Bài giảng hệ thống thủy lực khí nén trên Ô tô

+ Máy thủy lực cánh dẫn là máy thủy lực mà trong quá trình làm việc của nó năng lượng biến đổi liên tục từ cơ năng của thiết bị lai thành động năng của dòng chảy thông qua cơ cấu chính

Các khái niệm chung

1.1.1 Khái niệm, phân loại máy thuỷ lực a Khái niệm:

Máy thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý trao đổi năng lượng với chất lỏng, theo cơ học chất lỏng Chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như ôtô, tàu thủy và máy xây dựng Việc phân loại máy thủy lực cũng rất quan trọng để hiểu rõ hơn về chức năng và ứng dụng của chúng.

Có thể phân loại máy thủy lực theo một số cơ sở sau:

- Theo phương diện trao đổi năng lượng với chất lỏng ta có: bơm và động cơ thủy lực

Các máy thủy lực nhận năng lượng từ nguồn bên ngoài dưới dạng cơ năng thông qua các động cơ lai Năng lượng này sau đó được chuyển đổi và truyền cho chất lỏng dưới dạng động năng và áp năng, được gọi là bơm thủy lực.

Các máy thủy lực chuyển đổi năng lượng của chất lỏng từ động năng và áp năng thành cơ năng, nhằm cung cấp năng lượng cho các thiết bị khác, được gọi là động cơ.

- Dựa theo nguyên tắc biến đổi năng lượng người ta còn chia làm hai loại là: máy thủy lực cánh dẫn và máy thủy lực thể tích

Máy thủy lực cánh dẫn là thiết bị chuyển đổi năng lượng từ cơ năng sang động năng hoặc ngược lại, thông qua các cánh quay với vận tốc cao Các loại máy này bao gồm bơm ly tâm, tuabin nước, ly hợp và biến tốc thủy lực, cho phép điều khiển dòng chất lỏng hiệu quả trong nhiều ứng dụng công nghiệp.

Máy thủy lực thể tích là thiết bị thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý trao đổi năng lượng với chất lỏng thông qua quá trình nén chất lỏng trong các thể tích công.

Các máy thủy lực thể tích hoạt động dưới áp lực thủy tĩnh, bao gồm bơm piston, bơm bánh răng, bơm cánh gạt và các loại bơm cùng động cơ thủy lực kiểu rôto Những thiết bị này chuyển đổi năng lượng của dòng chất lỏng thành cơ năng và ngược lại, đảm bảo hiệu suất trong các ứng dụng công nghiệp.

1.1.2 Truyền động thuỷ lực a Khái niệm:

Trong kỹ thuật hiện đại, việc kết hợp các cơ cấu thủy lực để tạo thành tổ hợp truyền động thủy lực giúp truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận công tác Có hai loại truyền động thủy lực chính.

- Truyền động thủy động: là sự kết hợp làm việc giữa 1 bơm và 1 tuabin

Bơm là bộ phận dẫn động quan trọng trong hệ thống vận chuyển chất lỏng, cung cấp năng lượng cho tuabin Tuabin sử dụng năng lượng từ dòng chảy mà bơm cung cấp để chuyển đổi thành cơ năng quay, từ đó truyền động cho các bộ phận công tác Trong truyền động thủy động, việc truyền cơ năng chủ yếu diễn ra thông qua năng lượng của dòng chất lỏng.

Truyền động thủy tĩnh sử dụng máy thủy lực thể tích, phổ biến trong hệ thống điều khiển tự động, máy ép thủy lực và cần trục Ưu điểm của truyền động thủy lực bao gồm khả năng truyền tải lực lớn, điều khiển chính xác và khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt.

- Dễ thực hiện việc điều chỉnh vô cấp và tự động điều chỉnh vận tốc chuyển động của bộ phận làm việc

- Dễ dàng đảo chiều bộ phận làm việc

- Đảm bảo cho máy làm việc ổn định, không phụ thuộc vào sự thay đổi tải trọng ngoài

- Truyền được công suất làm việc lớn

Kết cấu gọn nhẹ và quán tính nhỏ của hệ thống truyền động mang lại lợi ích lớn cho các hệ thống tự động nhờ vào trọng lượng nhẹ trên mỗi đơn vị công suất.

- Chất lỏng làm việc chủ yếu là dầu khoáng nên dễ có điều kiện bôi trơn tốt các chi tiết, do đó truyền chuyển động êm, không ồn

- Có thể đề phòng sự cố khi quá tải

- Vận tốc truyền động hạn chế do điều kiện chống xâm thực, đề phòng va đập thủy lực do tổn thất cột áp

- Làm việc với chất lỏng nên có thể xảy ra rò rỉ, không khí lọt vào truyền động

Vì phải bảo đảm điều kiện làm kín nên làm cho kết cấu của truyền động thủy lực trở lên phức tạp, khó chế tạo

- Yêu cầu về chất lỏng làm việc cao:

+ Độ nhớt (yêu cầu rò rỉ ít, thất năng lựợng nhỏ)

+ Tính chất dầu ít thay đổi theo nhiệt độ và áp suất

+ Tính chất hoá học bền vững

+ Khó cháy, ít hòa tan với các chất khác, không ăn mòn kim loại

+ Thường làm việc với dầu khoáng là chất lỏng dễ cháy nên phải chú ý làm mát máy

Truyền động thủy lực ngày càng phổ biến trong các ngành công nghiệp nhờ vào nhiều ưu điểm nổi bật Để khắc phục những nhược điểm của hệ thống này, hiện nay, người ta áp dụng các loại truyền động liên hợp như truyền động thủy-cơ, điện-thủy-cơ và thủy-khí-cơ.

1.1.3 Ứng dụng của truyền động thủy lực trên ôtô, xe-máy

Hiện nay, ô tô, máy kéo và xe chuyên dụng đang được cải tiến với công suất động cơ cao hơn để thực hiện nhiều công việc nặng nhọc và nâng cao năng suất lao động Các phương tiện này được thiết kế để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng công suất động cơ, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng Hệ thống thủy lực cùng với các thiết bị thủy lực ngày càng trở nên phổ biến trên ô tô, máy kéo và xe chuyên dụng, nhờ vào khả năng biến đổi năng lượng thuận nghịch, truyền động êm dịu và làm việc ổn định Điều này giúp hệ thống thủy lực thực hiện nhiều nhiệm vụ đa dạng với hiệu suất cao và an toàn.

- Điều khiển các máy công tác như: cày, lưỡi ủi, gầu xúc, …

Liên kết giữa máy công tác treo và máy kéo được thực hiện thông qua cơ cấu treo, cho phép điều khiển máy công tác di chuyển đến các vị trí làm việc, vận chuyển và nâng hạ một cách hiệu quả.

Điều khiển các hệ thống như trợ lực tay lái, lái bằng thủy lực, đóng mở ly hợp, dẫn động hệ thống phanh, khóa vi sai và truyền động cho trục thu công suất là rất quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và an toàn cho các phương tiện.

Điều khiển hộp số và truyền lực tự động thông qua các ly hợp khóa số, cùng với việc gài và cắt cầu chủ động trước nhờ ly hợp thủy lực Bên cạnh đó, quá trình gài và cắt trục thu công suất và puli truyền động cũng được thực hiện một cách hiệu quả.

- Tăng trọng lượng bám cho máy kéo thông qua hệ thống thủy lực và cơ cấu treo

Các thông số cơ bản

Để khảo sát quá trình làm việc của máy thủy lực, người ta sử dụng một số thông số cơ bản: cột áp, lưu lượng, công suất, hiệu suất

Cột áp của chất lỏng trong hệ thống máy thủy lực là giá trị năng lượng tính cho mỗi đơn vị trọng lượng của chất lỏng, thường được ký hiệu là H và đo bằng mét (m) Công thức tính cột áp này rất quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của các hệ thống thủy lực.

E- năng lượng của chất lỏng

G- Trọng lượng của chất lỏng Để tiện cho việc khảo sát ta đi xác định cột áp cho từng đối tượng cụ thể a- Cột áp của trạng thái chất lỏng

Là giá trị cột áp của chất lỏng nói chung ở dạng tổng quát hoặc trạng thái chất lỏng của đường dòng tại một điểm nào đó: g h v

 p – Giá trị áp suất tuyệt đối tại vị trí xác định

Trọng lượng riêng của chất lỏng tại áp suất xác định là yếu tố quan trọng, cùng với tốc độ trung bình của chất lỏng và độ cao hình học so với mặt chuẩn Gia tốc trọng trường cũng ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính này.

Thông qua giá trị cột áp ta đánh giá được trạng thái năng lượng của phần chất lỏng đó b Cột áp của bơm

Cột áp của bơm là năng lượng của chất lỏng nhận được thông qua bơm tính cho một đơn vị trọng lượng chất lỏng, ký hiệu là HB

E1 và H1 – năng lượng và cột áp tại cửa vào của bơm

E2 và H2 – năng lượng và cột áp tại cửa ra của bơm

Hình 1.2 Sơ đồ tính cột áp của bơm Cột áp của bơm còn được tính bằng công thức sau

Nếu tốc độ dòng chảy tại cửa vào bơm không đồng đều hoặc ở chế độ chảy rối, công thức sẽ được diễn đạt như sau:

 1- Hệ số hiệu chỉnh động năng ở cửa vào

 2- Hệ số điều chỉnh động năng ở cửa ra

Công thức trên có thể biến đổi thành:

  là cột áp tĩnh của bơm và g v

H   c Cột áp của động cơ thủy lực

Cột áp của động cơ thủy lực là năng lượng đơn vị mà chất lỏng có khả năng truyền tải qua động cơ này Điều này trái ngược với bơm, nhưng cách tính toán vẫn tương tự như đối với bơm.

Lưu lượng của máy thủy lực, hay còn gọi là sản lượng, được định nghĩa là lượng chất lỏng chuyển qua máy trong một đơn vị thời gian Ký hiệu của lưu lượng thường là (Q) hoặc (G).

Tùy thuộc vào lượng chất lỏng được đo thế nào mà ta có một số dạng lưu lượng như sau:

- Lưu lượng thể tích là lưu lượng được đo bằng đơn vị thể tích Thứ nguyên của lưu lượng thể tích là m 3 /h hoặc m 3 /s;

- Lưu lượng khối lượng là lưu lượng được đo bằng đơn vị khối lượng Thứ nguyên của lưu lượng khối lượng là kg/h kg/s, tấn/h…

Lưu lượng trọng lượng là lưu lượng được đo băng đơn vị trọng lượng Thứ nguyên của lưu lượng trọng lượng là T/h,kg/s…

Quan hệ giữa lưu lượng thể tich và lưu lượng trọng lượng là

Công suất trong máy thủy lực là năng lượng mà thiết bị này trao đổi với chất lỏng trong một đơn vị thời gian Giá trị thực của công suất mà máy thủy lực có thể chuyển giao cho chất lỏng được gọi là công suất thủy lực.

Công suất thủy lực được xác định như sau:

Trong đó γ – Trọng lượng riêng của chất lỏng

Q- Lưu lượng thể tích của máy thủy lực

H-Cột áp của máy thủy lực

Công suất làm việc của máy thủy lực được xác định là công suất mà máy thủy lực trao đổi tại trục của nó Đặc biệt, công suất thủy lực của bơm đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất hoạt động của hệ thống thủy lực.

N   Trong đó γ – Trọng lượng riêng của chất lỏng

Q B – Lưu lượng thể tích của bơm thủy lực

HB- Cột áp của bơm thủy lực b Công suất thủy lực của động cơ thủy lực N Đ : Đ Đ Đ Q H

N   Trong đó γ – Trọng lượng riêng của chất lỏng

QĐ- Lưu lượng thể tích của máy thủy lực

HĐ-Cột áp của máy thủy lực

1.2.4 Hiệu suất của máy thủy lực

Hiệu suất của máy thủy lực là phần trăm công suất sử dụng có ích sau khi trao đổi năng lượng với môi chất a Hiệu suất của bơm

Trong đó: Nlv là công suất tiêu tốn trên trục của động cơ lai bơm b Hiệu suất của động cơ thủy lực:

   c Tổn thất thủy lực trong máy thủy lực

Chất lỏng làm việc trong máy thủy lực

Tổn thất năng lượng do dòng chảy qua gọi là tổn thất thủy lực được đánh giá bằng hiệu suất thủy lực, còn gọi là hiệu suất cột áp ( h )

Tổn thất ma sát trong các bộ phận cơ khí của máy thủy lực gọi là tổn thất cơ khí ( c )

Tổn thất do rò rỉ chất lỏng làm giảm lưu lượng của máy gọi là tổn thất lưu lượng ( Q )

Như vậy, hiệu suất của máy thủy lực:

1.3 Chất lỏng làm việc trong máy thủy lực

1.3.1 Các tính chất cơ bản của chất lỏng làm việc:

Chất lỏng làm việc trong máy thủy lực thường là dầu khoáng, làm việc trong phạm vi dao động áp suất lớn

Các thông số cơ bản gồm:

Với dầu khoáng th ì E = (1,41,9).10 4 kg/cm 2 khi tính phải kể đến tính chịu nén của thành ống :

 với Eo: mô đun vật liệu ống Độ nhớt của chất lỏng :

 ( St ) với o E: độ nhớt Engơle Độ nhớt ở t o : n

 với n: hệ số phụ thuộc chất lỏng Độ nhớt ở áp suất p :  P   ( 1  0 , 003 p ) với  : tnh tại pa ; p : bar

Sự hòa tan khí trong chất lỏng:

Tại điều kiện nhiệt độ và áp suất thông thường, khí hòa tan trong dầu khoáng chiếm khoảng 8-11% thể tích Khi áp suất tăng, khả năng hòa tan khí trong dầu cũng tăng theo Ngược lại, khi áp suất giảm, khí thừa sẽ tách ra khỏi chất lỏng dưới dạng bong bóng nhỏ, tạo ra hỗn hợp dầu và không khí Hỗn hợp này khi được hút vào bơm có thể gây ra hiện tượng xâm thực, dẫn đến giảm lưu lượng và hiệu suất hoạt động của bơm.

1.3.2 Các yêu cầu đối với chất lỏng làm việc:

- Bôi trơn tốt đối với vật liệu của cặp trượt, tức là tạo được màng dầu bôi trơn giữa hai bề mặt trượt

- Tnh chất của chất lỏng làm việc ít thay đổi trong vùng nhiệt độ làm việc

- Không chứa chất lỏng dễ bay hơi

- Không phá huỷ vật liệu

- Độ bền cao đối với sự ô xi hoá, thời gian làm việc dài

- Có tính bền chịu lửa (nhiệt độ bén lửa và nhiệt độ tự bốc cháy cao)

- Chất lỏng thường được sử dụng là dầu khoáng vì nó có ưu điểm là bôi trơn tốt, chống rỉ tốt, có tính bền hoá học cao

Nhược điểm của dầu khoáng là :

- Độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ

- Dễ cháy, vì vậy nhiệt độ làm việc phải nhỏ hơn 50 o

- Dầu làm việc phải sạch, không chứa tạp chất cơ khí làm bẩn thiết bị

Khi áp suất làm việc cao, ta chọn dầu có độ nhớt lớn.

Hiện tượng xâm thực và biện pháp phòng ngừa

Chất lỏng sẽ bay hơi ở một nhiệt độ và áp suất nhất định, được gọi là áp suất bay hơi bão hòa (pbh) Khi áp suất trong chất lỏng đạt pbh, hiện tượng bốc hơi xảy ra, tạo ra bọt khí trong dòng chảy Khi dòng chảy di chuyển đến vùng có áp suất cao hơn (p > pbh), các bọt khí ngưng tụ thành giọt chất lỏng nhỏ hơn, tạo ra khoảng trống trong dòng chảy Chất lỏng sẽ nhanh chóng lấp đầy các khoảng trống này với vận tốc cao, dẫn đến sự tăng đột ngột áp suất Hiện tượng này có thể gây hư hỏng cho bề mặt kim loại của bơm và bánh công tác, hoặc tạo ra sóng va đập trong lòng chất lỏng, gây tổn hại cho các chi tiết bên trong.

Hiện tượng xâm thực có thể gây hư hỏng bánh công tác và các chi tiết khác, dẫn đến giảm hiệu suất, cột áp và lưu lượng của máy Khi xâm thực phát triển mạnh, máy có thể ngừng hoạt động hoàn toàn Do đó, xâm thực là yếu tố ảnh hưởng lớn đến hoạt động của máy thủy lực, khiến nó không thể làm việc lâu dài ngay cả trong khu vực có xâm thực nhẹ.

Hình 1.2 Đĩa phân phối của bơm pittong bị bong tróc do xâm thực

1.4.2 Biện pháp phòng ngừa xâm thực: Để ngăn ngừa và chống lại hiện tượng xâm thực, người ta thường sử dụng các cách như sau:

- Tăng áp suất đường vào của bơm bằng một bơm nhồi hoặc tăng áp suất mặt thoáng chất lỏng trong thùng dầu

- Sử dụng các van một chiều chống xâm thực trong các cơ cấu môtơ hoặc xy lanh thủy lực

- Giảm độ nhớt hoặc tăng nhiệt độ của dầu thủy lực

- Làm kín hoặc tăng đường kính đường ống hút của bơm dầu thủy lực

14

Bơm bánh răng

Bơm bánh răng là loại bơm phổ biến nhất nhờ vào thiết kế đơn giản và dễ chế tạo Trước đây, hiệu suất của bơm bánh răng chỉ đạt khoảng 35-50% và áp suất từ 10-16 bar Tuy nhiên, với sự phát triển công nghệ, hiện nay bơm bánh răng có thể đạt áp suất từ 160 đến 200 bar và hiệu suất lên tới 80-92% Có nhiều loại bơm bánh răng như bơm ăn khớp ngoài, ăn khớp trong, cùng với các thiết kế răng thẳng, răng nghiêng và răng chữ V.

2.2.1 Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Hình 1 minh họa sơ đồ nguyên lý hoạt động của bánh răng ăn khớp ngoài, trong đó các buồng làm việc của bơm được hình thành bởi thân bơm và biên dạng của răng Thể tích của buồng hút và buồng nén thay đổi khi các răng khớp vào và ra, từ đó thực hiện chu kỳ hút và nén chất lỏng hiệu quả.

