Một quan niệm sai lầm phổ biến liên quan đến xi lanh thủy lực là nếu phớt piston bị rò rỉ, xi lanh sẽ bị lệch. Mặc dù phớt piston bị rò rỉ có thể là nguyên nhân gốc rễ dẫn đến hiện tượng lệch xi lanh, nhưng các nguyên lý vật lý liên quan thường bị hiểu sai.
Thực tế là, nếu vòng đệm piston được tháo hoàn toàn khỏi xi lanh hai chiều, xi lanh được đổ đầy dầu và các lỗ dẫn dầu được bịt kín, thì xi lanh sẽ giữ được tải trọng vô thời hạn, trừ khi vòng đệm thanh truyền bị rò rỉ.
Trong trường hợp này, do thể tích không bằng nhau ở hai bên piston, áp suất chất lỏng sẽ cân bằng và xi lanh bị kẹt thủy lực. Khi tình trạng này xảy ra, xi lanh chỉ có thể di chuyển nếu chất lỏng thoát ra khỏi xi lanh qua vòng đệm thanh piston hoặc các cổng của xi lanh.
Hình 1. Xy-lanh hai thanh – thể tích dầu bằng nhau ở cả hai bên của piston
Các trường hợp ngoại lệ
Có hai trường hợp ngoại lệ đối với lý thuyết này. Trường hợp đầu tiên là xi lanh hai thanh (Hình 1), trong đó thể tích ở hai bên piston là bằng nhau.
Trường hợp ngoại lệ thứ hai liên quan đến một tải trọng được treo trên xi lanh hai chiều (Hình 2). Trong cấu trúc này, thể tích chất lỏng chịu áp suất ở phía thanh đẩy có thể dễ dàng được bù đắp ở phía pít-tông. Tuy nhiên, khi xi lanh bị lệch, một vùng chân không sẽ hình thành ở phía pít-tông do sự chênh lệch về thể tích, và tùy thuộc vào trọng lượng của tải trọng, vùng chân không này cuối cùng có thể dẫn đến trạng thái cân bằng, từ đó ngăn chặn sự lệch tiếp theo.
Đây chưa phải là kết thúc của chu trình, nhưng điều quan trọng là ít nhất phải nắm vững lý thuyết này trước khi tiếp tục.
Bất chấp hai trường hợp ngoại lệ này, nếu các cổng làm việc của xi lanh hai chiều bị chặn bởi một van trục đóng về phía bộ truyền động (Hình 3) và vòng đệm piston có chức năng xả áp, áp suất cuối cùng sẽ cân bằng ở cả hai bên của xi lanh. Lúc này, hiện tượng khóa thủy lực sẽ xảy ra và không thể có sự dịch chuyển nào nữa, trừ khi chất lỏng được phép thoát ra khỏi xi lanh hoặc mạch xi lanh.
Hình 2. Tải trọng treo trên xi lanh hai chiều
Mất diện tích hiệu dụng
Do diện tích hiệu dụng bị giảm do áp suất hiện đang tác động lên vùng khe hở phía thanh piston, áp suất tĩnh trong xi lanh phải tăng lên để chịu được cùng một tải trọng. Hãy nhớ rằng, lực do xi lanh tạo ra là tích của áp suất và diện tích.
Ví dụ, nếu áp suất do tải gây ra ở phía piston của xi lanh là 2.000 PSI và bằng không ở phía thanh truyền khi van điều khiển hướng đóng lại, giả sử không có rò rỉ qua trục van, thì áp suất cân bằng có thể là 3.000 PSI tùy thuộc vào tỷ lệ diện tích giữa piston và khoang vòng.
Bây giờ hãy xem xét điều gì có thể xảy ra nếu mạch này có van xả áp suất cổng dịch vụ (Hình 4) được cài đặt ở mức 2.500 PSI. Khi áp suất cân bằng qua vòng đệm piston và áp suất tĩnh ngày càng tăng ở phía piston của xi lanh đạt đến áp suất mở van xả áp suất cổng, xi lanh vẫn sẽ không thu lại.
Tình huống tương tự có thể xảy ra trong các mạch có lắp đặt van điều khiển tải (van cân bằng). Trong mạch này, được minh họa tại Hình 5, van điều khiển hướng có trục van tự định tâm (các cổng làm việc A và B thông với bể chứa).
Như đã đề cập trước đó, nếu vòng đệm piston bị rò rỉ, sự chênh lệch về thể tích dầu giữa phía thanh truyền và phía piston trong xi-lanh cho thấy hiện tượng khóa thủy lực sẽ ngăn chặn bất kỳ sự lệch hướng đáng kể nào. Tuy nhiên, một lần nữa, do diện tích hiệu dụng bị giảm sút do cùng một áp suất hiện đang tác động lên cả vùng vòng tròn phía piston và phía thanh truyền, áp suất tĩnh trong xi-lanh buộc phải tăng lên để chịu được cùng một tải trọng.
Mức độ tăng áp suất này phụ thuộc vào tỷ lệ giữa diện tích piston và diện tích khe hở của xi lanh. Nếu mức tăng áp suất tĩnh vượt quá tải trọng tối đa đã cài đặt của van cân bằng, van sẽ mở ra, cho phép dầu từ phía piston của xi lanh chảy về bể chứa và xi lanh sẽ thu lại.
Chẩn đoán hiện tượng lệch trục xi-lanh
Do đó, mặc dù nguyên nhân gốc rễ của vấn đề trong cả hai ví dụ đều là do gioăng piston bị rò rỉ, nhưng cơ chế vật lý đằng sau lại hoàn toàn khác với quan niệm phổ biến. Và nếu hiểu rõ lý thuyết này, đồng hồ đo áp suất có thể trở thành một công cụ hữu ích để xác định nguyên nhân gây ra hiện tượng lệch xi-lanh.
Trong cả hai trường hợp này, nếu xi lanh bị trôi nhưng không có sự cân bằng áp suất qua vòng đệm piston, thì van điều khiển hướng hoặc van điều khiển tải chính là nguyên nhân gây ra sự cố.