Các loại xi lanh thủy lực, cách tính toán ben thủy lực

Bài viết hôm nay, Thủy Khí Điện sẽ chia sẻ cách tính toán xi lanh thủy lực đơn giản cũng như các phân loại ben thủy lực dễ hiểu nhất cho những khách hàng lần đầu tiếp cận thiết bị này.

xi lanh thủy lực tkđ

mã giảm giá shopee

Xi lanh thủy lực là gì? (Hydraulic cylinder)

Trong hệ thống thủy lực, mỗi thiết bị sẽ có vai trò nhất định như bơm là trung tâm, van dầu là cơ cấu và xi lanh là chấp hành.

Xi lanh thủy lực hay ben thủy lực đều là tên gọi để chỉ một thiết bị có khả năng biến đổi năng lượng của dòng dầu được cung cấp thành động năng để ép, nén, kéo, đẩy phục vụ cho công việc của con người. Xi lanh được làm từ những vật liệu cứng cáp, bền chắc và chống oxi hóa tốt như: Thép, inox, đồng, sắt mạ…

Cấu tạo xi lanh thủy lực

Cấu tạo của một xy lanh thủy lực không đơn giản với nhiều bộ phận như:

cấu tạo xi lanh thủy lực

Ống xi lanh

Ống xi lanh hay còn gọi là nòng hoặc thùng xi lanh, có dạng hình trụ tròn. Chức năng chính của nó là chứa piston, chứa dầu có áp suất. Đặc điểm của nó là: được mài nhẵn, bề mặt mịn để hạn chế sự ma sát.

Đế hoặc nắp hình trụ

Nắp hình trụ của xi lanh được kết nối với thân xi lanh thông qua thanh gu rông, thanh tie hoặc hàn xì. Giữa nắp xi lanh và ống xi lanh, người ta sẽ lắp 1 seal tĩnh. Kích thước cơ bản của nắp sẽ được xác định bằng ứng suất uốn.

Đế được gắn ở đuôi. Nó giúp gá gắn xi lanh tại một số vị trí trên khung máy một cách dễ dàng.

Đầu xi lanh (Cylinder head)

Đầu xi lanh được nối với thân xi lanh bằng các thanh tie hoặc bu lông. Giữa ống xi lanh và đầu sẽ được lắp 1 chi tiết làm kín đa năng để tăng khả năng làm kín ngay cả trong các điều kiện tĩnh hoặc động.

Pít tông (Piston)

Pít tông sẽ làm nhiệm vụ phân tách các buồng áp suất bên trong xi lanh. Các piston sẽ được gắn với thanh piston thông qua bu lông. Tùy theo từng loại xi lanh mà nó có thể đi kèm với các seal đơn hoặc seal kép.

Thanh piston (Piston rod)

Thanh pison có dạng trụ tròn với bề mặt nhẵn. Nó sẽ kết nối bộ phận truyền động với chi tiết máy để thực hiện các chuyển động theo yêu cầu. Bộ phận này rất quan trọng nên thường được làm từ thép, inox để tăng độ cứng cáp. Nó được gắn kèm các seal để hạn chế rò rỉ.

Con dấu (seal)

Ở Việt Nam, người ta thường gọi là seal thay cho con dấu. Muốn sản xuất hay lựa chọn seal cho xi lanh dầu thủy lực thì người ta phải dựa trên các yếu tố như: Đặc điểm của dầu thủy lực, nhiệt độ của dầu và môi trường, áp suất vận hành và ứng dụng cụ thể của xi lanh.

Trong môi trường bình thường và xi lanh làm việc với nhiệt độ và áp suất trung bình thì người ta sẽ lựa chọn seal được làm từ nitrile, cao su để bền bỉ và hiệu quả.

Các thành phần khác

Ngoài những thành phần chính trên thì cấu thành 1 ben thủy lực thì còn có: bạc đạn, vít khóa, bu lông và mặt bích… Các chi tiết phụ này sẽ được lắp đặt một cách chặt chẽ với các thành phần chính để tạo nên 1 xi lanh tổng thể.

xy lanh thủy lực

Thông số xi lanh thủy lực

Việc xác định xi lanh dầu thủy lực nào phù hợp sẽ phải dựa trên thông số cụ thể của từng xi lanh như:

+ Đường kính trong: Chính là lòng của xi lanh thủy lực, được ký hiệu bằng chữ D.