Hình 2.1 – Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Bơm bánh răng ăn khớp trong có hai cửa đối diện, với cửa A là cửa hút và cửa B là cửa đẩy khi bánh răng quay theo chiều mũi tên Dầu được hút vào qua cửa hút, lấp đầy các rãnh răng và được chuyển sang buồng nén Khi các răng vào khớp, khoảng 1/10 thể tích dầu còn lại ở chân răng bị nén, làm tăng đột ngột áp suất và tạo ra lực tác động vào bánh răng và ổ trục Một nhược điểm của bơm bánh răng là sự chênh lệch áp suất giữa hai buồng, gây tải trọng không cân xứng và làm mòn nhanh chóng các bánh răng và thân bơm.

Lưu lượng dầu do bơm cung cấp cho ổ trục thay đổi theo thời gian, tạo ra sự nhấp nhô trong lưu lượng dầu Sự nhấp nhô này phụ thuộc vào modul, số răng và hệ số ăn khớp của bánh răng.

2.2.2 Bánh răng ăn khớp trong

Nguyên tắc làm việc của bơm bánh răng ăn khớp trong như sau: bánh răng

Bánh răng ăn khớp trong là thành phần chính trong chuyển động của thân bơm, với buồng vào A và buồng ra B được ngăn cách bởi vành chắn hình lưỡi liềm Khi các răng khớp, chất lỏng trong buồng A chiếm toàn bộ thể tích các rãnh của bánh răng, cho phép bánh răng tiếp tục quay, tải dầu qua vành chắn và đưa vào buồng B để đẩy ra ngoài Ưu điểm nổi bật của bơm bánh răng ăn khớp trong là kích thước nhỏ và tổn thất thể tích thấp hơn so với bơm bánh răng ăn khớp ngoài, mặc dù quy trình chế tạo loại bơm này phức tạp hơn nhiều.

Bơm trục vít, một loại bơm bánh răng, thường bao gồm hai trục vít ăn khớp với nhau, mặc dù cũng có thể sử dụng 3 hoặc 5 trục vít Loại bơm này thường được sản xuất với ba kích cỡ khác nhau.

- Loại áp suất thấp: p-15bar

- Loại áp suất trung bình 30-60bar

- Loại áp suất cao: p`-200bar

Ta xét loại bơm có hai trục vít như hình vẽ 2.3

Bơm trục vít bao gồm hai trục vít có ren phải hoặc trái ăn khớp với nhau, với bề mặt tỳ sát vào thành bơm Nguyên lý hoạt động của bơm trục vít tương tự như bơm bánh răng, khi ren ra khớp tạo ra khoảng chân không, dầu sẽ tràn vào và sau đó bị đẩy ra khỏi buồng Điểm khác biệt chính là cách thức chuyển dầu từ buồng trong bơm trục vít.

19 hút A sang buồng nén B theo chiều trục và không có hiện tượng chèn dầu ở chân răng

Bơm trục vít có nhược điểm là quá trình chế tạo trục vít phức tạp và hiệu suất thể tích thấp Tuy nhiên, ưu điểm của loại bơm này là hoạt động êm ái, độ nhấp nhô lưu lượng nhỏ và khả năng đạt được áp suất cao.

2.2.4 Lưu lượng của bơm bánh răng:

Khi tính toán lưu lượng dầu, thể tích dầu được đẩy ra khỏi rãnh răng được coi là bằng với thể tích của răng, không tính đến khe hở chân răng Để thực hiện điều này, ta sử dụng hai bánh răng có kích thước giống nhau, như thể hiện trong hình vẽ 2.4.

Hình 2.4 trình bày sơ đồ tính toán lưu lượng bơm bánh răng Để tính toán, ta sử dụng các thông số sau: m là môđun của bánh răng (cm), d là đường kính chia răng (cm), b là chiều rộng của răng (cm), và n là số vòng quay trong một phút (vg/ph) Lượng dầu mà bánh răng có thể vận chuyển khi quay một vòng được tính bằng công thức: mb d.

Q   2 [cm 3 /vg] (2.15) Nếu gọi z là số răng và tính đến hiệu suất thể tích của bơm  t thì lưu lượng của bơm bánh răng sẽ là: t zbn

Hiệu suất của bơm bánh răng phụ thuộc vào lưu lượng và áp suất Thông thường   0 , 75  0 , 9

20 tùy thuộc vào nhà sản xuất

Vận tốc bơm bánh răng bị ảnh hưởng bởi độ nhớt, áp suất dầu, lưu lượng và yêu cầu về độ êm của chuyển động Để xác định vận tốc tối thiểu của bơm dầu, có thể sử dụng công thức thực nghiệm.

E v  p (2.17) Ở đây p – áp suất dầu [bar]

- Nếu áp suất p-120 bar, Q l/ph số vòng quay cần n  3000 [vg/ph],

- Nếu áp suất pP bar, Q-50 l/ph số vòng quay cần n  1500 [vg/ph],

Khi áp suất p nhỏ hơn 15 bar, lưu lượng n sẽ dao động từ 400 đến 800 vg/p Để đạt được lưu lượng lớn, cần sử dụng bánh răng với số răng nhỏ và mô-đun lớn Tuy nhiên, nếu số răng quá nhỏ, độ đồng đều của lưu lượng sẽ bị giảm Trong các ứng dụng không yêu cầu độ đồng đều, như bơm bánh răng trong hệ thống làm mát, có thể sử dụng bánh răng với số răng từ 5 đến 10 Ngược lại, nếu cần độ đồng đều cao, bánh răng ăn khớp ngoài nên có số răng z tối thiểu là 20, trong khi bánh răng ăn khớp trong cần có số răng z tối thiểu là 7.

Vật liệu làm bơm bánh răng thường dùng:

- Đối với áp suất thấp dùng thép 45, nhiệt luyện đạt đến độ cứng HRC 35

- Đối với bơm áp suất trung bình dùng thép 40X tôi đến HRC(-32

Bơm áp suất cao được chế tạo từ thép 18XГТ nhiệt luyện đạt độ cứng HRCX-62, bao gồm cả trục truyền động Lưu lượng của bơm trục vít có thể được tính toán theo công thức cụ thể.

Trong đó: d- đường kính trung bình của ren ở trục chủ động [cm] h – chiều cao của ren [cm] b – chiều rộng của ren ở đường kính trung bình [cm]

Số vòng quay của bơm trục vít thường dùng n00-3000[vg/ph]

Bơm cánh gạt

Bơm cánh gạt là loại bơm phổ biến thứ hai sau bơm bánh răng, thường được sử dụng trong các hệ thống có áp suất thấp và trung bình.

21 bánh răng bơm cánh gạt đảm bảo một lưu lượng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn

Kết cấu của bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau nhưng có thể chia thành hai loại chính:

- Bơm cánh gạt tác dụng đơn (còn gọi là bơm cánh gạt đơn)

- Bơm cánh gạt tác dụng kép gọi tắt là bơm cánh gạt kép

Ngoài ra cũng có loại bơm cánh gạt nhiều lần tác dụng

Bơm cánh gạt đơn là thiết bị hoạt động bằng cách thực hiện một chu kỳ làm việc gồm một lần hút và một lần nén khi trục quay một vòng Loại bơm này có thể được chế tạo với lưu lượng cố định hoặc lưu lượng điều chỉnh Dựa trên nguyên tắc dẫn dầu, bơm cánh gạt đơn được phân loại thành hai loại: bơm dẫn dầu từ bên ngoài và bơm dẫn dầu từ bên trong.

Bơm cánh gạt dẫn dầu từ bên ngoài thường sử dụng loại có lưu lượng điều chỉnh được Nguyên lý hoạt động của bơm này dựa trên việc rôto được đặt tròn stato với độ lệch tâm, cho phép các cánh gạt di chuyển trong các rãnh Để giảm lực tiếp xúc giữa cánh gạt và thành stato, cánh gạt được chuyển động cưỡng bức trong rãnh Khi rôto quay, các thể tích giữa hai cánh gạt và bề mặt stato thay đổi liên tục, dẫn đến quá trình hút và nén Cụ thể, khi rôto quay theo chiều mũi tên, thể tích buồng A sẽ tăng lên trong khi thể tích buồng B sẽ giảm, thực hiện quá trình hút và nén hiệu quả.

Để đảm bảo buồng hút luôn được ngăn cách với buồng nén, góc α cần phải lớn hơn góc chắn giữa hai cánh gạt kế tiếp nhau, ký hiệu là β.

  2  ; trong đó z: số cánh quạt

Lưu lượng bơm có thể điều chỉnh thông qua việc thay đổi độ lệch tâm e Khi đường tâm O1 trùng với O2 (e=0), thể tích các buồng giữa các cánh gạt sẽ cố định và lưu lượng sẽ bằng 0 Nếu đường tâm O1 vượt qua O2 về bên phải, các buồng hút và nén của bơm sẽ bị đảo ngược.

Tính lưu lượng củ bơm cánh gạt:

Đường kính của Stato được ký hiệu là D, chiều rộng của cánh gạt là B, bán kính chạy của cánh gạt là ρ, và số vòng quay của rôto là n Từ các thông số này, ta có thể tính toán vận tốc của cánh gạt.

Vi phân thể tích chất lỏng trên bề mặt đảy dầu Bdρ của cánh gạt:

Và lưu lượng của bơm: enBD

Cánh gạt chuyển động cưỡng bức trong rãnh 4 hình 2.6 cùng với hai con lăn có đường kính d và chiều cao b, tạo ra sự thay đổi lượng dầu trong quá trình hoạt động Khi cánh gạt di chuyển qua cung a'b', con lăn sẽ đẩy thêm một lượng dầu q1, trong khi khi đi qua cung c'd', lượng dầu sẽ giảm đi q2 Do đó, thể tích dầu phụ do con lăn tạo ra được tính bằng q = q1 - q2 Vi phân của thể tích này có dạng: dv = bd dq.

Do đó: 2 2 ( max min ) max n mi v v bd dv bd q v v

Vì v max  v min  2  n (  max   min )  2  n 2 e

Lưu lượng toàn phần của bơm Q  Q 1  q  2  en ( BD  4 bd ) [l/ph]

Bơm cánh gạt đơn, như hình 2.6, có nhược điểm không cân bằng và dễ gây rung động, do đó chỉ phù hợp với hệ thống có áp suất thấp và trung bình Số lượng cánh gạt thường sử dụng trong loại bơm này dao động từ 3 đến 11 cánh.

Khi số cánh gạt nhỏ hơn 3, nguyên lý hoạt động của bơm không thể áp dụng Đối với lưu lượng và áp suất nhỏ, bơm cánh gạt đơn với dầu dẫn từ ngoài và hai cánh gạt thường được sử dụng, như minh họa trong hình dưới đây.

Hình 2.7 Một số loại bơm cánh gạt

Bơm cánh gạt đơn kiểu này có hai điểm khác biệt cơ bản so với bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ bên trong Thứ nhất, một phần bề mặt roto luôn tiếp xúc với stato để ngăn cách buồng hút A và buồng nén B Thứ hai, loại bơm này chỉ cho phép lưu lượng cố định.

Rôto 1 và stato 2 cũng đặt lệch tâm một khoảng cách e Trên rãnh của rôto chỉ có hai cánh quạt 3 và chúng được ép sát vào thành stato 2 nhờ lò xo 4 Khi rôto quay, buồng phía cửa A lớn dần nên thực hiện quá trình hút, buồng phía cửa B giảm dần – thực hiện quá trình đẩy,

Bơm cánh gạt trong hình 2.7 chỉ sử dụng một cánh gạt, với mặt trong của stato có hai cung tròn cách nhau từ 0,1 đến 1,1mm Do không sử dụng lò xo để đẩy cánh gạt, kết cấu của bơm trở nên đơn giản hơn, tuy nhiên yêu cầu về độ chính xác trong chế tạo bề mặt stato lại cao hơn.

Bơm hai cánh gạt, như mô tả trong hình 2.7.c, có hai cánh gạt 1 và 2 đặt cạnh nhau và trượt lên nhau trong một rãnh của rôto Mỗi cánh gạt được khoét lỗ vuông để lắp lò xo 3, giúp ép cánh gạt vào thành stato Kết cấu này mang lại ưu điểm tỉ số l2/l1 lớn, giúp cánh gạt chuyển động ổn định hơn trong rãnh và kéo dài tuổi thọ của bơm.

Nếu đặt B là bề rộng của cánh gạt thì lưu lượng của bơm hai cánh gạt có thể tính theo công thức sau đây:

Vì cánh gạt làm cho dầu bị giảm đi một lượng bằng thể tích nó chiếm tức là:

Trong đó s – chiều dày của cánh gạt

Z – số cánh gạt Ở loại bơm này z=2 nếu lấy các kích thước bằng [cm] thì lưu lượng thực tê của bơm hai cánh gạt sẽ là:

 [l/ph] (2.20) b) Bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ bên trong:

Kết cấu của bơm cánh gạt dẫn dầu từ bên trong trình bày trên hình 2.8

Bơm cánh gạt đơn dẫn dầu từ bên trong có cấu trúc trục rôto đặc biệt, khác với bơm dẫn dầu từ bên ngoài Trục này là trục rỗng, tạo thành cửa hút A và cửa nén B, được kết nối với các rãnh dầu 1 trên rôto Khi rôto quay theo chiều mũi tên, các buồng dầu giữa các cánh gạt ở cửa hút sẽ tăng dần, giúp quá trình hút dầu từ cửa diễn ra hiệu quả.

Quá trình thực hiện ở qua rãnh 1 diễn ra, trong khi thể tích giữa các cánh gạt tại cửa B giảm dần Bơm thực hiện quá trình nén, dầu chảy vào cửa qua các rãnh hướng kính.

Bơm pittông hướng kính

Bơm pittông hướng kính là thiết bị sử dụng nhiều pittông chuyển động theo hướng kính của roto Dưới tác dụng của lực ly tâm, các pittông luôn tỳ sát vào mặt trong của thành bơm, tạo ra chuyển động thẳng đi về Quá trình này giúp thực hiện việc hút và nén chất lỏng hiệu quả.

Hình 2.11 Bơm pittông hướng kính đơn lệch tâm

Sơ đồ kết cấu của bơm pittông hướng kính cho thấy rôto 1 với các pittông 2 được lắp đặt trong các lỗ hướng kính Rôto quay trên trục dẫn dầu 3, được cố định vào thân bơm, có lỗ hút dầu A và lỗ nén dầu B nằm phía trong trục.

30 xoay lắp trên các ổ trục riêng biệt với vòng trượt 4 lệch tâm so với rôto 1 một đoạn e Khi hoạt động, đầu pittông luôn tiếp xúc với vòng trượt 4 Khi rôto quay qua vùng cửa A, thể tích lỗ dưới pittông tăng lên, tạo ra quá trình hút dầu từ cửa A Ngược lại, khi qua cửa B, thể tích lỗ giảm, thực hiện quá trình nén dầu vào cửa B Cả hai cửa A và B được kết nối với ống hút và ống nén của bơm.

Khi độ lệch tâm e=0, quá trình hút nén dừng lại Khi điều chỉnh độ lệch tâm, quá trình hút nén tiếp tục, nhưng chức năng của các lỗ A và B bị đảo ngược Đặc tính này khiến bơm pittông được sử dụng phổ biến để thực hiện đảo chiều trong các cơ cấu máy.

Vòng trượt 4 được lắp trong thùng xoay mà không có mối liên hệ cứng với rôto Khi rôto quay, lực ma sát giữa đầu pittông và vòng trượt khiến vòng trượt quay theo cùng chiều với rôto, từ đó giảm thiểu chuyển động tương đối giữa rôto và vòng trượt, giúp các chi tiết ít bị mòn hơn.

Bơm pittông hướng kính có thể điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi độ lệch tâm e, tương tự như bơm cánh gạt đơn Tuy nhiên, lực tác dụng lên trục của bơm không cân bằng, dẫn đến sự mòn không đều của pittông và xilanh Để tăng cường lưu lượng, người ta lắp đặt nhiều pittông trên chiều rộng của rôto, như bơm ΗΠΜ-714 của Liên Xô cũ với 4 dãy, mỗi dãy có 13 pittông theo hướng kính của rôto Bơm pittông hướng kính cũng được sản xuất với nhiều kiểu tác dụng kép hoặc nhiều lần tác dụng.

Hình 2.12 Kết cấu của bơm pittông hướng kính a Loại không điều chỉnh b loại nhiều lần tác dung

Bơm pittông hướng kính kép có cấu trúc tương tự bơm pittông hướng kính đơn, nhưng khác biệt ở vòng trượt và trục dẫn dầu Vòng trượt hình elip cho phép bơm thực hiện hai lần hút và hai lần nén trong mỗi vòng quay của rôto.

Thay đổi cấu trúc của vòng trượt và trục dẫn dầu cho phép tạo ra bơm pittông hướng kính với nhiều lần hút và nén Ví dụ, bơm trong hình 2.12 b có 4 lần hút và nén khi rôto quay một vòng Nguyên lý này thường được áp dụng để chế tạo động cơ dầu có mômen xoắn lớn và vận tốc thấp, dưới 400 vòng/phút.

Lưu lượng của bơm pittông hướng kính phụ thuộc vào thể tích xilanh Thể tích của một xilanh được tính bằng công thức liên quan đến đường kính xilanh (d) và độ dài hành trình của pittông (h) Khi rôto quay một vòng, thể tích xilanh sẽ được xác định dựa trên các thông số này.

Vì hành trình của pittông là 2e nên nếu bơm có z pittông và làm việc với số vòng quay là n [v/ph] thì lưu lượng của bơm sẽ là:

Hành trình của pittông thường là h=(1,3÷1,4)d và số vòng quay nmax00v/ph Điều chỉnh lưu lượng bằng cách điều chỉnh độ lệch tâm e.

Bơm pittông hướng trục

Bơm pittông hướng trục là loại bơm có pittông song song với trục rôto, mang lại ưu điểm về kích thước nhỏ gọn hơn so với bơm pittông hướng kính cùng công suất Với thiết kế pittông đặt dọc trục, rôto có mômen quán tính nhỏ, rất phù hợp cho động cơ dầu Đặc biệt, bơm pittông hướng trục có hiệu suất vượt trội so với các loại bơm khác, với hiệu suất gần như không phụ thuộc vào tải trọng và số vòng quay.

