Ben thuỷ lực nhiều tầng là gì? Nguyên lý hoạt động, ứng dụng trên xe ben

Ben thuỷ lực nhiều tầng là gì?

Cấu tạo xi lanh thuỷ lực nhiều tầng

• Thân xi lanh: Ống ngoài cùng, có nhiệm vụ bao bọc và dẫn hướng các tầng xi lanh bên trong.
• Các ống/tầng xi lanh: Được lồng đồng tâm với đường kính giảm dần, cho phép ben kéo dài khi hoạt động.
• Piston: Gắn với tầng xi lanh, chịu tác động của áp suất dầu để tạo lực đẩy.
• Ty xi lanh: Là phần ngoài cùng có đường kính nhỏ, thường nhô ra cuối cùng và kết nối với cơ cấu cần nâng.
• Phớt và vòng làm kín: Hạn chế rò rỉ dầu thủy lực, đồng thời ngăn bụi bẩn và tạp chất xâm nhập vào bên trong.
• Bạc dẫn hướng: Giúp các tầng xi lanh chuyển động ổn định, giữ đúng tâm và hạn chế ma sát.
• Cổng cấp dầu: Nơi dầu thủy lực được đưa vào hoặc thoát ra để tạo áp suất làm ben co, duỗi.
• Vòng chặn/đai ốc giữ: Giữ các bộ phận bên trong đúng vị trí và giới hạn hành trình của từng tầng.

Ảnh cấu tạo của ben thuỷ lực nhiều tầng

Ben thuỷ lực nhiều tầng hoạt động như thế nào?

• Bơm thủy lực đưa dầu có áp suất vào cổng cấp dầu của ben.
• Dầu đi vào các khoang làm việc bên trong và tạo áp lực lên bề mặt piston của tầng đang chịu tác động.
• Áp suất dầu tạo ra lực đẩy theo nguyên lý F = P × A (lực bằng áp suất nhân với diện tích chịu áp).

• Do tầng ngoài cùng có diện tích chịu áp lớn nhất, nó thường là tầng bắt đầu chuyển động.
• Áp suất dầu đẩy piston, làm tầng lớn nhất dịch chuyển ra ngoài.
• Trong quá trình này, các phớt và vòng dẫn hướng giúp giữ kín dầu, đồng thời duy trì chuyển động ổn định của tầng.

• Khi tầng lớn nhất duỗi đến cuối hành trình, nó chạm vòng chặn (stop ring).
• Vòng chặn giới hạn chuyển động và ngăn tầng này tiếp tục dịch chuyển hoặc tách khỏi cụm ben.
• Lúc này, áp suất dầu tiếp tục được duy trì để kích hoạt tầng tiếp theo.

• Sau khi tầng lớn nhất đạt giới hạn hành trình, dầu thủy lực tác động lên tầng có đường kính nhỏ hơn tiếp theo.
• Tầng thứ hai bắt đầu dịch chuyển ra ngoài.
• Quá trình này tiếp tục theo thứ tự từ tầng lớn → tầng nhỏ.

Ảnh nguyên lý hoạt động của ben thuỷ lực nhiều tầng

• Tầng thứ hai tiếp tục duỗi cho đến khi đạt hết hành trình.
• Sau đó, tầng thứ ba tiếp tục được kích hoạt.
• Với ben có nhiều tầng, quá trình này lặp lại cho đến khi tất cả các tầng đều được mở rộng.
• Tầng trong cùng, thường gọi là plunger, là tầng cuối cùng hoàn thành quá trình duỗi.

• Khi chuyển sang các tầng có đường kính nhỏ hơn, diện tích chịu áp giảm.
• Với cùng một mức áp suất, lực tạo ra sẽ giảm theo diện tích chịu áp.
• Đồng thời, với cùng lưu lượng dầu, tốc độ chuyển động của các tầng sau có xu hướng tăng lên.
• Vì vậy, ben thường có lực nâng lớn ở những tầng đầu và tốc độ cao hơn ở những tầng cuối.

• Khi cần hạ tải hoặc thu ben, dầu được điều khiển theo hướng ngược lại.
• Với ben thủy lực nhiều tầng tác động đơn, quá trình thu thường được thực hiện nhờ trọng lượng của tải, trọng lượng của ben hoặc lực bên ngoài.
• Với ben tác động kép, dầu thủy lực được cấp vào phía thu để chủ động tạo lực đưa các tầng trở về.

• Khi thu ben, tầng nhỏ nhất thường thu vào trước.
• Sau khi tầng nhỏ nhất thu hết hành trình, tầng lớn hơn tiếp theo bắt đầu thu.
• Trình tự tiếp tục từ tầng nhỏ → tầng lớn cho đến khi toàn bộ các tầng nằm gọn bên trong thân ben.
• Nhờ các tầng được lồng vào nhau, ben có thể đạt chiều dài thu gọn nhỏ hơn đáng kể so với tổng hành trình khi duỗi.

Ảnh nguyên lý hoạt động của ben thuỷ lực nhiều tầng

Các loại ben thủy lực nhiều tầng phổ biến

Ben thủy lực nhiều tầng tác động đơn

• Chỉ sử dụng áp suất dầu thủy lực để đẩy các tầng ra ngoài.
• Khi thu ben, dầu không tạo lực kéo chủ động; các tầng được đưa về nhờ trọng lượng của tải hoặc lực bên ngoài.
• Cấu tạo tương đối đơn giản, ít đường dầu và chi phí thấp hơn so với loại tác động kép.
• Thường được sử dụng trong xe ben, xe tải tự đổ, rơ-moóc nâng, cơ cấu lật và các thiết bị nâng theo phương đứng.
• Đây là loại ben telescopic được sử dụng khá phổ biến trong các ứng dụng mà tải luôn có thể tạo lực hồi về.

Ảnh ben thuỷ lực nhiều tầng tác động đơn

Ben thủy lực nhiều tầng tác động kép

• Sử dụng áp suất dầu thủy lực cho cả quá trình duỗi và thu ben.
• Có thể chủ động kiểm soát chuyển động theo cả hai chiều, không phụ thuộc hoàn toàn vào trọng lượng tải.
• Cấu tạo phức tạp hơn do cần bố trí đường dầu, piston và hệ thống phớt để tạo lực thu cho từng tầng.
• Phù hợp với máy móc cần kiểm soát chính xác quá trình nâng – hạ hoặc trong trường hợp tải không đủ để tự thu ben.
• Thường được sử dụng trên thiết bị nâng, máy móc công trình, xe chuyên dụng và các cơ cấu cần lực kéo chủ động.

Ảnh ben thủy lực nhiều tầng tác động kép

Ben thủy lực nhiều tầng tác động đơn - kép kết hợp

• Là thiết kế kết hợp giữa tầng tác động đơn và tầng tác động kép trong cùng một ben.
• Một số tầng sử dụng áp suất dầu để duỗi và thu, trong khi các tầng còn lại có thể thu nhờ trọng lực hoặc lực bên ngoài.
• Thiết kế này được sử dụng khi chỉ một phần hành trình cần lực thu chủ động, giúp giảm độ phức tạp so với việc sử dụng toàn bộ ben tác động kép.
• Thường xuất hiện trong các thiết bị có yêu cầu vận hành đặc thù, chẳng hạn cơ cấu nâng hạ cần chủ động tạo lực ở giai đoạn đầu của quá trình thu.

Ứng dụng của ben thuỷ lực nhiều tầng trên xe ben