Xi Lanh Thủy Lực Là Gì? Cấu Tạo, ứng Dụng Và Nguyên Lý Hoạt động

Xi lanh thủy lực là thiết bị được sử dụng phổ biến trong các loại máy móc công nghiệp. Mặc dù nắm giữ vai trò quan trọng và nặng nhọc nhất trong quá trình vận hành các thiết bị, máy móc nhưng không phải ai cũng nắm rõ về đặc điểm cũng như nguyên lý hoạt động của xylanh thủy lực. Bài viết sau đây sẽ cập nhật những thông tin cơ bản nhất về thiết bị chuyên dụng này.

Mục lục

• 1 Xi lanh thủy lực là gì? (hydraulic cylinder)
• 2 Cấu tạo của xy lanh thủy lực
  • 2.1 Ống xi lanh
  • 2.2 Đế hoặc nắp hình trụ
  • 2.3 Đầu xi lanh 
  • 2.4 Pít tông (piston)
  • 2.5 Thanh piston (piston rod)
  • 2.6 Con dấu (seal)
  • 2.7 Một số thành phần khác
• 3 Nguyên lý hoạt động của ben thủy lực
  • 3.1 Hệ thống thủy lực 1 xy lanh
  • 3.2 Hệ thống thủy lực với hai xy lanh
• 4 Phân loại xy lanh thủy lực
  • 4.1 Theo chiều tác động lực
    • 4.1.1 Xi lanh thủy lực 1 chiều
    • 4.1.2 Xi lanh thủy lực 2 chiều
  • 4.2 Theo kiểu hàn hoặc ghép
    • 4.2.1 Kết cấu hàn
    • 4.2.2 Ghép gu-rông
  • 4.3 Phân loại xi lanh thủy lực theo tầng
    • 4.3.1 Xi lanh thủy lực 2 tầng
    • 4.3.2 Xi lanh thủy lực 3 tầng
  • 4.4 Phân loại xi lanh thủy lực theo trọng lượng
    • 4.4.1 Xi lanh thủy lực 5 tấn
    • 4.4.2 Xi lanh thủy lực 20 tấn
    • 4.4.3 Xi lanh thủy lực 50 tấn
• 5 Hướng dẫn sử dụng xi lanh thủy lực
• 6 Ưu, nhược điểm của xi lanh thủy lực
  • 6.1 Ưu điểm của xi lanh thủy lực
  • 6.2 Nhược điểm của xi lanh thủy lực
• 7 Ứng dụng của xi lanh thủy lực đối với cuộc sống hiện nay
  • 7.1 Ứng dụng trong công nghiệp chế tạo
  • 7.2 Ứng dụng trong các loại xe
  • 7.3 Ứng dụng trong cầu nâng rửa xe

Xi lanh thủy lực là gì? (hydraulic cylinder)

Một hệ thống thủy lực gồm có nhiều thiết bị như: lọc dầu, thùng chứa, van các loại, ống dẫn, motor, bơm thủy lực, xi lanh,… Chúng được kết nối với nhau và tạo nên hệ thống làm việc khép kín. Trong đó, xi lanh thủy lực là một bộ phận chính của cơ cấu truyền động và nắm giữ vai trò rất quan trọng. 

Xi lanh thủy lực được dùng để chuyển đổi nguồn năng lượng của dầu, các chất lỏng thủy lực thành động năng nhằm tạo ra lực ở đầu cần. Sau đó nó sẽ thực hiện các chức năng như: nén, ép, đẩy, kéo, nghiền,…

Ngoài tên gọi là xi lanh thủy lực thì thiết bị này còn được gọi là: ben dầu, ben thủy lực. Ngày nay, xi lanh xuất hiện rất nhiều trong các hệ thống vận hành bằng thủy lực như: máy cẩu, hỗ trợ nâng – hạ cửa đập thủy điện, tạo lực ép cho máy ép,…

Cấu tạo của xy lanh thủy lực

Hiểu rõ về cấu tạo xi lanh thủy lực sẽ giúp người dùng sử dụng thiết bị một cách hiệu quả, giảm thiểu tối đa sự cố xảy ra. Dưới đây là cấu tạo chi tiết của một ống xy lanh thủy lực.

