Xy lanh khí nén, xy lanh thủy lực sử dụng dầu áp suất cao để có thể sinh lực. Để đảm bảo toàn bộ năng lượng của dầu thủy lực được chuyển hóa thành lực đầu cần piston, khoang áp suất cao phải tuyệt đối kín khít với khoang áp suất thấp trong xi lanh thủy lực hay xi lanh khí nén. Bên cạnh doăng phớt là phần tử thường xuyên được sử dụng để chống rò rỉ dầu, trong thực tế còn có thêm 2 phương pháp làm kín rất hiệu quả. Bài ngày hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau đi tìm hiểu về các phương pháp làm kín trong piston xi lanh thủy lực khí nén. Let’s go !!!
1. Nguyên lí hoạt động của xi lanh thủy lực khí nén
Nguyên lí hoạt động của xi lanh
Có lẽ rất nhiều anh em đều đã biết và nắm trong lòng bàn tay cái nguyên lí hoạt động của xi lanh thủy lực, xy lanh khí nén rồi. Vì các bạn khi đang đọc bài viết này để tìm hiểu các phương pháp làm kín thì chắc chắn đã tiếp xúc với nó rồi. Việc giới thiệu nguyên lí hoạt động của xi lanh thủy lực khí nén có lẽ sẽ hơi thừa. Tuy nhiên, vẫn còn có rất nhiều anh em mới biết qua, chưa hiểu rõ và cũng có rất nhiều anh em là dân sale mua hàng nên cũng chả biết xi lanh thủy lực, xi lanh khí nén nó là cái quái gì, chỉ biết mua hàng. Thế nên, mình vẫn sẽ nhắc lại nguyên lí hoạt động này nhé.
Giới thiệu một chút về xi lanh thủy lực và xi lanh khí nén cho dễ hình dung anh em nhé. Các bạn ít nhiều cũng đã từng nhìn thấy máy xúc, máy cẩu rồi phải không nào. Mà thôi, mấy ông thành phố chắc có khi chưa gặp bao giờ đâu, tôi sẽ lấy ví dụ dễ hiểu hơn.
Các ông ít nhiều cũng phải bị tiêm một lần trong đời rồi nhỉ. Nếu rồi thì biết cái xy lanh tiêm nó hình dáng ra sao phải không. Bình thường thì các ông sẽ lấy ấn vào phần dưới của bơm tiêm, đẩy nó để chèn thuốc tiêm lên mũi tiêm, tiêm vào cánh tay đúng không nào.
Xy lanh thủy lực hay xi lanh khí nén của chúng ta thì cũng giống giống như vậy. Tuy nhiên sẽ ngược lại anh em ạ, thay vì ấn tay, dùng lực để đẩy nước thuốc, thì giờ nước thuốc sẽ đẩy lại sinh lực. Anh em hình dung ra không nào.
Lấy ví dụ để anh em hình dung ra thì đơn giản thế thôi. Tuy nhiên, cấu tạo xi lanh thủy lực và xi lanh khí nén công nghiệp trong thực tế lại phức tạp hơn rất nhiều bởi chúng làm việc với áp suất và môi chất khác với nước thuốc của xy lanh tiêm.
Về cấu tạo của xi lanh thủy lực, anh em xem hình mình sẽ giải thích những chi tiết cơ bản.
Cấu tạo xi lanh thủy lực khí nén
Phần đầu tiên chính là ống xi lanh thủy lực hay ống xi lanh khí nén. Thông thường, ống xi lanh thủy lực hay khí nén sẽ có hình dạng trụ tròn, hình dáng giống như ống nước trong nhà các bạn. Chi tiết này có tác dụng cùng với piston hình thành lên buồng cao áp và thấp áp của xy lanh thủy lực
Phần tiếp theo chính là piston của xi lanh. Phần piston này gồm hai thành phần chính là cần piston và quả piston và mỗi phần tử lại có một chức năng nhất định. Quả piston có nhiệm vụ làm kín, không cho dầu thủy lực hay khí nén từ buồng cao áp sang buồng thấp áp. Cần piston có nhiệm vụ là chuyển hóa áp năng của dầu thủy lực hay khí nén thành lực tác dụng đầu cần.
