Thủy lực là gì? Tìm hiểu về hệ thống thủy lực trong công nghiệp

20 Tháng Tư, 2021 122 Nguyễn Tiến Thành

Logo sieusach

Thủy lực ngày càng được ứng dụng nhiều trong các thiết bị máy móc, hệ thống dây chuyền sản xuất công nghiệp. Nó được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau từ các ngành công nghiệp nặng cho đến công nghiệp nhẹ và cả trong đời sống của con người. Tuy nhiên không phải ai trong chúng ta cũng đã biết thủy lực là gì? Hệ thống thủy lực được ứng dụng như thế nào trong công nghiệp? Chính vì vậy trong bài viết dưới đây chúng tôi sẽ chia sẻ với các bạn những kiến thức cơ bản để các bạn có thể hiểu về thủy lực, hệ thống thủy lực và những ứng dụng của nó!

Thủy lực là gì?

Thủy lực là tên gọi được dùng để chỉ sự chuyển động cũng như vận chuyển lực của một chất lỏng trong một môi trường giới hạn nào đó. Cụ thể là khi ở trong môi trường thủy lực thì chất lỏng sẽ được truyền tải bằng lực đẩy tác dụng lên chất lỏng. 

Thủy lực là gì?

Thủy lực là gì?

Chất lỏng được sử dụng để tạo thủy lực có thể là hóa chất, dầu, nhớt… với độ đậm đặc, độ nhớt, nhiệt độ khác nhau. Để có thể khai thác và sử dụng được thủy lực thì chúng ta cần có các thiết bị để kết nối thành 1 hệ thống thủy lực như: Bơm dầu, thùng chứa, xi lanh thủy lực, van các loại, motor, ống dẫn, dầu dẫn, giải nhiệt dầu thủy lực, đồng hồ đo áp suất… 

Hiện nay thủy lực được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống như: Tại dây chuyền sản xuất ô tô – xe cơ giới, tuabin gió, sản xuất máy móc nông nghiệp, khai thác khoáng sản, khai thác và vận chuyển, công nghiệp chế biến gỗ, đóng gói sản phẩm, tại các phương tiện giao thông hay tại các công trình xây dựng… 

Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của thủy lực

Trong một hệ thống thủy lực, dầu được sử dụng để làm môi chất truyền lực đi đồng thời được sử dụng như là chất bôi trơn cho bề mặt tiếp xúc chấp hành, cơ cấu. Dầu thủy lực sẽ di chuyển bên trong mạch có tính chất tuần hoàn và kín dựa vào bơm thủy lực cùng các thiết bị điều khiển. 

Nguyên lý hoạt động của một hệ thống thủy lực về cơ bản như sau: Động cơ điện (hoặc động cơ diezen) hoạt động sẽ kéo theo bơm dầu quay. Bơm trong hệ thống sẽ đảm nhận việc hút dầu từ bên trong thùng chứa và thực hiện đẩy chúng đến cơ cấu bên trong hệ thống thông qua ống dẫn dầu. Áp lực của dầu sẽ được khống chế bởi van an toàn nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động một cách ổn định nhất.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực

Nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực

Dầu thủy lực sẽ được dẫn đến thiết bị cơ cấu điều khiển và sau đó dịch chuyển đến chỗ thiết bị chấp hành (cụ thể là van phân phối và van điều hướng). Nhờ lưu lượng áp suất của bơm thủy lực đã tạo ra mà hình thành được các chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của xi lanh. Sau khi thực hiện truyền năng lượng thì dầu sẽ di chuyển về lại thùng chứa. Sau đó được lọc và làm mát trước khi thực hiện một chu trình mới. 

Những đại lượng sử dụng trong hệ thống thủy lực

Khi nghiên cứu và tìm hiểu về thủy lực, hệ thống thủy lực chúng ta cần phải hiểu rõ về 2 đại lượng cơ bản đó là áp suất và lưu lượng. Cụ thể như sau:

Áp suất

Áp suất chính là đại lượng đo lường lực tác dụng của chất lỏng tác động lên thành của đường ống dẫn dầu hoặc bề mặt của cơ cấu làm việc khi lượng dầu đã bị chặn lại tại một điểm trên đường ống hoặc tại một mặt tác dụng của cơ cấu chấp hành. Áp suất là đại lượng duy nhất ảnh hưởng đến lực của cơ cấu chấp hành, xi lanh. 

