Hệ Thống Thủy Lực Và Lựa Chọn Dầu Thuỷ Lực

Hệ Thống Thủy Lực Và Lựa Chọn Dầu Thuỷ Lực mãi cho đến khi bắt đầu cuộc cách mạng công nghiệp khi một thợ cơ khí người Anh tên là Joseph Bramah áp dụng nguyên lý của định luật Pascal trong sự phát triển của máy ép thủy lực đầu tiên. Năm 1795, ông được cấp bằng sáng chế cho máy ép thủy lực của mình, được gọi là máy ép Bramah. Bramah đã tìm ra rằng nếu một lực nhỏ lên một khu vực nhỏ sẽ tạo ra một lực lớn hơn theo tỷ lệ trên một khu vực lớn hơn, giới hạn duy nhất đối với lực mà một cỗ máy có thể tác dụng là khu vực mà áp lực được tác dụng.

Hệ thống thủy lực là gì?

Ngày nay, hệ thống thủy lực có thể được tìm thấy trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ các quy trình lắp ráp nhỏ đến các ứng dụng nhà máy giấy và thép tích hợp . Thủy lực cho phép người vận hành hoàn thành công việc quan trọng (nâng tải nặng, quay trục, khoan lỗ chính xác, v.v.) với mức đầu tư tối thiểu vào liên kết cơ học thông qua việc áp dụng định luật Pascal, trong đó nêu rõ:

“Áp suất tác dụng lên chất lỏng hạn chế tại bất kỳ điểm nào được truyền không hạn chế trong chất lỏng theo mọi hướng và tác động lên mọi bộ phận của bình chứa theo góc vuông với bề mặt bên trong của nó và đều trên các diện tích bằng nhau (Hình 1).”

Hình 1 – Định luật Pascal

Bằng cách áp dụng định luật Pascal và ứng dụng của Brahma, rõ ràng là một lực đầu vào 100 pound trên 10 inch vuông sẽ tạo ra một áp suất 10 pound trên inch vuông trong toàn bộ bình bị hạn chế. Áp lực này sẽ hỗ trợ một quả nặng 1000 pound nếu diện tích của quả cân là 100 inch vuông.

Nguyên lý của định luật Pascal được thực hiện trong một hệ thống thủy lực bởi chất lỏng thủy lực được sử dụng để truyền năng lượng từ điểm này sang điểm khác. Bởi vì chất lỏng thủy lực gần như không thể nén được, nó có thể truyền công suất ngay lập tức.

Thành phần hệ thống thủy lực

Các thành phần chính tạo nên một hệ thống thủy lực là bình chứa, máy bơm, (các) van và (các) cơ cấu chấp hành (động cơ, xi lanh, v.v.).

Bể chứa
Mục đích của bể chứa thủy lực là để chứa một thể tích chất lỏng, truyền nhiệt từ hệ thống, cho phép các chất bẩn rắn lắng xuống và tạo điều kiện để thoát khí và hơi ẩm ra khỏi chất lỏng.

Bơm Bơm
thủy lực truyền năng lượng cơ học thành năng lượng thủy lực. Điều này được thực hiện bởi sự chuyển động của chất lỏng là môi trường truyền dẫn. Có một số loại bơm thủy lực bao gồm bánh răng, cánh gạt và piston. Tất cả các loại máy bơm này có các loại phụ khác nhau dành cho các ứng dụng cụ thể như máy bơm piston trục uốn cong hoặc máy bơm cánh gạt có thể thay đổi. Tất cả các máy bơm thủy lực đều hoạt động trên cùng một nguyên tắc, đó là chuyển thể tích chất lỏng chống lại tải trọng hoặc áp suất.

Van Van
thủy lực được sử dụng trong một hệ thống để khởi động, dừng và hướng dòng chất lỏng. Van thủy lực được tạo thành từ các ống nhỏ hoặc ống cuộn và có thể được kích hoạt bằng các phương tiện khí nén, thủy lực, điện, thủ công hoặc cơ khí.

Bộ truyền động Bộ truyền động
thủy lực là kết quả cuối cùng của định luật Pascal. Đây là nơi năng lượng thủy lực được chuyển đổi trở lại năng lượng cơ học. Điều này có thể được thực hiện thông qua việc sử dụng một xi lanh thủy lực chuyển đổi năng lượng thủy lực thành chuyển động thẳng và làm việc, hoặc một động cơ thủy lực chuyển đổi năng lượng thủy lực thành chuyển động quay và làm việc. Cũng như bơm thủy lực, xi lanh thủy lực và động cơ thủy lực có một số loại phụ khác nhau, mỗi loại dành cho các ứng dụng thiết kế cụ thể.

Các thành phần thủy lực bôi trơn chính

Có một số thành phần trong hệ thống thủy lực được coi là thành phần quan trọng do chi phí sửa chữa hoặc mức độ quan trọng của nhiệm vụ, bao gồm cả máy bơm và van. Một số cấu hình khác nhau cho máy bơm phải được xử lý riêng từ góc độ bôi trơn. Tuy nhiên, bất kể cấu hình máy bơm là gì, chất bôi trơn được chọn phải hạn chế ăn mòn, đáp ứng các yêu cầu về độ nhớt, thể hiện tính ổn định nhiệt và dễ nhận biết ( trong trường hợp rò rỉ ).

Máy bơm
cánh gạt Có nhiều biến thể của máy bơm cánh gạt có sẵn giữa các nhà sản xuất. Tất cả chúng đều hoạt động trên các nguyên tắc thiết kế tương tự nhau. Rôto có rãnh được ghép nối với trục truyền động và quay bên trong một vòng cam lệch hoặc lệch tâm với trục truyền động. Các cánh gạt được lắp vào các khe của rôto và đi theo bề mặt bên trong của vòng cam khi rôto quay.

Các cánh gạt và bề mặt bên trong của các vòng cam luôn tiếp xúc với nhau và chịu mài mòn nhiều. Khi hai bề mặt mòn, các cánh gạt sẽ ra xa khỏi khe của chúng hơn. Máy bơm cánh gạt cung cấp dòng chảy ổn định với chi phí cao. Bơm cánh gạt hoạt động ở dải độ nhớt bình thường từ 14 đến 160 cSt ở nhiệt độ hoạt động. Máy bơm cánh gạt có thể không phù hợp trong các hệ thống thủy lực áp suất cao quan trọng, nơi khó kiểm soát sự nhiễm bẩn và chất lượng chất lỏng. Tính năng của phụ gia chống mài mòn của chất lỏng nói chung là rất quan trọng đối với máy bơm cánh gạt.

Máy bơm piston
Cũng như tất cả các máy bơm thủy lực, máy bơm piston có sẵn trong các thiết kế dịch chuyển cố định và thay đổi. Máy bơm piston nói chung là loại máy bơm linh hoạt và chắc chắn nhất và cung cấp một loạt các tùy chọn cho bất kỳ loại hệ thống nào. Máy bơm piston có thể hoạt động ở áp suất vượt quá 6000 psi, hiệu quả cao và tạo ra tiếng ồn tương đối nhỏ. Nhiều thiết kế của bơm piston cũng có xu hướng chống mài mòn tốt hơn các loại bơm khác. Bơm piston hoạt động ở dải độ nhớt chất lỏng bình thường từ 10 đến 160 cSt.

Bơm bánh răng
Có hai loại phổ biến của bơm bánh răng, bên trong và bên ngoài. Mỗi loại có nhiều loại phụ khác nhau, nhưng tất cả chúng đều phát triển dòng chảy bằng cách mang chất lỏng giữa các răng của bộ bánh răng chia lưới. Mặc dù thường kém hiệu quả hơn so với bơm cánh gạt và bơm piston, nhưng bơm bánh răng thường chịu được sự nhiễm bẩn của chất lỏng hơn.

1. Bơm bánh răng bên trong tạo ra áp suất lên đến 3000 đến 3500 psi. Các loại máy bơm này cung cấp dải độ nhớt rộng lên đến 2200 cSt, tùy thuộc vào tốc độ dòng chảy và nói chung là hoạt động êm ái. Bơm bánh răng bên trong cũng có hiệu suất cao ngay cả ở độ nhớt chất lỏng thấp.
2. Bơm bánh răng bên ngoài là loại phổ biến và có thể xử lý áp suất lên đến 3000 đến 3500 psi. Những máy bơm bánh răng này cung cấp phân phối vị trí cố định, áp suất trung bình, thể tích trung bình, rẻ tiền cho một hệ thống. Phạm vi độ nhớt cho các loại máy bơm này được giới hạn dưới 300 cSt.

Chất lỏng thủy lực Chất lỏng thủy lực
ngày nay phục vụ nhiều mục đích. Chức năng chính của chất lỏng thủy lực là cung cấp năng lượng truyền qua hệ thống cho phép hoàn thành công việc và chuyển động. Chất lỏng thủy lực cũng chịu trách nhiệm bôi trơn, truyền nhiệt và kiểm soát ô nhiễm. Khi chọn chất bôi trơn, hãy xem xét độ nhớt, khả năng tương thích của phớt, lớp nền và gói phụ gia. Ba loại chất lỏng thủy lực phổ biến trên thị trường hiện nay là gốc dầu mỏ, gốc nước và chất tổng hợp.

1. Chất lỏng gốc dầu mỏ hoặc chất khoáng là chất lỏng được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Những chất lỏng này cung cấp lựa chọn có sẵn với chi phí thấp, chất lượng cao. Các đặc tính của chất lỏng gốc khoáng phụ thuộc vào các chất phụ gia được sử dụng, chất lượng của dầu thô ban đầu và quá trình tinh chế. Các chất phụ gia trong chất lỏng gốc khoáng cung cấp một loạt các đặc tính hiệu suất cụ thể. Các chất phụ gia chất lỏng thủy lực phổ biến bao gồm chất ức chế gỉ và ôxy hóa (R&O), chất chống ăn mòn, chất khử nhũ tương, chất chống mài mòn (AW) và chất chịu cực áp (EP), chất cải tạo VI và chất khử bọt . Ngoài ra, một số chất bôi trơn này có chứa thuốc nhuộm đầy màu sắc, cho phép bạn dễ dàng xác định chỗ rò rỉ. Bởi vì rò rỉ thủy lực rất tốn kém (và phổ biến), đặc điểm nhỏ này đóng một vai trò rất lớn trong việc kéo dài tuổi thọ của thiết bị và tiết kiệm tiền và tài nguyên cho nhà máy của bạn .
2. Chất lỏng gốc nước được sử dụng để chống cháy do chứa nhiều nước. Chúng có sẵn dưới dạng nhũ tương dầu trong nước, nhũ tương nước trong dầu (đảo ngược) và hỗn hợp glycol nước. Chất lỏng gốc nước có thể cung cấp các đặc tính bôi trơn phù hợp nhưng cần được giám sát chặt chẽ để tránh các sự cố. Bởi vì chất lỏng gốc nước được sử dụng trong các ứng dụng khi cần chống cháy, các hệ thống này và bầu không khí xung quanh hệ thống có thể nóng.Nhiệt độ tăng cao làm cho nước trong chất lỏng bay hơi, làm tăng độ nhớt. Đôi khi, nước cất sẽ phải được thêm vào hệ thống để điều chỉnh sự cân bằng của chất lỏng. Bất cứ khi nào các chất lỏng này được sử dụng, một số thành phần hệ thống phải được kiểm tra tính tương thích, bao gồm máy bơm, bộ lọc, hệ thống ống nước, phụ kiện và vật liệu làm kín.Chất lỏng gốc nước có thể đắt hơn chất lỏng gốc dầu mỏ thông thường và có những nhược điểm khác (ví dụ, khả năng chống mài mòn thấp hơn) phải được cân nhắc với lợi thế của khả năng chống cháy.
3. Chất lỏng tổng hợp là chất bôi trơn do con người tạo ra và có nhiều đặc tính bôi trơn tuyệt vời trong các hệ thống áp suất cao và nhiệt độ cao. Một số ưu điểm của chất lỏng tổng hợp có thể bao gồm khả năng chống cháy (este photphat), ma sát thấp hơn, khả năng tẩy rửa tự nhiên (este hữu cơ và chất lỏng hydrocacbon tổng hợp được tăng cường este) và ổn định nhiệt.Nhược điểm của những loại chất lỏng này là chúng thường đắt hơn chất lỏng thông thường, chúng có thể hơi độc và cần loại bỏ đặc biệt, và chúng thường không tương thích với vật liệu làm kín tiêu chuẩn.

Tính chất của chất lỏng
Khi chọn chất lỏng thủy lực, hãy xem xét các đặc điểm sau: độ nhớt, chỉ số độ nhớt, độ ổn định oxy hóa và khả năng chống mài mòn. Những đặc điểm này sẽ xác định cách chất lỏng hoạt động trong hệ thống của bạn. Thử nghiệm đặc tính chất lỏng được thực hiện theo Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ (ASTM) hoặc các tổ chức tiêu chuẩn được công nhận khác.

1. Độ nhớt (ASTM D445-97) là thước đo khả năng chống chảy và cắt của chất lỏng. Chất lỏng có độ nhớt cao hơn sẽ chảy với lực cản cao hơn so với chất lỏng có độ nhớt thấp . Độ nhớt quá cao có thể góp phần làm cho nhiệt độ chất lỏng cao và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn. Độ nhớt quá cao hoặc quá thấp có thể làm hỏng hệ thống và do đó, là yếu tố quan trọng khi xem xét chất lỏng thủy lực.
2. Chỉ số độ nhớt (ASTM D2270) là độ nhớt của chất lỏng thay đổi như thế nào khi nhiệt độ thay đổi. Chất lỏng VI cao sẽ duy trì độ nhớt của nó trong một phạm vi nhiệt độ rộng hơn chất lỏng VI thấp có cùng trọng lượng. Chất lỏng VI cao được sử dụng ở những nơi nhiệt độ dự kiến ​​sẽ rất cao. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống thủy lực hoạt động ngoài trời.
3. Độ ổn định oxy hóa (ASTM D2272 và các loại khác) là khả năng chống lại sự suy thoái do nhiệt của chất lỏng gây ra bởi phản ứng hóa học với oxy. Quá trình oxy hóa làm giảm đáng kể tuổi thọ của chất lỏng, để lại các sản phẩm phụ như cặn và dầu bóng . Vecni cản trở hoạt động của van và có thể hạn chế các lối đi của dòng chảy.
4. Khả năng chống mài mòn (ASTM D2266 và các loại khác) là khả năng của chất bôi trơn để giảm tốc độ mài mòn ở các tiếp điểm biên ma sát. Điều này đạt được khi chất lỏng tạo thành một lớp màng bảo vệ trên bề mặt kim loại để ngăn ngừa mài mòn, trầy xước và mỏi do tiếp xúc trên bề mặt linh kiện.

Ngoài những đặc điểm cơ bản này, một đặc tính khác cần xem xét là độ nhớt. Nếu có một lần rò rỉ thủy lực, bạn cần phải biết sớm để tránh làm hỏng thiết bị của mình. Lựa chọn chất bôi trơn nhuộm có thể giúp bạn phát hiện rò rỉ nhanh chóng, giúp nhà máy của bạn không bị hỏng hóc máy móc một cách hiệu quả.

