Xi lanh thủy lực là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng

Xi lanh thủy lực là một thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt trong những hệ thống dầu nhớt có nhiệm vụ thực hiện những công việc nặng nhọc. Vậy Xi lanh thủy lực là gì? Nó có cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng gì? Trong bài viết này chúng tôi sẽ chia sẻ những thông tin để giúp các bạn có thể hiểu rõ về thiết bị này.

Xi lanh thủy lực là gì?

Một hệ thống thủy lực được cấu thành bởi nhiều những thiết bị khác nhau như: Các van, ống dẫn, xi lanh, đồng hồ đo áp, bơm thủy lực… Trong đó thì xi lanh là phần quan trọng nhất.

Trong hệ thống thủy lực xi lanh chính là động cơ thủy lực tuyến tính có nhiệm vụ là thiết bị chấp hành. Hiểu một cách đơn giản thì thiết bị này được sử dụng để thực hiện chuyển đổi năng lượng của dầu hay của một chất lỏng nào đó để tạo ra động năng. Điều này sẽ giúp tạo ra lực đủ lớn để thực hiện các công việc như: Đẩy, kéo, nghiền, nén, ép… 

Xi lanh thủy lực có cấu tạo như thế nào?

Cấu tạo của một xi lanh thủy lực tương đối phức tạp, nó bao gồm rất nhiều những bộ phận nhỏ. Chính vì vậy chúng ta rất khó để có thể hiểu hết về kết cấu của nó. Trong phần này chúng tôi sẽ chia sẻ những thông tin để giúp các bạn có thể hiểu rõ về kết cấu của một xi lanh thủy lực.

Piston thủy lực

Piston thủy lực là một chi tiết vô cùng quan trọng của Xi lanh thủy lực. Nó có nhiệm vụ là phân tách các vùng áp lực bên trong xi lanh. Thông thường piston này đều được các hãng sản xuất thiết kế sao cho phù hợp với phốt, seal (con dấu) và kim loại đàn hồi. Thêm vào đó thì tùy theo thiết kế của xi lanh mà con dấu có thể ở dạng kép hoặc đơn. 

Đa số các piston của xi lanh thủy lực đều được nối với thanh piston thông qua bulong. Ngoài ra thì một số loại khác có thể là các loại hạt. Một điểm các bạn cần đặc biệt chú ý là sự chênh lệch về áp suất của hai bên thân piston sẽ dẫn đến hiện tượng ống xi lanh giãn ra và co lại.

Ống xi lanh 

Ông xi lanh thủy lực còn được gọi với tên gọi khác là thùng xi lanh thiết kế với hình trụ tròn liền mạch. Chức năng chính của ống xi lanh là chứa và giữ áp suất bên trong xilanh. Bên trong ống xi lanh có chứa cả piston thủy lực. Đồng thời ống được mài nhẵn nhằm tạo ra bề mặt có thể đạt được độ hoàn thiện từ 4 đến 6 microinch. 

Đầu xi lanh

Đầu xi lanh thủy lực hay còn được gọi với tên gọi là Cylinder head. Nó được thiết kế đi kèm với buồng áp suất ở đầu còn lại. Đầu xi lanh được kết nối với xi lanh thông qua các thành tie hoặc bulong. Ở giữa đầu của ống xi lanh và ống xi lanh được lắp O – ring. Đây là chi tiết có chức năng là làm kín đa năng, có thể làm kín toàn bộ kết cấu áp suất cao ngay cả trong điều kiện tĩnh và trong điều kiện xi lanh động. 

Đế hoặc nắp hình trụ

Đế của xi lanh thủy lực được thiết kế đi kèm với buồng áp suất ở một đầu. Trong đó nắp được nối với thân xi lanh thủy lực thông qua việc hàn xì, lắp bulông hoặc thanh tie. Seal tính sẽ được lắp ở giữa ống xi lanh và nắp. Chúng ta có thể xác định được kích thước cơ bản của nắp thông qua thông số ứng suất uốn.