Hiện tại, có rất nhiều đơn vị đo được dùng để đo áp suất nhưng những đơn vị cơ bản nhất vẫn là: PSI, Bar, Kg/cm2, Mpa…

Áp suất là đại lượng quan trọng trong hệ thống thủy lực

Áp suất là đại lượng quan trọng trong hệ thống thủy lực

Lưu lượng

Lưu lượng là đại lượng cơ bản được nhắc đến nhiều nhất khi nghiên cứu và sử dụng hệ thống thủy lực. Lưu lượng ở đây được dùng để đo lường dầu hay chất lỏng thủy lực nào đó được hệ thống vận chuyển thông qua bơm thủy lực trong 1 khoảng thời gian cụ thể được tính bằng (giây, phút, giờ).
Lưu lượng dầu (lưu lượng chất lỏng thủy lực) ảnh hưởng rất nhiều đến tốc độ của cơ cấu chấp hành. Nếu lưu lượng dầu (chất lỏng) nhiều thì tốc độ tịnh tiến sẽ nhanh và ngược lại nếu lưu lượng ít thì tốc độ sẽ chậm lại. Đơn vị đo lưu lượng phổ biến hiện tại có thể kể đến như lit/phút, CC/vòng hoặc in3/vòng… 

Chi tiết cấu tạo của hệ thống thủy lực

Hiện nay có rất nhiều dạng hệ thống thủy lực khác nhau để phục vụ cho những hoạt động và mục đích khác nhau. Dưới đây chúng tôi sẽ chia sẻ với các bạn chi tiết về những bộ phận cơ bản nhất của một hệ thống thủy lực. 

Xi lanh thủy lực

Xi lanh thủy lực hay còn được gọi với một tên gọi khác là động cơ thủy lực tuyến tính hay thiết bị truyền động tuyến tính. Các xi lanh thủy lực hiện việc cho lực không tuân theo hướng thông qua hành trình. 

Xi lanh thủy lực

Xi lanh thủy lực

Xi lanh thủy lực chủ yếu là một xi lanh cơ sở với đầu xi lanh, cần xi lanh, ống xi lanh, seals và piston. Xi lanh thủy lực bao giờ cũng có một cần piston và một piston đã được lắp đặt bên trong của ống xi lanh. Piston này sẽ phải di chuyển rất nhiều trong quá trình hoạt động. Đường dầu của xi lanh sẽ đóng và đầu của xi lanh có một đầu mở để cần piston có thể đẩy được ra ngoài xi lanh. Piston tạo ra cho xi lanh một phần chia, chia xi lanh thành 2 ngăn riêng biệt là đầu vào và đầu cuối của hành trình. Lực của xi lanh thủy lực được cung cấp bởi chất lỏng hoặc dầu có áp suất.

Những hệ thống thủy lực sử dụng xi lanh thủy lực thường được ứng dụng trong các lĩnh vực như: Sản xuất máy móc, xây dựng, kỹ thuật dân dụng và thiết bị nông nghiệp. 

Motor thủy lực 

Motor thủy lực cũng tương tự như xi lanh thủy lực. Chúng đều là bộ truyền động, song xi lanh là thiết bị truyền động tuyến tính còn motor là bộ truyền động hướng tâm. Motor thủy lực được ứng dụng để cung cấp năng lượng cho ròng rọc trên hệ thống các băng chuyền quay hoặc ổ bánh xe trên các thiết bị nặng… 

Động cơ thủy lực

Động cơ thủy lực

Động cơ (motor) thủy lực sẽ hoạt động như sau: Chất lỏng sẽ đi vào động cơ quay trục, sau đó nó sẽ thoát khỏi động cơ bằng cổng đối diện để trở lại hệ thống. Động cơ thủy lực sẽ được đặt trong một loạt các mạch hoặc trong mạch song song, tùy thuộc theo cách sử dụng của nó.

Bơm thủy lực 

Máy bơm thủy lực trong hệ thống thủy lực có công dụng là biến chuyển động và năng lượng cơ trở thành điện thủy lực. Lực được áp dụng ở vị trí này sẽ được chuyển sang vị trí khác sử dụng chất lỏng. Ví dụ như dầu, chúng ta không thể nén được nên sẽ là sự di chuyển khi áp lực được áp dụng. Bơm sẽ không thực sự gây ra áp lực, tuy nhiên máy bơm thủy lực sẽ tạo ra lưu lượng bằng cách vận chuyển chất lỏng qua hệ thống.

Van thủy lực

Van thủy lực là yếu tố vô cùng quan trọng không thể thiếu đối với bất kỳ một hệ thống thủy lực nào. Chúng có vai trò là kiểm soát được sự tồn tại của hệ thống. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều các loại van thủy lực với kích cỡ, cấu tạo… khác nhau. Việc lựa chọn được 1 van thủy lực phù hợp là điều hết sức quan trọng đối với hệ thống thủy lực. Khi chọn van các bạn cần phải chọn van dựa theo chỉ định về áp lực của hệ thống và dòng chảy. 

Van thủy lực là gì

Van thủy lực là gì

Trên thị trường hiện tại có 3 loại van thủy lực chính đó là van điều áp, van điều hướng và van điều khiển lưu lượng dòng chảy. 

  • Van điều hướng: Van điều hướng sẽ thực hiện điều hướng dòng chảy. Ví dụ như nó có thể rút lại hoặc mở rộng một xi lanh. Hay nó có thể khởi động động cơ. 
  • Van điều áp: Loại van thủy lực này có chức năng là điều chỉnh áp suất bên trong của một hệ thống. Nó làm được điều này bằng cách đưa chất lỏng về lại bồn chứa khi hệ thống đã đạt ngưỡng áp suất cho phép. 
  • Van điều khiển lưu lượng dòng chảy: Van này có tác dụng kiểm soát tốc độ của dòng chảy của chất lỏng trong hệ thống. 

Những van này hầu hết hoạt động bằng điện từ hoặc tay, rất ít van sử dụng khí nén. Ngoài ra thì còn rất nhiều những loại van thủy lực khác được sử dụng cho những ứng dụng khác nhau. 

Ưu và nhược điểm của hệ thống thủy lực

Cũng giống như hệ thống  khí nén, hệ thống thủy lực cũng mang những ưu điểm và nhược nhược điểm riêng chúng ta cần phải nắm vững được trước khi sử dụng. Điều này giúp cho chúng ta biết được hệ thống này có phù hợp với cơ sở của mình hay không cũng như trong quá trình sử dụng có thể khai thác tối ưu những điểm mạnh của hệ thống này. 

Hệ thống thủy lực có ưu điểm gì?

Hiện nay hệ thống thủy lực được sử dụng rất nhiều trong đời sống. Hầu như bất kỳ lĩnh vực nào cũng có sự góp mặt của hệ thống này. Điều gì đã khiến cho hệ thống thủy lực được ưa chuộng như vậy? Lý do của điều này chính là những ưu điểm tuyệt vời mà nó đem đến cho người sử dụng. 

Ưu điểm của hệ thống thủy lực

Ưu điểm của hệ thống thủy lực

  • Trong quá trình sử dụng hệ thống thủy lực này cho phép chúng ta có thể kiểm soát được sự quá tải thông qua việc lắp đặt và sử dụng van an toàn thủy lực.
  • Người sử dụng hệ thống hoàn toàn có thể theo dõi cũng như kiểm soát được mức áp suất của hệ thống thủy lực dù là đơn giản hay phức tạp. Sở dĩ có thể làm được điều này là nhờ hệ thống có 1 đồng hồ đo và hiển thị áp suất tại chân sau hoặc chân trước.
  • Ưu điểm nổi bật nhất của hệ thống thủy lực đó là khả năng truyền động và công suất lớn cho phép hệ thống có khả năng làm việc nặng và liên tục.
  • Đồng thời khi sử dụng loại hệ thống này chúng ta không cần mất nhiều công sức và thời gian cho việc chăm sóc và bảo dưỡng vì cấu trúc của nó tương đối đơn giản. 
  • Thêm vào đó momen để khởi động lớn cũng là một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống thủy lực.
  • Chúng ta có thể thiết lập hệ thống thủy lực làm việc một cách tự động hóa vô cùng đơn giản. Chỉ cần sử dụng thêm các thiết bị hẹn giờ, timer, cảm biến và thực hiện xây dựng phần tử tiêu chuẩn hóa là hệ thống đã có thể làm việc tự động.
  • Việc chuyển đổi từ chuyển động quay của động cơ (motor) sang chuyển động tịnh tiến của chấp hành (cụ thể ở đây là của xi lanh) không quá khó khăn và phức tạp.
Hệ thống thủy lực có nhiều ưu điểm nổi bật

