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.

Các lỗi thường gặp trong hệ thống thuỷ lực

1. Dầu thủy lực quá nóng hoặc bị lọt khí

Nguyên nhân dầu thủy lực bị nóng hoặc lọt khí: Dầu thủy lực là nguồn năng lượng đầu vào có chức năng khởi động hoạt động và giảm mức độ ma sát của máy móc. Ngoài ra, dầu thủy lực còn có tác dụng làm mát, chống mài mòn. Có sự rò rỉ trên đường dầu từ bơm dẫn tới thùng chứa dầu.

Hệ thống thuỷ lực không được xả đúng phương pháp sau khi lắp ráp, kiểm tra và điều chỉnh

Có khe hở ở vùng đệm xi lanh thuỷ lực

Dấu hiệu nhận biết:

Để nhận biết tình trạng nhiệt độ dầu thủy lực quá cao, chúng ta có một số cách như sau:

Kiểm tra lại kích thước thùng chứa dầu đã đáp ứng được lượng dầu được bơm vào hay chưa. Nếu thùng chứa dầu quá nhỏ sẽ dẫn đến hiện tượng tràn dầu, làm dầu nóng lên.
Hiện tượng này có thể xảy ra khi lượng dầu được sử dụng không đạt tiêu chuẩn, dầu bị bẩn hoặc dính một số tạp chất khác. Van dầu bị tắc và làm ảnh hưởng đến hệ thống làm mát có thể dẫn đến tình trạng dầu bị nóng lên, tràn ra ngoài. Để nhận biết, bạn có thể kiểm tra lại van và hệ thống làm mát. Ngoài ra, lỗi này có thể xảy ra khi chúng ta sử dụng không chính xác thông số kĩ thuật.
 
Cách khắc phục khi dầu nóng:

Kiểm tra các bộ phận của hệ thống thủy lực như van, hệ thống làm mát, bình chứa dầu…Sau khi sử dụng xong, bạn nên bỏ ra một chút thời gian để kiểm tra kĩ lưỡng lại từ đầu đến cuối. Nếu có lỗi ở đâu, lập tức khắc phục để không bị mất quá nhiều thời gian cho lần chạy tiếp theo.
Đối với tình trạng dầu thủy lực nóng do dầu kém hoặc không đảm bảo chất lượng. Chúng ta cần có những cách lựa chọn loại dầu của các nhà cung cấp uy tín và bảo quản dầu ở điều kiện phù hợp.

2. Van xả dầu thuỷ lực được đặt quá thấp hoặc bị tắc

Trong hệ thống thủy lực, van xả dầu thủy lực có vai trò cung cấp, điều khiển, phân phối dòng thủy lực có áp suất. Van xả dầu thủy lực có quan trọng trò chơi, là không thể thiếu trong hệ thống hoạt động của toàn bộ hệ thống. van thủy lực là gì

Nếu van xả dầu được đặt quá thấp, dầu thủy lực có thể chạy từ bơm tới bình chứa dầu thông qua van xả khi áp suất chưa đủ mạnh. Kiểm tra cài đặt van, chặn dòng xả bên ngoài van xả và kiểm tra áp suất đường ống với áp kế.

Trường hợp van xả dầu thủy lực bị tắt có thể là do van xả được đặt quá thấp hoặc do dầu thủy lực bị bẩn khiến van xả đầu không thể hoạt động.

Để khắc phục trường hợp này, chúng ta cần xử lý nguồn dầu được cấp vào van phải đảm bảo chất lượng, van cần được đặt đúng vị trí giúp van xả tạo được áp lực lớn tác động lên xi- lanh, bộ lọc, thiết bị bơm,…

3. Xi lanh thủy lực không hoạt động

Đây là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống thủy lực. Xi lanh thủy lực có tác dụng và áp suất chất lượng trong quá trình chuyển đổi cơ năng thành thủy lực.

Để biết được xi lanh thuỷ lực không hoạt động chúng tôi cần kiểm tra van phân phối thủy lực có bị trục trặc hoặc bị hỏng hóc, nếu có bất kỳ sự cố nào ở đây, thì rất có thể là nhân nguyên làm cho xi - lanh không hoạt động.

Ngoài ra, trạng thái xi - lanh không hoạt động có thể là trạng thái quá tải làm việc cho xi - lanh không tạo đủ áp lực cho quá trình hoạt động.
Khắc phụ trường hợp này, thông thường chúng tôi sẽ khắc phục vấn đề này bằng cách thay thế van và điều chỉnh tải trọng của công việc xi - lanh sao cho phù hợp với tiêu chuẩn được thiết lập.

