Lò xo khí hoạt động như thế nào?

Hoạt động của lò xo khí dựa vào khí nitơ đóng vai trò là môi trường đàn hồi, kết hợp với hỗn hợp 50% dầu như dầu máy biến áp và dầu tuabin để làm kín, bôi trơn và truyền áp suất. Khi thanh piston di chuyển vào xi lanh trong quá trình nén, thể tích bên trong của khí giảm xuống, dẫn đến áp suất tăng theo tỷ lệ, theo định luật Boyle. Do đó, lực tác dụng của lò xo khí đạt đến đỉnh điểm khi thanh bị nén hoàn toàn.

Hoạt động của lò xo khí

Theo sơ đồ trên, khi piston di chuyển từ vị trí mở rộng hoàn toàn P1 sang vị trí nén hoàn toàn P2, áp suất (được biểu thị bằng đường liền) tăng lên trong khi thể tích (được biểu thị bằng đường đứt nét) giảm xuống.

Hệ số K, hay tiến trình lò xo khí, là một thông số quan trọng biểu thị sự khác biệt về lực giữa các vị trí thanh cực đại P1 và P2. Lò xo khí có thể đạt hệ số K rất thấp, thường nằm trong khoảng từ 1,05 đến 1,8, so với lò xo cơ học. Vì lò xo khí được nén đến lực cần thiết tại vị trí P1, nên lực này có sẵn ngay lập tức. Do đó, điều quan trọng là phải xem xét lực tại P1 khi tính toán lực lò xo khí tại bất kỳ vị trí nào. Trong bối cảnh này, F biểu thị lực lò xo khí, k biểu thị hằng số lò xo tính bằng N/mm (lực thay đổi trên một đơn vị nén) và X biểu thị khoảng cách lệch tính bằng mm.

Kiểm soát giảm chấn

Ngoài việc bôi trơn piston, phớt và thanh piston, dầu bên trong lò xo khí cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát vận tốc của lò xo khi lò xo đạt đến cuối hành trình kéo dài. Dầu giúp giảm tốc lò xo và giảm tải trọng va chạm khi kéo dài hoàn toàn, ngăn ngừa hư hỏng, hỏng hóc hoặc thương tích tiềm ẩn. Giảm chấn được thực hiện bằng cách điều chỉnh dòng khí và dầu qua piston. Giảm chấn tối ưu xảy ra khi piston tiến gần đến cột dầu bên trong gần điểm kéo dài hoàn toàn, đặc biệt là khi lò xo được lắp ở vị trí thanh xuống, thường được ưa chuộng.

Lò xo khí có hệ thống giảm chấn

Các yếu tố ảnh hưởng đến giảm chấn:

Nhiệt độ vận hành

Nhiệt độ vận hành ảnh hưởng đến giảm chấn theo hai cách chính. Khi nhiệt độ tăng, lực bên trong lò xo tăng và độ nhớt của dầu giảm. Điều này dẫn đến lò xo giãn nhanh hơn và giảm độ giảm chấn. Ngược lại, ở nhiệt độ thấp hơn, lực trong lò xo giảm trong khi độ nhớt của dầu tăng. Điều này dẫn đến lò xo giãn chậm hơn và giảm độ giảm chấn.

Độ nhớt của dầu

Theo định nghĩa, độ nhớt là thước đo sức cản của chất lỏng đối với dòng chảy và lực cắt. Dầu, thường có độ nhớt cao, trở nên ít nhớt hơn khi nhiệt độ tăng. Độ nhớt giảm này có nghĩa là chất lỏng chảy dễ hơn và ít cản trở các vật thể chuyển động qua nó hơn, chẳng hạn như piston trong lò xo khí. Do đó, độ nhớt của chất lỏng cao hơn dẫn đến tăng độ giảm chấn của lò xo khí.

Độ nhớt của dầu trong lò xo khí

Thể tích dầu

Khi thể tích dầu trong lò xo khí cao, lò xo sẽ ​​nhanh chóng tiếp xúc với vùng giảm chấn của dầu, dẫn đến tốc độ giãn chậm hơn.

Điểm rót của dầu

Điểm rót là nhiệt độ mà dầu trở thành bán rắn và mất khả năng chảy. Khi đạt đến điểm rót này, dầu trong lò xo khí sẽ đông lại, ngăn lò xo hoàn thành toàn bộ hành trình và ức chế giảm chấn.

Tốc độ đo lường và kéo dài

Đo lường kiểm soát tốc độ kéo dài hoặc nén bằng cách điều chỉnh kích thước của lỗ piston để tạo ra các đường dẫn dòng chảy hạn chế. Bất kể phương pháp nào được sử dụng, mục tiêu là tạo ra sự sụt giảm áp suất trên piston để điều chỉnh tốc độ kéo dài. Lỗ piston lớn hơn hoặc đường dẫn dòng chảy ngắn hơn sẽ làm giảm sự sụt giảm áp suất, giảm hạn chế dòng chảy và tăng tốc độ kéo dài của lò xo.

Ma sát tách là một yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất của lò xo. Hiện tượng này xảy ra khi lò xo khí đứng yên trong một thời gian dài, chẳng hạn như vài giờ. Trong thời gian này, chất bôi trơn di chuyển ra khỏi các miếng đệm và cao su lắng xuống các vết nứt và khe hở nhỏ bên trong kim loại do áp suất trong xi lanh. Việc sử dụng lò xo ban đầu đòi hỏi lực mạnh hơn để vượt qua ma sát tĩnh này, vì cao su bị dịch chuyển khỏi các vết nứt và khe hở.

Các biện pháp phòng ngừa khi sử dụng lò xo khí

Không bao giờ được sử dụng lò xo khí trong các điều kiện được liệt kê dưới đây vì làm như vậy có thể dẫn đến nổ hoặc trục trặc khác có thể gây ra tai nạn nghiêm trọng hoặc sự cố sản phẩm.

Không bao giờ được tháo rời, hàn, nung chảy, làm nóng hoặc sửa đổi lò xo khí. Lò xo khí chứa khí áp suất cao. Nếu không tuân thủ biện pháp phòng ngừa này, hậu quả có thể là các bộ phận bên trong bị nổ.

Không thể nạp khí và điều chỉnh áp suất. Hậu quả của việc cố gắng thực hiện các hành động như vậy có thể là lò xo nổ hoặc các tai nạn lớn khác.

Phạm vi nhiệt độ hoạt động của môi trường nhiệt độ