Nguyên lý làm việc của bơm pittông hướng trục trình bày trên hình 2.13

Bơm pittông hướng trục bao gồm các pittông được sắp xếp song song với trục của rôto và luôn tiếp xúc với đĩa nghiêng nhờ vào lò so Trục truyền động tạo ra chuyển động vòng cho rôto, dẫn đến việc pittông di chuyển thẳng, từ đó thực hiện quá trình hút và nén hiệu quả Các xilanh của pittông đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của bơm.

Các pittông trong vùng A thực hiện quá trình hút, trong khi những pittông ở vùng rãnh B thực hiện quá trình nén, tất cả đều kết nối với các rãnh của đĩa dẫn dầu 6 trong quá trình quay.

Trong nhiều loại bơm, lò xo không được sử dụng Để pittông luôn tiếp xúc với đĩa nghiêng, dầu có áp suất được đưa vào buồng phía dưới pittông Việc điều chỉnh lưu lượng có thể thực hiện bằng cách thay đổi góc nghiêng của đĩa nghiêng, từ đó điều chỉnh độ dài hành trình của pittông.

Bơm pittông hướng trục có nhiều kiểu khác nhau tùy thuộc vào phương pháp thực hiện vị trí tương đối giữa trục pittông và mặt nghiêng Một trong những kiểu bơm này là bơm đĩa nghiêng, trong khi kiểu bơm Jahns-Thomas có kết cấu với rôto đặt lệch so với trục truyền động của bơm, như minh họa trong hình 2.14.

Trục 1 lắp trên thân bơm 3 truyền chuyển động cho rôto 2 qua trục của cácđăng 4 Nhờ có khắp cacđăng rôto 2 mang các xilanh có thể điều chỉnh lệch với trục truyền động 1 một góc α nhất định làm thay đổi độ dài hành trình của pittông và do đó thay đổi được lưu lượng của bơm Góc nghiêng thường dùng α=6÷ 25 0 Một đầu của rôto luôn tỳ sát vào đĩa dẫn dầu 5 nhờ lò so 6 và sau khi bơm làm việc nhờ áp suất của dầu Trên đĩa dẫn dầu có cửa hút A nối liền với ống hút 7 và cửa nén B nối liền với ống nén 8

Bơm xiên có kết cấu đặc biệt, trong đó lực chính là lực dọc trục của xilanh Mặc dù có sự xuất hiện của phân lực hướng kính, nhưng mức độ này rất nhỏ, dẫn đến mômen cần thiết để quay rôto cũng giảm hơn so với bơm pittông hướng kính.

Tính toán lưu lượng của bơm pittông hướng trục tương tự như bơm hướng kính, nhưng hành trình của pittông phụ thuộc vào góc nghiêng α, là góc giữa trục pittông và trục quay của bề mặt chuyển động Hành trình của pittông có thể được xác định qua sơ đồ tổng quát như trong hình 2.15.

Hình 2.15 Sơ đồ tính toán lưu lượng của bơm pittông hướng trục

Nếu các ký hiệu lấy giống như ở bơm hướng kính và đường kính xilanh trên rôto là D [cm] thì lưu lượng của bơm sẽ là:

Bơm pittông dãy là loại bơm có một hoặc vài pittông đặt thành dãy thẳng góc với trục truyền dẫn của bơm

Bơm pittông dãy được sử dụng chủ yếu cho các hệ thống dầu ép có công suất lớn và áp suất cao, với khả năng đạt áp suất từ 300 đến 500 bar, và có thể lên tới 2500 bar nếu khắc phục được vấn đề chắn dầu Ngăn cách dầu giữa buồng hút và buồng nén được thực hiện thông qua van và xupap, giúp bơm đạt hiệu suất thể tích cao hơn so với các loại bơm pittông khác, với hiệu suất dao động từ 0,8 đến 0,97.

Bánh lệch tâm 1 được lắp trên trục truyền động của bơm, có tác dụng trực tiếp vào pittông 2 Lò so 3 liên tục đẩy pittông chuyển động thẳng với độ dài hành trình là 2e.

Khi pittông di chuyển xuống, thể tích buồng 4 tăng, tạo ra áp suất tại cửa vào A, khiến van 5 mở và bắt đầu quá trình hút dầu Đồng thời, do lò xo và áp suất tại cửa nén B, van 6 đóng lại Khi pittông di chuyển lên, thể tích buồng 4 giảm, áp suất tại đây tăng, làm van 5 đóng và van 6 mở, qua đó bơm thực hiện quá trình nén, đưa dầu vào cửa B.

Hình 2.16 Bơm pittông dãy Hình 2.17 Sơ đồ tính toán lưu lượng a) Van côn b) van bi

Bơm pittông dãy thường sử dụng van hình côn và van bi trong các buồng nén và hút Loại bơm này được áp dụng phổ biến trong hệ thống thủy lực của máy xúc và máy đào, mang lại hiệu suất làm việc cao Lưu lượng của bơm pittông dãy cũng là một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong quá trình thiết kế và vận hành.

Lưu lượng của bơm pittông dãy cũng được tính dựa trên công thức:

Độ dài hành trình pittông (h) trong bơm H-400, nơi có van hút và van nén đặt trong pittông, sẽ bị giảm đi một lượng tương ứng với độ mở x của van Do đó, công thức tính độ dài hành trình pittông được điều chỉnh thành h - x.

Đối với tất cả các loại bơm pittông, độ không đồng đều của lưu lượng chịu ảnh hưởng bởi đặc điểm chuyển động của pittông, số lượng pittông và cách bố trí chúng trong bơm.

Để tính toán độ không đồng đều của lưu lượng, chúng ta cần xác định vận tốc tức thời của pittông, từ đó tính toán lưu lượng tức thời lớn nhất (Qmax) và lưu lượng nhỏ nhất (Qmin) Độ không đồng đều được tính theo công thức: ax min ax m 100% m.

Xylanh thủy lực

Xylanh thủy lực chuyển đổi hiệu quả chuyển động quay của bơm thủy lực thành chuyển động tịnh tiến Thiết bị này cho phép điều khiển tốc độ một cách linh hoạt trong cả hành trình tiến và lùi, đồng thời hỗ trợ đảo chiều chuyển động nhanh chóng Đối với chuyển động quay gián đoạn, các động cơ lắc đặc biệt thường được ưu tiên sử dụng.

Xylanh tác động đơn chỉ nhận dầu thủy lực từ một phía để thực hiện hành trình làm việc, trong khi hành trình trả về được thực hiện nhờ lực cơ học.

36 như lò xo, trọng lượng pittông hoặc thường gặp nhất là trọng lượng của thiết bị hoặc trọng lượng cần nâng

Trong thực tế thường sử dụng 2 loại xylanh tác động đơn: Xylanh tác động đơn và xylanh nhiều cấp hoặc vươn xa

Hình 2.21 Xylanh tác động đơn thông dụng

Xi lanh tác động đơn thông dụng bao gồm xi lanh được gia công bóng bề mặt trong và pittông, với không gian trước đáy pittông nối thông với đường dầu áp suất cao Phía bên kia của xi lanh kết nối với không khí bên ngoài và được bảo vệ bởi bộ lọc Pittông và cần pittông được hướng dẫn chuyển động và được làm kín trong xi lanh Lực tác dụng lên đáy pittông phụ thuộc vào diện tích đáy pittông và áp suất dầu thủy lực.

Xylanh nhiều cấp hay xylanh vươn xa là giải pháp lý tưởng khi cần hành trình pittông lớn nhưng vẫn giữ kích thước xylanh nhỏ gọn, thường được sử dụng trong các ứng dụng như rơmoóc tự trút, xe bốc xếp, và điều khiển gầu xúc Xylanh vươn xa thường ưu tiên lựa chọn phương án tác động đơn, nhưng cũng có thể áp dụng xylanh tác động kép Để tính toán và lựa chọn xylanh vươn xa, cần dựa vào kích thước cấp cuối cùng, tức là phần pittông nhỏ nhất, nhằm đảm bảo nó có khả năng tiếp nhận toàn bộ lực nâng yêu cầu.

+ Xylanh vươn xa đơn giản

Trên xylanh vươn xa, dầu thủy lực đầu tiên tác động vào diện tích lớn nhất A1 của pittông, nơi cần áp suất nhỏ nhất Tiếp theo, dầu sẽ tác động lên diện tích nhỏ hơn A2, và cuối cùng là diện tích nhỏ nhất A4.

Hình 2.22 Cấu tạo xylanh vươn xa đơn giản

Hình 2.23 Xylanh vươn xa chuyển động đều

Khi lực ngoài được xylanh tiếp nhận là không đổi: F=p.A=const sẽ tạo ra trong xylanh các bậc áp suất và vận tốc như sau: Áp suất Vận tốc

Trong quá trình chuyển động giữa các pittông, sự thay đổi đột ngột về áp suất và vận tốc có thể gây ra va đập Tuy nhiên, trong những trường hợp cụ thể như tự trút hàng hóa khỏi rơmoóc, hiện tượng này lại có lợi, vì nó cải thiện quá trình trút tải thông qua chuyển động rung Khi bắt đầu nâng rơmoóc, cần thực hiện chuyển động nâng chậm để xử lý tải trọng lớn khi rơmoóc nằm ngang, sau đó có thể nâng nhanh hơn khi tải trọng giảm dần theo góc nâng Trong nhiều tình huống khác, như khi sử dụng máy nâng hay bốc xếp hàng dễ hư hỏng, yêu cầu chuyển động nâng đều đặn được đặt ra, và trong trường hợp này, xylanh vươn xa có thể được sử dụng để đảm bảo chuyển động ổn định.

Xylanh vươn xa chuyển động đều:

Trên các xylanh vươn xa chuyển động đều, các không gian xylanh A2, A3, A4 được nối thông với các không gian xylanh A2 *, A3 *, A4 * tương ứng, với diện tích bằng nhau.

Khi dầu thủy lực tác động lên diện tích A1, dầu từ không gian xylanh A2 sẽ chảy xuống dưới pittông A2, cùng lúc nâng pittông lên Đồng thời, dầu cũng chảy từ các không gian A3 và A4 vào dưới đáy A3 và A4 Như vậy, ngay khi tác động vào diện tích A1, tất cả các pittông bắt đầu chuyển động mà không gây ra va đập về vận tốc và áp suất Các van chặn dầu được bố trí trên các diện tích pittông chỉ để nạp và bổ sung dầu, và trong quá trình hoạt động, các van này tự động đóng kín do áp suất trong không gian xylanh nhỏ hơn sẽ lớn hơn áp suất trong không gian xylanh lớn hơn trước đó.

Xylanh tác động kép có khả năng tiếp nhận dầu thủy lực từ hai phía của pittông, cho phép truyền lực ở cả hai chiều hành trình Có hai loại xylanh tác động kép: xylanh có cần pittông 2 phía, hay còn gọi là xylanh chuyển động đều, và xylanh có cần pittông 1 phía, được gọi là xylanh vi sai.

+ Xylanh có cần pittông một phía (xylanh vi sai)

Xylanh vi sai thường có đường kính cần pittông lớn hơn, với hình 2.24 giới thiệu một xylanh vi sai tác động kép có giảm chấn ở vị trí cuối cả hai phía Ngoài ra, xylanh có cần pittông một phía (hình 2.26) có thể hoạt động theo 3 phương thức khác nhau.

- Hành trình tiến nhờ tác động áp suất vào diện tích A1 (quá trình làm việc);

- Hành trình về nhờ tác động áp suất vào diện tích A2;

- Hành trình tiến nhờ tác động đồng thời vào các diện tích A1, A2 (tiến nhanh)

Hình 2.24 Xylanh tác động kép có cần pittông một phía:

1- Pittông; 2- Phần giảm chấn; 3- Lỗ khoan trên xi lanh;

4- Vành tạo bậc diện tích; 5- Van tiết lưu điều khiển được

Hành trình làm việc của hệ thống thủy lực diễn ra khi dầu thủy lực tác động lên diện tích A1 của pittông, tạo ra lực đẩy FV và vận tốc đẩy vV, trong điều kiện áp suất và lưu lượng không thay đổi.

Hành trình về là quá trình mà trong đó tác động của dầu thủy lực lên diện tích A2 nhỏ hơn, dẫn đến việc lực tác động giảm và vận tốc trả về tăng, mặc dù áp suất và lưu lượng vẫn giữ nguyên.

Hành trình tiến nhanh của xylanh, khi có hộp phân phối với rãnh thoát từ khoang diện tích A2 thông với cửa đẩy vào diện tích A1, giúp cả hai phía xylanh đều được tác động bởi dầu nhờ vị trí của van phân phối Diện tích A1 nhận lưu lượng dầu Q và bổ sung thêm lưu lượng dầu cuốn ∆Q từ diện tích A2, giúp pittông đạt được vận tốc cao hơn so với khi thực hiện hành trình làm việc.

Lực đẩy trong trường hợp này nhỏ hơn: F E  p A ( 1  A 2 )  p A 3 (  F v )

Giá trị vận tốc tiến nhanh có thể thay đổi bằng cách chọn đường kính của cần pittông A3 khi các giá trị p và Q đã cho

+ Xylanh có cần pittông hai phía

Khi xylanh có cần pittông hai phía và hai cần pittông này có điều kiện giống nhau, với áp suất và lưu lượng không đổi ở cả hai phía, lực và vận tốc trong hành trình tiến và lùi sẽ được giữ nguyên, cụ thể là FV=FR và vV=vR.

+ Cấu tạo xylanh lực trên máy kéo

Trên máy kéo, có hai loại xylanh: xylanh chính và xylanh phụ Xylanh chính có đường kính lớn hơn và được kết nối với cơ cấu treo phía sau, giúp nâng hạ các máy công tác nặng Trong khi đó, xylanh phụ được đặt bên cạnh máy kéo, trên máy công tác hoặc bộ phận moóc.

Đặc tính của bơm

Biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng bơm Qb và số vòng quay nb khi thể tích làm việc riêng qb = qmax = hằng số, đồng thời áp suất bơm pb bằng áp suất tính toán ptt.

- Đường đặc tính tốc độ khi áp suất bằng không gọi là đặc tính không tải

Hình 3.1 Đặc tính tốc độ của bơm

- Là đặc tính biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng của bơm Q và áp suất của bơm p Khi số vòng quay nB = const và qb = qbmax

Về lý thuyết, Q không phụ thuộc vào p, mà chỉ dựa vào lưu lượng riêng qb và số vòng quay Do đó, Ql = f(p) sẽ tạo thành một đường nằm ngang Tuy nhiên, trong thực tế, tình hình có thể khác biệt.

- Biểu diễn quan hệ giữa mômen Mđ của động cơ và áp suất làm việc p, khi nđ const

- Theo lý thuyết: Mđl = KM pđ ;

Khi qđ = const, Mđl sẽ tạo thành một đường thẳng Tuy nhiên, trong thực tế, do tồn tại tổn thất cơ khí, Mđ sẽ là một đường cong được xác định bởi công thức Mđ = ck.Mđl Sự chênh lệch Mđ sẽ phản ánh rõ ràng các tổn thất cơ khí trong hệ thống.

Hình 3.2 Đặc tính tải trọng của bơm

Khi áp suất p lớn hơn áp suất tối thiểu pmin, động cơ xe máy sẽ bắt đầu quay một cách êm dịu Áp suất tối thiểu này được gọi là áp suất khởi động trục động cơ.

- Khi điều chỉnh chế độ làm việc của máy bằng cách điều chỉnh động cơ, người ta còn dùng đặc tính điều chỉnh của động cơ

- Đường đặc tính này biểu diễn quan hệ giữa đ (hay nđ) khi lưu lượng riêng qđ thay đổi khi Qđ = const và P = Pp

Hình 3.3 Đặc tính điều chỉnh của bơm

- Do đó đường đ = f(qđ) là một đường hypecbol

Khi qđ đạt giá trị tối đa (qđ max), sẽ xuất hiện giá trị min Khi giảm qđ, tức là giảm tải trọng bên ngoài trong khi áp suất công tác giữ nguyên ở mức áp suất tính toán, số vòng quay của động cơ sẽ tăng lên Khi qđ đạt giá trị tối thiểu (qđ min), thì đ sẽ bằng đ max Giá trị qđ min là giới hạn cần thiết để đảm bảo động cơ hoạt động với số vòng quay an toàn, đặc biệt đối với máy kéo, ô tô và máy xây dựng, tương ứng với tốc độ xe lớn nhất.

Phạm vi điều chỉnh của động cơ được xác định dựa trên tỷ số qđmin, phản ánh điều kiện hoạt động hợp lý từ đường đặc tính tải trọng và vận tốc Điều này giúp đảm bảo hiệu suất tối ưu cho động cơ.

Đặc tính của động cơ thủy lực

Biểu diễn mối quan hệ giữa số vòng quay của động cơ nđ và lưu lượng Q của động cơ khi thể tích làm việc riêng qđ đạt giá trị tối đa qđ max Đặc biệt, áp suất được xem xét ở hai chế độ: chế độ không tải với p = 0 và chế độ có áp suất p = ptt.

Hình 3.4 Đặc tính vận tốc của động cơ

Ta biết Qđ = qdnd nên nd=Qd/qd

Đường thẳng d = f(Qđ) thể hiện mối quan hệ lý thuyết, trong khi đường vận tốc thực đ lại là một đường cong do tổn thất lưu lượng, phản ánh sự “trượt” của động cơ Qđmin biểu thị tổn thất rò rỉ ban đầu hoặc thể tích bị nén của động cơ Khoảng cách giữa vận tốc lý thuyết đl và vận tốc thực đ chính là tổn thất lưu lượng, với đl - đ là vận tốc lý thuyết.

46 thuyết và vận tốc thực tế của đc Khi áp suất tăng, tổn thất lưu lượng cũng tăng nên

- Biểu diễn quan hệ giữa mômen Mđ của động cơ và áp suất làm việc p, khi nđ

Theo lý thuyết, công thức Mđl = KM pđ cho thấy rằng khi KM được giữ cố định, Mđl sẽ tạo thành một đường thẳng Tuy nhiên, trong thực tế, do sự hiện diện của tổn thất cơ khí, Mđl trở thành một đường cong, được biểu diễn bằng Mđ = ηck.Mđl, trong đó ηck = Mđ / Mđl, cho thấy mức độ tổn thất cơ khí Ngoài ra, khi áp suất p vượt quá một giá trị tối thiểu pmin, động cơ sẽ bắt đầu quay, và pmin được xác định là áp suất khởi động trục động cơ của xe máy một cách êm dịu.

