Trong thực tế, xe triền dùng để nâng hạ tàu có khối lượng lớn nên các cơ cấu chấp hành của xe đều được làm từ các phần tử thủy lực. Các phần tử thủy khí có 1 số ưu nhược điểm sau:
Ưu điểm:
• Có khả năng truyền động với công suất lớn và áp suất cao.
• Cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi bảo dưỡng chăm sóc ít.
• Có khả năng điều chỉnh vận tốc làm việc tinh cấp hoặc vô cấp.
• Kết cấu gọn nhẹ, vị trí các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc với nhau.
• Giảm kích thước, khối lượng cả hệ thống bằng cách nâng cao áp suất làm việc.
• Nhờ quán tính nhỏ của máy bơm và động cơ, khả năng chịu nén cao của dầu mà hệ thống có thể làm việc với tốc độ cao mà không cần tính toán tới yếu tố va đập như hệ thống điện và cơ khí.
• Khâu ra của hệ thống dễ dàng biến đổi từ chuyển động quay - tịnh tiến, tịnh tiến - quay.
• Phòng ngừa quá tải nhờ van an toàn.
• Dễ theo dõi quan sát mạch thủy lực với sự hỗ trợ của áp kế.
• Các phần tử được tiêu chuẩn hóa tạo điều kiện thiết kế chế tạo.
Nhược điểm:
• Hiệu suất không cao do mất mát đường ống, sự rò rỉ của các phần tử.
• Khi phụ tải thay đổi khó giữ tốc độ làm việc ổn định do tính nén của chất lỏng và độ đàn hổi của đường ống.
• Khi mới khởi động, nhiệt độ hệ thống thay đổi dẫn tới thay đổi độ nhớt chất lỏng và kéo theo thay đổi vận tốc làm việc.
Các cơ cấu nâng hạ của xe triền trong thực tế sử dụng các xy lanh thủy lực nên tôi xin trình bày một số đặc điểm và các thông số chính của xy lanh phục vụ cho việc chọn và thiết kế một xy lanh đáp ứng nhu cầu thực tế.
• Khái niệm, tên gọi các bộ phận của xy lanh thủy lực.
Hình 4.9: Các bộ phận của xylanh thủy lực.
Tên gọi:
- Barrel: Vỏ xylanh - Piston: Quả piston
- Cylinder rod: Cán xylanh - Gland: Cổ xy lanh
- Pin eye / Clevis: Tai lắp ghép
- Ports: Đường dầu cấp vào/ra xylanh
- Piston seal; Rod seal, Wear ring; O-ring; Wiper...: Bộ gioăng phớt làm kín.
• Các thông số làm việc và kích thước củaxylanh.
-3 thông số quan trọng nhất của một xy lanh thủy lực là: Đường kính lòng xy lanh (bore), thường được ký hiệu là D; Đường kính cán (rod) ký hiệu là d và hành trình làm việc (stroke), tức là khoảng chạy của cán xy lanh ký hiệu là s.
- D và d biểu thị kích cỡ và khả năng tạo lực đẩy/kéo cho xy lanh. - S biểu thị chiều dài và tầm với, khoảng làm việc của xy lanh đó.
Hình 4.10: Các thông số làm việc và kích thước của xy lanh
• Kết cấu và vật liệu chế tạo xy lanh thủy lực:
Các xy lanh thủy lực thường được chế tạo từ thép có cường độ cao. Để xy lanh chống chịu được sự khắc nghiệt của môi trường làm việc như nhiệt độ, độ ẩm, bụi, cường độ làm việc… các cơ phận bằng thép của xy lanh được xử lý chống chịu mài mòn và ăn mòn như mạ crome lòng, cán xy lanh, sơn phủ epoxy bề ngoài… Trong một số ứng dụng đặc biệt, xy lanh có thể được chế tạo từ thép không rỉ hoặc có những phương pháp đặc biệt như mạ phủ gốm kim loại.
• Gioăng phớt làm kín xy lanh.
Việc lựa chọn bộ gioăng phớt làm kín xy lanh dựa trên nhiều yếu tố quan trọng như: Tính tương thích về mặt hóa học với dầu sử dụng, nhiệt độ và áp suất làm việc…
Khi làm việc, gioăng phớt làm kín phải đủ độ mềm dẻo để có khả năng làm kín dầu giữa các chi tiết chuyển động đồng thời phải đủ cứng, khỏe để chịu được áp suất cao.Có hai loại gioăng phớt được sử dụng trong xy lanh thủy lực là gioăng tĩnh và gioăng động.
Gioăng động (dynamic seal) được dùng ở những nơi có sự chuyển động giữa hai bề mặt cần làm kín, ví dụ như ở quả piston.Loại thông dụng nhất là gioăng U hoặc gioăng V nhưng tùy thuộc vào áp suất, vận tốc và tính chất làm việc mà nó có nhiều kiểu biên dạng khác nhau.Nó thường được ép vào rãnh nằm giữa hai bề mặt trượt để làm kín.
Gioăng tĩnh được sử dụng để làm kín giữa hai chi tiết không có sự chuyển động với nhau ví dụ như giữa quả piston với cán, giữa nắp xy lanh với vỏ… Biên dạng của loại này thường là O-ring hoặc gioăng chỉ hình vuông, các đệm làm kín... Hai yêu tố là áp suất & nhiệt độ làm việc sẽ quyết định kích cỡ và vật liệu chế tạo loại gioăng này.
Hình 4.11: Gioăng phớt làm kín xy lanh.
