Hệ Thống Thủy Lực và Hệ Thống Khí Nén

 

Bất kỳ loại ứng dụng xây dựng hoặc sản xuất hiện đại nào cũng có thể sẽ kết hợp một hoặc cả ba loại năng lượng khác nhau: điện, thủy lực hoặc khí nén. Mặc dù một số bộ truyền động và thiết bị nâng có thể hoàn toàn bằng điện, nhưng sử dụng hệ thống trục vít, rất có thể bạn sẽ sử dụng một số dạng năng lượng chất lỏng. Điều này có nghĩa là bạn có sự lựa chọn giữa thủy lực và khí nén. Khí nén cung cấp năng lượng chất lỏng bằng không khí hoặc khí nén. Thủy lực cung cấp năng lượng chất lỏng bằng chất lỏng có áp suất, chẳng hạn như dầu hoặc nước.

Khi chọn một trong hai yếu tố, hiệu quả chi phí, vật liệu cần di chuyển, nguồn lực sẵn có và không gian đều là những yếu tố cần được xem xét. Ví dụ, thiết bị nâng hạng nặng chiếm nhiều không gian và đòi hỏi nhiều năng lượng hơn so với nhu cầu quy mô nhỏ của phòng thí nghiệm robot hoặc thiết bị chế biến thực phẩm. Mỗi loại hệ thống đều có ưu điểm và nhược điểm tùy theo hoàn cảnh.

Xem thêm: Hệ thống thủy lực là gì?

 

1. Sức mạnh

Thủy lực là lựa chọn tốt nhất về sức mạnh vì môi trường chất lỏng được sử dụng cho hoạt động của nó có mật độ khối lượng cao và phần lớn không thể nén được. Điều này có nghĩa là thủy lực có thể phát triển mức áp suất cao hơn nhiều và có thể sử dụng áp suất đó để truyền năng lượng điều khiển ứng dụng của bạn. Các ứng dụng công nghiệp sử dụng năng lượng thủy lực có thể yêu cầu áp suất từ ​​1.000-5.000 pound mỗi inch vuông (psi), trong khi một số ứng dụng chuyên dụng như thiết bị khai thác mỏ hoặc cần cẩu nâng hạng nặng có thể phát triển 10.000 psi trở lên.

Chất lỏng được sử dụng trong khí nén có mật độ khối lượng thấp và dễ nén. Trong một số trường hợp, khí hoặc không khí có thể được nén tới vài trăm psi, nhưng hầu hết các ứng dụng cơ học đều dựa trên áp suất vận hành chỉ 80-100 psi. Điều này có nghĩa là các hệ thống khí nén phần lớn không có khả năng chịu lực lớn hơn nhiều do thủy lực cung cấp và không phù hợp với việc di chuyển hoặc nâng vật nặng. Khí nén cũng có thể bị giảm hoặc dao động áp suất không mong muốn, có thể khiến hoạt động bị giật hoặc không ổn định

2. Môi trường

Hệ thống khí nén chiếm ưu thế hơn hệ thống thủy lực khi xét tới yếu tố môi trường, vì thứ duy nhất có thể rò rỉ ra khỏi hệ thống của bạn là không khí. Trong chính hệ thống, khí nén sẽ được làm sạch dầu, nước hoặc các hạt kim loại và bất kỳ chất gây ô nhiễm nào khác bằng bộ lọc. Hệ thống khí nén thường được ưa chuộng bởi các công ty có ý thức về môi trường hoặc những người dự tính thực hành sản xuất xanh hơn.

Bạn cũng có thể chọn khí nén nếu bạn đang lắp đặt hệ thống trong phòng sạch, phòng thí nghiệm dược phẩm hoặc ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống. Trong những môi trường này hoàn toàn không có chỗ cho ô nhiễm, vì vậy hệ thống thủy lực thường nằm ngoài giới hạn vì chúng có thể dễ bị rò rỉ. Cho dù bạn chọn nước hay dầu trong hệ thống thủy lực, một trong hai thứ này đều có khả năng rò rỉ ra ngoài qua các vòng đệm, van hoặc ống mềm bị mòn. Điều này sẽ làm ô nhiễm môi trường bất chấp mọi biện pháp bảo vệ bạn có thể áp dụng.

Sự hiện diện của chất lỏng cũng có thể gây ra sự ăn mòn phần cứng, có thêm nguy cơ gây ô nhiễm. Bể chứa cũng cần thiết cho chất lỏng và chất cặn phải được xử lý khi kết thúc quá trình vận hành.

3. Tốc độ

Tốc độ là một trong những lợi thế lớn nhất của hệ thống khí nén. Khí nén có tốc độ dòng chảy cao, cho phép giải phóng năng lượng nhanh chóng và chuyển động tốc độ cao của các bộ phận chuyển động như bộ truyền động. Bộ truyền động khí nén có thể đạt được tốc độ chu kỳ cao và tăng chu kỳ làm việc, mang lại năng suất cao hơn. Ưu điểm của chuyển động xi lanh nhanh được tăng cường hơn nữa nhờ sự sẵn có của thiết bị ở kích thước rất nhỏ, lý tưởng để sử dụng trong các ứng dụng nhỏ. Không khí có mật độ khối lượng thấp hơn nhiều và có thể chảy nhanh hơn và dễ dàng hơn qua hệ thống đường ống.

Một ưu điểm khác của hệ thống khí nén là van và xi lanh có thể nhanh chóng thay đổi trạng thái hoặc thay đổi hướng bằng cách xả khí nén. Chất này có thể thải thẳng vào khí quyển và không cần thải bỏ thêm.

Nước và dầu thủy lực có lực cản lớn hơn nhiều so với không khí, độ nhớt của dầu khiến nó hoạt động chậm hơn nhiều. Mặc dù cuối cùng nó sẽ phát triển mức lực lớn hơn và duy trì áp suất không đổi, nhưng nó không có tốc độ nhanh như chuyển động của không khí và có thể mất nhiều thời gian hơn để hệ thống của bạn hoạt động. Trong trường hợp rò rỉ hay khẩn cấp, chất lỏng thủy lực có thể không được xả nhanh ra môi trường mà phải được dẫn trở lại bể chứa hoặc bể chứa của nó.

4. Năng lượng

So sánh thủy lực và khí nén về mức tiêu thụ năng lượng, có một số yếu tố cần xem xét. Cả hai hệ thống thường yêu cầu nguồn điện đầu vào để điều khiển chúng và hệ thống khí nén cần máy nén chạy liên tục để cung cấp khí nén. Nguồn cung cấp không khí không thể tái chế và cần được bổ sung liên tục, do đó mức tiêu thụ năng lượng về mặt này có thể cao. Bất kỳ sự rò rỉ không khí nào cũng sẽ gây lãng phí năng lượng trong hệ thống.

Bạn cũng phải tính đến thực tế là hệ thống khí nén bị mất năng lượng do nhiệt sinh ra trong quá trình nén – mặc dù có một số biện pháp có thể được thực hiện để làm cho hệ thống của bạn tiết kiệm năng lượng hơn. May mắn thay, không khí vẫn là miễn phí nên không cần tốn năng lượng để thu thập, bổ sung hoặc xử lý các chất thải.

Chất lỏng thủy lực có thể sử dụng đi sử dụng lại cùng một loại dầu hoặc nước sau lần khởi động đầu tiên. Miễn là bạn có một hệ thống lọc tốt và được bảo trì đúng cách, hệ thống thủy lực có thể rất tiết kiệm năng lượng về lâu dài. Tuy nhiên, năng lượng điện nói chung vẫn cần thiết để điều khiển máy bơm và phần lớn năng lượng mà máy bơm tiêu thụ sẽ bị lãng phí.

5. An toàn

Xem xét thủy lực và khí nén trong môi trường công nghiệp, khí nén chắc chắn là lựa chọn an toàn hơn. Rò rỉ khí nén sẽ không gây ô nhiễm vì không khí không độc hại hoặc ăn mòn, mặc dù các loại khí khác được sử dụng trong thiết bị độc lập hoặc thiết bị cầm tay có thể nguy hiểm. Khí nén thường không gây nguy cơ cháy và sẽ không phát nổ, nhưng việc thoát khí cưỡng bức do hỏng hóc cơ học có thể gây thương tích vật lý.

Mặt khác, chất lỏng thủy lực luôn có nguy cơ rò rỉ nguy hiểm. Ngay cả nước cũng có thể gây hư hỏng nếu nó đủ nóng để gây bỏng. Các môi trường chất lỏng khác như dầu, ethylene glycol, huyết tương và chất lỏng tổng hợp có thể ăn mòn hoặc độc hại. Môi trường chất lỏng có thể dễ cháy và cần có biện pháp phòng ngừa an toàn bổ sung, đồng thời dầu hoặc chất lỏng đã qua sử dụng cuối cùng phải được xả hết và xử lý một cách an toàn. Nói chung, hệ thống thủy lực kết hợp ít bộ phận cơ khí hơn, nhưng chúng có thể bị ăn mòn và hư hỏng bộ phận.

6. Độ phức tạp

Hệ thống thủy lực thường có ít bộ phận chuyển động hơn và có thể được điều khiển dễ dàng bằng các nút ấn và đòn bẩy đơn giản. Mặt khác, thủy lực dựa vào kỹ thuật phức tạp đòi hỏi hệ thống van và ống mềm, cũng như một máy bơm được cung cấp năng lượng từ nguồn năng lượng bên ngoài và một bể chứa để lưu trữ môi trường chất lỏng. Có thể lắp đặt một bộ nguồn tập trung trong nhà máy sản xuất để điều khiển một số ứng dụng thủy lực khác nhau.

Công nghệ mới hơn đang giới thiệu các hệ thống quản lý tốc độ, áp suất và sức mạnh tốt hơn nhiều. Thiết kế hệ thống khí nén cũng thường rất đơn giản và hoạt động ở áp suất thấp hơn nhiều, do đó các bộ phận cấu thành của chúng có thể được làm từ vật liệu rẻ hơn và ít phức tạp hơn. Vì môi trường chất lỏng không ăn mòn hoặc dễ cháy nên không cần phải có biện pháp phòng ngừa để chống lại những mối nguy hiểm về an toàn này. Những tiến bộ công nghệ đã làm tăng tính đa dạng của việc sử dụng hệ thống khí nén, với việc thu nhỏ và vật liệu mới giúp giảm trọng lượng cũng như số lượng lớn.

7. Bảo trì

Hệ thống khí nén sạch hơn và dễ bảo trì hơn hệ thống thủy lực vì môi trường chất lỏng là không khí. Một lịch trình kiểm tra và bảo trì phòng ngừa thường xuyên thường là tất cả những gì cần thiết để duy trì hệ thống khí nén hoạt động, ví dụ: kiểm tra các vòng đệm và đảm bảo không có rò rỉ không khí. Không khí cần phải được làm sạch khỏi các chất gây ô nhiễm và một trong những quy trình bảo trì quan trọng nhất là vệ sinh và thay thế thường xuyên bộ phận lọc-điều chỉnh-bôi trơn.

Với hệ thống thủy lực, vấn đề chính là ăn mòn. Trừ khi bạn có thể lắp đặt các đường ống làm bằng vật liệu không ăn mòn, chẳng hạn như thép mạ kẽm, cần phải theo dõi thường xuyên để đánh giá xem đường ống bị ảnh hưởng như thế nào bởi môi trường chất lỏng. Nước có thể gây ra quá trình oxy hóa và dầu hoặc các chất khác có thể để lại cặn gây ăn mòn. Sẽ cần phải kiểm tra và thay thế thường xuyên các bộ phận quan trọng như vòng đệm, ống mềm và van.

 

Kết luận

Tính linh hoạt của luồng không khí và độ chính xác khi sử dụng làm cho khí nén trở thành một lựa chọn hiển nhiên cho các ứng dụng như dụng cụ y tế, máy khoan nha khoa và robot quy mô nhỏ. Khí nén được sử dụng tốt nhất trong các môi trường chuyên biệt, nơi vệ sinh hoặc thực hành xanh là điều tối quan trọng, nhưng nhìn chung chúng không thực tế đối với các nhiệm vụ nâng vật nặng hoặc quy mô lớn.

Thủy lực là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng có lực cao như vậy và thường được sử dụng trong môi trường xây dựng hoặc khai thác mỏ. Chúng cung cấp mô-men xoắn và lực không đổi, bất chấp mọi thay đổi về tốc độ và duy trì độ cứng ở vị trí. Cuối cùng, trong khi những tiến bộ công nghệ tiếp tục cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng và hiệu suất của cả hai bên, câu hỏi về thủy lực và khí nén cuối cùng cũng tập trung vào bối cảnh.

 

Các bài viết liên quan:

1. Hệ thống thủy lực: Nguyên lý hoạt động và ứng dụng
2. Xây Dựng và Bảo Dưỡng Bộ Lọc Dầu Trong Hệ Thống Thủy Lực
3. Kiểm Tra và Điều Chỉnh Áp Suất trong Hệ Thống Thủy Lực
4. Bơm thủy lực: thiết kế và lựa chọn
5. Xác định và sửa chữa rò rỉ dầu trong hệ thống thủy lực