Các phần tử cơ bản của hệ thống thủy lực

1. Giới thiệu cấu trúc cơ bản của hệ thống thủy lực trong công nghiệp

Hệ thống thủy lực đã xuất hiện từ lâu trên thế giới, ngày càng giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp. Các bạn có thể tham khảo bài viết trước Tổng quan về hệ thống thủy lực để hiểu rõ hơn. Hệ thống thủy lực trong công nghiệp rất phức tạp, tùy thuộc vào quy mô cũng như độ tin cậy, song về cơ bản, chúng  đều dựa trên hệ thống cơ bản dưới đây:

Cấu trúc cơ bản của hệ thống thủy lực

- Đầu tiên là nguồn thủy lực, chính là phần tử tạo năng lượng cho toàn bộ hệ thống. Nói như vậy, về mặt giải quyết định lượng cho các toán thủy lực, nguồn giữ vai trò then chốt trong việc tạo ra đủ năng lượng. Nguồn thủy lực chính là phần tử cung cấp lưu lượng, áp suất cùng với các phần tử khác tạo nên sự hoạt động của hệ thống. Nó tương tự như vai trò của nguồn điện hay máy nén khí trong các hệ thống điện hay hệ thống khí nén . Có thể nói, cùng với cơ cấu chấp hành, nguồn thủy lực là trái tim của hệ thống nếu xét trên phương diện mức độ quan trọng

- Phần tử điều khiển, điều chỉnh: chính là chức năng điều khiển, điều chỉnh của hệ thống. Điều khiển, điều chỉnh là thuật ngữ các bạn đã quá quen thuộc với mỗi chúng ta, nhất là trong ngành kĩ thuật. Nhờ có chúng mà hệ thống thủy lực có thể hoạt động đúng nguyên lí đề ra như chạy, dừng, phân phối, hay điều tiết lưu lượng dòng chảy. Ngoài ra chúng còn đảm nhiệm chức năng an toàn cho hệ thống. Một số van thường dùng trong hệ thống thủy lực phải kể tới như van phân phối, van tiết lưu, van giảm áp, van an toàn, van một chiều... admin sẽ giới thiệu cho các bạn ở phần sau.

- Cơ cấu chấp hành, đây là phần tử trực tiếp nhận năng lượng dòng chất lỏng và chuyển hóa thành lực ở đầu cần. Cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực đóng vai trò rất quan trọng, thông dụng nhất mà không một hệ thống thủy lực nào không dùng. Trong đó xy lanh thường dùng trong các hệ thống tạo lực nhằm tạo chuyển động tịnh tiến, còn trong những hệ thống tạo chuyển động hay momen quay, động cơ thủy lực được sử dụng. 

Động cơ thủy lực tạo momen quay lớn

2. Các phần tử cơ bản của hệ thống thủy lực

- Kể đến đầu tiên chính là bơm thủy lực. Bơm thủy lực kết hợp với các phần tử như bộ lọc, van an toàn, van giảm áp tạo nên nguồn thủy lực chất lượng cho hệ thống. Bơm thủy lực cung cấp lưu lượng và áp suất cho toàn bộ hệ thống thủy lực, tính toán, lựa chọn chính xác bơm là nhiệm vụ đầu tiên trong tính toán thiết kế hệ thống thủy lực.

Bơm piston trục nghiêng thủy lực

- Van: các van phân phối, van tiết lưu, van một chiều, van giảm áp, van an toàn... Các van này tạo nên nguyên lí hoạt động của hệ thống, điều tiết vận tốc, áp suất hợp lí, phối hợp nhịp nhàng giữa nguồn và cơ cấu chấp hành. Có thể hình dung chúng như các bo mạch điều khiển trong máy tính của chúng ta.