Mười bước để kiểm tra phạm vi độ nhớt tối ưu

Khi lựa chọn chất bôi trơn, hãy đảm bảo rằng chất bôi trơn hoạt động hiệu quả ở các thông số hoạt động của máy bơm hoặc động cơ của hệ thống. Sẽ rất hữu ích nếu có một thủ tục xác định để tuân theo suốt quá trình. Hãy xem xét một hệ thống đơn giản với một máy bơm bánh răng dịch chuyển cố định dẫn động một xi lanh ( Hình 2 ).

1. Thu thập tất cả các dữ liệu liên quan cho máy bơm. Điều này bao gồm việc thu thập tất cả các giới hạn thiết kế và các đặc tính vận hành tối ưu từ nhà sản xuất. Những gì bạn đang tìm kiếm là phạm vi độ nhớt hoạt động tối ưu cho máy bơm được đề cập. Độ nhớt tối thiểu là 13 cSt, độ nhớt tối đa là 54 cSt và độ nhớt tối ưu là 23 cSt.
2. Kiểm tra các điều kiện nhiệt độ hoạt động thực tế của máy bơm trong quá trình hoạt động bình thường. Bước này cực kỳ quan trọng vì nó cung cấp một điểm tham chiếu để so sánh các chất lỏng khác nhau trong quá trình vận hành. Bơm thường hoạt động ở 92ºC.
3. Thu thập các đặc tính nhiệt độ-độ nhớt của chất bôi trơn đang sử dụng. Hệ thống đánh giá độ nhớt ISO (cSt ở 40ºC và 100ºC) được khuyến nghị. Độ nhớt là 32 cSt ở 40ºC và 5,1 cSt ở 100ºC.
4. Lấy biểu đồ nhiệt độ-độ nhớt tiêu chuẩn ASTM D341 cho các sản phẩm dầu mỏ lỏng. Biểu đồ này khá phổ biến và có thể tìm thấy trong hầu hết các hướng dẫn về sản phẩm dầu nhờn công nghiệp ( Hình 3 ) hoặc từ các nhà cung cấp dầu nhờn .
5. Sử dụng các đặc tính độ nhớt của chất bôi trơn được tìm thấy trong Bước 3, bắt đầu ở trục nhiệt độ (trục x) của biểu đồ và cuộn dọc cho đến khi bạn tìm thấy đường 40 độ C. Tại vạch 40 độ C, theo dõi lên trên cho đến khi bạn tìm thấy vạch tương ứng với độ nhớt của chất bôi trơn của bạn ở 40ºC theo công bố của nhà sản xuất chất bôi trơn của bạn. Khi bạn tìm thấy dòng tương ứng, hãy đánh dấu nhỏ tại giao điểm của hai dòng (đường màu đỏ, Hình 5 ).
6. Lặp lại Bước 5 đối với các đặc tính của chất bôi trơn ở 100ºC và đánh dấu điểm giao nhau (đường màu xanh lam đậm, Hình 5 ).
7. Nối các điểm bằng cách vẽ một đường thẳng qua chúng với một cạnh thẳng (đường màu vàng, Hình 5 ). Đường này thể hiện độ nhớt của chất bôi trơn ở một khoảng nhiệt độ.
8. Sử dụng dữ liệu của nhà sản xuất về độ nhớt hoạt động tối ưu của máy bơm, hãy tìm giá trị trên trục độ nhớt dọc của biểu đồ. Vẽ một đường ngang trên trang cho đến khi chạm vào đường độ nhớt màu vàng so với đường nhiệt độ của chất bôi trơn. Bây giờ, hãy vẽ một đường thẳng đứng (đường màu xanh lá cây, Hình 5 ) đến cuối biểu đồ từ đường độ nhớt màu vàng so với đường nhiệt độ nơi nó được giao với đường độ nhớt tối ưu nằm ngang. Khi đường này cắt ngang, trục nhiệt độ là nhiệt độ hoạt động tối ưu của máy bơm đối với chất bôi trơn cụ thể này (69ºC).
9. Lặp lại Bước 8 để có độ nhớt liên tục tối đa và liên tục tối thiểu của máy bơm (đường màu nâu, Hình 5 ). Vùng giữa nhiệt độ tối thiểu và tối đa là nhiệt độ hoạt động tối thiểu và tối đa cho phép của máy bơm đối với sản phẩm bôi trơn đã chọn.
10. Tìm nhiệt độ hoạt động bình thường của máy bơm trên biểu đồ bằng cách sử dụng quá trình quét súng nhiệt được thực hiện ở Bước 2. Nếu giá trị nằm trong nhiệt độ tối thiểu và tối đa như được nêu trên biểu đồ, chất lỏng phù hợp để sử dụng trong hệ thống. Nếu không, bạn phải thay đổi chất lỏng sang cấp độ nhớt cao hơn hoặc thấp hơn cho phù hợp. Như thể hiện trong biểu đồ, các điều kiện hoạt động bình thường của máy bơm nằm ngoài phạm vi phù hợp (vùng màu nâu, Hình 5 ) cho chất bôi trơn cụ thể của chúng tôi và sẽ phải được thay đổi.

Hợp nhất chất lỏng thủy lực

Mục đích của việc hợp nhất chất lỏng thủy lực là để giảm độ phức tạp và tồn kho. Cần phải thận trọng để xem xét tất cả các đặc tính chất lỏng quan trọng cần thiết cho mỗi hệ thống. Do đó, quá trình hợp nhất chất lỏng cần phải bắt đầu ở cấp độ hệ thống. Hãy xem xét những điều sau khi hợp nhất chất lỏng:

• Xác định các yêu cầu cụ thể của từng phần thiết bị. Xem xét tất cả các giới hạn hoạt động bình thường của thiết bị của bạn.
• Nói chuyện với đại diện chất bôi trơn ưa thích của bạn. Bạn có thể thu thập và chuyển tiếp thông tin quan trọng về nhu cầu bôi trơn của thiết bị của bạn. Điều này sẽ đảm bảo rằng nhà cung cấp của bạn có tất cả các sản phẩm mà bạn yêu cầu. Đừng hy sinh các yêu cầu hệ thống để đạt được sự hợp nhất.

Ngoài ra, hãy tuân thủ các phương pháp quản lý chất lỏng thủy lực sau đây.

• Thực hiện quy trình dán nhãn cho tất cả các chất bôi trơn đầu vào và gắn thẻ tất cả các bình chứa . Điều này sẽ giảm thiểu sự lây nhiễm chéo và đảm bảo rằng các yêu cầu hoạt động quan trọng được đáp ứng.
• Sử dụng phương pháp Nhập trước – Xuất trước (FIFO) trong cơ sở lưu trữ chất bôi trơn của bạn. Hệ thống FIFO được thực thi đúng cách giúp giảm sự nhầm lẫn và hỏng hóc do chất bôi trơn gây ra trong quá trình bảo quản.

Hệ thống thủy lực là hệ thống phức tạp dựa trên chất lỏng để truyền năng lượng và chuyển đổi năng lượng đó thành công việc hữu ích. Các hoạt động thủy lực thành công đòi hỏi phải lựa chọn cẩn thận các chất lỏng thủy lực đáp ứng nhu cầu của hệ thống . Lựa chọn độ nhớt là trung tâm để lựa chọn chất lỏng chính xác.

Ngoài ra còn có các thông số quan trọng khác cần xem xét, bao gồm chỉ số độ nhớt, khả năng chống mài mòn và khả năng chống oxy hóa. Chất lỏng thường có thể được hợp nhất để giảm độ phức tạp và chi phí lưu trữ vật liệu. Cần thận trọng để tránh hy sinh hiệu suất của chất lỏng trong nỗ lực đạt được sự cố kết chất lỏng.