phối kiểu vi sai. - Ưu tiên nhờ mạch van phân phối và các phần tử logic. 3.2.2.Van lưu lượng. 1.Van tiết lưu. 1 2 21 1 2 2.Van thoát nhanh: 1 2 3 1 2 3.2.3.Van áp suất 1.Van an toàn Giới hạn áp suất lớn nhất cho hệ thống 2.Van giảm áp. 3.3.4.Các van logic khí nén. 1.Van OR 2.Van AND.