Xi lanh thủy lực hay xy lanh thủy lực (Hydraulic cylinder) là thiết bị chuyển đổi năng lượng thủy lực thành lực cơ học, thường được sử dụng trong các hệ thống thủy lực của máy móc công nghiệp và xây dựng. Đây là một loại xi lanh chứa piston di chuyển bên trong nhờ áp lực từ dầu thủy lực, tạo ra lực đẩy và kéo để thực hiện các tác vụ nâng, hạ, hoặc đẩy.
Có thể nói rằng xi lanh thủy lực cho phép tạo ra chuyển động tịnh tiến một cách đơn giản nhất. Nó hoạt động dựa trên áp suất của dầu thủy lực, và có vai trò quan trọng trong các máy móc công nghiệp, xây dựng, và nhiều ứng dụng khác. Bài viết dưới đây sẽ cung cấp thông tin chi tiết về cấu tạo, cách xi lanh thủy lực hoạt động thế nào ?, piston thủy lực là gì ?
Ngoài tên gọi là xi lanh thủy lực thì thiết bị này còn được gọi bằng một số tên gọi khác như: ben thủy lực, ben dầu, kích thủy lực, xylanh thủy lực,… Từ lúc được phát minh ra tới nay bởi người Isarel, chúng ta có thể thấy xi lanh thủy lực ở khắp mọi nơi từ máy móc trong các nhà máy tới các thiết bị cơ giới như máy xúc, máy múc, máy cẩu,…
Cấu tạo xi lanh thủy lực gồm các bộ phận chính sau:
Chức năng: Vỏ xi lanh là lớp vỏ ngoài của xi lanh thủy lực, có chức năng chứa dầu thủy lực và piston bên trong, chịu áp lực lớn từ dầu trong quá trình hoạt động.
Chức năng: Nắp xi lanh, còn gọi là “head,” nằm ở một đầu của xi lanh, chịu trách nhiệm giữ kín dầu thủy lực bên trong và cung cấp lỗ thoát dầu khi piston di chuyển.
Chức năng: Piston thủy lực là bộ phận chính nằm bên trong xi lanh, ngăn chia xi lanh thành hai ngăn và chịu tác động của áp suất dầu thủy lực để di chuyển.
Chức năng: Thanh piston là bộ phận kết nối với piston, mở rộng ra ngoài xi lanh và truyền lực từ xi lanh đến các thiết bị hoặc bộ phận bên ngoài.
Chức năng: Vòng đệm là các bộ phận nhỏ nhưng quan trọng, giúp làm kín giữa các thành phần của xi lanh và ngăn ngừa rò rỉ dầu.
Chức năng: Cổng dầu là các lỗ thoát và lỗ vào, cho phép dầu thủy lực đi vào hoặc thoát ra khỏi xi lanh, điều chỉnh chuyển động của piston.
Ben thủy lực là một hệ thống phức tạp được cấu thành bởi nhiều bộ phận và chi tiết khác nhau. Ngoài các bộ phận chính đã được nêu trên thì hệ thống ben thủy lực còn bao gồm một số chi tiết khác như bu lông, bạc đạn, vít khóa, tấm bích và nhiều phụ kiện khác. Mỗi chi tiết đều có vai trò đặc biệt và đóng góp vào hoạt động của xi lanh thủy lực.
Khi xi lanh thủy lực thực hiện nâng hạ, di chuyển các vận nặng ở tốc độ cao, gia tốc lớn thì tại các điểm cuối của hành trình co hoặc duỗi hoặc phanh dừng đột ngột sẽ xuất hiện các lực tác động lớn do quán tính gây ra. Ở các vị trí cuối hành trình co và đẩy với tốc độ lớn có thể gây ra hiện tượng “đột quỵ” cho xi lanh.
