Xy lanh thủy lực - Cấu tạo - Nguyên lý - Phạm vi ứng dụng

XY LANH THỦY LỰC LÀ GÌ?

Xi lanh thủy lực ở khắp mọi nơi xung quanh chúng ta, ta nhìn thấy chúng trong cuộc sống hàng ngày mọi lúc mà thậm chí có thể không nhận ra nếu chúng ta không đặc biệt chú ý: trong máy xúc, xe tải, xe nâng, máy kéo, giàn khoan trên không, thiết bị khai thác. Xi lanh thủy lực là một trong bốn thành phần chính của hệ thống thủy lực, trong khi hệ thống thủy lực là công nghệ mà chất lỏng, thông thường nhất là dầu thủy lực, được sử dụng để chuyển năng lượng từ động cơ đến thiết bị truyền động

Xi lanh thủy lực là một bộ phận trong hệ thống thủy lực. Nói một cách đơn giản, xi lanh thủy lực là một cơ cấu truyền động thủy lực tạo ra chuyển động thẳng bằng cách biến đổi năng lượng thủy lực trở lại chuyển động cơ học. Xi lanh thủy lực có thể được so sánh với cơ bắp; với hệ thống thủy lực của máy, nó tạo ra chuyển động - do đó nó giống như một cơ bắp.

Trong hệ thống truyền động thủy lực, môi chất là chất lỏng, thường là dầu. Khái niệm cơ bản của thủy lực là khi máy phát điện quay máy bơm, một dòng thể tích được hình thành (thể tích chất lỏng đi qua mặt cắt ngang trong một đơn vị thời gian, đơn vị của SI là m3/s). Áp suất của hệ thống thủy lực được xác định bởi tải trọng gây ra với xi lanh hoặc van, sau đó sẽ chống lại dòng chảy của dòng chất lỏng do bơm thủy lực gây ra.

Áp suất lan tỏa đồng đều đến mọi hướng trong hệ thống và tác dụng lên tất cả các bề mặt không gian kín của hệ thống thủy lực; hiệu ứng này được gọi là định luật Pascal.

Vì vậy, áp suất được tạo ra khi lực tác dụng lên bề mặt của vật. Khi chia lực theo diện tích, ta nhận được áp suất như sau:

p=  F/A

Trong đó:

p: áp suất (N/m2) = pascal (Pa)

F: lực (N)

A: diện tích (m2)

Vì vậy, năng lượng thủy lực của xi lanh được biến đổi trở lại chuyển động cơ học. Khi áp suất đến buồng A, thanh đẩy ra và do đó lực đẩy ra (F = px A1). Khi chuyển động ngược chiều trong một xi lanh tác động kép khi áp suất đến buồng B, thanh rút vào trong và lực cũng lùi vào (F = px A2)

Ví dụ minh họa: mặt cắt ngang được minh họa của xi lanh thủy lực tác dụng kép.

CẤU TẠO

Tên gọi:

- Barrel: Vỏ xylanh thủy lực

- Piston

- Cylinder rod: xylanh

- Gland: cổ xylanh

- PIN EYE/CLEVIS: tai lắp ghép

- PISTON SEAL; ROD SEAL, WEARING; O-RING; WIPER….: bộ gioăng phớt làm kín

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA XYLANH THỦY LỰC

Nguyên lý hoạt động của xy lanh thủy lực cơ bản như sau: Lực được áp dụng tại một thời điểm được chuyển đến một điểm khác bằng cách sử dụng chất lỏng không nén được. Tất cả lực ở trong xy lanh hoạt động đều nhờ vào một chất lỏng thủy lực cụ thể là dầu thủy lực.

PHÂN LOẠI XY LANH THỦY LỰC

- Xy lanh một chiều

Xy lanh một chiều tạo ra lực đẩy một phía, thường là phía thò cần xy lanh, nhờ cấp dầu thủy lực có áp suất vào phía đuôi xy lanh. Cán xy lanh sẽ tự hồi vị nhờ tác dụng lực của bên ngoài hoặc lực đẩy lò xo bên trong. Nhận biết xy lanh thủy lực một chiều khá đơn giản là nó chỉ có duy nhất một cửa cấp dầu.

- Xy lanh hai chiều

Xy lanh hai chiều có thể tạo ra lực cả hai phía: Khi cán xy lanh thò ra và cả khi nó thụt vào vỏ xy lanh. Kết cấu làm kín bên trong của xy lanh thủy lực hai chiều phức tạp hơn xy lanh một chiều và trên thân nó phải có hai đường dầu cấp. Điều khác biệt lớn nữa là hệ thống thủy lực sử dụng xy lanh hai chiều phải có van đổi hướng (van phân phối) khi muốn điều khiển xy lanh này.

- Xy lanh thủy lực cán đơn

Xy lanh cán đơn là loại có một đoạn cán xy lanh được gắn chặt, cùng chuyển động với quả piston. Loại xy lanh thủy lực này chỉ có thể tạo ra một khoảng chuyển động nhỏ hơn chiều dài toàn thể của xy lanh, nghĩa là khoảng làm việc của nó bị giới hạn bởi chiều dài của cán xy lanh trừ đi bề dày quả piston và các đoạn lắp ráp bên trong xy lanh.

Xy lanh thủy lực cán đơn là loại được sử dụng phổ biến và có các ứng dụng rộng rãi. Phần lớn nó có kết cấu để cán xy lanh thò ra ở một phía của xy lanh. Một số xy lanh có kết cấu với cán xy lanh ở hai phía quả piston (được gọi là Double rod end cylinders). Khi một phía cán xy lanh thò thì cán phía bên kia sẽ “thụt” vào trong vỏ xy lanh.

- Xy lanh nhiều tầng

Xy lanh nhiều tầng hay Telescopic thường có 2-3-4 hoặc có khi lên đến 6 tầng. Gồm: một vỏ xy lanh và nhiều ống cần được xếp lồng với nhau. Kết cấu dạng này làm cho xy lanh có thể duỗi dài hành trình dài hơn rất nhiều kích thước cơ sở của xy lanh khi rút hết cán vào. Chính điều này tạo ra khả năng thiết kế các chi tiết, kết cấu máy gọn gàng rất nhiều. Vì thế xy lanh nhiều tầng có giá thành cao hơn nhiều so với xy lanh đơn.

Xy lanh nhiều tầng cũng có hai loại kết cấu: Các xy lanh thủy lực thường được phân ra làm hai nhóm cơ bản: Xy lanh tác động một phía (một chiều) hoặc Xy lanh tác động hai phía (Xy lanh hai chiều); Xy lanh một chiều và Xy lanh hai chiều.

- Xy lanh thủy lực ghép Gu-rông

Loại xy lanh này được lắp ghép và giữ cố định bởi bốn thanh gu-rông thép cường độ cao khóa ren xuyên suốt giữ các bộ phận từ hai đầu nắp xy lanh (với các xy lanh có đường kính lớn có thể có đến 20 thanh gu-rông giữ). Kết cấu xy lanh dạng này giúp cho việc tháo lắp, service các xy lanh được dễ dàng và cũng dễ chế tạo từ các bộ phận tiêu chuẩn. Xy lanh thủy lực loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp.

- Xy lanh thủy lực kết cấu hàn

Đầu xy lanh loại này được hàn với ống xy lanh giúp xy lanh có kết cấu cứng vững thích hợp với các chế độ làm việc nặng trên các thiết bị thi công cơ giới hoặc công nghiệp năng.

ỨNG DỤNG

Xy lanh thủy lực có tính ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực trong cuộc sống từ dân dụng đến công nghiệp giúp hoàn thành các công việc nặng nhọc một các đơn giản và tiết kiệm sức lực hơn cho con người.

• Công nghiệp hàng không vũ trụ: Đặc biệt cho các thiết bị như bánh răng hạ cánh(landing gears) và cánh lật (wing flaps)
• Nền tảng làm việc trên không (AWP):
• Nông nghiệp: Thiết bị phun, máy gặt, máy xúc và máy kéo
• Ô tô
• Kỹ thuật xây dựng: Máy ủi, máy xúc, đào hào cũng như các phụ kiện.
• Lĩnh vực Xây dựng: Máy bơm bê tông và các ứng dụng lát nền
• Lĩnh vực năng lượng: Kiểm soát dòng chảy cho các cửa con đập, kênh hào.
• Sản xuất và chế biến thực phẩm
• Lâm nghiệp và khai thác gỗ
• Sửa chữa và bảo dưỡng cầu đường
• Khai thác mỏ
• Xử lý vật liệu: thường dùng xi lanh thủy lực tác động một chiều
• Kỹ thuật cơ khí: Vận hành các hệ thống dây chuyền sản xuất tự động, máy tạo hình nhựa và thiết bị vận chuyển
• Các ngành công nghiệp dầu khí
• Nhà máy tái chế: Nén sắt vụn và các vật liệu khác
• Lĩnh vực đóng tàu: Thiết bị lái
• Dân dụng: thiết bị nâng hạ cửa, nắp, ty hơi chống cửa,…

ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA XY LANH THỦY LỰC

ƯU ĐIỂM:

- Có khả năng truyền lực mạnh và nhanh với công suất cao

- Dễ sử dụng và sửa chữa

- Mang tính ứng dụng cao trong nhiều loại máy công trình

- Hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi ít về chăm sóc bảo dưỡng

- Có thể sử dụng vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong trường hợp cơ khí hay điện

NHƯỢC ĐIỂM

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc sẽ thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi làm ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển

- Mất mát trong đường ống dầu và rò rỉ bên trong các phần tử làm giảm hiệu suất và phạm vi ứng dụng

- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén được của dầu và tính đàn hồi của các ống dẫn dầu.