Xi Lanh Khí Nén
Xi lanh khí nén là gì?
Xi lanh khí nén (đôi khi được gọi là xi lanh khí) hay ben khí nén là các thiết bị cơ khí sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra lực trong chuyển động tuyến tính qua lại.
Giống như xi lanh thủy lực, một cái gì đó buộc một piston để di chuyển theo hướng mong muốn. Các piston là một đĩa hoặc xi lanh, và thanh piston chuyển lực mà nó phát triển để đối tượng được di chuyển. Các kỹ sư đôi khi thích sử dụng khí nén hơn vì chúng êm hơn, sạch hơn và không đòi hỏi nhiều không gian để lưu trữ chất lỏng.
Bởi vì chất lỏng vận hành là một chất khí, rò rỉ từ một xy lanh khí nén sẽ không nhỏ giọt ra ngoài và gây ô nhiễm môi trường xung quanh, làm cho khí nén trở nên hấp dẫn hơn khi sự sạch sẽ là một yêu cầu. Ví dụ, trong những con rối cơ khí của Disney Tiki Room, khí nén được sử dụng để ngăn chặn chất lỏng từ nhỏ giọt xuống những người bên dưới những con rối.
Nhiều ứng dụng công nghiệp yêu cầu chuyển động tuyến tính trong chuỗi hoạt động của chúng. Một trong những cách đơn giản và hiệu quả nhất về chi phí để thực hiện điều này là với thiết bị truyền động khí nén, thường được gọi là một xy lanh khí. Thiết bị truyền động là một thiết bị dịch chuyển nguồn tĩnh thành chuyển động đầu ra hữu ích. Nó cũng có thể được sử dụng để áp dụng một lực. Thiết bị truyền động thường là thiết bị cơ khí có năng lượng và chuyển đổi nó thành một số loại chuyển động. Chuyển động đó có thể dưới bất kỳ hình thức nào, chẳng hạn như chặn, kẹp hoặc đẩy ra.
Hoạt động của xi lanh khí nén
Sau khi được kích hoạt, khí nén đi vào ống ở một đầu của piston và truyền lực lên piston. Thiết bị truyền động khí nén là các thiết bị cơ khí sử dụng khí nén tác động lên một piston bên trong một hình trụ để di chuyển tải dọc theo đường thẳng. Không giống như các lựa chọn thay thế thủy lực của chúng, chất lỏng vận hành trong thiết bị truyền động khí nén chỉ đơn giản là không khí, vì vậy sự rò rỉ không nhỏ giọt và gây ô nhiễm các khu vực xung quanh.
Có rất nhiều kiểu thiết bị truyền động khí nén bao gồm xi lanh cơ hoành, xy lanh không trục, xy lanh lồng và xy-lanh. Phong cách phổ biến nhất của thiết bị truyền động khí nén bao gồm một piston và thanh di chuyển bên trong một hình trụ khép kín. Kiểu thiết bị truyền động này có thể được chia thành hai loại dựa trên nguyên lý hoạt động: diễn xuất đơn và tác động kép.
Nhiều nghiên cứu đã được hoàn thành về độ chính xác của một xy lanh khí nén có thể bị ảnh hưởng khi tải trọng tác động lên xy lanh cố gắng nén thêm khí được sử dụng. Dưới tải trọng thẳng đứng, một trường hợp mà xy lanh chịu tải đầy, độ chính xác của xy lanh bị ảnh hưởng nhiều nhất. Một nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Cheng Kung ở Đài Loan, kết luận rằng độ chính xác khoảng ± 30 nm, vẫn nằm trong phạm vi thỏa đáng nhưng cho thấy rằng độ nén khí có tác dụng trên hệ thống.
Hệ thống khí nén thường được tìm thấy trong các thiết lập mà ngay cả sự thất bại hệ thống hiếm và ngắn là không thể chấp nhận được. Trong tình huống như vậy, khóa đôi khi có thể phục vụ như một cơ chế an toàn trong trường hợp mất nguồn cung cấp khí (hoặc áp suất giảm) và do đó khắc phục hoặc giảm thiểu bất kỳ thiệt hại nào phát sinh trong tình huống đó. Rò rỉ không khí từ đầu vào hoặc đầu ra làm giảm áp suất đầu ra.
Các loại xy lanh khí nén
Mặc dù xi lanh khí nén sẽ thay đổi về ngoại hình, kích thước và chức năng, nhưng chúng thường rơi vào một trong các danh mục cụ thể được hiển thị bên dưới. Tuy nhiên, cũng có rất nhiều loại xi lanh khí nén khác, nhiều trong số đó được thiết kế để đáp ứng các chức năng cụ thể và chuyên dụng.
Xi lanh khí nén đơn
Xi lanh tác động đơn (SAC) sử dụng áp suất truyền qua không khí nén để tạo động lực theo một hướng (thường ra ngoài) và một lò xo quay trở lại vị trí "đầu". Thường xuyên hơn không, loại xi lanh này có phần mở rộng hạn chế do không gian lò xo nén chiếm dụng. Xi lanh tác dụng đơn sử dụng một cổng khí để cho phép khí nén đi vào xy lanh để di chuyển piston đến vị trí mong muốn, cũng như lò xo bên trong để đưa piston trở về vị trí “đầu” khi áp suất không khí được lấy ra.
