SKKN Biên soạn giáo trình giảng dạy thực hành môn học Điều khiển khí nén và điện khí nén

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH GIẢNG DẠY 
THỰC HÀNH MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN 
KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN 
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 
Tôi là một giáo viên giảng dạy bộ môn điện công ngiệp cho học sinh 
trung cấp nghề tại trung tâm Kỹ thuật tổng hợp – Hướng nghiệp Đồng Nai. 
Như chúng ta đã biết trong các nhà máy, xí nghiệp luôn có các dây chuyền 
điều khiển tự động để phục vụ cho việc sản xuất đạt hiệu suất cao. Do đó, 
trong chương trình đào tạo ngành điện công nghiệp việc trang bị kiến thức 
cho học sinh về lĩnh vực điều khiển tự động là một việc không thể thiếu và 
đặc biệt quan trọng nhằm giúp cho các em sau khi tốt nghiệp có khả năng 
tiếp cận tốt nhất các hệ thống dây chuyền điều khiển tự động để có thể lắp 
ráp, vận hành, bảo trì các hệ thống một cách thành thạo. 
Ngày nay, điều khiển bằng khí nén được sử dụng rộng rãi và phổ biến 
vì khí nén là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường, không 
gây nguy hiểm cho người vận hành  Việc trang bị cho học sinh các kiến 
thức về nguyên lý làm việc của các phần tử trong hệ thống điều khiển điện 
khí nén cũng như cách thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa một hệ thống 
điều khiển khí nén là không thể thiếu. Muốn giảng dạy được tốt, cần phải có 
giáo trình giảng dạy gắn liền với thực tế, không chỉ lý thuyết suông, xa rời 
thực tế mà phải có những bài tập thực hành, cũng như trang thiết bị để học 
sinh, sinh viên có thể tiếp thu nhanh, đồng thời có thể rèn luyện kỹ năng của 
mình. 
 Trên thị trường có rất nhiều giáo trình, sách kỹ thuật viết về điều khiển 
bằng khí nén, nhưng hầu hết chỉ là lý thuyết, trình bày nguyên lý làm việc 
của hệ thống, cách thiết kế hệ thống Trong khi đối tượng giảng dạy tại 
trung tâm là học sinh trung cấp nghề cần trang bị kỹ năng thực hành là 
chính. Tài liệu giảng dạy cần phải có các bài tập chuyên về thực hành để 
học sinh qua đó có thể học được cách thiết kế một hệ thống điều khiển thực 
tế cũng như rèn luyện được kỹ năng lắp đặt hệ thống điều khiển bằng khí 
nén. Đứng trước thực trạng trên tôi đã biên soạn tài liệu chuyên giảng dạy 
phần thực hành môn học này cho học sinh tại trung tâm. 
II. TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 
1. Cơ sở lý luận 
- Như đã nói ở trên, hiện nay các giáo trình, tài liệu dùng trong giảng 
dạy môn học điều khiển điện khí nén hầu hết chỉ là lý thuyết, rất ít tài liệu 
nói về các bài thực hành. Có chăng cũng chỉ một vài ví dụ minh họa nên khi 
giảng dạy giáo viên phải vẽ thêm các bài thực hành để học sinh có thể tiến 
hành thực tập. Do đó nếu không có một tài liệu hướng dẫn thực hành thống 
nhất thì giáo viên giảng dạy sẽ gặp nhiều khó khăn đồng thời khả năng tiếp 
thu của học sinh theo đó cũng sẽ rất yếu. Vì thế việc cung cấp tài liệu có các 
bài thực hành gắn liền với các yêu cầu thực tế để từ đó các em có thể lắp đặt 
vận hành nhằm hình thành kỹ năng chuyên môn là một việc hết sức quan 
trọng. 
- Trước đây khi giảng dạy môn học điều khiển điện khí nén, ở phần 
thực hành, giáo viên chỉ đưa ra các bài tập, sau đó vẽ mạch điện lên bảng 
cho học sinh. Học sinh căn cứ vào mạch đã vẽ để lắp ráp và vận hành. Nếu 
mạch có sai xót thì khi vận hành mới có thể phát hiện để sửa chữa. Việc làm 
trên dẫn đến việc học tập gặp rất nhiều khó khăn. Khi có giáo trình này, 
giáo viên sẽ căn cứ vào các bài tập đã được thiết kế, vẽ sẵn để giải thích 
nguyên lý làm việc của mạch. Học sinh sau khi nghe giảng giải nguyên lý 
vận hành của mạch sẽ tiến hành lắp ráp theo mạch điện để rèn luyện kỹ 
năng lắp đặt cũng như kỹ năng sửa chữa nếu mạch có xảy ra sự cố, từ đó 
giúp các em hình thành các kỹ năng của bộ môn. Song song với việc lắp đặt 
theo các bài thực hành trong giáo trình này, giáo viên cũng có thể hướng 
dẫn học sinh mô phỏng mạch điện trên máy tính để mô phỏng hoạt động 
của mạch cũng như rèn luyện kỹ năng thiết kế mạch điều khiển của học 
sinh. 
- Giáo trình tôi biên soạn chủ yếu là các bài tập thực hành gắn liền với 
những trang thiết bị hiện có tại trung tâm, chỉ đề cập đến những vấn đề 
chính, cô đọng về lý thuyết để học sinh trung cấp nghề có thể tiếp thu nhanh 
nhất, dễ hiểu, dễ làm theo không đi quá chuyên sâu về tính toán thiết kế, vì 
đại đa số học sinh học nghề thường không có khả năng tốt về việc suy luận , 
tư duy logic như sinh viên cao đẳng, đại học. Thông qua giáo trình này giúp 
cho giáo viên gặp nhiều thuận lợi trong khi giảng dạy. Nội dung giảng dạy 
được thống nhất theo chương trình khung đào tạo của Bộ Lao động đồng 
thời giúp cho các em học sinh củng cố, nắm vững phần lý thuyết đã được 
học trong chương trình, rèn luyện được kỹ năng lắp ráp mạch cũng như phát 
hiện sự cố và khắc phục một cách tốt nhất. Việc đưa giáo trình này vào 
giảng dạy sẽ tăng thêm phần hứng thú học tập ở học sinh đồng thời các em 
còn tiếp cận được thực tiễn để sau khi tốt nghiệp ra trường các em có thể 
thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa được các hệ thống điều khiển bằng 
khí nén tại các công ty mà các em công tác . 
2. Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài : 
CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM VỀ KHÍ NÉN 
I / SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT KHÍ NÉN : 
 Như chúng ta đã biết không khí nén là một dạng năng lượng cũ mà con 
người đã sử dụng để thay thế cho các lực cơ học . 
Từ hàng ngàn năm trước, không khí đã nén tới mức có thể chảy được. 
Nó còn là một trong bốn phần tử cơ bản đươc thừa nhận bởi người xưa, 
người ta sử dụng chúng một cách có ý thức hoặc vô ý thức . 
Một trong những bước đầu tiên là sự hiểu biết của chúng ta về ứng 
dụng kỹ thuật khí nén, có nghĩa là dùng không khí nén đến mức có thể chảy 
được để công tác.Một người Hy lạp tên là Ktesibios , cách đây hơn 2000 
năm , đã tạo ra máy bắn đá đầu tiên bằng khí nén . Một trong những cuốn 
sách đầu tiên đã ghi lại việc sử dụng không khí như một nguồn năng lượng 
vào ngày đầu tiên của công nguyên . Nó đã mô tả lại các các bộ phận điều 
khiểnn bằng khồng khí nóng . 
Sự hiểu biết của nhân loại về khoa học khí nén từ những thế kỷ đầu, 
song phải chờ đến thế kỹ này mới được chúng ta nghiên cứu có hệ thống. 
Từ đó kỹ thuật khí nén đã thực sự đi vào các ngành công nghiệp. 
Điều đáng quan tâm là không khí nén được áp dụng rộng rãi trong 
các lĩnh vực quan trọng ví dụ như: trong công nghiệp khai thác quặng mỏ, 
đường sắt, dệt và các ngành công nghiệp thực phẩm . 
Ngày nay không khí nén được dùng rộng rãi trong các nhà máy hiện 
đại được bố trí thành hệ thống nguồn cung cấp như hệ thống điện. 
II / NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA KHÔNG KHÍ NÉN LÀ: 
Các đặc trưng cơ bản của không khí nén: 
 Về số lượng: không khí có ở khắp nơi nên có thể nén với số lượng vô 
hạn. 
 Về vận chuyển: không khí nén có thể vận chuyển trong các đường 
ống, với một khoảng cách nhất định. Các đường ống dẫn về thì không cần 
thiết vì khí sẻ được cho thoát ra bên ngoài sau khi đã công tác. 
 Về lưu trữ: máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục. Khí 
nén có thể được lưu trữ trong các bình chứa, được lắp nối trong các hệ 
thống ống dẫn để cung cấp cho sử dụng khi cần thiết. 
 Về nhiệt độ: không khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ. 
 Về chống cháy nổ: không một nguy cơ nào gây cháy nổ bởi khí nén, 
nên không tốn chi phí phòng cháy. Hoạt động với áp suất khoảng 6 bar nên 
phòng nổ không quá phức tạp. 
 Về tính sạch sẽ: khí nén thì trong sạch ngay cả trong trường hợp là 
dòng chảy trong các đường ống hay là trong các thiết bị, không một nguy 
cơ gây bẩn nào được quan tâm đến. Tính chất này rất cần thiết trong các 
ngành công nghiệp chuyên biệt như công nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm 
sản và thuộc da 
 Về cấu tạo trang thiết bị: đơn giản nên rẻ tiền. 
 Về tốc độ: không khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lớn, cho phép 
đạt được tốc độ cao ( vận tốc các xi lanh làm việc thường từ 1-2 m/s, cá biệt 
có thể đạt đến 5m/s ). 
 Về tính điều chỉnh: vận tốc và lực của các thiết bị công tác của khí 
nén được điều chỉnh một cách vô cấp. 
 Về sự quá tải: các công cụ và các thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng 
cho đến khi chúng dừng hoàn toàn,cho nên sẻ không quá tải. 
III / CÁC ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ NÉN : 
Không khí ở xung quanh ta có áp suất thay đổi, nó phụ thuộc vào: 
 Độ cao so với mực nước biển. 
 Vị trí địa lí. 
 Khí tượng. 
Chúng ta có thể phân loại các loại áp suất sau: 
 Áp suất khí trời: là áp suất không khí xung quanh ta, áp suất này bằng 
1013 bar ở mực nước biển, 0 độ và vĩ tuyến 45 độ. 
 Áp suất chân không: nếu khí quyển biến mất chung quanh quả đất, áp 
suất không còn nữa ta có chân không tuyệt đối. Áp suất được biểu diễn với 
chân không tuyệt đối gọi là áp suất tuyệt đối 
 Áp suất dư: là áp suất đọc được so với áp suất khí quyển. 
 Không khí dùng trong công nghiệp lúc đầu là không khí ở áp suất khí 
trời, được tăng lên một áp suất cao gọi là áp suất tương đối hay còn gọi là 
áp suất dư ( áp suất đo ). 
IV / KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN : 
1 / Trong lĩnh vực điều khiển: 
Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực có khả 
năng nguy hiểm nhiều nhất như: cháy, nổ ,ví dụ như các thiết bị phun 
sơn, các loại đồ gá, kẹp chi tiết, plastic, hoặc được sử dụng trong những lĩnh 
vực sản xuất các thiết bị điện tử. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén 
được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận 
chuyển và kiểm tra lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công 
nghiệp hóa chất. 
2 / Hệ thống truyền động : 
 Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: máy khai thác đá, khai thác than, 
xây dựng hầm mỏ đường hầm. 
 Truyền động quay: các động cơ quay với công suất lớn, mặc dù giá 
thành đắt gấp 10-15 lần so với động cơ điện có cùng công suất, như thể tích 
và trọng lượng nhỏ hơn 30% những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M30, máy 
khoan có công suất khoảng 3,5kw, máy mài có công suất khoảng 2,5kw. 
 Truyền động thẳng: được sử dụng trong các đồ gá kẹp chặt, các thiết 
bị đóng gói, máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong 
các hệ thống phanh hãm của ô tô. 
 Trong các hệ thống đo và kiểm tra: