Câu hỏi: Làm thế nào để thiết kế một mạch điều khiển khí nén 'tự đảo chiều' cho các tác vụ rung động tự động hoặc trộn?

Câu trả lời: Để thiết kế một mạch điều khiển khí nén tự đảo chiều hoàn toàn cơ học mạch khí nén , kỹ sư phải sử dụng van điều khiển hướng kiểu 5/2 chiều, điều khiển kép bằng áp lực, làm van nguồn chính, kết hợp với hai van giới hạn kiểu 3/2 chiều, normally closed (đóng thường), có cần gạt con lăn được lắp đặt tại các vị trí giới hạn vật lý của hành trình xi-lanh. Chu kỳ được khởi động bằng cách đưa tín hiệu bắt đầu qua một van tay kiểu 3/2 chiều. Khi tín hiệu bắt đầu ở trạng thái hoạt động, van con lăn thứ nhất—bị cần piston thu vào tác động cơ học—sẽ gửi tín hiệu áp lực điều khiển để dịch chuyển van nguồn chính kiểu 5/2 chiều. Điều này làm xi-lanh đẩy ra ngoài. Khi xi-lanh đạt đến vị trí duỗi tối đa, nó sẽ kích hoạt van con lăn thứ hai. Van này gửi tín hiệu áp lực điều khiển ngược chiều tới phía đối diện của van nguồn chính, đảo chiều dòng chảy và kéo xi-lanh trở về. Khi xi-lanh quay lại vị trí ban đầu (vị trí xuất phát), nó lại kích hoạt van con lăn thứ nhất, bắt đầu lại chu kỳ. Như vậy tạo ra chuyển động tịnh tiến qua lại liên tục và tự động, mà không cần bất kỳ cảm biến điện tử, PLC hay dây dẫn điện nào.

Giới thiệu: Những ưu điểm của chuyển động tịnh tiến cơ học

Trong sản xuất và chế biến công nghiệp, chuyển động tịnh tiến liên tục theo kiểu qua lại là một yêu cầu cơ học phổ biến. Các thiết bị như sàng phân loại rung, bồn trộn hóa chất, phễu khuấy bột, máy rửa chi tiết và máy khuấy sơn đều dựa vào chuyển động qua lại lặp đi lặp lại một cách liên tục để thực hiện nhiệm vụ của mình.

Mặc dù các hệ thống điều khiển điện tử (sử dụng PLC, cảm biến gần và van solenoid) có thể dễ dàng lập trình chuyển động này, nhưng chúng không phải lúc nào cũng là lựa chọn tối ưu. Trong các môi trường chống nổ (ví dụ như phòng trộn hóa chất hoặc buồng sơn dung môi), các thành phần điện gây nguy cơ phát tia lửa và đòi hỏi phải sử dụng vỏ bọc chống nổ đắt tiền. Ở những khu vực thường xuyên rửa mạnh hoặc nhiều bụi, các cảm biến điện tử tinh vi dễ bị hỏng. Một mạch khí nén tự động thực hiện chuyển động qua lại hoàn toàn bằng khí nén là một giải pháp thay thế tinh tế, cực kỳ bền bỉ và vốn dĩ an toàn.

Cấu tạo của mạch tự động thực hiện chuyển động qua lại: Các thành phần cốt lõi

Để xây dựng một mạch tự đảo chiều có độ tin cậy cao, các kỹ sư tích hợp hệ thống nên sử dụng các thành phần AIRWORK hiệu suất cao sau đây:

• Một xi-lanh khí nén hai chiều: Bộ chấp hành này chuyển đổi áp lực không khí thành chuyển động cơ học dạng đảo chiều. Xi-lanh cần được trang bị bộ giảm chấn nội bộ điều chỉnh được để hấp thụ lực va chạm do quá trình đảo chiều liên tục gây ra.
• Một van điều khiển hai chiều 5/2 có bộ điều khiển bằng tín hiệu khí nén ở cả hai phía (van chính): Van này điều khiển hướng dòng khí nén đi vào xi-lanh. Van không có lò xo; cụm trượt bên trong sẽ giữ nguyên vị trí cuối cùng đã dịch chuyển cho đến khi có tín hiệu điều khiển chủ động được cấp vào cổng điều khiển khí nén ở phía đối diện.
• Hai van đòn bẩy con lăn ba chiều 3/2 (van giới hạn): Các van NC (thường đóng) này được lắp đặt tại hai vị trí giới hạn cơ học của hành trình xi-lanh (một tại vị trí co hoàn toàn — 0% và một tại vị trí duỗi tối đa — 100%). Chúng hoạt động như các cảm biến vị trí dạng khí nén.
• Một van điều khiển thủ công ba vị trí/hai chiều (van khởi động/dừng): Van này hoạt động như công tắc nguồn chính của hệ thống, cho phép người vận hành khởi động và dừng chuyển động tịnh tiến.
• Hai van điều khiển lưu lượng một chiều (bộ điều khiển tốc độ xả ra): Những van này được lắp trực tiếp trên các cổng xi-lanh để điều chỉnh tốc độ duỗi ra và thu vào, từ đó xác định trực tiếp tần số chuyển động tịnh tiến.

Sơ đồ mạch và logic vận hành từng bước

Để tích hợp mạch này, hãy kết nối các thành phần theo logic cơ học tiêu chuẩn sau:

• Trạng thái ban đầu (nhàn rỗi): Van khởi động ở trạng thái đóng. Cần piston của xi-lanh được thu hoàn toàn, nằm vật lý phía trên van đòn bẩy con lăn số 1, giữ van này ở trạng thái bị ấn xuống (mở). Van năm vị trí/hai chiều chính đang ở vị trí ban đầu (home position), cấp khí vào buồng phía trước của xi-lanh để giữ xi-lanh ở vị trí thu lại.
• Giai đoạn 1 – Bắt đầu vòng lặp: Người vận hành chuyển van khởi động 3/2 chiều sang vị trí BẬT. Không khí nén đi qua van khởi động, di chuyển qua van con lăn–cần gạt số 1 (được ấn cơ học nên ở trạng thái MỞ) và đi vào cổng điều khiển 14 của van chính 5/2 chiều.
• Giai đoạn 2 – Đẩy ra: Áp suất điều khiển làm dịch chuyển trục trượt của van chính 5/2 chiều. Không khí được dẫn vào buồng phía sau của xi-lanh, trong khi không khí trong buồng phía trước được xả ra ngoài. Cần xi-lanh bắt đầu đẩy ra. Ngay khi cần bắt đầu chuyển động, nó sẽ giải phóng van con lăn–cần gạt số 1, khiến van này bật trở lại vị trí bình thường (ĐÓNG – xả). Trục trượt của van chính duy trì ở vị trí đã dịch chuyển nhờ áp suất điều khiển bị giữ kín.
• Giai đoạn 3 – Thu hồi: Khi thanh xi-lanh đạt độ duỗi tối đa, nó tác động trực tiếp và ấn xuống van đòn bẩy con lăn số 2. Việc này mở van, cho phép khí nén chảy vào cổng điều khiển 12 của van chính. Trục trượt của van chính dịch chuyển ngược lại, đảo chiều nguồn cung cấp khí. Buồng phía sau được xả ra ngoài, đồng thời khí được dẫn vào buồng phía trước, khiến thanh xi-lanh thu hồi. Van đòn bẩy con lăn số 2 được giải phóng và đóng lại.
• Giai đoạn 4 – Tái khởi động liên tục: Xi-lanh thu hồi hoàn toàn và va chạm lại vào van đòn bẩy con lăn số 1. Khí chảy trở lại cổng điều khiển 14, làm trục trượt của van chính dịch chuyển và bắt đầu hành trình duỗi tiếp theo. Vòng lặp này lặp đi lặp lại vô hạn cho đến khi người vận hành chuyển van khởi động sang vị trí TẮT, từ đó cắt nguồn cung cấp khí cho các van đòn bẩy con lăn.

