Hướng dẫn về các loại động cơ thủy lực Sử dụng và lựa chọn

Hãy tưởng tượng một máy xúc hạng nặng đang nhẹ nhàng vung cánh tay khổng lồ của nó hoặc các công cụ máy móc chính xác đang thực hiện các thao tác cắt phức tạp một cách chính xác. Đằng sau những chuyển động mạnh mẽ này thường ẩn chứa một thành phần quan trọng—động cơ thủy lực. Là bộ truyền động cốt lõi trong hệ thống thủy lực, động cơ thủy lực chuyển đổi năng lượng thủy lực thành năng lượng cơ học để vận hành các thiết bị khác nhau. Tuy nhiên, với vô số lựa chọn động cơ thủy lực có sẵn, việc lựa chọn đúng loại cho các ứng dụng cụ thể đã trở thành một thách thức quan trọng đối với các kỹ sư và chuyên gia bảo trì.

Động cơ thủy lực, như tên gọi của nó, là các thiết bị chuyển đổi năng lượng áp suất của chất lỏng thủy lực thành năng lượng cơ học quay. Chúng thực hiện chức năng ngược lại với bơm thủy lực, chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng thủy lực. Những động cơ này được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại máy móc yêu cầu chuyển động quay, bao gồm thiết bị xây dựng, máy móc nông nghiệp, tàu biển và công cụ máy. Vai trò chính của chúng là cung cấp công suất đầu ra ổn định, đáng tin cậy để cho phép các hoạt động cơ học phức tạp.

Động cơ thủy lực chủ yếu được phân loại dựa trên các đặc tính đầu ra của chúng—mô-men xoắn và tốc độ—thành hai loại chính:

• Động cơ Tốc độ cao Mô-men xoắn thấp (HSLT): Những động cơ này hoạt động ở tốc độ quay cao nhưng tạo ra mô-men xoắn tương đối thấp. Chúng lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu quay nhanh với tải nhẹ, chẳng hạn như quạt và bơm ly tâm.
• Động cơ Tốc độ thấp Mô-men xoắn cao (LSHT): Được thiết kế cho các ứng dụng mạnh mẽ, nơi không cần tốc độ cao, những động cơ này tạo ra mô-men xoắn đáng kể ở tốc độ thấp. Thường được sử dụng trong máy xúc, cần cẩu và bộ truyền động bánh xích, động cơ LSHT có thiết kế nhỏ gọn, cung cấp công suất mạnh mẽ trong không gian hạn chế đồng thời mang lại độ rung và độ ồn thấp.

Khi chọn động cơ thủy lực, hai thông số hiệu suất quan trọng cần chú ý: mô-men xoắn và độ dịch chuyển.

• Độ dịch chuyển: Đề cập đến thể tích chất lỏng thủy lực cần thiết cho một vòng quay hoàn chỉnh của động cơ. Độ dịch chuyển lớn hơn có nghĩa là tiêu thụ nhiều chất lỏng hơn trên mỗi vòng quay và tạo ra mô-men xoắn lớn hơn, thường được đo bằng centimet khối trên vòng quay (cm³/vòng) hoặc inch khối trên vòng quay (in³/vòng).
• Mô-men xoắn: Đại diện cho lực quay đầu ra, cho biết khả năng chịu tải của động cơ. Mô-men xoắn cao hơn cho phép xử lý tải nặng hơn, được đo bằng Newton-mét (N·m) hoặc inch-pound (in·lb).

Các yếu tố bổ sung ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ bao gồm áp suất vận hành, tốc độ quay và hiệu suất. Các ứng dụng thực tế yêu cầu xem xét cẩn thận tất cả các yếu tố này để chọn động cơ thủy lực tối ưu.

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét ba loại động cơ thủy lực chính—động cơ bánh răng, cánh gạt và piston—phân tích nguyên tắc hoạt động, đặc điểm và các ứng dụng điển hình của chúng.

Trong số các thiết kế động cơ thủy lực đơn giản nhất, động cơ bánh răng hoạt động tương tự như bơm bánh răng theo chiều ngược lại. Chúng bao gồm chủ yếu hai bánh răng ăn khớp—một bánh răng dẫn động và một bánh răng trung gian—với bánh răng sau được kết nối với trục đầu ra thông qua một then. Chất lỏng áp suất cao đi vào qua cửa hút, làm quay các bánh răng khi nó chảy qua các khoảng trống giữa răng bánh răng và vỏ trước khi thoát ra khỏi cửa xả. Lưới bánh răng ngăn chặn dòng chảy ngược của chất lỏng.

• Tiết kiệm chi phí: Cấu trúc đơn giản và quy trình sản xuất trưởng thành khiến chúng trở thành lựa chọn kinh tế nhất.
• Chống ô nhiễm: Chịu được ô nhiễm chất lỏng ở mức độ vừa phải với yêu cầu bảo trì thấp hơn.
• Bền bỉ: Ít bộ phận chuyển động giúp tăng cường độ tin cậy và tuổi thọ.

• Hiệu suất thể tích thấp hơn: Rò rỉ chất lỏng qua các khe hở giữa bánh răng và vỏ làm giảm hiệu suất.
• Tiếng ồn: Ăn khớp bánh răng tạo ra tiếng ồn khi vận hành.
• Hiệu suất tốc độ thấp kém: Tăng rò rỉ ở tốc độ thấp có thể gây ra chuyển động giật cục.

