Trong quá trình làm việc dầu không thể tránh khỏi bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên ngoài vào hoặc do bản thân dầu tạo nên. Những tạp chất này sẽ làm kẹt các khe hở, các vị trí có tiết diện nhỏ, gây tắc nghẽn và hỏng hóc cho hệ thống thủy lực. Các bộ lọc dầu có công dụng để lọc sạch và giữ lại các tạp chất trong dầu thủy lực. Các tạp chất có thể là bụi bẩn lẫn vào dầu thủy lực trong quá trình rót, thay dầu hoặc là các hạt kim loại nhỏ (Hệ quả của quá trình mài mòn trong suốt thời gian vận hành giữa các chi tiết trong hệ thống thủy lực), và cả sản phẩn của quá trình oxi hóa dầu thủy lực tạo thành. Ở bài viết này EBOOKBKMT sẽ giới thiệu đến các bạn một cách tổng quan nhất cầu tạo và chức năng  bộ lọc dầu trong hệ thống thủy lực.

Tạp chất trong hệ thống thủy lực

Tạp chất cơ khí như mạt sắt, ba via,... vừa là sản phẩm của quá trình mài mòn do ma sát, hơn nữa đây cũng chính là mối nguy hại làm tăng quá trình mài mòn các chi tiết, đường ống, làm tắc kẹt chi tiết của thiết bị (lõi trượt, piston, lò xo nén,...) làm giảm sự bôi trơn giữa các chi tiết, làm giảm độ bền hóa học của dầu thủy lực, làm tắc các ống thủy lực nhỏ (các ống nhỏ thường là các ống dẫn dầu tín hiệu điều khiển khi hệ thống sử dụng phương pháp điều khiển bằng tín hiệu thủy lực).

Vị trí lắp đặt lọc dầu

Bộ lọc dầu thường được lắp đặt ở đường hút của bơm dầu. Nếu như cần chất lượng dầu sạch hơn (áp dụng với các hệ thống thủy lực nhỏ, đường ống dẫn dầu kích thước bé, hoạt động dưới áp suất cao có thể lên đến hàng chục Mpa) thì đặt thêm lọc dầu ở đầu ra của bơm và trên đường ống dầu trước khi hồi về két chứa dầu

Nguyên lý hoạt động của bộ lọc dầu thủy lực

Bộ lọc dầu thủy lực làm việc dựa trên nguyên lý sử dụng các phần tử lọc, lớp lọc để giữ lại các tạp chất khi có dòng dầu thủy lực chảy qua các phần tử lọc này hoặc sử dụng trường lực để tách các tạp chất ra khỏi dầu thủy lực. Trường hợp đầu tiên tạp chất bị vướng lại trên bề mặt hoặc dưới đáy phần tử lọc của các bộ lọc dầu thủy lực. Trường hợp thứ hai dầu thủy lực được dẫn qua một trường nhân tạo (từ trường, điện trường, trường ly tâm, trọng trường) làm các tạp chất bị lắng xuống và định kỳ tháo ra để loại bỏ.

Phân loại lọc dầu thủy lực

>>>  Tùy theo kích thước chất bẩn có thể lọc được mà bộ lọc dầu có thể phân ra các loại như sau:

- Bộ lọc thô: Có thể lọc được những chất bẩn có đường kính đến 0,1mm. Bộ lọc thô có thể được lắp đặt tại ống rót để lọc dầu thủy lực được rót vào két chứa, tại ống hút và ống đẩy để lọc sơ bộ dầu thủy lực.
- Bộ lọc trung bình: Có thể lọc được những chất bẩn có đường kính từ 0,05mm tới 0,1mm. Bộ lọc trung bình thường được lắp đặt tại ống đẩy hoặc ống hồi.
- Bộ lọc tinh: Có thể lọc được những chất bẩn có đường kính từ 0,001 đến 0,05mm. Bộ lọc tinh thường được lắp đặt tại các vị trí có lưu lượng vừa phải, thường là các nhánh phụ trong hệ thống. Được ứng dụng khá phổ biến ở hệ thống thủy lực các máy công cụ.
- Bộ lọc đặc biệt tinh: Có thể lọc được những chất bẩn có đường kính nhỏ hơn 0,001mm. Bộ lọc này rất ít khi sử dụng và chỉ sử dụng với các hệ thống có yêu cầu rất cao về chất lượng dầu, lắp đặt ở các vị trí có lưu lượng nhỏ, tiết diện đường ống nhỏ ở các nhánh. Thường hay sử dụng với hệ thống thủy lực trong các phòng thí nghiệm.

>>> Phân loại theo vị trí lắp bộ lọc trong hệ thống thủy lực:

Có thể phân bộ lọc dầu thủy lực thành bộ lọc dầu áp suất cao và bộ lọc dầu áp suất thấp. Như vậy bộ lọc dầu áp suất cao chỉ có thể lắp ở ống hút, còn bộ lọc dầu áp suất thấp chỉ có thể lắp ở ống xả.

>>> Phân loại theo kết cấu

Dựa vào kết cấu của bộ lọc, ta có thể phân biệt bộ lọc dầu thủy lực thành một số loại chính sau: bộ lọc lưới, bộ lọc lá, bộ lọc giấy, bộ lọc nỉ, bộ lọc nam châm,….

1. Bộ lọc lưới

Bộ lọc lưới là loại bộ lọc dầu đơn giản nhất. Nó gồm có khung cứng và lưới bằng đồng bao chung quanh. Kích thước cắc mắt lưới quyết định độ lọc sạch dầu thủy lực. Lưới được xếp một lớp hoặc nhiều lớp. Để làm giảm sự cản trở bề mặt lọc được thiết kế sao cho lớn nhất có thể. Dầu thủy lực từ ngoài xuyên qua các mắt lưới và các lỗ để vào ống hút của bơm dầu. Hình dáng và kích thước của bộ lọc lưới rất khác nhau, tùy thuộc vào vị trí và công dụng của bộ lọc.

Do sức cản của lớp lưới gây nên trở lực, dầu qua bộ lọc sẽ bị tổn thất áp suất. Trong tính toán trở lực đường ống để chọn bơm dầu ta có thể chọn trở lực khi qua bộ lọc dầu 0,4 - 1bar.

Nhược điểm của bộ lọc loại này là các tạp chất rất dễ bám vào mắt lưới và khó tẩy ra. Do vaayh Bộ lọc dầu kiểu lưới lưới thường được được dùng để lọc thô, lắp đặt tại ống hút và ống xả, và có thể cả tại ống rót dầu thủy lực vào thùng chứa (Cần phân biệt ống rót và ống xả: ống xả là xả dầu từ hệ thống về thùng chứa. Ống rót dùng để rót dầu thủy lực từ ngoài vào thùng chứa). Trường hợp này nên lắp thêm bộ lọc tinh ở đầu đẩy của bơm.

Trên hình dưới thể hiện cấu tạo của bộ lọc lưới.


Vỏ 1 dạng trụ với các lỗ trên bề mặt cho phép dầu thủy lực đi qua, vỏ 1 bao quanh lớp lưới lọc 2. Bộ lọc được đóng kín hai đầu bằng hai đĩa. Tại tâm hai đĩa được đục thủng, và xuyên qua bởi ống thép 4, trên ống thép đục có lỗ, một đầu ống thép 4 nối thông với ống hút của bơm dầu.

2. Bộ lọc dạng sợi và dạng lá

Với bộ lọc dạng sợi: Loại này có cấu tạo tương tự với bộ lọc dạng lưới. Chúng cấu tạo từ các sợi với số lượng lớn các lỗ hoặc các khe hướng tâm. Các sợi này được quấn quanh các có tiết diện tròn hoặc tiết diện chữ nhật, cuốn quanh vỏ bộ lọc tạo thành các khe hở hướng tâm. Độ rộng khe hở giữa các sợi quyết định cấp độ lọc của bộ lọc.

