Xi lanh thủy lực dạng ống lồng: Loại, thông số kỹ thuật & ứng dụng

A xi lanh thủy lực kính thiên văn kéo dài gấp nhiều lần chiều dài rút lại của nó bằng cách lồng nhiều giai đoạn ống vào nhau. Khi chất lỏng thủy lực được bơm vào, mỗi giai đoạn sẽ kéo dài theo trình tự - lớn nhất trước, nhỏ nhất cuối cùng - mang lại hành trình làm việc dài trong khi vẫn giữ chiều dài thu gọn đủ nhỏ gọn để vừa với vỏ máy kín. Sự kết hợp giữa tầm với và độ nhỏ gọn này làm cho thiết kế dạng ống lồng trở thành lựa chọn mặc định ở những nơi mà xi lanh một tầng thông thường không thể lắp vừa.

Xi lanh thủy lực dạng ống lồng hoạt động như thế nào

Thân xi lanh bao gồm một loạt các ống thép rỗng, mỗi ống có đường kính nhỏ hơn một chút so với ống bao quanh nó. Ống ngoài cùng là thùng; trong cùng là pít tông giai đoạn cuối tiếp xúc với tải. Chất lỏng thủy lực đi vào qua một cổng ở chân đế và lấp đầy không gian hình khuyên phía sau mỗi tầng.

Việc mở rộng tuân theo một trình tự có thể dự đoán được: giai đoạn có diện tích hiệu quả lớn nhất - và do đó yêu cầu áp suất thấp nhất - sẽ di chuyển trước. Khi nó đạt đến hành trình hoàn toàn và vòng chặn sẽ khóa nó vào đúng vị trí, áp suất sẽ tăng lên cho đến khi giai đoạn tiếp theo bắt đầu di chuyển. Rút lại trong một xi lanh kính thiên văn tác động kép đảo ngược trình tự bằng cách sử dụng mạch chất lỏng thứ hai, trong khi mô hình tác động đơn dựa vào trọng lực hoặc tải trọng bên ngoài để đẩy các giai đoạn trở lại.

Bởi vì đường kính lỗ khoan giảm theo từng giai đoạn kế tiếp nên lực đầu ra cũng giảm khi quá trình mở rộng diễn ra. Các kỹ sư phải xác minh rằng lực có sẵn khi mở rộng hoàn toàn vẫn vượt quá yêu cầu tải tối đa - một bước quan trọng thường bị bỏ qua trong quá trình xác định thông số ban đầu.

Tác động đơn so với tác động kép: Chọn cấu hình phù hợp

Sự lựa chọn giữa xi lanh tác động đơn và tác động kép được xác định chủ yếu bởi đặc tính tải trọng và lực rút sẵn có.

• Xi lanh tác dụng đơn đơn giản hơn, nhẹ hơn và ít tốn kém hơn. Chúng phù hợp với các ứng dụng trong đó trọng lực rút lại tải một cách đáng tin cậy - thùng xe ben, xe nâng cắt kéo và máy nén rác là những ví dụ phổ biến nhất. Mạch thủy lực chỉ cần một đường áp suất, giảm số lượng ống và độ phức tạp của van.
• Xi lanh tác động kép mang hai cổng chất lỏng và có thể tạo ra lực được kiểm soát theo cả hai hướng. Chúng được ưu tiên sử dụng trong cần cẩu di động, bệ làm việc trên không và bất kỳ ứng dụng nào mà chuyển động rút lại phải được cấp nguồn, đo lường hoặc giữ để chống lại tải trọng hướng lên.

Một quy tắc quyết định hữu ích: nếu tải rút lại có thể dự đoán được và luôn tác dụng cùng hướng với trọng lực thì tác động đơn lẻ thường là giải pháp tiết kiệm chi phí hơn. Nếu máy phải đẩy hoặc kéo theo cả hai hướng - hoặc nếu tốc độ rút cần điều khiển thủy lực - tác động kép là thông số kỹ thuật an toàn hơn.

