BỘ NGUỒN THỦY LỰC - TRẠM NGUỒN THỦY LỰC - HYDRAULIC POWER UNIT

I. BỘ NGUỒN THỦY LỰC LÀ GÌ?

Đây là bộ phần đảm bảo chức năng và duy trì hoạt động của xi lanh lực thủy lực hoặc mô tơ thủy lực hoạt động đủ áp suất và tốc độ làm việc.

Tùy theo yêu cầu sử dụng mà sẽ có các kiểu kết cấu bộ nguồn thủy lực khác nhau. Bộ nguồn thủy lực thường được phân loại theo các dạng như sau:

1.1 Bộ nguồn thủy lực mini.

   Thông số kỹ thuật của bộ nguồn mini:

+ Kích thước thùng dầu: Tới 30 L.

+ Áp suất làm việc: Tới 160 Bar.

+ Lưu lượng: Tới 12 L/ph.

+ Công suất động cơ điện: Tới 3.0 kw

   Đây là loại thường có lưu lượng bơm nhỏ < 10cc và được gắn trực tiếp vào động cơ điện (điện áp động cơ thường là loại DC12V; DC24V; DC48V; AC220V) nên còn được gọi là bơm thủy lực mini, với việc loại bỏ một loạt các phụ kiện không cần thiết nên loại này có ưu điểm là chi phí thấp nhưng chỉ phù hợp cho các ứng dụng chạy trong thời gian ngắn do thùng dầu nhỏ, khả năng tản nhiệt kém ở động cơ điện cũng như cả hệ thống. Bộ nguồn kiểu này thường ứng dụng trong các máy làm việc không thường xuyên kiểu như: Bộ nguồn cho bàn nâng công nghiệp; Bộ nguồn cho bửng nâng; Bộ nguồn cho xe chuyên dùng; Bộ nguồn cho máy ép thủy lực cỡ nhỏ; Bộ nguồn thủy lực cho máy cưa; Bộ nguồn thủy lực cho cầu nâng, đóng mở cửa thủy lực, nâng hạ ô tô... 

Hình 13.1 Bộ nguồn thủy lực mini ứng dụng cho nâng hạ ô tô

   Ngoài bộ nguồn kiểu mini như trên thì Công Ty Amech còn phát triển một loại bộ nguồn mini kiểu modul khác là loại APAC là loại có các ưng điểm về giá rẻ như bộ nguồn mini nhưng là có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài. Với thiết kế modul và kích thước thùng dầu tiêu chuẩn từ 20 - 30L, bằng việc thay thế động cơ điện (Điện áp 3P-AC380V)bằng loại tản nhiệt tốt hơn. Đây là giải pháp cho các cứng dụng cần nguồn thủy lực giá thấp nhưng vẫn có thể làm việc liên tục với hiệu suất cao.

Hình 13.2 Bộ nguồn thủy lực modul APAC.

1.2. Bộ nguồn thủy lực cỡ trung.

   Thông số kỹ thuật của bộ nguồn cỡ trung:

+ Kích thước thùng dầu: Tới 600 L.

+ Áp suất làm việc: Tới 250 Bar.

+ Lưu lượng: Tới 100 L/ph.

+ Công suất động cơ điện: Tới 30 kw

   Nhìn vào thông số bộ nguồn ta có thể thấy bộ nguồn loại này thường sử dụng động cơ cỡ vừa loại điện áp 3 pha để phù hợp trong các modul sản xuất trong các nhà máy công nghiệp, với thiết kế đồng bộ, bền bỉ để đảm bảo hoạt động trong thời gian dài. Bộ nguồn thủy lực loại này thường có trong các máy như: Máy ép thủy lực cho các ứng dụng ép, dập đình hình tấm kim loại; máy ép thủy lực tháo lắp các chi tiết cơ khí; Thiết bị nâng hạ cuộn thép; Máy ép đùn khuân nhựa; Máy sản xuất gạch; Hệ thống điều khiển máy rót khuân đúc kim loại... Do được thiết kế đồng bộ và yêu cầu kỹ thuật hoạt động trong thời gian dài, các phụ kiện kèm theo như: Lọc dầu hút, lọc dầu hồi, tản nhiệt dầu, bích tích áp, cảm biến mức dầu, cảm biến áp suất.. nên chi phí cho bộ nguồn thủy lực bộ này cũng cao hơn nhiều so với bộ nguồn mini.

Hình 13.3 Bộ nguồn thủy lực cỡ trung của công ty Amech dùng cho nhiều xi lanh

1.3. Bộ nguồn thủy lực cỡ lớn.

   Thông số kỹ thuật của bộ nguồn cỡ lớn:

+ Kích thước thùng dầu: Tới 6000 L.

+ Áp suất làm việc: Tới 350 Bar.

+ Lưu lượng: Hơn 100 L/ph.

+ Công suất động cơ điện: Hơn 30 kw

   Đây là bộ nguồn thủy lực trung tâm hay thường được gọi là Trạm nguồn thủy lực được sử dụng để điều khiển các xi lanh thủy lực, mô tơ thủy lực trong một phân xưởng của nhà máy công nghiệp hoặc của một tổ máy của trạm thủy điện. Với yêu cầu về chức năng nhiệm vụ đỏi hỏi rất cao nên bộ nguồn thủy lực loại này thường sẽ được trang bị đẩy đủ các thiết bị an toàn (cảnh báo mức dầu, cảnh báo áp suất, cảnh báo quá nhiệt), thiết bị lọc (lọc khí, lọc ẩm, lọc dầu tuần hoàn, lọc dầu hút, lọc dầu cao áp), thiết bị làm mát (làm mát quạt gió, làm mát nước), thiết bị bơm thay dầu, thiết bị ổn định áp suất (bình tích áp, cảm biến áp suất điện tử)... Mỗi thiết bị sẽ có thiết bị chạy chính và dự phòng để đảm bảo hệ thống làm việc liên tục. Chính vì vậy giá trạm nguồn thủy lực loại này là cao nhất và đòi hỏi nhà thầu có kinh nghiệm tính toán cũng như năng lực mới có thể đảm nhận được.

Hình 13.4 Trạm nguồn thủy lực trung tâm hãng VOITH (GERMANY)

   Trên đây là cách phân loại bộ nguồn theo công suất và chức năng của Công ty Amech, ngoài gia còn một số loại bộ nguồn khác như: Bộ nguồn thủy lực Servo (dùng van servo điều khiển cơ cấu chấp hành; động cơ điện servo để điều chỉnh lưu lượng bơm); Bộ nguồn thủy lực van tay (sử dụng van tay gạt để điều khiển)....

II. CÁC LINH KIỆN (PHẦN TỬ) THỦY LỰC CHÍNH CỦA BỘ NGUỒN

2.1. Động cơ điện (Electric motor): 

   Có nhiệm vụ tạo chuyển động quay bơm thủy lực. Theo khuyến cáo của công ty Amech nên dùng động cơ điện có mặt bích để đảm bảo độ đồng tâm nhất định giữa trục bơm và trục động cơ => Nhằm giảm thiểu độ ồn, tăng độ bền cho khớp, tăng độ bền cho ổ bi của bơm => Hệ thống hoạt động ổn định, không bị sinh nhiệt, tuổi thọ cao. Tuy vào thiết kế bố trí có thể chỉ cần động cơ mặt bích hoặc cả mặt bích cả chân đế.

2.2 Bơm thủy lực (Hydraulic Pump):

   Dưới sự dẫn động của động cơ điện (hoặc động cơ máy nổ) sẽ hút dầu từ thùng chứa dầu và đẩy dầu có áp suất cao vào hệ thống thủy lực.

2.3. Van một chiều thủy lực (Check Valves):

   Giống như tên gọi của van, van này có tác dụng chỉ cho dầu thủy lực đi vào một chiều và ra chiều còn lại. Chính vì vậy van được dùng để ngăn chặn dầu chảy ngược lại bơm khi tắt động cơ điện, nếu không có van này sẽ làm bơm quay ngược chiều (với hệ thống có áp suất cao có thể làm hỏng gioăng trong bơm).

2.4. Van an toàn áp suất thủy lực (Relief Valves) :

   Đây là van có nhiệm vụ đặt áp cho hệ thống thủy lực nhằm bảo vệ hệ thống không bị quá áp phá hủy thiết bị hệ thống và bảo vệ bơm không bị quá tải.

2.5. Van phân phối thủy lực (Solenoid Operated Directional Valves):

   Có rất nhiều loại van phân phối thủy lực hay còn được gọi là van điện từ, van solenoid, van ngăn kéo, van chia dầu…. được thiết kế cho các nhiệm vụ điều khiển khác nhau như: Van điều khiển tay, van điều khiển điện, van điều khiển khí nén, van có giảm chấn, van điều khiển gián tiếp, van điều khiển tỉ lệ, van servo, van 4 cửa 2 vị trí, van 6 cửa 3 vị trí... Đây là van dùng để đóng cắt, đảo chiều đường dầu thủy lực tới cơ cấu chấp hành.

2.6. Lọc dầu thủy lực (Hydraulic Fillter):

   Có nhiệm vụ giữ lại chất bẩn, tạp chất có lẫn trong dầu nhằm bảo vệ các thiết thủy lực khác không bị kẹt, mài mòn làm hỏng gioăng và các bề mặt linh kiện thủy lực. Tùy vào hệ thống sẽ yêu cầu độ sạch của dầu thủy lực khác nhau và các cấp lọc dầu khác nhau như: Lọc dầu hút, lọc dầu hồi, lọc dầu cao áp, lọc dầu tuần hoàn, lọc dầu tách nước…

2.7. Thùng dầu thủy lực (Tank oil):

   Là thiết bị có nhiệm vụ chứa dầu và tản nhiệt. Tùy vào vị trí và môi trường làm việc có thể dùng thùng dầu bằng nhựa, nhôm, thép…

2.8. Van thiết lưu thủy lực (Throttle valves):

   Có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dầu qua van, từ đó sẽ làm thay đổi tốc độ làm việc của cơ cấu chấp hành là xi lanh thủy lực hoặc mô tơ thủy lực.

2.9. Đế van (Manifold Block):

   Đây là thiết bị dùng để lắp các van thủy lực. Thường đế van sẽ được lắp trên thùng dầu.

2.10. Các thiết bị khác như:

   Đồng hồ đo áp, rơ le áp suất, thiết bị làm mát, bình tích áp, van chống tụt (van một chiều có điều khiển, van chống lún), thước đo dầu và nhiệt độ, nắp đổ dầu, khớp nối bơm và động cơ điện, lọc ẩm, lọc khí…

     Như vậy để tính toán và lựa chọn thiết bị cho một bộ nguồn thủy lực đòi hỏi người thiết kế phải có kinh nghiệm, kiến thức và hiểu rất rõ về chức năng, nhiệm vụ và thông số làm việc của các linh kiện thủy lực của các hãng khác nhau.

III. HƯỚNG DẪN TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO BỘ NGUỒN THỦY LỰC:

     Ở đây chúng tôi chỉ hướng dẫn phương pháp và tính chọn các thiết bị chính cho một bộ nguồn đơn giản. Các bộ nguồn điều khiển phức tạp hơn vui lòng liên hệ trực tiếp tới công ty Amech theo số Hotline 09.3838.8583 (có Zalo) để được tư vấn.

3.1. Bước 1:

   Từ yêu cầu điều khiển ta tiến hành thiết kế sơ đồ thủy lực sơ bộ (dạng nguyên lý, chưa có thông số thiết bị).

3.2. Bước 2:

   Từ các thông số làm việc yêu cầu như lực đẩy, mô men, công suất, tốc độ… Sẽ tính chọn thống số của cơ cấu chấp hành như Xi lanh thủy lực (hoặc mô tơ thủy lực). Xem thêm phần Hướng dẫn tính chọn xi lanh thủy lực. Chúng ta nên lập bảng tính đê sử dụng và có thể dễ dàng thay đổi thông số khi cần điều chỉnh. Kết quả của bước này sẽ là: Thông số cơ cấu chấp hành, lưu lượng và áp suất yêu cầu của bộ nguồn thủy lực. Lưu ý phải chọn theo thông số tiêu chuẩn của nhà sản xuất đưa ra và ưu tiên hàng có sẵn.

Hình 13.18 Thông số cơ cấu chấp hành

3.3. Bước 3:

   Tính toán thông số bơm thủy lực. Từ thông số của cơ cấu chấp hành ở bước 1 (áp suất và lưu lượng lớn nhất yêu cầu) ta tiến hành tính toán thông số của bơm thủy lực và lựa chọn bơm phù hợp. Xem thêm phần tính Hướng dẫn phân loại và chọn bơm thủy lực phù hợp để có công thức tính toán và chọn bơm.  Lưu ý khi tính bơm thủy lực cần tính tới tổn thất áp suất của hệ thống, thường áp suất tính bơm sẽ cao hơn 15÷20% áp suất làm việc của xi lanh yêu cầu thực tế.