Với bộ lọc dạng lá: Bộ lọc loại này sử dụng những lá thép mỏng để lọc dầu. Loại này được sử dụng rộng rãi nhất là trong các hệ thống dầu ép của máy công cụ. Ưu điểm lớn nhất của nó là khi tẩy chất bẩn khỏi phải dùng máy và tháo bộ lọc ra ngoài. Bộ lọc dạng lá được lắp đặt tại đường ống nén và đường ống xả trong hệ thống thủy lưc.

Ở đây mình sẽ giới thiệu bộ lọc lá kiểu G41 - Lưu lượng lọc 70 l/p - Chênh áp 1 - 2bar (Hình dưới - Chú thích: выход - cửa ra của bộ lọc; вход - cửa vào của bộ lọc). Bộ lọc này cấu tạo bao gồm vỏ 1, nắp đậy 2 trục 3. Trên trục cố định các phần tử lọc. Nắp đậy 2 có lỗ để dẫn dầu thủy lực vào và ra khỏi bộ lọc. Nắp đậy 2 được gắn chặt với vỏ 1 bằng các bu - lông. Bít kín giữa nắp 2 và vỏ 1 bằng các vòng đệm cao su 4. Các phần tử lọc cấu tạo gồm 1 khung dạng trụ tạo thành từ các lá lọc 5 xen kẽ giữa các lá lọc 5 là các lá lọc 6 (hình dạng các lá lọc 5 và 6 như dưới).
Dầu thủy lực đi vào bộ lọc thông qua lỗ trên nắp 2 và đi qua các khe hở giữa các lá rồi theo lỗ trên nắp 2 đi ra khỏi bộ lọc. Dầu thủy lực chứa tạp chất khi đi qua khe hở giữa các lá lọc, các tạp chất sẽ được giữ lại. Cấp độ lọc của bộ lọc phụ thuộc vào kích thước khe hở giữa cá lá thép. Trong quá trình vận hành các khe hở này dần dần sẽ bị tắc lại bởi các tạp chất bám vào. Để dọn sạch các tạp chất này người ta sử dụng các thanh gạt 7 được gắn cố định bằng các chốt 8. Khi quay bằng tay trục 3, các thanh gạt chuyển động giữa các lá 5 và 6 làm sạch các tạp chất bị mắc kẹt. Các tạp chất bị gạt lắng xuống đáy bộ lọc, và được lấy ra ngoài thông qua lỗ dưới đáy. Lỗ này được đậy lại bằng nút 9.


Với loại lọc dầu này, yêu cầu chất lỏng lọc phụ thuộc vào bề dày của lá thép, bề dày này thông thường là 0,008; 0,12; 0,2; và 0,3mm. Số lượng lá thép cần thiết phụ thuộc vào lưu lượng dầu cần lọc, tối đa khoảng 1200 lá. Tổn thất áp suất lớn nhất là 4 bar với lưu lượng lọc có thể lên đến 100 l/p. Hiện nay vật liệu các lá thép đang dần được thay thế bởi vật liệu sợi thủy tinh. Độ bền bộ lọc này cao hơn và chế tạo đơn giản, tính chất vật liệu ít thay đổi sau quá trình làm việc và chịu ảnh hưởng về cơ và hóa của dầu.

Trên đây là các bộ lọc thô. Với các hệ thống có yêu cầu cao hơn người ta sử dụng bộ lọc tinh với các phần tử lọc: dạng vải, dạng các tông, dạng nỉ, dạng sứ kim loại. Các bộ lọc với phần tử lọc dạng các tông và dạng vải lọc được 75% các hạt tạp chất kích thước khoảng 4-5 μm chỉ qua 1 lần lọc. Trong trường hợp đặc biệt các bộ lọc dạng này có thể sử dụng phần tử lọc kết hợp tạo thành từ phần tử lọc tinh 2 và phần tử lọc thô 1 (hình dưới). Khi van 3 chưa mở, chất lỏng được lọc qua cả 2 phần tử lọc (hình a). Khi van 3 được mở, dầu thủy lực chỉ đi qua phần tử lọc thô 1, bỏ qua phần tử lọc tinh 2. (hình b).



