Cấu tạo xi lanh thủy lực, thông số và nguyên lý hoạt động

Xi lanh thủy lực, còn được gọi là ben thủy lực, là một trong những thành phần quan trọng nhất trong hệ thống thủy lực. Chúng có khả năng chuyển đổi năng lượng thủy lực thành cơ năng, tạo ra lực đẩy hoặc kéo mạnh mẽ để thực hiện các công việc nặng nhọc trong nhiều ngành công nghiệp. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết về cấu tạo xi lanh thủy lực, thông số kỹ thuật và nguyên lý hoạt động.

Cấu tạo xi lanh thủy lực

Thân xi lanh

Thân xi lanh có dạng hình trụ rỗng, được gia công chính xác để đảm bảo độ kín khít và giảm ma sát. Bộ phận hường làm bằng thép hoặc gang đúc, có khả năng chịu áp lực cao và chống ăn mòn.

Thân xi lanh chứa dầu thủy lực, chịu áp lực từ dầu và dẫn hướng cho piston chuyển động.

Piston

Piston có dạng đĩa tròn, được gia công chính xác để vừa khít với thân xi lanh. Bộ phận được làm bằng thép có độ cứng và độ bền cao.

Piston thủy lực có chức năng hân chia buồng dầu thành hai phần, nhận áp lực từ dầu thủy lực và chuyển động tịnh tiến trong thân xi lanh.

Ty ben

Ty ben có dạng thanh trụ tròn, được nối với piston bằng bulong hoặc đai ốc, được làm bằng thép hợp kim có độ cứng và độ bền cao, được mạ crom để chống ăn mòn.

Chức năng: Truyền lực từ piston ra bên ngoài, thực hiện công việc đẩy hoặc kéo.

Đầu xi lanh

Đầu xi lanh có dạng nắp đậy, được gắn vào hai đầu thân xi lanh bằng bulong hoặc ren được bằng thép hoặc gang, có độ cứng và độ bền cao.

Chức năng: Bịt kín hai đầu thân xi lanh, chứa các cổng dầu vào và ra, và đôi khi có thêm các bộ phận giảm chấn.

Phớt thủy lực

Phớt thủy lực có nhiều hình dạng khác nhau như vòng chữ O, chữ V, chữ U, phớt gạt,… được làm bằng cao su, polyurethane, PTFE hoặc các vật liệu đàn hồi khác.

Bộ phận có chức năng ngăn chặn sự rò rỉ dầu thủy lực giữa các bộ phận chuyển động, đảm bảo độ kín khít của hệ thống.

Ngoài các bộ phận chính trên, cấu tạo xi lanh thủy lực còn có các bộ phận bổ sung tùy theo chức năng và chủng loại như:

• Ống dẫn dầu: Dẫn dầu thủy lực vào và ra khỏi xi lanh.
• Van điều khiển: Điều khiển hướng và lưu lượng dầu thủy lực vào xi lanh.
• Bộ giảm chấn: Giảm tốc độ chuyển động của piston khi đến cuối hành trình.
• Cảm biến hành trình: Phát hiện vị trí của piston.

Thông số xi lanh thủy lực

Thông số chung

Đường kính piston (D): Đường kính của piston bên trong xi lanh, được đo bằng milimet (mm) hoặc inch. Đây là yếu tố quyết định trực tiếp đến lực đẩy của xi lanh. Piston càng lớn thì lực đẩy càng mạnh.

Đường kính ty ben (d): Đường kính của ty ben, cũng được đo bằng mm hoặc inch. Ty ben lớn hơn sẽ chịu được tải trọng lớn hơn nhưng đồng thời làm giảm diện tích hiệu dụng của piston.

Hành trình piston (S): Khoảng cách di chuyển tối đa của piston từ vị trí đầu đến vị trí cuối, được đo bằng mm hoặc inch. Hành trình piston quyết định phạm vi hoạt động của xi lanh.

Áp suất làm việc (P): Áp suất tối đa mà xi lanh có thể chịu được trong quá trình hoạt động, thường được đo bằng bar hoặc MPa. Vượt quá áp suất làm việc có thể gây hư hỏng hoặc nổ xi lanh.

Diện tích mặt cắt ngang của piston (A): Diện tích của hình tròn được tạo ra khi cắt ngang qua piston theo mặt phẳng vuông góc với trục của nó.

Áp suất thử nghiệm (Pt): Áp suất cao hơn áp suất làm việc, được sử dụng để kiểm tra độ bền và độ kín khít của xi lanh trước khi đưa vào sử dụng.