4. Áp suất không ổn định, không thể bảo đảm quá trình vận hành của hệ thống

Áp suất có tác dụng vận hành toàn bộ hệ thống thủy lực, tác động trực tiếp thông qua xi - lanh làm biến đổi và chuyển đổi năng lượng.

Có một số cách nhận biết áp suất thấp và không ổn định như:

- Xuất hiện bơm không kín, mài mòn, đường ống rỉ sét

- Không khí xuyên dầu thủy lực

- Áp dụng tác động lên xi - lanh không được làm gián đoạn quá trình truyền thông.

Để khắc phục tình trạng này, chúng tôi cần kiểm tra bơm, đường ống, thiết bị ăn mòn để thay thế khi cần thiết. Đặc biệt, chúng ta cần phải ngăn không cho lọt khí qua dầu, bằng cách áp lực cho đường ống, áp suất bảo đảm được hoạt động bình thường.

Cơ cấu chấp nhận là nơi có chức năng vận hành dòng điện, áp lực, áp lực và chuyển đổi năng lượng.

5. Rò rỉ trong hệ thống:

Kiểm tra rò rỉ toàn bộ hệ thống. Những rò rỉ nghiêm trọng của hệ thống mở thường dễ phát hiện nhưng rò rỉ thường xảy ra trong những ống kín. Một phương pháp kiểm tra rò rỉ thông dụng là đặt áp kế tại đường xả gần bơm và lần lượt chặn các mạch dẫn. Nếu áp suất hạ -> điểm rò rỉ nằm giữa điểm mới kiểm tra và điểm đã kiểm tra trước đó.

6. Các bộ phận của bơm bị gãy, mòn, tắc nghẽn:

Lắp đặt áp kế và khóa hệ thống ngoại trừ van xả. Nếu áp suất không thay đổi đáng kể và van xả hoạt động bình thường. Kiểm tra những hư hỏng cơ học trong bơm. Thay mới những bộ phận bị mài mòn và gãy.

7. Cài đặt van điều chỉnh sai, dầu thủy lực chảy ngược vào bình chứa dầu:

Nếu van điều khiển trực tiếp có cửa mở ở giữa vô tình được đặt ở vị trí trung lập, dầu thủy lực sẽ chảy ngược về bình chứa dầu mà không gặp phải lực cản lớn và gây ra hiện tượng áp suất thấp. Pistons và xi-lanh bị xước cũng là nguyên nhân gây giảm áp suất, thay mới những bộ phận bị mòn.

8. Bơm gây tiếng ồn lớn:

- Không khí lọt vào cửa hút của bơm

- Trục bơm và trục động cơ dẫn động không thẳng hàng

- Độ nhớt dầu quá cao

- Bộ lọc trên đường vào bị bẩn

- Van an toàn đóng mở không ổn định

- Bơm bị hỏng

- Vận tốc vòng quay của bơm quá cao

- Đường ống hút bị lỏng hoặc bị hỏng

9. Cơ cấu chấp hành chuyển động chậm hoặc thất thường

- Có khí trong hệ thống

- Độ nhớt chất lỏng quá cao

- Bơm bị mài mòn hoặc hỏng

- Tốc độ của bơm quá thấp

- Có rò rỉ qua cơ cấu chấp hành hay qua van một chiều

- Các van điều khiển lưu lượng bị bẩn hoặc bị hỏng

- Bộ phận thông khí ở bể chứa dầu (thường là nắp đổ dầu) bị bịt kín

- Mức dầu trong bể chứa quá thấp

- Van một chiều bị hỏng

- Van an toàn đóng mở không ổn định

Hệ thống thủy lực bao gồm nhiều linh kiện nhỏ, khi tháo máy để kiểm tra hoặc vệ sinh bạn cần cận thận nếu không sẽ làm lỗi máy. Khi đã biết được nguyên nhân máy bị trục trặc thì bạn cần chắc chắn rằng lỗi đó mình có thể tự giải quyết được hoặc tốt hơn là bạn nên mang đến trung tâm bảo hành, sữa chữa chính hãng (đối với hãng máy móc của bạn) hoặc gọi thợ cửa hàng sửa chữa uy tín, có bảo hành để họ sửa chữa cho