Giáo Trình Công Nghệ Khí Nén Thủy Lực Ứng Dụng Nghề Công Nghệ Ô Tô

Giáo trình công nghệ khí nén thủy lực ứng dụng trong nghề công nghệ ô tô cao đẳng giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết.

• Trường học: Bộ Lao Động - Thương Binh Và Xã Hội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Ô Tô
• Đề tài: Giáo Trình Công Nghệ Khí Nén Thủy Lực Ứng Dụng Trong Ngành Ô Tô
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ CÁC QUY LUẬT VÀ TRUYỀN ĐỘNG KHÍ NÉN
• 1.1. Khái niệm, yêu cầu và các thông số của khí nén
• 1.2. Các quy luật truyền dẫn bằng khí nén
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN
• 3. CHƯƠNG 3: KHÁI NIỆM VỀ CÁC QUY LUẬT VÀ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC
• 4. CHƯƠNG 4: CẤU TẠO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG THỦY LỰC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Công Nghệ Khí Nén Thủy Lực Ứng Dụng Trong Ngành Ô Tô

Giáo trình Công nghệ khí nén thủy lực ứng dụng trong ngành ô tô là tài liệu quan trọng giúp sinh viên nắm vững kiến thức cơ bản về hệ thống truyền động khí nén và thủy lực. Tài liệu này không chỉ cung cấp lý thuyết mà còn hướng dẫn thực hành, giúp sinh viên có thể áp dụng vào thực tế. Với sự phát triển của công nghệ, việc hiểu rõ về công nghệ khí nén và thủy lực trong ô tô là rất cần thiết.

1.1. Khái niệm về Công Nghệ Khí Nén và Thủy Lực

Công nghệ khí nén và thủy lực là hai lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật ô tô. Chúng sử dụng không khí nén và chất lỏng để truyền động và điều khiển các thiết bị. Việc hiểu rõ khái niệm này giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về hệ thống.

1.2. Lịch sử Phát Triển Công Nghệ Khí Nén

Công nghệ khí nén đã có lịch sử phát triển lâu dài, từ những phát minh đầu tiên cho đến nay. Sự phát triển này đã tạo ra nhiều ứng dụng trong ngành ô tô, giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Ứng Dụng Công Nghệ Khí Nén Thủy Lực

Mặc dù công nghệ khí nén thủy lực mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại nhiều thách thức trong quá trình ứng dụng. Các vấn đề như độ tin cậy, bảo trì và chi phí đầu tư là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ Tin Cậy Của Hệ Thống Khí Nén

Độ tin cậy của hệ thống khí nén là một yếu tố quan trọng. Hệ thống cần được thiết kế và bảo trì đúng cách để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.

2.2. Chi Phí Đầu Tư và Bảo Trì

Chi phí đầu tư cho hệ thống khí nén có thể cao, đặc biệt là trong giai đoạn đầu. Tuy nhiên, việc bảo trì định kỳ có thể giúp giảm thiểu chi phí này trong dài hạn.

III. Phương Pháp Giải Quyết Vấn Đề Trong Công Nghệ Khí Nén

Để giải quyết các vấn đề trong công nghệ khí nén, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc nghiên cứu và phát triển các thiết bị mới cũng như cải tiến quy trình sản xuất là rất cần thiết.

3.1. Nghiên Cứu và Phát Triển Thiết Bị Khí Nén

Nghiên cứu và phát triển các thiết bị khí nén mới giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Các thiết bị này cần được thiết kế để đáp ứng nhu cầu thực tế trong ngành ô tô.

3.2. Cải Tiến Quy Trình Sản Xuất

Cải tiến quy trình sản xuất không chỉ giúp giảm chi phí mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong sản xuất khí nén là một xu hướng tất yếu.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Công Nghệ Khí Nén Trong Ngành Ô Tô

Công nghệ khí nén được ứng dụng rộng rãi trong ngành ô tô, từ sản xuất đến bảo trì. Các thiết bị như máy nén khí, hệ thống phanh khí nén và các thiết bị điều khiển đều sử dụng công nghệ này.

4.1. Hệ Thống Phanh Khí Nén

Hệ thống phanh khí nén là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của công nghệ khí nén trong ô tô. Hệ thống này giúp tăng cường độ an toàn và hiệu suất phanh.

4.2. Thiết Bị Điều Khiển Khí Nén

Các thiết bị điều khiển khí nén giúp tự động hóa nhiều quy trình trong sản xuất ô tô. Chúng giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Công Nghệ Khí Nén Thủy Lực

Công nghệ khí nén thủy lực có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai. Việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

5.1. Tiềm Năng Phát Triển

Tiềm năng phát triển của công nghệ khí nén trong ngành ô tô là rất lớn. Các nghiên cứu mới có thể mở ra nhiều cơ hội ứng dụng mới.

5.2. Xu Hướng Tương Lai

Xu hướng tương lai của công nghệ khí nén sẽ tập trung vào việc cải tiến hiệu suất và giảm thiểu tác động môi trường. Việc áp dụng công nghệ xanh trong sản xuất sẽ là một yếu tố quan trọng.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Công nghệ khí nén - Thủy lực ứng dụng (Mã tài liệu: MH 13) là tài liệu học tập thuộc khối kiến thức kỹ thuật cơ sở bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Công nghệ Ô tô ở trình độ Cao đẳng. Văn bản được biên soạn và ban hành năm 2012 dưới sự quản lý của Tổng cục Dạy nghề (thuộc Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội). Trong tiến trình đào tạo, môn học có tổng thời lượng 45 giờ lý thuyết (0 giờ thực hành) và được bố trí giảng dạy song song cùng các môn học và mô-đun kỹ thuật chuyên ngành liên quan bao gồm: MH 14, MH 15, MH 16, MĐ 18 và MĐ 19.

Về mục tiêu học tập (learning outcomes), giáo trình trang bị cho người học các chuẩn đầu ra cụ thể:

• Trình bày đầy đủ các khái niệm, yêu cầu kỹ thuật và các định luật truyền dẫn năng lượng trong hệ thống khí nén và thủy lực.
• Giải thích chính xác sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống, thiết bị truyền động bằng môi chất khí và chất lỏng.
• Nhận dạng cấu tạo, chức năng và đọc đúng ký hiệu quy ước của các phần tử chấp hành, van điều khiển theo các hệ thống tiêu chuẩn quốc tế.
• Nắm vững và tuân thủ các quy định, quy phạm an toàn kỹ thuật trong lĩnh vực điều khiển thủy khí, đồng thời hình thành tác phong làm việc kỹ thuật nghiêm túc, tỉ mỉ.

Cấu trúc giáo trình gồm 78 trang, được phân chia thành 4 chương nối tiếp nhau theo tiến trình logic: từ cơ sở lý thuyết nhiệt động - thủy khí đến cấu tạo phần tử và sơ đồ mạch điều khiển. Điểm đặc thù của tài liệu là kế thừa chọn lọc các tài liệu giảng dạy từ các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật, chuẩn hóa nội dung lý thuyết cô đọng, bám sát các ứng dụng truyền động cơ khí và máy công trình, đặc biệt là ứng dụng trong kết cấu động cơ và cụm chi tiết của ngành kỹ thuật ô tô.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung học thuật của giáo trình được cấu trúc thành 4 chương trọng tâm:

• Chương 1: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng khí nén (MH 13 - 01, từ trang 1 đến trang 28): Khái quát lịch sử kỹ thuật khí nén từ thời kỳ Alexandrie (các phát minh của Ktesibios và Heron vào thế kỷ III và I TCN) đến tự động hóa hiện đại. Phân tích nguyên lý sản xuất khí nén qua các dạng máy nén khí thể tích (máy nén piston 1 cấp đạt 6–10 bar, 2 cấp đạt 15 bar, 3–4 cấp đạt 250 bar; máy nén trục vít gồm rôto chính và rôto phụ; máy nén cánh gạt) và máy nén động năng (máy nén tuốc bin cho lưu lượng trên $600\text{ m}^3/\text{phút}$). Trình bày hệ thống phân phối đường ống (vận tốc kinh tế $6 \div 10\text{ m/s}$, tổn thất áp suất tối đa $0{,}3\text{ bar}$ ở mức áp suất làm việc $6\text{ bar}$), bình tích khí, và quy trình xử lý khí nén 3 giai đoạn (bộ lọc kích thước hạt $20 \div 50\ \mu\text{m}$, van điều áp, van tra dầu bôi trơn). Giới thiệu cơ cấu chấp hành (xilanh đơn, xilanh kép, xilanh thanh răng, động cơ khí nén) và các nhóm van: van đảo chiều (2/2, 3/2, 4/2, 5/2, 4/3 xoay) có/không có vị trí "0", van chặn (van một chiều, van logic OR, van logic AND, van xả khí nhanh), van tiết lưu (cố định, điều chỉnh, tiết lưu một chiều), rơle thời gian đóng/ngắt chậm và giác hút chân không (nguyên lý Venturi).

