1. Bộ chấp hành khí nén là gì?
Bộ chấp hành khí nén (Pneumatic Actuator) là thiết bị sử dụng khí nén làm nguồn năng lượng để truyền động và điều khiển cơ cấu máy. Thông qua việc biến đổi năng lượng khí nén thành chuyển động cơ học, bộ chấp hành khí nén có thể thực hiện:
- Chuyển động tịnh tiến (thẳng)
- Chuyển động dao động
- Chuyển động quay
Trong lĩnh vực tự động hóa sản xuất, xi lanh khí nén là một trong những phần tử chấp hành được sử dụng phổ biến nhất nhờ cấu trúc đơn giản, độ tin cậy cao và khả năng đáp ứng nhanh.
Trong sản xuất tự động, xi lanh là một bộ phận khí nén phổ biến. Chúng ta hãy cùng xem cấu trúc bên trong của xi lanh trông như thế nào.
Xi lanh, giống như dụng cụ kẹp ngón tay, cũng có phân loại riêng của chúng
2. Cấu tạo cơ bản của xi lanh khí nén
Tương tự như kẹp khí (air gripper), xi lanh khí nén cũng có nhiều dạng kết cấu và phân loại khác nhau. Về cơ bản, xi lanh bao gồm các bộ phận chính:
- Thân xi lanh
- Piston và cần piston
- Nắp đầu, nắp cuối
- Gioăng làm kín
- Cơ cấu giảm chấn (nếu có)
3. Phân loại xi lanh khí nén
3.1 Xi lanh tác động đơn (Single-acting cylinder)
Ở loại xi lanh này, khí nén chỉ được cấp vào một phía của piston. Khi có áp suất khí, piston sẽ di chuyển; khi ngừng cấp khí, piston quay trở lại nhờ:
- Lực đàn hồi của lò xo, hoặc
- Trọng lực của chính piston và tải
👉 Loại này có cấu trúc đơn giản, thường dùng cho hành trình ngắn và tải nhẹ.
3.2 Xi lanh tác động kép (Double-acting cylinder)
Xi lanh tác động kép sử dụng khí nén cấp luân phiên vào cả hai phía của piston, cho phép piston:
- Tiến (forward)
- Lùi (backward)
👉 Đây là loại xi lanh được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp, nhờ khả năng kiểm soát chuyển động chính xác và lực ổn định.
4. Điểm kỹ thuật quan trọng: Cơ cấu giảm chấn (Cushioning)
Nếu không có cơ cấu giảm chấn, khi piston di chuyển đến cuối hành trình – đặc biệt trong các xi lanh hành trình dài hoặc tốc độ cao, động năng va đập vào nắp xi lanh sẽ rất lớn. Điều này có thể:
- Làm hư hỏng chi tiết cơ khí
- Tăng độ ồn
- Giảm tuổi thọ xi lanh
👉 Điều này tương tự như việc nhảy xuống đất mà không có đệm giảm chấn, bàn chân sẽ chịu lực va đập rất lớn.
5. Các phương pháp giảm chấn phổ biến
5.1 Giảm chấn thủy lực (Hydraulic shock absorber)
Đây là phương pháp giảm chấn hiệu quả và phổ biến trong các ứng dụng tải lớn.
Đặc điểm:
- Lắp ở đầu xi lanh
- Sử dụng dầu khoáng làm môi chất giảm chấn
- Thiết kế lỗ tiết lưu đặc biệt giúp chuyển đổi êm từ tốc độ cao – tải nhẹ sang tốc độ thấp – tải nặng
- Có khả năng điều chỉnh trong dải lực rất rộng
👉 Phù hợp cho các hệ thống yêu cầu hấp thụ năng lượng tối ưu.
5.2 Đệm cao su (Rubber bumper)
Đệm cao su được lắp ở hai đầu hành trình của piston.
Đặc điểm:
- Khả năng giảm chấn cố định, không điều chỉnh
- Hiệu quả giảm chấn hạn chế
- Chủ yếu dùng cho xi lanh nhỏ
- Giúp giảm tiếng ồn khi va chạm
5.3 Giảm chấn khí (Air cushion piston)
Đây là cơ cấu giảm chấn tích hợp trong xi lanh.
Nguyên lý hoạt động:
- Khi piston gần đến cuối hành trình, vòng đệm và gioăng tạo thành một khoang kín
- Không khí trong khoang chỉ có thể thoát ra qua van giảm chấn
- Khi van mở nhỏ, áp suất trong khoang tăng nhanh, tạo lực phản tác dụng làm piston giảm tốc và dừng lại êm ái
👉 Đây là giải pháp giảm chấn hiệu quả, gọn nhẹ và được sử dụng rất phổ biến trong xi lanh công nghiệp.
6. Kết luận
Thông qua phần giới thiệu trên, có thể thấy rằng xi lanh khí nén là thành phần cốt lõi của hệ thống truyền động khí nén. Với cấu trúc đa dạng, khả năng làm việc ổn định và dễ tích hợp, bộ chấp hành khí nén đóng vai trò không thể thiếu trong quá trình phát triển của tự động hóa công nghiệp hiện đại.
