Các hệ thống thủy lực thường chạy nóng hơn vào mùa hè, đặc biệt là trên máy móc xây dựng, thiết bị nông nghiệp, máy xử lý chất thải, máy ép thủy lực, thiết bị xử lý vật liệu, và thiết bị công nghiệp hoạt động liên tục.
Khi nhiệt độ môi trường tăng lên, hệ thống trở nên kém khả năng phát tán nhiệt ra không khí xung quanh. Sau khi hoạt động trong một thời gian, một máy có thể cho thấy chuyển động chậm hơn, áp suất không ổn định, tiếng ồn tăng, dầu nổi bọt, báo động nhiệt độ, hoặc tự động ngắt.
Thời tiết nóng, tuy nhiên, hiếm khi là nguyên nhân duy nhất gây ra tình trạng quá nhiệt cho hệ thống thủy lực. Rò rỉ bên trong, chặt van, dòng thoát liên tục, trở kháng ống, áp suất ngược, và độ ma sát của cơ cấu tác động đều chuyển đổi năng lượng đầu vào thành nhiệt.
Khi nhiệt được sinh ra nhanh hơn mức có thể loại bỏ, nhiệt độ dầu tăng lên và có thể ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống thủy lực.
Tại sao các hệ thống thủy lực lại dễ bị quá nhiệt hơn vào mùa hè?
Các hệ thống thủy lực sinh nhiệt bất cứ khi nào năng lượng bị mất thay vì chuyển đổi thành công việc cơ học hữu ích.
Các nguồn nhiệt phổ biến bao gồm bơm mòn, van rò rỉ, chặt quá mức, ống dẫn nhỏ, áp suất ngược cao, hoạt động của van thoát liên tục, và ma sát cơ học.
Trong thời tiết mát, bể chứa, ống dẫn, và thiết bị làm mát vẫn có thể phát tán đủ nhiệt để duy trì nhiệt độ dầu chấp nhận được. Vào mùa hè, chênh lệch nhiệt độ giữa dầu nóng và không khí xung quanh trở nên nhỏ hơn, làm giảm hiệu quả làm mát.
Một hệ thống hoạt động bình thường vào mùa xuân hoặc mùa thu có thể gặp tình trạng quá nhiệt vào mùa hè ngay cả khi khối lượng công việc của nó không thay đổi.
Độ nhớt của dầu thủy lực giảm
Nhiệt độ cao khiến dầu thủy lực trở nên loãng hơn.
Dầu thủy lực phải truyền áp lực trong khi cung cấp bôi trơn, niêm phong, làm mát và bảo vệ chống ăn mòn. Khi độ nhớt trở nên quá thấp, lớp bôi trơn giữa các bề mặt chuyển động trở nên yếu hơn.
Điều này có thể dẫn đến bôi trơn bơm kém, van mài mòn nhanh hơn, ma sát tăng lên và rò rỉ nội bộ cao hơn. Do đó, một số máy móc hoạt động bình thường sau khi khởi động nhưng dần dần trở nên chậm hơn hoặc yếu hơn khi dầu nóng lên.
Việc lựa chọn dầu cần xem xét các yêu cầu của bơm, áp suất làm việc, nhiệt độ môi trường, chu kỳ làm việc và nhiệt độ dầu thực tế khi vận hành. Chỉ cần sử dụng dầu đặc hơn có thể gây ra vấn đề khởi động lạnh hoặc vấn đề hút bơm.
Rò rỉ bên trong tăng lên
Các bơm thủy lực, van, động cơ và xy lanh chứa các khoảng cách nội bộ có kiểm soát.
Khi dầu nóng trở nên loãng hơn, nó dễ dàng di chuyển hơn từ các khu vực có áp lực cao sang khu vực có áp lực thấp. Kết quả có thể là:
- Giảm dòng chảy ra bơm
- Chuyển động xy lanh thủy lực chậm hơn
- Tốc độ động cơ thủy lực thấp hơn
- Giảm lực hoặc mô men xoắn
- Thời gian xây dựng áp suất lâu hơn
- Hiệu suất giữ áp suất kém
- Tải trôi hoặc xy lanh chìm
Rò rỉ nội bộ cũng tạo ra nhiệt thêm, tạo ra một chu trình lặp lại:
Nhiệt độ cao hơn → độ nhớt thấp hơn → nhiều rò rỉ hơn → hiệu suất thấp hơn → nhiều nhiệt hơn
Nếu chu trình này tiếp tục, máy có thể mất hiệu suất hoặc kích hoạt báo động nhiệt độ cao.
Hiệu suất hệ thống và độ ổn định điều khiển giảm
Khi rò rỉ và tổn thất áp suất tăng lên, ít năng lượng hơn do động cơ điện hoặc động cơ cung cấp sẽ đến được bộ chấp hành.