Xem video mô phỏng giảm chấn trên xi lanh thủy lực
Để giảm ảnh hưởng của lực tác động này người ta thiết kế thêm bộ phận giảm chấn bên trong xi lanh. Bộ phận giảm chấn này chúng ta rất dễ bắt gặp trong những xi lanh của máy công trình như máy xúc, máy múc, máy xúc lật,…
| Số | Thành Phần | Tên Tiếng Anh | Mô Tả Chức Năng | Số | Thành Phần | Tên Tiếng Anh | Mô Tả Chức Năng |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Gạt bụi | Wiper | Bảo vệ khỏi bụi bẩn và mảnh vụn bên ngoài, giúp gia tăng tuổi thọ. | 14 | Vỏ xi lanh | Cylinder Barrel | Chứa piston và dầu thủy lực, chịu áp lực cao trong quá trình hoạt động. |
| 2 | Gioăng cổ | Rod Seal | Ngăn chặn dầu rò rỉ từ trục piston ra ngoài, duy trì áp suất hệ thống. | 15 | Giảm chấn | Cushion Sleeve | Giảm tốc độ piston khi gần đến điểm cuối, tránh va đập mạnh. |
| 3 | Dẫn hướng cổ | Rod Guide | Định hướng trục piston, giúp chuyển động trơn tru và ổn định. | 16 | Đệm giảm chấn | Float Check Cushion Bush | Hỗ trợ giảm chấn, giúp quá trình hoạt động êm ái hơn. |
| 4 | Gioăng | O-ring | Làm kín giữa các bộ phận, ngăn ngừa rò rỉ dầu ở các điểm nối. | 17 | Cổ xi lanh | Rod Cartridge | Nơi chứa các vòng đệm, giữ dầu bên trong xi lanh. |
| 5 | Vòng đệm | Backup Washer | Hỗ trợ gioăng trong việc làm kín, tăng cường bảo vệ chống rò rỉ. | 18 | Điều chỉnh giảm chấn | Cushion Adjustment Screw | Cho phép điều chỉnh lực giảm chấn, tùy theo nhu cầu sử dụng. |
| 6 | Gioăng tròn | O-ring | Tăng cường khả năng làm kín tại các khớp nối. | 19 | Đai ốc | Nut | Cố định các thành phần lại với nhau, đảm bảo chắc chắn. |
| 7 | Vòng đệm | Backup Washer | Tương tự như trên, dùng để bảo vệ các lớp gioăng. | 20 | Bulong | Screw | Kết nối và cố định các thành phần trong cấu trúc xi lanh. |
| 8 | Gioăng O-ring | O-ring | Làm kín ở các điểm kết nối, ngăn ngừa rò rỉ dầu. | 21 | Nắp đuôi | Cap | Phần cuối của xi lanh, giữ kín và bảo vệ bên trong. |
| 9 | Phớt piston | Piston Seal | Ngăn dầu chảy qua hai bên piston, tạo áp lực đồng đều. | 22 | Bích nối | Flange | Kết nối xi lanh với các thành phần khác của hệ thống. |
| 10 | Dẫn hướng piston | Piston Guide | Giữ cho piston di chuyển ổn định và thẳng hàng. | 23 | Nắp đầu | Head | Đầu của xi lanh, giữ kín và bảo vệ khỏi rò rỉ dầu. |
| 11 | Dẫn hướng ti | Rod Guide | Giữ trục piston đúng vị trí, giảm thiểu hao mòn. | 24 | Thoát khí | Air Bleed | Giúp loại bỏ không khí ra khỏi xi lanh, duy trì áp lực dầu ổn định. |
| 12 | Quả piston | Piston | Tạo chuyển động nhờ áp lực dầu, chia ngăn trong xi lanh. | 25 | Gioăng giảm chấn | Stop Ring | Bảo vệ piston, giảm lực tác động khi piston đạt điểm cuối. |
| 13 | Ti (Cần Piston) | Piston Rod | Truyền lực từ xi lanh đến thiết bị vận hành bên ngoài. | 26 | Bulong cố định quả piston | Screw Stop Pin | Cố định piston với các thành phần khác, tránh di chuyển ngoài ý muốn. |
Xi lanh thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý Pascal: áp lực tác động lên một điểm trong chất lỏng sẽ được truyền đi đều khắp mọi hướng. Khi dầu thủy lực từ bơm được bơm vào xi lanh, nó tạo ra áp lực tác động lên piston, khiến piston di chuyển. Chuyển động của piston sẽ phụ thuộc vào hướng áp lực – dầu chảy vào khoang phía trước đẩy piston mở rộng, trong khi dầu chảy vào khoang sau sẽ kéo piston co lại.
Có hai loại xi lanh thủy lực chính dựa trên nguyên lý hoạt động này:
Lực ép của xi lanh thủy lực phụ thuộc vào áp suất dầu và diện tích bề mặt piston bên trong xi lanh. Công thức tính lực ép của xi lanh thủy lực được biểu diễn như sau:
F=P×A
Trong đó:
Để tính lực ép xi lanh, chúng ta cần các thông số sau:
Áp suất dầu thủy lực (P): Là áp lực mà dầu thủy lực tác động lên piston, thường đo bằng đơn vị Pascal (Pa), Bar hoặc PSI (1 Bar = 100,000 Pa = 14.5 PSI).
Diện tích bề mặt piston (A): Để tính diện tích của piston, bạn sử dụng công thức tính diện tích hình tròn:
A=π×r^2
Tóm Tắt Công Thức
F=P×π×r^2
Sử dụng công thức này giúp bạn tính được lực ép cần thiết trong xi lanh thủy lực để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả theo đúng yêu cầu công việc.
Ưu điểm của xi lanh thủy lực:
Nhược điểm điểm của lanh thủy lực:
Việc sử dụng ben thủy lực đúng cách không chỉ giúp nâng cao hiệu suất công việc mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng và bảo vệ thiết bị khỏi hư hại. Dưới đây là những hướng dẫn chi tiết giúp bạn chọn và sử dụng một hệ thông thủy lực một cách an toàn và hiệu quả nhất:
Khi chọn xi lanh thủy lực, Yếu tố quan trọng nhất Chọn kích thủy lực có tải trọng lớn hơn ít nhất 20% so với vật cần nâng để đảm bảo hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Ngoài ra còn cần cân nhắc các yếu tố sau:
Trước khi vận hành, hãy kiểm tra từng bộ phận của xi lanh, bao gồm piston, vòng đệm, và các mối nối để đảm bảo rằng chúng đang trong tình trạng tốt và không có dấu hiệu hư hỏng hoặc rò rỉ dầu. Sự cẩn thận này giúp tránh những sự cố không mong muốn trong quá trình làm việc.
Khi làm việc với hệ thống thủy lực, luôn đeo đồ bảo hộ cần thiết như mũ bảo hiểm, găng tay chống trơn trượt, kính bảo hộ và giày bảo hộ. Các trang bị này giúp bảo vệ bạn khỏi các rủi ro tiềm ẩn khi thao tác với các thiết bị có áp suất cao.
Khi sử dụng ben thủy lực, hãy chắc chắn rằng kích được đặt trên bề mặt cứng, chống trượt và có khả năng chịu tải nặng. Điều này giúp ngăn ngừa việc ben bị trượt hoặc sụp trong quá trình nâng, đảm bảo an toàn cho cả người và thiết bị.
Không được đặt thêm vật nặng hoặc tác động lực lên các ben thủy lực hay bơm tay thủy lực để tăng tải. Điều này có thể làm quá tải hệ thống, gây ra hỏng hóc và nguy hiểm trong quá trình sử dụng.
Nếu sử dụng nhiều kích thủy lực cùng lúc, hãy đảm bảo tải trọng được phân phối đều trên các kích để tránh mất cân bằng và giảm nguy cơ hư hỏng. Phân bổ tải trọng đồng đều giúp kích thủy lực hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ.
Kiểm tra các kết nối như ốc vít, đồng hồ đo, và ống dẫn thủy lực để đảm bảo chúng được thắt chặt đúng cách và không bị rò rỉ. Mọi sự rò rỉ đều có thể gây nguy hiểm và làm giảm áp suất của hệ thống, ảnh hưởng đến hiệu suất nâng.
Không hàn hoặc đặt ben thủy lực ở nơi có nhiệt độ cao, vì dầu thủy lực có thể dễ dàng bắt cháy hoặc bốc hơi khi gặp nhiệt. Điều này không chỉ gây hại cho thiết bị mà còn tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ.
Xi lanh thủy lực có nhiều loại khác nhau, được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng và yêu cầu lực cụ thể.: Để phân loại xi lạnh thủy lực, người ta thường phân thành các loại sau:
Xi Lanh Hành Trình Đơn(Single-Acting Cylinder): Loại xi lanh này hay còn được gọi là xi lanh 1 chiều chỉ hoạt động theo một chiều nhờ áp lực dầu thủy lực. Khi dầu được bơm vào xi lanh, nó tạo lực đẩy piston ra ngoài, trong khi hành trình ngược lại dựa vào lực đàn hồi của lò xo hoặc trọng lực. Xi lanh 1 chiều thường sử dụng trong các thiết bị nâng hạ và máy ép thủy lực đơn giản, nơi chỉ yêu cầu một chiều chuyển động.
Xi Lanh Hành Trình Kép (Double-Acting Cylinder): Con được gọi là xi lanh 2 chiều có thể đẩy và kéo nhờ áp lực dầu thủy lực từ hai phía của piston. Nó có hai cổng dầu cho phép điều khiển chuyển động của piston theo cả hai hướng. Nó được ứng dụng phổ biến trong các thiết bị công nghiệp và máy móc xây dựng, cần chuyển động đẩy-kéo như máy xúc, máy nâng và thiết bị vận chuyển
Xi lanh thủy lực có khả năng tạo ra lực mạnh mẽ và độ chính xác cao, vì vậy chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp nặng đến nông nghiệp, giao thông và xây dựng. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của xi lanh thủy lực:
Ứng dụng của xi lanh thủy lực làm xe cẩu thủy lực
Ứng dụng của xi lanh thủy lực làm máy ép gô
Ứng dụng của xi lanh thủy lực làm bàn nâng