Xy lanh hàn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nặng và thiết bị thi công nhờ kết cấu chăc chắn, tin cậy và chịu được áp suất cao.
Có nhiều dạng kết cấu khác nhau để so sánh nhưng trong công nghiệp được sử dụng hai loại chủ yếu nhất là xy lanh lắp gu-rông và xy lanh hàn. Chúng ta sẽ so sánh kỹ lưỡng kết cấu hai loại xy lanh này.
Xy lanh lắp gu-rông
Xy lanh kết cấu loại này được sử dụng rộng rãi và thường được chia theo cỡ đường kính lòng từ 1/2 inch đến maximum 24 inch. Người ta sử dụng các thanh gu-rông bằng thép cường độ cao để gông chặt ống vỏ xy lanh giữa hai tấm nắp đầu + đuôi xy lanh. Đối với các đường kính ống nhỏ hơn 10 inch, thường chỉ cần 4 thanh gu-rông nhưng với đường kính lớn hơn, có thể sử dụng tới 20 cây gu-rông loại này phụ thuộc cả vào lực làm việc.
Xy lanh loại này có ưu điểm là dễ dàng lắp ráp chế tạo và tháo dỡ để kiểm tra, bảo dưỡng một cách nhanh chóng với những dụng cụ service đơn giản do đó rất nhiều nhà sản xuất xy lanh loại này. Hiện nay trên thế giới xy lanh loại này đã được tiêu chuẩn hóa về kích thước lắp đặt, áp suất làm việc… nên người sử dụng có thể dễ dàng lựa chọn, thay thế.
Nhược điểm dễ thấy nhất của xy lanh loại này là khả năng chịu áp suất kém hơn, đặc biệt là đối với các xy lanh có đường kính lớn, hành trình làm việc dài.
Kết cấu xy lanh loại này phụ thuộc vào cường độ của các thanh gu-rông và vỏ ống xy lanh, thường là mỏng. Khi ở áp suất cao, các thanh gu-rông bị kéo dãn ra và nếu nó bị kéo dãn nhiều quá, vỏ xy lanh sẽ bị trật ra khỏi mối lắp ghép và do đó, áp suất sẽ thoát ra khỏi vỏ gây ra hư hỏng xy lanh và có thể gây tai nạn cho thiết bị, con người.
Đối với xy lanh có hành trình dài, các thanh gu-rông có thể bị võng và có lực giữ nắp xy lanh không đều nhau. Ở áp suất cao, nắp xy lanh có thể bị thổi bật tung ra do các thanh gu-rông này.
Xy lanh hàn
Xy lanh hàn có kết cấu chịu lực tốt hơn xy lanh gu-rông. Nó có một đầu (thường là phía không co cán) được hàn chặt cố định vào vỏ xy lanh. Ở các xy lanh có đường kính nhỏ, đầu phía cán xy lanh được ghép bằng ren xoáy vào vỏ còn đối với xy lanh đường kính lớn, chúng được ghép bằng các bu-lông vào một tấm bích thép dầy, được hàn chắc chắn vào vỏ xy lanh. Độ dầy vỏ xy lanh loại này cũng lớn hơn để thích hợp cho việc hàn nối và là một phần chịu lực chính của xy lanh.
Với kết cấu loại này, xy lanh không phải lo bị hư hỏng bởi áp suất cao và hành trình làm việc có thể tương đối dài (cái xy lanh tôi nghe nói có hành trình lớn nhất lên đến 25 mét).
Nhờ có kết cấu vỏ dầy, chắc chắn nên xy lanh hàn cũng dễ gắn các chi tiết lắp ghép (mounting) dễ dàng ở bất cứ vị trí nào trên cả chiều dài thân vỏ. Điều này cũng hữu ích hơn nhiều so với xy lanh gu-rông vì nó giúp người chế tạo có nhiều lựa chọn hơn trong việc thiết kế.
Nói về hình thức bề ngoài thì vỏ xy lanh hàn tròn chịa trông đẹp và dễ lau chùi, sơn phết hơn
Do kết cấu hàn một đầu nên xy lanh loại này bắt buộc phải tháo phía đầu cán để tiến hành thay thế, bảo dưỡng xy lanh. Đây là một nhược điểm không nhỏ của xy lanh hàn, đặc biệt khi nó được lắp ráp ở các vị trí máy khó tháo lắp. Một điểm quan trọng nữa là do vỏ xy lanh dầy nên nếu có các hư hỏng như xước nhẹ ở bên trong lòng ống, người ta có thể tiến hành mài/doa (honing) lại đường kính trong để tiếp tục sử dụng mà không ảnh hưởng quá nhiều đến chất lượng phục vụ.
Cũng do kết cấu hàn nên xy lanh có thể chịu được áp suất cao hơn hẳn xy lanh gu-rông và nó thích hợp cho các nhu cầu sử dụng nặng (heavy duty) như thiết bị mobile, các kết cấu chịu lực chính, quan trọng…
Xy lanh tầng
Xy lanh tầng có hành trình làm việc lớn hơn so với kích thước hai đầu của nó khi ở vị trí “thụt”. Đây là ưu điểm quan trọng nhất của xy lanh loại này. Tùy thuộc theo số tầng làm việc, được xếp trong một cái vỏ lớn bao ngoài, hành trình làm việc của xy lanh có thể gấp 3-5 lần chiều dài vỏ do đó nó thường được sử dụng trong các khoảng không gian lắp ráp máy hẹp nhưng lại yêu cầu khoảng làm việc lớn.
Ví dụ dễ gặp nhất của xy lanh loại này là xy lanh nâng ben (thùng) xe tải. Về nguyên tắc, thùng xe phải được dốc đứng lên ít nhất 60 độ để đảm bảo đổ hết hàng hóa bên trong thùng. Như vậy hành trình làm việc của xy lanh nâng ben phải đủ dài. Tuy nhiên, khi thùng hạ xuống, lại cần xy lanh gọn nhỏ để xếp gọn trong lòng thùng ben. Xy lanh một tầng không thể đáp ứng được yêu cầu này. Một ứng dụng khác cũng hay gặp đó là xy lanh thò/thụt cần antenna xe cẩu bánh lốp.
Kết cấu của xy lanh nhiều tầng bao gồm nhiều đoạn ống được lồng với nhau, cái nọ nằm trong lòng cái kia. Mỗi đoạn ống có các bộ gioăng làm kín riêng để ngăn không cho dầu rò rỉ ra bên ngoài. Các đoạn ống cũng có các bạc đỡ riêng để đảm bảo đủ cứng vững khi xy lanh thò ra ngoài vỏ.
Xy lanh nhiều tầng phổ biến ở 2 đến 6 tầng. 6 tầng là giới hạn vì khả năng chế tạo, giá thành, khả năng cứng vững khi làm việc. Xin lưu ý rằng các loại xy lanh thủy lực nói chung đều chịu lực ngang rất kém khi thò cần ra và đối với xy lanh nhiều tầng, khả năng này càng dở.
Xy lanh nhiều tầng cũng được chế tạo ở hai kiểu: Xy lanh tác động đơn và xy lanh tác động kép.
Xy lanh tác động đơn được sử dụng nhiều hơn cả, tuy nhiên nó phải nhờ trọng lực để thu cán về hết. Xy lanh tác động kép có kết cấu phức tạp hơn nhiều vì phải bố trí các đường dầu cấp bên trong lòng xy lanh để các tầng của xy lanh làm việc ở cả hai chế độ thò và thụt. Xy lanh tầng tác động hai phía thường được sử dụng ở vị trí lắp đặt nằm ngang nên do đó trọng lượng của xy lanh và tải trên đầu cần không giúp nó hồi vị được. Điều này chỉ được thược hiện nhờ dầu thủy lực có áp.
Một kết cấu lai giữa hai loại này cũng hay được sử dụng đó là xy lanh tầng tác động đơn nhưng ở tầng xy lanh trong cùng lại là tác động kép. Kết cấu này được sử dụng khi không có lực đủ lớn ban đầu để hồi vị cấn xy lanh trong cùng (có diện tích làm việc lớn nhất). Ví dụ như ở hình vẽ dưới đây: khi xy lanh duỗi hết để nâng một cái khung giàn lên vị trí thắng đứng thì khi hạ xuống, trong lượng của khung dồn về xy lanh không đủ để nó nghiêng xuống. Do đó, xy lanh thủy lực được sử dụng để thu cần ở đoạn trong cùng. Khi khung đã nghiêng, lực sẽ đủ lớn để ép các đoạn xy lanh thụt vào.
Do kết cấu phức tạp nên xy lanh tầng tác động kép thường có giá rất cao hơn so với xy lanh tác động đơn.
Sử dụng xy lanh tầng cần phải tính toán lực, các khâu khớp chuyển động chuẩn xác để cơ cấu hoạt động mượt mà, không gây ra các tải tác động không đúng tâm lên đầu cần xy lanh – là nguyên nhân gây ra gẫy, hỏng, nổ lòng xy lanh (do quá áp). Hành trình của xy lanh dài nên cũng phải cân nhắc trọng lượng làm việc của bản thân xy lanh trong tính toán chi tiết máy.
