Khái niệm chung về hệ thống thủy lực

1. Khái niệm chung về hệ thống thủy lực

Thủy lực là một công nghệ về điều khiển và truyền năng lượng thông qua dầu áp lực. Có thể nói thủy lực là cơ bắp của công nghiệp bởi vì thủy lực được dùng để ấn, đẩy, kéo, điều chỉnh, điều khiển tất cả máy móc trong công nghiệp hiện đại. Chẳng hạn các hệ thống lái ôtô, lái tàu thủy, các hệ thống điều khiển máy bay, máy công cụ, các hệ thống cần cẩu, tời, … đều có thể dùng hệ thống thủy lực.
Công chất trong hệ thống thủy lực có thể là nước, dầu, thậm chí cả xăng nhẹ. Ngày nay, dầu thủy lực được sử dụng rộng rãi.
Về cơ bản có 2 loại hệ thống thủy lực khác nhau: hệ thống vận chuyển và hệ thống lực.

Điều khiển dễ dàng và chính xác: Chỉ cần sử dụng một cần điều khiển đơn giản và một nút ấn, chúng ta có thể điều khiển khởi động, dừng, tăng giảm tốc độ, ấn định lực một hệ thống thủy lực với độ chính xác cỡ một phần nghìn cm.

Hình 1. Hệ thống lái thủy lực

Khả năng nhân lực tác động: một hệ thống thủy lực, không cần dùng các cơ cấu bánh răng, puli, thanh truyền nặng nề có thể nhân lực một cách đơn giản và hiệu quả từ vài kg đến vài tấn.

Hình 2. Hệ thống xe nâng thủy lực

Tạo được lực và momen không đổi: chỉ có hệ thống thủy lực mới có khả năng cung cấp một lực và momen không đổi cho dù tốc độ thay đổi. Điều này được thực hiện kể cả khi công ra dịch chuyển vài cm/phút, vài chục m/phút, vài vòng/giờ hay vài nghìn vòng/phút.
Đơn giản, an toàn, kinh tế: nói chung hệ thống thủy lực sử dụng các bộ phận chuyển động ít hơn trong hệ thống cơ khí hoặc là điện. Do đó chúng dễ bảo dưỡng sửa chữa hơn. Hệ thống thủy lực hoạt động an toàn, tin cậy, và chắc chắn hơn.
Tác động như một chất bôi trơn và có khả năng truyền nhiệt tốt.
Để sinh ra cùng một lực hoặc momen thì cơ cấu thủy lực có kích thước nhỏ hơn so với các cơ cấu khác loại.
Cơ cấu thủy lực có thể làm việc ở chế độ liên tục, gián đoạn, đảo chiều, rung lắc, … mà không bị hư hỏng.
Cơ cấu thủy lực có thể đáp ứng nhanh khi khởi động, dừng, đảo chiều, …
Có khả năng tạo được chuyển động tịnh tiến cũng như chuyển động quay.
Cơ cấu thủy lực ít rò dầu nên ít bị sụt tốc độ khi tải tăng.

Tính sẵn sàng của hệ thống thủy lực kém hơn hệ thống điện.
Giá thành của hệ thống thủy lực cao hơn so với hệ thống điện thực hiện cùng chức năng.
Tồn tại khả năng cháy nổ trừ khi dùng loại dầu chống cháy.
Hệ thống thủy lực khó bảo dưỡng sữa chữa, nên dễ bị cặn bẩn.
Dầu bẩn hay gây ra những lỗi trong hệ thống.
Để thiết kế các hệ thống phi tuyến hoặc đặc tính phức tạp thì cấu trúc hệ thống thủy lực thực hiện rất phức tạp.
Đặc tính điều khiển của hệ thống thủy lực kém, nên nếu một hệ thống được thiết kế không thích hợp thì đôi khi hệ thống bị dao động.

Một hệ thống thủy lực nói chung có 6 phần tử cơ bản sau:

Két chứa công chất, thường là dầu thủy lực.
Bơm.
Động cơ lai bơm, thường là động cơ điện.
Hệ thống van điều khiển lưu lượng, hướng, áp suất.
Cơ cấu chuyển năng lượng thủy lực thành năng lượng cơ (lực hoặc môment) để sinh ra công hữu ích, cơ cấu này có thể là một piston cung cấp một chuyển động thẳng hoặc một động cơ thủy lực cung cấp một chuyển động quay.
Hệ thống đường ống.

Hình 3. Cấu trúc chung một hệ thống thủy lực có cơ cấu chuyển động tịnh tiến.

Về cơ bản, dầu thủy lực có 4 chức năng sau:

Để thực hiện các chức năng trên, trên quan điểm an toàn và giá thành sản phẩm, dầu thủy lực cần có các thuộc tính sau: