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 tắc luật Pascal trong việc phát triển máy ép thủy lực đầu tiên. Năm 1795, ông đã cấp bằng sáng chế máy ép thủy lực của mình, được gọi là báo chí Bramah. Bramah đã tìm ra rằng nếu một lực nhỏ trên một vùng nhỏ sẽ tạo ra một lực lớn hơn tương ứng trên một diện tích lớn hơn, giới hạn duy nhất cho lực mà một cỗ máy có thể gây ra là vùng áp suất được áp dụng.

Một hệ thống thủy lực là gì?

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

“Áp suất đối với chất lỏng bị hạn chế tại bất kỳ điểm nào được truyền đi trong suốt các chất lỏng theo mọi hướng và hoạt động trên tất cả các phần của tàu giam ở các góc bên phải với các bề mặt bên trong và bằng nhau trên các khu vực bằng nhau (Hình 1).”

Hình 1 - Định luật Pascal

Bằng cách áp dụng luật của Pascal và ứng dụng Brahma của nó, nó là hiển nhiên rằng một lực lượng đầu vào của £ 100 trên 10 inch vuông sẽ phát triển một áp lực 10 pound cho mỗi inch vuông trong suốt tàu hạn chế. Áp lực này sẽ hỗ trợ trọng lượng 1000 pound nếu diện tích của cân nặng là 100 inch vuông.

Nguyên tắc định luật Pascal được thực hiện trong hệ thống thủy lực bằng 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, nó có thể truyền năng lượng ngay lập tức.

Linh kiện hệ thống thủy lực

Các thành phần chính tạo thành một hệ thống thủy lực là các hồ chứa, bơm, van (s) và thiết bị truyền động (s) (động cơ, xi lanh, vv).

Hồ chứa
Mục đích của hồ chứa thủy lực là để giữ một lượng chất lỏng, truyền nhiệt từ hệ thống, cho phép chất gây ô nhiễm rắn lắng xuống và tạo điều kiện giải phóng không khí và độ ẩm từ chất lỏng.

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

Van Các van
thủy lực được sử dụng trong một hệ thống để bắt đầu, dừng và hướng dòng chảy chất lỏng. Van thủy lực được tạo thành từ poppets hoặc ống cuốn và có thể được kích hoạt bằng phương tiện khí nén, thủy lực, điện, thủ công hoặc cơ khí.

Thiết bị truyền động Thiết bị truyền động
thủy lực là kết quả cuối cùng của pháp luật Pascal. Đây là nơi mà 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 tuyến tính và công việc, hoặc một động cơ thủy lực chuyển đổi năng lượng thủy lực thành chuyển động quay và công việc. Như với máy bơm thủy lực, xi lanh thủy lực và động cơ thủy lực có nhiều 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 một hệ thống thủy lực, đó là do chi phí sửa chữa hoặc mức độ quan trọng của nhiệm vụ, được coi là thành phần quan trọng. Bơm và van được coi là thành phần chính. Một số cấu hình khác nhau cho máy bơm phải được xử lý riêng lẻ từ góc độ bôi trơn, bao gồm:

Bơm
cánh quạt Có nhiều loại máy bơm cánh quạt có sẵn giữa các nhà sản xuất. Tất cả đều làm việc trên các nguyên tắc thiết kế tương tự. Một rôto rãnh được ghép nối với trục ổ đĩa và quay bên trong vòng cam được bù hoặc lệch tâm với trục truyền động. Vanes được đưa vào các khe rotor và theo bề mặt bên trong của vòng cam khi rôto quay.

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

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

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

1. Máy bơm bánh răng nội bộ sản xuất áp lực lên đến 3000 đến 3500 psi. Những loại máy bơm này cung cấp một phạm vi độ nhớt rộng lên đến 2200 cSt, tùy thuộc vào tốc độ dòng chảy và nói chung là yên tĩnh. 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 phổ biến và có thể xử lý áp lực lên đến 3000 đến 3500 psi. Các máy bơm bánh răng này cung cấp dịch vụ chuyển vị cố định, trung bình, không đổi, trung bình đến 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 cho nhiều mục đích. Chức năng chính của chất lỏng thủy lực là cung cấp truyền năng lượng thông qua hệ thống cho phép công việc và chuyển động được thực hiện. Chất lỏng thủy lực cũng chịu trách nhiệm cho việc bôi trơn, truyền nhiệt và kiểm soát ô nhiễm. Khi chọn một chất bôi trơn, hãy xem xét độ nhớt, khả năng tương thích của con dấu, vật nuôi và gói phụ gia. Ba loại chất lỏng thủy lực phổ biến được tìm thấy trên thị trường hiện nay là dựa trên dầu mỏ, dựa trên nước và tổng hợp.

1. Chất lỏng dựa trên dầu mỏ hoặc khoáng chất là chất lỏng được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Các tính chất của chất lỏng dựa trên khoáng chất phụ thuộc vào các chất phụ gia được sử dụng, chất lượng của dầu thô gốc 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 thủy lực thông thường bao gồm các chất ức chế rỉ sét và oxy hóa (R & O), chất chống ăn mòn, chất khử nhũ tương, chất chống mài mòn (AW) và các tác nhân áp suất cực (EP), chất chống oxy hóa và chất khử bọt. Chất lỏng dựa trên khoáng chất cung cấp một lựa chọn chi phí thấp, chất lượng cao, sẵn có.

2. Chất lỏng gốc nước được sử dụng để chống cháy do hàm lượng nước cao của chúng. Chúng có sẵn như là nhũ tương dầu trong nước, nhũ tương nước trong dầu (invert) và hỗn hợp glycol nước. Nước dựa trên chất lỏng có thể cung cấp các đặc tính bôi trơn thích hợp nhưng cần phải được theo dõi chặt chẽ để tránh các vấn đề. Bởi vì các chất lỏng gốc nước được sử dụng trong các ứng dụng khi cần có khả năng chống cháy, các hệ thống này và không khí xung quanh các hệ thống có thể nóng. Nhiệt độ cao làm cho nước trong chất lỏng bay hơi, làm cho độ nhớt tăng lên. Thỉnh thoảng, nước cất sẽ phải được thêm vào hệ thống để điều chỉnh cân bằng 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 bịt kín.

3. Chất lỏng tổng hợp là dầu nhờn nhân tạo và nhiều chất 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 (phosphate este), ma sát thấp hơn, chất tẩy rửa tự nhiên (este hữu cơ và chất lỏng hydrocacbon tổng hợp được tăng cường este) và độ ổn định nhiệt. Điểm bất lợi đối với các loại chất lỏng này là chúng thường đắt hơn các chất lỏng thông thường, chúng có thể hơi độc và cần xử lý đặc biệt, và chúng thường không tương thích với các vật liệu bịt kín tiêu chuẩn.

Thuộc tính chất lỏng
Khi lựa 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 tính này sẽ xác định chất lỏng hoạt động trong hệ thống của bạn như thế nào. Thử nghiệm tài sản lỏng được thực hiện phù hợp với Hiệp hội Kiểm tra và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) hoặc các tổ chức tiêu chuẩn được công nhận khác.

1. Độ nhớt (ASTM D445-97) là thước đo khả năng chịu dòng chảy và cắt của chất lỏng. Một chất lỏng có độ nhớt cao hơn sẽ chảy với sức đề kháng cao hơn so với một chất lỏng có độ nhớt thấp. Độ nhớt quá cao có thể đóng góp vào nhiệt độ chất lỏng cao và tiêu thụ năng lượng lớn 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 theo nhiệt độ thay đổi như thế nào. Một chất lỏng VI cao sẽ duy trì độ nhớt của nó trên một phạm vi nhiệt độ rộng hơn một chất lỏng VI thấp có cùng trọng lượng. Chất lỏng VI cao được sử dụng ở những nơi có nhiệt độ cực cao. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống thủy lực hoạt động ngoài trời.

3. Tính ổn định oxy hóa (ASTM D2272 và các loại khác) là khả năng chống lại sự thoái hóa do nhiệt của chất lỏng gây ra do 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 bùn và dầu bóng. Varnish can thiệp vào hoạt động của van và có thể hạn chế lối đi.

4. Mang sức đề kháng (ASTM D2266 và những người khác) là khả năng của chất bôi trơn để giảm tỷ lệ hao mòn trong các tiếp điểm biên ma sát. Điều này đạt được khi chất lỏng tạo thành một màng bảo vệ trên bề mặt kim loại để tránh bị mài mòn, trầy xước và tiếp xúc với mệt mỏi trên bề mặt thành phần.

Mười bước để kiểm tra phạm vi độ nhớt tối ưu

Khi lựa chọn chất bôi trơn, đảm bảo rằng chất bôi trơn hoạt động hiệu quả tại các thông số vận hành của bơm hoặc động cơ của hệ thống. Nó rất hữu ích để có một quy trình được xác định để thực hiện theo quy trình. Hãy xem xét một hệ thống đơn giản với một máy bơm bánh răng chuyển dịch cố định để điều khiển một hình trụ ( Hình 2 ).

1. Thu thập tất cả các dữ liệu liên quan cho máy bơm. Điều này bao gồm thu thập tất cả các hạn chế thiết kế và các đặc điểm vận hành tối ưu từ nhà sản xuất. Những gì bạn đang tìm kiếm là phạm vi 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 vận hành thực tế của máy bơm trong khi vận hành bình thường. Bước này là cực kỳ quan trọng bởi vì nó cung cấp một điểm tham chiếu để so sánh các chất lỏng khác nhau trong quá trình hoạt động. Bơm thông thường hoạt động ở 92ºC.