Van thủy lực 

+ Van phân phối: hầu hết các phần tử trong hệ thống thủy lực được gọi theo chức năng. Loại van này nhằm điều chỉnh hướng của dòng chảy qua 2 khoang của xy lanh, thường xuất hiện trong hầu hết các hệ thống thủy lực từ đơn giản đến phức tạp. Van phân phối có cấu tạo gồm các cửa vào, cửa ra và cửa trung gian tương ứng với đường cấp, đường hồi và trạng thái đóng( có hoặc không tùy thuộc vào van). Một số van phân phối thường gặp là van 4/3( 4 cửa 3 vị trí), van 3/2( 3 cửa 2 vị trí). 

Van phân phối 4/3

+ Van tiết lưu, chức năng chính là hạn chế lưu lượng qua van nhằm điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành. Cấu tạo của nó rất đơn giản tương tự như vòi nước nhà chúng ta. Dùng tay vặn có thể mở rộng hay thu hẹp tiết diện qua đó mở rộng hay hạn chế lưu lượng.

Van tiết lưu

+ Van giảm áp, áp suất qua van này sẽ phụ thuộc vào việc điều chỉnh. Trong một hệ thống mà yêu cầu áp suất khác nhau, người ta không thể mua nhiều bơm vì rất bất tiện, song việc giảm áp suất dựa vào việc thay đổi số vòng quay là không thể thì việc lựa chọn van áp suất là phù hợp nhất. Cần lưu ý rằng, áp suất sau khi qua van luôn nhỏ hơn áp suất trước khi vào van( nhiều người vô tình không để ý).

Van giảm áp

 + Van một chiều: chỉ cho chất lỏng qua một chiều, chiều còn lại đóng. Trong những hệ thống nhằm hạn chế chất lỏng chảy ngược do sự cố hệ thống hay để bảo vệ an toàn cho hệ thống, thường là bơm thì van một chiều luôn luôn được sử dụng. Van một chiều có kí hiệu như hình vẽ dưới đây:

Kí hiệu van một chiều

Van một chiều có loại bình thường, nhưng cũng có loại van một chiều điều khiển được. Chúng được sử dụng nhằm tạo cơ chế linh hoạt khi cần thiết.

+ Van an toàn, luôn luôn có trong hệ thống thủy lực. Van an toàn vai trò như aptomat trong hệ thống điện. Chúng đảm bảo cho áp suất trong hệ thống luôn luôn thấp hơn giá trị cài đặt. Ở chế độ hoạt động bình thường thì chúng đóng. Chỉ khi nào sự cố làm áp suất trong hệ thống tăng cao vượt quá giá trị thì khi ấy nó sẽ mở cho dầu về bể, làm ngưng sự tăng áp trong hệ thống. 

Kí hiệu van an toàn trong hệ thống

- Xy lanh thủy lực, đây chính là phần tử chấp hành của hệ thống, trực tiếp nhận năng lượng dòng chất lỏng thành lực tác dụng. Xy lanh thủy lực có cấu tạp phức tạp, và phải làm việc nặng nhọc nhất trong hệ thống thủy lực.

Xy lanh thủy lực

- Động cơ thủy lực, tương tự như xy lanh thủy lực, động cơ trong hệ thống thủy lực tạo ra một momen vượt trội so với động cơ điện. Động cơ thủy lực nhận năng lượng dòng chất lỏng tạo momen quay trên trục. Trong thực tế, một động cơ thủy lực có thể chạy được cả ở chế độ bơm và ngược lại, song hiệu suất ngược lại đó có thể không cao như khi chạy ở chế độ chính.

Động cơ thủy lực

Trên đây là toàn bộ kiến thức về cấu trúc cũng như các phần tử thông dụng hay dùng trong hệ thống thủy lực công nghiệp. Hy vọng rằng các bạn đã hiểu hết những gì mình cố gắng truyền đạt. Mọi thắc mắc cũng như ý kiến, các bạn vui lòng comment bên dưới. Các bạn cũng có thể tìm hiểu thêm về hệ thống thủy lực trong bài viết Ưu điểm của hệ thống thủy lực. Ở bài viết sau, mình giới thiệu thêm cho các bạn, xin chào. See you soon!

