2.1.2.1. Bơm bỏnh răng
38
Đõy là loại bơm dựng rộng rói nhất vỡ nú cú kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Phạm vi sử dụng của bơm bỏnh răng chủ yếu ở cỏc hệ thống cú ỏp suất nhỏ trờn cỏc mỏy khoan, doa, tổ hợp, bào, phay.... Để thực hiện chức năng trong điều kiện làm việc ỏp suất cao, bơm bỏnh răng đó đƣợc cải tiến về mặt kết cấu nhằm nõng cao hiệu suất và ỏp suất làm việc của bơm. Hiệu suất của bơm bỏnh răng cú thể đạt từ 80-92%. Phạm vi ỏp suất từ 10-200 bar.
Bơm bỏnh răng cú thể là loại bỏnh răng ăn khớp ngoài, hoặc ăn khớp trong. Nú cú thể là răng thẳng, răng nghiờng, răng chữ V. Hiện nay bơm bỏnh răng ăn khớp ngoài đuợc sử dụng rộng rói hơn vỡ đặc tớnh chế tạo đơn giản của nú, nhƣng bơm bỏnh răng ăn khớp trong thỡ cú khớch thƣớc gọn nhẹ hơn. Bơm bỏnh răng trong thực tế chủ yếu là bơm cố định, một số ớt trƣờng hợp là bơm điều chỉnh.
a. Bơm bỏnh răng ăn khớp ngoài (hỡnh 2.3)
Hỡnh 2.3 là sơ đồ nguyờn lý của bơm bỏnh răng ăn khớp ngoài. Cỏc buồng làm việc của bơm đƣợc tạo nờn từ thành thõn bơm và cỏc biờn dạng của răng. Thể tớch của buồng hỳt và buồng nộn đƣợc thay đổi ro cỏc răng ra khớp và vào khớp với nhau, do đú thực hiện chu kỡ hỳt và nộn chất lỏng. Thõn bơm cú hai lỗ đối nhau. Nếu bỏnh răng quay theo chiều mũi tờn (hỡnh 2.3) thỡ lỗ A hỳt dầu vào và lỗ B đẩy dầu ra. Lỗ hỳt dầu vào đuợc đặt ở vị trớ phớa ra khớp của răng. Dầu ở đõy sẽ choỏn lấy cỏc rónh răng, và cỏc rónh răng đƣa dầu sang buồng nộn đặt ở phớa cỏc răng vào khớp. Khi cỏc răng vào khớp, khoảng 1/10 thể tớch dầu cũn đọng lại ở chõn răng bị nộn lại, ỏp suất ở đỏy chõn răng tăng đột ngột tạo thành một lực hƣớng kớnh cú tỏc dụng va đập vào bỏnh răng và ổ trục. Nhƣợc điểm của bơm bỏnh răng là sự chờnh lệch ỏp suất giữa hai buồng vào và ra, tạo nờn một tải trọng khụng cõn xứng, làm chúng mũn bỏnh răng, thành thõn bơm cũng nhƣ cỏc ổ trục. Lƣu lƣợng dầu bị thay đổi theo thời gian tạo thành độ nhấp nhụ của lƣu lƣợng dầu, độ nhấp nhụ này phụ thuộc vào số răng, mụđun và hệ hế ăn khớp của bỏnh răng.
b. Bơm bỏnh răng ăn khớp trong (hỡnh 2.4)
Nguyờn tắc làm việc của bơm bỏnh răng ăn khớp trong nhƣ sau: bỏnh răng (1) quay bỏnh răng ăn khớp trong (2) làm cho bỏnh răng ăn khớp trong chuyển động trong thõn bơm (3). Buồng vào A ngăn cỏch với buồng ra B bằng vành chắn (4) hỡnh lƣỡi liềm. Khi cỏc răng ra khớp, chất lỏng ở buồng A choỏn toàn bộ thể tớch cỏc rónh răng
39
(5) của bỏnh răng ăn khớp ngoài và ăn khớp trong. Bỏnh răng tiếp tục quay, tải dầu đi ngang qua vành chắn (4) và đƣa vào buồng B đẩy ra ngoài. Ƣu điểm của bơm bỏnh răng ăn khớp trong là cú kớch thƣớc bộ hơn, tổn thất thể tớch nhỏ hơn bơm bỏnh răng ăn khớp ngoài khi cú cựng một lƣu luợng và dung sai chế tạo, nhƣng chế tạo loại bơm này lại phuớc tạp hơn .
c. Lƣu lƣợng bơm bỏnh răng
Khi tớnh lƣu lƣợng, xem thể tớch dầu đƣợc đẩy ra khỏi rónh răng bằng với thể tớch của răng, tức là khụng tớnh đến khe hở chõn răng và lấy hai bỏnh răng cú kớch thƣớc nhƣ nhau (hỡnh 2.5)
Hỡnh 2.5: Sơ đồ tớnh toỏn lƣu lƣợng bơm bỏnh răng
Trong đú:
m – mụdul của bỏnh răng [cm] d – đƣờng kớnh chia răng [cm] b – chiều rộng của răng [cm]
n – số vũng quay trong một phỳt [vg/ph]
Ta cú lƣợng dầu do hai bỏnh răng chuyển đi khi nú quay một vũng: Q = πd2mb [cm3
/vg]
Gọi z là số răng, tlà hiệu suất của bơm thỡ lƣu lƣợng của bơm bỏnh răng là: 2 3 2 10 t m zbn Q [lớt/phỳt]
Hiệu suất của bơm bỏnh răng phụ thuộc vào lƣu luợng và ỏp suất. Cú thể chọn = 0,75ữ0,90
40
suất dầu, phụ thuộc vào lƣu lƣợng và độ ờm chuyển động của bơm. Vận tốc tối thiểu của bơm cú thể tớnh theo cụng thức thực nghiệm sau:
Vmin = 0,17.p/E0 [m/s] Trong đú: p – ỏp suất dầu [bar]; E0 – độ nhớt Engler.
Chiều rộng của bỏnh răng thụng thƣờng là b = 12ữ32mm. Để cú lƣu lƣợng lớn, cần dựng bỏnh răng cú số răng nhỏ và mụđun lớn. Nếu số răng nhỏ quỏ sẽ làm cho độ đều của lƣu lƣợng bị giảm. Trƣờng hợp khụng cần lƣu lƣợng đều (bơm bỏnh răng trong hệ thống làm nguội) thỡ dựng bỏnh răng cú số răng từ 5ữ10. Trƣờng hợp cần thiết độ đều của lƣu lƣợng cao thỡ dựng z =10ữ20 cho bỏnh răng ăn khớp ngoài, và bỏnh nhỏ ăn khớp trong khụng nhỏ hơn z = 7.
2.1.2.2. Bơm cỏnh gạt
Đõy là loại bơm đƣợc dựng rộng rói sau bơm bỏnh răng, cũng chủ yếu đƣợc dựng trong hệ thống cú ỏp suất thấp và trung bỡnh. So với bơm bỏnh răng, bơm cỏnh gạt đảm bảo lƣu lƣợng đều hơn, hiệu suất thể tớch cao hơn, do đú nú dựng rất thớch hợp cho cỏc hệ thống thủy lực của cỏc mỏy cụng cụ nhƣ thực hiện lƣợng chạy dao ở mỏy tổ hợp, mỏy doa, mỏy tiện, mỏy phay. Thực hiện chuyển động của bàn mỏy và cỏc cơ cấu khỏc của mỏy mài, cơ cấu kẹp chặt, cấp phụi trờn cỏc mỏy tự động.
Kết cấu của bơm cỏnh gạt cú nhiều loại khỏc nhau, nhƣng cú thể chia thành hai loại chớnh:
- Bơm cỏnh gạt cú tỏc dụng đơn (bơm cỏnh gạt đơn) - Bơm cỏnh gạt cú tỏc dụng kộp (bơm cỏnh gạt kộp)
a. Bơm cỏnh gạt đơn
Bơm cỏnh gạt đơn là loại bơm mà khi trục quay một vũng nú thực hiện một chu kỡ làm việc gồm một lần hỳt và một nộn. Bơm cỏnh gạt đơn đƣợc chế tạo với lƣu lƣợng cố định hoặc điều chỉnh. Dựa trờn nguyờn tắc dẫn dầu của bơm ta cú thể chia ra loại bơm cỏnh gạt đơn dẫn dầu từ ngoài và loại bơm cỏnh gạt đơn dẫn dầu từ trong.
- Bơm cỏnh gạt đơn dẫn dầu từ ngoài (hỡnh 2.6).
Rụto (1) đƣợc đặt trong stato (2) với độ lệch tõm e. Trờn thõn rụto cú cỏc rónh để cỏc cỏnh gạt (3) cú thể di động theo hƣớng kớnh. Để giảm lực tiếp xỳc giữa cỏc đầu cỏnh gạt (3) và thành stato (2) do tỏc dụng của lực ly tõm, ngƣời ta cho cỏnh gạt chuyển động cƣỡng bức trong rónh (4) cú tõm O và làm trờn mặt bờn. Khi rụto quay,
41
cỏc con lăn (hoặc con trƣợt) lắp ở hai bờn cỏnh gạt (3) di động của rụto của bơm trong rónh (4), cỏc thể tớch đuợc tạo nờn giữa hai cỏnh gạt và cỏc bề mặt stato luụn thay đổi. Nếu rụto quay theo chiều mũi tờn nhƣ hỡnh vẽ thỡ thể tớch buồng sẽ lớn dần, thực hiện quỏ trỡnh hỳt. Trong khi đú thể tớch của buồng B nhỏ dần, thực hiện quỏ trỡnh nộn
Để buồng hỳt luụn đƣợc ngăn cỏch với buồng nộn, gúc α cần phải lớn hơn gúc chắn giữa hai cỏnh gạt kế tiếp nhau, tức là α ≥ β
Ở đõy: β = 2π/z ; với z – số lƣợng cỏnh gạt.
Hỡnh 2.6: Sơ đồ nguyờn lý bơm cỏnh gạt đơn
Lƣu lƣợng của bơm cú thể đƣợc điều chỉnh bằng cỏch thay đổi độ lệch tõm e (xờ dịch stato (2) trong thõn bơm). Nếu đƣờng tõm O1 trựng với đƣờng tõm O, nghĩa là e = 0, thỡ thể tớch giữa cỏc buồng giữa cỏc cỏnh gạt sẽ cố định khi rụto quay, và khi đú lƣu lƣợng bơm sẽ bằng 0. Nếu đƣờng tõm O1 vƣợt quỏ đuờng tõm O về bờn phải, cỏc buồng hỳt và buồng nộn của bơm sẽ đảo ngƣợc lại.
Tớnh lƣu lƣợng của bơm cỏnh gạt là xỏc định thể tớch giữa cỏc cỏnh gạt, bằng cỏch lấy tớch số của bề mặt đẩy dầu của cỏnh gạt và vận tốc vũng của nú.
Vận tốc của cỏnh gạt: v = 2πnρ Lƣu lƣợng của bơm: Q1 = 2πenBD
Lƣu lƣợng toàn phần của bơm: Q = 2πen(BD+4bd) Trong đú:
D – đuờng kớnh của stato B – chiều rộng cỏnh gạt
ρ – bỏn kớnh chạy của cỏnh gạt
n – số vũng quay trong một phỳt của rụto d – Đuờng kớnh của con lăn
42 b – chiều cao (hay chiều sõu) của rónh
Nếu kớch thƣớc cú đơn vị là cm thỡ Q = 2.10-3
. πen(BD+4bd) [lớt/phỳt].
