II. Nguồn cung cấp (Bơm)
1. Bơm cánh gạt
bơm cánh gạt hiện nay vấn được sử dụng rất rộng rãi trên các loại ơ tơ tải và ơ tơ du lịch như Z130, Z131, KAMAX…
1.1 Cấu tạo và nguyên lý của bơm cánh gạt cơ bản
Bơm cánh gạt là một trong các loại máy thuỷ lực rơto cĩ kết cấu đơn giản nhất. Bơm gồm cĩ một vỏ hình trụ 1 trong đĩ cĩ rơto 2. Tâm của vỏ và rơto lệch nhau một khoảng e. Trên rơto cĩ các phiển gạt 3. Khi rơto quay, các phiến gạt trượt trong các rãnh của rơto và gạt chất lỏng, nên gọi là bơm cánh gạt. Phần khơng gian giới hạn bởi vỏ bơm và rơto gọi là thể tích làm việc.
Hình 3.5 bơm cánh gạt loại đơn giản nhất
1 - Vo# bơm; 2 - . Rotor;3 - . Cánh ga#t; 4 - Lo# xo.
Hình 3.5 trên là sơ đồ kết cấu bơm cánh gạt loại đơn giản nhất (cĩ hai cánh gạt). Nhờ lực đẩy của lị xo , các cánh gạt luơn tì sát vào thành vỏ bơm. Giả sử khi bơm làm việc, rơto quay theo chiều mũi tên. Thể tích chứa chất lỏng từ A đến mặt cắt C-C tăng, áp suất chất lỏng bị giảm, do đĩ chất lỏng bị hút vào bơm. Khi cánh gạt di chuyển từ mặt cắt C-C đến B nĩ làm giảm thể tích chứa chất lỏng, do đĩ làm tăng áp suất và đẩy chất lỏng vào ống đẩy.
Để chất lỏng khơng chảy ngược từ khoang đẩy về khoang hút và khơng bị “chẹt” trong các thể tích làm việc thì vị trí của cánh gạt và rơto phải bố trí sao cho
khi cánh gạt này bắt đầu gạt chất lỏng (ở vị trí I) thì cánh gạt kia cũng vừa thơi khơng gạt chất lỏng nữa (ở vị trí II).
Như vậy ta thấy lưu lượng của bơm khơng đều nhở nhất khi cánh gạt bắt đầu vào vị trí làm việc I, lớn nhất ở vị trí C-C.
Để cho bơm cĩ lưu lượng đều (ít bị dao động) hơn, người ta tăng số cánh gạt cĩ trong bơm. Thường thì số lượng cánh gạt lắp vào bơm từ 8 đến 12.( trên xe Kamax là 8 cánh, xe Z130 là 10 cánh và một số xe khác..)
Dưới đây chung ta sẽ tìm hiểu kết cấu và nguyên lý hoạt động của một số loại bơm trợ lực kiểu cánh gạt.
1.2 Bơm trợ lực kiểu cánh gạt xe tải Kar250:
Sơ đồ bơm cánh gạt xe tải Kraz- 250 được thể hiện trên hình 3.6
Hình 3.6 bơm trợ lực kiểu cánh gạt trên xe Kaz - 250
1 – đai; 2 – rãnh puly; 3 – lơng đền; 4 – đai ốc bắt puly; 5 – puly dẫn động; 6 - phớt cao su; 7 – vịng đệm ngồi;8 – lị xo; 9 – vịng đệm trong; 10 - chốt; 11 – rãnh trong; 12 – đĩa phân phối;13 - phớt chắn dầu ; 14 - chốt định vị ; 15 – đĩa tỳ ; 16 – van lưu lượng; 17 - vỏ bơm sau ; 18 – lị xo van lưu lượng ; 19 – bi van an tồn ; 20 – lị xo van an tồn; 21 – lơng đền ; 22 – bulơng; 23 – ren;24 - nắp đậy trên bơm ; 25 – lơng đền nắp đậy trên ; 26 – bulơng ; 27 - ống lắp trục bơm ; 28 – rơto ; 29 – cánh gạt ; 30 - trục bơm ; 31 – then bán nghuyệt ; 32 – vịng đệm ; 33 - phớt chắn dầu ; 34,36 – vịng đệm cao su ; 35 - ổ bi đỡ
trong dầu trợ lực và đầu khơng tiếp xúc với dầu trợ lực. đầu khơng tiếp xúc với dầu trợ lực được đỡ bởi ổ bi đỡ 35, ổ đỡ này được lắp chặt với trục và được cố định chuyển động tịnh tiến so với vỏ bơm bằng phe chặn 36. Đầu trục nằm trong dầu được gối lên ổ bi kim, trên phần thân cĩ then hoa để lắp rơto, trên mặt rơto cĩ xẻ mười rãnh tương ứng là mười phiến gạt được đặt vào các rãnh này.