• Chương 2: Hệ thống truyền động bằng khí nén (MH 13 - 02, từ trang 29 đến trang 41): Xác định nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ áp suất ($p$) và lưu lượng ($Q$) sang chuyển động tịnh tiến ($F, S, v$) hoặc chuyển động quay ($M_x, n$). Phân loại phương pháp điều khiển khí nén: điều khiển bằng tay (trực tiếp, gián tiếp), điều khiển theo thời gian (chu kỳ tự động), điều khiển theo hành trình, điều khiển tầng và điều khiển nhịp. Phương pháp xây dựng biểu đồ trạng thái (quy ước xilanh đi ra mang dấu $+$, lùi về mang dấu $-$, trạng thái phần tử $0$ và $1$). Phân tích cấu tạo máy nén cánh quay (tần số quay đạt $3000\text{ v/ph}$), máy nén trục vít (tuổi thọ $15.000\text{ giờ}$) và cấu tạo khối tuốc bin khí tăng áp (turbocharger) trên động cơ ô tô (gồm khối nén rotor, buồng đốt hở và tuốc bin giãn nở).

• Chương 3: Khái niệm và các quy luật về truyền động bằng thủy lực (MH 13 - 03, từ trang 42 đến trang 65): Phân tích sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển thủy lực gồm 5 khối chức năng: khối tạo năng lượng (bơm dầu, bộ lọc), nhận tín hiệu (nút ấn), xử lý tín hiệu (van áp suất, van điều khiển từ xa), điều khiển (van đảo chiều) và chấp hành (xilanh, động cơ dầu). Tổng hợp ưu điểm (mật độ công suất cao, điều chỉnh vận tốc vô cấp, tự bôi trơn, an toàn qua van hạn chế áp suất) và nhược điểm (rò rỉ trong, tổn thất đường ống, dao động vận tốc do độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ). Đưa ra các chỉ tiêu kỹ thuật của môi chất làm việc (ưu tiên sử dụng dầu khoáng chất).

• Chương 4: Cấu tạo hệ thống truyền động bằng thủy lực (từ trang 66 đến trang 77): Khảo sát cấu tạo chi tiết các phần tử thủy lực chuyên dụng, nguyên lý vận hành của các cụm bơm, van phân phối thủy lực và các mạch điều khiển thủy lực ứng dụng thực tế trong hệ thống cơ khí động lực.

TIẾN TRÌNH NỘI DUNG GIÁO TRÌNH:
                                    [Ứng dụng kỹ thuật trên Ô tô]

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống cơ sở lý thuyết nhiệt - thủy khí thông qua các công thức và quy luật vật lý:

1. Nhiệt động học chất khí lý tưởng:
   • Phương trình trạng thái: $p \cdot V = m \cdot R \cdot T$ hoặc $p \cdot v = R \cdot T$ (trong đó hằng số khí của không khí $R = 287\text{ J/kg}\cdot\text{K}$).
   • Mối liên hệ nhiệt dung: $k = c_p / c_v = 1{,}4$ (với $c_p = 1{,}004\text{ kJ/kg}\cdot\text{K}$, $c_v = 0{,}717\text{ kJ/kg}\cdot\text{K}$); phương trình đa biến $p_1 \cdot v_1^n = p_2 \cdot v_2^n$ xác định các chu trình nhiệt động: đẳng nhiệt ($n = 1$), đẳng áp ($n = 0$), đoạn nhiệt ($n = k$), đẳng tích ($n = \infty$).
2. Cơ học chất lưu:
   • Định luật Pascal: Áp suất truyền nguyên vẹn trong thể tích kín $F = p \cdot A$, ứng dụng khuếch đại lực.
   • Định luật Boyle: $p_1 \cdot V_1 = p_2 \cdot V_2$ và phương trình tổng quát: $\frac{p_1 \cdot V_1}{T_1} = \frac{p_2 \cdot V_2}{T_2}$.
   • Phương trình dòng liên tục: $Q = v_1 \cdot A_1 = v_2 \cdot A_2 = \text{const}$.
   • Phương trình Bernoulli cho dòng lưu chất và công thức lưu lượng khối lượng qua khe hở hẹp: $q_m = \alpha \cdot \varepsilon \cdot A_1 \sqrt{2 \cdot \rho_1 \cdot \Delta p}$.
   • Chế độ chảy: Phân định dòng chảy tầng và dòng chảy rối trong đường ống dẫn.
3. Quy chuẩn định danh và ký hiệu kỹ thuật:
   • Quy chuẩn ký hiệu cổng nối van đảo chiều theo hai hệ thống: Tiêu chuẩn ISO 5599 (dùng chữ số: Cổng nguồn 1; Cửa làm việc 2, 4, 6; Cửa xả 3, 5, 7; Tín hiệu điều khiển 12, 14) và Tiêu chuẩn ISO 1219 (dùng chữ cái: Cổng nguồn P; Cửa làm việc A, B, C; Cửa xả R, S, T; Tín hiệu điều khiển X, Y, Z).

Kỹ năng phát triển

Nội dung tài liệu hướng đến việc hình thành các năng lực kỹ thuật:

• Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Chuyển đổi và tính toán chính xác các đại lượng đo lường: Áp suất ($1\text{ bar} = 10^5\text{ Pa} = 1\text{ kg/cm}^2 = 1\text{ at} = 14{,}5\text{ psi}$), Lưu lượng ($Q = v \cdot A$), Công suất truyền động ($N = p \cdot Q$), Vận tốc cơ cấu chấp hành ($v = N / F_t$), Lực hút chân không ($F = \frac{\pi \cdot D^2}{4}(p_a - p_u)$), Độ nhớt động lực ($\eta$) và Độ nhớt động học ($\nu = \eta / \rho$, đơn vị Stokes, cSt).
• Kỹ năng phân tích sơ đồ mạch: Đọc và giải thích nguyên lý hoạt động của các mạch điều khiển logic sử dụng van OR, AND, mạch trễ thời gian đóng/ngắt, mạch tự động đảo chiều theo cữ hành trình.
• Kỹ năng thiết lập biểu đồ vận hành: Biểu diễn chính xác chu trình làm việc của cơ cấu chấp hành trên biểu đồ tọa độ trạng thái (hành trình - bước hoặc hành trình - thời gian).

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp diễn dịch học thuật, đi từ các nguyên lý nhiệt động lực học và thủy tĩnh học cơ bản đến việc mô tả kết cấu cơ khí, đọc ký hiệu bản vẽ và tổng hợp mạch điều khiển chức năng.