Các triệu chứng điển hình bao gồm nâng chậm hơn, thời gian chu kỳ xy lanh dài hơn, chuyển động yếu khi có tải, tốc độ động cơ thủy lực giảm, dòng điện động cơ tăng và tiêu thụ nhiên liệu cao hơn.
Nhiệt độ dầu cao cũng có thể ảnh hưởng đến van áp suất, van điều khiển dòng chảy, van định hướng, van tỷ lệ và van servo.
Người vận hành có thể nhận thấy áp suất fluctuating, tốc độ bộ chấp hành không ổn định, phản ứng chậm, di chuyển chậm tốc độ thấp, hoặc sự khác biệt rõ ràng giữa vận hành lạnh và nóng.
Van và van servo đặc biệt nhạy cảm với độ nhớt của dầu, sạch sẽ và nhiệt độ. Khi nhiệt độ cao kết hợp với ô nhiễm, bùn hoặc vecni, độ chính xác điều khiển có thể xấu đi thêm.
Mòn bơm và rủi ro khí cavitation tăng lên
Bơm thủy lực phụ thuộc vào dầu để bôi trơn, niêm phong và làm mát.
Khi dầu trở nên quá loãng, lớp màng bôi trơn bên trong yếu đi. Rò rỉ bơm, ma sát và mài mòn có thể tăng lên, làm giảm đầu ra và tạo ra nhiệt độ bổ sung.
Điều kiện mùa hè cũng có thể khiến các vấn đề ở phía hút bộc lộ như:
- Mức dầu trong bể thấp
- Lưới hút bị tắc
- Đường ống hút nhỏ hơn kích thước yêu cầu
- Các khớp nối lỏng lẻo cho phép không khí vào
- Thiết kế bể chứa kém
- Dầu bị tạo bọt hoặc có không khí
Các triệu chứng có thể bao gồm tiếng bơm ồn ào, rung động, dòng chảy pulsating, dầu nổi bọt và chuyển động của bộ điều khiển không ổn định.
Nhiệt độ cao không phải lúc nào cũng là nguyên nhân trực tiếp gây ra hiện tượng cavitation, nhưng nó có thể làm cho hệ thống hút vốn đã mỏng manh có nhiều khả năng phát sinh vấn đề.
Dầu thủy lực, gioăng, và ống dẫn lão hóa nhanh hơn
Dầu thủy lực bị oxy hóa nhanh hơn khi nó giữ nhiệt lâu dài.
Dầu đã oxy hóa có thể sẫm màu và tạo ra mùi lạ, bùn, vecni, axit hoặc các cặn bã khác. Những sản phẩm này có thể gây ra chuyển động van dính, đường ống bị tắc, tốc độ tắc lọc nhanh hơn, hiệu suất làm mát thấp hơn, và thời gian dịch vụ dầu ngắn hơn.
Chỉ đơn giản là thêm dầu mới có thể không giải quyết được vấn đề nếu dầu đã bị suy thoái, độ ẩm, bùn và ô nhiễm còn nằm bên trong hệ thống.
Nhiệt độ cao cũng ảnh hưởng đến các con dấu thủy lực, O-rings và ống dẫn. Sự tiếp xúc lâu dài có thể làm cho các vật liệu này cứng lại, mềm đi, phồng lên, nứt vỡ hoặc mất độ đàn hồi.
Những hỏng hóc phổ biến bao gồm:
- Rò rỉ con dấu thanh xi lanh thủy lực
- Rò rỉ tại các mối nối mặt bích hoặc ống dẫn
- O-rings đã cứng lại hoặc biến dạng
- Vỏ ống dẫn bị nứt
- Ống dẫn phồng hoặc nổi bọng
- Rò rỉ quanh các bộ phận nối ống dẫn
Các thành phần được lắp đặt gần động cơ, ống xả, lò sưởi, hoặc vật liệu nóng có thể trải qua nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt độ dầu trung bình trong bể.
Dung tích làm mát và bể chứa có thể không đủ
Các bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng không khí trở nên kém hiệu quả khi nhiệt độ môi trường tăng.
Hiệu suất làm mát cũng có thể giảm do cánh quạt bẩn, lưu lượng không khí không đủ, quay quạt không đúng, hỏng quạt, thông gió kém, sự tuần hoàn không khí nóng, cặn bên trong bộ làm mát nước, hoặc lưu lượng nước làm mát không đủ.
Tuy nhiên, việc lắp đặt một bộ làm mát lớn hơn không phải lúc nào cũng giải quyết được hiện tượng quá nhiệt của hệ thống thủy lực.
Nếu hệ thống sản sinh ra nhiệt quá mức do mòn bơm, dòng chảy giải tỏa liên tục, thắt chặt không cần thiết, hoặc áp suất trả về cao, nguồn sinh nhiệt nên được chỉnh sửa trước. Một bộ làm mát lớn hơn chỉ loại bỏ nhiệt sau khi nó đã được sản sinh.
