I. Giới thiệu
Đề tài 'Thiết kế bộ thí nghiệm khí nén tại HCMUTE' tập trung vào việc phát triển các bộ thí nghiệm khí nén nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ kỹ thuật cơ điện tử. Khí nén là một nguồn năng lượng quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và y tế. Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế hai bộ thí nghiệm kéo-nén để nghiên cứu các đại lượng như lực kéo-nén, lưu lượng và áp suất khí nén. Qua đó, sinh viên có thể thực hành và hiểu rõ hơn về các khái niệm lý thuyết liên quan đến công nghệ khí nén.
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Khí nén là loại năng lượng có sẵn trong thiên nhiên, có khả năng thay thế cho nhiều loại năng lượng khác. Việc đưa khí nén vào giảng dạy tại các trường đại học giúp sinh viên nắm bắt được các ứng dụng thực tiễn của nó. Qua khảo sát, nhận thấy rằng các bài thí nghiệm về khí nén trong phòng thí nghiệm còn thiếu sót, đề tài này nhằm bổ sung những bài thí nghiệm cần thiết cho sinh viên.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đề tài không chỉ có ý nghĩa trong việc nâng cao chất lượng giảng dạy mà còn giúp sinh viên tích lũy kinh nghiệm thực tiễn. Việc thiết kế bộ thí nghiệm khí nén sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các đại lượng khí nén, từ đó áp dụng vào thực tế. Điều này cũng góp phần nâng cao chất lượng đào tạo trong ngành cơ khí chế tạo máy tại HCMUTE.
II. Tổng quan nghiên cứu
Chương này trình bày tổng quan về các thiết bị và bài thực hành khí nén hiện có trong phòng thí nghiệm tại HCMUTE. Hệ thống khí nén hiện tại đã được trang bị đầy đủ nhưng vẫn thiếu các bộ thí nghiệm chuyên sâu để nghiên cứu các đại lượng như lực, lưu lượng và áp suất. Việc khảo sát các thiết bị hiện có cho thấy rằng các xylanh khí nén chủ yếu là loại nhỏ, không đáp ứng được yêu cầu cho các bài thí nghiệm lớn hơn.
2.1 Khảo sát phòng thí nghiệm khí nén
Khảo sát cho thấy rằng các thiết bị khí nén trong phòng thí nghiệm hiện tại chủ yếu là xylanh tác động một chiều và hai chiều, cùng với các van khí nén. Tuy nhiên, các thiết bị này chưa đủ để thực hiện các thí nghiệm phức tạp về lực và áp suất. Việc thiết kế bộ thí nghiệm mới sẽ giúp sinh viên có cơ hội thực hành và nghiên cứu sâu hơn về kỹ thuật khí nén.
2.2 Các bài thực hành khí nén
Các bài thực hành hiện tại chủ yếu tập trung vào việc điều khiển xylanh bằng các van và công tắc hành trình. Tuy nhiên, chưa có bài thực hành nào liên quan đến tính toán lực, lưu lượng và áp suất của xylanh. Đề tài này sẽ bổ sung các bài thí nghiệm mới, giúp sinh viên có cái nhìn toàn diện hơn về ứng dụng khí nén trong thực tế.
III. Thiết kế bộ thí nghiệm
Chương này trình bày chi tiết về thiết kế bộ thí nghiệm khí nén, bao gồm các tính toán sơ bộ và hình vẽ thiết kế. Bộ thí nghiệm được thiết kế với hai mô hình: một cho lực kéo và một cho lực nén, với khả năng chịu lực tối đa lần lượt là 1000N và 2500N. Việc thiết kế này không chỉ giúp sinh viên thực hành mà còn tạo điều kiện cho việc nghiên cứu các hiện tượng vật lý liên quan đến khí nén.
3.1 Tính toán thiết kế
Tính toán thiết kế bộ thí nghiệm dựa trên các thông số kỹ thuật của hệ thống khí nén. Các yếu tố như áp suất, lưu lượng và lực tác động được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác và an toàn trong quá trình thực hiện thí nghiệm. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu sai sót trong quá trình chế tạo.
3.2 Hình vẽ thiết kế
Hình vẽ thiết kế bộ thí nghiệm được trình bày rõ ràng, giúp sinh viên dễ dàng hình dung và thực hiện lắp ráp. Các chi tiết như xylanh, van và các bộ phận khác được mô tả cụ thể, đảm bảo rằng sinh viên có thể thực hiện thí nghiệm một cách hiệu quả. Thiết kế này không chỉ đơn giản mà còn dễ dàng tháo lắp, thuận tiện cho việc bảo trì và sửa chữa.
IV. Kết quả và thực nghiệm
Chương này trình bày kết quả thực nghiệm từ hai bộ thí nghiệm đã thiết kế. Các kết quả cho thấy rằng bộ thí nghiệm hoạt động ổn định và đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu. Việc thực hiện các thí nghiệm về lực kéo và nén giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các khái niệm lý thuyết liên quan đến khí nén.
4.1 Trình bày kết quả
Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy sự tương quan giữa lực, lưu lượng và áp suất khí nén. Các biểu đồ và số liệu được trình bày rõ ràng, giúp sinh viên dễ dàng phân tích và rút ra kết luận. Việc thực hiện các thí nghiệm này không chỉ giúp sinh viên củng cố kiến thức mà còn phát triển kỹ năng thực hành.
4.2 Thực nghiệm lắp mạch điều khiển
Thực nghiệm lắp mạch điều khiển khí nén lên hai bộ thí nghiệm cho thấy tính khả thi và hiệu quả của thiết kế. Sinh viên đã có cơ hội thực hành lắp ráp và điều chỉnh các thiết bị, từ đó nâng cao khả năng làm việc nhóm và giải quyết vấn đề trong thực tế. Kết quả thực nghiệm cho thấy bộ thí nghiệm có thể được áp dụng rộng rãi trong giảng dạy và nghiên cứu.