• Phương pháp giảng dạy trên lớp: Với quy chuẩn 45 giờ lý thuyết, giảng viên sử dụng phương pháp thuyết giảng kết hợp giải thích trực quan thông qua sơ đồ nguyên lý cắt bổ của thiết bị (máy nén khí piston, máy nén trục vít, máy nén cánh quay, van điều áp, bầu lọc khí, van đảo chiều điện từ). Nội dung giảng dạy tập trung phân tích bản chất cơ học chất lưu và các trạng thái chuyển mạch của nòng van.
• Bài tập và phân tích trường hợp (Case studies): Hệ thống bài tập trong giáo trình tập trung vào:
  • Tính toán tổn thất áp suất và xác định đường kính ống dẫn khí nén dựa trên lưu lượng ($Q$), vận tốc dòng chảy ($6 \div 10\text{ m/s}$) và hệ số cản cục bộ ($\zeta, l'$).
  • Lập biểu đồ trạng thái cho hệ thống xilanh tác động đơn, xilanh tác dụng kép điều khiển gián tiếp qua van đảo chiều $3/2$, $4/2$, $5/2$.
  • Phân tích hoạt động mạch tự động lặp chu kỳ điều khiển bằng tín hiệu hành trình (tiếp xúc cơ học qua đầu dò) hoặc rơle thời gian khí nén.
• Phương pháp đánh giá: Đánh giá kết quả học tập của học viên thông qua:
  • Khả năng viết đúng công thức và giải thích các đại lượng trong các phương trình nhiệt động, phương trình dòng chảy liên tục, định luật truyền áp suất.
  • Mức độ chính xác khi vẽ và giải mã ký hiệu van theo tiêu chuẩn ISO 5599 và ISO 1219.
  • Kỹ năng phân tích đúng đường truyền năng lượng và thứ tự dịch chuyển của nòng van trên các sơ đồ mạch mẫu.
• Hướng dẫn tự học: Học viên cần chủ động nghiên cứu bảng tra thông số vật lý của không khí (Bảng 1.1: khối lượng riêng $\rho_n = 1{,}293\text{ kg/m}^3$, tốc độ âm thanh $w_s = 331{,}2\text{ m/s}$ ở $0^\circ\text{C}$, độ nhớt động lực $\eta = 17{,}17 \cdot 10^{-6}\text{ Pa}\cdot\text{s}$), tự vẽ lại các ký hiệu van đảo chiều ở các vị trí "0" và "1", so sánh sự khác biệt vận hành giữa van có lò xo hồi vị và van đảo chiều xung không có vị trí "0".

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Văn bản giáo trình thể hiện tính hệ thống và chuẩn hóa kỹ thuật thông qua các nội dung:

1. Chuẩn hóa hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật: Tài liệu tích hợp song song hai tiêu chuẩn quốc tế ISO 5599 và ISO 1219 để quy ước các cổng kết nối và đường dẫn tín hiệu điều khiển, giúp người học nhận diện đồng bộ các thiết bị thủy khí từ nhiều nhà sản xuất khác nhau.
2. Phân loại thiết bị nguồn hiện đại: Giáo trình không chỉ dừng lại ở máy nén khí piston cổ điển mà phân tích sâu cấu tạo máy nén trục vít với profin răng lệch nhau và máy nén khí kiểu cánh gạt một cấp làm mát bằng nước với dải tốc độ quay cao ($3000\text{ v/ph}$), phản ánh đúng các trang thiết bị cấp nguồn công nghiệp.
3. Liên hệ trực tiếp với chuyên ngành Ô tô: Nội dung giáo trình đưa vào phân tích cấu tạo và nguyên lý của tuốc bin khí nén (turbocharger) lắp trên động cơ ô tô (bao gồm khối máy nén khí rotor, buồng đốt hở và tuốc bin giãn nở sinh công), tạo sự liên kết chặt chẽ giữa lý thuyết thủy khí với các cụm kết cấu động lực trên phương tiện giao thông.
4. Phát triển mạch điều khiển logic: Giới thiệu đầy đủ các khối chức năng xử lý tín hiệu bao gồm logic OR (van con thoi), logic AND (van hai áp suất), van xả nhanh và van chân không ứng dụng nguyên lý ống Venturi, đáp ứng yêu cầu tự động hóa các chu trình sản xuất và sửa chữa.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình Công nghệ khí nén - Thủy lực ứng dụng phục vụ cho các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và kỹ thuật:

• Học viên và sinh viên: Tài liệu học tập bắt buộc đối với sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Công nghệ Ô tô. Ngoài ra, giáo trình có thể dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên các ngành kỹ thuật liên quan như Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Động lực, Cơ điện tử và Máy công trình.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở trước đó về Vật lý đại cương (phần Cơ học chất lưu, Nhiệt học), Vẽ kỹ thuật cơ khí (đọc bản vẽ chi tiết và sơ đồ nguyên lý), và Toán học kỹ thuật (đại số và phương trình vi phân cơ bản).
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm đề cương chuẩn để biên soạn giáo án bài giảng lý thuyết 45 giờ cho môn học MH 13, xây dựng hệ thống câu hỏi kiểm tra định kỳ, đề thi kết thúc học phần và làm tài liệu hướng dẫn sinh viên chuẩn bị cho các mô-đun thực hành sửa chữa tiếp theo (MĐ 18, MĐ 19).
• Cán bộ kỹ thuật và thợ sửa chữa: Là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho kỹ thuật viên tại các xưởng dịch vụ ô tô, nhà máy cơ khí nhằm chuẩn hóa phương pháp đọc sơ đồ mạch thủy lực - khí nén và nắm vững quy trình xử lý, bôi trơn khí nén đúng quy chuẩn.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng đào tạo nào?

Tài liệu được biên soạn chính thức theo chương trình của Tổng cục Dạy nghề, phù hợp nhất cho sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Công nghệ Ô tô, đồng thời phục vụ đào tạo các ngành kỹ thuật cơ khí chế tạo máy và cơ giới hóa công trình.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Học viên cần có kiến thức cơ bản về vật lý nhiệt động học (các định luật về chất khí lý tưởng), cơ học thủy khí (áp suất, lưu lượng, tổn thất dòng chảy) và khả năng đọc hiểu các ký hiệu trên bản vẽ cơ khí kỹ thuật.

3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các tài liệu lý thuyết thủy khí thuần túy?

Giáo trình lược bỏ các chứng minh toán học phức tạp của cơ học chất lưu thuần túy; tập trung trực tiếp vào cấu tạo cụ thể của thiết bị (máy nén piston, trục vít, cánh gạt, tuốc bin), nguyên lý chuyển mạch của các van tiêu chuẩn ISO và phương pháp xây dựng biểu đồ trạng thái cho mạch điều khiển thực tế.

4. Phương pháp tự học giáo trình này như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Học viên nên học theo trình tự: nắm vững các thông số vật lý và công thức nhiệt động học ở Chương 1 và Chương 3; sau đó học thuộc bảng đối chiếu ký hiệu cổng theo ISO 5599 / ISO 1219; cuối cùng tập phân tích logic hoạt động của các mạch điều khiển tự động ở Chương 2 và Chương 4 dựa trên biểu đồ trạng thái.

5. Giáo trình có các tài liệu bổ trợ nào kèm theo trong chương trình đào tạo?

Theo chương trình môn học ban hành kèm theo giáo trình, môn học MH 13 được bố trí giảng dạy song song cùng các môn học/mô-đun: MH 14, MH 15, MH 16, MĐ 18, MĐ 19 và sử dụng danh mục tài liệu tham khảo kỹ thuật ở trang 78 của tài liệu.

---

Kết luận

Giáo trình Công nghệ khí nén - Thủy lực ứng dụng (Mã tài liệu: MH 13) do Tổng cục Dạy nghề ban hành năm 2012 là tài liệu học thuật hoàn chỉnh, cung cấp cơ sở lý thuyết nhiệt động lực học và thủy lực học ứng dụng trong kỹ thuật cơ khí ô tô.

Nội dung giáo trình xây dựng tiến trình học tập chặt chẽ: bắt đầu từ các định luật vật lý cơ bản (Pascal, Boyle, Bernoulli, phương trình trạng thái đa biến), chuyển tiếp sang cấu tạo thiết bị nguồn và các cụm van điều khiển chuẩn hóa (ISO 5599, ISO 1219), tiến đến thiết lập các mạch điều khiển tự động bằng biểu đồ trạng thái. Đây là tài liệu cơ sở bắt buộc, định hình năng lực nhận dạng sơ đồ và tính toán thông số thủy khí, tạo tiền đề trực tiếp cho các mô-đun thực hành chuyên sâu trong chương trình đào tạo nghề Công nghệ Ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1: MH 13 - 01 Mục tiêu: - Phát biểu đúng các khái niệm, yêu cầu và các thông số của truyền động bằng khí nén - Giải thích được các quy luật truyền dẫn của khí nén - Phát biểu đúng yêu cầu, nhiệm vụ và phân loại hệ thống truyền động bằng khí nén - Giải thích được sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động bằng khí nén - Nhận dạng được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị truyền động bằng khí nén - Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực thủy lực và khí nén.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 động 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 động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường. Khí nén đã được ứng dụng từ rất lâu, cách đây trên 2000 năm, người ta đã 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 đã phát minh ra các thiết bị máy móc hoạt động bằng khí nén. Tuy nhiên lịch sử phát triển của kỹ thuật khí nén cũng có những bước thăng trầm. Một mặt do trình độ 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 động cơ nhiệt, truyền động điện… mà mãi đến những năm gần đây kỹ thuật khí nén mới lại có được vai trò xứng đáng của nó trong sản xuất. Thời kỳ bùng nổ của kỹ thuật khí nén bắt đầu cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển và tự động hóa của các quá trình sản xuất, nhất là khi có sự tham gia của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật tính hiện đại.