3. Bộ lọc giấy

Phần tử lọc của các bộ lọc giấy thường có dạng hình trụ. Các phần tử lọc dạng này thường được gấp thành dạng như hình vẽ để tăng bề mặt lọc.



4. Bộ lọc nỉ và bộ lọc sứ - kim loại

Bộ lọc dạng này chính là các bộ lọc tinh. Các phần tử lọc có các bột kim loại và sứ dạng cầu tạo thành lớp dày. Các bộ lọc có khả năng chứa lượng tạp chất lớn, đồng nghĩa với tuổi thọ hoạt động dài. Đối với các bộ lọc dạng này phần tử lọc phổ biến làm từ bột sứ và bột kim loại. Sơ đồ cấu trúc vật liệu lọc từ sứ và kim loại thể hiện bởi hình vẽ dưới. Dầu thủy lực thấm từ từ qua khe hở giữa các hạt sứ và kim loại.




Bộ lọc nỉ hình vẽ dưới cấu tạo từ vỏ 1, nắp 2 với cửa vào và cửa ra, ống 3 được cố định với nắp 2. Phần tử lọc dạng nỉ 4 được gắn với ống dẫn 3.


5. Bộ lọc phân ly

Bộ lọc phân ly là bộ lọc có khả năng lọc không giới hạn với trở lực nhỏ. Nguyên lý hoạt động của bộ lọc này dựa trên việc dẫn dầu thủy lực đi qua trường lực có thể hút, lưu giữ các tạp chất lại. Trên hình vẽ thể hiện cấu trúc bộ lọc từ C43-3, có công dụng làm lắng các tạp chất có từ tính. Cấu tạo bộ lọc gồm vỏ 3, nắp 8 gắn với ống đồng 7 bằng ren và cụm bẫy từ. Cụm bẫy từ gồm đĩa tròn 4 liên kết với ống đồng 7 bằng ren, trên đĩa tròn 4 đục 6 lỗ, mỗi lỗ được lắp vào 1 thanh nam châm 9. Các thanh nam châm được cách ly với nắp bộ lọc bởi vòng đệm 5. Phần dưới ống đồng 7 được gắn cố định với 1 đĩa đồng 2, có công dụng như một vách chắn từ. Các hạt từ tính khi đi qua bộ lọc sẽ bị hút lại trên bề mặt các nam châm.




Lắp đặt bộ lọc dầu lực trong hệ thống thủy lực

Khi lựa chọn vị trí và loại bộ lọc dầu lắp đặt cần tính đến các điều kiện sau:
- Nguyên nhân tạo ra tạp chất
- Độ nhạy của các chi tiết của hệ thống thủy lực đối với tạp chất
- Chế độ làm việc của máy thủy lực
- Áp suất làm việc
- Thiết bị điều khiên hay không điều khiển được
- Loại dầu thủy lực
- Điều kiện vận hành

Trong đó chúng ta cũng cần xét đến lưu lượng dầu hệ thống qua bộ lọc cần là bao nhiêu để lựa chọn loại lọc dầu cho hợp lý:
Lưu lượng dầu chảy qua lưới lọc được tính bằng công thức sau:
Q = α.F.∆P/ɳ (l/p)
Trong đó:
α - Hệ số lọc, đặc trưng cho lượng dầu chảy qua bộ lọc trên đơn vị diện tích [l/cm2]
α  = 0,006 - 0,009 [l/cm2]
F - Tiết diện bề mặt lọc [cm2]
ɳ - Độ nhớt động lực của dầu [Pa.p]
∆P = P2 - P1 - Chênh áp của lọc dầu

Chúng ta hãy xem hình bên dưới. Để xác độ bám bẩn của lọc dầu, khi chênh áp qua lọc dầu cao, lượng dầu qua lọc ít, áp dầu trước lọc tăng lên sẽ qua van 1 chiều, đồng thời đẩy piston dịch sang trái. Nếu piston nối với kim hiển thị thì sẽ cho ra mức độ tắc của lọc dầu.