Continue

Tổng quan về hệ thống thủy lực

I. Tổng quan về hệ thống thủy lực

1. Giới thiệu về hệ thống thủy lực

Máy xúc là chứa một hệ thống thủy lực điển hình

Hệ thống thủy lực theo như sách nói là một hệ thống gồm các phần tử, linh kiện thủy lực như bơm, van, xy lanh, động cơ.... kết hợp với nhau theo một nguyên lí nhất định để chúng có thể làm việc được theo đúng yêu cầu đề ra dựa trên việc trao đổi năng lượng từ chất lỏng lên các các cơ cấu chấp hành, biến năng lượng dòng chất lỏng thành lực hoặc momen hoặc cả hai. 
Như vậy, cứ có sự trao đổi năng lượng giữa dòng chất lỏng với các cơ cấu chấp hành thì ta có thể nói ở đó có sự xuất hiện của thủy lực. Theo lí thuyết cũng như chương trình giảng dạy( tại Đại học Bách Khoa Hà Nội), thủy lực được phân chia ra làm hai ngành dựa trên sự trao đổi năng lượng của dòng chất lỏng và cơ cấu chấp hành đó là Máy thủy lực thể tích và Máy thủy lực cánh dẫn.

a. Máy thủy lực thể tích

Máy ép thủy lực thể tích

Các bạn có thể hình dung thế này. Năng lượng của dòng chất lỏng thực tế được chia thành các thành phần theo như phương trình Becnuli mà trong giới cơ học chất lỏng người ta gọi là phương trình kinh điển.

Đây là phương trình năng lượng của bất kì mặt cắt ngang nào của chất lỏng. Hai thông số đầu tiên khoanh chính là chiều cao của mặt cắt so với gốc thế năng và áp suất tại mặt cắt đó. Tổng hai thông số này chính là thế năng của dòng chất lỏng. Thông số còn lại chính chứa vận tốc chính là động năng của dòng chất lỏng. Dựa vào hai dạng năng lượng này mà thủy lực được chia ra: Với máy thủy lực thể tích thì phần năng lượng chủ yếu trao đổi là thế năng, với máy thủy lực cánh dẫn, phần năng lượng trao đổi chủ yếu là phàn động năng. 
Có thể kể đến một số máy thủy lực thể tích như máy ép, máy nâng hay máy cẩu. Trong thực tế ngoài việc sử dụng để tạo ra lực và momen thì máy thể tích còn được dùng nhiều trong điều khiển.

Robot khí nén ứng dụng  hệ thống thủy lực thể tích

b. Máy thủy lực cánh dẫn

Máy bay tàng hình ứng dụng hầu hết các thành tựu từ máy thủy lực cánh dẫn

Máy thủy lực cánh dẫn đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống cũng như công nghiệp. Các máy bơm nước trong gia đình hay nông nghiệp, những chiếc quạt trong máy tính hay quạt trần sử dụng năng lượng điện thành vận tốc của dòng khí làm mát là những ví dụ hết sức quen thuộc đối với chúng ta. Ngoài ra, trong các nhà máy thủy điện, phong điện, máy thủy lực cánh dẫn tuabin nước hay tuabin gió chính là những trái tim phục vụ.

Tua bin gió là một loại máy thủy lực cánh dẫn

2. Vai trò của hệ thống thủy lực

Trên thế giới, ngành thủy lực phát triển từ rất lâu rồi, trong thế chiến thứ II, các nước tham chiến đã ứng dụng rất nhiều thủy lực trong máy bay, tên lửa hay tàu ngầm của họ với mục đích bay nhanh hơn, tiêu tốn ít nhiên liệu hơn và mạnh mẽ hơn. 

Tuy vậy ở Việt Nam, ngành thủy lực mới xuất hiện trong vài chục năm gần đây xong chưa phát triển. Đây là lĩnh vực mới xong mới chỉ có vài cơ sở đào tạo nên lĩnh vực này hứa hẹn rất nhiều cơ hội mới cho các bạn trẻ năng động.

