Thủy lực là gì

Thủy lực là gì?

Thủy lực là một lĩnh vực khoa học nghiên cứu về sự chuyển động và truyền tải lực của chất lỏng trong một môi trường giới hạn. Cụ thể, trong hệ thống thủy lực, chất lỏng được truyền tải nhờ lực đẩy tác dụng lên nó. Chất lỏng sử dụng trong thủy lực có thể là dầu, nhớt, hóa chất,... với các đặc tính như độ đậm đặc, độ nhớt, nhiệt độ và tính chất khác nhau.

Để vận hành hệ thống thủy lực, cần có các thiết bị kết nối tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm: bơm dầu, xi lanh thủy lực, thùng chứa, động cơ, ống dẫn, van,... Hiện nay, thủy lực được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống như: dây chuyền sản xuất ô tô và xe cơ giới, sản xuất máy móc nông nghiệp, khai thác khoáng sản, chế biến gỗ, các phương tiện giao thông, và công trình xây dựng.

Nguyên lý cơ bản của thủy lực

Hệ thống thủy lực hoạt động bằng cách sử dụng dầu làm môi chất truyền lực và bôi trơn. Khi động cơ điện hoặc động cơ diesel quay, bơm dầu sẽ hút dầu từ thùng chứa và đẩy vào hệ thống qua các ống dẫn. Áp lực dầu được kiểm soát bởi van an toàn để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định. Dầu sau đó đi qua thiết bị điều khiển và đến các thiết bị chấp hành như van phân phối và van điều hướng, tạo ra các chuyển động tịnh tiến và quay của xi lanh. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, dầu quay lại thùng chứa để được lọc và làm mát, chuẩn bị cho chu trình tiếp theo.

Các đại lượng cơ bản của thủy lực

Trong hệ thống thủy lực, hai đại lượng quan trọng nhất là lưu lượng và áp suất.

Lưu lượng

Lưu lượng thủy lực là lượng dầu được vận chuyển qua bơm thủy lực trong một đơn vị thời gian nhất định. Lưu lượng dầu quyết định tốc độ vận hành của xi lanh và động cơ: lượng dầu càng nhiều, tốc độ càng lớn, và ngược lại. Đơn vị của lưu lượng thường là lít/phút, in³/vòng, hoặc CC/vòng.

Áp suất

Áp suất thủy lực là lực tác dụng của dầu lên thành ống dẫn hoặc bề mặt của cơ cấu chấp hành. Áp suất ảnh hưởng trực tiếp đến lực của xi lanh và các cơ cấu chấp hành khác. Đơn vị đo áp suất phổ biến là PSI, MPa, và Bar.

Cấu tạo của một hệ thống thủy lực

Hệ thống thủy lực gồm các bộ phận cơ bản sau:

Xi lanh thủy lực

Xi lanh thủy lực, còn gọi là động cơ thủy lực tuyến tính hoặc thiết bị truyền động tuyến tính, giữ vai trò điều khiển lực theo hành trình. Xi lanh thủy lực bao gồm các thành phần chính: đầu xi lanh, ống xi lanh, cần xi lanh, piston và các seals (gioăng). Piston di chuyển bên trong ống xi lanh, tạo ra hai ngăn riêng biệt: đầu vào và đầu cuối của hành trình. Lực được tạo ra nhờ chất lỏng hoặc dầu có áp suất.

Motor thủy lực

Motor thủy lực là bộ truyền động hướng tâm, cung cấp năng lượng cho ròng rọc quay trên hệ thống băng chuyền hoặc ổ bánh xe trên các thiết bị nặng. Motor thủy lực chuyển đổi năng lượng thủy lực thành chuyển động quay, tương tự như xi lanh nhưng hoạt động theo hướng quay thay vì tuyến tính.

Bơm thủy lực

Bơm thủy lực có vai trò biến chuyển động và năng lượng cơ thành điện thủy lực. Lực được áp dụng tại vị trí này sẽ chuyển sang vị trí khác khi có sự tác động của chất lỏng. Ví dụ, dầu là chất lỏng không thể nén được mà sẽ là sự di chuyển khi áp lực được áp dụng. Bơm sẽ không gây ra áp lực mà máy bơm thủy lực sẽ tạo ra lưu lượng bằng cách vận chuyển chất lỏng qua hệ thống. 

Van thủy lực

Van thủy lực kiểm soát hoạt động của hệ thống thủy lực, giúp vận hành một cách tối ưu. Việc chọn loại van phù hợp rất quan trọng. Có ba loại van thủy lực chính:

• Van điều hướng: Điều chỉnh hướng dòng chảy của dầu.

• Van điều áp: Kiểm soát và duy trì áp suất trong hệ thống.

• Van điều khiển lưu lượng: Điều chỉnh lưu lượng dòng chảy của dầu.

Hầu hết các loại van hoạt động bằng điện từ hoặc tay, một số ít sử dụng khí nén.

Ưu nhược điểm của hệ thống thủy lực

Các ưu và nhược điểm của hệ thống thủy lực, giúp bạn hiểu rõ hơn về những lợi ích và hạn chế khi sử dụng công nghệ này.

Ưu điểm của hệ thống thủy lực

• Hệ thống thủy lực có khả năng truyền động với công suất cao và lực lớn.

• Vận tốc có thể điều chỉnh vô cấp và đảo chiều dễ dàng.

• Hệ thống thủy lực có mô men khởi động lớn, giúp khởi động mạnh mẽ.

• Hệ thống có thiết kế gọn nhẹ, ít cần vệ sinh và bảo dưỡng.

• Giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao.

• Dầu có tính nén và lực quán tính nhỏ, vận hành ở tốc độ cao mà không lo va đập.

• Lắp đặt van an toàn giúp ngăn ngừa quá tải.

• Kiểm soát áp suất dễ dàng, kể cả trong hệ thống nhiều mạch.

• Có thể tự động hóa hệ thống bằng cách sử dụng các phần tử tiêu chuẩn hóa.

Nhược điểm của hệ thống thủy lực

• Ma sát trong đường ống và rò rỉ bên trong các phần tử có thể làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng.

• Phụ tải thay đổi dẫn đến sự thay đổi vận tốc, khó giữ nguyên vận tốc do tính nén của chất lỏng và tính đàn hồi của ống dẫn.

• Khi hệ thống mới khởi động, nhiệt độ của dầu chưa ổn định, khiến độ nhớt của chất lỏng thay đổi.

• Sự vỡ hoặc rò rỉ dầu có thể tạo ra tình trạng ô nhiễm môi trường, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái xung quanh và sức khỏe của con người.

Ứng dụng của thuỷ lực

Ứng dụng cơ bản của thủy lực bao gồm hai loại chính:

Thiết bị thủy lực tự hành (Mobile hydraulics)

• Được sử dụng cho các thiết bị di động như xe cơ giới, máy xúc, xe nâng, và các phương tiện khai thác mỏ.

• Các thiết bị này thường được trang bị các van điều khiển bằng tay để điều khiển chuyển động và hoạt động của chúng.

Thiết bị thủy lực cố định (Industrial hydraulics)

• Sử dụng cho các thiết bị làm việc ở vị trí cố định trong môi trường công nghiệp.

• Thường đi kèm với các motor điện, bơm thủy lực và van điện từ.

• Các ứng dụng phổ biến bao gồm máy móc công nghiệp tự động, dây chuyền sản xuất, máy cắt kim loại, máy trộn sơn và nhiều loại máy móc công nghiệp khác.

Cấu trúc của hệ thống thủy lực

Cấu trúc của hệ thống thủy lực được chia thành hai phần chính: Phần thủy lực và phần tín hiệu điều khiển.

Phần thủy lực

Phần thủy lực được phân thành ba phần cơ bản như sau:

• Khối nguồn thủy lực (Power supply section): Chức năng của phần này là biến đổi năng lượng từ điện sang cơ, sau đó đến thủy lực. Nó gồm các thiết bị như bơm thủy lực, động cơ điện, van an toàn, bể chứa dầu; cùng với cơ cấu chỉ thị áp suất và lưu lượng.

• Khối điều khiển dòng thủy lực (Power control section): Trong hệ thống thủy lực, năng lượng từ dầu được dẫn từ máy bơm đến cơ cấu chấp hành để đảm bảo các giá trị như tốc độ quay, mô men, lực và vận tốc theo yêu cầu. Các van được lựa chọn và lắp đặt trên đường ống dẫn để điều khiển dòng năng lượng.

• Cơ cấu chấp hành (Drive section): Bao gồm các xilanh (cylinders) và động cơ thủy lực (Hydro-motors), đảm bảo chuyển động và vận hành của hệ thống.

Phần tín hiệu điều khiển

Phần tín hiệu điều khiển là một phần không thể thiếu trong hệ thống thủy lực, giúp tạo ra sự hoàn chỉnh và hiệu quả cho toàn bộ hệ thống, phần này bao gồm hai thành phần chính:

• Phần tử đưa tín hiệu: Đây là thành phần tạo ra các tín hiệu cần thiết để điều khiển hoạt động của hệ thống. Có thể là các cảm biến, bộ điều khiển hoặc bất kỳ thiết bị nào khác có khả năng tạo ra tín hiệu điều khiển.

• Phần tác động để xử lý tín hiệu: Được sử dụng để nhận và xử lý các tín hiệu từ phần tử đưa tín hiệu, sau đó áp dụng các biện pháp hoặc điều chỉnh phù hợp vào hệ thống thủy lực. Điều này giúp đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định của hệ thống.

Các lỗi thường gặp trong hệ thống thuỷ lực

Nhìn chung, hệ thống thủy lực đóng vai trò quan trọng và không thể phủ nhận trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp đến xây dựng và vận tải. Sự mạnh mẽ và linh hoạt của nó không chỉ giúp tăng hiệu suất và sức mạnh trong các ứng dụng công nghiệp mà còn cung cấp khả năng điều khiển chính xác và đáng tin cậy.

Tuy nhiên, để tận dụng hết tiềm năng của hệ thống thủy lực, việc hiểu biết sâu rộng về cấu trúc, nguyên lý hoạt động và bảo trì là rất quan trọng. Bảo dưỡng định kỳ và giám sát chất lượng dầu thủy lực, kiểm tra van và ống dẫn, cũng như giải quyết các sự cố một cách nhanh chóng và chính xác là các yếu tố không thể thiếu.

Ngày tạo: 2024-05-17 10:48:38 | Người tạo: Phát Review