Hình 3.5 Đặc tính tải trọng của động cơ

Khi điều chỉnh chế độ làm việc của máy, việc điều chỉnh động cơ là rất quan trọng Đặc tính điều chỉnh của động cơ thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ động cơ (đ hoặc nđ) và lưu lượng riêng (qđ) khi lưu lượng tổng (Qđ) không đổi và áp suất (P) là hằng số (Pp).

Hình 3.6 Đặc tính điều chỉnh của động cơ

Do đó đường đ = f(qđ) là một đường hypecbol Khi qđ = qđ max thì có

Khi giảm qđ, tức là giảm tải trọng bên ngoài trong khi áp suất công tác không đổi, số vòng quay của động cơ sẽ tăng lên Khi qđ đạt giá trị tối thiểu (qđmin), động cơ sẽ hoạt động ở số vòng quay tối đa (ωđ max) Giá trị qđmin là giới hạn cần thiết để đảm bảo động cơ hoạt động an toàn Đối với máy kéo, ô tô và máy xây dựng, qđmin tương ứng với tốc độ tối đa của xe Phạm vi điều chỉnh của động cơ được xác định dựa trên tỷ số qđmin, phù hợp với điều kiện hoạt động của động cơ từ đường đặc tính tải trọng và vận tốc, nhằm đảm bảo hiệu suất tối ưu cho động cơ.

Cơ cấu phân phối

Cơ cấu phân phối là thiết bị quan trọng trong hệ thống lưới đường ống, giúp điều chỉnh dòng chảy tại các nút và phân phối chất lỏng theo quy luật nhất định Thiết bị này cho phép đảo chiều chuyển động của động cơ thủy lực hoặc điều khiển chuyển động của cơ cấu chấp hành một cách chính xác.

Chất lỏng từ bơm trước khi vào động cơ thủy lực đi qua cơ cấu phân phối để phân bổ vào các nhánh của lưới ống Cơ cấu phân phối gồm hai bộ phận chính: vỏ và bộ phận đổi nhánh Vỏ có các cửa lưu thông kết nối với hệ thống ống, trong khi bộ phận đổi nhánh di chuyển để phân phối chất lỏng vào các cửa này Bộ phận đổi nhánh có thể là piston bậc, ngăn kéo hoặc núm xoay Các loại cơ cấu phân phối bao gồm kiểu con trượt phân phối, khóa phân phối và van phân phối.

Bộ phận đổi nhánh là con trượt có thể là piston bậc hoặc ngăn kéo (tiroi), thường dùng nhất là loại piston bậc

Nguyên lý hoạt động của con trượt phân phối là di chuyển để đóng hoặc mở đường dầu, với sự phân biệt dựa vào số vị trí và số cửa của từng loại con trượt.

- Số vị trí: là chỗ định vị con trượt của van, thường có 2,3 vị trí

- Số cửa (đường dẫn): là số lỗ dẫn dầu vào ra, thường là 2,3,5

Hình 4.1 minh họa cơ cấu phân phối, trong đó vỏ 1 là bộ phận chính, các cửa lưu thông A và B được kết nối với động cơ thủy lực Khi ngăn kéo 2 được đẩy sang phải, chất lỏng từ bơm qua cửa C sẽ được chuyển đến động cơ thủy lực qua cửa B.

Hình 4.1 b,c mô tả con trượt phân phối piston, bao gồm piston bậc di chuyển trong vỏ xilanh 2, với các lỗ thông kết nối với lưới ống của hệ thống để chất lỏng lưu thông Khi piston di chuyển trong xi lanh, các bậc của piston sẽ đóng và mở các cửa lưu thông, cho phép điều khiển mạch lưu thông của chất lỏng theo ý muốn hoặc đảo chiều bộ phân chấp hành.

Khi gọi b1 là bề rộng của bậc piston và b2 là bề rộng rãnh trong xilanh, chúng ta có hai trường hợp để xem xét Nếu b1 lớn hơn b2 (b1 > b2), cơ cấu phân phối con trượt sẽ có độ đóng dương, dẫn đến việc giảm thiểu rò rỉ và đảm bảo hoạt động ổn định, tuy nhiên, độ nhạy của hệ thống sẽ kém hơn.

50 b1>b2 : cơ cấu phân phối con trượt có độ đóng âm: rò rỉ nhiều, làm việc khó ổn định nhưng độ nhạy cao

Hình 4.2con trượt piston phân phối 3 vị trí, bốn cửa

Hình 4.2 mô tả con trượt piston phân phối 3 vị trí với bốn cửa, trong khi Hình 4.3 trình bày con trượt piston phân phối tùy động 2 vị trí cũng với bốn cửa Cơ cấu điều khiển của hệ thống này là một cơ cấu phân phối phụ, cho phép một lượng chất lỏng làm việc từ bơm đi qua cơ cấu phân phối phụ để thực hiện nhiệm vụ điều khiển hiệu quả.

Hỡnh 4.3.Con tr-ợt piston phân phối tuỳ động

Khi piston của cơ cấu phân phối phụ di chuyển sang trái, chất lỏng sẽ được đưa vào buồng bên trái của xilanh chính, đẩy piston 2 sang phải Đồng thời, chất lỏng từ bơm sẽ chảy qua đường ống bên phải vào động cơ thủy lực.

Khi piston của cơ cấu phân phối phụ di chuyển sang phải, chất lỏng sẽ đi vào buồng bên phải của xilanh chính, đẩy piston 2 về phía trái Chất lỏng từ bơm theo đường ống bên trái vào động cơ thủy lực, làm thay đổi chiều hoạt động của động cơ Ưu điểm của hệ thống này là khả năng điều khiển nhẹ nhàng các phụ tải lớn, vì cơ cấu phân phối phụ chỉ đảm nhiệm việc điều khiển piston của cơ cấu phân phối chính, không trực tiếp điều khiển động cơ thủy lực có phụ tải lớn.

Bao gồm vỏ cố định và nút xoay có lắp bộ phận điều khiển

Nút xoay hình nón trong khoá phân phối giúp đảm bảo sự đóng khít, khắc phục lực dọc trục bằng cách sử dụng lò xo để ép nút vào vỏ Khi áp lực chất lỏng tăng, lò xo cần cứng hơn, dẫn đến sự gia tăng lực điều khiển.

Nút hình trụ giúp điều khiển nhẹ nhàng và hạn chế rò rỉ do nút lệch sang một bên Để cải thiện hiệu suất, người ta khoan các lỗ thông hướng kính trong thân nút, tạo ra các khoang áp suất lớn đối diện nhau, giúp áp lực tác dụng lên nút được cân bằng hơn.

Van phân phối, hay còn gọi là van đảo chiều, được phân loại theo chức năng thành hai loại: van phân phối không tiết lưu và van phân phối tiết lưu Van phân phối không tiết lưu chủ yếu được sử dụng để điều khiển dòng chảy mà không làm giảm áp suất, trong khi van phân phối tiết lưu cho phép điều chỉnh lưu lượng và áp suất của chất lỏng trong hệ thống.

Các thiết bị này cho phép khởi hành, dừng lại và điều khiển đảo chiều dòng dầu, đồng thời loại thứ hai còn cung cấp các phương án khuếch đại lưu lượng Chúng có khả năng thay đổi linh hoạt số lượng vị trí trung gian giữa hai điểm đầu và cuối của hành trình.

Các dạng cấu trúc cơ bản của van phân phối

- Số cửa: là số lỗ dẫn dầu vào hay ra

- Số vị trí: là số định vị trạng thái làm việc con trượt của van

Tên van: số cửa/số vị trí

Ký hiệu trên sơ đồ: cửa ký hiệu bằng dấu T, mỗi vị trí là một ô vuông, ở bên cạnh ô vuông có ký hiệu phương tiện điều khiển

Cửa nối van được ký hiệu

Cửa ra nơi làm việc 2,4,6 A, B,C

Cửa nối tín hiệu điều khiển

Hình 4.5 Van phân phối con trượt 3/3 tác động bằng tay có lò xo trả về:

Van phân phối con trượt dọc (ngăn kéo) hoạt động ở vị trí tĩnh khi đầu nối từ bơm và đầu nối về thùng bị chặn, cho phép dầu từ bơm chảy về thùng qua van giới hạn áp suất Khi tay điều khiển được đẩy đến vị trí nâng, con trượt 1 di chuyển sang trái, kết nối đầu nối từ bơm với đầu nối đến xylanh, giúp dầu từ bơm dẫn vào xylanh, đẩy pittông và nâng thiết bị Tại vị trí hạ, con trượt di chuyển sang phải, pittông trong xylanh hạ xuống dưới tác động của trọng lực thiết bị, trong khi lưu lượng dầu chảy về thùng Khi tay điều khiển thả ra, con trượt van trở về vị trí ban đầu nhờ lực lò xo.

2 Cần chú ý là chỉ được sử dụng lò xo nén để dẫn con trượt từ hai vị trí cuối trở về vị trí tĩnh Theo cấu tạo có thể phân loại van phân phối thành van con trượt (trượt dọc và quay) và van đế tựa

Hình 4.6 Van phân phối con trượt quay 4/3 tác động bằng tay

Cơ cấu tiết lưu

Khi sử dụng xylanh hoặc môtơ thủy lực kết hợp với bơm có thể tích làm việc không đổi, cần thiết phải có vận tốc pittông hoặc tần số quay xác định để điều khiển lưu lượng thông qua van dòng Giải pháp này thường đơn giản hơn so với việc áp dụng bơm điều khiển được thể tích làm việc trong hệ thống thủy lực.

+ Van tiết lưu không đổi

Van tiết lưu được chia thành hai loại chính: van tiết lưu không đổi và van tiết lưu điều khiển được Cấu trúc cơ bản của van tiết lưu không đổi bao gồm lỗ tiết lưu, còn được gọi là tiết lưu chảy tầng, và tấm chắn.

Hình 4.12 Tiết lưu tấm chắn không đổi: a) Lỗ tiết lưu; b) Tấm chắn

Lỗ tiết lưu phụ thuộc nhiều vào độ nhớt, trong khi tấm chắn ít bị ảnh hưởng bởi độ nhớt do có mặt cắt ngang hẹp hơn và đặc tính chảy rối Tiết lưu điều chỉnh được (tiết lưu) cũng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống này.

Khi điều chỉnh sức cản của tiết lưu, lưu lượng dòng chảy qua tiết lưu sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi vận tốc của cơ cấu chấp hành Việc điều chỉnh tiết lưu có thể thực hiện bằng cách thay đổi tiết diện lưu thông của chất lỏng hoặc điều chỉnh chiều dài đường dẫn của nó.

Tiết lưu thường được lắp đặt ở đường ra của cơ cấu chấp hành, đóng vai trò như một van giảm áp.

Tiết diện của piston trong xilanh lực được ký hiệu là F, trong khi vận tốc của piston được ký hiệu là v Lưu lượng qua cơ cấu được tính bằng công thức Q2 = F v Để tính lưu lượng qua tiết lưu, ta gọi Ax là tiết diện chảy qua và hiệu áp giữa hai điểm p2 và p3 được ký hiệu là  p = p2 - p3 Theo định luật Torricelli, có công thức tính Q2 cho trường hợp này.

Vận tốc của cơ cấu chấp hành được điều chỉnh thông qua Ax và hiệu áp Δp, trong đó hai giá trị này có thể thay đổi nhờ vào loại tiết lưu điều chỉnh được, cụ thể là vít điều chỉnh lò xo.

Để duy trì lưu lượng không đổi và đảm bảo vận tốc của cơ cấu chấp hành ổn định, cần giữ áp suất làm việc của cơ cấu ở mức  p = const và giữ Ax không đổi Nghiên cứu này sẽ được thực hiện trong bộ ổn định tốc độ.

Có các loại tiết lưu sau:

Hình 4.14.Các loại van tiết lưu

Các van thủy lực

Để điều khiển hoặc điều chỉnh năng lượng cũng như công suất, trên các hệ thống thủy lực sử dụng rất nhiều các van khác nhau

4.3.1 Van chặn (van một chiều)

Van chặn có chức năng ngăn dòng dầu chỉ theo một hướng và cho phép lưu thông theo hướng ngược lại Các thành phần chặn thường là bi cầu hoặc đầu côn, tạo thành van đế tựa Hai loại van chặn dòng đơn giản tác động lò xo được giới thiệu trong hình 4.15 Đặc điểm dòng chảy không bắt đầu từ điểm áp suất bằng không mà từ một áp suất ban đầu xác định pA, nằm trong khoảng 0,5 đến 4 bar, như thể hiện trong hình 4.16.

Hình 4.15 Van chặn dòng đơn Hình 4.16 Đặc tính của van chặn

Van an toàn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống thủy lực khỏi tình trạng quá tải Khi áp suất vượt quá mức cho phép [p], van an toàn sẽ mở ra để xả bớt chất lỏng về bể dầu, giúp giảm áp suất trong hệ thống Khi áp suất giảm xuống dưới mức [p], van sẽ tự động đóng lại, khôi phục áp suất ban đầu Van an toàn chỉ hoạt động khi hệ thống gặp sự cố quá tải.

+/ KiÓu van bi (trô, cÇu)

+/ Kiểu con tr−ợt (pittông) a.KiÓu van bi

Khi áp suất p1 do bơm dầu tạo ra vượt quá mức điều chỉnh, lực này sẽ thắng lực lò xo, khiến van bi mở cửa và đưa dầu về bể Để điều chỉnh áp suất cần thiết, có thể sử dụng vít điều chỉnh ở phía trên.

Ta có: p1.A = C.(x + x0) (bỏ qua ma sát, lực quán tính, p2 ≈ 0)

Trong đó x0 - biến dạng của lò xo tạo lực căng ban đầu;

F0 = C.x0 - lùc c¨ng ban ®Çu; x - biến dạng lò xo khi làm việc (khi có dầu tràn); p1 - áp suất làm việc của hệ thống;

A - diện tích tác động của bi

Van bi có cấu trúc đơn giản nhưng gặp nhược điểm như không phù hợp với áp suất cao và gây tiếng ồn trong quá trình hoạt động Khi lò xo bị hỏng, dầu sẽ ngay lập tức chảy về bể, dẫn đến sự giảm áp suất đột ngột trong hệ thống Bên cạnh đó, van con trượt cũng là một lựa chọn cần xem xét.

Van con trượt hoạt động khi dầu vào cửa 1, đi qua lỗ giảm chấn và vào buồng 3 Nếu lực do áp suất dầu tạo ra (F) lớn hơn lực điều chỉnh của lò xo (Flx) và trọng lượng (G) của pittông, pittông sẽ di chuyển lên trên, cho phép dầu chảy qua cửa 2 về bể Lỗ 4 được sử dụng để tháo dầu rò từ buồng trên ra ngoài.

Ta có: p1.A = Flx (bỏ qua ma sát và trọng l−ợng của pittông)

Flx = C.x0 Khi p1 tăng ⇒ F = p1 ∗.A > Flx ⇒ pittông đi lên với dịch chuyển x

⇒ p1 ∗.A = C.( ) x + x0 Nghĩa là: p1 ↑ ⇒ pittông đi lên một đoạn x ⇒ dầu ra cửa 2 nhiều ⇒ p1 ↓ để ổn định

Áp suất điều chỉnh p1 chỉ phụ thuộc vào Flx của lò xo do tiết diện A không thay đổi Van này có độ giảm chấn cao hơn so với van bi, giúp hoạt động êm ái hơn Tuy nhiên, nhược điểm là trong trường hợp lưu lượng lớn với áp suất cao, lò xo cần kích thước lớn, dẫn đến việc tăng kích thước tổng thể của van.

Van an toàn giúp bảo vệ hệ thống khỏi tình trạng quá tải Thực tế, van này hoạt động như một van tràn bằng cách điều chỉnh lực lò xo để kiểm soát áp suất.

Van 61 luôn mở, cho phép chất lỏng liên tục thoát ra qua cửa b, giúp duy trì áp suất trong hệ thống ở mức ổn định.

- Ap suất cửa vào có tác dụng điều chỉnh van

Với loại van vi sai và van tác dụng tùy động thì van bi đóng vai trò cơ cấu phụ gây tác dụng lên piston

Công suất thủy lực P = p.Q có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi lưu lượng Q hoặc áp suất p Để kiểm soát lưu lượng, người ta sử dụng van phân phối, trong khi van áp suất được dùng để điều chỉnh áp suất Trên thực tế, có nhiều loại van áp suất với các chức năng khác nhau như van giới hạn áp suất, van giảm áp và van cản.

Van giới hạn áp suất được sử dụng như van an toàn để duy trì áp suất hoạt động của thiết bị thủy lực trong giới hạn giá trị điều chỉnh trước, nhằm ngăn ngừa hỏng hóc cho các phần tử như đường ống, ống mềm và đầu nối Điều kiện cần thiết là p1 phải nhỏ hơn p1max Van này có thể là loại van điều khiển trực tiếp hoặc van điều khiển trước.

Hình 4.17 trình bày hai loại van áp suất điều khiển trực tiếp Van trong hình 2.37 a sử dụng con trượt làm phần tử đóng kín, khi áp suất hệ thống p1 tác động, lực ngược chiều lớn hơn lực lò xo sẽ khiến pittông con trượt dịch chuyển lên trên, cho phép dầu chảy từ p1 đến p2 Van đế tựa côn cũng hoạt động tương tự (hình 4.17 b), khi thắng sức căng lò xo 1, áp suất p1 qua lỗ khoan 2 và rãnh 3 tác động lên diện tích điều khiển của chốt giảm chấn 4, nâng đế côn tựa 5, cho phép dầu thủy lực chảy qua lỗ khoan 2 đến cửa P2.