Ống xi lanh

Ống xi lanh thủy lực là một bộ phận được thiết kế dưới dạng hình trụ tròn liền mạch. Nó còn được gọi với cái tên khác là thùng xi lanh. Chức năng chính của bộ phận này đó là chứa và giữ áp suất của xi lanh. 

Ngoài ra, ống xi lanh còn là nơi chứa piston. Ống được mài nhẵn, mịn nhằm tạo nên bề mặt có thể đạt độ hoàn thiện trong khoảng 4 – 16 microinch.

Đế hoặc nắp hình trụ

Phần đế thực hiện nhiệm vụ đi kèm với buồng áp suất ở một đầu. Trong đó, đế được thiết kế nối liền với thân xi lanh thông qua việc gắn bu lông, thanh tie hoặc hàn xì. Giữa đế (nắp) xi lanh và ống xy lanh được nối với nhau bằng seal tĩnh. Dựa vào thông số của ứng suất mà người dùng có thể xác định được kích thước nắp xi lanh. 

Đầu xi lanh 

Đầu xi lanh (cylinder head) nắm giữ nhiệm vụ đi kèm với buồng áp suất ở phía đầu còn lại. Nó được nối với xi lanh thông qua thanh tie hoặc bu lông.

Giữa đầu xi lanh và ống xi lanh được lắp o-ring. Tùy vào từng loại ben thủy lực mà đầu xi lanh có thể chứa niêm phong que phù hợp hoặc một tuyến niêm phong. 

Pít tông (piston)

Piston là chi tiết đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống ben thủy lực. Nó thực hiện nhiệm vụ phân tách các vùng áp lực ở bên trong ống xi lanh. Thông thường, các nhà sản xuất sẽ gia công piston sao cho phù hợp với các seal, phốt, kim loại đàn hồi. Tùy vào thiết kế mà seal (con dấu) có thể ở dạng đơn hoặc kép. 

Các piston của xi lanh được nối với thanh piston thông qua bu lông. Lưu ý, sự chênh lệch về áp suất của hai bên thân piston sẽ khiến cho ống xi lanh giãn ra và rút lại. 

Thanh piston (piston rod)

Thanh piston thường được làm từ chất liệu thép hoặc thép mạ crom để đảm bảo độ cứng cáp và khả năng chống ăn mòn tốt nhất. Nhiệm vụ của thanh piston là kết nối thiết bị truyền động với các thành phần của máy móc để thực hiện các chức năng theo yêu cầu. 

Các thanh piston được gia công bóng nhẵn, mịn và đính kèm các seal để hạn chế và ngăn chặn sự rò rỉ. Trong các ống xi lanh 2 đầu, thanh piston sẽ kéo dài từ 2 phía piston ra đến 2 đầu ống. 

Con dấu (seal)

Để chế tạo và sản xuất con dấu phù hợp với ben thủy lực, người ta cần căn cứ vào các thông số như nhiệt độ môi trường, nhiệt độ của dầu, ứng dụng và áp suất làm việc của xi lanh. 

Trên thị trường hiện nay có nhiều loại con dấu khác nhau. Chẳng hạn như con dấu Elastomer chịu được nhiệt độ thấp, con dấu Fluorocarbon viton chịu được nhiệt độ cao hơn. Như vậy, khả năng chịu nhiệt của con dấu thường phụ thuộc vào chất liệu chế tạo nên nó.

Một số thành phần khác

Ngoài những bộ phận trên thì ben thủy lực còn được cấu thành bởi một số chi tiết khác như: bu lông, bạc đạn, vít khóa, tấm bích,… Tất cả các chi tiết cũng như bộ phận của xi lanh đều được lắp ráp và kết nối với nhau tạo nên một hệ thống ben thủy lực hoàn chỉnh. 