3. Thu thập các đặc tính độ nhớt của chất bôi trơn đang sử dụng. Hệ thống đánh giá độ nhớt ISO (cSt ở 40ºC và 100ºC) được khuyến khích sử dụng. Độ nhớt là 32 cSt ở 40ºC và 5.1 cSt ở 100ºC.

4. Lấy biểu đồ độ nhớt tiêu chuẩn ASTM D341 cho các sản phẩm dầu mỏ lỏng. Biểu đồ này khá phổ biến và có thể được tìm thấy trong hầu hết các hướng dẫn 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 ở Bước 3, bắt đầu ở trục nhiệt độ (trục x) của biểu đồ và cuộn dọc cho đến khi bạn tìm thấy đường C 40 độ. Tại đường 40 độ C, theo dõi trở lên cho đến khi bạn tìm thấy đường tương ứng với độ nhớt của chất bôi trơn của bạn ở 40ºC như được xuất bản bởi nhà sản xuất dầu nhờn của bạn. Khi bạn tìm thấy đường tương ứng, tạo một dấu nhỏ ở giao điểm của hai dòng (đường màu đỏ, Hình 5 ).

6. Lặp lại Bước 5 cho các thuộc tính chất bôi trơn ở 100ºC và đánh dấu điểm giao nhau (đường màu xanh đậm, Hình 5 ).

7. Kết nối các dấu bằng cách vẽ một đường thẳng qua chúng với một cạnh thẳng (đường màu vàng, Hình 5 ). Dòng này đại diện cho độ nhớt của chất bôi trơn ở một phạm vi nhiệt độ.

8. Sử dụng dữ liệu của nhà sản xuất cho độ nhớt hoạt động tối ưu của máy bơm, tìm giá trị trên trục độ nhớt dọc của biểu đồ. Vẽ một đường ngang trên trang cho đến khi nó chạm vào độ nhớt màu vàng so với dòng nhiệt độ của chất bôi trơn. Bây giờ vẽ một đường thẳng đứng (đường màu xanh lục, Hình 5 ) xuống dưới cùng của biểu đồ từ độ nhớt màu vàng so với dòng nhiệt độ, nơi nó được giao nhau bởi đường độ nhớt tối ưu ngang. Khi đường này đi qua, trục nhiệt độ là nhiệt độ vận hành tối ưu của máy bơm cho chất bôi trơn cụ thể này (69ºC).

9. Lặp lại Bước 8 để đạt được độ nhớt liên tục tối đa liên tục và tối thiểu của máy bơm (đường màu nâu, Hình 5 ). Khu vực giữa nhiệt độ tối thiểu và tối đa là nhiệt độ vận hành tối thiểu cho phép và tối đa của máy bơm cho sản phẩm dầu nhờn đã chọn.

10. Tìm nhiệt độ vận hành bình thường của máy bơm trên biểu đồ bằng cách sử dụng chức năng quét súng nhiệt ở Bước 2. Nếu giá trị nằm trong nhiệt độ tối thiểu và tối đa như đã nêu trên biểu đồ, chất lỏng thích hợp để sử dụng trong hệ thống. Nếu không, bạn phải thay đổi chất lỏng thành lớp có 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 (khu vực màu nâu, Hình 5 ) đối với chất bôi trơn đặc biệt của chúng tôi và sẽ phải được thay đổi.

Củng cố chất lỏng thủy lực

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

• Xác định các yêu cầu cụ thể của từng phần của thiết bị. Hãy xem xét tất cả các giới hạn hoạt động bình thường của thiết bị của bạn.

• Nói chuyện với đại diện 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 bạn yêu cầu. Đừng hy sinh các yêu cầu hệ thống để đạt được hợp nhất.

Ngoài ra, hãy quan sát các thực hành quản lý chất lỏng thủy lực sau đây.

• Thực hiện quy trình ghi nhãn tất cả các chất bôi trơn đến và gắn thẻ tất cả các hồ chứa. Điều này sẽ giảm thiểu ô nhiễm chéo và đảm bảo rằng các yêu cầu hiệu suất quan trọng được đáp ứng.

• Sử dụng phương pháp First-In-First-Out (FIFO) trong cơ sở lưu trữ chất bôi trơn của bạn. Một hệ thống FIFO được thực thi đúng cách làm giảm sự nhầm lẫn và sự thất bại của chất bôi trơn do lưu trữ.

Hệ thống thủy lực là các hệ thống dựa trên chất lỏng phức tạp để chuyển năng lượng và chuyển đổi năng lượng đó thành công việc hữu ích. Các hoạt động thủy lực thành công yêu cầu lựa chọn cẩn thận các chất lỏng thủy lực đáp ứng các yêu 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 chi phí lưu trữ vật liệu và phức tạp. Cần thận trọng để tránh làm mất hiệu suất chất lỏng trong nỗ lực đạt được sự tích tụ chất lỏng.