Bơm cỏnh gạt đơn dẫn dầu từ ngoài cú nhƣợc điểm là tải trọng khụng cõn bằng, dễ sinh rung động nờn chỉ thớch hợp cho hệ thống cú ỏp suất thấp và trung bỡnh. Số cỏnh gạt thƣờng dựng từ 3ữ11.
Trong trƣờng hợp số cỏnh gạt nhỏ hơn 3, nguyờn lý kiểu bơm trờn khụng thể thực hiện đƣợc. Đối với lƣu lƣợng và ỏp suất nhỏ, thƣờng hay dựng cỏc loại bơm cú hai cỏnh gạt nhƣ hỡnh 2.7
Hỡnh 2.7: Một số loại bơm cỏnh gạt
a. Hai cỏnh gạt đối nhau b. Một cỏnh gạt c. Hai cỏnh gạt so le
Điểm khỏc nhau căn bản của cỏc loại bơm cỏnh gạt trờn là một phần bề mặt rụto (1) của nú luụn tiếp xỳc với stato (2) để làm nhiệm vụ ngăn cỏch buồng hỳt A với buồng nộn B, mặt khỏc bơm này cũng chỉ cho lƣu lƣợng cố định (hỡnh 2.7a).
Rụto (1) và stato (2) cũng đặt lệch tõm nhau một quảng e. Trờn rónh của rụto chỉ cú hai cỏnh gạt (3), và chỳng đuợc lũ so (4) luụn ộp sỏt vào thành stato (2). Khi rụto quay, buồng phớa của A lớn dần, nờn thực hiện quỏ trỡnh hỳt, buồng phớa cửa B nhỏ dần nờn thực hiện quỏ trỡnh nộn. Loại bơm này cú lƣu lƣợng 5,7 lớt/phỳt và ỏp suất cú thể đến 1,5 bar.
Hỡnh 2.7b. Bơm chỉ dựng một cỏnh gạt, mặt trong của stato là hai cung trũn cú tõm cỏch nhau từ 0,1ữ1,1mm. Vỡ khụng cần dựng lũ so để đẩy cỏnh gạt nờn kết cấu chặt chẽ và đơn giản hơn, nhƣng yờu cầu bề mặt trong của stato chế tạo phải chớnh xỏc. Hỡnh 2.7c. Cỏc cỏnh gạt (1) và (2) đặt kề và trƣợt lờn nhau trong một rónh của rụto. Trờn mỗi cỏnh gạt đều cú khoột lỗ vuụng để đặt lũ so (3) ộp cỏc cỏnh gạt vào thành
43
stato. Ƣu điểm của kết cấu này là tỉ số L2/L1 lớn do đú cỏnh gạt chuyển động trong rónh ổn định hơn, tuổi thọ của bơm cũng cao hơn. Kiểu 100 của loại bơm này cú lƣu lƣợng 3,8 lớt/phỳt, ỏp suất 0,6 bar.
Lƣu lƣợng của loại bơm hai cỏnh gạt cú thể tớnh theo cụng thức sau 2 2 2 1 2 ( ) 2 2 Q Bn R r e eR
Nếu lấy cỏc kớch thƣớc bằng cm thỡ lƣu lƣợng thực tế của bơm hai cỏnh gạt là:
3 2 2 2 1 2.10 ( ) 2 ( ) 2 Q Bn R r e e Rs [lớt/phỳt]
Trong đú: s - là chiều dày của cỏnh quạt; R, r - là cỏc bỏn kớnh. - Bơm cỏnh gạt dẫn dầu từ bờn trong
Trục rụto là trục rỗng cú kết cấu đặc biệt để tạo nờn cửa hỳt A và cửa nộn B. Cỏc cửa này đƣợc nối liền với những rónh dầu (1) trờn rụto. Khi rụto quay theo chiều mũi tờn nhƣ hỡnh vẽ, cỏc buồng dầu ở cỏc cỏnh gạt ở phớa cửa hỳt A tăng dần, quỏ trỡnh hỳt dầu từ cửa A qua cỏc rónh (1) đƣợc thực hiện. Trong khi đú thể tớch giữa cỏc cỏnh gạt ở cửa B giảm dần, bơm thực hiện quỏ trỡnh nộn, dầu theo cỏc rónh hƣớng kớnh chảy vào cửa B đi ra ngoài.
Để giảm ma sỏt giữa cỏc cỏnh gạt và stato (2), stato đƣợc lắp trờn hai ổ bi cựng với hai mặt bờn của bơm sẽ quay cựng chiều với rụto, vỡ vậy chuyển động tƣơng đối giữa hai chi tiết sẽ nhỏ. Ở bơm cỏnh gạt đơn, rụto đặt lệch tõm với stato, nờn mặt tiếp xỳc giữa hai đầu cỏnh gạt và thành stato khụng đƣợc khớt. Để trỏnh khớt tốt hơn ta dựng thanh trƣợt đặc biệt (3) lắp trờn đầu cỏnh gạt nhƣ hỡnh 2.8b
Hỡnh 2.8: Bơm cỏnh gạt dẫn dầu từ trong a) Mặt cắt; b) Kết cấu đầu cỏnh gạt
44
Lƣu lƣợng của bơm: Q = 2.10-3en[π(BD+4bd)-Bsz ] [lớt/phỳt]
Ở đõy cỏc kớch thƣớc cú đơn vị là cm. Lƣu lƣợng đƣợc điều chỉnh bằng điều chỉnh độ lệch tõm e.
b. Bơm cỏnh gạt kộp
Đõy là loại bơm mà khi trục nú quay một vũng, thể tớch giữa cỏc cỏnh gạt cú hai lần tăng và hai lần giảm, tức là thực hiện hai lần hỳt và hai lần nộn.
Kết cấu của nú đối xứng nờn lực tỏc dụng lờn trục đƣợc cõn bằng, cú thể dựng ở hệ thống ỏp suất cao. Loại bơm này đuợc dựng rộng rói hơn bơm cỏnh gạt đơn. Lƣu lƣợng của nú từ 5ữ200 lớt/phỳt, ỏp suất cú thể đạt 125 bar. Hỡnh 2.9 là sơ đồ kết cấu của nú.
Hỡnh 2.9: Sơ đồ nguyờn lý bơm cỏnh gạt kộp
Đặc điểm của loại bơm này là cỏnh gạt (2) chuyển động tự do trong cỏc rónh hƣớng kớnh của rụto (1). Khi rụto quay, dƣới tỏc dụng của lực ly tõm và ỏp suất buồng nộn dẫn vào cỏc rónh (3) ở phớa dƣới cỏc cỏnh gạt, làm cho cỏc cỏnh gạt luụn tỡ sỏt vào biờn dạng (4) của stato. Biờn dạng (4) cú thể là đuờng elip, Acsimet hoặc là tổ hợp của cỏc cung trũn. Do đú khi rụto quay một vũng, thể tớch cỏc buồng giữa cỏc cỏnh gạt cú hai lần tăng và hai lần giảm. Nếu rụto quay theo chiều quay đồng hồ thỡ buồng (a) và buồng (b) ở đối diện với nú cú thể tớch tăng, thực hiện hỳt dầu. thể tớch của buồng (c) và (d) giảm nờn thực hiện quỏ trỡnh nộn. Hai buồng hỳt và hai buồng nộn đặt cỏch nhau 1800, do đú cỏc lực đƣợc cõn bằng, giảm tải cho ổ trục.
