Kiến Thức Thủy Lực
Thủy lực là gì? Ưu điểm và ứng dụng của hệ thống thủy lực
Thủy lực ngày càng được nhiều người tin tưởng sử dụng trong hệ hệ thống máy móc, dây chuyền sản xuất. Vậy thủy lực là gì? Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực diễn ra như thế nào? Hãy cùng Thủy Lực Khí Nén D&S tìm hiểu qua bài viết sau.
Thủy lực là gì?
Thủy lực hay hệ thống thủy lực là sự chuyển động cũng như vận chuyển của chất lỏng trong môi trường giới hạn. Cụ thể trong môi trường thủy lực, chất lỏng được truyền tải bằng lực đẩy của chất lỏng.
Chất lỏng thủy lực có thể là dầu nhớt, hóa chất,…mang độ đặc, độ nhớt và có tính chất khác nhau. Để vận hành thủy lực cần có các bộ phận lắp ráp thành bộ nguồn thủy lực hoàn chỉnh bao gồm: Xi lanh thủy lực, van thủy lực, thù chứa dầu, bơm thủy lực, motor thủy lực.
Chính nhờ vậy mà hệ thống thủy lực đa dạng trong rất nhiều lĩnh vực, ngành nghề sản xuất như sản xuất máy công nghiệp, khai thác khoáng sản, vận chuyển và các phương tiện giao thông khác.
Ai đã phát minh ra thủy lực?
Rất khó để xác định chính xác được ai là người phát minh ra thủy lực. Có rất nhiều tài liệu cho rằng việc sử dụng các hệ thống dựa trên thủy lực có thể bắt nguồn từ thế kỷ I.
Blaise Pascal là một trong những nhà vật lý, toán học, nhà phát minh, triết gia và nhà thần học người Pháp đã có những thành tựu đáng chú ý trong lĩnh vực thủy tĩnh học và thủy động lực học. Ông được công nhận là người phát minh ra máy ép thủy lực đầu tiên, sử dụng áp suất thủy lực để nhân lực.
Bên cạnh đó, ông còn phát minh ra định luật Pascal, hay nguyên lý Pascal về thủy tĩnh học. Trong đó nêu rằng chất lỏng đứng yên trong một bình kín có thể chịu sự thay đổi áp suất cao mà không bị mất mát ở mọi phần của chất lỏng và thành bình chứa.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực
Trong hệ thống thuỷ lực dầu đóng vai trò vừa là môi chất để truyền lực đi vừa là chất bôi trơn các bề mặt tiếp xúc cơ cấu chấp hành. Dầu thuỷ lực di chuyển trong mạch thuỷ lực kín, tuần hoàn nhờ quá trình vận hành của bơm dầu, van và các cơ cấu điều khiển hoạt động.
Hệ thống thuỷ lực hoạt động khi động cơ điện hoặc motor Diezen hoạt động sẽ dẫn theo bơm dầu quay, làm quay trục của bơm dầu.
Bơm sẽ hút dầu từ bồn chứa và đẩy vào trong các đường ống và đưa chúng đến chúng đến các cơ cấu trong hệ thống, thông qua ống dẫn dầu. Áp suất của hệ thống sẽ được điều khiển bởi van an toàn thuỷ lực, giúp hệ thống được ổn định nhất.
Dầu và chất lỏng thuỷ lực sẽ được dẫn đến các thiết bị cơ cấu điều khiển cụ thể là van phân phối, van điều hướng,… Nhờ vào áp suất áp dụng và lưu lượng mà thuỷ lực tạo ra các chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay của cơ cấu chấp hành.
Sau khi kết thúc quá trình làm việc dầu thuỷ lực sẽ được dẫn về thùng chứa, tại đây sẽ được lọc hồi, làm mát để bắt đầu một chu trình làm việc mới.
Các đại lượng phổ biến của thủy lực
Thông thường trong quá trình làm việc, tiếp xúc với thuỷ lực thì bạn sẽ làm việc với 2 đại lượng cơ bản là lưu lượng và áp suất. Trong đó:
Áp suất
Áp suất là áp lực của chất lỏng và là lực tác dụng của dầu lên bề mặt cơ cấu làm việc chấp hành hoặc thành của ống dẫn dầu. Khi lượng dầu bị chặn lại tại một vị trí trên đường ống hay tại mặt tác dụng.