Phần chuyển động và phần cố định được lắp với nhau như sau: Phiến gạt sau khi lắp vào rơto thì được luồn cả vào đĩa phân phối 12, đĩa này cĩ dạng trụ rỗng bên trong dạng ơ van và phần trụ bên ngồi cĩ dạng trịn cĩ rãnh là nữa hình trụ được cố định với vỏ thơng qua bulơng 23. Phần trụ bên trong dạng ơ van được các phiến gạt tì lên. Đĩa phân phối này được ép hai mặt bởi các đĩa tì bên trong 15 và đĩa tỳ bên ngồi 13. Ở đây đĩa phân phối, đĩa tỳ ngồi, đĩa tỳ trong được cố định với nhau bằng chốt định vị 14 và được cố định với vỏ bơm. Sau đĩ nắp vỏ được lắp với vỏ thơng qua 4 bu lơng. ở các mặt lắp ghép đều cĩ vịng đệm để chắn dầu. Trên vỏ cĩ bố trí van phụ và van lưu lượng. Cửa nạp nằm bên cạnh van lưu lượng cịn cửa hồi dầu nằm cạnh van phụ. Bơm được lắp lên thân xe bởi hai bulơng.
b. Nguyên lý hoạt động:
Đai dẫn động làm quay puly và làm rơto quay. Khi rơto quay, dầu từ thùng chứa nhờ ống dẫn dầu qua cửa nạp vào buồng bơm được tạo nên bởi cánh gạt, mặt ngồi rơto và mặt trong thân bơm. mặt trong thân bơm cĩ dạng ơ van, ở đây cánh gạt cĩ thể trượt trong rãnh rơto. Trong quá trình hoạt động sẽ cĩ dầu áp suất cao đi vào rãnh rơto, áp suất này cùng với lực ly tâm sẽ đẩy cánh gạt đi ra vì thế khi rơto quay sẽ làm các cánh gạt tì sát vào bề mặt ơ van bằng cách trượt trong rãnh rơto. Quá trình rơto quay sẽ làm thay đổi thể tích dầu trong các buồng giữa các cánh gạt, do đĩ làm thay đổi áp suất thuỷ lực trong các buồng. ở đây chất lỏng nạp ở thể tích lớn và bị đẩy ra ở thể tích nhỏ nên được tăng áp. mỗi cánh thực hiện hai lần nạp/xả trong một vịng quay của rơto. với cách này sẽ làm giảm dao động áp suất ở cửa ra.
Cánh gạt được đẩy tỳ sát mặt ơvan. Thể tích các buồng giữa cánh gạt tăng nên chất lỏng được hút vào. Chất lỏng được hút vào sẽ di chuyển theo chiều quay các cánh gạt. Cánh gạt di chuyển trong rãnh làm giảm thể tích các buồng tạo áp suất cao cho chất lỏng và được đẩy ra ngồi cửa thốt.
Hình 3.7 các giai đoạn hợt động của bơm
Nhận xét: để tăng lưu lượng chất lỏng tới bơm thì nguời ta bố trí số nhiều cánh gạt (thường 10 cánh), đồng thời bố trí hái cửa hút và hai cửa đẩy nhằm làm cho lưu lượng chất lỏng qua bơm được đều hơn. Vì sau một vịng quay chất lỏng sẽ được hút vào bơm hai lần và đẩy ra khỏi bơm hai lần.
Van lưu lượng và van giảm áp:
Ở đây van lưu lượng và van giảm áp nằm trong bơm thực hiện việc điều khiển lưu lượng và áp suất chất lỏng sao cho áp suất và lưu lượng đến van phân phối trợ lực khơng đổi khi tốc độ động cơ thay đổi.
Dưới đây là sơ đồ biểu diển đặc tính lưu lượng Q phụ thuộc vào vận tốc gĩc ω
Hình 3.8. Sơ đồ đặc tính lưu lượng phụ thuộc vào vận tốc gĩc.
Đối với các xe tải thì người ta chủ yếu bố trí van lưu lượng và van giảm áp là chủ yếu. cịn đối với các loại xe du lịch thì ngồi bố trí van lưu lượng và van giảm áp thì người ta cịn bố trí thêm van phụ tại cửa ra của bơm. Chúng ta sẽ nghiên cứu hoạt động của bơm khi cĩ thêm van phụ.