Nguyên lý hoạt động của ben thủy lực

Về cơ bản, xi lanh thủy lực hoạt động dựa trên một nguyên lý vô cùng đơn giản. Đó là, lực được áp dụng tại một thời điểm nào đó sẽ được chuyển đến một địa điểm khác bằng cách sử dụng một chất lỏng không nén được. Hay nói cách khác, tất cả lực do xi lanh tạo ra đều nhờ vào chất lỏng thủy lực và chất lỏng này thường là dầu, nhớt,… 

Ngoài ra, khi xi lanh được lắp vào một hệ thống thủy lực cụ thể thì sẽ có những điểm khác nhau về nguyên lý hoạt động. Chi tiết như sau:

Hệ thống thủy lực 1 xy lanh

Đối với hệ thống thủy lực 1 xi lanh, bơm thủy lực sẽ thực hiện chức năng bơm dầu vào trong van phân phối để chuyển vào bên trong xi lanh. Nhờ áp suất của dầu mà piston xi lanh thủy lực có thể di chuyển và chuyển hóa năng lượng dầu thành động năng để thực hiện cho các nhiệm vụ khác. 

Hệ thống thủy lực với hai xy lanh

Hai piston của hai xilanh sẽ được kết nối với nhau bằng một ống dẫn dầu thủy lực. Dầu sẽ được cung cấp đầy bên trong ống xi lanh để xi lanh có thể hoạt động. 

Khi có lực tác động lên piston thứ nhất thì đồng thời lực này cũng được truyền đến piston thứ hai. Vì dầu không thể nén được nên nó có khả năng truyền lực rất tốt và tạo ra lực ở piston thứ 2 vô cùng lớn. Khi đó, lực sẽ tác động ra bên ngoài để thực hiện các nhiệm vụ khác tùy vào từng thiết bị. 

Phân loại xy lanh thủy lực

Xi lanh thủy lực được phân loại dựa trên nhiều yếu tố khác nhau. Người dùng cần nắm rõ cách phân loại để có thể lựa chọn đúng loại xi lanh phù hợp với hệ thống thủy lực trong các thiết bị, máy móc. Cụ thể, ben thủy lực được phân loại như sau:

Theo chiều tác động lực

Xi lanh thủy lực 1 chiều

Đây là loại ben thủy lực có lực tác động sinh ra từ một phía. Người dùng có thể dễ dàng nhận ra được loại xi lanh này thông qua lỗ cấp dầu duy nhất trên thân của xi lanh. Hiện nay, có 2 loại xi lanh thủy lực 1 chiều đó là: xi lanh có piston tự hồi về vị trí thông qua lò xo bên trong và loại piston hồi về vị trí nhờ vào tác động lực.

Xi lanh thủy lực 2 chiều

Đây là một loại ben thủy lực được sử dụng phổ biến trên thị trường hiện nay. Cấu tạo của xi lanh 2 chiều có phần phức tạp hơn so với loại 1 chiều với hai lỗ cấp dầu cho xi lanh. Để sử dụng xi lanh 2 chiều thì cần phải có van phân phối đảo chiều. Xi lanh này cũng được chia ra làm 2 loại đó là: loại mini và loại có kích cỡ lớn. 

Theo kiểu hàn hoặc ghép

Kết cấu hàn

Loại xi lanh có kết cấu hàn thường được ứng dụng chủ yếu trong các thiết bị, máy móc xây dựng, máy móc cơ giới hoặc các loại máy móc hạng nặng. Đặc biệt, đầu của xi lanh này được hàn với ống tạo nên kết cấu chắc chắn và cứng cáp, hỗ trợ tốt cho các công việc nặng. 

Ghép gu-rông

Xi lanh được ghép gu-rông có đặc điểm như sau: 4 thanh gu-rông chế tạo từ thép có nhiệm vụ lắp ghép và giữ cố định các chi tiết lắp đặt ở 2 đầu nắp xi lanh. Ứng dụng của loại ben thủy lực này chủ yếu là ở các dây chuyền nhà máy, xưởng sản xuất,… Việc lắp đặt, sửa chữa, bảo trì và thay thế xi lanh ghép gu-rông rất đơn giản và thuận tiện. 