Thanh Piston

Thanh Piston thường được làm bằng chất liệu là thép hoặc bên ngoài được mạ một lớp crom để đảm bảo đủ độ cứng và có khả năng chống ăn mòn tốt nhất. Chi tiết này có chức năng đó là kết nối các thành phần của máy với các thiết bị truyền động nhằm thực hiện công việc, nhiệm vụ theo yêu cầu. Nó được đánh nhẵn bóng và có seal đính kèm để hạn chế và ngăn chặn sự rò rỉ. 

Con dấu (Seal)

Con dấu hay còn được gọi là Seal. Chi tiết này được sản xuất dựa trên các thông số như nhiệt độ của dầu, nhiệt độ môi trường, nhiệt độ ứng dụng của xi lanh và áp suất làm việc. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều seal khác nhau, tuy nhiên con dấu Elastomer được chế tạo từ Poly và cao su Nitrile vẫn là phù hợp nhất với các xi lanh thủy lực. Những con dấu làm từ 2 chất liệu này có khả năng làm việc trong điều kiện môi trường thường, môi trường nhiệt và áp suất không cao. 

Ngoài những bộ phận chúng ta vừa tìm hiểu trên đây thì xi lanh thủy lực còn có những chi tiết, linh kiện khác như bulong, bạc đạn, vít kháo, bích… Tất cả những chi tiết và các bộ phận của xi lanh đều được lắp đặt và kết nối một cách chặt chẽ với nhau tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh. 

Những thông số quan trọng của Xi lanh thủy lực

Để hiểu được về một xi lanh các bạn cần nắm được những thông số sau:

• Chỉ số đường kính của lòng xi lanh thủy lực. Chỉ số này được ký hiệu bằng chữ “D”. 
• Chỉ số đường kính cán (hay rod) được ký hiệu bằng chữ d
• Hành trình làm việc (stroke) cũng chính là khoảng cách chạy cán của xi lanh thủy lực. Được ký hiệu bằng chữ S

Trong đó: 

• D và d chính là thông số biểu thị kích thước và khả năng tạo lực đẩy hoặc kéo cho xi lanh thủy lực.
• S là thông số chỉ tầm với và chiều dài làm việc của xy lanh thủy lực. 

Xi lanh thủy lực có nguyên lý hoạt động như thế nào? 

Xi lanh thủy lực có nguyên lý hoạt động vô cùng đơn giản. Lực được áp dụng ở một thời điểm nhất định sẽ được truyền đến một điểm khác thông qua việc sử dụng một chất lỏng không nén được. Toàn bộ lực mà xi lanh sản sinh ra được đều là nhờ vào chất lỏng thủy lực. Chất lỏng thủy lực được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là dầu nhớt… Ngoài ra thì khi xi lanh được lắp vào mỗi loại hệ thống thủy lực khác nhau sẽ có những điểm khác nhau nhất định trong nguyên lý hoạt động. Cụ thể như sau: 

Hệ thống thủy lực 1 xi lanh

Tại hệ thống thủy lực 1 xi lanh, bơm thủy lực sẽ tiến hành bơm dầu vào bên trong van phân phối rồi chuyển vào trong van xi lanh. Nhờ vào áp suất của dầu mà piston của một xi lanh có thể di chuyển đồng thời biến chuyển năng lượng của dầu thành động năng để thực hiện các công việc khác nhau. 

Hệ thống thủy lực có hai xi lanh

Hai piston của hai xi lanh sẽ được kết nối với nhau nhờ vào một đường ống dẫn dầu thủy lực. Dầu sẽ được cung cấp vào bên trong làm đầy ống xi lanh để giúp cho xi lanh có thể hoạt động. 

Khi có một lực nhất định tác động lên piston thứ nhất sẽ được truyền đến Piston số 2. Do dầu không nén nên sở hữu khả năng truyền lực vô cùng tốt đồng thời giúp tạo lực lớn nhất ở piston thứ 2. Lực này sẽ tác động ra bên ngoài để thực hiện công việc (công việc ở đây sẽ tùy thuộc vào việc hệ thống thủy lực được lắp cho thiết bị nào). 

Chú ý: 

• Khi các bạn thực hiện công việc thay đổi đi kích thước của piston và xi lanh thủy lực đồng nghĩa với việc làm cho công suất của hệ thống thủy lực bị thay đổi.
• Thông qua van dầu điện tử hoặc van dầu gạt tay chúng ta có thể tùy chỉnh tốc độ tiến lùi của xi lanh trong một hệ thống thủy lực. 

Có những loại xy lanh thủy lực chính nào?

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều các loại xi lanh thủy lực khác nhau, chúng được chia làm 3 nhóm chính đó là: Phân chia theo kiểu xếp cán ly, phân chia theo kiểu hàn hoặc xy lanh thủy lực nhiều tầng, phân chia theo chiều tác động. Cụ thể như sau:

Phân loại theo kiểu xếp cán xy lanh

Khi phân loại xi lanh thủy lực theo kiểu xếp cán xy lanh chúng ta có 2 loại đó là xi lanh thủy lực cán đơn và xi lanh thủy lực cán kép. Cụ thể về từng loại như sau:

Xi lanh thủy lực cán đơn

Xi lanh thủy lực cán đơn là loại xi lanh có duy nhất một đoạn cán được gắn chặt. Nó cùng chuyển động với Piston thủy lực. Loại xi lanh thủy lực này chỉ có thể tạo ra một khoảng chuyển động có độ dài nhỏ hơn chiều dài của cả xi lanh. Hiểu một cách đơn giản đó là khoảng cách làm việc của nó sẽ bị giới hạn bởi chiều dài của xi lanh đã trừ đi bề dày của piston và những đoạn lắp ráp bên trong xi lanh. 

Đây là loại xi lanh thủy lực nhỏ và là loại phổ biến nhất hiện nay. Đa số các sản phẩm xi lanh thủy lực cán đơn đều có kết cấu để cán xi lanh thò ra ngoài ở một bên. Một số khác có kết cấu với cán xi lanh ở 2 phía của piston. Khi việc, một đầu cán xi lanh sẽ thò ra và đầu còn lại sẽ thụt vào bên trong của vỏ xi lanh.

Xi lanh thủy lực nhiều tầng

Giống như tên gọi của nó, xi lanh thủy lực nhiều tầng thường có nhiều tầng như: Xi lanh thủy lực tầng 2 tầng, 3 tầng và thậm chí là lên đến 6 tầng. Cấu tạo của nó bao gồm 1 vỏ và nhiều ống được lồng xếp vào với nhau. Với kết cấu này có thể khiến cho xi lanh có khả năng duỗi dài hành trình nhiều hơn so với kích thước cơ sở ban đầu của nó. Điều này đã tạo ra khả năng thiết kế các chi tiết và kết cấu máy được gọn gàng hơn. Chính vì vậy giá thành của loại xi lanh thủy lực này cũng cao hơn rất nhiều so với giá thành của loại xi lanh đơn. 

Phân loại xi lanh thủy lực theo chiều tác động

Khi phân chia xy lanh thủy lực theo chiều tác động chúng ta có 2 loại xi lanh đó là xi lanh thủy lực một chiều và xi lanh thủy lực hai chiều. Cụ thể như sau: 

Xi lanh thủy lực 1 chiều

Xi lanh thủy lực 1 chiều chính là kiểu xi lanh tạo ra lực đẩy ở một phía (thường sẽ là phía thò cần xi lanh). Nhờ vào cấp dầu thủy lực có áp suất tác động lên phía đuôi của xi lanh mà cán xi lanh có thể tự hồi vị trí. Đồng thời cũng nhờ vào tác dụng lực bên ngoài hoặc lực đẩy của lò xo bên trong mà điều này có thể diễn ra. Để có thể nhận biết được xi lanh thủy lực 1 chiều tương đối dễ dàng bởi chúng chỉ có một cửa cấp dầu duy nhất.

Xi lanh thủy lực 2 chiều

Cấu tạo của xi lanh thủy lực 2 chiều tương đối phức tạo. Chúng yêu cầu phải có các thiết kế đặc biệt để ngăn chặn các rủi ro có thể xảy ra. Loại xi lanh này có khả năng sản sinh ra lực ở cả hai phía khi cán xi lanh thò ra và thụt vào trong xi lanh. 

Do có kết cấu phức tạp hơn so với xi lanh thủy lực 1 chiều nên chúng được coi là loại xi lanh thủy lực có cỡ lớn. Ngoài ra thì cũng có những sản phẩm xi lanh thủy lực 2 chiều mini. Điều khác biệt lớn chúng ta có thể dễ dàng nhận ra nhất ở một hệ thống thủy lực sử dụng xi lanh thủy lực 2 chiều đó là cần phải có van phân phối hoặc van đổi hướng khi muốn thực hiện điều khiển. 

Phân loại xi lanh thủy lực theo kiểu ghép hoặc hàn

Với cách phân loại này chúng ta có 2 loại xi lanh thủy lực đó là xi lanh thủy lực ghép gu – rông và kết cấu thép. Cụ thể thông tin về chúng như sau: 

Xi lanh thủy lực ghép gu – rông

Loại xi lanh thủy lực này được lắp ghép và giữ cố định bằng 4 thanh gu – rông thép. Điều này cho phép xi lanh thủy lực ghép gu – rông có khả năng khóa ren xuyên suốt giữa các bộ phận từ 2 đầu nắp xi lanh. Kết cấu như vậy sẽ giúp người dùng có thể dễ dàng tháo lắp nó một cách dễ dàng. Chính vì vậy nó chủ yếu được ứng dụng tại các dây chuyền nhà máy hay các xưởng sản xuất công nghiệp.

Xi lanh thủy lực kết cấu hàn

Khác hẳn với những loại xi lanh thủy lực ở trên, loại xi lanh này được hàn và có ống xi lanh cứng vững, phù hợp với các chế độ làm việc nặng. Nó thường được sử dụng cho các thiết bị công cơ giới hoặc công nghiệp nặng.

Xi lanh thủy lực có ưu điểm và nhược điểm gì?

Xi lanh thủy lực có ưu điểm và nhược điểm gì là điều được nhiều người quan tâm và muốn tìm hiểu. Trong phần này chúng tôi sẽ chia sẻ những thông tin để các bạn có thể biết được về những ưu điểm cũng những hạn chế của loại xi lạnh này.

Xi lanh thủy lực có ưu điểm gì?

• Xi lanh thủy lực đa phần được thiết kế rất gọn, khoa học nên vô cùng thuận tiện cho việc thực hiện kết nối với các phụ kiện khác. Cùng với đó, việc sửa chữa xi lanh thủy lực khi gặp các sự cố hỏng hóc không quá phức tạp và khó khăn.
• Đồng thời xi lanh thủy lực còn giúp tạo ra lực mạnh và nhanh nên cực kỳ thích hợp với những hệ thống làm việc nặng nhọc. Do đó công suất của nó vô cùng lớn.
• Tại các công trình xây dựng thì xi lanh thủy lực được ứng dụng rất đa dạng trong những máy móc phục vụ công trường. 
• Xi lanh thủy lực vô cùng đa dạng về mẫu mã, kích thước, chủng loại, người tiêu dùng có thể chọn được xi lanh phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình một cách dễ dàng. Cùng với đó thì giá thành của nó cũng được chia làm nhiều phân khúc khác nhau đáp ứng được nhu cầu của mọi đối tượng khách hàng. 

• Một điểm cộng lớn cho xi lanh thủy lực đó là vô cùng an toàn. Chỉ cần lắp đặt thêm van an toàn là có thể ngăn chặn được sự cố quá tải. Chính vì vậy nó rất thích hợp với những môi trường làm việc khắc nghiệt, yêu cầu công suất hoạt động cao và làm việc liên tục. 
• Dù là xi lanh thủy lực mini hay xi lanh thủy lực cỡ lớn đều sở hữu độ chính xác gần như tuyệt đối. 
• Thêm một ưu điểm nữa là thiết bị này có tuổi thọ vô cùng cao, trong quá trình sử dụng xi lanh thủy lực rất ít khi bị hư hỏng và cũng không yêu cầu người dùng phải thực hiện bảo dưỡng quá nhiều.
• Người dùng có thể giảm bớt khối lượng của xi lanh thủy lực khi thực hiện thay đổi áp suất thủy lực của xi lanh.
• Ngoài ra người dùng có thể dễ dàng theo dõi áp suất của dầu thủy lực của hệ thống bằng cách sử dụng đồng hồ đo áp suất hoặc áp kế.