• Phân loại xy lanh thủy lực
Các xy lanh thủy lực thường được phân ra làm hai nhóm cơ bản: Xy lanh tác động một phía (một chiều) hoặc Xy lanh tác động hai phía (Xy lanh hai chiều).
-Xy lanh một chiều:
Xy lanh một chiều chỉ tạo ra lực đẩy một phía, thường là phía thò cần xy lanh, nhờ cấp dầu thủy lực có áp suất vào phía đuôi xy lanh. Cán xy lanh sẽ tự hồi vị nhờ tác dụng lực của bên ngoài hoặc lực đẩy lò xo bên trong. Điều dễ nhận biết nhất đối với xy lanh một chiều là nó chỉ có duy nhất một cửa cấp dầu. -Xy lanh hai chiều:
Xy lanh hai chiều có thể tạo ra lực cả hai phía: Khi cán xy lanh thò ra và cả khi nó thụt vào vỏ xy lanh. Kết cấu làm kín bên trong của xy lanh hai chiều cũng phức tạp hơn xy lanh một chiều và trên thân nó phải có hai đường dầu cấp.Điều khác biệt lớn nữa là hệ thống thủy lực sử dụng xy lanh hai chiều phải có valve đổi hướng (valve phân phối) khi muốn điều khiển xy lanh này như hình vẽ dưới đây.
Các xy lanh cũng có thể phân chia theo kiểu xếp cán xy lanh: Xy lanh cán đơn một tầng hoặc xy lanh nhiều tầng (telescopic).
-Xy lanh cán đơn:
Xy lanh cán đơn là loại có một đoạn cán xy lanh được gắn chặt, cùng chuyển động với quả piston. Loại xy lanh này chỉ có thể tạo ra một khoảng chuyển động nhỏ hơn chiều dài toàn thể của xy lanh, tức là khoảng làm việc của nó bị giới hạn bởi chiều dài của cán xy lanh trừ đi chiều dầy quả piston và các đoạn lắp ráp bên trong xy lanh.
Hình 4.12: Xy lanh cán đơn.
Xy lanh cán đơn là loại được sử dụng phổ biến và có các ứng dụng rộng rãi. Phần lớn nó có kết cấu để cán xy lanh thò ra ở một phía của xy lanh. Một số xy lanh có kết cấu với cán xy lanh ở hai phía quả piston (được gọi là Double rod end cylinders). Khi một phía cán xy lanh thò thì cán phía bên kia sẽ “thụt” vào trong vỏ xy lanh.
-Xy lanh nhiều tầng:
Xy lanh nhiều tầng hay Telescopic thường có 2-3-4 hoặc có khi lên đến 6 tầng. Nó bao gồm một vỏ xy lanh và nhiều ống cần được xếp lồng với nhau. Kết cấu dạng này làm cho xy lanh có thể duỗi dài hành trình dài hơn rất nhiều kích thước cơ sở của xy lanh khi rút hết cán vào. Điều này tạo ra khả năng thiết kế các chi tiết, kết cấu máy gọn gang rất nhiều. Tuy nhiên xy lanh nhiều tầng có giá thành cao hơn nhiều so với xy lanh đơn.
Hình 4.13: Xy lanh nhiều tầng.
Xy lanh nhiều tầng cũng có hai loại kết cấu: Xy lanh một chiều và Xy lanh hai chiều; Tuy nhiên loại xy lanh hai chiều có kết cấu rất phức tạp và đòi hỏi các thiết kế đặc biệt để ngăn ngừa các rủi ro.
Cũng có một cách phân loại xy lanh thủy lực theo kết cấu với hai loại là xy lanh hàn và xy lanh lắp ghép bằng gu-rông (Tie Rod cylinder).
-Xy lanh ghép gu-rông:
Loại xy lanh này được lắp ghép và giữ cố định bởi 4 thanh gu-rông thép cường độ cao khóa ren xuyên suốt giữ các bộ phận từ hai đầu nắp xy lanh (Với các xy lanh có đường kính lớn có thể có đến 20 thanh gu-rông giữ).Kết cấu xy lanh dạng này giúp cho việc tháo lắp, service các xy lanh được dễ dàng và cũng dễ chế tạo từ các bộ phận tiêu chuẩn.Xy lanh loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp.
Hình 4.14: Xy lanh ghép gu-rông.
-Xy lanh kết cấu hàn:
Đầu xy lanh loại này được hàn với ống xy lanh giúp xy lanh có kết cấu cứng vững thích hợp với các chế độ làm việc nặng trên các thiết bị thi công cơ giới hoặc công nghiệp năng.
Có nhiều cách lắp ghép xy lanh vào các cơ cấu khác nhưng có thể được chia làm hai kiểu lắp ghép: Lắp cố định và lắp có chuyển động.
Kiểu lắp cố định là cách khóa chặt xy lanh trong cơ cấu và không cho thân vỏ xy lanh chuyển động trong quá trình xy lanh làm việc thò – thụt. Các cách cố định như: Dùng chân đế, bích lỗ lắp ghép, ghép ren cố định…
Hình 4.15: Các kiểu lắp gép cố định.
Kiểu lắp có chuyển động thì ngược lại: Thân vỏ xy lanh có thể chuyển động khi xy lanh thò – thụt tùy theo kiểu lắp ghép. Các kiểu lắp ghép loại này như: Xỏ chốt hai đầu, chao cầu tự lựa, ngõng trục giữa thân…
Hình 4.16: Các kiểu lắp gép có chuyển động.