+ Đường kính ngoài: được ký hiệu bằng chữ d nhỏ là chỉ số đường kính cán xi lanh.

+ Hành trình làm việc: Được kỹ hiệu bằng chữ S để chỉ độ dài của piston trong xi lanh.

+ Áp suất: Chính là áp lực làm việc của xi lanh. Áp có đơn vị là bar, kg/cm2.

+ Trọng lượng: Tùy theo kích thước xi lanh mà trọng lượng sẽ từ 1kilogam cho đến hàng trăm kilogam. Kích thước càng lớn thì trọng lượng xy lanh thủy lực sẽ càng nặng.

ben thủy lực

Nguyên lý làm việc của xi lanh thủy lực

Nếu hệ thống của bạn chỉ có 1 xy lanh thủy lực thì nó sẽ hoạt động rất đơn giản như sau: Dầu sẽ được bơm hút lên từ bể, đi qua các van phân phối đến cửa dầu vào của xi lanh. Lượng dầu bên trong xi lanh tăng dần lên tạo nên 1 áp lực để piston có thể di chuyển ra bên ngoài. Xi lanh sẽ biến năng lượng dầu thành động năng để con người ứng dụng ép, nén, kéo…

Nếu hệ thống của bạn có từ 2 xi lanh trở lên thì cấu tạo và hoạt động của nó sẽ khác. Hai piston của 2 xi lanh sẽ được kết nối thông qua 1 ống dầu thủy lực. Dầu thủy lực sẽ được luôn bơm đầy vào bên trong ống. Khi tác động lực lên piston của xi lanh 1 thì lực sẽ truyền qua dầu đến piston thứ 2. Lực tạo ra ở piston thứ 2 rất lớn nên truyền ra ngoài.

Tốc độ làm việc của ben thủy lực sẽ thay đổi nếu điều chỉnh lưu lượng dòng dầu và con người cũng sẽ thay đổi hệ thống thông qua việc đổi kích thước của xi lanh và ty.

nguyên lý hoạt động của xi lanh thủy lực

Các loại xi lanh thủy lực

Trên thị trường có hàng trăm loại xi lanh khác nhau, để khách hàng có thể dễ dàng nắm bắt thiết bị này thì chúng tôi sẽ phân loại xi lanh thành các nhóm chính dựa trên: chiều tác động, xếp cán, kiểu hàn hoặc ghép.

Theo chiều tác động lực

Nếu phân chia xi lanh dầu thủy lực theo chiều tác động làm việc thì sẽ có 2 loại, bao gồm:

Xi lanh thủy lực 1 chiều

Đặc điểm của xy lanh thủy lực 1 chiều đó là tạo ra lực tác động ở một phía duy nhất. Nếu quan sát bằng mắt thường thì sẽ thấy có 1 lỗ cấp dầu trên thân xi lanh. Người ta sẽ chia ben dầu 1 chiều thành 2 loại: Ben tự hồi về vị trí nhờ vào lò xo, ben tự hồi về vị trí nhờ lực tác động.

xi lanh thủy lực 1 chiều

Xi lanh thủy lực 2 chiều

Để phân biệt với xi lanh dầu thủy lực 1 chiều thì xi lanh 2 chiều có 2 lỗ cấp dầu vào trên xi lanh. Nó có thể tạo lực ở cả 2 phía khi piston tiến và lùi .

So với loại xi lanh 1 chiều thì nó được dùng nhiều hơn. Muốn điều khiển xi lanh này hoạt động, người dùng phải có hệ thống van phân phối đảo chiều điện từ.

Theo kiểu hàn hoặc ghép

Nếu phân chia xi lanh thủy lực theo kiểu ghép hoặc hàn thì sẽ có:

Kết cấu hàn

Với những ứng dụng chuyên làm việc với tải trọng khủng thì con người sẽ sử dụng loại xi lanh thủy lực kết cấu hàn để tăng độ cứng cáp và vững chãi, không bị cong hay móp méo nếu gặp tải nặng hoặc rất nặng.

Ghép gu-rông

Đặc điểm của xi lanh thủy lực ghép gu rông đó là có 4 thanh gu rông thép để có thể giữ cố định và lắp ghép cũng như giúp thiết bị có khả năng khóa ren giữa các bộ phận.  Các thanh gu rông này có thể tháo rời và lắp ráp nhanh chóng. Vì thế mà nó được dùng trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp.

