Xi lanh thủy lực nhiều tầng là một dạng xi lanh thủy lực sử dụng nhiều ống hoặc nhiều tầng piston lồng vào nhau để tạo hành trình dài trong khi chiều dài xi lanh ở trạng thái thu gọn vẫn tương đối ngắn. Dòng này còn thường được gọi là xi lanh telescopic, telescopic hydraulic cylinder hoặc xi lanh ống lồng.

Thay vì chỉ có một cần piston di chuyển như xi lanh thông thường, xi lanh nhiều tầng có thể gồm:

• 2 tầng.
• 3 tầng.
• 4 tầng.
• Nhiều tầng hơn tùy thiết kế.

Các dòng phổ biến gồm:

• Xi lanh nhiều tầng 1 chiều.
• Xi lanh nhiều tầng 2 chiều.
• Xi lanh thủy lực 2 tầng.
• Xi lanh thủy lực 3 tầng.
• Xi lanh thủy lực 4 tầng.

Ưu điểm lớn nhất của cấu tạo telescopic là tạo được tỷ lệ hành trình/chiều dài thu gọn lớn. Vì vậy sản phẩm được sử dụng nhiều trên xe ben, thùng nâng, thiết bị đổ vật liệu, máy nông nghiệp và các cơ cấu cần hành trình dài nhưng không đủ không gian để lắp một xi lanh cần đơn có chiều dài tương ứng.

Khi lựa chọn không nên chỉ dựa vào tổng hành trình hoặc số tầng. Cần xác định đồng thời lực yêu cầu ở từng giai đoạn, đường kính các tầng, áp suất, kiểu một chiều hay hai chiều, chiều dài thu gọn, kiểu gá, tốc độ, hướng làm việc và điều kiện tải thực tế.

Xi lanh thủy lực nhiều tầng là gì?

Xi lanh thủy lực nhiều tầng là loại xi lanh trong đó các phần tử chuyển động được bố trí lồng đồng tâm với nhau.

Có thể hình dung cấu tạo theo dạng:

Thân ngoài → tầng lớn → tầng trung gian → tầng nhỏ

Khi xi lanh mở:

• Từng tầng dịch chuyển ra khỏi tầng lớn hơn.
• Tổng hành trình bằng tổng hành trình hữu ích của các tầng.
• Chiều dài mở của xi lanh tăng lên đáng kể.

Khi thu lại:

• Các tầng lần lượt đi vào bên trong nhau.
• Xi lanh trở về kích thước tương đối gọn.

Đây là điểm khác biệt lớn nhất so với xi lanh một cần truyền thống.

Ví dụ một cơ cấu cần hành trình rất dài nhưng chỉ có một khoảng lắp ngắn khi đóng. Nếu sử dụng xi lanh thông thường, thân và cần có thể quá dài để bố trí. Thiết kế nhiều tầng giải quyết vấn đề này bằng cách chia hành trình thành nhiều đoạn lồng vào nhau.

Xi lanh telescopic và xi lanh nhiều tầng có giống nhau không?

Có.

Trong ngành thủy lực, các tên thường gặp gồm:

• Xi lanh nhiều tầng.
• Xi lanh thủy lực nhiều tầng.
• Xi lanh telescopic.
• Telescopic cylinder.
• Multi-stage hydraulic cylinder.
• Xi lanh ống lồng.

Về bản chất đều chỉ nhóm xi lanh sử dụng nhiều tầng lồng vào nhau.

Tuy nhiên cần phân biệt số tầng và nguyên lý tác động.

Một xi lanh telescopic có thể là:

• 1 chiều.
• 2 chiều.
• 2 tầng.
• 3 tầng.
• 4 tầng.
• Nhiều tầng hơn.

Số tầng và số chiều tác động là hai thông số khác nhau.

Vì sao xi lanh nhiều tầng tạo được hành trình dài?

Ở xi lanh thông thường, hành trình thường gần tương ứng với phần cần piston phải nằm trong thân khi xi lanh thu lại.

Nếu cần hành trình rất dài thì:

• Cần piston phải dài.
• Barrel phải đủ dài.
• Kích thước tổng thể khi thu cũng tăng.

Ở xi lanh telescopic, hành trình được chia cho nhiều tầng.

Ví dụ về nguyên lý:

• Tầng thứ nhất tạo một phần hành trình.
• Tầng thứ hai tiếp tục tạo thêm hành trình.
• Tầng thứ ba tiếp tục mở.

Tổng hành trình là tổng phần dịch chuyển của các tầng.

Khi xi lanh thu lại, các tầng nằm lồng vào nhau nên chiều dài đóng ngắn hơn đáng kể so với một xi lanh một tầng có cùng tổng hành trình.

Đây là lý do telescopic cylinder rất phù hợp với:

• Xe ben.
• Thùng lật.
• Xe tải tự đổ.
• Trailer.
• Máy nông nghiệp.
• Cơ cấu nâng có không gian lắp hạn chế.

Cấu tạo xi lanh thủy lực nhiều tầng

Cấu tạo chi tiết phụ thuộc vào số tầng, một chiều hay hai chiều và thiết kế của từng hãng.

Thân xi lanh ngoài

Thân ngoài là phần có đường kính lớn nhất.

Bộ phận này:

• Chứa các tầng bên trong.
• Chịu áp suất dầu.
• Liên kết với khung máy hoặc cơ cấu.
• Tạo vị trí cho cổng dầu.

Thân ngoài phải được thiết kế phù hợp với áp suất và tải của xi lanh.

Các tầng ống lồng

Bên trong có các ống hoặc stage với đường kính giảm dần.

Có thể gồm:

• Tầng thứ nhất.
• Tầng thứ hai.
• Tầng thứ ba.
• Tầng thứ tư.

tùy sản phẩm.

Mỗi tầng vừa đóng vai trò như một phần thân cho tầng nhỏ hơn, vừa là phần tử chuyển động của chính nó.

Đây là lý do cấu tạo telescopic phức tạp hơn xi lanh thông thường.

Tầng cuối

Tầng nhỏ nhất thường nằm ở phần trong cùng.

Đây thường là tầng có:

• Diện tích tác dụng nhỏ nhất.
• Lực tạo ra thấp hơn các tầng lớn tại cùng áp suất.

Nếu lưu lượng cấp không đổi, tầng nhỏ hơn cũng có thể chuyển động nhanh hơn do diện tích tác dụng nhỏ hơn.

Đặc điểm này phải được tính khi lựa chọn xi lanh cho tải thay đổi trong hành trình.

Piston và vùng tác dụng áp suất

Tùy thiết kế, mỗi tầng có cấu trúc piston hoặc vùng diện tích chịu áp tương ứng.

Áp suất dầu tạo lực theo nguyên lý:

F = P × A

Trong đó:

• F là lực.
• P là áp suất.
• A là diện tích tác dụng.

Do đường kính các tầng giảm dần nên diện tích tác dụng cũng thay đổi.

Vì vậy lực của xi lanh telescopic không nhất thiết giống nhau trong toàn bộ hành trình.

Đây là điểm rất quan trọng.

Gioăng làm kín

Mỗi tầng chuyển động cần hệ làm kín phù hợp.

Các bộ seal có nhiệm vụ:

• Giữ áp suất.
• Hạn chế rò dầu.
• Tách các khoang thủy lực.
• Hạn chế tạp chất xâm nhập.

Xi lanh càng nhiều tầng thì số bề mặt chuyển động và vị trí làm kín càng nhiều.

Vòng dẫn hướng

Guide ring hoặc wear ring giúp:

• Giữ các tầng đồng tâm.
• Hạn chế kim loại tiếp xúc trực tiếp.
• Chịu một phần tải ngang phát sinh.
• Giảm mài mòn.

Tuy nhiên telescopic cylinder đặc biệt không nên bị sử dụng như cơ cấu dẫn hướng cho tải.

Vòng gạt bụi

Các tầng đi ra ngoài tiếp xúc với:

• Bụi.
• Đất.
• Cát.
• Nước.
• Môi trường công trường.

Wiper giúp hạn chế tạp chất bị kéo vào trong khi xi lanh thu lại.

Đây là chi tiết rất quan trọng trên xe ben và thiết bị ngoài trời.

Cơ cấu giới hạn hành trình

Mỗi tầng cần có giải pháp để:

• Xác định điểm cuối hành trình.
• Hạn chế tầng bị rút ra khỏi cụm.
• Truyền chuyển động sang tầng tiếp theo.

Kết cấu cụ thể phụ thuộc vào nhà sản xuất.

Không nên tháo hoặc thay đổi các vòng chặn nếu chưa hiểu rõ cấu trúc xi lanh.

Cổng dầu

Xi lanh nhiều tầng 1 chiều thường có cấu hình đường dầu đơn giản hơn.

Xi lanh nhiều tầng 2 chiều cần hệ đường dầu phức tạp hơn để có thể cấp và hồi dầu chủ động trong cả hai hướng.

Một số đường dầu có thể được bố trí bên trong các tầng để dẫn dầu tới những khoang cần thiết.

Nguyên lý hoạt động của xi lanh nhiều tầng

Nguyên lý phụ thuộc vào việc sản phẩm là loại một chiều hay hai chiều.

Nguyên lý mở nhiều tầng

Khi dầu áp suất được cấp vào:

1. Áp suất hình thành trong khoang làm việc.
2. Lực thủy lực tác động lên diện tích hữu hiệu của một tầng.
3. Tầng bắt đầu dịch chuyển.
4. Khi đạt điều kiện chuyển tiếp, tầng tiếp theo bắt đầu mở.
5. Quá trình tiếp tục cho đến khi đạt tổng hành trình.

Ở nhiều thiết kế thông dụng, tầng có đường kính lớn hơn thường mở trước vì có diện tích tác dụng lớn hơn.

Sau đó:

• Tầng trung gian mở.
• Tầng nhỏ tiếp tục mở.

Tuy nhiên trình tự thực tế có thể chịu ảnh hưởng bởi:

• Cấu tạo bên trong.
• Ma sát.
• Tải.
• Áp suất.
• Cơ chế phân tầng của nhà sản xuất.

Vì vậy không nên dùng một quy tắc trình tự duy nhất cho mọi telescopic cylinder.

Lực thay đổi khi các tầng mở

Đây là điểm cần đặc biệt chú ý.

Theo công thức:

F = P × A

Ở cùng áp suất:

• Tầng đường kính lớn có diện tích lớn hơn.
• Tầng đường kính nhỏ có diện tích nhỏ hơn.

Do đó lực lý thuyết thường giảm khi hệ thống chuyển sang các tầng nhỏ hơn.

Ví dụ về nguyên lý:

Tầng lớn → lực lớn hơn

Tầng nhỏ → lực thấp hơn

Điều này có nghĩa không nên hỏi đơn giản:

“Xi lanh này bao nhiêu tấn?”

mà cần biết:

• Lực yêu cầu ở đầu hành trình.
• Lực yêu cầu ở cuối hành trình.
• Tải có thay đổi khi cơ cấu nâng lên hay không.

Đây đặc biệt quan trọng trên xe ben.

Khi thùng mới bắt đầu nâng, góc nhỏ thường có thể tạo điều kiện tải rất lớn lên xi lanh. Sau khi góc thùng tăng, yêu cầu lực có thể thay đổi đáng kể theo hình học cơ cấu.

Tốc độ thay đổi giữa các tầng

Tốc độ piston về nguyên lý phụ thuộc vào:

v = Q / A

Trong đó:

• v là tốc độ.
• Q là lưu lượng.
• A là diện tích tác dụng.

Nếu lưu lượng gần như không đổi:

• Tầng lớn có diện tích lớn → chuyển động chậm hơn.
• Tầng nhỏ có diện tích nhỏ → có thể chuyển động nhanh hơn.

Do đó khi telescopic cylinder chuyển từ tầng lớn sang tầng nhỏ, tốc độ có thể thay đổi.

Hiện tượng này không nhất thiết là lỗi.

Tốc độ thực tế còn phụ thuộc vào:

• Mạch dầu.
• Tải.
• Ma sát.
• Van lưu lượng.
• Áp suất.
• Cấu tạo xi lanh.

Nếu ứng dụng yêu cầu tốc độ cực kỳ đồng đều trên toàn hành trình, telescopic cylinder cần được thiết kế và điều khiển kỹ hơn.

Các loại xi lanh thủy lực nhiều tầng phổ biến

Xi lanh nhiều tầng 1 chiều

Xi lanh nhiều tầng 1 chiều là loại telescopic cylinder sử dụng áp suất dầu để tạo chuyển động chủ động theo một hướng.

Hành trình hồi thường nhờ:

• Trọng lực.
• Trọng lượng tải.
• Ngoại lực của cơ cấu.

Loại này đặc biệt phổ biến trên:

• Xe ben.
• Trailer tự đổ.
• Thùng nâng.
• Máy nông nghiệp có cơ cấu đổ.

Nguyên lý

Khi bơm cấp dầu:

• Các tầng lần lượt mở.
• Xi lanh kéo dài.
• Cơ cấu được nâng.

Khi van chuyển sang vị trí hạ:

• Dầu có đường hồi về thùng.
• Trọng lượng thùng hoặc tải ép các tầng thu vào.
• Xi lanh trở lại trạng thái đóng.

Ưu điểm

• Cấu tạo đơn giản hơn loại hai chiều.
• Ít đường dầu hơn.
• Phù hợp với cơ cấu có trọng lực hồi.
• Rất phù hợp cho thùng ben.

Hạn chế

Xi lanh không chủ động tạo lực thu về.

Nếu:

• Tải không đủ.
• Cơ cấu bị kẹt.
• Ma sát quá lớn.
• Máy làm việc ở tư thế không phù hợp.

xi lanh có thể không thu lại đúng yêu cầu.

Vì vậy loại một chiều không phù hợp cho mọi tư thế lắp.

Xi lanh nhiều tầng 2 chiều

Xi lanh nhiều tầng 2 chiều sử dụng thủy lực để điều khiển cả hành trình mở và hành trình thu.

Loại này có cấu tạo phức tạp hơn vì cần dẫn dầu tới các vùng tác dụng phù hợp ở cả hai chiều.

Ưu điểm:

• Chủ động mở.
• Chủ động thu.
• Không hoàn toàn phụ thuộc trọng lực.
• Phù hợp nhiều tư thế lắp hơn.
• Kiểm soát chuyển động hồi tốt hơn.

Ứng dụng có thể gồm:

• Máy công nghiệp.
• Thiết bị nâng.
• Máy công trình.
• Cơ cấu kéo dài.
• Hệ thống cần điều khiển chủ động hai chiều.

Khi lựa chọn cần kiểm tra kỹ:

• Lực mở.
• Lực thu.
• Trình tự tầng.
• Cổng dầu.
• Lưu lượng.
• Áp suất.

Không nên thay loại một chiều bằng hai chiều hoặc ngược lại mà không thay đổi mạch thủy lực tương ứng.

Xi lanh thủy lực 2 tầng

Xi lanh thủy lực 2 tầng có hai phần chuyển động lồng nhau theo cấu trúc của sản phẩm.

Đây là cấu hình đơn giản hơn so với loại 3 hoặc 4 tầng.

Ưu điểm:

• Hành trình dài hơn xi lanh một tầng.
• Cấu tạo ít tầng hơn.
• Ít vị trí làm kín hơn các loại nhiều tầng hơn.
• Chiều dài thu tương đối gọn.

Phù hợp khi máy cần tăng tỷ lệ hành trình/chiều dài nhưng chưa cần cấu trúc quá nhiều tầng.

Khi lựa chọn cần xác định:

• Hành trình từng tầng.
• Tổng hành trình.
• Lực ở từng tầng.
• Chiều dài đóng.
• Đường kính tầng lớn và tầng nhỏ.

Xi lanh thủy lực 3 tầng

Xi lanh thủy lực 3 tầng sử dụng ba tầng lồng nhau để đạt tổng hành trình lớn hơn.

Loại này thường được sử dụng khi khoảng lắp tương đối ngắn nhưng yêu cầu độ mở lớn.

Ứng dụng có thể gồm:

• Xe ben.
• Máy nông nghiệp.
• Thùng nâng.
• Thiết bị nâng chuyên dụng.

So với 2 tầng:

• Tỷ lệ mở dài hơn.
• Kết cấu phức tạp hơn.
• Có nhiều seal và guide hơn.
• Đường kính tầng cuối thường nhỏ hơn.

Cần đặc biệt kiểm tra lực ở tầng cuối nếu tải vẫn còn lớn khi xi lanh gần mở hết.

Xi lanh thủy lực 4 tầng

Xi lanh thủy lực 4 tầng có số tầng lớn hơn nhằm tạo hành trình rất dài trong chiều dài thu gọn giới hạn.

Đây là lựa chọn phù hợp cho các cơ cấu mà:

• Khoảng lắp khi đóng rất hạn chế.
• Yêu cầu mở dài.
• Không thể sử dụng xi lanh một tầng thông thường.

Tuy nhiên tăng số tầng cũng làm tăng:

• Số bề mặt trượt.
• Số seal.
• Số vị trí dẫn hướng.
• Mức độ phức tạp khi sửa chữa.
• Yêu cầu kiểm soát độ thẳng và tải ngang.

Không nên chọn 4 tầng chỉ vì “mở dài hơn”.

Nếu 2 hoặc 3 tầng đã đáp ứng hành trình và không gian thì cấu hình ít tầng hơn có thể đơn giản hơn.

Số tầng của xi lanh được xác định như thế nào?

Cách gọi thương mại có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất, vì vậy khi đặt hàng không nên chỉ nói “3 tầng” mà không có bản vẽ hoặc kích thước.

Cần xác định ít nhất:

• Số phần tử chuyển động.
• Đường kính từng tầng.
• Hành trình từng tầng.
• Tổng hành trình.
• Chiều dài khi đóng.

Nếu thay xi lanh cũ, ảnh toàn bộ sản phẩm khi:

• Thu hết.
• Mở từng tầng.

sẽ rất hữu ích.

Tổng hành trình của xi lanh nhiều tầng

Tổng hành trình là một trong những thông số quan trọng nhất.

Về nguyên tắc:

Tổng hành trình ≈ tổng hành trình hữu ích của các tầng

Ví dụ nếu có nhiều tầng, mỗi tầng đóng góp một phần chiều dài mở.

Tuy nhiên không nên tự cộng theo chiều dài nhìn thấy bên ngoài vì:

• Có vùng chồng lắp giữa các tầng.
• Có vùng dẫn hướng.
• Có stop.
• Có phần không tham gia hành trình.

Khi thay xi lanh nên đo hành trình thực tế từ:

• Trạng thái đóng hoàn toàn.
• Tới trạng thái mở hoàn toàn.

Chiều dài thu gọn

Retracted length – chiều dài thu gọn là thông số cực kỳ quan trọng.

Đây là khoảng kích thước xi lanh khi tất cả các tầng đã thu vào.

Trên xe ben, chiều dài này quyết định:

• Xi lanh có lắp vừa khung không.
• Vị trí chốt có đúng không.
• Góc thùng ban đầu.
• Hình học nâng.

Hai xi lanh cùng hành trình nhưng khác chiều dài thu gọn có thể tạo ra góc và lực hoàn toàn khác nhau.

Không nên thay chỉ dựa vào stroke.

Chiều dài mở tối đa

Extended length là chiều dài khi các tầng đã mở tới giới hạn thiết kế.

Thông số này phải phù hợp với:

• Góc nâng cần thiết.
• Hành trình cơ cấu.
• Không gian máy.
• Các điểm va chạm.

Nếu dài quá có thể làm:

• Cơ cấu vượt góc thiết kế.
• Hose bị kéo căng.
• Khớp cơ khí bị quá hành trình.
• Thùng hoặc kết cấu va vào giới hạn.

Đường kính từng tầng

Đường kính các tầng quyết định:

• Diện tích chịu áp.
• Lực.
• Độ cứng.
• Tốc độ.
• Khả năng chịu tải nén.

Đường kính giảm dần từ ngoài vào trong.

Khi thiết kế không nên chỉ tính đường kính tầng lớn nhất.

Tầng nhỏ nhất thường là vị trí cần được kiểm tra kỹ về:

• Lực còn lại.
• Độ ổn định.
• Tải ngang.
• Độ võng.

Khả năng chịu tải ngang

Xi lanh telescopic đặc biệt nhạy với tải ngang.

Khi mở dài:

• Khoảng cách dẫn hướng giữa các tầng tương đối hạn chế.
• Độ dài phần nhô ra tăng.
• Moment do tải lệch có thể tăng đáng kể.

Tải ngang có thể gây:

• Mòn guide.
• Mòn seal.
• Xước bề mặt tầng.
• Cong tầng.
• Kẹt xi lanh.
• Rò dầu.

Vì vậy telescopic cylinder nên chủ yếu chịu lực theo trục.

Cơ cấu máy phải đảm nhiệm việc:

• Dẫn hướng.
• Giữ tải.
• Kiểm soát chuyển động ngang.

Không nên sử dụng thân xi lanh như một ray dẫn hướng.

Buckling và mất ổn định khi mở dài

Tương tự cần piston thông thường, các tầng telescopic chịu nén có thể gặp nguy cơ mất ổn định.

Nguy cơ tăng khi:

• Xi lanh mở rất dài.
• Đường kính tầng nhỏ.
• Lực nén lớn.
• Tải lệch.
• Kiểu gá không phù hợp.

Vì vậy tổng lực tạo được từ diện tích piston chưa đủ để kết luận xi lanh an toàn.

Cần xem xét cả:

• Chiều dài mở.
• Đường kính từng tầng.
• Kiểu liên kết.
• Góc lắp.
• Tải thực tế.

Xi lanh nhiều tầng dùng cho xe ben

Đây là một trong những ứng dụng phổ biến nhất.

Xi lanh nâng thùng từ vị trí gần nằm ngang lên một góc đủ để vật liệu trượt ra.

Trong quá trình nâng, hình học cơ cấu liên tục thay đổi.

Khi bắt đầu nâng:

• Góc giữa xi lanh và thùng có thể nhỏ.
• Moment của tải có thể lớn.
• Yêu cầu lực tại xi lanh có thể rất cao.

Khi thùng nâng lên:

• Góc thay đổi.
• Tải vật liệu có thể dịch chuyển.
• Moment thay đổi.
• Lực cần thiết thay đổi.

Do đó không nên chọn xi lanh ben chỉ bằng khối lượng hàng.

Cần biết:

• Khối lượng thùng.
• Khối lượng tải.
• Trọng tâm.
• Vị trí chốt thùng.
• Vị trí lắp xi lanh.
• Góc nâng.
• Áp suất hệ thống.

Xi lanh telescopic lắp phía trước và lắp dưới gầm

Trên xe ben có thể gặp các cách bố trí khác nhau.

Lắp phía trước thùng

Xi lanh thường nằm gần phía trước thùng và nâng trực tiếp.

Ưu điểm có thể gồm:

• Cơ cấu tương đối trực tiếp.
• Phù hợp nhiều thùng ben.

Cần đặc biệt chú ý độ thẳng và tải ngang khi xi lanh mở dài.

Lắp dưới gầm

Xi lanh có thể tác động thông qua cơ cấu đòn hoặc bản lề.

Thiết kế này có hình học và yêu cầu lực khác hoàn toàn.

Không nên lấy xi lanh của hệ lắp phía trước thay trực tiếp cho hệ gầm chỉ dựa vào tải trọng xe.

Áp suất làm việc của xi lanh nhiều tầng

Không có một mức áp suất chung áp dụng cho mọi telescopic cylinder.

Khả năng chịu áp phụ thuộc vào:

• Đường kính từng tầng.
• Chiều dày thành.
• Vật liệu.
• Seal.
• Cấu tạo stop.
• Cổng dầu.
• Nhà sản xuất.

Khi thay sản phẩm cần biết:

• Áp suất làm việc bình thường.
• Áp suất cài van an toàn.
• Áp suất lớn nhất cho phép của xi lanh.

Không nên tăng áp để bù cho một xi lanh có diện tích quá nhỏ.

Việc quá áp có thể gây:

• Hỏng seal.
• Biến dạng tầng.
• Hỏng stop.
• Nứt thân.
• Hư đường ống.

Lưu lượng và tốc độ

Lưu lượng bơm quyết định tốc độ của từng tầng.

Do diện tích mỗi tầng khác nhau nên tốc độ có thể thay đổi khi xi lanh chuyển tầng.

Nếu lưu lượng quá lớn có thể gây:

• Mở quá nhanh.
• Va đập khi chuyển tầng.
• Rung.
• Khó kiểm soát tải.
• Sụt áp qua cổng hoặc van.

Nếu lưu lượng quá thấp:

• Chu kỳ nâng lâu.
• Hiệu suất thấp.

Khi thay bơm hoặc tăng tốc xe ben cần kiểm tra khả năng của cả:

• Xi lanh.
• Van.
• Hose.
• Fitting.
• PTO.
• Bơm.

Dung tích dầu cần thiết

Xi lanh nhiều tầng cần một lượng dầu tương ứng với thể tích các khoang mở.

Dung tích dầu ảnh hưởng tới:

• Dung tích thùng dầu.
• Khả năng của bơm.
• Thời gian nâng.

Nếu bình dầu không đủ:

• Bơm có thể hút khí.
• Xi lanh không mở hết.
• Dầu có thể tạo bọt.
• Hệ thống hoạt động không ổn định.

Khi thay telescopic cylinder lớn hơn cần kiểm tra lại dung tích dầu của hệ thống.

Xi lanh nhiều tầng 1 chiều hồi như thế nào?

Với loại 1 chiều, quá trình thu thường dựa vào trọng lượng của cơ cấu.

Ví dụ trên xe ben:

1. Van mở đường dầu về thùng.
2. Trọng lượng thùng tác động lên xi lanh.
3. Các tầng bắt đầu thu.
4. Dầu được đẩy về thùng.
5. Thùng hạ xuống.

Trình tự thu thường ngược với quá trình mở trong nhiều thiết kế, nhưng điều kiện tải và cấu tạo có thể ảnh hưởng trình tự thực tế.

Nếu xi lanh không thu hết cần kiểm tra:

• Thùng có đủ trọng lượng hồi không.
• Có tải ngang không.
• Các tầng có bị cong không.
• Van hồi có mở đủ không.
• Hose có bị tắc không.
• Seal hoặc guide có bị kẹt không.

Xi lanh nhiều tầng 2 chiều có ưu điểm gì?

Loại hai chiều có thể tạo lực thủy lực để thu xi lanh.

Điều này hữu ích khi:

• Không có trọng lực hỗ trợ.
• Xi lanh lắp ngang.
• Cần chủ động kéo cơ cấu.
• Máy cần kiểm soát cả hai chiều.

Tuy nhiên cấu tạo phức tạp hơn và yêu cầu mạch dầu phù hợp.

Nếu không thực sự cần lực hồi chủ động, loại 1 chiều có thể đơn giản hơn trong một số ứng dụng.

So sánh xi lanh nhiều tầng và xi lanh thông thường

Tiêu chí	Xi lanh nhiều tầng	Xi lanh thông thường
Cấu tạo	Nhiều tầng lồng nhau	Một piston/cần chính
Tổng hành trình	Có thể rất dài	Theo chiều dài thân
Chiều dài thu gọn	Ngắn hơn so với stroke lớn	Tăng mạnh khi stroke dài
Lực trong hành trình	Có thể thay đổi theo tầng	Dễ xác định hơn
Tốc độ	Có thể đổi giữa các tầng	Ổn định hơn theo cùng diện tích
Seal và guide	Nhiều hơn	Ít hơn
Tải ngang	Rất cần hạn chế	Cũng cần hạn chế
Bảo trì	Phức tạp hơn	Đơn giản hơn
Ứng dụng	Xe ben, thùng nâng	Công nghiệp tổng quát

Nếu máy có đủ không gian để lắp xi lanh một tầng, không phải lúc nào telescopic cũng là lựa chọn tốt hơn.

Xi lanh nhiều tầng nên được sử dụng khi lợi thế về hành trình dài và chiều dài thu gọn thực sự cần thiết.

So sánh xi lanh nhiều tầng 1 chiều và 2 chiều

Tiêu chí	Nhiều tầng 1 chiều	Nhiều tầng 2 chiều
Tạo lực mở	Bằng dầu	Bằng dầu
Tạo lực thu	Thường không	Có
Phương pháp hồi	Trọng lực/tải	Áp suất dầu
Số đường dầu	Đơn giản hơn	Phức tạp hơn
Kết cấu bên trong	Đơn giản hơn	Phức tạp hơn
Xe ben	Rất phổ biến	Có trong ứng dụng đặc biệt
Lắp ngang	Hạn chế tùy cơ cấu	Thuận lợi hơn
Điều khiển hai chiều	Hạn chế	Chủ động

Lựa chọn phụ thuộc vào cơ cấu máy.

Không nên mặc định loại hai chiều luôn tốt hơn vì nó có thể làm hệ thống phức tạp và chi phí cao hơn.

Ưu điểm của xi lanh thủy lực nhiều tầng

Hành trình rất dài

Đây là ưu điểm lớn nhất.

Nhiều tầng cộng dồn hành trình để tạo độ mở lớn.

Chiều dài thu gọn nhỏ

So với xi lanh một tầng có cùng stroke, telescopic cylinder có thể thu gọn hơn đáng kể.

Phù hợp xe ben

Thiết kế này đáp ứng rất tốt yêu cầu:

• Khung xe có không gian hạn chế.
• Thùng cần nâng góc lớn.

Có thể sử dụng nhiều số tầng

Có thể lựa chọn:

• 2 tầng.
• 3 tầng.
• 4 tầng.
• Nhiều tầng hơn.

tùy tỷ lệ hành trình cần thiết.

Có loại 1 chiều và 2 chiều

Cho phép lựa chọn theo yêu cầu cơ cấu.

Có thể tạo lực lớn ở giai đoạn đầu

Tầng lớn có diện tích lớn nên ở cùng áp suất có khả năng tạo lực lớn hơn tầng nhỏ.

Đặc điểm này có thể phù hợp với một số cơ cấu nâng có yêu cầu lực cao khi bắt đầu chuyển động.

Hạn chế và những điểm cần lưu ý

Lực thay đổi theo tầng

Không thể mặc định lực không đổi trên toàn hành trình.

Đây là một trong những nhược điểm kỹ thuật cần tính từ đầu.

Tốc độ có thể thay đổi

Các tầng có diện tích khác nhau nên tốc độ có thể thay đổi khi chuyển tầng.

Cấu tạo phức tạp

Nhiều tầng đồng nghĩa:

• Nhiều seal.
• Nhiều guide.
• Nhiều bề mặt trượt.
• Nhiều chi tiết giới hạn hành trình.

Nhạy với tải ngang

Telescopic cylinder khi mở dài dễ bị ảnh hưởng bởi side load.

Sửa chữa phức tạp

Việc tháo:

• Các tầng.
• Seal.
• Stop.
• Guide.

cần đúng trình tự.

Bề mặt nhiều tầng cần được bảo vệ

Một vết xước ở bất kỳ tầng làm việc nào cũng có thể gây rò dầu hoặc làm hỏng seal.

Dầu bẩn gây ảnh hưởng lớn

Tạp chất có thể làm:

• Xước các tầng.
• Hỏng seal.
• Kẹt cơ cấu.
• Tăng mài mòn.

Ứng dụng của xi lanh thủy lực nhiều tầng

Xe ben

Đây là ứng dụng phổ biến nhất.

Xi lanh nâng thùng để đổ:

• Đất.
• Cát.
• Đá.
• Vật liệu xây dựng.
• Hàng rời.

Trailer tự đổ

Telescopic cylinder giúp trailer có thể nâng một thùng dài trong khi khoảng lắp khi đóng hạn chế.

Máy nông nghiệp

Ứng dụng trên:

• Rơ-moóc nông nghiệp.
• Thùng chở nông sản.
• Máy thu hoạch.
• Thiết bị nâng và đổ.

Thiết bị xử lý vật liệu

Xi lanh có thể sử dụng trong các cơ cấu cần nâng hoặc đẩy hành trình dài.

Máy công trình

Một số thiết bị chuyên dụng sử dụng telescopic cylinder khi không gian không cho phép xi lanh thông thường.

Thiết bị nâng

Các cơ cấu nâng hành trình dài có thể sử dụng loại nhiều tầng nếu tải và điều kiện dẫn hướng phù hợp.

Máy công nghiệp

Một số máy cần stroke lớn nhưng chiều dài lắp ngắn cũng có thể sử dụng telescopic cylinder.

Lưu ý khi lắp đặt xi lanh nhiều tầng

Căn đúng trục

Đây là yêu cầu cực kỳ quan trọng.

Xi lanh cần thẳng với hướng lực thiết kế.

Không nên để:

• Khung lệch.
• Chốt lệch.
• Tải đẩy ngang.

làm các tầng chịu uốn.

Kiểm tra chốt và bạc

Trên xe ben cần kiểm tra:

• Chốt chân xi lanh.
• Chốt đầu trên.
• Bạc.
• Độ rơ.

Chốt hoặc bạc mòn có thể làm xi lanh lệch trục khi mở.

Kiểm tra khung và thùng

Một xi lanh mới vẫn có thể hỏng nhanh nếu:

• Khung xe cong.
• Thùng bị vặn.
• Bản lề thùng lệch.

Cần xử lý cơ cấu trước khi thay xi lanh.

Không nâng khi xe nghiêng quá mức

Với xe ben, nền không cân bằng có thể làm thùng tạo tải ngang lớn lên telescopic cylinder.

Khi xi lanh mở dài, nguy cơ càng tăng.

Cần tuân thủ quy trình vận hành của thiết bị.

Không dùng xi lanh để chỉnh thẳng thùng

Nếu thùng hoặc kết cấu đang lệch, không nên dùng áp suất xi lanh để ép nó về vị trí nếu hệ thống không được thiết kế cho việc đó.

Giữ các tầng sạch

Trước khi thu cần hạn chế:

• Bùn.
• Đất.
• Cát.
• Dị vật.

bám dày trên các tầng.

Không làm xước bề mặt tầng

Không sử dụng:

• Kìm.
• Xích.
• Dụng cụ sắc.

kẹp trực tiếp vào bề mặt làm việc.

Kiểm tra hose trong toàn bộ hành trình

Khi xi lanh mở, hose không được:

• Căng quá mức.
• Gập.
• Cọ vào kết cấu.
• Bị ép giữa các bộ phận.

Xả khí theo thiết kế

Sau khi sửa chữa hoặc thay mới, hệ thống cần được chạy thử theo quy trình phù hợp.

Không khí trong dầu có thể gây:

• Giật.
• Phản ứng không ổn định.
• Tiếng ồn.

Không tự ý tháo fitting trên hệ thống đang có áp suất để “xả khí”.

Một số lỗi thường gặp ở xi lanh nhiều tầng

Xi lanh không mở được tầng đầu

Có thể do:

• Không đủ áp suất.
• Bơm lỗi.
• Van tràn mở.
• Tải quá lớn.
• Xi lanh bị kẹt.
• Đường dầu bị hạn chế.

Cần đo áp suất trước khi kết luận xi lanh hỏng.

Mở được tầng lớn nhưng tầng nhỏ không mở

Có thể liên quan tới:

• Tải vẫn vượt lực của tầng nhỏ.
• Tầng bị cong hoặc kẹt.
• Seal hoặc guide hỏng.
• Áp suất không đạt.
• Cơ cấu bên trong có vấn đề.

Đây cũng có thể là dấu hiệu lựa chọn xi lanh chưa phù hợp với tải ở cuối hành trình.

Các tầng mở không đúng trình tự

Trình tự có thể bị ảnh hưởng bởi:

• Ma sát.
• Mòn.
• Seal.
• Tải lệch.
• Cấu tạo bên trong.

Nếu hành vi thay đổi đáng kể so với trước đây cần kiểm tra xi lanh.

Xi lanh không thu hết

Với loại 1 chiều cần kiểm tra:

• Có đủ tải hồi không.
• Van hồi.
• Hose.
• Các tầng có cong không.
• Bề mặt có bị xước không.
• Guide có kẹt không.

Không dùng lực va đập để ép các tầng vào.

Một tầng bị rò dầu

Nguyên nhân có thể gồm:

• Seal hỏng.
• Bề mặt tầng xước.
• Guide mòn.
• Tải ngang.
• Bụi bẩn.

Nếu chỉ thay seal nhưng bề mặt tầng đã xước sâu, rò có thể sớm xuất hiện lại.

Tầng nhỏ bị cong

Đây là lỗi nghiêm trọng.

Có thể do:

• Tải ngang.
• Xe nâng ben trên nền nghiêng.
• Khung bị xoắn.
• Quá tải.
• Va đập.
• Mất ổn định khi mở dài.

Cần kiểm tra toàn bộ cơ cấu trước khi lắp xi lanh mới.