Nhược điểm của xi lanh thủy lực

Bên cạnh những ưu điểm kể trên thì hệ thống xi lanh thủy lực còn tồn tại một số hạn chế như sau: 

• Vận tốc tiến lùi của xi lanh thủy lực sẽ có sự thay đổi khi mà phụ tại bị thay đổi. Sở dĩ như vậy là do tính chất đàn hồi của ống dẫn và tính chất nén của dầu. 
• Trong quá trình sử dụng xi lanh thủy lực có thể sẽ bị giảm hiệu suất và phạm vi ứng dụng nếu hiện tượng rò rỉ và thất thoát của hệ thống đường ống diễn ra.
• Trong khi mới thực hiện khởi động, hệ thống thủy lực không đạt được sự ổn định về nhiệt ngay lập tức nên khiến cho độ nhớt của dầu cũng có sự thay đổi theo. Điều này khiến cho độ chính xác của xi lanh thủy lực bị giảm đi rất nhiều.

Những ứng dụng của xi lanh thủy lực

Hiện nay xi lanh thủy lực được con người ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau từ công nghiệp sản xuất máy móc thiết bị đến các công trường… Trong phần này chúng tôi sẽ chia sẻ với các bạn cụ thể về những ứng dụng trong đời sống thực tế!

Ứng dụng trong các loại xe

Hầu hết các loại xe tải, xe cơ giới hiện nay đều ứng dụng xi lanh thủy lực để có thể thực hiện công việc nâng hạ thùng xe. Ví dụ như xe chở rác, xe chở nguyên các vật liệu công trình, xe container… 

Ngoài ra thì xi lanh thủy lực còn được ứng dụng cho các loại xe/ máy móc có kích thước và lực kéo đẩy lớn như  máy múc, xe lu, máy cẩu…

Ứng dụng trong cầu nâng rửa xe

Xi lanh thủy lực hay chính là ty nâng của các loại cầu nâng rửa xe ô tô thủy lực có chức năng trợ giúp quá trình rửa xe được diễn ra một cách tốt hơn. Nó là một bộ phận vô cùng quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng làm việc của một thiết bị cần nâng. Chính xi lanh thủy lực đã tạo ra lực để đưa bàn nâng và ô tô lên cao. Khi nâng ô tô lên áp lực bên trong xi lanh sẽ đẩy nhớt cùng với ty cầu lên, từ đó mà ô tô từ từ được nâng lên. 

Ứng dụng trong đời sống

Xi lanh thủy lực được ứng dụng tại các giường bệnh đặc dụng có thể nâng lên hoặc hạ xuống. Đặc biệt là ghế ngồi cho bệnh nhân khám răng miệng. 

Ngoài ra thì trong đời sống xi lanh thủy lực còn được ứng dụng trong xe cứu hỏa, xe cắt cây… 

Ứng dụng trong các loại máy móc công nghiệp

Bên cạnh những ứng dụng trên xilanh thủy lực còn được ứng dụng trong rất nhiều các loại máy móc công nghiệp như: 

• Máy gắp sản phẩm trong các hệ thống sản xuất
• Máy cắt thủy lực
• Khuôn tạo xe máy
• Máy ép thủy lực 
• Thiết bị ghép các cơ cấu khuôn
• Máy ép đế giày 
• Máy uốn ống thủy lực
• Hệ thống, máy móc đóng gói sản phẩm
• Hệ thống đóng gói phân loại sản phẩm

Trên đây là những thông tin chúng tôi muốn chia sẻ về xi lanh thủy lực với các bạn. Hy vọng qua bài viết đã giúp các bạn hiểu được xi lanh thủy lực là gì? Có cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng gì? 

Xem thêm: 

• Thủy lực là gì? Tìm hiểu về hệ thống thủy lực trong công nghiệp
• Van tiết lưu là gì? Các loại van tiết lưu khí nén phổ biến nhất
• Van cân bằng nhiệt áp là gì? Sự khác biệt của van cân bằng nhiệt áp
• Bạn đã biết gì về van khí nén? Phân loại và tác dụng của nó?
• Tìm hiểu về xi lanh khí nén 1 chiều, xi lanh khí nén 2 đầu