Cách chọn xi lanh thủy lực

1. Giới thiệu chung về XI LANH THỦY LỰC:

   Từ cuối thế kỉ 19 và sang thế kỉ 20, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nhiều ngành khoa học kỹ thuật khác nhau thì việc ứng dụng Hệ Thống Truyền Động Thủy Lực - Khí Nén cũng được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi hơn. Cụ thể là trong các ngành như: Máy công cụ CNC, giao thông vận tải(ô tô, máy bay, tàu thủy, công nghệ vũ trụ…), máy xây dựng, máy ép phun, máy dập, máy y khoa, dây chuyền chế biến thực phẩm, máy nâng hạ… trong đó có một cơ cấu chấp hành vô cùng phổ biến và quan trọng đó là Xi lanh thủy lực (hydraulic cylinder).

   Xi lanh thủy lực là một cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ chuyển đổi thế năng ở dạng áp suất dầu thủy lực thành cơ năng tạo công chuyển động thẳng hoặc xoay.

   Một xi lanh thủy lực kiểu AMP5-RB của hãng (phù hợp với tiêu chuẩn ISO 6020/6022) với cấu tạo cơ bản gồm có các bộ phận như hình 1 dưới đây:

                                                      Cấu tạo xi lanh thủy lực

   Ghi chú: Xi lanh thủy lực của hãng với đa phần linh kiện được nhập khẩu từ Italy (ống, cần, gioăng phớt), được thiết kế chế tạo ở Việt Nam theo tiêu chuẩn ISO 6020/6022. Chi tiết về kích thước lắp ráp và thông số làm việc các loại xi lanh có thể tra bảng 

2. Phân loại xi lanh thủy lực.

   Có nhiều cách phân loại xi lanh thủy lực như theo nguyên lý làm việc thì xi lanh thủy lực được phân làm: Xi lanh thủy lực chuyển động thẳng (gọi tắt là xi lanh thủy lực) và xi lanh thủy lực chuyển động quay (gọi tắt là xi lanh quay). Trong xi lanh thủy lực chuyển động tương đối giữa piston và thân ống xi lanh là chuyển động tịch tiến còn trong xi lanh quay chuyển động tương đối giữa piston xi lanh và thân xi lanh là chuyển động quay và góc quay thường nhỏ hơn 360 độ.

   * Phân loại theo cấu tạo gồm có các loại:

• Xi lanh tác dụng đơn: Dầu thủy lực chỉ tác động một phía của piston vì vậy khi tính toán cần chú ý lực để xi lanh chuyển động theo hướng ngược lại để chạy hết hành trình. Với loại này thường là xi lanh chuyển động tịch tiến bằng áp lực dầu thủy lực (để nâng hoặc đẩy vật) và lùi lại bằng khối lượng tạo lên lực lực trọng trường của vật hoặc bằng lo xo lắp bên trong xi lanh.

            + Loại lùi về bằng ngoại lực.

            + Loại lùi về bằng lo xo.

• Xi lanh tác dụng kép: Dầu thủy lực có thể tác động cả 2 phía của piston.

            + Loại có giảm chấn: Giảm chấn được thiết kế ở cuối xi lanh có tác dụng như một van tiết lưu khi xi lanh chạy gần hết hành trình nhằm làm giảm tốc độ xi lanh hạn chế va đập.

            + Loại không có giảm chấn.

            + Loại 2 dầu cần: Cần xi lanh sẽ thò ra cả 2 đầu, loại này chủ yếu dùng trong điều khiển chính xác vì khi đó tốc độ tiến và lùi là như nhau với cùng một lưu lượng cấp vào.

            + Xi lanh quay.

• Xi lanh tầng: Loại này chủ yếu được sử dụng ở các vị trí yêu cầu dao động hành lớn như nâng các thùng xe ô tô chuyên dụng …

            + Xi lanh tầng tác dụng kép.

            + Xi lanh tác dụng đơn.

   * Phân loại theo cách lắp ráp thì có các loại như AMP, AMF , AMT… Cụ thể về phân loại xi lanh xem ở hình 2 dưới đây.

                          Phân loại xi lanh thủy lực

3. Tính chọn xi lanh thủy lực.

    Các thông số làm việc chính:

          + Kiểu xi lanh (Type): AMP5; AMF3; AMT4…

          + Đường kính ống (Bore): AL

          + Đường kính cần (Rod): S

          + Hành trình xi lanh (Stroke): H

          + Áp suất làm việc lớn nhất (Max Pressure): pmax

          + Áp suất làm việc : p

          + Tốc độ đẩy (Top Speed): v m/s.

          + Nhiệt độ làm việc (Temperature): t (độ C)

Để tiến hành tính chọn xi lanh ta cần biết trước các thông số sau:

• Xi lanh làm việc theo chiều đẩy hay kéo (ở đây ví dụ tính cho trường hợp thông dụng là xi lanh tác dụng kép làm việc theo chiều đẩy).
• Lực đẩy xi lanh: F (kG)
• Vận tốc làm việc khi xi lanh đẩy: v (cm/ph).
• Hành trình của xi lanh: H (mm)

• BƯỚC 1: Tính đường kính ống xi lanh.

• Chọn sơ bộ áp suất làm việc tại đầu đẩy: p1 (kG/cm2)
• Chọn sơ bộ áp suất làm việc tại đầu hồi: p2  (kG/cm2)

Khi đó đường kính ống xi lanh được xác định sơ bộ theo công thức:

(cm)

• Chọn đường kính ống theo tiêu chuẩn

• BƯỚC 2: Tính đường kính cần xi lanh.

Đường kính cần xi lanh được xác định sơ bộ như sau:

            S = (0,56 ÷ 0,7 )AL

• Chọn đường kính cần theo tiêu chuẩn

• BƯỚC 3: Sau khi đã có đầy đủ các kích thước, trong trường hợp cần thiết cần tính kiểm nghiệm lại xi lanh để đảm không bị cong cần khi xi lanh đẩy quá dài. Ở bước này chỉ có thể dựa vào công thức thực nghiệm để tính lực đẩy giới hạn không bị cong cần như sau:

          Công thức Euler (khi λ>λg):   (kN)

          Công thức tetmajer (khi λ≤λg) :    (kN)

          Trong đó:

                        E: Modul đàn hồi của vật liệu làm cần (N/mm2) (Với cần xi lanh của công ty AMECH có thể lấy E = 2,1E+5 N/mm2 ).

                        I: Mô men quán tính (mm4). I = π*d4/64.

                        ν: Hệ số an toàn, có thể lấy = 3,5.

                        Lk: Chiều dài ngàm tự do (phụ thuộc vào kiểu lắp (mm) (theo hình 3)

                        λ : Độ mảnh. 

                        λg: Hệ số phụ. 

                        Re: Độ bền của vật liệu làm cần (N/mm2).  (Với cần xi lanh của công ty AMECH có thể lấy Re = 241 (N/mm2) ).

                                     Cách xác định chiều dài Lk.