Phân loại xi lanh thủy lực theo tầng

Xi lanh thủy lực 2 tầng

Đây là loại ben thủy lực có cấu tạo đơn giản. Nó là sự kết hợp của 2 xilanh xếp nối tiếp với nhau với 2 piston riêng biệt nhưng có chung một trục piston. Loại xi lanh này thường được sử dụng tại những vị trí phức tạp, bị hạn chế bởi không gian và yêu cầu xy lanh có lực tác động lớn. 

Xi lanh thủy lực 3 tầng

Đây là loại xi lanh được cấu thành từ 1 vỏ và nhiều ống xếp chồng lên nhau. Với kết cấu đặc biệt này, xi lanh có thể kéo dài hành trình hơn so với kích thước gốc ban đầu. Đặc điểm này cũng góp phần tạo ra khả năng thiết kế các chi tiết giúp cho kết cấu máy móc trở nên tinh giản, gọn nhẹ hơn. 

Phân loại xi lanh thủy lực theo trọng lượng

Xi lanh thủy lực 5 tấn

Loại ben thủy lực này thường sử dụng để nâng, hạ các vật sở hữu tải trọng tối đa là 5 tấn. Hành trình nâng của ben thủy lực 5 tấn thường là 115mm.

Xi lanh thủy lực 20 tấn

Loại xi lanh này có tải trọng nâng, hạ vật tối đa là 20 tấn và hành trình nâng từ 500 – 200mm (tùy vào hãng sản xuất cũng như yêu cầu sử dụng của từng hạng mục công việc khác nhau).

Xi lanh thủy lực 50 tấn

Đây là loại ben thủy lực có khả năng, hạ được các vật có tải trọng tối đa là 50 tấn. Hành trình nâng của xi lanh này sẽ phụ thuộc vào từng hạng mục công việc cụ thể. 

Hướng dẫn sử dụng xi lanh thủy lực

Dưới đây là các bước hướng dẫn sử dụng ben thủy lực đúng cách:

– Xác định trọng lượng của vật cần nâng và chọn kích thủy lực có tải trọng lớn hơn ít nhất là 20% so với trọng lượng của vật. 

– Kiểm tra kỹ lưỡng từng bộ phận xi lanh trước khi thiết lập hệ thống thủy lực. 

– Trang bị đầy đủ đồ bảo hộ cần thiết khi sử dụng các thiết bị thủy lực. 

– Kích thủy lực phải được gắn chắc chắn vào một chất rắn, chống trượt và có thể chịu được tải nặng. 

– Chú ý sử dụng hệ thống thủy lực một cách an toàn, không nên đặt trọng lượng vào các ben thủy lực hay bơm tay thủy lực để tăng tải.

– Tải cần tập trung vào các kích thủy lực hoặc phân phối đều trên nhiều kích thủy lực. 

– Phân phối tải trọng đồng đều khi sử dụng kết hợp nhiều xi lanh nhằm đảm bảo cân bằng tải. 

– Kết nối hệ thống thủy lực bằng ốc vít, đồng hồ đo, ống thủy lực phải được thắt chặt bằng đầu nối và không để rò rỉ. 

– Không được hàn hoặc đặt hệ thống thủy lực tại nơi có nguồn nhiệt cao vì chất lỏng thủy lực có thể đốt cháy khi nó đang trong quá trình bốc hơi hoặc tiếp xúc quá gần với nguồn nhiệt cao. 

Ưu, nhược điểm của xi lanh thủy lực

Ưu điểm của xi lanh thủy lực

Ben thủy lực sở hữu một số ưu điểm nổi bật như:

– Khả năng tác động lực mạnh, nhanh, phù hợp với những hệ thống làm việc nặng và công suất lớn. 

– Ben thủy lực có cấu tạo đơn giản, dễ dàng lắp đặt, sử dụng và sửa chữa nếu xảy ra sự cố. 

– Kết cấu gọn gàng, rất thuận tiện cho việc kết nối các phụ kiện như: ống dẫn dầu, co nối,…

– Người dùng có thể kiểm soát được sự quá tải của thiết bị bằng việc lắp đặt van an toàn. 