Hình 4.19 Van giới hạn áp suất điều khiển trực tiếp: a) Van giới hạn dạng con trượt; b) Dạng đế tựa côn; 1−Lò xo; 2−Lỗ khoan;

3−Rãnh điều khiển; 4−Giảm chấn; 5−Đế tựa côn

Van giảm áp là thiết bị quan trọng trong việc cung cấp chất lỏng từ bơm đến các cơ cấu chấp hành với yêu cầu áp suất khác nhau Để đảm bảo hiệu suất, cần chọn bơm có áp suất tối đa và lắp đặt van giảm áp trước cơ cấu chấp hành nhằm điều chỉnh áp suất về mức cần thiết Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của van giảm áp đóng vai trò then chốt trong quá trình này.

Van giảm áp điều khiển trực tiếp hoạt động dựa trên nguyên tắc cân bằng giữa các lực ngược chiều tác động lên nút van Lực này được tạo ra bởi cấu trúc van-lò so và áp suất của chất lỏng tại cửa ra A.

Hình 4.20 Van giảm áp điều khiển trực tiếp

- Van giảm áp điều khiển gián tiếp:

Dòng thủy lực chảy từ B qua A qua rãnh 7, với áp suất được điều chỉnh giảm theo yêu cầu, dẫn đến việc nút côn 1 đóng lại Khi áp suất tại cửa A tăng, chênh lệch áp suất tại vòi phun 4 khiến nút côn 1 mở ra, dẫn đến sự dịch chuyển của con trượt 5 lên trên, làm giảm khe hở 7 Kết quả là áp suất tại cửa A giảm xuống và duy trì ở mức ổn định, với giá trị áp suất tại cửa A được xác định là pA = pB - Δp.

1.Nút côn 2.Lò so của van phụ trợ

3 Lò so van chính, 4 Vòi phun

6 cửa nối phía giảm áp

8 cửa xả Hình 4.21 Van giảm áp điều khiển gián tiếp Trong đó Δp – tổn thất áp suất từ B sang A

So với van giảm áp điều khiển trực tiếp van giảm áp điều khiển gián tiếp có kích thước nhỏ gọn hơn

Ký hiệu của các phần tử thủy lực

Tên gọi Ký hiệu quy ước Tên gọi Ký hiệu quy ước

Bình dưới áp lực khí quyển

Có áp lực cao hơn áp lực khí quyển

Thấp hơn áp lực khí quyển (chân không)

Thùng tích trữ khí nén

Bình tích năng kiểu nén khí

Bình tích năng kiểu lò so

Bộ lọc chất lỏng hoặc không khí

Bộ làm mát chất lỏng hoặc không khí

Miệng rót, phễu ống nối nạp

Hệ thống ống dẫn :hút, áp lực xả Điều khiển Tiêu nước

Chỗ nối của ống dẫn Đường ống ngang qua

Dẫn chất lỏng có áp lực

Xả chất lỏng khỏi hệ thống thủy lực

Xả không khí khỏi hệ thống thủy lực

Tên gọi Ký hiệu quy ước Tên gọi Ký hiệu quy ước Van tiêt lưu (lực cản cục bộ trên đường)

Nối khớp ống dẫn một đường

Nối khớp ống dẫn ba đường

Khớp tháo nhanh không có van một chiều

Khớp tháo nhanh có van một chiều

Cơ cấu điều chỉnh thường đóng

Cơ cấu điều chỉnh thường mở van an toàn(van hạn chế áp lực lớn nhât)

Van an toàn (giới hạn áp suất cực đại)

- Có sự điều chỉnh riêng tác dụng trực tiếp

-có sự điều chỉnh gián tiếp

- có đường dẫn phụ thuộc áp lực đường thủy lực riêng biệt

Van áp lực giữ cho độ chênh lệch áp lực (p1-p2) ổn định, trong khi van giảm áp đảm bảo áp suất tại cửa ra p2 không bị ảnh hưởng bởi áp suất đầu vào p1 Khi áp lực tại p2 phụ thuộc vào các yếu tố khác, van giảm áp sẽ điều chỉnh để duy trì áp suất ổn định.

- vào áp lực điều khiển p3

Bộ điều chỉnh dòng chảy

Tên gọi Ký hiệu quy ước Tên gọi Ký hiệu quy ước Van tiết lưu có van áp lực điều khiển tự động

Bơm thủy lực không điều chỉnh được có chiều dòng chảy không đổi

Bơm thủy lực không điều chỉnh được có chiều dòng chảy đổi chiều

Bơm thủy lực điều chỉnh có chiều dòng chảy không đổi

Bơm thủy lực điều chỉnh được có chiều dòng chảy đổi chiều

Mô tơ thủy lực không điều chỉnh được có chiều dòng chảy không đổi

Mô tơ thủy lực không điều chỉnh được có chiều dòng chảy đổi chiều

Mô tơ thủy lực điều chỉnh có chiều dòng chảy không đổi

Mô tơ thủy lực điều chỉnh được có chiều dòng chảy đổi chiều

Khái quát chung

Truyền động thể tích, khác với truyền động thủy động, dựa vào tính không nén của chất lỏng (dầu cao áp) để truyền năng lượng Phương pháp này cho phép truyền áp lực xa mà vẫn giữ được hiệu quả, giảm thiểu tổn thất năng lượng.

Truyền động thể tích bao gồm ba yếu tố chính: đầu tiên là bơm cung cấp dầu với áp suất lớn, thứ hai là động cơ thủy lực kiểu thể tích, và cuối cùng là bộ phận biến đổi và điều chỉnh, bao gồm thiết bị điều khiển, đường ống, cùng các thiết bị phụ trợ khác.

Trong đó 1 và 2 là cơ cấu biến đổi năng lượng

Dựa vào dạng chuyển động của động cơ thuỷ lực, chúng ta có thể phân loại truyền động thuỷ lực thể tích thành ba loại chính: chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay và chuyển động tuỳ động Những loại chuyển động này được ứng dụng rộng rãi trong các máy công cụ, hệ thống lái máy bay, hệ thống phanh, nâng ben ô tô và các hệ thống tự động khác Ưu điểm của truyền động thuỷ lực bao gồm khả năng điều khiển chính xác và hiệu suất cao trong nhiều ứng dụng công nghiệp.

- Trọng lượng trên 1 đơn vị công suất nhỏ

- Đảo chiều đơn giản, điều chỉnh vô cấp vận tốc bộ phận chấp hành

- Độ nhạy và độ chính xác cao, điều khiển nhẹ nhàng

- Tạo lực tác dụng lớn khi cần thiết

- Do áp suất làm việc cao nên khó làm kín các bộ phận làm việc, các chi tiết có độ chính xác cao nên giá thành đắt

- Yêu cầu cao về chất lỏng làm việc

- Vận tốc truyền xung thuỷ lực khá nhỏ: a 0 m s nên gây sự trễ đáng kể trong đường ống dài

Nguyên lý hoạt động - Các thông số làm việc cơ bản của truyền động thuỷ lực thể tích:

Xét sơ đồ đơn giản:

Hình 5.1 minh họa sơ đồ thủy lực của một hệ thống truyền động thể tích đơn giản Chất lỏng được bơm từ bơm 1 vào động cơ thủy lực (4) với áp suất p và lưu lượng Q Nếu bỏ qua tổn thất trên đường ống dẫn, lực tác dụng lên piston sẽ được xác định bởi chất lỏng.

F = p.S, trong đó S là diện tích bề mặt làm việc của piston Lực F sẽ vượt qua lực cản Fcản, là lực tác động của tải trọng lên cần piston Do đó, áp suất chất lỏng do bơm tạo ra chủ yếu phụ thuộc vào phụ tải, vì vậy cần chọn bơm sao cho đảm bảo áp suất làm việc tối đa và công suất cần thiết.

Khi Fcan hoặc Mcan thay đổi , ta giảm kích thước động cơ thuỷ lực bằng cách tăng áp suất làm việc

Bỏ qua rò rỉ thì QB = QĐC

QĐC = v.Sp với v : Vận tốc piston

Nếu cơ cấu chấp hành có chđộng quay: dc q

  K với Kq: hệ số lưu lượng riêng

Truyền động thuỷ lực thể tích mạch hở

Vậy N có thể tính theo yêu cầu của tải trọng (F,v) hoặc thông số làm việc của bơm, động cơ (p,Q)

5.2 Truyền động thuỷ lực thể tích mạch hở

5.2.1 Truyền động thuỷ lực thể tích có chuyển động tịnh tiến :

Hình 5.2 Sơ đồ hở có chuyển động tịnh tiến Hình 5.3 Sơ đồ hở có chuyển động quay

- Cơ cấu biến đổi năng lượng: bơm piston 1 và xilanh lực 6

- Cơ cấu trung gian: van 1 chiều 2, 3 và cơ cấu phân phối 5

- Piston 1 đi lên, chất lỏng từ bể 4 qua van 3 đi vào xi lanh 6

Khi piston 1 di chuyển xuống, van 3 sẽ đóng lại trong khi van 2 mở, cho phép chất lỏng chảy qua van 2 vào cơ cấu phân phối 5 và vào khoang trên của xilanh lực 6, dẫn đến việc piston bị đẩy xuống Để thay đổi hướng hoạt động của piston trong xilanh lực, cần xoay van phân phối.

90 0 , khi đó chất lỏng có áp suất cao từ xilanh của bơm sẽ vào khoang dưới của xi lanh lực đẩy piston đi lên

Vận tốc cơ cấu chấp hành:

Lưu lượng chất lỏng do bơm chuyển đi: QB=vB.FB

Lưu lượng chất lỏng nạp vào động cơ: QĐC=vĐC.FĐC

Khi không có rò rỉ thì: QB=QĐC  vB.FB=vĐC.FĐC

Nếu không có tổn thất cột áp thì áp suất do bơm tạo ra bằng áp suất trong buồng làm việc của xilanh lực:

- Áp suất do bơm tạo ra là:

F p  P với PB: lực đặt lên piston của bơm (do bơm tạo ra)

- Lực do chất lỏng có áp suất p tác dụng lên piston của xilanh lực :

 ứng lực P ĐC cân bằng với lực cản của tải trọng P tải trọng

Trường hợp bơm piston và xilanh lực, bỏ qua tổn thất:

Công suất của động cơ:

NĐC = PĐC.vĐC = p.FĐC.vĐC=p.QĐC

Do QB = QĐC  NB = NDC

Trường hợp bơm roto và xilanh lực, bỏ qua tổn thất:

Lưu lượng bơm : QB = qB.nB

Vận tốc cơ cấu chấp hành: DC B DC

Công suất: NB = p.QB = p.qB.nB

5.2.2 Truyền động thuỷ lực thể tích có chuyển động quay của cơ cấu chấp hành:

Sử dụng động cơ thủy lực kiểu roto hoặc piston roto, van an toàn 2 có nhiệm vụ ngăn chặn hệ thống bị quá tải Khi áp suất trên đường ống ra của bơm vượt quá giá trị cho phép, van 2 sẽ mở để xả bớt chất lỏng về bể.

Trong trường hợp dùng động cơ kiểu roto ta có:

Lưu lượng tiêu thụ của động cơ: QĐC = qĐC.nĐC

Vận tốc quay của động cơ :

Nếu N ĐC là công suất của động cơ thì moment quay động cơ cung cấp sẽ là:

DC DC DC DC DC

Vận tốc cơ cấu chấp hành: phụ thuộc vào lưu lượng đi vào động cơ (do bơm cung cấp) và lưu lượng riêng của động cơ

Do có rò rỉ nên QB > QĐC hay QĐC = QB -Q = QB – k.p

Q = k.p là lưu lượng rò rỉ, phụ thuộc vào áp suất làm việc

Vận tốc của động cơ thủy lực phụ thuộc vào áp suất làm việc; khi áp suất tăng, lưu lượng rò rỉ cũng tăng theo, dẫn đến việc vận tốc của cơ cấu chấp hành giảm.

Lực và moment do động cơ tạo ra phụ thuộc vào áp suất làm việc p từ bơm và các thông số hình học như FĐC và QĐC Khi các thông số hình học giữ nguyên, nếu áp suất p là hằng số, thì lực và moment cũng sẽ không thay đổi.

Lực và moment có thể được điều chỉnh thông qua việc thay đổi các thông số hình học hoặc áp suất của chất lỏng làm việc, nhờ vào các phần tử thủy lực trong hệ thống.

5.3 Truyền động thuỷ lực thể tích mạch kín

Hình 5.4 Sơ đồ kín Hình 5.5 Sơ đồ visai

Trong sơ đồ mạch kín chất lỏng ra khỏi động cơ không về lại thùng chứa mà được chuyển về ống hút của bơm

Nguyên lý hoạt động của hệ thống là chất lỏng được bơm từ bơm 1 qua cơ cấu phân phối 2 vào xilanh lực 3 Sau khi hoàn thành công việc, chất lỏng sẽ trở về khoang hút của bơm thông qua cơ cấu phân phối Hệ thống còn có bình bù 4 (hoặc bơm phụ 4) để bổ sung chất lỏng bị mất do rò rỉ trong quá trình làm việc Nhiệm vụ của bình phụ 4 là cung cấp thêm chất lỏng và duy trì áp suất làm việc cao, nhờ đó nâng cao áp suất trong khoang hút của bơm 1, giúp hệ thống kín có khả năng cung cấp công suất lớn.

Nhược điểm của hệ thống kín:

- Nhiệt độ chất lỏng làm việc cao vì chất lỏng tuần hoàn không kịp nguội

- Sơ đồ phức tạp vì buộc phải có bơm phụ hoặc bình chứa phụ

Khi sử dụng xilanh lực có cần một phía, lưu lượng chất lỏng vào và ra của động cơ thủy lực sẽ khác nhau Bơm 1 có nhiệm vụ đẩy chất lỏng vào khoang phải của xilanh lực 3 thông qua cơ cấu phân phối 2, khiến piston di chuyển qua trái Đồng thời, chất lỏng từ khoang trái sẽ được đẩy về ống hút của bơm 1.

Khi piston di chuyển sang trái, lưu lượng chất lỏng thoát ra lớn hơn lưu lượng chất lỏng vào xilanh, nhờ vào sự cung cấp của bơm Ngược lại, khi piston di chuyển sang phải, lưu lượng chất lỏng thoát ra nhỏ hơn lưu lượng chất lỏng vào xilanh Thùng chứa phụ 4 có nhiệm vụ bổ sung hoặc tháo bớt chất lỏng từ ống hút.

Khi thùng phụ bổ sung chất lỏng thì van 5 mở, van 6 đóng

Khi đưa bớt chất lỏng về thùng phụ qua van 6 thì van 5 đóng

Kết luận: Sơ đồ vi sai bổ sung được lượng chất lỏng rò rỉ và điều hoà lưu lượng của hệ thống.

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành

Điều chỉnh vận tốc chuyển động quay và chuyển động thẳng của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thủy lực có thể thực hiện bằng cách thay đổi lưu lượng dầu chảy qua nó Có hai phương pháp chính để điều chỉnh lưu lượng dầu, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.

- Thay đổi sức cản trên đường dẫn dầu bằng van tiết lưu – phương pháp điều chỉnh bằng tiết lưu

Thay đổi chế độ làm việc của bơm dầu bằng cách điều chỉnh lưu lượng cung cấp cho hệ thống thủy lực là phương pháp điều chỉnh bằng thể tích.

Việc lựa chọn phương pháp điều chỉnh vận tốc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công suất truyền động, áp suất cần thiết, và đặc điểm thay đổi tải trọng Để giảm nhiệt độ dầu và tăng hiệu suất hệ thống, phương pháp điều chỉnh vận tốc bằng thể tích được sử dụng, chỉ đưa vào hệ thống lưu lượng dầu cần thiết để đảm bảo vận tốc nhất định Nếu không tính đến tổn thất thể tích và cơ khí, toàn bộ năng lượng do bơm dầu tạo ra sẽ biến thành công có ích.

Để giảm nhiệt độ dầu và tăng hiệu suất hệ thống thủy lực, phương pháp ổn định vận tốc bằng thể tích được áp dụng Phương pháp này chỉ cung cấp lưu lượng dầu cần thiết để duy trì một vận tốc nhất định Lưu lượng dầu có thể điều chỉnh thông qua bơm dầu pittông hoặc cánh gạt Đặc điểm nổi bật của hệ thống này là công suất của cơ cấu chấp hành tỷ lệ thuận với lưu lượng dầu khi tải trọng không đổi Do đó, phương pháp điều chỉnh này được sử dụng phổ biến trong các máy cần công suất lớn khi khởi động, đặc biệt là khi cần lực kéo hoặc mômen xoắn lớn Hơn nữa, nó cũng được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống chuyển động thẳng hoặc quay, trong đó khi vận tốc giảm, công suất cần thiết cũng giảm theo.

Phương pháp điều chỉnh bằng thể tích mang lại ưu điểm nổi bật như hiệu suất truyền động cao và giảm thiểu tình trạng dầu bị làm nóng Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là yêu cầu sử dụng bơm dầu có cấu trúc phức tạp, dẫn đến chi phí sản xuất cao.

Hình 5.6 Sơ đồ thủy lực điều chỉnh bằng thể tích

Ta có Q 1  Q b  q n b [l/ph]  Q 1  v A 1 Muốn thay đổi Qb=Q1 ta thay đổi qb dẫn tới thay đổi v

Trong phương pháp này toàn bộ lưu lượng đều cung cấp cho xilanh không có dầu thừa nên hiệu suất của hệ thống thủy lực cao

Khi áp suất (Ax) thay đổi, điều này dẫn đến sự thay đổi của áp suất (Δp) và lưu lượng (Q) Trong hệ thống điều chỉnh này, bơm dầu duy trì lưu lượng không đổi, trong khi việc điều chỉnh tiết diện chảy của tiết lưu sẽ làm thay đổi hiệu áp của dầu Sự thay đổi này ảnh hưởng đến lưu lượng, giúp cơ cấu chấp hành duy trì vận tốc ổn định Lưu lượng dầu thừa không thực hiện công có ích và được trả về bể dầu.

Tùy thuộc vào vị trí lắp van tiết lưu trong hệ thống ta có hai loại điều chỉnh bằng tiết lưu như sau:

- Điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường vào

- Điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường ra

5.4.2.1 Điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường vào

Sơ đồ điều chỉnh vận tốc bằng tiết lưu ở đường vào được minh họa trong hình 2.67, với van tiết lưu 4 đặt ở đường vào của xilanh 1 Đường ra của xilanh dẫn về bể dầu qua van cản 5 Van tiết lưu 4 cho phép điều chỉnh hiệu áp giữa hai đầu van, từ đó điều chỉnh lưu lượng dầu chảy vào xilanh và thay đổi vận tốc pittông Lượng dầu thừa QT chảy qua van tràn 2 và được dẫn về bể dầu.

Van cản 5 có chức năng tạo áp suất ổn định từ 3-8 bar trong buồng bên phải của xilanh 1, giúp pittông chuyển động mượt mà Ngoài ra, van cản 5 còn giảm thiểu hiện tượng giật của cơ cấu chấp hành khi có sự thay đổi tải đột ngột.

Trong đó p0 là áp suất do bơm dầu tạo nên được điều chỉnh bằng van tràn 2

Nếu bỏ qua rò rỉ dầu Q1 qua van tiết lưu cũng là Q1 qua xilanh

Hiệu áp giữa hai đầu van tiết lưu:

Khi thay đổi Ax làm cho  p thay đổi  Q 1 thay đổi v thay đổi

Nếu như tải trọng tác dụng lên pittông là FL và lực ma sát giữa pittông và xilanh là

Fms thì phương trình cân bằng lực của pittông là:

Ta thấy khi FL thay đổi làm cho p1 thay đổi  p thay đổi  Q 1 thay đổi làm cho v1 không ổn định

5.4.2.2 Điều chỉnh tiết lưu đường ra

Hình 5.7 Điều chỉnh tiết lưu ở đường vào

Hình 5.8 minh họa sơ đồ điều chỉnh vận tốc bằng van tiết lưu ở đường ra Van tiết lưu không chỉ điều chỉnh lưu lượng mà còn hoạt động như van cản, tạo ra áp suất ổn định tại đường ra của xilanh Trong tình huống này, áp suất tại buồng trái xilanh tương đương với áp suất của bơm, cụ thể là p1 = p0.

Vì cửa van của tiết lưu nối liền với bể dầu nên hiệu áp của tiết lưu:

Khi Ax thay đổi p2 thay đổiQ2 thay đổiv thay đổi

Tương tự ta cũng có phương trình cân bằng tĩnh là:

Ta cũng thấy khi FL thay đổi làm cho p2 thay đổi Q2 thay đổi v không ổn định Nhận xét

Cả hai loại tiết lưu điều chỉnh đều có cấu trúc đơn giản, nhưng nhược điểm là không thể duy trì vận tốc của cơ cấu chấp hành ở mức ổn định khi tải trọng thay đổi.

Điều chỉnh bằng tiết lưu thường được áp dụng cho các hệ thống thủy lực có tải trọng thay đổi nhỏ hoặc trong những hệ thống không yêu cầu cao về độ ổn định của vận tốc.

Một nhược điểm khác của hệ thống điều chỉnh bằng tiết lưu là phần dầu thừa qua van tràn biến thành nhiệt Nhiệt lượng này làm giảm độ nhớt của dầu, dẫn đến việc tăng lượng dầu rò rỉ, ảnh hưởng đến sự ổn định của cơ cấu chấp hành và giảm hiệu suất hoạt động.

Truyền động thể tích có theo dõi

- Có liên hệ ngược để kiểm tra các thông số làm việc

Hình 5.9 Sơ đồ truyền động thể tích có theo dõi

Một số phương án bố trí truyền động thể tích trên xe tự hành

Có thể sử dụng các phương án truyền lực thể tích sau trong hệ thống truyền lực ôtô:

5.6.1 Thể tích làm việc của bơm và động cơ bằng nhau và không đổi qB=qD=const Trong trường hợp này ứng dụng truyền lực thủy lực thể tích thay thế liên kết cơ khí giữa hai cụm phương án này có thể gọi trục thủy lực Trong thực tế ngành chế tạo ôtô trục thủy lực được sử dụng đối với các trường hợp khó khăn khi sử dụng bằng truyền lực cơ khí thông thường Ví dụ: trục thủy lực được sử dụng trong dẫn động cầu chủ động rơmooc một cầu trong đoàn ôtô ZIL 137 Trong trường hợp này việc truyền mômen xoắn từ đầu kéo đến romooc thông qua cơ cấu nối nhờ truyền lực cacđăng khá phức tạp Việc ứng dụng trong trường hợp này yêu cầu lắp trên đầu kéo bơm thủy lực, bơm này nhận năng lượng từ hộp phân phối của đầu kéo, còn trên rơ mooc lắp động cơ thủy lực, trục của động cơ thủy lực liên kết với

Trục truyền lực của rơ mooc gồm 77 thành phần, với liên kết giữa bơm và động cơ thủy lực thông qua hai ống mềm, giúp đơn giản hóa cấu trúc truyền lực.

Hình 5.10 - Hệ thống truyền lực thủy lực thể tích đoàn ôtô ZIL-137

1- thùng dầu; 2- hộp trích công suất; 3 – bơm pittông hướng trục không điều chỉnh; 4- đường ống; 5- động cơ thủy lực kiểu pittông hướng trục; 6- giảm tốc thủy lực; 7-trục cacdang; 8- cầu chủ động của romooc; 9- truyền lực cacdang; 10-hộp phân phối

5.6.2 Thể tích là việc của bơm và động cơ thủy lực cố định nhưng khác nhau

Phương án này có thể gọi là phương án giảm tốc thủy lực nó cũng được sử dụng dẫn động bán mooc và đoàn ôtô

5.6.3 Thể tích làm việc của bơm, động cơ thủy lực, hoặc cả động cơ và bơm thay đổi

Trong trường hợp này, truyền lực thủy lực thể tích có khả năng thực hiện chức năng truyền lực vô cấp Chúng ta sẽ xem xét một số trường hợp kết hợp, bao gồm: a) Động cơ thủy lực với thể tích làm việc cố định và bơm có thể điều chỉnh thể tích làm việc.

Khi bơm thủy lực hoạt động ở chế độ ổn định, mômen và tần số quay của trục động cơ thủy lực được xác định dựa trên hiệu suất làm việc của động cơ ôtô trong điều kiện ổn định.

Khi tần số quay của trục động cơ thủy lực bằng 0, đồng nghĩa với việc tần số quay của động cơ và thể tích làm việc của bơm cũng bằng không Việc tăng thể tích làm việc của bơm sẽ dẫn đến sự gia tăng dần dần vận tốc của động cơ thủy lực.

Việc khởi động êm dịu ôtô tại chỗ có thể được thực hiện thông qua hệ thống thủy lực, trong đó bơm thủy lực đảm nhiệm chức năng của ly hợp Tuy nhiên, thể tích làm việc của bơm cần phải lớn khi áp suất trong đường ống dẫn bằng 0, điều này về nguyên lý là không khả thi Trong một hệ thống thủy lực, áp suất cực đại pmax phụ thuộc vào đặc tính của ống dẫn và sự kín khít của mối nối, và giá trị này bị giới hạn bởi van áp suất trong đường ống cao áp Để đạt được áp suất cực đại, cần một thể tích làm việc tối thiểu của bơm Khi thể tích làm việc của bơm thay đổi từ 0 đến giá trị tối thiểu, chất lỏng sẽ chảy qua van hạn chế áp suất về đường hồi dầu Trong khi đó, mômen xoắn của động cơ thủy lực duy trì ở giá trị cực đại không thay đổi trong khoảng tần số quay của trục động cơ.

Thể tích làm việc nhỏ nhất của bơm được xác định khi ngừng giảm áp suất thông qua van giới hạn áp suất Giá trị này phụ thuộc vào mômen xoắn truyền tới và áp suất cho phép lớn nhất.

Việc tăng thể tích làm việc của bơm sẽ làm giảm mômen xoắn của động cơ thủy lực tương ứng với tần số quay của trục động cơ Trục của động cơ thủy lực kết nối với trục dẫn động bánh xe, cho phép sử dụng truyền động thủy lực thể tích như một phương pháp truyền lực vô cấp Tuy nhiên, truyền lực thủy lực thể tích không tự động điều chỉnh mà cần một hệ thống tự động bên ngoài để đảm bảo thay đổi tỉ số truyền cần thiết.

Quy luật thay đổi mômen động cơ thủy lực được thể hiện trong hình 2.73, cho thấy mối liên hệ giữa áp suất trong hệ thống và tốc độ góc trục động cơ Tỷ số giữa thể tích làm việc tức thời và thể tích lớn nhất của bơm đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các thông số này.

79 b Thể tích làm việc của bơm cố định, thể tích làm việc của động cơ thủy lực giảm dần từ giá trị lớn nhất đến giá trị nhỏ nhất:

Bằng cách giảm thể tích làm việc của động cơ thủy lực, mômen xoắn trên trục động cơ giảm trong khi tần số quay của trục tăng lên, khiến truyền động thủy lực thể tích hoạt động như bộ biến đổi mômen xoắn vô cấp Để trục động cơ thủy lực cố định, thể tích làm việc của động cơ cần đạt giá trị rất lớn, do đó hệ thống truyền lực cần lắp đặt một bộ phận làm việc tương tự như ly hợp trong hệ thống truyền lực cơ khí khi động cơ đốt trong hoạt động Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cấu trúc truyền lực thể tích như vậy không thường gặp trong thực tế.

Hình 5.13 minh họa quy luật thay đổi mômen của động cơ thủy lực, trong đó áp suất của hệ thống và tốc độ góc của trục động cơ phụ thuộc vào tỷ số giữa thể tích làm việc tức thời và thể tích lớn nhất của động cơ thủy lực Việc điều chỉnh thể tích làm việc của cả bơm và động cơ thủy lực là rất quan trọng.

Theo phương án điều chỉnh, ban đầu ta điều chỉnh thể tích làm việc của bơm từ qbmin đến qbmax khi thể tích làm việc của động cơ thủy lực đạt cực đại qmax Sau đó, thể tích làm việc của động cơ thủy lực sẽ được điều chỉnh xuống giá trị qdmin khi bơm ở qbmax Phương án này giúp khởi động ôtô tại chỗ một cách êm dịu, với pha điều chỉnh đầu tiên từ 0 đến qbmin Tuy nhiên, việc điều chỉnh nối tiếp thể tích làm việc của cả bơm và động cơ thủy lực có thể làm phức tạp hệ thống điều khiển và thường chỉ được áp dụng khi khoảng điều chỉnh thể tích làm việc của bơm không đủ để đáp ứng yêu cầu của hệ thống truyền lực.

Quy luật thay đổi mômen động cơ thủy lực được trình bày trong hình 5.13, cho thấy rằng áp suất trong hệ thống và tốc độ góc trục động cơ thủy lực phụ thuộc vào thể tích làm việc của bơm, sau đó là việc điều chỉnh thể tích làm việc của động cơ thủy lực.

5.6.4 Lựa chọn các thông số cơ bản khi sử dụng truyền động thủy lực thể tích làm hệ thống truyền lực vô cấp trên ôtô

Truyền lực có điều chỉnh bơm và không điều chỉnh động cơ thủy lực:

Phương án trục của bơm được kết nối trực tiếp với trục động cơ đốt trong, trong khi giữa trục động cơ thủy lực và trục cầu chủ động có bộ giảm tốc với tỉ số truyền nhỏ Khi khoảng thay đổi thể tích làm việc nằm trong vùng giá trị hiệu suất cho phép, tỉ số truyền tối thiểu được chọn dựa trên tốc độ chuyển động lớn nhất Điều này cho thấy việc điều chỉnh tốc độ ôtô thông qua thay đổi lượng nhiên liệu cấp cho động cơ Tuy nhiên, về nguyên lý, việc điều chỉnh vô cấp không đáp ứng tiêu chí kinh tế nhiên liệu so với hệ thống truyền lực cơ khí có cấp Mục đích chính của việc tự động điều chỉnh vô cấp là giảm bớt sức lao động cho người lái.

Khái quát chung

Truyền động thủy lực thủy động là hệ thống truyền động chủ yếu sử dụng máy thủy lực cánh dẫn và các phần tử thủy lực phụ trợ khác Các máy thủy lực cánh dẫn, bao gồm bơm cánh dẫn (thường là bơm ly tâm) và động cơ thủy lực cánh dẫn (tua bin thủy lực), thực hiện nhiệm vụ truyền tải và biến đổi năng lượng Bên cạnh đó, hệ thống này còn tích hợp các phần tử thủy lực phụ để điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ hoạt động của toàn bộ hệ thống.

Truyền động thủy động, hay còn gọi là hệ thống truyền động thủy lực cánh dẫn, là một tổ hợp thiết bị bao gồm hai máy thủy lực cánh dẫn: bơm ly tâm và tuabin thủy lực.

Bơm ly tâm chuyển đổi cơ năng từ bánh công tác thành động năng của chất lỏng, giúp cung cấp năng lượng cần thiết để vận chuyển chất lỏng đi xa Ví dụ điển hình bao gồm các loại bơm nước và quạt gió.

Tuabin thủy lực là thiết bị chuyển đổi năng lượng từ dòng chất lỏng thành cơ năng, giúp quay bánh tuabin và vận hành các máy móc khác Chẳng hạn, tuabin khí được sử dụng trong tăng áp động cơ diesel, trong khi tuabin nước đóng vai trò quan trọng trong các nhà máy thủy điện.

Các phương trình cơ bản của máy cánh dẫn

Để đánh giá khả năng làm việc của truyền động thủy động người ta đánh giá qua một số thông số cơ bản như sau:

- Công suất làm việc: Bao gồm công suất trên trục dẫn động (trục bơm) và công suất trên trục bị động (trục tuabin), ký hiệu: N b ; N tb

- Mômen: Bao gồm mômen trên trục dẫn động (trục bơm) và moomen trên trục bị động (trục tuabin), ký hiệu: M b ; M tb

Hiệu suất làm việc của truyền động được xác định là tỷ số giữa công suất trên trục dẫn động (trục bơm) và công suất trên trục bị động (trục tuabin), ký hiệu là tb b.

Đối với truyền động thủy động, khả năng làm việc của biến mô thủy lực được đánh giá qua các thông số quan trọng như hệ số biến đổi mônen K, tỷ số truyền i và hệ số trượt S.

Một số giả thiết khi thiết lập phương trình mômen:

- Chất lỏng nghiên cứu là chất lỏng lý tưởng

- Chất lỏng chuyển động trong máy bao gồm nhiều dòng phân tố như nhau

- Vận tốc tương đối của chất lỏng trên cánh dẫn tại một điểm nào đó trùng với phương tiếp tuyến của cánh dẫn tại điểm đó

Gọi vận tốc tiếp tuyến hay vận tóc chuyển động tương đối là U và vận tốc chuyển động theo biên dạng là W thì vận tốc tổng hợp là C

C   Bán kính vòng trong của cánh là R1 còn vòng ngoài là R2

Góc  là góc hợp bởi vận tốc C và U

Góc  là góc hợp bởi U và W

Theo định lý về biến thiên mômen động lượng, ta có thể phát biểu đối với dòng chất lỏng chuyển động qua bánh công tác như sau:

Hình 6.1 Sơ đồ tính toán phương trình thuỷ động

Biến thiên mômen động lượng của khối chất lỏng khi chuyển động qua bánh công tác trong một đơn vị thời gian liên quan đến trục quay của bánh công tác Điều này được thể hiện bằng tổng mômen ngoại lực tác động lên khối chất lỏng đối với trục, tương đương với mômen quay của bánh công tác.

Xét một dòng phân tố chất lỏng với khối lượng dm và vận tốc C đi qua cánh dẫn của cánh công tác Động lượng của dòng phân tốc chất lỏng được xác định bằng công thức dm dk = C Tại mặt cắt 1-1, động lượng được tính là dk1 = C1 dm1 = C1 ρ dQ, trong khi tại mặt cắt 2-2, động lượng là dk2 = C2 dm2 = C2 ρ dQ.

Trong đó: m,ρ - khối lượng và khối lượng riêng của chất lỏng,

C - là vận tốc tuyệt đối

Mômen động lượng của một phân tố đối với trục quay của bánh công tác được xác định qua hai yếu tố: đầu vào và đầu ra Đầu vào được tính bằng công thức dL₁ = l₁ dk₁ = l₁ C₁ ρ dQ = R₁ cos α₁ C₁ ρ dQ, trong khi đầu ra là dL₂ = l₂ dk₂ = l₂ C₂ ρ dQ = R₂ cos α₂ C₂ ρ dQ Biến thiên mômen động lượng của một phân tố trong một đơn vị thời gian được xác định theo công thức tương ứng.

 L  dL 2  dL 1   dQ  C 2 R 2 cos  2  C 1 R 1 cos  1  (6.4)

Biến thiên mômen động lượng của khối chất lỏng qua bánh công tác được xác định bằng tổng biến thiên mômen động lượng của các dòng nguyên tố, vì các phân tố chảy qua bánh công tác được giả thiết là giống nhau.

Trong đó Q là lưu lượng chất lỏng chảy qua bánh công tác (chính bằng lưu lượng lý thuyết của bơm)

Gọi M là mômen do ngoại lực tác dụng lên trục quay, nghĩa là:

M Theo định lý biến thiên động lượng: ms B ngoailuc

Mômen ma sát nhỏ có thể bỏ qua

Vậy phương trình mômen của máy cánh dẫn:

Công thức M tb   M B   Q lt 行 (C 1 R 1 cos  1  C 2 R 2 cos  2) cho thấy cơ năng của máy thuỷ lực cánh dẫn có mối liên hệ chặt chẽ với các thông số động học của dòng chảy cũng như kích thước và cấu trúc của cánh dẫn bánh công tác.

Cột áp H của máy thuỷ lực đại diện cho năng lượng đơn vị của dòng chất lỏng khi trao đổi với máy Nó được xác định là công của một đơn vị trọng lượng chất lỏng trong quá trình trao đổi với máy thuỷ lực.

Xuất phát từ công thức: tr tl N

N  (6.8) Công suất thuỷ lực của máy liên hệ với cột áp theo công thức:

N tl  p   Trong đó: Q - Lưu lượng lý thuyết

Cột áp của máy được xác định khi dòng chảy qua máy theo giả thiết không có tổn thất và bánh công tác có số cánh dẫn rất lớn Công suất trên trục và mômen quay M được liên hệ thông qua một công thức cụ thể.