Thiết kế bể chứa cũng quan trọng. Một bể chứa quá nhỏ có thể không cung cấp đủ thời gian để tiêu tán nhiệt và tách không khí. Thiết kế bên trong kém có thể cho phép dầu trở lại nóng chảy trực tiếp về phía cổng hút bơm.
Mức dầu thấp làm giảm thêm lượng dầu có sẵn để hấp thụ và phát tán nhiệt. Nó cũng có thể cho phép không khí vào đường ống hút.
Tại sao hệ thống hoạt động bình thường khi lạnh nhưng lại thất bại khi nóng?
Nhiệt độ mùa hè thường tiết lộ những vấn đề đã tồn tại.
Một bơm đã mòn vẫn có thể cung cấp đủ lưu lượng với dầu lạnh và đặc hơn. Một van rò rỉ có thể giữ áp suất khi lạnh nhưng sẽ rò rỉ quá mức sau khi dầu nóng lên. Một bộ làm mát quá nhỏ có thể hoạt động trong thời tiết ôn hòa, trong khi một gioăng cũ có thể bắt đầu rò rỉ chỉ sau khi hệ thống ấm lên.
Vì lý do này, việc chẩn đoán sự cố nên so sánh điều kiện hoạt động lạnh và nóng.
Các phép đo hữu ích bao gồm:
- Áp suất đầu ra bơm và lưu lượng thực tế
- Thời gian chu trình của xi lanh thủy lực hoặc động cơ
- Dòng điện của động cơ điện
- Nhiệt độ dầu trong bể chứa
- Nhiệt độ của bơm và khối van
- Nhiệt độ đầu vào và đầu ra của bộ làm mát
- Áp suất đường ống trả về
- Hiệu suất giữ áp suất
Chỉ đo nhiệt độ bên ngoài của bể chứa thường không đủ để xác định nguồn nhiệt thực sự.
Cách chẩn đoán tình trạng quá nhiệt của hệ thống thủy lực
Một cuộc điều tra quá nhiệt thực tế nên trả lời ba câu hỏi.
Nhiệt đang được sinh ra ở đâu?
Kiểm tra độ mòn của bơm, sự rò rỉ của van trong, dòng xả liên tục, sự điều chỉnh quá mức, độ kháng ống cao, áp suất ngược của đường ống trở về và ma sát của bộ hành động.
Hệ thống có thể loại bỏ nhiệt không?
Kiểm tra bộ làm mát, quạt làm mát, dung tích bể chứa, thông gió thiết bị, nguồn cung cấp nước làm mát, các nguồn nhiệt bên ngoài và độ sạch của bộ trao đổi nhiệt.
Có gì thay đổi sau khi hệ thống trở nên nóng?
So sánh áp suất, lưu lượng, tốc độ di chuyển, hiệu suất giữ, độ ồn, dòng điện động cơ và thời gian chu trình trước và sau khi hệ thống ấm lên.
Những so sánh này giúp xác định xem vấn đề chính có liên quan đến bơm, khối van, bộ hành động, dầu thủy lực, ống dẫn, bể chứa hay hệ thống làm mát.
Kết luận
Nhiệt độ mùa hè có thể gây ra chuỗi các vấn đề về hiệu suất và độ tin cậy trong các hệ thống thủy lực.
Khi nhiệt độ dầu tăng, độ nhớt giảm, lượng rò rỉ bên trong tăng lên và hiệu suất của hệ thống giảm. Kiểm soát áp suất và lưu lượng có thể trở nên không ổn định, trong khi bơm, gioăng, ống, và dầu thủy lực sẽ trải qua quá trình mòn và lão hóa nhanh hơn.
Tuy nhiên, việc quá nhiệt ở hệ thống thủy lực không nên tự động bị đổ lỗi cho thời tiết nóng hoặc năng lực làm mát không đủ. Nguyên nhân thực sự có thể là do sự mài mòn của bơm, rò rỉ van, dòng chảy xả liên tục, tổn thất áp suất quá mức, áp suất trở về cao, thiết kế bể chứa kém, hoặc dầu bị ô nhiễm.
Việc khắc phục sự cố hiệu quả yêu cầu xác định nơi sinh nhiệt, kiểm tra xem hệ thống có thể loại bỏ nó hay không, và so sánh hiệu suất trong điều kiện hoạt động lạnh và nóng.
AiSoar Hydraulics thiết kế và chế tạo các tổ máy thủy lực, cụm van, xi lanh thủy lực và các hệ thống thủy lực hoàn chỉnh cho thiết bị di động và công nghiệp.
Đối với một đánh giá kỹ thuật, khách hàng có thể cung cấp sơ đồ thủy lực, áp suất làm việc, lưu lượng bơm, công suất động cơ, dung tích bể chứa, chu kỳ làm việc, nhiệt độ môi trường, nhiệt độ dầu bình thường, nhiệt độ dầu tối đa, và mô tả về các triệu chứng quá nhiệt.