Phổ biến trong các tình huống có chi phí nhạy cảm, hiệu suất vừa phải:

• Bộ truyền động quạt làm mát cho thiết bị xây dựng
• Băng tải trục vít cho vật liệu rời (xi măng, ngũ cốc)
• Máy trộn công nghiệp (chế biến hóa chất, thực phẩm)
• Thiết bị phụ trợ nông nghiệp (máy phun, máy rải phân bón)

Động cơ cánh gạt có rôto với các rãnh hướng tâm chứa các cánh gạt trượt và một vỏ stato lệch tâm. Chất lỏng có áp suất tác động lên các cánh gạt, làm quay rôto, truyền năng lượng đến trục đầu ra.

• Nhỏ gọn: Thiết kế nhỏ gọn và nhẹ.
• Yên tĩnh: Ít bộ phận chuyển động và diện tích tiếp xúc lớn làm giảm tiếng ồn.
• Hiệu suất tốc độ thấp tuyệt vời: Duy trì vòng quay ổn định ở tốc độ thấp.
• Đặc tính mô-men xoắn mạnh: Tạo ra mô-men xoắn khởi động cao và mô-men xoắn vận hành nhất quán.

• Độ nhạy với ô nhiễm: Yêu cầu chất lỏng thủy lực sạch hơn.
• Hiệu suất thể tích vừa phải: Các khe hở giữa cánh gạt và stato cho phép rò rỉ một phần.
• Giới hạn áp suất: Không phù hợp với các ứng dụng áp suất cao.

Được ưa chuộng cho các môi trường nhạy cảm với tiếng ồn/độ rung:

• Trục vít máy ép phun
• Bộ truyền động dụng cụ máy (bàn làm việc, dụng cụ cắt)
• Máy dệt (khung dệt, khung kéo sợi)
• Dụng cụ nông nghiệp (đầu máy gặt, đồng hồ đo hạt giống)

Là loại động cơ thủy lực tiên tiến nhất, động cơ piston có thiết kế phức tạp với các bố trí piston hướng tâm hoặc hướng trục.

Với các piston được bố trí vuông góc với trục đầu ra, chất lỏng có áp suất điều khiển chuyển động qua lại của piston bên trong các xi lanh, truyền năng lượng thông qua các thanh truyền đến trục khuỷu.

• Mô-men xoắn cao: Lý tưởng cho các ứng dụng tải nặng.
• Hiệu suất tốc độ thấp vượt trội: Duy trì vòng quay ổn định mà không bị giật.
• Hiệu suất thể tích tuyệt vời: Rò rỉ piston-xi lanh tối thiểu.

• Cấu trúc phức tạp: Yêu cầu sản xuất chính xác.
• Chi phí cao hơn: Đắt hơn các loại khác.
• Diện tích lớn: Yêu cầu nhiều không gian lắp đặt hơn.

Yêu cầu tốc độ thấp, tải nặng:

• Cơ chế di chuyển của máy xúc
• Hệ thống đẩy tàu biển
• Thiết bị nhà máy thép (nhà máy cán, máy đúc liên tục)
• Máy móc khai thác mỏ (máy khai thác liên tục, máy đào đường)

Với các piston song song với trục đầu ra, những động cơ này chuyển đổi áp suất chất lỏng thành chuyển động quay thông qua chuyển động của tấm nghiêng do piston điều khiển.

• Hiệu quả cao: Mất năng lượng tối thiểu.
• Phạm vi tốc độ rộng: Có khả năng đạt tốc độ quay cao.
• Tỷ lệ công suất trên trọng lượng tuyệt vời: Nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ.

• Thiết kế phức tạp: Yêu cầu sản xuất chính xác.
• Độ nhạy với ô nhiễm: Yêu cầu chất lỏng thủy lực sạch.
• Chi phí cao hơn: Giá cao hơn so với các lựa chọn thay thế.

Nhu cầu hiệu suất cao, tốc độ thay đổi:

• Cơ chế xoay của máy xúc
• Bộ truyền động máy gặt đập liên hợp
• Hệ thống thủy lực hàng không vũ trụ
• Tự động hóa công nghiệp (robot, thiết bị CNC)

Việc lựa chọn động cơ thủy lực tối ưu yêu cầu đánh giá toàn diện về:

• Môi trường ứng dụng: Công nghiệp, hàng hải, thiết bị di động, v.v.
• Đặc tính tải: Độ lớn, yêu cầu tốc độ, nhu cầu mô-men xoắn khởi động
• Điều kiện vận hành: Nhiệt độ, độ ẩm, mức độ ô nhiễm
• Yêu cầu kiểm soát: Nhu cầu kiểm soát tốc độ, mô-men xoắn hoặc vị trí
• Cân nhắc về chi phí: Chi phí mua, lắp đặt và bảo trì
• Tuân thủ: Tuân thủ các tiêu chuẩn ngành có liên quan

Việc tham khảo ý kiến ​​của các chuyên gia thủy lực có thể cung cấp hướng dẫn kỹ thuật có giá trị để chọn cấu hình động cơ phù hợp nhất.

Là những thành phần không thể thiếu trong hệ thống thủy lực, động cơ thủy lực cung cấp năng lượng cho vô số ứng dụng công nghiệp và kỹ thuật. Bằng cách hiểu các loại động cơ, đặc điểm và phương pháp lựa chọn phù hợp, các kỹ sư có thể chỉ định các giải pháp tối ưu, cung cấp truyền động năng lượng đáng tin cậy, hiệu quả cho các hệ thống cơ học đa dạng.