Thủy lực ngày càng được con người tin tưởng sử dụng trong các máy móc, dây chuyền sản xuất từ ngành công nghiệp nhẹ cho đến công nghiệp nặng, khai khoáng và cả lĩnh vực đời sống. Chắc chắn những nguyên lý cơ bản, những đại lượng của thủy lực và ưu nhược điểm hệ thống này là điều mà hầu hết khách hàng còn cảm thấy băn khoăn. Quý khách cùng đọc bài viết hôm nay và sở hữu cho mình những kiến thức cơ bản về thủy lực trước khi ứng dụng nhé.

Thủy lực là gì?

Thủy lực chính là một môn khoa học về sự chuyển động cũng như vận chuyển lực của chất lỏng trong môi trường giới hạn. Cụ thể, trong môi trường thủy lực thì chất lỏng sẽ được truyền tải bằng lực đẩy lên chất lỏng.

Chất lỏng đó có thể là dầu, nhớt, hóa chất… với độ nhớt, độ đậm đặc, nhiệt độ và tính chất khác nhau. Thủy lực được ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực hiện nay như: dây chuyền sản xuất ô tô – xe cơ giới, sản xuất máy nông nghiệp, tua bin gió, khai thác khoáng sản, khai thác và vận chuyển, đóng gói sản phẩm, công nghiệp gỗ, các phương tiện giao thông, công trình xây dựng…

Nguyên lý cơ bản của thủy lực

Trong một hệ thống thủy lực, dầu đóng vai trò quan trọng khi vừa là môi chất để truyền lực đi, vừa là chất bôi trơn bề mặt tiếp xúc chấp hành, cơ cấu. Dầu thủy lực di chuyển trong mạch có tính chất kín và tuần hoàn, nhờ vào bơm thủy lực cùng với các thiết bị cơ cấu điều khiển.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống thủy lực đó là: Động cơ điện hoặc motor diezen hoạt động, kéo theo bơm dầu quay. Bơm sẽ thực hiện việc hút dầu từ thùng chứa và đẩy chúng đi đến cơ cấu trong hệ thống qua các ống dẫn dầu. Áp lực của dầu được khống chế bởi van an toàn nhằm đảm bảo hệ thống ổn định nhất.

Dầu thủy lực được dẫn đến thiết bị cơ cấu điều khiển rồi dịch chuyển đến thiết bị chấp hành. Nhờ vào chính lưu lượng, áp suất mà bơm thủy lực tạo ra mà các chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay của cơ cấu chấp hành. Sau khi truyền năng lượng thì dầu sẽ được di chuyển, quay về thùng chứa và được lọc hồi, làm mát trước khi bắt đầu một chu trình mới.

Có thể bạn quan tâm: 10 cách bảo trì bơm thủy lực để bơm hoạt động tốt nhất

Các đại lượng cơ bản của thủy lực

Nhắc đến hệ thống thủy lực thì ngoài việc quan tâm đến thiết bị thì khách hàng cần phải đặc biệt chú ý đến: Lưu lượng và áp lực.

Lưu lượng

Lưu lượng thủy lực là lượng dầu được vận chuyển thông qua bơm thủy lực trong một đơn vị thời gian nhất định.

Tốc độ của chấp hành, động cơ bị chi phối rất nhiều bởi lượng dầu. Lưu lượng dầu sẽ quyết định đến tốc độ của xi lanh, motor. Lượng dầu cao thì tốc độ lớn và ngược lại.

Đơn vị của lưu lượng đa dạng như: lit/phút, CC/ vòng, in3/ vòng.

Áp suất

Như chúng ta đã biết áp suất hay áp lực chính là lực của chất lỏng. Lực tác dụng của dầu lên bề mặt của cơ cấu chấp hành hoặc thành của ống dẫn dầu khi dầu bị chặn tại một vị trí trên đường ống hay tại mặt tác dụng của cơ cấu chấp hành.

Áp suất là đại lượng quyết định đến lực tác dụng của một cơ cấu chấp hành.

Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống thủy lực

Mỗi một hệ thống được ứng dụng đều có những ưu và nhược điểm riêng và hệ thống thủy lực cũng như vậy.

Ưu điểm của hệ thống thủy lực

Hệ thống thủy lực được ứng dụng đa dạng trong các ngành sản xuất công nghiệp hay lĩnh vực đời sống đều nhờ vào những điểm ưu việt, nổi trội như:

+ Hệ thống thủy lực được lựa chọn khi con người cần truyền động với lực lớn và công suất cao.

Hầu hết, khách hàng đều đánh giá hệ thống thủy lực có độ tin cậy cao, kết cấu đơn giản và không cần phải chăm sóc, bảo trì và bảo dưỡng tỉ mỉ.

Hệ thống thủy lực 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 hay các chất lỏng thủy lực khác di chuyển trong mạch vừa là lưu chất làm việc vừa là giải nhiệt, bôi trơn, giảm ma sát nên việc bảo dưỡng dễ dàng, ít tiêu tốn thời gian như với hệ thống khí hay điện.

+ Kết cấu của hệ thống thủy lực đơn giản, mạnh mẽ, gọn gàng nên chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy trong hệ thống lái tàu hỏa, tàu thủy, máy bay, các xe cơ giới quân sự và thậm chí là trong một số loại máy bay.

+ Việc điều chỉnh vận tốc và điều chỉnh vô cấp hay đảo chiều đều trở nên dễ dàng hơn trước kia rất nhiều. Tùy vào nhu cầu mà việc điều chỉnh có thể do điều kiện công việc cụ thể hoặc do các chương trình đã được lập, thiết kế sẵn.

+ Với thủy lực, người dùng dễ dàng thay đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyền động tịnh tiến của cơ cấu mà cụ thể ở đây là xi lanh dầu. Nếu so sánh với hệ thống khí hay điện thì đây chính là điểm nổi bật hơn cả. Sử dụng xi lanh vừa đơn giản lại tạo lực lớn.

+ Hệ thống được đánh giá đơn giản nhờ vào việc dựng các tiêu chuẩn hóa, các thành phần dẫn và bị dẫn hầu như không lệ thuộc vào nhau.

+ Hoạt động êm ái, ít tiếng ồn.

+ Hệ thống thủy lực có sử dụng van an toàn nên khả năng đề phòng quá tải cao.

+ Áp suất của thủy lực được theo dõi và kiểm tra bằng đồng hồ đo áp, áp kế dễ dàng dù trong hệ thống phức tạp, nhiều thiết bị, nhiều mạch.

+ Nhờ vào tính nén của dầu, quán tính nhỏ của động cơ thủy lực, quán tính của bơm nên có thể sử dụng hệ thống thủy lực có vận tốc cao và có thể đảo chiều mà không bị va đập.

+ Momen khi khởi động lớn.

+ Người dùng có thể giảm kích thước, khối lượng của hệ thống nhờ vào việc chọn áp suất.

Nhược điểm của hệ thống thủy lực

Tất nhiên, bên cạnh những ưu điểm thì hệ thống thủy lực vẫn có những nhược điểm lớn mà chúng ta cần phải nghiên cứu để thay đổi, cải tiến và khắc phục để giúp hệ thống thủy lực được ứng dụng đa dạng hơn.

Những tổn hao trong đường ống do hiện tượng ma sát tạo ra và những sự rò rỉ bên trong các phần tử của ống, phần tử chấp hành cũng như hệ thống chắc chắn sẽ làm giảm hiệu suất của hệ thống máy móc và làm hạn chế phạm vi sử dụng của thủy lự cũng như các thiết bị.

Khi mới bắt đầu vận hành hệ thống thủy lực thì sẽ xuất hiện hiện tượng bọt khí. Đây là điều rất dễ bắt gặp với bất kỳ một máy móc, hệ thống nào.