Xi lanh khí nén kép(đôi)
Xi lanh tác động kép (DAC) sử dụng lực của không khí để di chuyển trong cả hai mở rộng và rút lại đột quỵ. Họ có hai cổng để cho phép không khí trong, một cho outstroke và một cho instroke. Chiều dài cho thiết kế này là không giới hạn, tuy nhiên, thanh piston là dễ bị bẻ cong và uốn cong. Các tính toán bổ sung cũng nên được thực hiện. Xi lanh tác động kép có một cổng khí ở mỗi đầu và di chuyển piston về phía trước và ngược lại bằng cách xen kẽ cổng nhận được không khí áp suất cao.
Trong một ứng dụng điển hình, bộ phận truyền động được kết nối với khung đỡ và đầu que được kết nối với một phần tử máy sẽ được di chuyển. Một van điều khiển on-off được sử dụng để trực tiếp khí nén vào cổng mở rộng trong khi mở cổng rút lại vào bầu khí quyển. Sự khác biệt về áp suất ở hai bên của piston dẫn đến một lực bằng chênh lệch áp suất nhân với diện tích bề mặt của piston.
Thiết bị truyền động khí nén đang ở cuối làm việc của một hệ thống năng lượng chất lỏng. Thượng lưu của các đơn vị này, tạo ra công việc có thể nhìn thấy của việc di chuyển tải, là máy nén, bộ lọc, bộ điều chỉnh áp suất, bộ bôi trơn, van điều khiển on-off và điều khiển lưu lượng. Kết nối tất cả các thành phần này với nhau là một mạng lưới đường ống hoặc ống (cứng hoặc linh hoạt) và các phụ kiện.
Yêu cầu áp suất và lưu lượng của các bộ truyền động trong hệ thống phải được tính đến khi lựa chọn các thành phần hệ thống thượng lưu này để đảm bảo hiệu suất mong muốn. Các thành phần ngược dòng dưới mức có thể khiến thiết bị truyền động khí nén hoạt động kém hoặc thậm chí làm cho nó không thể di chuyển tải của nó.
Kích thước Xi lanh khí nén
Xi lanh khí có sẵn trong nhiều kích cỡ và thường có thể từ một chai khí nhỏ 2,5 mm (1⁄10 in), có thể được sử dụng để chọn một bóng bán dẫn nhỏ hoặc thành phần điện tử khác, đường kính 400 mm (16 in) các chai khí sẽ truyền đủ lực để nâng xe. Một số xi lanh khí nén đạt đường kính 1.000 mm (39 in), và được sử dụng thay cho xi lanh thủy lực trong trường hợp đặc biệt, nơi rò rỉ dầu thủy lực có thể gây ra một mối nguy hiểm cực đoan.
Lựa chọn xi lanh khí nén
Khi chọn bất kỳ xy lanh khí nén nào, điều quan trọng là phải khớp đúng xi lanh với ứng dụng, đặc biệt là về lực yêu cầu. Lực lý thuyết có sẵn trong bộ truyền động là diện tích bề mặt piston nhân với áp suất không khí cung cấp. Lực lò xo phải được trừ khỏi giá trị này đối với các xy lanh tác động đơn. Lực thực tế áp dụng cho tải sẽ giảm từ 3% đến 20% do tổn thất áp suất trong hệ thống.
Khi biết được diện tích bề mặt piston yêu cầu (A), đường kính lỗ khoan (d) có thể được tìm thấy theo công thức. Độ dài được xác định bởi sự di chuyển cần thiết của phần tử máy được điều khiển bởi bộ truyền động. Tiêu chí lựa chọn cuối cùng là sự sắp xếp lắp đặt hình trụ và cấu hình kết quả.
Có rất nhiều cấu hình khác nhau có sẵn từ các nhà sản xuất khác nhau. Những người phổ biến hơn bao gồm cứng nhắc mũi hoặc đuôi gắn kết, trunnion gắn kết, phía sau trục gắn kết và chân gắn kết. Một khi kích thước và cấu hình thiết bị truyền động cơ bản được biết, các tùy chọn khác như đệm kết thúc hoặc các miếng đệm đặc biệt cần được xem xét. Trong một số ứng dụng, các công tắc phát hiện vị trí được yêu cầu, thường được thực hiện bằng một piston và công tắc từ.
Có nhiều yếu tố như nhiễm bẩn hệ thống, ăn mòn, rò rỉ nhỏ và mòn sẽ ảnh hưởng đến áp suất không khí và dòng chảy có sẵn được sử dụng để điều khiển thiết bị truyền động. Thiết bị truyền động và hệ thống năng lượng chất lỏng nên được định kích thước chính xác để không lãng phí năng lượng, với biên độ được thêm vào tài khoản để giảm thiểu áp lực và lưu lượng do các yếu tố được liệt kê ở trên.
