Bài 1: Tại sao nên sử dụng khí nén?

Một ô làm việc hiệu quả cần có khả năng kiểm soát luồng di chuyển của vật thể qua ô làm việc, từ điểm vào đến đích mong muốn. Điều này có thể yêu cầu di chuyển nhiều vật thể theo các hướng khác nhau. Có nhiều cách để điều khiển chuyển động của các vật thể trong một ô làm việc, bao gồm cả hệ thống khí nén. Kỹ thuật khí nén sử dụng khí nén như một lực để tạo ra chuyển động.

Trong Bài học này, bạn sẽ tìm hiểu về: 

• Các giải pháp cơ học khác nhau để kiểm soát dòng chảy của các đối tượng trong một ô làm việc
• Sự khác biệt giữa chuyển động thẳng và chuyển động quay 
• Ưu điểm của hệ thống khí nén trong môi trường công nghiệp
• Ứng dụng công nghiệp của khí nén

Trong video dưới đây, các thành phần khí nén trên dây chuyền lắp ráp tạo nên các bộ phận của sản phẩm. 

Kiểm soát dòng chảy vật liệu trong một ô làm việc

Trong Đơn vị trước, bạn đã di chuyển một vật thể qua ô làm việc bằng băng tải. Bạn đã tìm ra cách tối ưu hóa quy trình bằng cách di chuyển băng tải hiệu quả hơn. Đây là phương pháp thành công để di chuyển một vật thể đến một vị trí. Tuy nhiên, làm thế nào để di chuyển nhiều đối tượng trong hệ thống? Nếu những đồ vật đó cần di chuyển đến những địa điểm khác nhau thì sao? Bạn cần có khả năng kiểm soát cách các vật thể đi vào hệ thống băng tải để đảm bảo vật liệu đi vào với tốc độ phù hợp. Bạn cũng cần có khả năng chuyển hướng các vật thể để đưa chúng theo các hướng khác nhau. Điều này đòi hỏi các hệ thống khác phải hoạt động kết hợp với băng tải.

Hãy tưởng tượng một nhà máy nơi có một phòng làm việc được sử dụng để đóng gói và phân loại vật liệu để vận chuyển. Các vật thể khác nhau di chuyển dọc theo băng tải và cần được chuyển đến các địa điểm khác nhau. Đầu tiên, vật liệu cần phải được đưa vào hệ thống theo cách cho phép chúng được phân loại thành công. Sau đó, chúng cần được chuyển hướng hiệu quả theo những con đường khác nhau. Có một số giải pháp cơ học khác nhau có thể giúp kiểm soát dòng chảy của vật liệu.

Sử dụng nhiều cánh tay robot

Trước đây, bạn đã sử dụng Cánh tay robot 6 trục để nhặt và đặt các vật thể lên pallet. Cánh tay robot có thể di chuyển vật thể nhiều lần, do đó có thể hữu ích trong việc nhặt vật thể và đặt chúng vào hệ thống băng tải. Cánh tay robot cũng có thể nhấc một vật thể từ một vị trí cụ thể và di chuyển nó đến băng tải khác. Tuy nhiên, điều đó có nghĩa là bạn sẽ cần một cánh tay robot ở mọi điểm ra vào có thể có trong khu vực làm việc. Mặc dù giải pháp này có hiệu quả nhưng cũng rất tốn kém và có khả năng nguy hiểm. Việc sử dụng nhiều cánh tay robot sẽ đòi hỏi phải đặt một lượng lớn thiết bị vào một không gian nhỏ, điều này có thể tạo ra môi trường không an toàn.

Ngoài ra còn có câu hỏi liệu cánh tay robot có phải là công cụ phù hợp cho nhiệm vụ này hay không. Cánh tay robot có khả năng di chuyển theo nhiều cách khác nhau, giúp chúng trở nên linh hoạt và dễ sử dụng cho các nhiệm vụ nhặt và đặt. Tuy nhiên, những tình huống như di chuyển vật thể lên và xuống băng tải, hoặc đặt vật thể vào trong bao bì, thường lặp lại các chuyển động đơn giản và không yêu cầu cánh tay robot có khớp nối đầy đủ để thực hiện hiệu quả. Khi nghĩ về cách kiểm soát dòng chảy của vật liệu trong một ô làm việc, điều quan trọng là phải xem xét loại chuyển động cần thiết tại mỗi điểm vào hoặc ra. 

Chuyển động tuyến tính so với chuyển động quay

Các công việc lặp đi lặp lại như chuyển hướng một gói hàng từ băng chuyền này sang băng chuyền khác thường liên quan đến các chuyển động đơn giản, như di chuyển lên xuống, tiến về phía trước và lùi về phía sau hoặc xoay một lượng cụ thể. Biết được loại chuyển động cần thiết để hoàn thành một nhiệm vụ có thể giúp bạn chọn được giải pháp phù hợp. Chúng ta hãy cùng suy nghĩ thêm một chút về hai loại chuyển động này. 

Sử dụng nhiều động cơ

Khi nghĩ về cách di chuyển một vật thể chỉ bằng một loại chuyển động, động cơ có vẻ như là một giải pháp khả thi. Trên CTE Workcell, động cơ quay, sử dụng chuyển động quay để di chuyển băng tải. Hãy cùng xem xét liệu việc thêm nhiều động cơ có thể giúp ích cho nhiệm vụ kiểm soát việc đưa vật thể vào hoặc ra khỏi băng tải hay không. 

Để khiến một vật thể di chuyển từ băng tải này sang băng tải khác, có thể sử dụng động cơ để điều khiển bộ chuyển hướng bằng cách quay nó để mở hoặc chặn đường đi. Tương tự như cách cánh cổng xoay để di chuyển lên xuống nhằm chặn xe hoặc mở cổng để kiểm soát luồng giao thông vào lòng đường, động cơ có thể được sử dụng để di chuyển bộ chuyển hướng theo cách tương tự.

Mặc dù cách này có thể hoàn thành nhiệm vụ, nhưng động cơ lại chiếm rất nhiều không gian. Việc xây dựng thêm không gian cho các động cơ có thể cản trở băng tải và các bộ phận khác của phòng làm việc, một lần nữa tạo ra môi trường làm việc có khả năng nguy hiểm. Việc giãn cách các động cơ có thể đòi hỏi diện tích lớn hơn cho phòng làm việc và tốn kém chi phí. Nếu bộ chuyển hướng chỉ cần được nâng lên hoặc hạ xuống theo đường thẳng, giải pháp sử dụng chuyển động tuyến tính có thể phù hợp hơn.

Hệ thống chất lỏng

Hệ thống chất lỏng sử dụng chất lỏng (chất lỏng hoặc chất khí) để thực hiện công việc. Hệ thống chất lỏng được phân loại thành hai loại chính: thủy lực và khí nén. Các hệ thống này tận dụng các nguyên tắc của động lực học chất lưu và cơ học để di chuyển, kiểm soát và thao tác chất lưu nhằm tạo ra năng lượng cơ học. Thủy lực và khí nén tạo ra chuyển động tuyến tính bằng cách sử dụng chất lỏng chịu áp suất (chất lỏng trong thủy lực, khí trong khí nén) để di chuyển piston bên trong xi lanh. Chuyển động này được kiểm soát bởi các van điều hướng dòng chảy của chất lỏng, cho phép chuyển động tuyến tính chính xác và mạnh mẽ.

Thủy lực vượt trội trong các tình huống điều khiển chính xác, lực lớn, khiến chúng trở nên không thể thiếu trong máy móc hạng nặng và các ứng dụng công nghiệp. Chúng thường được sử dụng trên các thiết bị xây dựng hạng nặng như máy đào, máy ủi và máy xúc để vận hành cánh tay, gầu xúc và các phụ kiện đi kèm. Khả năng chịu áp suất cao của hệ thống thủy lực khiến chúng trở nên lý tưởng để nâng và di chuyển các vật nặng, cũng như vận chuyển các vật liệu nặng, chẳng hạn như trong quá trình đổ và trộn bê tông.

Mặt khác, Pneumaticslý tưởng cho các hoạt động nhanh chóng, an toàn và tiết kiệm chi phí trong sản xuất và các ứng dụng hàng ngày. Chúng được sử dụng trong mọi thứ, từ ghế nha sĩ và phanh khí nén xe tải đến dây chuyền đóng gói và các công cụ khác trong các nhà máy tự động. Hệ thống khí nén lý tưởng cho các công cụ nhẹ như búa khoan, súng bắn đinh và máy khoan. Bản chất hoạt động bằng khí nén của nhiều công cụ khí nén khiến chúng dễ di chuyển và vận hành hơn.

Sự khác biệt chính giữa thủy lực và khí nén 

Thủy lực	Khí nén
Sử dụng chất lỏng làm môi trường (dầu, chất lỏng gốc nước)	Sử dụng khí làm môi trường (không khí, nitơ)
Hoạt động ở áp suất cao hơn, cung cấp lực lớn hơn	Hoạt động ở áp suất thấp hơn, cung cấp lực ít hơn
Cung cấp khả năng kiểm soát chính xác cho các ứng dụng nặng	Được sử dụng cho các nhiệm vụ đơn giản hơn, nhẹ hơn khi cần di chuyển nhanh
Cần bảo trì cẩn thận để tránh rò rỉ và nhiễm bẩn	Sạch sẽ và an toàn, sử dụng không khí dồi dào và không nguy hiểm
Đắt hơn do chi phí linh kiện và chất lỏng cao hơn	Tiết kiệm chi phí hơn và dễ bảo trì hơn

Khi lựa chọn giữa hệ thống thủy lực hoặc khí nén, điều quan trọng là phải xem xét kích thước và quy mô của nhiệm vụ. Hệ thống thủy lực được thiết kế dành cho các vật thể lớn hơn, nặng hơn, cần nhiều lực để thao tác. Đối với các nhiệm vụ nhỏ hơn, nhanh hơn và có thể lặp lại, như di chuyển bộ chuyển hướng hoặc đẩy vật thể lên băng tải, khí nén là giải pháp hiệu quả và hữu hiệu.