Hệ thống thủy lực có nhiều ưu điểm nổi bật

  • Ngoài ra chúng ta còn có thể thực hiện điều chỉnh được vô cấp, đảo chiều quay và tốc độ của hệ thống một cách nhanh chóng bằng cách dựa vào các chương trình đã được lập trình sẵn hoặc thực hiện tự động hóa dựa vào yếu tố điều kiện làm việc. 
  • Hệ thống thủy lực có kết cấu tối giản tới mức tối đa, các phần tử bộ phận như phần tử dẫn và phần tử bị dẫn không bị lệ thuộc vào nhau. 
  • Tùy thuộc vào khả năng mức áp suất và nâng áp lên cao của hệ thống mà khách hàng có thể thực hiện thay đổi được trọng lượng cũng như kích thước của hệ thống. 
  • Một điểm cộng nữa cho hệ thống thủy lực đó là người dùng có thể sử dụng ở áp suất cao mà không cần lo lắng về việc bị nứt vỡ. Sở dĩ như vậy là vì dầu thủy lực có tính chịu nén cao cùng với quán tính nhỏ của bơm thủy lực, động cơ thủy lực.

Hệ thống thủy lực có những hạn chế gì?

Cùng với những ưu điểm nổi bật chúng ta vừa tìm hiểu ở trên thì hệ thống thủy lực cũng còn tồn tại những nhược điểm nhất định. Hiện nay, những nhược điểm của hệ thống này đang được các nhà sản xuất nghiên cứu và tìm các giải pháp để hạn chế và khắc phục chúng. Cụ thể những nhược điểm của hệ thống thủy lực như sau:

Hệ thống sử dụng tài nguyên có hạn là dầu nhớt

Hệ thống sử dụng tài nguyên có hạn là dầu nhớt

  • Dù hệ thống sử dụng loại ống dẫn dầu cứng hay mềm thì trong quá trình dẫn dầu đều có sự ma sát trong đường ống. Điều này dẫn đến tình trạng rò rỉ các phần tử ở bên trong. Khi hiện tượng này xảy ra hiệu suất cả hệ thống sẽ bị giảm, đường ống hư hỏng sẽ dẫn đến việc dầu và áp suất bị thất thoát. 
  • Nếu như khi chúng ta sử dụng hệ thống khí nén thì có thể sử dụng năng lượng được tạo ra từ tài nguyên vô tận thì hệ thống thủy lực sử dụng nguồn tài tài nguyên có hạn là dầu và nhớt.
  • Đặc biệt là khi hệ thống thủy lực xảy ra các sự cố như rò rỉ, nổ vỡ sẽ khiến môi trường xung quanh bị ô nhiễm gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người. 
  • Khi bắt đầu khởi động hệ thống nhiệt độ chưa đạt được sự ổn định sẽ không cho ra được vận tốc như thiết kế.
  • Tốc độ của hệ thống sẽ bị biến thiên và không giữ được vận tốc như mong muốn khi có sự thay đổi phụ tải của hệ thống do chất lỏng thủy lực có tính nén và đường ống có tính đàn hồi.

Trên đây là những thông tin về thủy lực, hệ thống thủy lực mà chúng tôi muốn chia sẻ với các bạn. Hy vọng qua những thông tin bài viết cung cấp các bạn đã biết thủy lực là gì, hệ thống thủy lực có cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như ưu nhược điểm gì?

Xem thêm: 

Bài viết liên quan