Phần thứ 3 là các loại doăng phớt trong xi lanh thủy lực khí nén. Về chi tiết này, mình đã có hẳn một bài viết về chủ đề gioăng phớt chắn dầu trong xi lanh thủy lực. Các bạn hãy tham khảo bài viết dưới đây nhé.
Trên đây là cấu tạo chính của một xi lanh thủy lực khí nén. Nhắn lại cho các bạn nhớ, giờ mình sẽ trình bày cho các bạn nguyên lí hoạt động.
Dầu thủy lực hay khí nén chứa áp suất cao, được tạo ra nhờ bơm thủy lực hay máy nén khí. Khi đi vào trong khoang của xi lanh thủy lực hay xi lanh khí nén, do các buồng này được làm kín rất tốt, nhờ vào quả piston, vào ống xi lanh và nhờ gioăng phớt chắn dầu, lưu lượng dầu thủy lực hay khí nén này sẽ bị chặn lại. Khi chặn lại như vậy thì chúng sẽ bắt đầu tạo ra áp suất. Do bơm thủy lực và không khí nén dưới áp suất cao có năng lượng lớn( sẽ phải lớn hơn năng lượng của tải) piston của chúng ta sẽ dần di chuyển ra.
Khi piston di chuyển, tức là nó đã thắng được lực cản do ma sát, lực cản của tải, và lực để chiến thắng này, đến từ áp lực của dầu thủy lực hay khí nén. Như vậy, bên trên mình đã trình bày xong nguyên lí hoạt động của xi lanh thủy lực khí nén và chức năng của chúng trong hệ thống là biến đổi năng lượng của dầu và khí nén thành lực đầu cân. Done !!!
2. Các kiểu làm kín piston xi lanh thủy lực khí nén
Việc làm kín giữa piston và xi lanh thủy lực khí nén thông thường như các bạn thường biết là dùng doăng phớt. Tuy nhiên, trong thực tế, đối với xi lanh thủy lực, người ta còn có thêm 2 phương pháp làm kín khác là làm kín qua khe hở hướng kính, làm kín nhờ xéc măng nữa. Chúng ta sẽ đi vào từng phần.
2.1 Làm kín dạng khe hở hướng kính
Dạng làm kín theo khe hở hướng kính này thường được áp dụng cho hệ thống hay máy làm việc với áp suất cao tỷ số hành trình trên đường kính xy lanh s/D lớn. Đây là lí thuyết được đề cập tới trong sách Máy thủy lực thể tích chứ bản thân mình cũng chưa từng nhìn thấy xi lanh làm kín bằng khe hở bao giờ.
Để có thể làm kín kiểu dạng khe hở hướng kính, cả quả piston và ống xy lanh đều phải được gia công chế tạo với độ chính xác rất cao với mục đích, đảm bảo cho khe hở này nhỏ tới mức không gây rò rỉ được. Cơ sở của phương pháp làm kín chính bằng khe hở chính xác dựa trên bề mặt của quả piston và ống xi lanh là nhờ vào đặc tính nhớt của dầu thủy lực. Đối với những hệ thống làm việc với áp suất cao, dầu thủy lực phải có độ nhớt cao mới có khả năng chịu được đặc tính làm việc. Chính độ nhớt cao này, làm dầu thủy lực có khả năng làm kín đối với những khe hở nhỏ.
Tuy nhiên, khe hở hướng kính giữa quả piston và ống xy lanh phải có một giá trị nhỏ nhất định, thường xấp xỉ khoảng từ 0,015 đến 0,025 để đảm bảo cho quả piston và ống xy lanh không được xảy ra hiện tượng ma sát khô.
Khi hai bề mặt kim loại chuyển động tịnh tiến lên nhau, nếu giữa hai bề mặt, không có dầu bôi trơn, hiện tượng ma sát khô xảy ra sẽ làm hư hỏng bề mặt, sinh nhiệt. Chính vì vậy, trong quá trình chế tạo, người ta phải đảm bảo gia công chính xác khe hở hướng kính giữa piston và ống xi lanh thủy lực phải đủ lớn để dầu bôi trơn có thể vào làm mát, và tránh hai bề mặt trượt lên nhau.
Để nâng cao chất lượng thủy động của khe hở hướng kính này, cũng như giảm ma sát giữa bề mặt của quả piston với ống xi lanh, người ta thường tiện các rãnh vòng lên quả piston. Trong trường hợp xy lanh thủy lực của các bạn sử dụng khe hẹp để làm kín, bề mặt quả piston và ống xy lanh phải được mài ra và lắp ráp theo nguyên tắc bộ đôi. Tức là, sau khi tiến hành sản xuất hàng loạt ống xi lanh và quả piston, người ta sẽ phải lựa chọn và lắp ráp chúng lại, làm sao để đạt được khe hở trong khoảng quy định nhằm mục đích đạt được chất lượng khe hở tốt nhất. Những cặp đôi piston và ống xy lanh đạt được khe hở theo yêu cầu, mới được lắp ráp với nhau.
2.2 Làm kín bằng các vòng xéc măng
Làm kín bằng vòng xéc măng
Khi tỉ số đường kính trên hành trình s/D của xi lanh thủy lực không lớn, áp suất làm việc không cao thì người ta sử dụng xéc măng để làm kín giữa các khoang với nhau.
Xéc măng chính là các vòng làm bằng vật liệu đàn hồi, lắp trên các rãnh vòng của quả piston, nó áp sát vào bề mặt trong của ống xy lanh, đảm bảo kín khít.
Vật liệu làm xéc măng thường bằng gang đúc, e bô nit hay tectolit. Số lượng mỗi xéc măng trên quả piston thường là 2 tới 3 chiếc.
2.3 Làm kín bằng doăng phớt thủy lực khí nén
Đây là phần mình sẽ tập trung sâu hơn hai cách làm kín bên trên, bởi vì nó cho hiệu quả cao nên được áp dụng phổ biến nhất.
Anh em nào đã từng tháo xi lanh thủy lực hay khí nén thì đều trông thấy kết cấu của nó và nó chứa rất nhiều các gioăng phớt. Người ta gọi là một bộ gioăng phớt trong xi lanh.
Mình đã có 2 bài viết rất sâu về gioăng phớt trong xi lanh thủy lực, trình bày và phân tích rất kĩ về gioăng phớt, anh em tham khảo trước khi đọc tiếp, vì mình sẽ trình bày một vấn đề khác nên anh nào chưa có kiến thức về phần gioăng phớt sẽ không nắm được. Nào, anh em hãy đọc bài viết sau:
Rồi ok, anh em ta tiếp tục nào!
Các loại doăng phớt nói chung thì có rất nhiều loại tiết diện, xong tiết diện gioăng phớt hình chữ U và chữ V là thông dụng hơn cả. Vậy khi nào chúng ta sử dụng, lựa chọn doăng phớt hình chữ U ? khi nào chúng ta sử dụng, lựa chọn doăng phớt hình chữ V ? Anh em đọc phần phân tích của mình dưới đây.
2.3.1 Phớt chắn dầu tiết diện chữ U
Với những xi lanh, ứng dụng mà hoạt động ở áp suất dưới 100 at, thông thường người ta sẽ sử dụng doăng phớt hình chữ U. Các bạn để ý trên hình ảnh là loại gioăng phớt hình chữ U.
gioăng phớt chữ U
Các bạn để ý thấy không, gioăng phớt hình chữ U có kết cấu tì sát mép cao su hay vật liệu vào ống xy lanh, song với kết cấu như vậy, lực ép từ doăng phớt vào thành ống không ổn lắm, nó chênh vênh nên chỉ thích hợp với những hệ thống, xy lanh thủy lực áp suất thấp.
Khi áp suất cao hơn, chúng ta cần lựa chọn phớt chắn dầu có vành cứng để truyền lực ép từ xy lanh tới phớt. Nó giúp viền phớt tì sát, cứng vững hơn vào ống xi lanh. Nếu áp suất dầu lớn quá, viền này sẽ bị cuộn vào trong.