Theo kiểu xếp cán

Nếu phân chia các ben thủy lực thì sẽ thành 2 loại cơ bản dựa trên yếu tố xếp cán là:

Cán đơn

Xi lanh thủy lực cán đơn là loại phổ biến nhất hiện nay. Đặc điểm của nó là có 1 đoạn cán được gắn chặt trên piston và chuyển động cùng nó nên chuyển động luôn có độ dài bé hơn kích thước xi lanh. Tuy nhiên, hành trình xi lanh làm việc thực tế sẽ sẽ bị giới hạn bởi độ dài của ben sau khi đã trừ những đoạn lắp ráp và độ dày của piston.

Các loại ben thủy lực cán đơn gồm:

+ Xi lanh có cán ở 2 phía piston: 1 đầu sẽ thò ra khi làm việc và 1 đầu còn lại sẽ bị vào bên trong vỏ.

+ Xi lanh cán đơn cán thò ra 1 phía.

Nhiều tầng

Xi lanh thủy lực nhiều tầng là sẽ từ 2 tầng trở lên đến 6 tầng. Cấu tạo của nó khá đặc biệt khi có lớp vỏ xi lanh chứa đựng nhiều ống xếp lồng vào nhau. Ưu điểm của xi lanh nhiều tầng đó là: Nó có hành trình sau khi duỗi dài hơn rất nhiều so với kích thước ban đầu nên khi lắp đặt rất gọn gàng, không chiếm nhiều diện tích.

Xi lanh thủy lực 2 tầng sẽ có 2 ống xếp lồng vào nhau và tương tự như với xi lanh thủy lực 3 tầng nhưng lưu ý, giá thành của các xi lanh này sẽ cao hơn với loại thông thường.

xi lanh thủy lực nhiều tầng

Ưu nhược điểm của ben thủy lực

Việc nắm bắt ưu và nhược điểm của nó sẽ thuận lợi cho việc ứng dụng thực tế trong sản xuất và 1 số hoạt động đời sống:

Ưu điểm

Xi lanh thủy lực là thiết bị quen thuộc với con người. Điều này đã chứng minh được thiết bị có rất nhiều ưu điểm nổi trội.

+ Như chúng tôi đã nói ở trên thì, xi lanh thủy lực ra đời là một giải pháp đem lại lợi ích to lớn cho con người khi nó cung cấp lực mạnh, chịu được tải trọng lớn, phù hợp với những công việc nặng nhọc, độc hại, tần suất liên tục.

+ Cấu tạo không phức tạp, chuẩn thông số nên việc kết nối với những thiết bị phụ kiện như: đầu nối, khớp nối, ống dẫn… rất thuận tiện.

+ Là thiết bị có ứng dụng đa dạng nhất là trong các máy móc cơ giới, dây chuyền sản xuất công nghiệp.

+ Với hệ thống xi lanh, thông qua các đồng hồ đo áp hoặc áp kế điện tử mà người dùng có thể quan sát cũng như có điều chỉnh kịp thời.

+ Bên cạnh đó xi lanh có nhiều kích cỡ, hành trình và đường kính, nhiều loại và mẫu mã để khách hàng có thể lựa chọn và sử dụng dễ dàng.

+ Do được làm từ chất liệu tốt nhất nên xi lanh có thể đảm bảo tuổi thọ cao, trong quá trình làm việc ít hỏng hóc và không cần phải vệ sinh và bảo dưỡng định kỳ.

+ Sự kết hợp của ben thủy lực và van an toàn sẽ giúp hệ thống có thể đạt năng suất và hiệu quả khi làm việc với tải trọng nặng.

xi lanh dầu

Nhược điểm

Tất nhiên, bên cạnh những ưu điểm nổi bật thì sản phẩm này không tránh khỏi những nhược điểm như:

+ Không phù hợp với những công việc yêu cầu tính vệ sinh cao, sạch khuẩn hoàn toàn.

+ Do tính đàn hồi của ống thủy lực cùng với tính chất nén của dầu mà vận tốc khi ben thủy lực sẽ thay đổi nếu phụ tải của vật thay đổi.

+ Khi hệ thống mới khởi động, nhiệt độ chưa ổn định khiến những đặc tính của dầu thay đổi mà cụ thể là độ nhớt. Điều này sẽ khiến cho hoạt động tịnh tiến của xi lanh kém chính xác. Việc này sẽ diễn ra cho đến khi hệ thống được ổn định, thông suốt với các thông số làm việc như thiết kế.

+ Sự rò rỉ lưu chất trong đường ống sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của xi lanh cũng như phạm vi ứng dụng của nó trên hệ thống.

Xem thêm: những loại cảm biến từ xi lanh thủy lực và khí nén

Các tính toán để chọn xi lanh thủy lực

Như chúng tôi đã nói ở phần trên về những thông số ben dầu thủy lực. Đó chính là nền tảng để có thể tính lực đẩy xi lanh thủy lực.

Để tính toán chọn xy lanh cần biết trước các thông số sau:

Lực đẩy xi lanh: F (kG).

Vận tốc làm việc khi xi lanh đẩy: v (cm/ph).

Hành trình của xi lanh: H (mm).

Bước 1: Chúng ta cần xác định được áp suất ở đầu hồi P2 và đầu đẩy P1. Đơn vị đo áp suất thủy lực là kg/cm2. Sau khi chọn sơ bộ thì tiến hành tính toán đường kính ống xi lanh theo công thức như sau:

công thức tính đường kính xi lanh

Sau khi ra được kết quả thì khách hàng có thể dựa trên catalogue của sản phẩm để chọn xi lanh có đường kính ống tương ứng.

Bước 2: sẽ phải tính đường kính cần xi lanh theo công thức:

S = (0,56 ÷ 0,7)AL

Việc chọn đường kính cần xi lanh sẽ được thực hiện tương tự như với đường kính ống xy lanh thủy lực.

Bước 3: Sau khi có đầy đủ các thông số trên thì việc tính lực đẩy của xi lanh thủy lực rất dễ dàng qua công thức:

công thức tính xi lanh

Trong đó:

E: Modul đàn hồi của vật liệu (có thể lấy E = 2,1E+5 N/mm2)

I: Mô men quán tính (mm4). I = π*d4/64

v: Hệ số an toàn (Có thể lấy = 3,5)

Re: Độ bền của vật liệu (có thể lấy Re = 241 (N/mm2))

λ: Độ mảnh. λ = 4.Lk / d

λg: Hệ số phụ. λg =  π√E/0,8.Re

Lk: Chiều dài ngàm tự do (mm)

Xem ngay: Xi lanh điện là gì? Phân loại và ứng dụng xy lanh điện

Các hư hỏng và cách sửa xy lanh thủy lực

Sau quá trình làm việc lâu dài với tần suất liên tục và tải trọng nặng thì chắc chắn xi lanh sẽ gặp 1 số trục trặc.

Hư hỏng thường gặp của ben thủy lực

Đối với xy lanh thủy lực thì hư hỏng thường gặp nhất của nó là:

+ Xy lanh bị trầy xước, nứt vỡ và cong vênh, bị biến dạng nặng nề.

Nguyên nhân dẫn đến tình trạng này có rất nhiều như: Do lắp đặt không đúng cách, gặp các tác động ngoại lực, có dị vật xâm nhập vào bên trong của xi lanh, do dầu thủy lực bị bẩn hoặc do nhiệt độ dầu quá cao, tải trọng của vật quá lớn.

+ Ben thủy lực không hoạt động hoặc khi làm việc bị rung, tiếng ồn lớn.

Nguyên nhân có thể là do xi lanh sử dụng gioăng phớt làm kín chưa phù hợp, áp suất và lưu lượng của dòng chất cấp cho xi lanh không ổn định, dầu thủy lực có khí hoặc hiện tượng xâm thực.

Tìm hiểu chi tiết: Những lỗi xi lanh thủy lực thường gặp khi sử dụng

Sửa chữa xi lanh thủy lực

Quý khách hàng cần phải phát hiện lỗi kịp thời để phục hồi xi lanh dầu thủy lực hoặc mua mới để thay thế, tránh ảnh hướng tới hoạt động chung của cả hệ thống. Tùy theo tình trạng của xi lanh như cong vênh nặng hay nhẹ, có bị xoắn cần hay không mà các kỹ sư sẽ quyết định sửa chữa xi lanh để tiết kiệm chi phí trước khi đưa ra giải pháp cuối cùng là thay mới.

xi lanh dầu thủy lực

Ứng dụng của xi lanh dầu thủy lực

Hầu như trong bất kỳ các nhà máy chuyên sản xuất, chế biến, gia công công nghiệp hiện nay đều có sự xuất hiện của các thiết bị kỹ thuật mà cụ thể là xi lanh thủy lực.