Khác với lưu lượng áp suất chính là đại lượng quyết định đến lực tác dụng của một cơ cấu chấp hành, xi lanh.
Đơn vị đo áp suất nhưng được sử dụng phổ biến vẫn là: Bar; PSI; Kg/cm2, Mpa, Kg/cm2,… Ngoài ra, chúng ta cũng cần phải chú ý đến tải trọng, nhiệt độ min – max, độ ẩm…
Lưu Lượng
Lưu lượng là đại lượng cơ bản được nhắc đến và sử dụng nhiều nhất trong hệ thống thuỷ lực. Lưu lượng là đại lượng chỉ lượng dầu được vận chuyển thông qua bơm thuỷ lực trong một đơn vị thời gian nhất định.
Trong đó tốc độ chấp hành hay xi lanh đều dựa vào đại lượng duy nhất là lưu lượng dầu. Đại lượng này sẽ quyết định tốc độ của xilanh, motor và nếu lượng dầu cao thì tốc độ lớn và ngược lại.
Đơn vị của lưu lượng thường dùng như lit/phút, CC/ vòng, in3/ vòng.
Hệ thống thủy lực gồm những gì?
Hệ thống thủy lực gồm các bộ phận chính sau:
Van thủy lực
Van thủy lực là bộ phận không thể thiếu trong hệ thống thủy lực có nhiệm vụ được dùng để hỗ trợ cho hệ thống thủy lực được vận hành một cách tốt nhất và kiểm soát được sự an toàn trong hệ thống.
Lựa chọn van phù hợp với hệ thống thủy lực là rất cần thiết, vì trên thị trường có rất nhiều loại khác nhau.
Có 3 loại van thủy lực phổ biến hiện nay:
- Van điều áp
- Van điều hướng
- Van điều khiển lưu lượng dòng chảy
Xi lanh thủy lực
Xi lanh thủy lực hay động cơ thủy lực tuyến tính hoặc thiết bị truyền động tuyến tính. Được dùng để thực hiện nhiệm vụ giữ cho lực không tuân theo hướng thông qua hành trình.
Xi lanh được cấu tạo từ một xi lanh cơ sở với đầu xi lanh, ống xi lanh, cần xi lanh, piston và seal. Trong xi lanh thủy lực được thiết kế sẵn piston và một piston lắp đặt bên trong ống xi lanh.
Piston sẽ di chuyển rất nhiều trong quá trình hoạt động, khi đó đường dầu của xi lanh sẽ đóng và dầu xi lanh có một đầu để mở cần piston có thể đẩy được xi lanh ra ngoài.
Piston tạo ra cho xi lanh một phần chia và được chia thành 2 ngăn riêng biệt là đầu vào và đầu ra cuối của hành trình. Do đó, lực của xi lanh được cung cấp bởi chất lỏng hoặc dầu có áp suất.
Bơm thủy lực
Bơm thủy lực đóng vai trò biến chuyển động và năng lượng cơ thành điện thủy lực.
Khi đó lực được áp dụng ở vị trí này sẽ được chuyển sang vị trí khác khi có sự tác động của chất lỏng.
Chẳng hạn: Dầu là chất lỏng không thể nén và phải đi theo áp lực được sử dụng. Bơm sẽ không gây ra áp lực mà sẽ tạo ra lưu lượng bằng cách truyền chất lỏng qua hệ thống thủy lực.
Motor thủy lực
Bộ phận này cũng tương tự như xi lanh thủy lực, là bộ truyền động hướng tâm được ứng dụng để cung cấp năng lượng cho ròng rọc quay trên hệ thống các băng truyền hoặc ổ bánh xe trên các thiết bị nặng.
Động cơ motor sẽ hoạt động bằng cách chất lỏng đi vào động cơ quay trục và thoát khỏi động cơ bằng cổng đối diện để trở lại hệ thống.
Bộ làm mát thủy lực
Bộ làm mát bằng thủy lực là loại cố định hoặc kiểu đầu bơm nổi thường được dùng để lắp trên đường ống dẫn của hệ thống dầu thủy lực. Áp suất thiết kế bình thường của các bộ làm mát là 10 bar và và được kiểm tra thủy tĩnh ở 15 bar.
Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển của hệ thống thủy lực được dùng để quản lý các hoạt động của van, máy bơm và các bộ truyền động. Vai trò dùng để kiểm soát chính xác lưu lượng chất lỏng, áp suất và hướng chuyển động.
Việc điều khiển có thể được thực hiện tự động hoặc thủ công điều này sẽ tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể.
Trong quá trình vận hành máy bơm sẽ tạo ra áp suất cho chất lỏng thủy lực. Sau đó chất lỏng sẽ được dẫn qua các van và đường ống đến các bộ phận truyền động. Các bộ phận truyền động sẽ chuyển đổi áp suất thủy lực thành cơ học hoặc chuyển động để thực hiện các nhiệm vụ đã định trước đó.
Bằng cách kiểm soát dòng chảy và áp suất của chất lỏng thủy lực hệ thống thủy lực có thể cung cấp khả năng truyền tải và điều khiển công suất một cách chính xác và đạt hiệu quả cho nhiều ứng dụng.
Mạch thủy lực
Mạch thủy lực trong hệ thống thủy lực được dùng để vận chuyển chất lỏng qua một tập hợp các thành phần rời rạc và kết nối chúng lại với nhau. Mạch thủy lực là hệ thống có thể kiểm soát hướng chảy của chất lỏng cũng như kiểm soát được áp suất chất lỏng.
Tương tự như mạch điện thì hệ thống mạch thủy lực cũng hoạt động lý thuyết tương tự như vậy. Chúng sử dụng các phần tử tuyến tính và rời rạc, mạch thủy lực thường được ứng dụng trong xử lý hóa chất.
Linh kiện thủy lực
Linh kiện thủy lực là những bộ phận đắc lực để cấu thành nên hệ thống và chúng được sử dụng trong các hệ thống thủy lực của các loại máy thủy lực.
Các linh kiện thủy lực bao gồm đầu ống bấm thủy lực, đầu nối ống thép hoặc inox, kẹp bích thủy lực, móng kẹp bích, thiết bị kiểm tra áp lực, van cầu thủy lực, kẹp ống thủy lực, khớp nối nhanh thủy lực.
Ngoài ra linh kiện thủy lực đóng vai trò hỗ trợ tạo kết nối lên hệ thống thủy lực hoàn chỉnh.
Ưu nhược điểm của hệ thống thủy lực
Hệ thống thủy lực đóng vai trò đa dạng trong các ngành sản xuất hay lĩnh vực đời sống với những ưu điểm nổi trội như:
Ưu điểm
- Hệ thống thủy lực có độ tin cậy cao, kết cấu đơn giản và không cần phải chăm sóc, bảo dưỡng, bảo trì thường xuyên, tỉ mỉ.
- Biến đổi cơ năng thành thủy năng với áp suất, lưu lượng theo yêu cầu nên dễ dàng cung cấp áp lớn.
- Sử dụng dầu thủy lực hoặc các chất lỏng thủy lực di chuyển trong mạch vừa là lưu chất, vừa có tác dụng giải nhiệt, bôi trơn, giảm ma sát nên việc bảo dưỡng đơn giản, không tốn nhiều thời gian như hệ thống khí và điện.
- Điều chỉnh vận tốc, vô cấp và đảo chiều dễ dàng
- Có thể dễ dàng thay đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu cụ thể là xi lanh thủy lực.
- Hệ thống thủy lực có kết cấu đơn giản, hoạt động mạnh và kích thước nhỏ gọn.
- Có thể giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao.
- Áp suất của thủy lực được theo dõi và kiểm tra bằng đồng hồ đo áp, áp kế nên thuận tiện thực hiện trong hệ thống phức tạp, nhiều thiết bị, nhiều mạch.
- Có thể kiểm soát áp suất dễ dàng, kể cả những hệ thống nhiều mạch, phức tạp thông qua các đồng hồ đo áp suất, cảm biến áp tránh sự cố quá tải bằng việc lắp van an toàn.
- Có thể tự động hóa hệ thống thủy lực vận hành bằng cách xây dựng các phần tử tiêu chuẩn hóa.
- Hoạt động êm ái, ít tiếng ồn, momen khi khởi động lớn, hệ thống có sử dụng van an toàn nên khả năng đề phòng quá tải cao
Nhược điểm
- Khi hệ thống mới khởi động, nhiệt độ của dầu và hệ thống vẫn chưa ổn định khiến cho độ nhớt của chất lỏng thay đổi.
- Khi mới bắt đầu vận hành hệ thống thủy lực sẽ xuất hiện các bọt khí.
- Hệ thống thủy lực hoạt động thì phụ tải thay đổi, dẫn đến sự thay đổi của vận tốc. Không thể giữ nguyên vận tốc do tính nén của chất lỏng và tính đàn hồi của ống dẫn.
- Hệ thống thủy lực có giá thành cao hơn hệ thống khí nén và đối với các khách hàng thì chi phí ban đầu sẽ cao hơn.
- Quá trình ma sát trong đường ống và rò rỉ bên trong các phần tử sẽ làm giảm hiệu suất và phạm vi sử dụng.
Các ứng dụng của thủy lực
Hệ thống thủy lực được sử dụng trong rất nhiều ngành nghề, lĩnh vực khác như có thể kể đến như:
- Trong cấu tạo ô tô, xe máy không thể thiếu truyền động thủy lực khí nén như hệ thống phanh, gạt nước, trợ lái, giảm xóc, bôi trơn, chế hòa khí, đóng mở cửa…
- Trong ngành khai thác hàng hải, vận chuyển, tàu thuyền,…
- Được sử dụng trong máy móc ngành công nghiệp nặng như bơm bê tông, máy ép cọc dựa vào nguyên lý truyền động thủy lực khí nén.
- Sử dụng trong các loại máy công trình như máy ủi, máy đào, máy xúc, máy cần cẩu, máy trộn bê tông.
- Được dùng trong ngành hàng không được dùng để nâng hạ càng chân máy bay và điều khiển cánh lái tầm.
Cấu trúc hệ thống thủy lực
Cấu trúc của hệ thống thủy lực được chia thành các phần chính như sau:
Phần thủy lực
Phần thủy lực được chia làm 3 thành phần chính đó là khối nguồn thủy lực, khối điều khiển dòng và cơ cấu chấp hành:
- Khối nguồn thủy lực (Power supply section) : Nhiệm vụ chính của bộ phận này là thực hiện chức năng biến đổi năng lượng điện năng – cơ năng và thủy lực. Phần thủy lực được cấu tạo gồm các thiết bị như bơm thủy lực, động cơ điện, van an toàn, bể chứa dầu,cơ cấu chỉ thị áp suất và lưu lượng.
- Cơ cấu chấp hành (Drive section): Gồm các bộ phận chính như xilanh (cylinders) và động cơ thủy lực (Hydro-motors).
- Khối điều khiển dòng thủy lực (Power control section ): Thông thường trong một hệ thống thủy lực năng lượng của dầu sẽ được dẫn truyền từ máy bơm đến các cơ cấu chấp hành, đảm bảo sao cho các giá trị đáp ứng theo yêu cầu về tốc độ, mô men, lực và vận tốc. Ngoài ra năng lượng trong khối điều khiển phải tuân theo những điều kiện vận hành từ hệ thống. Do đó, các van được lựa chọn và lắp đặt trên đường ống dẫn với vai trò điều khiển dòng năng lượng.
Phần điều khiển điện
Tín hiệu điều khiển đóng vai trò quan trọng trong quá trình hoàn thiện hệ thống thủy lực.
Điều khiển điện được chia làm 2 phần là phần đưa ra tín hiệu và phần xử lý tín hiệu.