Hệ thống thủy lực trên máy xúc

a. Ưu điểm của hệ thống thủy lực

- Công suất lớn. Đây chính là ưu điểm lớn nhất, vượt trội so với các hệ truyền động khác. Công suất thủy lực vô cùng lớn, đáp ứng được hầu hết các yêu cầu trong công nghiệp, nhất là các máy công trình, công nghiệp khai khoáng, chúng được sử dụng rất rộng rãi.
- Tính ổn định. Không giống như khí nén, hay điện, thủy lực có thể duy trì lực và momen một cách ổn định và lâu dài mà không tốn nhiều năng lượng, kể cả trong trường hợp tải thay đổi hay dao động đột ngột.
- Khoảng cách tương đối xa. Về vấn đề khoảng cách, thủy lực thuận tiện hơn cơ khí. Không bị giới hạn khoảng cách, địa hình, thủy lực đáp ứng được do cơ cấu ống mềm linh hoạt.
- Không tạo tia lửa điện. Đây là ưu điểm so với hệ thống điện. Trong những môi trường nhạy cảm như khai thác dầu mỏ, trạm xăng dầu, người ta luôn luôn ưu tiên dùng thủy lực nhằm tránh tạo ra các tia lửa điện gây cháy nổ.
- Tạo tín hiệu điều khiển trơn mượt. Trong những cơ cấu điều khiển robot chính xác, khí nén do dặc tính chịu nén khó có thể điều khiển thì thủy lực lại là sự lựa chọn thay thế. Điều khiển các xy lanh thủy lực vô cùng trơn mượt và chính xác.
- Chi phí vận hành thấp. Một khi hệ thống thủy lực đi vào hoạt động, chi phí hoạt động sẽ rẻ hơn rất nhiều so với các hệ thống khác. Đồ thủy lực được chế tạo rất chính xác và do đặc tính làm việc nên hầu hết chúng rất bền.
- Dễ dàng tạo chuyển động tịnh tiến và quay.

Công suất của hệ thống thủy lực

b. Nhược điểm của hệ thống thủy lực

Bên cạnh những ưu điểm kể trên thì hệ thống thủy lực cũng mang những nhược điểm sau đây:
- Đắt. Điều này vô cùng dễ hiểu, để có thể hoạt động với các công suất vô cùng lớn như thế đòi hỏi các thiết bị thủy lực phải được chế tạo với công nghệ và vật liệu cực tốt. Chính vì vậy, hệ thống thủy lực thường chỉ dùng cho công nghiệp nặng.
- Chế độ chăm sóc bảo dưỡng khắt khe. Làm việc dưới áp suất cao như vậy, đòi hỏi chế độ kiểm tra phải thường xuyên. Chỉ một hạt cát nhỏ lẫn trong dầu thủy lực cũng sẽ gây tổn thất cho toàn bộ hệ thống. Hệ thống thủy lực nói chung rất nhạy cảm với chất bẩn.
- Rò rỉ. Môi chất làm việc là chất lỏng nên sự rò rỉ là điều thường xuyên xảy ra, nhất là trong những hệ thống có áp suất và nhiệt độ cào, tại những đầu nối là nơi dễ xảy ra rò rỉ nhất.
- Bẩn và ô nhiễm môi trường. Dầu thủy lực khi bị rò rỉ hay vỡ đường ống sẽ gây ảnh hưởng xấu tới môi trường xung quanh. Cần đặc biệt lưu ý tới vấn đề này.

Dầu thủy lực gây ô nhiễm môi trường

Mặc dù tồn tại các nhược điểm trên, song do yêu cầu thực tế, thủy lực vẫn giữ vai trò chủ đạo trong những hệ thống cần công suất lớn. Lĩnh vực này hàng năm đòi hỏi nguồn nhân lực rất lớn chính là cơ hội tuyệt vời cho người lao động. Các bạn cũng có thể tham khảo bài viết sau để có cái nhìn trực quan hơn. Bấm vào đây. Trong bài viết tới, admin sẽ giới thiệu thêm cho các bạn về hệ thống thủy lực và cách tính toán thiết kế. See you later !

Continue