Dầu trong hệ thống thủy lực luôn đóng một vai trò quan trọng. Nó được hút lên và di chuyển trong mạch thủy lực và đi đến cơ cấu, chấp hành thực hiện nhiệm vụ. Và khi hệ thống thủy lực được khởi động thì dẫn đến nhiệt độ của dầu cũng thay đổi một cách đột ngột. Và tình trạng này sẽ dẫn đến vận tốc làm việc của hệ thống, xi lanh không ổn định, ảnh hưởng đến hiệu suất công việc.

Có thể bạn quan tâm: 

Mỗi máy móc, mỗi công việc sẽ có những yêu cầu về đặc điểm hệ thống thủy lực khác nhau, sao cho đáp ứng yêu cầu vận hành. Chính vì thế mà thiết kế, thi công cũng như chế tạo thiết bị không đạt đến sự hoàn hảo, độ chính xác còn chưa cao. Việc này sẽ gây khó khăn cho lựa chọn hay sử dụng, thay thế hệ thống thủy lực.

So với hệ thống khí nén thì hệ thống thủy lực có giá thành cao hơn và đối với các khách hàng thì chi phí ban đầu sẽ cao hơn.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP

Hệ thống thuỷ lực là dạng truyền động dùng dầu thủy lực tạo ra áp lực được sử dụng nhiều trong ngành chế tạo máy, cơ giới, hàng không, tàu thủy và các ứng dụng khác trong công nghiệp lắp ráp. Ngoài ra, công nghệ thuỷ lực còn được ứng dụng trong một số lĩnh vực đặc biệt khác như hàng hải, khai thác hầm mỏ, công nghiệp năng, máy thu hoạch nông nghiệp, hệ thống robot nặng …
 

Trong hệ thống thuỷ lực, chất lỏng có áp suất đóng vai trò trung gian truyền lực và chuyển động cho máy công nghệ. Quá trình biến đổi và truyền tải năng lượng được mô tả trên 
 

Các ứng dụng cơ bản của thuỷ lực:

• Thiết bị thuỷ lực tự hành (Mobile hydraulics): di chuyển bằng bánh xe hoặc đường ray. Phần lớn trong số này có đặc trưng là thường sử dụng các van được điều khiển bằng tay (monoblock valve) chủ yếu các dạng xe cơ giới, khai khoáng, thu hoạch nông nghiệp, hàng hải …
• Thiết bị thuỷ lực cố định (industrial hydraulics): làm việc ở một vị trí cố định, do đó thường sử dụng các motor điện kết hộp các loại bơm thủy lực và các van điện từ kết hợp với các thiết bị điều khiển điện- điện tử dùng chủ yếu cho các loại máy móc công nghiệp tự động, các dây chuyền sản xuất, các máy chấn, ép, trộn, cắt…

* So sánh công nghệ thuỷ lực với các dạng khác:

Xét về vai trò tạo ra lực, chuyển động và các tín hiệu, ta so sánh 3 dạng thiết bị truyền động thường sử dụng: điện, khí nén và thuỷ lực. Có thể tham khảo bảng sau
Qua bảng so sánh, có thể tóm tắt các ưu điểm và nhược điểm quan trọng của công nghệ thuỷ lực:

– Một số ưu điểm quan trọng:

• Truyền động công suất lớn với các phần tử có kích thước nhỏ
• Khả năng điều khiển vị trí chính xác
• Có thể khởi động với tải trọng nặng
• Hoạt động êm, trơn không phụ thuộc vào tải trọng vì chất lỏng hầu như không chịu nén, thêm vào đó còn sử dụng các valve điều khiển lưu lượng
• Vận hành và đảo chiều êm ả
• Điều khiển, điều chỉnh tốt.

