Thủy lực là gì? Cấu trúc và nguyên lý của hệ thống thủy lực

Sự phát triển nhanh và mạnh của khoa học kỹ thuật đã làm cho ngành công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ thay đổi. Trong đó có sự góp phần không nhỏ của thủy lực. Nếu bạn chưa có kiến thức cơ bản về thủy lực cũng như hệ thống thủy lực thì đừng bỏ qua bài viết này nhé!

hệ thống thủy lực

Thủy lực và hệ thống thủy lực

Để hiểu về thủy lực cũng như hệ thống thì bạn phải biết khái niệm đơn giản của nó.

Thủy lực là gì?

Chắc hẳn, ai cũng thắc mắc thủy lực là gì? Nó chính là 1 bộ môn khoa học được con người nghiên cứu về sự chuyển động và truyền tải lực của chất lỏng trong 1 môi trường bị giới hạn.

Trong môi trường ấy, lực được truyền chính là lực đẩy lên của các chất lỏng thủy lực. Chất lỏng đó không xa lạ với chúng ta, nó là dầu, nhớt, nước và là các chất hóa học.

nguyên lý thủy lực

Hệ thống thủy lực là gì?

Vậy hệ thống thủy lực là gì? Tên tiếng anh của nó là Hydraulic System. Để giúp con người có thể khai thác tốt và sử dụng thủy lực hiệu quả trong sản xuất, gia công, chế biến cần có 1 hệ thống bao gồm các thiết bị thủy lực. Chúng được lắp ghép, kết nối 1 cách linh hoạt, gọn gàng, chắc chắn để hình thành 1 hệ thống khép kín, vận chuyển dầu.

Hệ thống ấy sẽ bao gồm: Két chứa dầu, bơm dầu, các loại van thủy lực, motor, xi lanh dầu, lọc dầu, ống dẫn dầu, thiết bị giải nhiệt dầu, thiết bị đo và kiểm soát áp lực và các phụ kiện.

hệ thống thủy lực là gì

Hệ thống thủy lực ngày càng được ứng dụng rộng rãi ở nước ta như: Trong công nghiệp khai thác khoáng sản và hầm mỏ, thủy điện, các công trình xây dựng, nhà máy xử lý rác thải, tua bin gió của nhà máy điện gió, ứng dụng trong các máy móc cơ giới, phương tiện vận chuyển, đóng tàu thuyền, sản xuất và lắp ráp ô tô, nhà máy hóa chất… Hệ thống luôn mang đến sự hài lòng khi vận hành liên tục, công suất lớn, tải trọng nặng, công việc độc hại nhưng lại rất an toàn, bền bỉ và ít tốn kém chi phí.

Nguyên lý cơ bản của hệ thống thủy lực

Đối với hệ thống thủy lực, dầu không chỉ đóng vai là một môi chất truyền lực mà nó còn dùng để làm giảm ma sát, bôi trơn. Dầu giống như là máu, nó được luân chuyển liên tục trong 1 hệ thủy lực tuần hoàn kín có bơm, hệ thống chấp hành, cơ cấu.

Khi cấp điện cho động cơ điện hoặc khởi động cho động cơ diezen, lực quay sẽ được truyền đến bơm. Bơm thủy lực sẽ hút dầu được chứa trong bể để chuyển đến các hệ thống cơ cấu.

nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực

Áp suất của dầu thủy lực sẽ bị kiểm soát và khống chế bởi các van an toàn được lắp trong hệ thống. Dầu sẽ được dẫn đến cơ cấu điều khiển mà cụ thể là các van phân phối để đưa đến chấp hành. Lúc này nhờ vào lưu lượng và áp lực của dầu được bơm sinh ra mà tạo ra các động năng tịnh tiến hoặc quay. Dầu sau khi đã thực hiện truyền năng lượng xong sẽ được dẫn về thùng chứa để lọc và tản nhiệt trước khi bắt đầu 1 chu kỳ mới.

Các đại lượng cơ bản của thủy lực

Khi bạn quan tâm đến thiết bị, hệ thống thủy lực thì có 2 thông số cần quan tâm nhiều hơn cả:

Lưu lượng

Định nghĩa về lưu lượng rất đơn giản: Nó là 1 đơn vị chỉ lượng chất lỏng mà ở đây là dầu được vận chuyển được vận chuyển qua bơm thủy lực trong 1 đơn vị thời gian nhất định.

Dựa trên lưu lượng dầu, người ta sẽ quyết định việc chọn cơ cấu chấp hành. Bởi vì lưu lượng dầu thủy lực chính là 1 thông số tác động đến tốc độ.

Lưu lượng có nhiều đơn vị như: cc/vòng, lít/ phút, in/ vòng…

Áp suất

Tiếp theo là áp suất, nó biểu thị cho lực của chất lỏng thủy lực tác dụng lên bề mặt tác dụng của cơ cấu chấp hành hay thành của ống dẫn khi lưu lượng của chất lỏng bị chặn tại mặt của cơ cấu chấp hành hay 1 điểm trên đường ống dẫn.

Thông số này sẽ quyết định đến lực tác dụng của cơ cấu chấp hành lên tải.

Áp suất được đo bằng áp kế và có nhiều đơn vị như: Psi, bar, MPa, Kpa, Kg/cm2

Ngoài ra, trong hệ thống thủy lực làm việc, người dùng cho phải chú ý đến nhiệt độ. Bởi vì nhiệt cũng là 1 yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động, độ an toàn của hệ thống khi làm việc.

Cấu trúc của hệ thống thủy lực

Nếu so sánh với hệ thống khí nén thì chắc chắn, hệ thống thủy lực phức tạp hơn với nhiều thiết bị, linh kiện được phân chia thành 2 phần: Phần thủy lực và phần tín hiệu điều khiển.

Phần thủy lực

Phần thủy lực của hệ thống thủy lực sẽ phân chia thành 3 phần khác nhau đó là: Khối nguồn thủy lực, cơ cấu chấp hành, khối điều khiển dòng thủy lực.

Khối nguồn thủy lực

Tiếng anh gọi là power supply section. Nó chính là 1 bộ phận thực hiện việc biến đổi năng lượng, từ điện sang cơ sang thủy lực và ngược lại. Khối nguồn này sẽ gồm các thiết bị như:

Bơm thủy lực: Nó có thể là bơm piston áp cao, bơm bánh răng và bơm cánh gạt áp thấp. Bơm sẽ là trung tâm để có thể hút, đẩy dầu đi trong hệ thống đến các thiết bị khác 1 cách xuyên suốt.

Động cơ điện: Nhiệm vụ là chuyển hóa điện năng thành cơ năng và cung cấp chuyển động quay cho bơm. Động cơ điện được dùng nhiều nhất là loại 2 chiều.

Bể chứa dầu hay còn gọi là thùng chứa, bồn chứa: Nó không chỉ chứa dầu mà còn dùng để tản nhiệt dầu. Chính vì thế mà kích thước của thùng dầu sẽ bị chi phối bởi lưu lượng dầu và nhu cầu tản nhiệt.

Van an toàn: Đảm bảo áp suất dầu trong hệ thống luôn luôn nằm trong khoảng giá trị định mức được cài sẵn.

Cơ cấu chỉ thị áp suất, cơ cấu chỉ thị lưu lượng và 1 số thiết bị khác…

Điều khiển dòng thủy lực

Tiếng anh gọi là power control section. Như chúng ta đã biết, trong 1 hệ thống thủy lực hoàn chỉnh, dòng năng lượng dầu sẽ được truyền dẫn từ bơm đến cơ cấu chấp hành sao cho luôn luôn đảm bảo được các giá trị theo yêu cầu công việc xác định: Tốc độ quay, lực, momen, vận tốc. Bên cạnh đó, dòng năng lượng còn phải đảm bảo tuân theo những điều kiện làm việc của hệ thống.

Và vì vậy mà các van được chọn lựa, lắp đặt trên đường ống dẫn sẽ tham gia với vai trò là điều khiển dòng dầu thủy lực có năng lượng.

Chúng ta có thể liệt kê một số van thủy lực thông dụng như: Van 1 chiều thủy lực, van tiết lưu, van áp suất, van đảo chiều dầu điện từ…

Van 1 chiều: Cho phép dòng dầu đi theo 1 hướng duy nhất, ngăn chặn dầu chảy ngược có thể làm hư hại bơm.

Van tiết lưu: Điều chỉnh lượng dầu qua van.

Cơ cấu chấp hành

Tiếng anh là drive section. Nó bao gồm các xi lanh thủy lực 1 chiều, xi lanh dầu 2 chiều, động cơ thủy lực ( hay còn gọi là motor).

cấu trúc hệ thống thủy lực

Phần tín hiệu điều khiển

Tín hiệu điều khiển là thành phần thứ 2 góp phần hình thành hệ thống thủy lực hoàn chỉnh. Nhiều khách hàng thường sẽ không chú trọng đến phần này nhưng trên thực tế nó quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vận hành.

Trong tín hiệu điều khiển, người ta phân chia thành 2 phần, đó là:

+ Phần tử đưa tín hiệu: Hay còn gọi là signal input. Nó có thể là tác động của người vận hành trực tiếp thông qua các thiết bị như: Bàn phím, nút ấn, công tắc… Nó có thể là các cảm biến từ hóa, cảm biến không tiếp xúc, cảm biến cảm ứng từ hoặc nó là thiết bị cơ khí quen thuộc như công tắc hành trình.

+ Phần tác động để xử lý tín hiệu: Hay còn gọi là signal processing. Đó là người kỹ thuật vận hành máy, điện tử, điện, cơ khí, thủy lực…

phần tín hiệu điều khiển

Ưu nhược điểm của hệ thống thủy lực

Thủy lực không phải là một hệ thống hoàn hảo khi nó có một số điểm hạn chế bên cạnh nhiều ưu điểm nổi bật.

Ưu điểm của hệ thống thủy lực

+ Ưu điểm đầu tiên mà chúng tôi muốn nói đó là momen khởi động của hệ thống này lớn.

+ Nó có thể truyền động với công suất cao và áp lực lớn nên thường được ứng dụng cho những công việc nặng nhọc, độc hại, tải trọng khủng.

+ Hệ thống không quá phức tạp, kết cấu gọn nhẹ, ít vệ sinh và bảo dưỡng, làm việc tin cậy.

+ Người dùng có thể dễ dàng phòng ngừa được sự quá tải bằng việc lắp đặt các van an toàn.

+ Kiểm soát áp suất cũng rất dễ dàng kể cả những hệ thống nhiều mạch thông qua các đồng hồ đo áp suất, cảm biến áp.

+ Với hệ thống này, người dùng có thể vận hành tự động hóa theo chương trình cài sẵn hoặc điều kiện làm việc, điều chỉnh vận tốc, đảo chiều quay…

+ Khi thiết kế hệ thống, người ta có thể chọn áp suất làm việc cao hơn nhằm giảm kích thước và khối lượng.

+ Người dùng có thể biến chuyển chuyển động quay của động cơ (motor) thành chuyển động tịnh tiến của chấp hành (xi lanh dầu) nhanh chóng, đơn giản.

+ Sự kết hợp của tính nén có trong dầu và lực quán tính nhỏ trong thiết bị bơm, motor mà người dùng có thể an tâm sử dụng thiết bị ở mức vận tốc cao mà không cần lo lắng đến va đập.

+ Qua việc xây dựng các phần tử tiêu chuẩn hóa, người ta có thể tự động hóa hệ thống thủy lực làm việc.

ưu nhược điểm của hệ thống thủy lực

Nhược điểm của hệ thống thủy lực

Tất nhiên, hệ thống nào cũng sẽ có những điểm hạn chế, không chỉ hệ thống khí nén mà còn đối với thủy lực.

+ Do sử dụng dầu, nhớt, các chất lỏng thủy lực và thậm chí là hóa chất nên nếu hệ thống bị vỡ hoặc rò rỉ, rất có thể ảnh hưởng đến môi trường, đất, nước, không khí và con người. Đây là 1 điều nguy hiểm nên khi vận hành hệ thống cần phải cẩn thận.

+ Đối với hệ thống thủy lực làm việc, khi phụ tải thay đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi của vận tốc. Chúng ta không thể giữ nguyên vận tốc bởi vì ống dẫn có tính đàn hồi kết hợp với tính nén của chất lỏng thủy lực: dầu, nhớt, hóa chất…

+ Đa phần hệ thống thủy lực khi sử dụng lâu dài phải đối mặt với tình trạng hiệu suất giảm dần và phạm vi sử dụng bị hạn chế. Nguyên nhân đó chính là do xuất hiện các rò rỉ bên trong phần tử và sự ma sát của dầu và thành ống, ma sát của các lớp dầu bên trong ống dẫn.

+ Khi được cấp nguồn điện, hệ thống mới khởi động, nhiệt độ của dầu và nhiệt độ bên trong hệ thống chưa ổn định, độ nhớt của chất lỏng thay đổi và kéo theo vận tốc thay đổi.

Tìm hiểu thêm: Các sự cố thường gặp ở hệ thống thủy lực

Hệ thống thủy lực đã và đang chứng minh rõ được những hiệu quả mang lại cho đời sống sản xuất của con người. Nếu bạn cần tư vấn về những thiết bị cũng như cách vận hành thủy lực, hãy liên hệ để chúng tôi hỗ trợ tốt hơn nhé.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *