Hệ thống thủy lực truyền năng lượng bằng cách sử dụng áp suất của chất lỏng không nén được trong một hệ thống kín. Thông thường, chất lỏng không nén được này sẽ là dầu. Trong mọi thiết kế cơ bản của hệ thống thủy lực sẽ có 2 pít-tông được kết nối với một xi lanh chung. Trong khi tạo áp lực lên bất kỳ pít-tông nào, chất lỏng di chuyển qua xi-lanh và đi vào pít-tông thứ hai. Nguyên tắc đằng sau khái niệm hệ thống thủy lực này là định luật Pascal (F = P x A, trong đó F là lực tác dụng, P là áp suất được truyền và A là diện tích mặt cắt ngang)

Ví dụ về nguyên tắc của công nghệ thủy lực theo định luật Pascal

Các ứng dụng của hệ thống thủy lực ở khắp mọi nơi. Hệ thống thủy lực được sử dụng trong các thiết bị nâng hạ (kích thủy lực, thiết bị nâng xe lăn), máy ép thủy lực (dùng trong máy nghiền ô tô), máy bay, tàu thuyền, hệ thống phanh và trợ lực lái của ô tô, xe tải, thang máy,… Trong máy bay, các hệ thống thủy lực được sử dụng để di chuyển và khởi động thiết bị hạ cánh, cánh tà (wing flaps) và phanh, điều khiển chuyến bay, cánh lướt gió, bộ đảo ngược lực đẩy,… đều có thể ứng dụng công nghệ thủy lực. Còn trong tàu thủy, bộ phận sử dụng công nghệ thủy lực chủ đạo là cành tà và bánh lái.

1. Ưu điểm của công nghệ thủy lực

Ưu điểm lớn nhất của năng lượng thủy lực được cho là mật độ năng lượng của nó. Các thành phần thủy lực có thể chuyển đổi và truyền tải năng lượng với mức tiêu thụ không gian tương đối nhỏ hơn nhiều so với bất kỳ công nghệ hiện có nào. Điều này có ý nghĩa to lớn đối với diện tích thiết bị và kích thước của máy. Đối với một khối lượng vật chất nhất định, cả khả năng phát triển lực trong bộ truyền động thủy lực tuyến tính hoặc
mô-men xoắn trong động cơ thủy lực đều lớn hơn nhiều lần. Do đó, thủy lực tiếp tục là công nghệ được lựa chọn cho các ứng dụng hạng nặng này.

Có người còn gọi thủy lực là “sức mạnh cơ bắp” của bất kỳ thiết bị xây dựng nào bởi nó đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành các thiết bị và thực hiện các chức năng của thiết bị như đào, xúc, chất tải,… Ưu điểm lớn nhất của công nghệ thủy lực là lực đầu ra cao, điều khiển chính xác với thành phần cơ bản và lưu thông chất lỏng đảm bảo loại bỏ nhiệt (hạn chế việc gây cháy nổ máy móc). Cùng đó, áp suất thủy lực có thể được truyền qua khoảng cách dài và thông qua các cấu hình máy móc phức tạp mà hao phí năng lượng rất nhỏ. Công nghệ thủy lực cũng được đánh giá cao trong việc điều khiển đa chức năng – một máy bơm thủy lực duy nhất có thể cung cấp năng lượng cho nhiều xi-lanh, động cơ hoặc các bộ truyền động khác.

Hiện nay, thủy lực được sử dụng rộng rãi vì chúng có thể truyền năng lượng hoặc điện năng một cách hiệu quả đến các địa điểm xa với ít bộ phận chuyển động và hiệu quả cao. Được biết đến là một hệ thống dễ dàng, linh hoạt với các chuyển động tốc độ cao. Có thể kể ra một số ưu điểm khác là:

– Hệ thống thủy lực dễ điều khiển và chính xác. Bởi vì, người vận hành hệ thống có thể dễ dàng khởi động, dừng, tăng tốc và giảm tốc độ hệ thống bằng các cần gạt và nút ấn đơn giản.

– Chỉ các hệ thống thủy lực mới có thể cung cấp mô-men xoắn hoặc lực không đổi bất kể tốc độ thay đổi.

– Dễ dàng phát hiện rò rỉ của một hệ thống thủy lực.

– Hệ thống bôi trơn tập trung tự động bôi trơn và bảo vệ đúng điểm.

– Các hệ thống này không gây ra tia lửa điện. Vì vậy, các hệ thống này an toàn để sử dụng trong các nhà máy hóa chất và hầm mỏ.

– Hệ thống thủy lực có khả năng duy trì độ nhớt đủ điều kiện bay, mật độ và nhiệt độ của chất lỏng trong môi trường rất nóng.

Sử dụng sức mạnh thủy lực có thể được truyền qua các dòng linh hoạt, thay đổi.

– Các thành phần thủy lực cho phép thay đổi tốc độ vi mô.

– Hạn chế tối đa những tiếng ồn không mong muốn.

2. Nhược điểm của công nghệ thủy lực

Dù có nhiều ưu điểm vượt trội so với các công nghệ truyền động khác, thủy lực vẫn có phần hạn chế của nó, bao gồm:

– Dung dịch thủy lực là yêu cầu chính của bất kỳ hệ thống thủy lực nào. Rò rỉ các chất lỏng này sẽ tạo ra các vấn đề về môi trường và an toàn.

– Các chất gây ô nhiễm có trong chất lỏng thủy lực sẽ làm hỏng hiệu suất và năng suất của hệ thống, do đó cần phải lọc liên tục.

– Lựa chọn sai dung dịch thủy lực cho hệ thống sẽ làm hỏng các bộ phận linh kiện.

– Cần đảm bảo về bảo trì thiết bị và hệ thống thủy lực.

Từ những nhược điểm kể trên, ta có thể thấy rằng vấn đề xử lý áp suất chênh lệch mà không gây ra rò rỉ là thách thức lớn nhất của việc sử dụng công nghệ thủy lực, liên quan trực tiếp đến quá trình thiết kế và sản xuất các thiết bị này đòi hỏi những tính toán chính xác và sản xuất đáp ứng đúng tiêu chuẩn chất lượng. Ngoài ra, sau khi hoàn thiện hệ thống động cơ sử dụng công nghệ thủy lực rồi thì việc bảo trì, bảo dưỡng cũng vô cùng quan trọng.

3. Ứng dụng phổ biến của công nghệ thủy lực

Từ những ưu điểm vượt trội, công nghệ thủy lực đã được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống máy móc, đặc biệt là các thiết bị yêu cầu mức độ an toàn cao. Trong đó, nổi bật là ứng dụng công nghệ thủy lực vào các thiết bị nâng – hạ như máy bay, ngành đóng tàu, thang máy, máy cẩu,…

Máy bay:

Tất cả các máy bay, máy bay quân sự và máy bay trực thăng đều sử dụng các ứng dụng thủy lực vì hiệu quả chi phí, dễ bảo trì và hiệu quả vận hành. Hệ thống thủy lực là một phần không thể thiếu của mỗi máy bay vì độ an toàn, tốc độ và hiệu quả năng lượng của nó. Quan trọng nhất là khả năng khởi động và tăng tốc nhanh chóng chỉ có thể đạt được bằng cách sử dụng thủy lực, khác với hệ thống truyền tải điện và khí nén. Ngoài ra, thiết kế nhỏ và nhẹ của hệ thống thủy lực sẽ cải thiện hiệu quả và giảm khí thải. Tháp pháo (máy bay quân sự), hệ thống lái tự động, hệ thống hấp thụ sốc, bánh răng hạ cánh, cánh tà, cửa và hầm, phanh, cửa khoang bom,… là một số ứng dụng thủy lực trong máy bay.

Một số vị trí ứng dụng công nghệ thủy lực trên máy bay

Ngành đóng tàu:

Ngành đóng tàu là ngành thuộc công nghiệp nặng vì vậy ứng dụng hệ thống thủy lực càng được vận dụng nhiều. Máy móc thiết bị tàu phải đối mặt với rất nhiều thách thức cả trên cạn và dưới nước. Lựa chọn các thiết bị sử dụng công nghệ thủy lực là tốt nhất trong việc xếp hạng và cung cấp độ an toàn và hiệu suất cần thiết để duy trì thiết bị của bạn trong điều kiện tối ưu. Đầu nối, ống mềm, mô-tơ thủy lực, bơm thủy lực,… trên tàu thủy đều là các ứng dụng công nghệ thủy lực.

Mô-tơ thủy lực với vận tốc nhỏ mô-men lớn ứng dụng trong ngành đóng tàu

Thang máy thủy lực:

Đây được coi là một kỳ tích vĩ đại của kỹ thuật.

Một trong những phát minh vĩ đại nhất của thế kỷ 19 phải là thang máy. Hiện tại chúng ta có các loại thang máy: thang máy cáp kéo, thang máy trục vít, thang máy chân không và thang máy thủy lực. Mỗi loại thang máy này đều có ưu và nhược điểm riêng.

Cơ chế hoạt động của thang máy thủy lực: Cơ chế nâng của xe nâng thủy lực sử dụng một máy bơm chạy bằng điện, bơm này sẽ đẩy chất lỏng có áp suất vào một hệ thống nâng bằng kích. Pít-tông trong một xi lanh ở chân thang máy sau đó cung cấp năng lượng cho thang máy lên và xuống.

Mô hình một thang máy sử dụng công nghệ thủy lực