Bỏ qua các tổn thất ta có: M.ω = γ.Qlt.Hlt (6.9) Thay giá trị mômen tương ứng mỗi loại ở phần mômen vào công thức (3.9) ta được:

Thay vào công thức trên ta được phương trình: g

H  U  (6.11) Đây là phương trình cơ bản của máy thuỷ lực cánh dẫn do Ơle lập ra đầu tiên vào năm 1775, nên gọi là phương trình Ơle

* Ý nghĩa của phương trình cơ bản

Từ phương trình cơ bản, có thể nhận thấy mối quan hệ rõ ràng giữa cột áp của dòng chất lỏng và các thông số động học cùng hình học của bánh công tác cánh dẫn.

Cột áp lý thuyết Hlt trong phương trình cơ bản giả định cánh dẫn của bánh công tác là vô cùng mỏng và chất lỏng không có độ nhớt Tuy nhiên, trong thực tế, cánh dẫn có chiều dày và số lượng hữu hạn, cùng với chất lỏng có độ nhớt nhất định, dẫn đến sự phân bố vận tốc không đều trên các mặt cắt ướt và tạo ra tổn thất năng lượng Do đó, cột áp thực tế H của máy thủy lực cánh dẫn thường nhỏ hơn cột áp lý thuyết Hlt Sự chênh lệch này phụ thuộc vào loại máy và cấu trúc cụ thể của bánh công tác Để hiểu rõ hơn mối quan hệ giữa các thành phần vận tốc dòng chảy và cột áp, có thể viết phương trình cơ bản cho từng loại máy khác nhau.

Theo tam giác vận tốc ta có:

Thay các công thức trên vào phương trình cơ bản ta được: Đối với bơm: g 2 g

Trong chương 1 ta đã biết cột áp toàn phần bao gồm có cột áp tĩnh và cột áp động nên:

Xét phương trình (3.12), ta thấy:

C  chính là phần động năng đơn vị của dòng chảy được tăng lên khi đi qua bánh công tác bơm Nên H ltđộng g 2

Cột áp tĩnh của dòng chảy qua bánh công tác bơm được hình thành từ sự chênh lệch giữa hai thành phần vận tốc U và W tại lối ra và lối vào của bánh công tác.

Tỷ lệ U 2 2  1 2 liên quan đến số vòng quay và đường kính của bánh công tác, biểu thị thành phần cột áp tĩnh tương đối do lực ly tâm tác động lên dòng chảy.

Độ mở rộng máng dẫn của bánh công tác ảnh hưởng đến sự phụ thuộc giữa W1 và W2 Thông thường, với bơm W1 lớn hơn W2, dòng chảy sẽ chậm dần, dẫn đến việc một phần động năng được chuyển hóa thành áp năng.

Xét tương tự đối với phương trình (3.13) đối với tuabin

C 1 2  2 2 gọi là cột áp động là lượng giảm động năng đơn vị của dòng chảy khi qua bánh công tác tuabin

Cột áp tĩnh giảm do lực ly tâm ngược chiều dòng chảy ở bánh công tác tuabin hướng tâm, trong khi ở bánh công tác ly tâm, lực ly tâm cùng chiều với dòng chảy làm tăng cột áp tĩnh Đối với bánh công tác hướng trục, ảnh hưởng này bằng 0.

Ly hợp thuỷ lực

W 1 2  2 2 phụ thuộc vào độ thu hẹp máng dẫn của bánh công tác

(thường đối với tuabin W2>W1), nó biểu thị lượng giảm cột áp tĩnh do dòng chảy tương đối qua máng dẫn chuyển động nhanh dần

Khi cột áp toàn phần không đổi, tỷ lệ giữa cột áp tĩnh và cột áp động phụ thuộc vào góc độ bố trí và kết cấu cánh dẫn Trong thiết kế và sử dụng máy thuỷ lực cánh dẫn, cần dựa vào các yêu cầu kỹ thuật cụ thể của từng loại máy để tạo cột áp tĩnh và động với tỷ lệ phù hợp, từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng của máy.

6.3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

Ly hợp thủy lực là thiết bị dùng để truyền mômen quay từ trục chủ động đến trục bị động mà không làm thay đổi giá trị của mômen Điểm khác biệt của ly hợp này là sử dụng chất lỏng làm môi trường trung gian, giúp kết nối "mềm" giữa các trục một cách hiệu quả.

Khi động cơ hoạt động, bánh bơm quay và truyền cơ năng cho chất lỏng Dưới tác dụng của lực ly tâm, chất lỏng di chuyển từ tâm ra ngoài bánh bơm với vận tốc tăng dần Sau đó, chất lỏng chuyển sang bánh tuabin Khi đi qua các máng dẫn, nó truyền cơ năng cho bánh tuabin, làm cho bánh quay cùng chiều với bánh bơm, từ đó mômen quay được truyền từ trục dẫn đến trục bị dẫn.

Hình 3.2 Kết cấu ly hợp thuỷ lực

1-Bánh bơm; 2-Bánh tuabin; 3-Vỏ ly hợp; 4-Trục bị động; 5-Trục chủ động

Nếu gọi mômen trên bánh bơm là M1 và trên bánh tua bin là M2 thì phương trình cân bằng mômen của ly hợp thuỷ lực có dạng:

M1 + M2 = 0, nghĩa là M1 = -M2 Chất lỏng sau khi rời khỏi bánh tuabin sẽ trở lại bánh bơm, tạo thành một quá trình chuyển động tuần hoàn giữa hai bánh công tác Mỗi phần tử chất lỏng trong khớp nối thủy lực thực hiện đồng thời hai chuyển động: một là quay vòng tuần hoàn từ bánh bơm (1) đến bánh tuabin (2), và hai là quay quanh trục của khớp nối.

6.3.2 Các thông số cơ bản của ly hợp thuỷ lực

Công suất làm việc trên trục bánh bơm:

Trong đó: Q - lưu lượng chất lỏng chảy từ bánh bơm vào bánh tuabin

HB - cột áp do bánh bơm tạo ra ηB - hiệu suất của bánh bơm ηP - hiệu suất của bánh phản ứng(nếu có) γ - trọng lượng riêng của chất lỏng làm việc

Công suất làm việc trên trục bánh tuabin:

N (6.15) Trong đó: ηT - hiệu suất của bánh tuabin

Ta thay trị số của HB trong công thức (3.14) vào công thức (3.15) ta được:

N    Như vậy ta có hiệu suất của ly hợp thuỷ lực là:

Phương trình mômen của ly hợp:

Khi tổn thất thủy lực trong ly hợp bằng 0, mômen của bánh bơm sẽ tương đương với mômen động lượng của khối lượng chất lỏng đi qua bơm hoặc tua bin.

Mômen đối với bánh bơm:

Và mômen của bánh tuabin là:

Trong đó: ρ - tỷ khối của công chất

C1u - tốc độ phần tử chất lỏng tại cửa vào chiểu trên phương tiếp tuyến (phương u) với đường tròn tại cửa vào của bánh công tác

C 2u - tốc độ phần tử chất lỏng tại cửa ra chiếu trên phương tiếp tuyến (phương u) với đường tròn tại cửa ra của bánh công tác

D1 - Đường kính bánh công tác cửa vào

D2 - Đường kính bánh công tác cửa ra

Q - Lưu lượng công chất qua khớp nối Ở mọi chê độ làm việc ổn định, phương trình cân bằng năng lượng trong khớp nối dược biểu diễn như sau:

NW - Công suất tổn thất qua khớp nối

Q - Lưu lượng công chất cúa khớp nôi

HB - Cột áp cúa bánh bơm

HT - cột áp của bánh tua bin

Tỷ số truyền của ly hợp thuỷ lực:

Do tổn thất trong hệ thống, tỷ số truyền của ly hợp thủy lực phải nhỏ hơn 1 Vì lý do này, người ta sử dụng hệ số trượt để thể hiện mức độ tổn thất trong ly hợp thủy lực.

Hệ số trượt của khớp nối thuỷ lực được xác định bằng hiệu số giữa số vòng quay của bánh bơm và tuabin chia cho số vòng quay của bánh bơm.

Ta nhận thấy có mối quan hệ giữa các thông số trên như sau: Đối với ly hợp thuỷ lực thì i vì mômen không thay đổi khi s0 thì

Trong khớp nối thủy lực, khi tốc độ quay của bánh bơm (nB) bằng tốc độ quay của bánh tuabin (nT), áp suất do lực ly tâm tại lối ra của bánh bơm và lối vào của bánh tuabin sẽ đồng nhất Khi đó, chất lỏng không di chuyển tương đối giữa bánh bơm và bánh tuabin, mà chỉ quay cùng với vỏ ly hợp như một vật rắn, dẫn đến lưu lượng chất lỏng bằng 0.

Q và do đó mômen của ly hợp thuỷ lực M0

Ly hợp thuỷ lực chỉ truyền công suất và mômen khi n B > n T hoặc khi s > 0 Trong chế độ làm việc bình thường, s dao động từ 3 đến 2%, dẫn đến hiệu suất η đạt từ 0,97 đến 0,98 Hệ số trượt lớn làm gia tăng độ chênh áp suất giữa lối ra của bánh bơm và lối ra của bánh tuabin, từ đó tăng lưu lượng chất lỏng trong buồng làm việc của ly hợp thuỷ lực.

6.3.3 Đặc tính của ly hợp thuỷ lực

Trong ly hợp thuỷ lực, các đường đặc tính thực nghiệm rất quan trọng để hoàn thiện kết quả tính toán và đánh giá hiệu suất làm việc Có nhiều loại đường đặc tính của ly hợp thuỷ lực, nhưng giáo trình này chỉ giới thiệu một số đường đặc tính thường gặp.

Mối quan hệ giữa mômen quay (M), công suất (NB, NT) và hiệu suất (η) của ly hợp thủy lực được thể hiện qua số vòng quay (nT) của bánh tuabin khi số vòng quay của bánh bơm (nB) giữ cố định Trong một số trường hợp, đồ thị NB = f(nT) không được vẽ trên đường đặc tính ngoài, vì có thể suy ra từ đồ thị M = f(nT).

Đường đặc tính ngoài được xây dựng dựa trên thực nghiệm, cho phép chúng ta nhận diện rõ ràng mối quan hệ giữa các thông số làm việc của ly hợp đã được nghiên cứu.

- Khi n T tăng từ 0 đến n T  n B thì M giảm, do đó NB giảm (vì const

- Khi n T  0 và n T  n B thì N T  0 Trong khoảng hai trị số giới hạn đó của n T thì NT có một giá trị cực đại

- Đường hiệu suất η là một đường thẳng vì i n n

Khi n T tiến gần tới n B, lý thuyết cho rằng hiệu suất  đạt giá trị 1 Tuy nhiên, khi N gần bằng 0 và mômen quay M giảm xuống chỉ đủ để khắc phục mômen cản do tổn thất như ma sát ở ổ trục và ma sát của chất lỏng với bề mặt ngoài của bánh công tác, hiệu suất không thể đạt 1 Do đó, đường η sẽ giảm dần về 0.

Đường đặc tính ngoài việc chỉ ra tính năng làm việc của ly hợp ở chế độ n B = const, còn cần thiết để xác định hiệu suất khi ly hợp hoạt động với động cơ có số vòng quay thay đổi Do đó, đường đặc tính tổng hợp được sử dụng để thuận tiện cho các trường hợp này.

Hình 6.3 Đường đặc tính ngoài của ly hợp thuỷ lực

Mối quan hệ giữa mômen M của ly hợp thuỷ lực và số vòng quay n T khi bánh bơm thay đổi được biểu diễn qua đường đặc tính Đường này cũng thể hiện sự thay đổi của M theo các giá trị hiệu suất η giống nhau (đường cùng hiệu suất) Để xây dựng đường đặc tính tổng hợp, cần lập nhiều đường đặc tính ngoài của ly hợp thuỷ lực với các trị số n B khác nhau.

Biến mô thuỷ lực

6.4.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của biến mô thuỷ lực

* Chức năng của biến mô thuỷ lực:

Bộ biến mô thủy lực trong hộp số tự động nhằm thực hiện các chức năng sau:

- Tăng mômen do động cơ tạo ra;

- Đóng vai trũ như một ly hợp thuỷ lực để truyền (hay không truyền) mômen từ động cơ đến hộp số

- Hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực

- Có tác dụng như bánh đà để làm đồng đều chuyển động quay của động cơ

- Dẫn động bơm dầu của hệ thống điều khiển thuỷ lực

* Sơ đồ cấu tạo của biến mô thuỷ lực:

Hình 6.4 Đường đặc tính tổng hợp của ly hợp thuỷ lực

Về cấu tạo, biến mô bao gồm: cánh bơm, rôto tuabin, stato, khớp một chiều và ly hợp khoá biến mô

Cánh bơm trong vỏ biến mô có nhiều cánh cong được sắp xếp theo hướng kính, giúp tối ưu hóa hiệu suất Vành dẫn hướng nằm trên cạnh trong của cánh bơm, đảm bảo dòng chảy của dầu được dẫn hướng chính xác Vỏ biến mô kết nối với trục khuỷu của động cơ thông qua tấm dẫn động, tạo nên sự liên kết chặt chẽ giữa các bộ phận.

Cánh bơm Vòng dẫn hướng

Cánh van Vòng dẫn hướng

Hình 6.6 Cấu tạo vỏ biến mô

Sơ đồ đơn giản Sơ đồ kết cấu

Hình 6.5 Sơ đồ cấu tạo của biến mô thuỷ lực

Rôto tuabin có nhiều cánh dẫn được bố trí bên trong, với hướng cong ngược chiều so với cánh dẫn trên cánh bơm Rôto tuabin được kết nối với trục sơ cấp của hộp số, tạo nên sự phối hợp hiệu quả trong quá trình hoạt động.

Stato và khớp một chiều:

Stato được lắp đặt giữa cánh bơm và rôto tuabin, gắn cố định vào vỏ hộp số qua khớp một chiều Các cánh dẫn của stato nhận dòng dầu từ rôto tuabin và hướng dòng chảy này đập vào mặt sau của cánh dẫn trên cánh bơm, giúp cánh bơm được cường hoá.

Khớp một chiều cho phép stato quay theo cùng chiều với trục khuỷu của động cơ Tuy nhiên, nếu stato có xu hướng quay ngược lại, khớp một chiều sẽ tự động khóa lại.

Hình 6.7 Cấu tạo của rôto tuabin

Trục sơ cấp hộp số

Vòng dẫn hướng Cánh van

Hình 6.8 Cấu tạo của stato và khớp một chiều

Cánh cong Đến cánh bơm phía sau

Hướng dòng dầu nếu không có Stato

96 stato lại và không cho nó quay Do vậy stato quay hay bị khoá phụ thuộc vào hướng của dòng dầu đập vào các cánh dẫn của nó

* Nguyên lý làm việc của biến mô thuỷ lực:

Nguyên lý truyền công suất:

Khi cánh bơm quay từ trục khuỷu động cơ, dầu trong cánh bơm cũng quay theo Tăng tốc độ cánh bơm tạo ra lực ly tâm, khiến dầu văng ra và chảy ra ngoài dọc theo bề mặt cánh dẫn Khi tốc độ tiếp tục tăng, dầu bị đẩy ra khỏi cánh bơm và va chạm vào cánh dẫn của rôto tuabin, làm cho rôto tuabin quay cùng hướng với cánh bơm Sau khi mất năng lượng do va chạm, dầu tiếp tục chảy dọc theo máng cánh dẫn của rôto tuabin từ ngoài vào trong, rồi trở về cánh bơm, khởi động một chu kỳ mới Nguyên lý này tương tự như hoạt động của ly hợp thuỷ lực.

Nguyên lý khuyếch đại mômen:

Hình 6.9 Sơ đồ nguyên lý truyền công suất

Hình 3.10 Nguyên lý khuyếch đại mômen

Việc khuyếch đại mômen bằng biến mô được thực hiện bằng cách trong cấu tạo của biến mô ngoài cánh bơm và rôto tuabin còn có stato

Phương trình cân bằng mômen được viết như sau:

Mômen trên bánh bơm (MB), bánh tuabin (MT) và bánh phản ứng (MP) được liên kết qua công thức M        (6.19) Công thức này chứng minh rằng khả năng biến đổi mômen của biến mô phụ thuộc vào bánh phản ứng.

Với cấu tạo và bố trí bánh công tác, dòng dầu thủy lực sau khi ra khỏi rôto tuabin sẽ đi qua các cánh dẫn của stato Góc nghiêng của cánh dẫn stato được thiết kế để dòng dầu ra khỏi cánh dẫn có hướng trùng với hướng quay của cánh bơm Điều này giúp cánh bơm không chỉ nhận mômen từ động cơ mà còn được bổ sung mômen từ chất lỏng tác động vào stato, dẫn đến việc cánh bơm được cường hoá và khuyếch đại mômen đầu vào để truyền đến rôto tuabin.

6.4.2.Thông số cơ bản biến mô

Mômen biến mô: Công thức thực nghiệm tính mômen cho biến mô như sau:

M    (6.21) Trong đó: D - Đường kính lớn nhất của biến mô thủy lực

 B ,  T - Hệ số mômen của bánh bơm và bánh tuabin chúng phụ thuộc vào tỷ số truyền i

Hệ sô biến mô K: Đặc trưng cho khả năng biến đổi mômen của biến mô

Tỷ số truyền i: Đặc trưng cho khả năng biến đổi vận tốc quay của trục bị dẫn so vơi trục dẫn của biến mô thuỷ lực

Hiệu suất của biến mô thủy lực: i n n

Hiệu suất của biến mô thủy lực, như được chỉ ra trong phương trình 3.24, phụ thuộc vào hệ số biến mô và tỷ số truyền Điều này thể hiện khả năng truyền lực và biến đổi mômen, đồng thời phản ánh tổn thất công suất trong quá trình hoạt động của biến mô.

Như vậy, biến mô thủy lực có một số đặc trưng cơ bản sau:

M    Đối với biến mô thuỷ lực thông dụng (chất lỏng làm việc là dầu khoáng) thì

6.4.3 Các đặc tính của biến mô

Biến mô hoạt động hiệu quả khi không xảy ra hiện tượng xâm thực, điều này thường xảy ra do tốc độ quay cao của bánh công tác và nhiệt độ chất lỏng lớn, đặc biệt tại lối vào máng dẫn cánh bơm Biến mô thủy lực có những đặc tính tương tự như ly hợp thủy lực, với các đường đặc tính giúp phân tích và lựa chọn chế độ làm việc phù hợp với động cơ và phụ tải, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

Sơ đồ biểu diễn sự thay đổi của MB, MT và nT khi nB = const cho thấy biến mô thuỷ lực chỉ đạt hiệu suất tối đa ηmax tại một giá trị nT tối ưu Khi hoạt động ở các chế độ khác, hiệu suất giảm do hiệu suất thuỷ lực ηH giảm.

Hình 3.11 Đường đặc tính ngoài của biến mô thuỷ lực

Trong 99 thay đổi, MB hầu như không có sự biến động lớn, và ở những khu vực có hiệu suất cao, MT cũng không chênh lệch nhiều so với MB Đường đặc tính quy dẫn thể hiện sự ổn định này.

Để đánh giá các biến mô thuỷ lực tương tự một cách chính xác, cần sử dụng đặc tính quy dẫn, điều này giúp loại bỏ sự phụ thuộc vào kích thước và số vòng quay của trục dẫn.

Nội dung bài viết thể hiện sự phụ thuộc của các hệ số mômen B và T vào tỷ số truyền i Trong đồ thị, có thể xuất hiện cả đường cong η và hệ số biến mô K Tuy nhiên, do mối quan hệ giữa các đại lượng là η = K i, chỉ cần có hai đường B và T cùng với η là đủ để suy ra các đường cong khác.

6.4.4 Đặc tính của biến mô kết hợp

Hình 3.13 Đường đặc tính tổng hợp của biến mô thuỷ lực

Hình 6.12 Đường đặc tính quy dẫn của biến mô thuỷ lực

Bài viết đề cập đến việc xây dựng 100 đường đặc tính dựa trên sự thay đổi của số vũng quay trục dẫn nB Trên đồ thị, các đường hiệu suất cũng được thể hiện tương tự như trong khớp nối thuỷ lực.

Sơ đồ hệ thống truyền động thủy cơ

Hệ thống truyền động thủy cơ, đặc biệt là hộp số tự động, cần phải đáp ứng các yêu cầu về tỷ số truyền, kích thước nhỏ gọn, hiệu suất truyền động cao, cùng với khả năng bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế dễ dàng.

Sơ đồ có 2 số truyền tiến:

- ống gài số G gạt về ăn khớp với Z5 đi số tiến, ly hợp F2 đóng các ly hợp khác ngắt

Dòng công suất được truyền từ trục khuỷu động cơ qua bánh bơm B, tiếp theo đến bánh tuốc bin T, và trục chủ động của hộp số Quá trình này tiếp tục qua ly hợp F2 và các bánh răng Z1, Z2.

Z3, Z4, Z5,trục thứ cấp của hộp số

- Ly hợp F1 đóng các ly hợp khác mở

Dòng công suất được truyền như sau:

Dòng công suất từ trục khuỷu của động cơ được truyền đến bánh bơm B thông qua trục I, sau đó chuyển sang bánh tuốc bin T qua trục II, tiếp theo là ly hợp F1 và cuối cùng là trục thứ cấp của hộp số.

- Khi tỷ số truyền của biến mô i  0,9 thì ly hợp F0 tự động đóng lại, nối cứng biến mô tăng hiệu suất truyền động

- ống gài số G được gạt về vị trí L thực hiện đi số lùi, ly hợp F1 đóng

Dòng công suất được truyền từ trục khuỷu qua trục I, bánh bơm và bánh tuốc bin, tiếp tục qua trục II và ly hợp F1 Sau đó, công suất đi tới các bánh răng Z1, Z2, Z9, Z8, Z7, Z6 và cuối cùng là trục IV, là trục thứ cấp của hộp số.

Sơ đồ có 3 số truyền tiến:

Có cặp bánh răng luân ăn khớp:

Ly hợp F4 đóng còn các ly hợp khác đều mở

Dòng công suất được truyền từ trục khuỷu I đến bánh bơm B, qua bánh tuốc bin T và trục II Sau đó, năng lượng đi qua cặp bánh răng luân ăn khớp Z5-Z6, ly hợp F4, và tiếp tục qua các bánh răng Z9-Z10, cuối cùng đến trục thứ cấp V của hộp số.

Ly hợp F3 đóng còn các ly hợp khác điều mở

Dòng công suất từ trục khuỷu động cơ được truyền qua bánh bơm đến bánh tuốc bin T, sau đó qua trục II kết hợp với bánh răng Z3-Z4, tiếp theo là ly hợp F3 và trục III kết nối với bánh răng Z9-Z10, cuối cùng là trục thứ cấp V của hộp số.

Ly hợp F1 đóng còn các ly hợp khác đều mở

Dòng công suất được truyền từ trục khuỷu của động cơ, qua trục I, bánh bơm

T, trục II, cặp bánh răng luân ăn khớp Z1-Z2, qua ly hợp F1, trục IV, đến cặp bánh răng luân ăn khớp Z10-Z11, trục thứ cấp V của hộp số

Trong số truyền 2 và 3 khi tỷ số truyền của biến mô i  0,9 thì ly hợp F0 tự động đóng lại thực hiện nối cứng biến mô, tăng hiệu suất truyền động

Ly hợp F2 đóng còn các ly hợp khác đều mở

Công suất từ trục khuỷu của động cơ được truyền qua bánh bơm đến bánh tuốc bin, tiếp tục qua trục II và các cặp bánh răng Z6-Z7-Z8, sau đó đi qua ly hợp F2 và trục IV, cuối cùng là các bánh răng Z10-Z11, trước khi đến trụ cấp V của hộp số.

Sơ đồ có 4 số truyền tiến:

Hộp số hành tinh được điều khiển bằng 2 ly hợp nhiều đĩa và hai cum phanh dải

Ly hợp trước 1 đóng và phanh sau được xiết chặt, cần dẫn 4 bị hãm

Dòng công suất được truyền từ trục khuỷu của động cơ qua các bộ phận như bánh bơm, bánh tuốc bin, trục II, ly hợp 1, bánh răng mặt trời Z4, bánh răng hành tinh Z5 và bánh răng bao.

Z6, trục ra của hộp số III

Trong trường hợp này, cơ cấu hành tinh hoạt động như một bộ giảm tốc Các trục của bánh răng hành tinh bị hãm cứng, trong khi phanh 2 mở cho phép bánh răng Z2 quay tự do.

Số truyền 2 được gài khi ly hợp trước 1 đóng, phanh 2 đóng bánh răng mặt trời Z4 bị hãm cứng

Công suất được truyền từ trục khuỷu động cơ đến các bộ phận quan trọng như bánh bơm, bánh tuốc bin trục II, ly hợp trước 1, bánh răng mặt trời Z4, bánh răng hành tinh Z5, bánh răng hành tinh Z1, bánh răng bao Z6 và cuối cùng là trục ra của hộp số.

Ly hợp 1 và 5 đều hoạt động đồng thời, với tang ngoài của ly hợp trước 1 được chế tạo cùng với tang chủ động của ly hợp 5 Do đó, ly hợp 1 và 5, cùng với bánh răng mặt trời Z2 và Z4, quay với tốc độ giống nhau, dẫn đến toàn bộ cơ cấu hành tinh bị chêm.

Dòng công suất được truyền qua các bộ phận quan trọng như trục khuỷu động cơ, bánh bơm, bánh tuốc bin, trục II, các ly hợp 1, 5, và các bánh răng Z2, Z4, Z5, Z6, trước khi đến trục ra của hộp số III.

Số truyền lùi: Được gài khi ly hợp sau 5 đóng phanh sau 3 được xiết chặt, cần 4 hãm

Công suất được truyền từ trục khuỷu của động cơ qua các bộ phận như bánh bơm, bánh tuốc bin, trục II, ly hợp 5, bánh răng mặt trời Z2 và bánh răng bao Z6, cho đến trục ra của hộp số III.

* Phân tích ưu nhược điểm của từng sơ đồ:

Sơ đồ 2 số truyền tiến

Ly hợp kép nhiều đĩa giúp tăng diện tích ma sát, cho phép gài số với lực ép nhỏ Kết cấu đơn giản nhờ sử dụng cặp bánh răng ăn khớp thường Việc điều khiển chuyển số cũng trở nên dễ dàng, chỉ cần điều khiển ly hợp trước Fo và ly hợp kép sau.

Sơ đồ 3 số truyền tiến

Mỗi tay số được trang bị một ly hợp ma sát riêng, giúp thực hiện việc gài số một cách hiệu quả Kết cấu gài số được thiết kế riêng cho từng tay số, đảm bảo tỷ số truyền đáp ứng đúng yêu cầu.

Phương pháp xây dựng đặc tính kéo của ôtô có truyền động thuỷ cơ

Cấu trúc phức tạp của hệ thống do sử dụng nhiều trục trung gian, dẫn đến việc các ổ bi phải hoạt động liên tục, từ đó làm giảm tuổi thọ Việc sử dụng nhiều ly hợp để điều khiển gài số cũng góp phần làm tăng độ phức tạp và kích thước của thiết bị, trong khi tỷ số truyền lại nhỏ.

Sơ đồ 4 số truyền tiến

Các phương án này sử dụng bộ truyền hành tinh với tỷ số truyền lớn, giúp duy trì công suất liên tục khi chuyển số Tải trọng tác động lên bánh răng nhỏ do bánh răng trung tâm đồng thời ăn khớp với nhiều bánh răng hành tinh.

Phương án sử dụng bộ truyền bánh răng hành tinh có cấu trúc phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao và thiết bị điều khiển tự động sang số cũng phức tạp, dẫn đến chi phí đầu tư cao.

7.3 Phương pháp xây dựng đặc tính kéo của ôtô có truyền động thuỷ cơ

7.3.1 Xác định sự làm việc đồng bộ của động cơ và biến mô thuỷ lực Để xây dựng đường đặc tính đồng bộ giữa động cơ và biến mô ta phải xác định được điểm làm việc đồng thời giữa động cơ và biến mô Điểm làm việc chung giữa động cơ và biến mô phải thoả mãn các điều kiện sau:

- Là giao điểm giữa đồ thị M e  f ( n e ) với đồ thị M 1  f ( n 1 ) với n 1  n e

- Nằm trong vùng có công suất cao và tiêu hao nhiên liệu nhỏ

- Nằm trong vùng làm việc ổn định của động cơ

Theo công thức tính mômen xoắn trên trục ra của động cơ đốt trong có dạng: e e e n

Mặt khác mô men trên trục chủ động của biến mô có dạng:

M    (7-2) Trong đó:  - Trọng lượng riêng của dầu nhờn trong bánh công tác ( kG/m 3 )

1 - Hệ số biến đổi mô men của bánh bơm

D - Đường kính ngoài của khoang công tác

Để tối ưu hóa hiệu suất làm việc giữa động cơ và biến mô, cần xác định điểm làm việc chung dựa trên ba điều kiện quan trọng: tiết kiệm nhiên liệu, phát huy công suất cực đại và mô men cực đại của động cơ Từ đó, điểm làm việc lý tưởng giữa động cơ và biến mô được lựa chọn.

Sau khi xác định sự làm việc đồng bộ giữa biến mô và động cơ, bước tiếp theo là xác định đường kính ngoài của biến mô Đồng thời, cần xây dựng đặc tính của biến mô dựa trên công thức 5 2.

Chọn biến mô: - Đường kính ngoài của biến mô D (m)

7.3.2 Xây dựng đặc tính ra của biến mô thủy lực Đường đặc tính ra của biến mô là đường biểu thị mối quan hệ của mômen M2 và công suất ở trục ra N2 của biến mô theo số vòng quay n2, ứng với sự làm việc đồng bộ của động cơ đốt trong và biến mô thủy lực

Chúng tôi đã xác định điểm làm việc đồng thời giữa động cơ và biến mô theo công thức (7-4) Dựa trên đường đặc tính không thứ nguyên của biến mô, chúng tôi xem xét các giá trị i để phân tích hiệu suất hoạt động.

, K đã xác định, ta hoàn toàn xác định được các giá trị của đại lượng đầu ra của biến mô theo các công thức sau:

Y, B - Hiệu suất tính đến đầu ra và hiệu suất của bản thân biến mô

Kết quả tính toán được ghi trong bảng 1 ta sẽ vẽ được đồ thị đặc tính đầu ra của biến mô

Bảng 1: Số liệu đầu ra của biến mô

7.3.4 Tính toán đặc tính kéo của ôtô dựa vào đặc tính ra của biến mô a Tỷ số truyền của truyền lực chính

Tỷ số truyền của truyền lực chính được xác định dựa trên điều kiện đảm bảo ô tô có thể đạt vận tốc cực đại khi ở tay số cao nhất của hộp số, đồng thời xe phải chở đủ tải.

Trong đó: r b   r 0 - Bán kính làm việc trung bình của bánh xe chủ động

 - Hệ số biến dạng của lốp khi chịu tải trọng thẳng đứng   0,945  0,950

 - Bán kính thiết kế của bánh xe chủ động n v - Số vòng quay của động cơ tại v max(km/h) b Xác định tỷ truyền của hộp số chính

* Tỷ số truyền tay số 1 hộp số chính

Giá trị i h1 không phụ thuộc vào số tay số và quy luật phân bố, mà chỉ cần đảm bảo xe khắc phục được lực cản lớn nhất của đường quy định Điều này cũng giúp ngăn chặn sự trượt quay của các bánh xe chủ động khi truyền mô men xoắn cực đại Do đó, i h1 cần thoả mãn hai điều kiện cơ bản: khắc phục lực cản và không gây trượt quay.

Hình 7.3 Dạng đồ thị đặc tính ra của biến mô thủy lực

Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất ở các bánh xe chủ động phải lớn hơn lực cản chuyển động của ôtô max max P

P max là lực kéo tiếp tuyến lớn nhất ở các bánh xe chủ động của ô tô ứng với tay số 1

P  max  G  max là lực cản của mặt đường đã quy định

Trong đó: G - Trọng lượng toàn bộ xe (kG)

max - Hệ số cản tổng cộng của mặt đường

M2 - Mô men tại điểm biến mô có hiệu suât (kG,m) i 0 - Tỷ số truyền của truyền của truyền lực chính

t - Hiệu suất của bộ truyền lực

Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất ở bánh xe chủ động phải nhỏ hơn lực bám của chúng với đường

P k max (7-8) Trong đó: P   G   là lực bám của bánh xe chủ động

G là trọng lượng bám phân ra cầu sau chủ động (kG)

Vậy chọn tỷ số truyền tay số 1 phải đảm bảo đồng thời hai điều kiện trên

* Tỷ số truyền của các tay số trung gian

Tỷ số truyền của tay số 2

Tôi đã chọn tỷ số truyền cho tay số 3 là tỷ số truyền tăng, vì vậy tôi sẽ chọn tỷ số truyền cho tay số 2 sao cho khi lái xe, người lái dễ dàng tìm được tay số phù hợp với sức cản của mặt đường.

* Tỷ số truyền ở tay số lùi

Ta chọn theo công thức: i L  (1,2  1,3) i h 1 c Xác định các dạng công suất và lập đồ thị cân bằng công suất của ôtô

Trường hợp ôtô không kéo moóc, chuyển động nhanh dần và lên dốc, thì phương trình cân bằng công suất có dạng sau: j j i f t e t e k N N N N N N N N N N

 Khi xe chạy với tốc độ vmax

Trong đó: Nk - Công suất kéo ở bánh xe chủ động (mã lực)

Ne - Công suất hữu ích của động cơ (mã lực)

 - Hiệu suất bộ truyến lực

Nj - Công suất cản quán tính của động cơ (mã lực)

* Vận tốc tương ứng ở các tay số là

Khi n2 là số vòng quay trục tuabin (v/ph) và tay số 3, nếu tỷ số truyền của biến mô i ≥ 0,83, ly hợp F0 sẽ tự động đóng lại, khóa cứng biến Do đó, n2 sẽ bằng ne, tức là số vòng quay của trục khuỷu động cơ.

* Công suất ở từng tay số

Công suất ở từng tay số khi chưa khoá cứng biến mô là:

N Khi ly hợp bị khoá cứng thì công suất kéo ở tay số 3 là:

Trong đó: N2 - Công suất ở trục ra của biến mô

90 Đồ thị cân bằng công suất

Nk1,2,3 - Công suất kéo ở bánh xe chủ động ứng với tay số 1,2,3

C ,hs - Hiệu suất của cầu chủ động , hộp số cơ khí

* Công suất cản lăn của khi xe chạy trên mặt đường nằm ngang

G - Trọng lượng toàn bộ xe kG f - Hệ số cản lăn

* Công suất cản của không khí

K - Hệ số cản của không khí (kG.s 2 /m 4 )

F - Diện tích cản chính diện (m 2 )

Để lập đồ thị cân bằng công suất, ta sử dụng hệ trục tọa độ vuông góc N-v, trong đó trục tung biểu thị các giá trị công suất và trục hoành biểu thị vận tốc ô tô Mỗi tay số sẽ tương ứng với một đồ thị riêng Bên cạnh đó, việc xác định lực kéo tiếp tuyến và lực cản cũng rất quan trọng, vì vậy cần lập đồ thị cân bằng lực kéo để phân tích hiệu suất của xe.

Từ phương trình cân bằng lực kéo

Hình 7.4 Đồ thi cân bằng công suất

 Khi xe chạy với tốc độ cực đại

Trong đó : Pk - lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động

Pf - Lực cản khi xe lên dốc

Pi =G.sin - Lực cản dốc

P - Lực cản tổng cộng của đường (P =Pf+Pw)

 - Hệ số cản tổng cộng

Pj = G/g. i.j - Lực cản quán tính khi xe tăng tốc

* Lực kéo tiếp tuyến P k ở các tay số theo vận tốc chuyển động của xe

Khi chưa gài cứng biến mô b

Khi gài cứng biến mô thì: b

Để xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo của xe, cần tính toán lực cản của đường dựa trên vận tốc của xe khi di chuyển trên đường ngang với hệ số cản lăn quy định là f = 0,02.

* Tính lực cản của không khí