Xi lanh khí nén là gì? Cấu tạo và cơ chế hoạt động của xi lanh như thế nào? Cùng Vankhinen-THP tìm hiểu chi tiết trong bài viết chia sẻ dưới đây nhé!
Xi lanh khí nén là gì?
Xi lanh khí nén hay xylanh khí nén, ben hơi, ben khí nén, air cylinder…là thiết bị sử dụng năng lượng từ khí nén(áp suất) để chuyển đổi năng lượng thành động năng hay cơ năng, giúp vận hành các thiết bị trong hệ thống. Thiết bị này có rất nhiều loại như xi lanh tròn, xi lanh vuông, xi lanh kẹp, xi lanh trượt, xi lanh xoay, xi lanh compact… được chế tạo từ các chất liệu như hợp kim nhôm, thép, inox, nhựa…
Xi lanh khí nén bao gồm hộp chứa khí nén, van điều khiển bằng khí nén, piston, vòng bi hoặc vòng đệm, dây nối khí. Khi cung cấp khí nén cho xi lanh sẽ tạo ra một lực ép lên piston, khiến cho piston di chuyển và thực hiện nhiệm vụ chuyển động và đẩy các bộ phận khác trong hệ thống.
Cấu tạo xi lanh khí nén
Xi lanh khí nén có cấu tạo bao gồm các bộ phận chính sau:
- Thân xi lanh: Đây là bộ phận chính của xi lanh khí nén, thường chế tạo từ hợp kim nhôm. Thân xi lanh có thiết kế dạng hình trụ, có các lỗ để lắp đặt với các thiết bị khác.
- Piston (pít-tông): Đây là bộ phận chuyển động trong xi lanh, thường là thanh kim loại đặt trong thân xi lanh. Piston chia thân xi lanh thành 2 phần là phần trên và phần dưới.
- Lỗ khí nén: Đặt ở phần thân trên piston, có chức năng chính là dẫn khí nén vào xi lanh.
- Thanh giằng: Bộ phận này được lắp đặt xung quanh xi lanh khí nén, có tác dụng cố định và gia cố chắc chắn 2 đầu của xi lanh.
- Thanh piston: Bộ phận này được gắn cố định vào piston, đầu còn lại gắn vào thiết bị cần lắp đặt xi lanh. Thanh piston có nhiệm vụ truyền lực chuyển động từ piston đến trục của thiết bị lắp đặt xi lanh.
Nguyên lý hoạt động
Xi lanh khí nén có nguyên lý hoạt động dựa vào việc sử dụng khí nén để tạo ra lực đẩy tuyến tính. Khi cung cấp khí nén cho xi lanh sẽ làm tăng áp lực bên trong, thúc đẩy piston thực hiện chuyển động tuyến tính. Cụ thể:
Khi cấp khí nén vào xi lanh thông qua lỗ cấp khí (1) hoặc (2) sẽ tạo ra áp suất khí bên trong xi lanh. Áp suất này tác động đến mặt trên piston, đẩy piston chuyển động lên hoặc xuống. Trong quá trình piston di chuyển, lượng khí nén ở phía trên hoặc dưới piston bị nén chặt lại, tạo thành một áp lực lớn hơn và đẩy lượng khí ra khỏi cổng (1) hoặc (2).
Quá trình di chuyển của piston sẽ kéo theo sự chuyển động của thanh piston, qua đó, truyền lực chuyển động từ piston đến vật thể lắp đặt xi lanh. Quá trình hoạt động của vật thể đó phụ thuộc hoàn toàn vào quá trình chuyển động của piston thông qua quá trình cấp khí nén.
Phân loại xi lanh khí nén
Xi lanh khí nén hiện phân thành 2 dạng tác động chính là tác động đơn và tác động kép.
Xi lanh khí nén 1 chiều – tác động đơn
Xi lanh khí nén 1 chiều hay tác động đơn là loại xi lanh có tính năng tác động ở một chiều duy nhất. Cơ chế hoạt động của loại xi lanh này là sử dụng khí nén để di chuyển piston theo một hướng, với lực đẩy sinh ra từ áp suất khí đặt phía trên piston. Khi giải phóng khí nén ra khỏi xi lanh, lò xo sẽ đẩy piston trở về vị trí ban đầu và không tạo ra lực tác động ở hướng ngược lại.
Xi lanh khí nén 2 chiều – tác động kép
Xi lanh khí nén tác động kép hay 2 chiều là loại xi lanh có khả năng tác động theo hai hướng. Cơ chế hoạt động của xi lanh là sử dụng khí nén để di chuyển piston theo hai chiều, tạo ra lực đẩy nhờ áp suất khí nén phía trên và dưới piston.
Khi cấp khí nén vào bên trên piston, lực đẩy sẽ đẩy piston xuống dưới, đồng thời khí nén phía dưới piston được giải phóng ra ngoài. Khi muốn di chuyển piston về phía ngược lại, chỉ cần cấp khí nén vào phía dưới piston, khí nén phía trên sẽ được giải phóng. Với cơ chế này, xi lanh khí nén tác động kép có vai trò trong việc tạo ra cả lực đẩy và lực kéo cho nhiều loại máy móc, thiết bị công nghiệp.
Ứng dụng xi lanh khí nén
Xi lanh khí nén được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:
- Các ngành công nghiệp sản xuất tự động hóa như các hệ thống dây chuyền, đóng gói bao bì, hệ thống gắp thả sản phẩm tại các nhà máy, xưởng sản xuất
- Hệ thống sản xuất, lắp ráp linh kiện điện tử, phụ kiện nhỏ, sản xuất bảng mạch hay phụ kiện kim loại…
- Nhà máy dệt may, sản xuất giấy, chế biến gỗ,…
- Hệ thống sản xuất, chế tạo lắp ráp, sửa chữa xe cơ giới, xe ô tô, xe gắn máy…
- Quy trình sản xuất thực phẩm, dược phẩm, đồ uống….
Cách lựa chọn xi lanh khí nén
Việc lựa chọn xi lanh khí nén sao cho tối ưu về công năng sử dụng, chi phí đầu tư là hết sức quan trọng để tránh lãng phí tài nguyên, đảm bảo hiệu suất vận hành hệ thống. Vậy cách lựa chọn như thế nào? Các thông số nào của xi lanh khí nén mà chúng ta cần lưu ý, lựa chọn? Vâng, các thông số mà chúng ta cần là:
- Lực đẩy mà thiết bị sử dụng xi lanh cần để có thể vận hành tốt là bao nhiêu?
- Áp suất của khí nén cung cấp là bao nhiêu?
Từ hai thông số này, chúng ta có thể tính toán được đường kính của xi lanh, và có sự lựa chọn xi lanh khí nén phù hợp nhất thông qua công thức:
