BƠM THỦY LỰC

L ỜI NÓI ĐẦU

3.1 BƠM THỦY LỰC

3.1.1 Cấu tạo

Bơm là bộ phận của truyền động thuỷ lực. Nó biến đổi cơ năng chính (động cơ điezel) thành năng lượng của dòng chất lỏng công tác. Chất lỏng công tác chảy theo

ống đến động cơ thuỷ lực. Động cơ thuỷ lực biến đổi năng lượng của chất lỏng thành

cơ năng của khâu bị động cơ thuỷ lực (trục của mô tơ thuỷ lực) để làm chạy cơ cấu

chấp hành. Bơm piston rô to quay thường được sử dụng rộng rãi trong truyền động

thuỷ lực của máy đào. Kiểu bơm piston rô to quay thường được sử dụng trên máy đào

là loại bơm piston rô to hướng trục. Loại bơm này có ưu điểm:

Cho phép cung cấp lượng dầu không lớn nhưng có áp suất lớn, áp suất của bơm không phụ thuộc vào năng suất.

Cho phép mở máy khi không cần mồi chất lỏng.

Thiết bị bơm chính của máy đào 1 gàu truyền động thuỷ lực chia ra: Điều chỉnh

được và không điều chỉnh được.

- Theo số bơm: Thiết bị một bơm và thiết bị nhiều bơm.

- Theo khả năng điều chỉnh chất lỏng được chia ra: Điều chỉnh được và không điều

chỉnh được.

- Theo nguyên tắc điều chỉnh: Điều chỉnh từng cấp, trị số lưu lượng thay đổi nhờ

sự đóng mở một số bơm tới đường cao áp mà chất lỏng công tác đi từ tiết bị bơm đến

động cơ thủy lực. Điều chỉnh vô cấp lúc này trị số lưu lượng phụ thuộc vào sự thay đổi

lưu lượng tiêu hao chất lỏng của bơm.

- Theo kể điều chỉnh: Điều chỉnh độc lập, điều chỉnh phối hợp, ở đây thể tích

truyền của tất cả các bơm hoặc một số bơm được trang bị, được điều chỉnh như nhau

- Điều khiển bằng cơ khí, điều khiển bằng tự động.

Trên máy đào Komatsu PC200-8 người ta sử dụng hai bơm chính, đó là bơm

trước 2A và bơm sau 2B. Cả hai bơm đều là bơm piston rô to hướng trục điều chỉnh

được lưu lượng, mỗi bơm gồm có 9 piston. Công suất của bơm phụ thuộc vào góc

nghiêng của đĩa nghiêng. Góc nghiêng của đĩa nghiêng được điều khiển bởi van cảm

nhận tải trọng (LS) và van điều chỉnh bơm van PC.

Bơm trước được dẫn động trực tiếp từ động cơ với tỷ số truyền bằng một, còn bơm sau dẫn động từ bơm trước qua khớp nối cứng có cùng tốc độ với bơm trước.

Về mặt kết cấu vận hành và hệ thống điều khiển của bơm trước và bơm sau là

giống nhau.

Các phần tử điều khiển lưu lượng được tích ngay trong bơm làm tăng khả năng

điều khiển.

[7]

Hình 3.1 Cấu tạo bơm piston hướng trục

1. Trục bơm trước; 2. Bệđỡ; 3. Vỏ bơm trước; 4. Đĩa cam lắc; 5. Đế piston; 6. Piston;

7. Block xylanh; 8. Van đĩa phân phối; 9. Mặt bích; 10. Trục bơm sau; 11. Vỏ bơm

3.1.2 Nguyên lý hoạt động

[7]

Hình 3.2 Bơm hoạt động với góc nghiêng a

Nguyên lý hoạt động bơm piston ứng với góc nghiêng a

Xy lanh (7) được nối cứng với trục (1) nhờ then hoa. Trục dẫn (1) được dẫn động

từ động cơ. Khi trục (1) quay xy lanh (7) và piston (6) cũng quay theo. Đế piston (5)

quay theo và trượt trên mặt A của đĩa cam lắc (4). Mặt A nghiêng so với trục một góc

a, các piston chuyển động tịnh tiến lên xuống trong khối xy lanh do có sự chênh lệch

thể tích giữa vùng hút (F) và đẩy (E), piston thực hiện quá trình hút và đẩy chất lỏng

(dầu thuỷ lực). Hành trình hút tương ứng với quá trình hành trình piston tăng dần (thể

tích buồng làm việc tăng dần) và ngược lại với quá trình đẩy.

Lưu lượng và áp suất của bơm phụ thuộc vào góc nghiêng a của đĩa cam lắc (4).

Góc nghiêng càng lớn thì lưu lượng của bơm càng lớn. khi a = 0 thì không có dầu ra

khỏi bơm.

[7]

3.1.3 Điều khiển thay đổi lưu lượng bơm

Nhiệm vụ: Bộ điều chỉnh lưu lượng trong hệ thống truyền động thủy lực của máy

đào Komatsu PC200-8 có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng của bơm để phù hợp với phụ

tải làm việc bằng cách thay đổi góc nghiêng của đĩa nghiêng trong bơm (a), từ đó có

thể giảm được lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi máy làm việc non tải hoặc

không tải.

Khi góc nghiên a của đĩa cam lắc (4) thay đổi thì lưu lượng xả ra của bơm cũng

thay đổi theo. Góc nghiêng của đĩa cam lắc thay đổi nhờ piston trợ động (12). Piston

trợ động (12) chuyển động thẳng, qua lại theo áp suất tính hiệu từ các van PC và LS.

Piston trợ động (12) có đường kính khác nhau giữa bên trái và bên phải. Áp suất của bơm luôn mang đến buồng của piston đường kính nhỏ. Áp lực đầu ra (PEN) của van

LS đưa đến buồng của piston có đường kính lớn. Sự chênh lệch về áp suất và tỷ lệ

đường kính của hai buồng ở hai phía piston dẫn tới sự thay đổi góc nghiêng a của đĩa

cam lắc (4).

3.2 VAN LS

3.2.1 Cấu tạo và chức năng van LS

Van LS có chức năng phát hiện (cảm nhận) tải trọng và điều khiển lưu lượng của

bơm.

Van này điều khiển lưu lượng của bơm chính (Q) dựa trên sự chênh lệch áp suất

PLS (PLS = PP2-PLS). Trong đó, PP2 là áp suất ở cửa ra của bơm chính còn PLS là áp suất ở cửa ra của van điều khiển. Áp suất bơm chính đến từ cửa vào của van điều

khiển và áp suất PLS đến từ đầu ra của van điều khiển, áp suất Psig (gọi là áp suất lựa

chọn LS) từ van điện từ tỷ lệ LS- EPC đi vào van này.

[7]

PA : Cổng bơm

PDP : Cổng xả

PLP : Cổng áp suất ra điều khiển

piston trợ động

PLS : Cổng áp suất cửa ra của van điều khiển

PP : Cổng bơm

PPL : Cổng điều khiển vào van PC

PSIG : Cổng áp suất từ van điện

từ 1. vỏ 2. Piston 3. Khoảng trượt 4. lò xo 5. đĩa 6. vỏ 7. Nút 8. nút điều chỉnh 3.2.2 Hoạt động của van LS

Khi van điều khiển ở vị trí trung gian

[7]

Van LS là một van có ba đường điều khiển, với áp suất PLS từ cửa ra của van

điều khiển được đem tới buồng B và áp suất P của bơm chính được đem tới buồng H.

Giá trị của lực của áp suất PLS với lực lò xo (4) và áp suất PP của bơm chính quyết

định vị trí của piston (6). Tuy nhiên, giá trị áp suất Psig của van EPC đi vào cửa e của

van LS cũng quyết định vị trí của piston (6).

Trước khi động cơ khởi động, piston trợ động (12) bị đẩy sang trái bởi lò xo (4).

Khi động cơ khởi động và cần điều khiển ở vị trí trung gian, giá trị áp suất PLS bằng

0 MPa (nó được nối với đường dầu hồi thông qua van piston điều khiển). Tại thời điểm này, piston (6) bị đẩy sang phải, cửa C và D thông nhau. Áp suất PP của bơm đi vào phía cuối phần đường kính lớn qua cổng K, và đường kính nhỏ qua cổng J của

piston trợ động (12). Vì vậy, đĩa cam lắc bị di chuyển đến vị trí tương ứng với góc

nhiêng nhỏ nhất.

Khi lưu lượng của bơm là lớn nhất

[7]

Hình 3.5 Sơ đồ hoạt động van LS khi lưu lượng bơm là lớn nhất

Khi sự chênh lệch áp suất (PLS) giảm (ví dụ, khi van điều khiển mở lớn và áp

lực lò xo (4). Khi piston (6) di chuyển, cửa D và E nối thông với nhau và nối với van

PC. Khi điều này xảy ra, van PC được nối với cửa xả nên mạch K-D trở thành trở

thành mạch xả với áp suất PT. Vì lý do này, áp suất tại cuối phần đường kính lớn của

piston trợ động (12) trở thành áp suất xả PT và áp suất PP của bơm đi vào phần cuối

đường kính nhỏ đẩy piston trợ động (12) sang trái. Vì vậy, đĩa cam lắc cũng chuyển

động làm cho lưu lượng của bơm đạt giá trị lớn hơn. Khi góc nghiêng của đĩa cam lắc

đạt giá trị lớn nhất thì lưu lượng của bơm cũng đạt giá trị lớn nhất.

Nếu áp suất Psig ở cửa ra của van LS- EPC đi vào cửa G, áp suất này tạo ra một

lực đẩy van piston chuyển động sang phải, tạo sự chênh lệch áp suất giữa áp suất PLS

và PP thay đổi theo hướng tăng khi cửa D và E của piston (4) được nối với nhau. Khi

điều này xảy ra sẽ có tác dụng làm giảm lưu lượng bơm khi tải tăng đột ngột để tăng

áp suất bơm.

Hoạt động khi lưu lượng của bơm là nhỏ nhất

[7]

Hình 3.5 Sơ đồ hoạt động van LS khi lưu lượng bơm là nhỏ nhất

Khi sự chênh lệch áp suất (PLS) tăng (ví dụ, khi van điều khiển mở nhỏ và áp

suất bơm chính tăng), áp suất bơm chính PP đẩy piston (6) sang phải. Khi piston di

chuyển, áp suất bơm PP đi từ cửa C sang cửa D và đến cửa K, nó đi vào phần cuối

đường kính lớn và đường kính nhỏ của piston trợ động (12). Do đó, piston trợ động

(12) bị đẩy sang phải. Kết quả, cần (12) và đĩa cam lắc cũng bị đẩy, lưu lượng của

bơm nhỏ dần. Khi góc nghiêng đạt giá trị nhỏ nhất thì lưu lượng của bơm cũng nhỏ

Nếu áp suất Psigđi vào cửa G, nó tác động làm cho lò xo có xu hướng nén lại và

trở nên yếu hơn.

Hoạt động khi piston trợ động ở vị trí cân bằng

[7]

Hình 3.5 Sơ đồ hoạt động van LS khi piston trợ động ở vị trí cân bằng

Gọi: A1 là diện tích phần cuối đường kính lớn của piston trợ động (12).

A0 là diện tích phần cuối đường kính nhỏ của piston trợ động (12). PEN là áp suất dầu ở phần cuối đường kính lớn piston trợ động (12).

Nếu áp suất ra của bơm chính (PP) của van LS cân bằng với tổng hợp của lực lò

xo (4) và áp suất PLS, và A0×(PP) = A1×PEN thì piston trợ động sẽ dừng lại ở vị trí

này và đĩa cam lắc sẽ được giữ ở vị trí trung gian.

Piston (6) sẽ được dừng lại ở một vị trí mà khoảng cách mở từ cổng D đến cổng E

và khoảng cách từ cổng C đến cổng D là gần như nhau. Vì

5 3 1 0  A A do đó, áp lực để

được sự cân bằng trên phải bằng

3 5 

PEN PP

. Lực của lò xo (4) điều chỉnh để được cân

bằng của piston (6) xác định khi

3.3 VAN PC

3.3.1 Cấu tạo và chức năng van PC

[7]

Hình 3.6 Cấu tạo van PC

PA : Cổng bơm

PA2 : Cổng áp suất bơm

PDP : Cổng xả

PM : Mode selector pressure pilot port

PPL : Cổng điều khiển áp suất

van LS 1. Nút 2. Piston trợ động 3. Cái chốt 4. Thanh trượt 5. Vật giử 6. Đĩa 7.Vỏ

Khi áp suất đầu ra của hai bơm chính lần lượt là PP1 và PP2 tăng cao, van PC

điều khiển bơm để lượng dầu không vượt quá một lượng dầu cố định (phù hợp với áp suấtđầu ra của bơm), dòng chảy không đổi nếu van điều khiển mở lớn hơn. Bằng cách này, công suất nó mang ra bằng công suất điều khiển. Vì vậy, công suất tiêu thụ của

bơm không vượt quá công suấtđộng cơ.

Nói cách khác, nếu tải trọng trong quá trình vận hành và áp suất đầu ra của bơm tăng cao, nó giảm lưu lượng từ bơm. Nếu áp suất bơm giảm xuống, nó sẽ tăng lưu lượng của bơm.

Ngoài ra khi làm việc với công suất lớn, nếu tải tăng đột ngột, gây ra việc giảm

tốc độ động cơ, hệ thống điều khiển điện tử đưa tín hiện đến cuộn từ của van EPC (van

solenoid) khi đó sẽ có dòng thủy lực đến van PC và sẽ giảm lưu lượng của bơm để

3.3.2 Hoạt động của van PC

Hoạt động khi bộ điều khiển bơm là bình thường

Khi tải dẫn động nhỏ và áp lực xả (PP1) và (PP2) thấp.

[7]

1. Van điện từ; 2. Piston; 3. Con trượt; 4, 6. Lò xo.

Hình 3.7 Hoạt động của van PC khi bộ điều khiển bơm ở chế độ bình thường

Tác động của van điện từ

Dòng điện điều khiển từ bộ điều khiển bơm chạy đến van điện từ (1). Dòng điện

này thay đổi dẫn tới áp suất điều khiển của van PC-EPC thay đổi và lực đẩy của piston

(2) cũng thay đổi. Đối diện với nội lực đẩy của piston (2) là lực đẩy của lò xo (4), (6) và áp suất của hai bơm chính PP1 và PP2. Piston (2) dừng lại ở vị trí nơi mà tổng hợp

các lực đẩy piston (3) là cân bằng. Áp suất ra từ van PC (áp suất tại cửa c) thay đổi dựa

trên vị trí này.

Độ lớn của dòng điều khiển được xác định bởi đặc tính của hoạt động (cần điều

[7]

Hình 3.8 Hoạt động của van PC khi áp suất bơm lớn

Tác động của lò xo

Tải trọng của lò xo (4) và (6) trong van PC được xác định bởi vị trí của đĩa

nghiêng. Khi piston trợ động (9) di chuyển, nếu piston trợ động (9) di chuyển qua phải

thì lò xo (4), (6) bị nén và nếu piston trợ động (9) di chuyển qua trái thì lò xo (5), (6) bị kéo. Nói cách khác, tải của lò xo được thay đổi do piston trợ động (9) kéo giản hay nén lò xo.

Nếu dòng điều khiển đi vào van điện từ thay đổi hơn nữa, lực đẩy của piston (2)

thay đổi và tải trọng của lò xo (4) và (6) cũng thay đổi theo dựa trên giá trị dòng điện

điều khiển của van điện từ.

Cửa C của van PC được kết nối với cửa E của van LS. Áp suất PP1 đi vào cửa B

và phần cuối đường kính nhỏ của piston trợ động (9), và áp suất PP2 đi vào cửa A. Khi lực của lò xo yếu hơn, thanh trượt (3) di chuyển sang phải cổng B được kết

nối với cổng C, cổng C và D bị cắt. Kết quả là tăng áp lực trên cổng C và áp lực lên

Khi áp suất PP1, PP2 của bơm nhỏ, piston (9) ở bên trái. Tại thời điểm này, cửa C và D thông với nhau, áp suất đi vào van LS trở thành áp suất xả PT.

Nếu cửa E và G thông nhau, áp suất đi vào phần cuối đường kính lớn piston trợ

động từ cửa J trở thành áp suất xả PT và piston trợ động chuyển động sang bên trái.

Bằng cách này, lưu lượng của bơm tăng lên. Trong quá trình di chuyển sang trái lò xo

bị giãn ra yếu đi làm thanh trượt (3) di chuyển sang phải cổng C và D được tắt, cổng B

và C được kết nối, áp suất phần đường kính lớn tăng làm ngừng sự di chuyển của

piston trợ động (9). Nói cách khác, vị trí dừng lại của piston (9) được quyết định tại

điểm mà nơi đó lực của lò xo (4), (6), lực đẩy của van điện từ và lực đẩy được tạo ra từ

áp suất PP1, PP2 tác động lên thanh trượt (3) là cân bằng.

Khi van điều chỉnh, bộ điều khiển bơm ở chế độ không bình thường và bộ

chuyển mạch dài của van TVC ở chế độ ON

Khi tải trọng trên bơm chính nhỏ

[7]

Hình 3.9 Hoạt động của van PC khi tải trọng trên bơm chính nhỏ

Khi có một sự hư hỏng nào đó trong van điều khiển, bộ điều chỉnh bơm, công tắc

được bật đến điện trở bên ngoài. Trong trường hợp này, nguồn năng lượng được đưa

đến theo hướng từ ắc quy. Khi điều này xảy ra, dòng điện điều khiển là không đổi do

Nếu áp suất bơm chính (PP1, PP2) thấp, tổng hợp của áp suất bơm và lực của

piston (2) nhỏ hơn so với áp suất đặt của lò xo. Vì vậy, thanh trượt (3) cân bằng tại vị

trí bên trái.

Tại thời điểm này, cửa C thông với áp suất xả của cửa D và áp suất ở phần cuối

đường kính lớn của piston trợ động cũng trở thành áp suất xả PT thông qua van LS.

Khi điều này xảy ra, áp suất ở phần cuối đường kính nhỏ của piston trợ động di chuyển

theo hướng làm cho lưu lượng của bơm trở nên lớn hơn.

Khi tải trọng trên bơm chính lớn

[7]

Hình 3.10 Hoạt động của van PC khi tải trọng trên bơm chính lớn

Khi công tắc được bật, dòng điện điều khiển là không đổi do đó lực đẩy của chốt

đẩy van điện từ cũng không đổi.

Nếu áp suất bơm chính (PP1, PP2) tăng, thanh trượt (3) chuyển động sang phải

nhiều hơn so với khi tải trọng của bơm thấp. Vị trí cân bằng được dịch chuyển sang

bên phải.

Trong trường hợp này, áp suất từ cửa B chảy đến cửa C. Piston trợ động (9) di