Với khoảng áp suất xi lanh cao hơn, dưới 200 at, các nhà sản xuất gioăng phớt thủy lực sẽ gia cố phớt chắn dầu chữ U bởi các sợi vải. Lúc này, nó đảm bảo cho phớt chắn dầu của chúng ta cứng vững hơn so với loại phớt chữ U không được gia cố. Nó cứng vững, tì sát hơn vào ống, áp suất làm việc vì thế mà tăng lên gấp đôi.
gioang_phot_xi_lanh_chịu áp cao
Vậy đối với các hệ thống xi lanh thủy lực làm việc tới áp suất cao hơn 300 cân như trạm nguồn áp cao sử dụng bơm piston thì người ta sẽ làm thế nào? Giải pháp mà các nhà sản xuất gioăng phớt đưa ra chính là giữa các mép của gioăng phớt, người ta sẽ bồi đắp thêm lớp cao su mềm. Cải tiến này đảm bảo cho khả năng làm kín của doăng phớt và nâng cao áp suất của nó lên hơn 350 bar anh em ạ. Lớp cao su giữa này làm cho phớt cứng hơn, dầu thủy lực có thể tác động và biến đổi liên tục mà không gây ảnh hưởng tới độ bền mỏi của phớt chắn dầu.
2.3.2 Phớt chắn dầu tiết diện chữ V
Khi áp suất làm việc của hệ thống, xi lanh lên tới 700 at, doăng phớt chắn dầu tiết diện hình chữ V được người ta sử dụng. Phớt chắn dầu được làm bằng vật liệu compozit, gồm nhiều doăng chữ V ghép lại với nhau để chịu được áp suất cao.
doang_phot_tiet_dien_V
Cấu tạo của phớt chắn dầu hình chữ V gồm hai phần, một là phần đàn hồi, hai là phần tạo gân cứng. Loại phớt chắn dầu này có khả năng chịu được áp suất cao hơn phớt chắn dầu hình chữ U.
2.3.3 Các kiểu lắp doăng phớt chắn dầu tiết diện U, V
Như mình đã thảo luận với anh em ở trên, đối với hệ thống xi lanh thủy lực khí nén có áp suất làm việc không cao thì để làm kín các khoang của xy lanh, người sử dụng doăng phớt chắn dầu, chắn khí hình chữ U. Anh em chú ý là, khi lắp doăng phớt, anh em phải lắp đúng cách, đúng chiều. Mình cũng có 1 video hướng dẫn anh em chi tiết cách tháo lắp, thay doăng phớt trên youtube cho anh em rồi. Anh em tham khảo nhé.
Khi thay phớt có tiết diện chữ U, mép doăng anh em phải hướng về mặt có áp suất cao. Tất nhiên, đây là đối với xi lanh 1 chiều anh em mới cần chú ý tới điều này. Bởi vì, nếu là xi lanh 2 chiều, thì anh em phải mua doăng phớt có bề mặt làm việc 2 chiều.
Đối với xi lanh tác dụng hai chiều, anh em có thể lắp một phớt chắn dầu có kết cấu đối xứng nhau, hoặc hai phớt chắn dầu lắp ngược nhau như trên hình dưới đây.
doang_phot_cao_su_thuy_luc_đối xứng
Gioăng phớt lắp đối xứng
Cần lưu ý khi chế tạo gia công xi lanh, anh em phải vát góc các chi tiết các bề mặt kim loại mà doăng phớt khi lắp sẽ đi qua. Nếu còn cạnh sắc, phớt chắn dầu sẽ bị xước, bị rách gây hỏng. Các mép của piston thông thường được vát với kích thước 5×15 độ.
Done. Thế là mình đã trình bày xong 3 kiểu làm kín piston xi lanh mà thường được xử dụng trong sản xuất. Hi vọng bổ sung thêm chút kiến thức để anh em hiểu hơn. Anh em có thắc mắc hay đóng góp ý kiến gì, liên hệ với tôi nhé.
Còn chần chừ gì nữa mà không gọi ngay cho chúng tôi để có được sự hài lòng nhất. Với đội ngũ tiến sĩ kỹ sư trẻ năng động trong và ngoài nước trên 5 năm kinh nghiệm hi vọng sẽ mang lại sự lựa chọn tốt nhất cho khách hàng.
Sự cố của các bạn là trách nhiệm của chúng tôi! Gọi ngay đi!