Ngày nay khí nén đã 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 Khái niệm Là hệ thống truyền động lấy không khí từ môi trường ngoài, nén lại truyền dẫn làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường.2 Sản xuất khí nén Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn cung cấp khí nén, nguồn khí này phải được sản xuất thường xuyên với lượng thể tích đầy đủ với một áp suất nhất định thích hợp cho năng lượng hệ thống. Máy nén khí Máy nén khí là máy có nhiệm vụ thu hút không khí, hơi ẩm, khí đốt ở một áp suất nhất định và tạo ra nguồn lưu chất có áp suất cao hơn. Các loại máy nén khí công suất nhỏ thường sử dụng Máy nén khí được phân loại theo áp suất hoặc theo nguyên lý hoạt động. Đối với nguyên lý hoạt động 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 được dùng cho công suất rất lớn và không kinh tế khi sử dụng lưu lượng dưới mức 600 m3/phút. Vì thế nó không mang lại áp suất cần thiết cho ứng dụng điều 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 đến 500 m3/phút. Máy nén 1 pít tông có thể nén khí khoảng 6 bar và ngoại lệ có thể đến 10 bar; máy nén kiểu pít tông hai cấp có thể nén đến 15 bar; 3-4 cấp lên đến 250 bar.

Máy nén khí kiểu piston 3 * Máy nén khí kiểu trục vít Máy nén trục vít làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích không gian giữa hai răng kề nhau và vỏ sẽ thay đổi khi trục trục vít quay. Do các rô to được chế tạo ở dạng trục vít nên điểm nén sẽ dịch chuyển từ cửa nạp đến cửa đẩy. Phần chính của máy nén trục vít gồm 2 roto: roto chính 2 và rô to phụ 1, (hình 1.

Số đầu mối ren trên rô to xác định thể tích làm việc của máy, có nghĩa là thể tích không khí cuốn vào trong một vòng quay. Số đầu mối ren càng lớn thể tích làm việc càng nhỏ. Số đầu mối ren của hai rô to khác nhau sẽ cho hiệu suất cao hơn. Cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít Hình 1.

Quá trình hút, nén và đẩy của máy nén trục vít 4 * Máy nén kiểu cánh quạt (Rotary compressors) Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt mô tả ở hình 1.2: không khí sẽ được vào buồng hút. Nhờ rôto và stato đặt lệch tâm, nên khi rôto quay chiều sang phải, thì không khí vào buồng nén. Sau đó khí nén sẽ đi ra buồng đẩy. Máy nén khí kiểu cánh gạt 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 đến nơi tiêu thụ, đảm bảo áp suất p và lưu lượng Q và chất lượng khí nén cho các thiết bị làm việc, ví dụ như van, động cơ khí, xy lanh khí… Hình 1. Hệ thống, thiết bị phân phối khí nén 5 Truyền tải không khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, chú ý đối với hệ thống ống dẫn khí có thể là mạng đường ống được lắp ráp cố định (trong toàn nhà máy) và mạng đường ống lắp ráp trong từng thiết bị, trong từng máy mô tả ở hình 1. Đối với hệ thống phân phối khí nén ngoài tiêu chuẩn chọn máy nén khí hợp lí, tiêu chuẩn chọn đúng các thông số của hệ thống ống dẫn ( đường kính ống, vật liệu ống); cách lắp đặt hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống phẫn phối cũng đóng vai trò quan trọng về phương diện kinh tế cũng như yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều 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 đến, trích chứa, ngưng tụ và tách nước trước khi chuyển đến 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 đặt nằm ngang, nằm đứng. Đường ống ra của khí nén bao giờ cũng nằm ở vị trí cao nhất của bình trích chứa (hình 1. Các loại bình trích chứa khí nén * Đường ống Đường ống dẫn khí nén có đường kính trong vài milimet trở lên.