Đặc điểm các trạng thái hoạt động của bơm dùng trên các một số xe du lịch khi cĩ thêm van phụ:
Hình 3.10. Giai đoạn 1
01-Đến van phân phối; 02-Lỗ cĩ tiết diện cố định; 03-Đỉnh van phụ; 04-Van phụ; 05-Lị xo; 06- Van cĩ tiết diện thay đổi (trạng thái mở hồn tồn); 07-Cửa ra; 08-Bơm; 09-Van lưu lượng; 10- Đường dầu hồi ( trạng thái đĩng); 11-Đường dầu A.
Chất lỏng được đưa ra từ cửa thốt sẽ cĩ tác dụng lên đỉnh van phụ, theo xu hướng đẩy van phụ xuống đĩng bớt lỗ cĩ tiết diện thay đổi, tuy nhiên ở thời điểm này điều này chưa xảy ra được vì lực tác dụng lên đỉnh van phụ quá nhỏ và khơng thể vượt qua lực lị xo và lỗ cĩ tiết diện thay đổi vẫn mở hồn tồn khi động cơ ở tốc độ thấp.
Trạng thái 2: Sau khi đi qua lỗ cố định và lỗ cĩ tiết diện thay đổi áp suất chất lỏng sẽ thay đổi so với trước đĩ, sự thay đổi này tương ứng với tốc độ động cơ. Mặt khác sau khi qua lỗ cố định sẽ cĩ một lượng chất lỏng đi đến đáy van lưu lượng, do đĩ sẽ tạo ra sự chênh lệch áp suất ở đỉnh và đáy van lưu lượng. Vì thế sẽ đẩy van lưu lượng đi xuống và mở đường dầu hồi. Kết quả là một phần chất lỏng sẽ theo đường dầu hồi trở về buồng cánh gạt, nhờ thế sẽ giữ mức dầu đến van phân phối khơng đổi.Trong điều kiện này, van phụ khơng di chuyển, lỗ cĩ tiết diện khơng đổi vẫn mở hồn tồn.
Hình 3.11. Giai đoạn 2.
01-Đáy van lưu lượng; 02-Đỉnh van lưu lượng; 03-cửa đường dầu hồi (trạng thái mở).
Trạng thái 3: Lưu lượng chất lỏng đi qua đường dầu A tăng và áp suất tác dụng lên van phụ tăng lên tương ứng với tốc độ động cơ. Khi đĩ lực tác động lên van phụ đủ thắng lực lị xo thì van phụ bắt đầu đi xuống và đĩng nhỏ lỗ cĩ tiết diện thay đổi để điều chỉnh lượng chất lỏng. Khi điều này xảy ra, lượng chất lỏng đến van phân phối giảm khi tốc độ động cơ tăng. Lúc đĩ, van lưu lượng tiếp tục điều khiển lượng chất lỏng theo đường hồi.
Hình 3.12. Giai đoạn 3.
01-Van cĩ tiết diện thay đổi (trạng thái đĩng một phần); 02-Đường dầu hồi (trạng thái mở hồn tồn).
Hình 3.13. Giai đoạn 4.
01-Van cĩ tiết diện thay đổi (trạng thái đĩng hồn tồn); 02-Đường dầu hồi (trạng thái mở hồn tồn).
Van giảm áp
Áp suất tại cửa ra của lỗ cĩ tiết diện cố định được đưa đến đáy của van lưu lượng. Khi đĩ áp lực được tạo nên ở mặt đáy van lưu lượng tác dụng lên van giảm áp nằm trong van lưu lượng, đến mức giới hạn van giảm áp này mở. Điều này cho phép van lưu lượng tiếp tục đi xuống và mở rộng cửa đường dầu hồi, làm cho lượng dầu hồi về tăng.
Hình 3.14 . Giai đoạn 5.
1.3 Bơm trợ lực xe tải Kamaz
sơ đồ bơm như hình vẽ 3.15
a. Cấu tạo:
Hình 3.15 bơm cánh gạt trên xe tải Kamaz 5320
1 – bánh răng dẫn động; 2 – đai ốc kẹp chặt; 3 - chốt chẻ; 4 - đệm; 5 - trục bơm; 6 – then bán nghuyệt; 7 – vịng đệm; 8 – viên bi cầu; 9 – vịng đệm cầu; 10 – vịng đệm; 11 - phớt cao su; 12 - ổ bi kim; 13 – nắp đổ dầu; 14 - phiến lọc thơ; 15 - đệm; 16 – bulơng; 17 – vịng đệm làm kín; 18 - đường ống phiến lọc; 19 – van thơng khí trời; 20 nắp bình cĩ lị xo; 21 - đẹm làm kín; 22- bình dầu của bơm; 23 – các phần tử lọc; 24 – culetto; 25 - đường ống; 26 - đầu nối; 27 - đệm culetto; 28 - đệm làm kín; 29 - nắp bơm; 30 – lị xo van một chiều; 31 - miệng van an tồn; 32 - đệm điều chỉnh; 33 - cụm van lưu lượng; 34 – đĩa phân phối; 35 – cánh gạt bơm; 36 – vịng đệm làm kín; 37 – stato; 38 – rơto; 39 – vịng đệm làm kín; 40 – thân bơm.