Để ngăn cỏch buồng hỳt A với buồng nộn B đuợc tạo nờn bởi đĩa dẫn dầu lắp ở mặt bờn của stato, gúc α tƣơng ứng với đoạn ngăn cỏch giữa hai buồng phải thoả món điều kiện: α ≥ 2π/z; (z là số cỏnh gạt). Để trỏnh hiện tƣợng cỏnh gạt bị kẹt trong rónh trƣợt
45
khi đi vào phạm vi buồng nộn, thỡ cỏc cỏnh gạt cần đặt nghiờng với đƣờng kớnh của rụto một gúc ε. Nếu đƣờng kớnh rụto từ 56ữ85mm thỡ ε = 13ữ150, nếu đƣờng kớnh khoảng 140mm thỡ ε = 7ữ80
. Để cú thể tạo nờn hai loại lƣu lƣợng với hai ỏp suất khỏc nhau ngƣời ta ghộp hai bơm cỏnh gạt trờn cựng một trục và một thõn bơm gọi là bơm cỏnh gạt ghộp. Gọi R, r là bỏn kớnh lớn và bỏn kớnh nhỏ của stato. Ta cú lƣu lƣợng của bơm cỏnh gạt kộp: . 2 ( ) ( ) cos s z Q Bn R r R r Nếu cỏc kớch thƣớc cú đơn vị là cm thỡ : 3 . 2.10 ( ) ( ) cos s z Q Bn R r R r [lớt/phỳt]
Bơm cỏnh gạt kộp khụng thể điều chỉnh đƣợc lƣu lƣợng. Lƣu lƣợng của nú chủ yếu phụ thuộc vào tỉ số bỏn kớnh lớn và bỏn kớnh nhỏ của stato. Do đú chỉ cần thay stato ta cú nhiều lƣu lƣợng khỏc nhau. Tỉ số R/r càng lớn thỡ bơm cú lƣu lƣợng càng lớn. Để bảo đảm tớnh làm việc ờm, khụng bị kẹt và khụng ồn thỡ tỉ số R/r phải đuợc chọn phự hợp theo số cỏnh gạt z.
Khi z = 8 thỡ R/r = 1,1ữ1,15; z = 12 thỡ R/r = 1,17ữ1,27; z = 16 thỡ R/r = 1,23ữ1,34 Để đảm bảo lƣu lƣợng bơm đƣợc đều thỡ nờn lấy số cỏnh gạt của bơm là bội số của 4, nhƣng khụng nhỏ hơn 8. Đối với bơm cỏnh gạt kộp cú thể lấy số cỏnh gạt là số chẵn, nhƣng khụng đƣợc nhỏ hơn 10. Để cỏnh gạt chuyển động an toàn, thỡ tỉ số giữa độ dài lớn nhất l1 nhụ ra khỏi rụto và chiều dài nhỏ nhất l2 cũn nằm lại trong rónh rụto của cỏnh gạt cần đảm bảo: l1/l2 ≤ 0,9
So với bơm bỏnh răng thỡ bơm cỏnh gạt cú hiệu suất cao hơn, lƣu lƣợng đều hơn. Kớch thƣớc cũng tƣơng đối nhỏ và khụng cú yờu cầu cao về việc lọc sạch dầu. Nhƣợc điểm của nú là cỏc chi tiết trƣợt (cỏnh gạt, đĩa dẫn dầu) mau mũn, tổn thất thể tớch lớn, kết cấu tƣơng đối phƣớc tạp nờn việc lắp rỏp và chế tạo đũi hỏi yờu cầu cao.
2.1.2.3. Bơm piston
Bơm piston là loại bơm dựa trờn nguyờn tắc thay đổi thể tớch của cơ cấu piston – xilanh. Vỡ bề mặt làm việc của cơ cấu này hỡnh trụ trũn, do đú dễ dàng đạt đƣợc độ chớnh xỏc gia cụng cao, đảm bảo đƣợc hiệu suất thể tớch tốt. Loại bơm này cú thể làm việc tạo ra đƣợc ỏp suất lớn (p=700bar)
46
Bơm piston thƣờng đƣợc dựng trong hệ thống thủy lực cần ỏp suất cao và lƣu