Có nhiều dạng kết cấu khác nhau để so sánh nhưng trong công nghiệp được sử dụng hai loại chủ yếu nhất là xy lanh lắp gu-rông và xy lanh hàn. Chúng ta sẽ so sánh kỹ lưỡng kết cấu hai loại xy lanh này.
Xy lanh lắp gu-rông
Xy lanh kết cấu loại này được sử dụng rộng rãi và thường được chia theo cỡ đường kính lòng từ 1/2 inch đến maximum 24 inch. Người ta sử dụng các thanh gu-rông bằng thép cường độ cao để gông chặt ống vỏ xy lanh giữa hai tấm nắp đầu + đuôi xy lanh. Đối với các đường kính ống nhỏ hơn 10 inch, thường chỉ cần 4 thanh gu-rông nhưng với đường kính lớn hơn, có thể sử dụng tới 20 cây gu-rông loại này phụ thuộc cả vào lực làm việc.
Xy lanh loại này có ưu điểm là dễ dàng lắp ráp chế tạo và tháo dỡ để kiểm tra, bảo dưỡng một cách nhanh chóng với những dụng cụ service đơn giản do đó rất nhiều nhà sản xuất xy lanh loại này. Hiện nay trên thế giới xy lanh loại này đã được tiêu chuẩn hóa về kích thước lắp đặt, áp suất làm việc… nên người sử dụng có thể dễ dàng lựa chọn, thay thế.
Nhược điểm dễ thấy nhất của xy lanh loại này là khả năng chịu áp suất kém hơn, đặc biệt là đối với các xy lanh có đường kính lớn, hành trình làm việc dài.
Kết cấu xy lanh loại này phụ thuộc vào cường độ của các thanh gu-rông và vỏ ống xy lanh, thường là mỏng. Khi ở áp suất cao, các thanh gu-rông bị kéo dãn ra và nếu nó bị kéo dãn nhiều quá, vỏ xy lanh sẽ bị trật ra khỏi mối lắp ghép và do đó, áp suất sẽ thoát ra khỏi vỏ gây ra hư hỏng xy lanh và có thể gây tai nạn cho thiết bị, con người.
Đối với xy lanh có hành trình dài, các thanh gu-rông có thể bị võng và có lực giữ nắp xy lanh không đều nhau. Ở áp suất cao, nắp xy lanh có thể bị thổi bật tung ra do các thanh gu-rông này.
Xy lanh hàn
Xy lanh hàn có kết cấu chịu lực tốt hơn xy lanh gu-rông. Nó có một đầu (thường là phía không co cán) được hàn chặt cố định vào vỏ xy lanh. Ở các xy lanh có đường kính nhỏ, đầu phía cán xy lanh được ghép bằng ren xoáy vào vỏ còn đối với xy lanh đường kính lớn, chúng được ghép bằng các bu-lông vào một tấm bích thép dầy, được hàn chắc chắn vào vỏ xy lanh. Độ dầy vỏ xy lanh loại này cũng lớn hơn để thích hợp cho việc hàn nối và là một phần chịu lực chính của xy lanh.
Với kết cấu loại này, xy lanh không phải lo bị hư hỏng bởi áp suất cao và hành trình làm việc có thể tương đối dài (cái xy lanh tôi nghe nói có hành trình lớn nhất lên đến 25 mét).
Nhờ có kết cấu vỏ dầy, chắc chắn nên xy lanh hàn cũng dễ gắn các chi tiết lắp ghép (mounting) dễ dàng ở bất cứ vị trí nào trên cả chiều dài thân vỏ. Điều này cũng hữu ích hơn nhiều so với xy lanh gu-rông vì nó giúp người chế tạo có nhiều lựa chọn hơn trong việc thiết kế.
Nói về hình thức bề ngoài thì vỏ xy lanh hàn tròn chịa trông đẹp và dễ lau chùi, sơn phết hơn
Do kết cấu hàn một đầu nên xy lanh loại này bắt buộc phải tháo phía đầu cán để tiến hành thay thế, bảo dưỡng xy lanh. Đây là một nhược điểm không nhỏ của xy lanh hàn, đặc biệt khi nó được lắp ráp ở các vị trí máy khó tháo lắp. Một điểm quan trọng nữa là do vỏ xy lanh dầy nên nếu có các hư hỏng như xước nhẹ ở bên trong lòng ống, người ta có thể tiến hành mài/doa (honing) lại đường kính trong để tiếp tục sử dụng mà không ảnh hưởng quá nhiều đến chất lượng phục vụ.