3.4. Bước 4:

   Tính toán và chọn động cơ điện. Dựa vào áp suất, lưu lượng, tốc độ của bơm để lựa chọn và tính toán động cơ điện. Để tránh quá tải động cơ nên chọn giá trị động cơ = 1.1 * “giá trị tính toán”. Công thức tính toán có thể tham khảo phần KIẾN THỨC THỦY LỰC CƠ BẢN (P3-Tính toán các phần tử chính trong hệ thống thủy lực). Lựa chọn động cơ điện theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất. Từ các bước trên ta tính toán lại thông số làm việc thực tế của cơ cấu chấp hành.

Hình 13.19 Thông số làm việc thực tế (theo tính toán).

3.5. Bước 5:

   Từ áp suất và lưu lượng ta tiến hành lựa chọn các phần từ thủy lực chính như: Kích thước thùng dầu ( Xem thêm Hướng dẫn tính chọn kích thước thùng dầu thủy lực ); Size van phân phối thủy lực; Van an toàn thủy lực; Lọc dầu hút, lọc dầu hồi; Van tiết lưu; Van chống tụt… Lưu ý khi lựa chọn van phân phối cần để ý tới tổn thất của van theo catalogue của hãng chế tạo để hạn chế tổn thất ở mức thấp nhất, nhất là khi lưu lượng của bơm lớn. Tổn thất này sẽ làm sinh nhiệt rất lớn cho hệ thống. Bước này nên sử dụng một số chương trình phần mềm, cơ sở lý thuyết thủy lực và dựa vào catalogue của hãng sản xuất linh kiên thủy lực để tính chọn cho phù hợp.

   Ví dụ: Với bơm 45 l/ph về mặt lý thuyết có thể lựa chọn van thủy lực DSG-01 (vì van này theo thống số của nhà sản xuất là lưu lượng max là 100 l/ph) tuy nhiên khi chạy van này tổn thất rất lớn Δp = (24.87 – 6.08) + (8.85 – 0) = 27.64 bar => Công suất tổn thất và sinh nhiệt ở van ≈ 2.07 kw.

  Nếu chúng ta sử dụng van thủy lực DSG-03 (về mặt lý thuyết van này cũng có lưu lượng khá lớn khoảng 120 l/ph gấp 3 lần lưu lượng của bơm) khi đó tổn thất ở van sẽ là:

   Δp = (4.01 – 0.98) + (1.43 – 0) = 4.46 bar => Công suất tổn thất và sinh nhiệt ở van ≈ 0.35 kw.

   Ở một số hệ thống thì mức này có thể chấp nhận được với đường ống ngắn và ít thiết van phụ lắp trên đường ống, nhưng với hệ thống yêu cầu vận hành cao thì vẫn nên chọn van size to hơn như DSHG-04 vì khi đó tổn thất ở van chỉ ~1 bar và tổn thất sinh nhiệt ở van chỉ khoảng ≈ 0.075 kw khi chúng ta sử dụng thùng dầu nhỏ.

   Như vậy cùng một mức lưu lượng bơm có thể chọn các van khác nhau và mức độ tổn thất sinh nhiệt là khác nhau => Ảnh hướng tới giá thành sản phẩm. Van size nhỏ có thể tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu tuy nhiên sẽ tốn tiền điện cho chi phí vận hành (do van sinh nhiệt không sinh ra công hữu ích) ngoài ra khi sinh nhiệt quá lớn còn làm hỏng coil điện, hỏng gioăng phớt trong van, xi lanh, bơm… làm thay đổi tính chất của dầu thủy lực.

   Vì vậy khi lựa chọn các thiết bị thủy lực cần tính đồng bộ và phù hợp với nhu cầu vận hành. Chúng tôi, công ty Amech với đội ngũ chuyên gia nhiều năm trong nghề luôn mang tới cho khách hàng phương án tối ưu với chi phí phù hợp nhất.

3.6. Bước 6: 

   Thiết kế, lên bản vẽ chế tạo, bố trí thiết bị và đi đường ống của bộ nguồn đảm bảo thẩm mỹ hạn chế tổn thất đường ống ở mức nhỏ nhất có thể.

   Mọi thắc mắc và yêu cầu hỗ trợ có thể liên hệ trực tiếp tới số Hotline 09.3838.8583 (có Zalo) hoặc gửi mail sales.amech@gmail.com để được tư vấn.