Xi lanh rung hoặc giật khi mở

Có thể liên quan tới:

• Không khí trong dầu.
• Ma sát giữa các tầng.
• Tải lệch.
• Dầu bẩn.
• Lưu lượng không ổn định.
• Van điều khiển.

Thùng ben nâng chậm

Không nên kết luận ngay xi lanh hỏng.

Cần kiểm tra:

• PTO.
• Bơm.
• Tốc độ động cơ.
• Lưu lượng.
• Van.
• Áp suất.
• Dầu.
• Tải.

Thùng nâng được nhưng không giữ

Cần kiểm tra:

• Xi lanh.
• Van điều khiển.
• Van giữ tải nếu có.
• Đường ống.

Rò nội bộ xi lanh chỉ là một trong nhiều nguyên nhân.

Dầu nóng bất thường

Có thể do:

• Van tràn hoạt động liên tục.
• Bơm.
• Lưu lượng quá lớn qua đường nhỏ.
• Ma sát trong xi lanh.
• Tầng bị tải ngang.
• Dầu hoặc hệ thống không phù hợp.

Bảo dưỡng xi lanh telescopic

Giữ dầu sạch

Độ sạch dầu ảnh hưởng trực tiếp tới tuổi thọ:

• Seal.
• Guide.
• Bề mặt tầng.
• Van.
• Bơm.

Cần bảo dưỡng lọc theo yêu cầu hệ thống.

Kiểm tra bề mặt tầng

Thường xuyên quan sát:

• Vết xước.
• Rỗ.
• Gỉ.
• Cong.
• Dầu rò.

Không nên chờ tới khi rò lớn mới kiểm tra.

Kiểm tra chốt

Chốt và bạc cần được:

• Kiểm tra mòn.
• Bôi trơn.
• Thay khi cần.

Độ rơ lớn ảnh hưởng trực tiếp tới căn trục xi lanh.

Kiểm tra mối gá

Quan sát:

• Tai gá.
• Mối hàn.
• Khung.
• Bản lề.

Nếu kết cấu nứt hoặc biến dạng cần xử lý trước khi tiếp tục sử dụng.

Không tự tháo khi chưa có quy trình

Các tầng có:

• Stop.
• Seal.
• Guide.
• Chi tiết giữ.

Việc tháo sai trình tự có thể làm hỏng chi tiết hoặc gây nguy hiểm.

Tư vấn lựa chọn xi lanh thủy lực nhiều tầng

Xi lanh thủy lực nhiều tầng có cấu tạo và cách lựa chọn phức tạp hơn xi lanh một tầng. Vì vậy không nên chọn chỉ dựa vào tổng hành trình, số tầng hoặc tải trọng ghi trên xe.

Khi lựa chọn cần xác định các thông tin chính gồm:

• Xi lanh nhiều tầng 1 chiều hay 2 chiều.
• Số tầng: 2, 3, 4 hoặc nhiều hơn.
• Tổng hành trình yêu cầu.
• Hành trình của từng tầng nếu có dữ liệu.
• Chiều dài thu gọn.
• Chiều dài mở tối đa.
• Đường kính từng tầng.
• Lực yêu cầu khi bắt đầu hành trình.
• Lực yêu cầu tại các giai đoạn tiếp theo.
• Áp suất làm việc.
• Áp suất cài van an toàn.
• Lưu lượng bơm.
• Tốc độ nâng mong muốn.
• Kiểu và vị trí lắp xi lanh.
• Khoảng cách tâm chốt.
• Đường kính chốt.
• Hướng làm việc.
• Điều kiện tải ngang.
• Môi trường sử dụng.
• Chuẩn và kích thước cổng dầu.

Nếu cần thay xi lanh đang sử dụng, nên cung cấp model, thương hiệu, ảnh tem, ảnh toàn bộ xi lanh khi thu hết, số tầng, tổng hành trình, chiều dài thu gọn, đường kính các tầng, khoảng cách tâm chốt và kích thước cổng dầu. Đối với xe ben nên cung cấp thêm loại xe, kết cấu thùng và ảnh vị trí xi lanh trên xe.

Trường hợp thiết kế cho xe ben hoặc cơ cấu nâng mới, cần tính theo hình học toàn bộ hệ thống chứ không nên chỉ lấy khối lượng tải chia cho khả năng chịu lực của xi lanh. Vị trí chốt, góc xi lanh, trọng tâm thùng và góc nâng làm thay đổi đáng kể lực cần thiết trong suốt hành trình.

Nếu cần hành trình dài nhưng lực ở cuối hành trình vẫn rất lớn, phải đặc biệt kiểm tra đường kính các tầng nhỏ. Không nên chỉ kiểm tra lực của tầng lớn nhất vì đây thường không phải lực nhỏ nhất của toàn bộ chu trình.

Với ứng dụng có thể hồi bằng trọng lực như thùng ben, loại một chiều thường đơn giản và phù hợp hơn. Nếu xi lanh lắp ngang, phải chủ động kéo cơ cấu về hoặc không có đủ trọng lực hồi, nên xem xét loại hai chiều.

Tham khảo các loại Xi lanh thủy lực nhiều tầng gồm loại 1 chiều, 2 chiều, xi lanh 2 tầng, 3 tầng và 4 tầng để lựa chọn đúng tổng hành trình, lực, số tầng và cấu hình làm việc cho từng hệ thống.

Câu hỏi thường gặp