Các Thực hành Kỹ thuật Tốt nhất: Tốc độ, Tần suất và Độ bền

Để đảm bảo tuổi thọ dài và không cần bảo trì cho một hệ thống tự dao động, các kỹ sư thiết kế phải tuân thủ các hướng dẫn cơ học sau:

• Điều chỉnh tần số hành trình: Tần số chuyển động qua lại được điều khiển bằng cách điều chỉnh hai van điều khiển lưu lượng một chiều. Đóng các van kim sẽ hạn chế lưu lượng khí xả, làm giảm tốc độ pít-tông và hạ thấp tần số. Mở các van này sẽ tăng tốc độ và tần số. Không bao giờ vận hành xi-lanh ở tốc độ tối đa mà không có bộ giảm chấn, vì lực va đập liên tục sẽ nhanh chóng phá hủy các nắp đầu xi-lanh.
• Cài đặt bộ giảm chấn cơ học: Đảm bảo xi-lanh khí nén được trang bị bộ giảm chấn điều chỉnh được tại cuối hành trình. Điều chỉnh các kim giảm chấn sao cho pít-tông giảm tốc một cách êm ái ngay trước khi tiếp xúc với các nắp đầu, nhằm giảm thiểu rung động cấu trúc.
• Căn chỉnh đúng vị trí con lăn–cần gạt: Lắp đặt các van con lăn–cần gạt sao cho cam xi-lanh hoặc phần đầu thanh nối tác động lên cần gạt con lăn dưới một góc nghiêng mượt mà (thường từ 30 đến 45 độ), thay vì nén trực tiếp theo phương vuông góc. Điều này ngăn ngừa tải lệch và cong vênh cơ học của cần gạt van.
• Bôi trơn và chất lượng không khí: Do hệ thống piston hoạt động liên tục nên mức độ mài mòn của các phớt kín rất cao. Đảm bảo không khí nén được lọc đúng cách (bộ lọc có độ chính xác 5 micromet hoặc tốt hơn) và dẫn khí vào mạch thông qua bộ bôi trơn dạng sương mù vi mô AIRWORK để duy trì việc bôi trơn liên tục cho các van trượt và phớt kín xi-lanh.

B2b Ứng dụng : Máy khuấy dung môi chống nổ

Một nhà máy sản xuất hóa chất cần một giải pháp để trộn liên tục các loại lớp phủ gốc dung môi ăn mòn bên trong thiết bị kín. Việc sử dụng động cơ điện và công tắc giới hạn điện tử là điều không thể do nguy cơ cao về cháy nổ hơi dung môi. Nhà máy đang tìm kiếm một thiết bị khuấy trộn hoàn toàn chống nổ.

Bằng cách triển khai mạch khí nén tự đảo chiều của AIRWORK, nhà máy đã chế tạo thành công một máy trộn bền bỉ và không phát tia lửa. Một xi-lanh thép không gỉ tác động kép được kết nối với cánh khuấy bên trong bồn chứa. Hệ thống điều khiển bao gồm hoàn toàn một van điều khiển hướng 5/2 đường của AIRWORK có cơ cấu điều khiển kép và hai van giới hạn hành trình kiểu con lăn có ren G1/8. Hệ thống hoạt động trơn tru ở tốc độ 45 chu kỳ mỗi phút, vận hành liên tục 24 giờ mỗi ngày mà không phát sinh bất kỳ sự cố bảo trì nào, đảm bảo an toàn tuyệt đối về nguy cơ phát tia lửa cũng như độ tin cậy cao.

Chuẩn hóa các sản phẩm khí nén có tần số hoạt động cao của AIRWORK

AIRWORK cam kết cung cấp các bộ phận khí nén hạng nặng, độ chính xác cao, có khả năng vận hành hiệu quả trong các môi trường tự động hóa khắc nghiệt nhất. Các van điều khiển hướng, van đòn gạt kiểu con lăn và xi-lanh tiêu chuẩn ISO của chúng tôi được sản xuất với dung sai chặt chẽ cùng các phớt chống mài mòn, khiến chúng trở thành lựa chọn hàng đầu cho các hệ thống tự đảo chiều vận hành liên tục.

Bằng cách nhập các linh kiện của bạn từ AIRWORK, bạn sẽ được tiếp cận chất lượng do Ý thiết kế, hỗ trợ kỹ thuật toàn diện và giao hàng toàn cầu nhanh chóng. Để tải xuống các tệp 3D CAD, sơ đồ mạch điện hoặc để nói chuyện với kỹ sư ứng dụng về dự án trộn hoặc rung của bạn, hãy truy cập jzpnu.com ngay hôm nay.