Lưu lượng dầu (Q): Lượng dầu thủy lực đi qua xi lanh trong một đơn vị thời gian, thường được đo bằng lít/phút (l/min) hoặc m³/s. Lưu lượng dầu ảnh hưởng đến tốc độ chuyển động của piston.

Lực đẩy/kéo lý thuyết (F): Lực tối đa mà xi lanh có thể tạo ra trong điều kiện lý tưởng, được tính theo công thức: F = P * A (với A là diện tích hiệu dụng của piston).

Lực đẩy/kéo thực tế: Lực đẩy/kéo thực tế của xi lanh thường nhỏ hơn lực lý thuyết do tổn thất ma sát và các yếu tố khác.

Nhiệt độ làm việc (°C): Khoảng nhiệt độ mà xi lanh có thể hoạt động an toàn, thường được đo bằng °C.

Xem thêm:

Bộ làm mát dầu thủy lực 

Bảng tra xi lanh thủy lực

Bảng tra xi lanh thủy lực là một công cụ hữu ích giúp bạn xác định các thông số kỹ thuật của xi lanh dựa trên đường kính piston, áp suất làm việc và hành trình piston. Bạn có thể tìm thấy các bảng tra này trên các trang web của nhà sản xuất hoặc các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành.

Tham khảo catalog hoặc tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất để biết thông số chính xác của từng loại xi lanh.

Công thức tính lực đẩy của xi lanh thủy lực

Lực đẩy của xi lanh thủy lực được tính theo công thức sau:

F = P * A

Trong đó:

* F là lực đẩy của xi lanh (N)

* P là áp suất làm việc của xi lanh thường được xác định bởi nhà sản xuất (Pa) 

* A là diện tích mặt cắt ngang của piston (m²)

• A = π * r²
• π (pi): Hằng số toán học, xấp xỉ 3.14
• r: Bán kính của piston (bằng một nửa đường kính piston)

Ví dụ:

Một xi lanh thủy lực có đường kính piston (D) là 100 mm và áp suất làm việc (P) là 10 MPa (100 bar). Hãy tính lực đẩy của xi lanh này.

Cách xác định:

Bước 1: Tính diện tích mặt cắt ngang của piston (A):

• Bán kính piston (r) = D/2 = 100 mm / 2 = 50 mm = 0.05 m
• Diện tích mặt cắt ngang của piston (A) = π * r² = 3.14 * (0.05 m)² = 0.00785 m²

Bước 2: Tính lực đẩy của xi lanh (F):

• F = P * A = 10 MPa * 0.00785 m² = 78.5 kN (kilonewton)

Kết quả:

Lực đẩy của xi lanh thủy lực trong ví dụ này là 78.5 kN.

Nguyên lý làm việc của xi lanh thủy lực

Xi lanh thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý Pascal: Áp suất tác dụng lên một chất lỏng trong bình kín được truyền nguyên vẹn theo mọi hướng. 

Khi dầu thủy lực được bơm vào buồng phía sau piston, áp suất tăng lên sẽ đẩy piston di chuyển về phía trước, tạo ra lực đẩy. 

Ngược lại, khi dầu thủy lực được bơm vào buồng phía trước piston, piston sẽ di chuyển về phía sau, tạo ra lực kéo.

Video mô tả nguyên lý làm việc của xi lanh thủy lực

Ví dụ cụ thể:

Giả sử một xe tải chở hàng cần bốc dỡ hàng hóa vào kho. Sàn nâng thủy lực dock leveler được điều khiển để nâng lên, tạo một cầu nối giữa sàn kho và sàn xe tải. Sau khi hàng hóa được bốc dỡ xong, sàn nâng được hạ xuống vị trí ban đầu.

Trong quá trình này, xi lanh thủy lực đóng vai trò tạo ra lực đẩy để nâng sàn lên và lực kéo để hạ sàn xuống. Áp suất dầu thủy lực trong xi lanh được điều khiển bởi hệ thống van và bơm thủy lực, đảm bảo sàn nâng hoạt động ổn định và an toàn.

Kết luận

Hiểu rõ về cấu tạo xi lanh thủy lực, thông số kỹ thuật và nguyên lý hoạt động sẽ giúp bạn lựa chọn và sử dụng chúng một cách hiệu quả, đảm bảo an toàn và tăng tuổi thọ cho hệ thống.