Cũng do kết cấu hàn nên xy lanh có thể chịu được áp suất cao hơn hẳn xy lanh gu-rông và nó thích hợp cho các nhu cầu sử dụng nặng (heavy duty) như thiết bị mobile, các kết cấu chịu lực chính, quan trọng…
Xy lanh tầng
Xy lanh tầng có hành trình làm việc lớn hơn so với kích thước hai đầu của nó khi ở vị trí “thụt”. Đây là ưu điểm quan trọng nhất của xy lanh loại này. Tùy thuộc theo số tầng làm việc, được xếp trong một cái vỏ lớn bao ngoài, hành trình làm việc của xy lanh có thể gấp 3-5 lần chiều dài vỏ do đó nó thường được sử dụng trong các khoảng không gian lắp ráp máy hẹp nhưng lại yêu cầu khoảng làm việc lớn.
Ví dụ dễ gặp nhất của xy lanh loại này là xy lanh nâng ben (thùng) xe tải. Về nguyên tắc, thùng xe phải được dốc đứng lên ít nhất 60 độ để đảm bảo đổ hết hàng hóa bên trong thùng. Như vậy hành trình làm việc của xy lanh nâng ben phải đủ dài. Tuy nhiên, khi thùng hạ xuống, lại cần xy lanh gọn nhỏ để xếp gọn trong lòng thùng ben. Xy lanh một tầng không thể đáp ứng được yêu cầu này. Một ứng dụng khác cũng hay gặp đó là xy lanh thò/thụt cần antenna xe cẩu bánh lốp.
Kết cấu của xy lanh nhiều tầng bao gồm nhiều đoạn ống được lồng với nhau, cái nọ nằm trong lòng cái kia. Mỗi đoạn ống có các bộ gioăng làm kín riêng để ngăn không cho dầu rò rỉ ra bên ngoài. Các đoạn ống cũng có các bạc đỡ riêng để đảm bảo đủ cứng vững khi xy lanh thò ra ngoài vỏ.
Xy lanh nhiều tầng phổ biến ở 2 đến 6 tầng. 6 tầng là giới hạn vì khả năng chế tạo, giá thành, khả năng cứng vững khi làm việc. Xin lưu ý rằng các loại xy lanh thủy lực nói chung đều chịu lực ngang rất kém khi thò cần ra và đối với xy lanh nhiều tầng, khả năng này càng dở.
Xy lanh nhiều tầng cũng được chế tạo ở hai kiểu: Xy lanh tác động đơn và xy lanh tác động kép.
Xy lanh tác động đơn được sử dụng nhiều hơn cả, tuy nhiên nó phải nhờ trọng lực để thu cán về hết. Xy lanh tác động kép có kết cấu phức tạp hơn nhiều vì phải bố trí các đường dầu cấp bên trong lòng xy lanh để các tầng của xy lanh làm việc ở cả hai chế độ thò và thụt. Xy lanh tầng tác động hai phía thường được sử dụng ở vị trí lắp đặt nằm ngang nên do đó trọng lượng của xy lanh và tải trên đầu cần không giúp nó hồi vị được. Điều này chỉ được thược hiện nhờ dầu thủy lực có áp.
Một kết cấu lai giữa hai loại này cũng hay được sử dụng đó là xy lanh tầng tác động đơn nhưng ở tầng xy lanh trong cùng lại là tác động kép. Kết cấu này được sử dụng khi không có lực đủ lớn ban đầu để hồi vị cấn xy lanh trong cùng (có diện tích làm việc lớn nhất). Ví dụ như ở hình vẽ dưới đây: khi xy lanh duỗi hết để nâng một cái khung giàn lên vị trí thắng đứng thì khi hạ xuống, trong lượng của khung dồn về xy lanh không đủ để nó nghiêng xuống. Do đó, xy lanh thủy lực được sử dụng để thu cần ở đoạn trong cùng. Khi khung đã nghiêng, lực sẽ đủ lớn để ép các đoạn xy lanh thụt vào.
Do kết cấu phức tạp nên xy lanh tầng tác động kép thường có giá rất cao hơn so với xy lanh tác động đơn.
Sử dụng xy lanh tầng cần phải tính toán lực, các khâu khớp chuyển động chuẩn xác để cơ cấu hoạt động mượt mà, không gây ra các tải tác động không đúng tâm lên đầu cần xy lanh – là nguyên nhân gây ra gẫy, hỏng, nổ lòng xy lanh (do quá áp). Hành trình của xy lanh dài nên cũng phải cân nhắc trọng lượng làm việc của bản thân xy lanh trong tính toán chi tiết máy.