Ưu điểm của hệ thống khí nén

Trong suốt Đơn vị này, bạn sẽ tìm hiểu về các thành phần của hệ thống khí nén và cách chúng hoạt động để tạo ra chuyển động. Trước khi tìm hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động của hệ thống, chúng ta hãy cùng xem tại sao hệ thống khí nén lại có lợi thế trong nhiều tình huống. Có nhiều lý do tại sao khí nén được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp và nhà máy. 

• Hiệu quả và Tốc độ 
  • Hệ thống khí nén có thể đạt được chuyển động nhanh nhờ tốc độ dòng khí nén cao, phù hợp với các nhiệm vụ đòi hỏi hành động nhanh và lặp đi lặp lại. Điều này góp phần nâng cao năng suất trong quá trình sản xuất vì có thể xử lý được nhiều vật liệu hơn trong thời gian ngắn hơn. 
• Sự đơn giản và độ tin cậy 
  • Hệ thống khí nén có ít bộ phận chuyển động hơn so với các hệ thống điện khác, giúp việc thiết kế, bảo trì và sửa chữa trở nên đơn giản hơn. Điều này cũng giúp cho hệ thống khí nén trở nên đáng tin cậy hơn theo thời gian và giảm thời gian ngừng hoạt động do bảo trì trong suốt vòng đời của thiết bị.
• Hiệu quả về chi phí
  • Các thành phần và hệ thống khí nén có xu hướng ít tốn kém hơn so với hệ thống thủy lực hoặc điện, xét về cả chi phí ban đầu và chi phí vận hành liên tục. 
• Sự an toàn
  • Vì hệ thống khí nén sử dụng không khí nên chúng là giải pháp thay thế an toàn hơn so với các hệ thống khác, chẳng hạn như hệ thống thủy lực, vì không khí có thể được xả ra ngoài một cách an toàn và không gây nguy cơ ô nhiễm hoặc hỏa hoạn trong môi trường nguy hiểm.
• Sức mạnh và tính linh hoạt
  • Thiết bị khí nén có thể tạo ra lực đáng kể so với kích thước và trọng lượng của chúng, khiến chúng trở nên linh hoạt và có thể dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với các ứng dụng và nhiệm vụ khác nhau. 
• Lợi ích về môi trường
  • Hệ thống khí nén sử dụng không khí làm môi trường, có sẵn và không gây ô nhiễm môi trường. Điều này đặc biệt có lợi trong các ngành công nghiệp như thực phẩm và dược phẩm, nơi môi trường sạch sẽ là yếu tố then chốt.

Ứng dụng công nghiệp của khí nén

Khả năng thao tác vật liệu bằng các cơ chế thực hiện các chuyển động lặp đi lặp lại, nhanh chóng, chính xác theo cách tiết kiệm chi phí, an toàn và thân thiện với môi trường đã biến khí nén trở thành trụ cột trong sản xuất và tự động hóa công nghiệp. Hệ thống khí nén được tích hợp để thực hiện nhiều chức năng, bao gồm: 

• Xử lý vật liệu- Hệ thống khí nén được sử dụng kết hợp với các hệ thống khác trong một ô làm việc, như băng tải, để chuyển hướng các vật thể và kiểm soát dòng chảy của vật liệu.
• Kẹp và giữ chặt- kẹp khí nén và bộ kẹp có thể giữ chặt các bộ phận tại chỗ trong quá trình gia công hoặc lắp ráp.
• Đóng gói- hệ thống khí nén được sử dụng trong máy đóng gói để niêm phong, cắt và dán nhãn sản phẩm một cách nhanh chóng và hiệu quả. 
• Vận hành dụng cụ- các dụng cụ khí nén như máy khoan, máy mài và cờ lê thường được sử dụng trong dây chuyền lắp ráp vì độ tin cậy và dễ sử dụng. 

Khí nén là nền tảng của tự động hóa công nghiệp và góp phần nâng cao hiệu quả của các quy trình sản xuất hiện đại. Xem video bên dưới để xem khí nén được sử dụng trong tự động hóa công nghiệp.

Kiểm tra sự hiểu biết của bạn 

Trước khi bắt đầu Bài học tiếp theo, hãy đảm bảo rằng bạn hiểu các khái niệm trong Bài học này bằng cách trả lời các câu hỏi trong tài liệu bên dưới trong sổ tay kỹ thuật của bạn.

Kiểm tra câu hỏi hiểu biết của bạn > (Google Doc / .docx / .pdf)

---

ChọnTiếp theo > để chuyển sang Bài học tiếp theo để tìm hiểu về các thành phần của hệ thống khí nén.