Chúng được làm bằng các vật liệu cao su, nhựa hoặc kim loại. Thông số cơ bản kích thước ống (đường 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. 6 - Lưu lượng: phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy (Q=v. Vận tốc dòng chảy càng lớn, tổn thất áp suất trong ống càng lớn.

- Vận tốc dòng chảy: vận tốc dòng chảy của khí nén trong ống dẫn nên chọn là từ 6 ÷ 10 m/s. Vận tốc của dòng chảy khi qua các chỗ lượn cua của ống hoặc nối ống, van, những nơi có tiết diện nhỏ lại sẽ tăng lên, hay vận tốc dòng chảy sẽ tăng lên nhất thời khi các thiết bị hay máy móc đang vận hành. - Tổn thất áp suất: tốt nhất không vượt quá 0. Thực tế sai số cho phép đến 5% áp suất làm việc.

Như vậy tổn thất áp suất là 0.3 bar là chấp nhận được với áp suất làm việc là 6 bar. - Hệ số cản dòng chảy: khi lưu lượng khí đi qua các chỗ nối khớp, van, khúc cong sẽ gây ra hiện tượng cản dòng chảy. Bảng 1, biểu thị các hệ số cản tương đương chiều dài ống dẫn l’ của các phụ kiện nối. Giá trị hệ số cản ζ tương đương chiều dài ống dẫn l 1.4 Xử lý khí nén Khí nén được tạo ra từ máy nén khí có chứa nhiều chất bẩn, độ bẩn có thể ở các mức độ khác nhau.

Chất bẩn có thể là bụi, độ ẩm của không khí hút vào, những cặn bả của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Hơn nữa trong quá trình nén nhiệt độ của khí nén tăng lên, có thể gây ra ô xy hóa một số phần tử của hệ thống. Do đó việc xử lý khí nén cần phải thực hiện bắt buộc. Khí nén không được xử lý thích hợp sẽ gây hư hỏng hoặc gây trở ngại tính làm việc 7 của các phần tử khí nén.

Đặc biệt sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển đòi hỏi chất lượng khí nén rất cao. Mức độ xử lý khí nén tùy thuộc vào từng phương pháp xử lý. Trong thực tế người ta thường dùng bộ lọc để xử lý khí nén (hình 1. Bộ lọc khí Van lọc khí (hình 1.8) là làm sạch các chất bẩn và ngưng tụ hơi nước chứa trong nó.

Khí nén sẽ tạo chuyển động xoắn khi qua lá xoắn kim loại, sau đó qua phần tử lọc, các chất bẩn được tách ra và bám vào màng lọc, cùng với những phân tử nước được để lại nằm ở đáy của bầu lọc. Tùy theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn phần tử lọc. Độ lớn của phần tử lọc nên chọn từ 20µm – 50µm. Van lọc khí nén 8 Van điều chỉnh áp suất: nhiệm vụ của van áp suất là ổn định áp suất điều chỉnh, mặc dù có sự thay đổi bất thường của áp suất làm việc ở đường ra hoặc sự dao động của áp suất ở đầu vào.

Ap suất ở đầu vào luôn luôn là lớn hơn áp suất ở đầu ra (hình 1. Van điều chỉnh áp suất Van điều chỉnh áp được điều chỉnh bằng vít điều chỉnh tác động lên màng kín. Phía trên của màng chịu tác dụng của áp suất đầu ra, phía dưới chịu tác dụng của lực lò xo sinh ra do vít điều chỉnh. Bất kỳ sự tăng áp ở đầu tiêu thụ gây cho màng kín dịch chuyển chống lại lực căn của lò xo vì vậy hạn chế dòng khí đi qua miệng van cho tới lúc có thể đóng sát.