Trong các loại xe

Tất cả các loại xe tải, xe cơ giới hiện nay đều ứng dụng xi lanh để có thể điều khiển nâng hạ thùng xe dễ dàng ví dụ như: Xe rác, xe chở đất, xe container, xe công trình hoặc thậm chí là xe cứu hỏa, xe cắt tỉa cây xanh…

Với những loại xe cơ giới đặc thù như: Xe cẩu, xe kéo, xe đào, xe múc, xe lu… yêu cầu lực đẩy kéo lớn, tải trọng làm việc rất nặng, kích thước xe khổng lồ thì người ta sẽ sử dụng 1 hoặc nhiều ben dầu thủy lực.

ứng dụng xi lanh thủy lực

Trong công nghiệp sản xuất

Đối với các ngành công nghiệp sản xuất thì chắc chắn không thể thiếu xi lanh dầu trong các hệ thống đóng gói, phân loại sản phẩm…

Xi lanh dầu dùng trong nhà máy sản xuất thép, sắt, nhựa… giúp thực hiện tốt những công việc nặng nhọc. Ví dụ như trong các cầu nâng rửa xe thì ty nâng chính là xi lanh thủy lực. Thiết bị này ảnh hưởng trực tiếp đến sàn nâng, bửng nâng, cầu nâng vì nó sẽ tạo lực để đưa sàn và ô tô tải trọng vài tấn cho đến hàng chục tấn lên cao trong 1 thời gian rất ngắn nhưng vẫn đảm bảo an toàn.

Trong công nghiệp chế tạo

Sự phát triển và mang lại hiệu quả của các hệ thống thủy lực trong sản xuất công nghiệp đã giúp xi lanh dầu trở thành 1 thiết bi quen thuộc và không thể thiếu đối với các máy móc như:

+ Máy ép phế liệu, máy ép giấy, máy ép đế giày.

+ Máy tạo khuôn xe máy, máy cắt thủy lực, máy ghép các cơ cấu khuôn.

+ Máy gắp sản phẩm, máy uốn ống thủy lực.

Những loại máy này đáp ứng các yêu cầu sản lượng, năng suất rất tốt cho các nhà máy sản xuất và lắp ráp ô tô, chế biến gỗ, xử lý rác thải, sản xuất giày, cơ khí chế tạo máy, đóng tàu, khai thác khoáng sản…

Một số hãng sản xuất xy lanh thủy lực

Parker – USA

Nếu khách hàn cần các loại xy lanh dầu thủy lực cao cấp với chất lượng cao thì chắc chắn hãng Parker là 1 gợi ý vô cùng hợp lý. Xi lanh của hãng được sản xuất trên 1 dây chuyền hiện đại và được kiểm tra chất lượng 1 cách nghiêm ngặt theo các tiêu chí của Mỹ.

Tuy có giá thành cao hơn các thiết bị khác nhưng xi lanh của hãng vẫn được nhiều khách hàng tin tưởng sử dụng.

Yuken – Nhật Bản

Yuken là hãng chuyên sản xuất và cung cấp các thiết bị thủy lực được thành lập vào năm 1929 phát triển mạnh và thành lập tập đoàn vào năm 1980. Ưu điểm nổi bật của xi lanh dầu thủy lực do hãng sản xuất đó là giá thành cực kỳ phải chăng, hành trình và kích thước đa dạng để lựa chọn.

Các model ben thủy lực của Yuken tiêu biểu như: CJT35, CJT70, CJT140, CJT210, CJT35L, CJT70L…

xy lanh dầu

Nachi – Nhật Bản

Tất cả các bộ phận của xy lanh thủy lực do Nachi sản xuất đều đảm bảo các tiêu chuẩn. Điều này sẽ không chỉ giúp lắp đặt nhanh chóng mà còn dễ dàng thay thế, sửa chữa hoặc bảo trì.

Ưu điểm của xi lanh thủy lực Nachi đó là hiệu suất và chất lượng ổn định, độ bền cao nên được ứng dụng cho các máy móc ép tạo lực bằng thủy lực.

Ngoài các hãng trên, khách có thể chọn xi lanh của Hydac, Hydromax để sử dụng… Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, quý khách đừng ngần ngại mà hãy liên hệ để TKĐ tư vẫn và hỗ trợ nhé!

5/5 (2 bình chọn)

Trả lời

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