Một số lỗi thường gặp trong hệ thống thủy lực
Để duy trì hiệu suất và độ tin cậy thì bạn phải nắm được các lỗi thường gặp trong hệ thống và cách nhận biết chúng để phòng ngừa một cách hiệu quả nhất:
Dầu thủy lực quá nóng:
Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến dầu thủy lực bị nóng, có thể do dầu bị lẫn quá nhiều tạp chất, sử dụng dầu không đúng độ nhớt hoặc vận tốc quay của bơm quá nhanh, thùng chứa có kích thước quá nhỏ.
Van xả dầu được lắp quá thấp hoặc bị tắc:
Nếu van xả dầu lắp quá thấp thì dầu chạy từ bơm tới bình chứa bình chứa thông qua van xả khi áp suất chưa đủ mạnh. Lúc này, cần kiểm tra cài đặt van, chặn dòng xả bên ngoài van xả, đồng thời kiểm tra áp suất đường ống và áp kế.
Trong trường hợp van xả dầu bị tắc điều này có thể do van xả đặt quá thấp hoặc dầu bị bẩn, kém chất lượng. Để hạn chế tình trạng này hãy luôn đảm bảo nguyên liệu đầu vào đạt chất lượng.
Không có áp suất hay áp suất không hoạt động:
Đây là trường hợp dễ xảy ra ở hệ thống thủy lực, có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng này. Có thể do bơm dầu quay sai chiều, trục bơm bị gãy, đường dẫn dầu bị gián đoạn hoặc van an toàn áp suất thủy lực luôn luôn mở cửa.
Để khắc phục tình trạng này cần phải kiểm tra bơm, nếu phát hiện bơm lắp sai thì tháo ra lắp lại đúng với hướng của chiều bơm.
Xi lanh thủy lực không hoạt động:
Để giải quyết tình trạng này bạn nên kiểm tra van phân phối thủy lực xem có bị hư hỏng hay không hoặc có thể do tải trọng của xi lanh quá lớn điều này cũng là nguyên nhân dẫn đến xi lanh không hoạt động.
Rò rỉ trong hệ thống:
Nếu xảy ra tình trạng này cần dừng hoạt động và lập tức kiểm tra toàn bộ hệ thống. Bên cạnh sự rò rỉ của hệ thống mở thì có thể do rò rỉ trong ống kín hoặc hệ thống khí nén. Để kiểm tra chỉ cần lắp đặt các thiết bị đo áp suất tại các mạch dẫn, đường xả dầu.
Bơm chạy có tiếng ồn lớn:
Sau một thời gian hoạt động bơm ngày càng có tiếng ồn lớn ảnh hưởng đến con người và hoạt động xung quanh thì nguyên nhân có thể do:
- Ống hút bị lỏng hoặc hư hỏng.
- Vận tốc quay của bơm tăng quá cao.
- Bộ lọc bị bẩn.
- Độ nhớt của dầu quá cao không phù hợp với hệ thống.
- Sự đóng mở không ổn định của van an toàn,…
Để khắc phục tình trạng này cần kiểm tra lại thông số làm việc của máy bơm nếu hỏng thì cần thay mới. Kiểm tra mức dầu trong hệ thống thủy lực, hãy thay dầu hoặc thêm dầu với độ nhớt phù hợp.
Cơ cấu chấp hành chuyển động chậm hoặc thất thường:
Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng trên như: có khí luồn vào hệ thống, tốc độ của bơm chậm, van an toàn của hệ thống đóng, mở thất thường,…
Cài đặt van điều chỉnh sai, dầu thủy lực chảy ngược vào bình chứa dầu:
Van điều khiển dầu trực tiếp có cửa mở ở giữa và được lắp đặt tại vị trí trung lập một cách tình cờ khiến cho dầu chảy ngược về bể chứa dầu mà không gặp sự cản trở nào. Điều này dẫn đến tình trạng áp suất thấp. Khi đó, người dùng cần nghiên cứu kỹ lưỡng và lắp đặt van điều chỉnh một cách chính xác.
Hy vọng với những chia sẻ trên giúp bạn hiểu được thủy lực là gì, ưu nhược điểm của hệ thống thủy lực cũng như các ứng dụng của sản phẩm. Nếu quý khách còn bất kỳ thắc mắc gì về sản phẩm hệ thống thủy lực hãy liên hệ trực tiếp với chúng tôi để được tư vấn và hỗ trợ nhé.