Thông số kỹ thuật chính để đánh giá

Việc lựa chọn một xi lanh thủy lực dạng ống lồng đòi hỏi phải kết hợp một số thông số phụ thuộc lẫn nhau với ứng dụng. Bảng dưới đây tóm tắt những điều quan trọng nhất:

Khả năng chống oằn xứng đáng được chú ý đặc biệt trong các ứng dụng hành trình dài. Khi giai đoạn cuối kéo dài, chiều dài không được hỗ trợ của nó tăng lên trong khi độ dày thành của nó không đổi. Tính toán mất ổn định Euler phải được thực hiện ở độ giãn tối đa với hệ số an toàn thích hợp - thường là 3,5 đến 4,0 đối với thiết bị di động.

Các ứng dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp

Xi lanh thủy lực dạng ống lồng xuất hiện ở bất cứ nơi nào có hành trình làm việc dài phải được đóng gói thành chiều dài rút ngắn. Các lĩnh vực sau chiếm phần lớn nhu cầu toàn cầu:

• Xe ben và xe ben: Các xi lanh tác động đơn phía trước hoặc phía dưới thân xe nâng các thùng chở hàng chịu tải nặng. Chiều dài hành trình từ 3 – 8 m là phổ biến, tuy nhiên xi lanh phải rút hoàn toàn bên dưới sàn khung.
• Cần cẩu di động và xe nâng người cần cẩu: Xi lanh tác động kép kéo dài và thu lại các phần cần cẩu dưới sự kiểm soát toàn tải, với độ chính xác về vị trí được đo bằng milimét.
• Xe thu gom rác: Cánh máy nén và tấm đẩy dựa vào xi lanh tác động đơn lực cao để đạt được tỷ số nén cần thiết nhằm đáp ứng mục tiêu tải trọng.
• Thiết bị nông nghiệp: Xe kéo chở ngũ cốc và xe chở thức ăn gia súc sử dụng xi lanh dạng ống lồng nhẹ để nâng tải mà không vượt quá giới hạn trọng lượng của trục.
• Hàng hải và ngoài khơi: Bộ truyền động nắp hầm và xi lanh chân ổn định yêu cầu lớp phủ thanh mạ crôm hoặc thép không gỉ chống ăn mòn cùng với các gói niêm phong tiêu chuẩn.

Thực hành bảo trì giúp kéo dài tuổi thọ dịch vụ

Xi lanh dạng ống lồng cần nhiều bảo trì hơn so với các thiết bị một giai đoạn vì mỗi giao diện giai đoạn có cần gạt nước, vòng dẫn hướng và vòng đệm áp suất riêng. Quy trình kiểm tra có cấu trúc sẽ giúp giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.

1. Kiểm tra bề mặt thanh crom ở mỗi khoảng thời gian phục vụ. Rỗ, tạo vết hoặc ăn mòn trên thanh OD làm tăng tốc độ mài mòn của vòng đệm và dẫn đến rò rỉ bên ngoài trong vòng vài trăm giờ hoạt động.
2. Giám sát độ sạch của chất lỏng thủy lực. Ô nhiễm dạng hạt trên cấp độ sạch ISO 4406 18/16/13 là nguyên nhân hàng đầu gây ra hư hỏng vòng đệm sớm trong xi lanh dạng ống lồng. Thay thế các bộ phận lọc theo lịch trình và lấy mẫu chất lỏng hàng quý trong các ứng dụng có hiệu suất cao.
3. Kiểm tra vòng chặn và vòng khóa để biến dạng hoặc mài mòn. Vòng đệm bị hư hỏng khiến cho bệ đỡ bị giãn quá mức, đặt tải trọng uốn cong lên bệ đỡ tiếp theo và gây ra hư hỏng nghiêm trọng.
4. Bôi trơn vòng bi dẫn hướng theo khoảng thời gian của nhà sản xuất. Vòng bi khô tạo ra các lực ngang làm tăng tốc độ mài mòn của lỗ khoan và làm lệch trục giai đoạn.
5. Thay thế con dấu như một bộ hoàn chỉnh khi nào sân khấu nào cũng có biểu hiện khóc lóc. Chỉ thay thế phớt ở giai đoạn rò rỉ sẽ có nguy cơ gây ra lỗi tầng vì các phớt liền kề - đã cũ - sẽ hỏng ngay sau đó.

Dữ liệu ngành cho thấy rằng trên 70% số lần hỏng xi lanh sớm có thể là do chất lỏng bị ô nhiễm hoặc hư hỏng thanh bên ngoài bị bỏ quên - cả hai đều có thể phòng ngừa được bằng các nguyên tắc vệ sinh cơ bản.