	Truyền động điện	Truyền động thủylực	Truyền động khí nén
Vận tốc làm việc	Cao	Khoảng 0,5 m/s	Khoảng 1.5m/s
Giá thành nguồn	Thấp	Cao	Trung bình
	Tỷ lệ 0.25:1:2.5
Chuyển động thẳng	Khó, giá thành cao	Lực rất lớn, dễ điều chỉnh tốc độ, tải trọng	Đơn giản, lực giới hạn, tốc độ lớn nhưng phụ thuộc tải trọng
Chuyển động quay	Đơn giản với các dải công suất	Đơn giản, mô men quay lớn, tốc độ thấp	Đơn giản,tốc độ cao nhưng kém hiệu quả
Độ chính xác trong điều khiển vị trí	Độ   chính   xác  đến ±1mm và dễ dàng đạt được	Độ chính xác trên ±1mm và có thể đạt được phụ thuộc vào chi phí	Khi không tải có thể đạt 1/10 mm
Tính ổn định	Ổn định cao	Cao vì dầu ít chịu nén, hơn nữa do mức áp suất lớn hơn đáng kể so với khí nén	Thấp, không khí có tính đàn hồi
Lực	Có thể thực hiện được lực truyền động rất cao nhưng khả năng quá tải kém	Có khả năng chịu quá tải lớn, hệ thống áp suất lên tới trên 700 bar, lực đạt được tới 3000 kN	Có khả năng chịu quá tải, lực truyền động bị giới hạn bởi khí nén và đường kính xi lanh, thường F< 30 kN ở 6 bar

– Một số nhược điểm quan trọng:

• Có thể gây bẩn, ô nhiễm môi trường
• Nguy hiểm khi gần lửa
• Nguy hiểm khi áp suất vượt quá mức an toàn (đặc biệt với ống dẫn)
• Hiệu suất thấp

Cấu trúc của hệ thống thủy lực

Sơ đồ mô tả cấu trúc của một hệ thống thủy lực được biểu diễn:      

• Khối nguồn thủy lực (Power supply section): thực chất là một bộ biến đổi năng lượng ( Điện – cơ – thủy lực). Khối nguồn thủy lực gồm: Động cơ điện; bơm thủy lực; các van an toàn; bể chứa dầu; cơ cấu chỉ thị áp suất, lưu lượng…
• Khối điều khiển dòng thủy lực (Power control section )

Trong hệ thống thủy lực, năng lượng được truyền dẫn giữa bơm và cơ cấu chấp   hành đảm bảo những giá trị xác định theo yêu cầu công nghệ như lực; mô men; vận tốc hoặc tốc độ quay. Đồng thời cũng phải tuân thủ những điều kiện vận hành hệ    thống. Vì vậy, các van được lắp đặt trên các đường truyền đóng vai trò như những phần tử điều khiển dòng năng lượng.

Ví dụ các van: Van đảo chiều; van tiết lưu; van áp suất; van một chiều…

Các van này có thể có vai trò là phần tử điều khiển hoặc điều chỉnh áp suất hay lưu lượng, và hơn nữa chúng cũng có những đặc điểm chung là gây tổn thất áp suất.

• Các cơ cấu chấp hành (drive section) như: các xilanh (cylinders), các động cơ thủy lực (Hydro-motors)

Bộ nguồn thủy lực

Một bộ nguồn thủy lực đơn giản bao gồm:

• Bơm thủy lực (Hydraulic Pump) được truyền động bởi động cơ điện (M) Motor
• Bộ điều chỉnh áp suất ( Relief valve) nhằm bảo vệ bơm
• Dụng cụ chỉ thị các thông số, ví dụ chỉ thị áp suất( Pressure gauge)
• Thùng dầu (Tank)
• Cổng ra P; cổng hồi dầu T

Ngoài ra, một khối nguồn tiêu chuẩn còn có các phần tử khác, như các bộ lọc dầu, bộ làm mát dầu, khâu kiểm tra dầu tràn, kiểm tra nhiệt độ dầu…

Một điểm khác với hệ thống khí nén là trong hệ thống thủy lực, dầu thủy lực hầu như không chịu nén nên việc sử dụng bình tích áp ít hiệu quả, vì vậy trong mỗi hệ thống thủy lực sẽ thường bao gồm ít nhất một bộ nguồn thủy lực và khi vận hành hệ thống thuỷ lực thì cũng chính là phải vận hành bơm thuỷ lực.

Quý khách hàng có nhu cầu tư vấn lắp đặt hãy liên hệ

Để được chúng tôi để được tư vấn miễn phí, lắp đặt, thiết kế sớm nhất.