– Người dùng hoàn toàn không phải lo lắng về khối lượng của thiết bị vì nó có thể giảm bớt khi thay đổi áp suất thủy lực.

– Tuổi thọ cao, ít hỏng hóc. 

– Các loại ben thủy lực được thiết kế đa dạng với nhiều mẫu mã, kiểu dáng, kích cỡ size, đáp ứng nhiều yêu cầu sử dụng khác nhau. 

– Người dùng có thể dễ dàng quan sát và theo dõi áp suất của dầu thủy lực thông qua đồng hồ đo, áp kế.

– Hành trình và đường kính của xi lanh dầu rất đa dạng và còn có thể thiết kế theo yêu cầu. 

– Hoàn toàn phù hợp với những môi trường độc hại, tải trọng nặng, công suất cao và hoạt động một cách liên tục. 

Nhược điểm của xi lanh thủy lực

Bên cạnh những ưu điểm nổi bật thì ben thủy lực cũng tồn tại một vài mặt hạn chế như:

– Vận tốc tiến hoặc lùi của ben thủy lực sẽ bị thay đổi khi phụ tải thay đổi.

– Một số xi lanh của hệ thống sẽ bị giảm hiệu suất và phạm vi ứng dụng khi xuất hiện sự rò rỉ và thất thoát dầu của đường ống. 

– Khi mới khởi động, hệ thống thủy lực chưa có được sự ổn định nên nhiệt độ thay đổi, kéo theo sự thay đổi độ nhớt của dầu. Điều này khiến cho độ chính xác của ben thủy lực bị giảm đi đáng kể. 

Ứng dụng của xi lanh thủy lực đối với cuộc sống hiện nay

Sở hữu công năng hoạt động vượt trội, ben thủy lực ngày càng được ứng dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp, sản xuất và chế tạo. Dưới đây là một vài ứng dụng nổi bật nhất của ben thủy lực;

Ứng dụng trong công nghiệp chế tạo

Hệ thống ben thủy lực có vai trò rất lớn đối với ngành công nghiệp chế tạo, nhất là các loại máy móc, thiết bị hoạt động nhờ hệ thống nén thủy lực. Hầu hết, các loại máy móc như: máy nén, máy ép thủy lực,… trong nhà máy sản xuất giấy, chế biến gỗ hay gia công máy móc, cơ khí đều sử dụng ben thủy lực. 

Với khả năng kéo, đẩy, nén nhanh chóng, thiết bị đã gần như thay thế cho sức người, thực hiện các công việc ép chất liệu để tạo ra các sản phẩm. Thiết bị đảm bảo thực hiện với tốc độ nhanh, chuẩn xác, mang lại hiệu quả cao. 

Ứng dụng trong các loại xe

Hầu hết các loại xe chở hàng, xe chở thiết bị, vật liệu và đặc biệt là các loại xe chuyên chở các vật liệu nặng trong xây dựng đều cần đến sự hỗ trợ của hệ thống ben thủy lực. Nó giúp cho việc nâng, hạ hàng hóa với tải trọng lớn trở nên dễ dàng hơn. 

Ngoài các loại xe chở hàng thì ben thủy lực còn được ứng dụng trong các công trình xây dựng cầu đường như máy đào, máy xúc, máy ủi,… 

Ứng dụng trong cầu nâng rửa xe

Ben thủy lực chính là bộ phận ty nâng được ứng dụng phổ biến trong các loại cầu nâng rửa xe ô tô. Bộ phận này hỗ trợ cho cầu nâng có thể nâng lên hoặc hạ xuống một cách nhẹ nhàng với các loại xe có tải trọng khác nhau.

Trên đây là toàn bộ những thông tin chi tiết nhất về xi lanh thủy lực. Hy vọng qua bài viết, người dùng sẽ hiểu rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách sử dụng cũng như ứng dụng của hệ thống ben thủy lực. Để lựa chọn được loại xi lanh chất lượng và phù hợp với thiết bị cần dùng, hãy liên hệ ngay với TONSON nhé!