Bộ phận cung cấp sử dụng trên xe tải Kamaz cĩ một số điểm khác biệt so với bộ phận cung cấp sử dụng trên xe tải Kraz – 250 đĩ là:
+ Nếu nhu trên xe Kraz – 250 sử dụng các đường ống dẫn dầu từ bình chứa tới bơm, do đĩ mà phải sử dụng nắp đậy trên cĩ các lỗ dẫn dầu vào bơm. Cịn trên
truyền đai. Cịn trên xe Kamaz sử dụng dân động bơm chính là bộ truyền bánh răng.
b.Nguyên lý hoạt động của bộ phận cung cấp:
Bộ phận cung cấp gồm cĩ bình dầu và bơm dầu.
Bình dầu đượcđặt ở trên, dưới tác dụng của trọng lượng bản thân dầu chảy xuống bơm dầu đặt ở dưới để tạo áp suất cao ở đây và được đưa vào bộ phận phân phối. Cụ thể như sau:
Hình 3.16 sơ đồ hoạt động bơm
Ban đầu dầu được đổ vào bình dầu qua lọc thơ 30 sau đĩ đường dầu dẩn dầu đến máy bơm cánh gạt ở cửa I và I’. (hình 3.16)
Bơm cánh gạt lấy mơmen từ động cơ qua bánh răng 36 qua then bán nguyệt truyền mơmen đến trục làm các cánh gạt quay. Các cánh gạt quay và luơn tỳ lên Stato cĩ biên dạng khơng trịn do đĩ các cánh gạt sẽ phải tịnh tiến hướng kính roto. việc tỳ vào Stato của cánh gạt được thực hiện nhờ vào dầu áp suất cao được lấy ở đầu ra và đưa vào phía trong rơto. Các cánh gạt quay dồn dầu về khu vực cĩ thể tích nhỏ hơn làm áp suất dầu tăng cao và được đẩy ra cửa II và II’ đến vùng thể tích cĩ tiết diện trịn ở bên cĩ đường dầu dẩn đến bộ phân phối.
Hình 3.17 sơ đồ hoạt động của bơm
Yêu cầu đảm bảo an tồn cho hệ thống là phải phải đảm bảo lưu lượng đến bộ phân phối phù hợp và cĩ áp suất nằm trong khỗng 8,3-8,8 MPa để làm được điều đĩ người ta bố trí cụm van lưu lượng ở bơm như sau:
Ở chính giữa vùng thể tích dầu sau khi dầu ra khỏi bơm cĩ van lưu lượng 35 được giữ nhờ lị xo 33. Nếu lưu lượng qua bơm dầu lớn đủ để thắng lực đẩy của lị xo 33 thì dầu sẽ đẩy mở van 35 và hồi về theo đường c.
Trong cụm van an tồn cịn cĩ van 34 nhằm đảm bảo áp suất ra khỏi bơm của dầu. Van 34 được giữ nhờ một lị xo, dầu luơn cĩ áp lực tác dụng lên bi, khi áp lực này đủ lớn để thắng lực đẩy lị xo thì bi mở ra để đưa dầu hồi về phía đường cung cấp nhờ đĩ áp suất ra khỏi bơm được đảm bảo.
Sau khi qua cơ cấu lái, dầu được hồi về qua đường 19. Qua bộ tản nhiệt 28 để giảm nhiệt cho dầu và dầu được hồi về đường 32, sau đĩ dầu được đưa lên phiến lọc 3 để lọc bẩn và trở lại bình dầu để chuần bị đưa vào bơm dầu.
Trường hợp do bụi bẩn quá nhiều hoặc lý do nào đĩ làm cho các phiến lọc 3 bị tắc dầu khơng thể qua phiến lọc để về bình dầu khi đĩ sẽ khơng cĩ dầu cung cấp cho trợ lực, để giải quyết vần đề này người ta bố trí phiên lọc cĩ thể được giữ bởi lị xo 2, khi phiến lọc bị tắc dầu sẽ tạo ra lực thắng lực lị xo 2 để nâng phiến lọc lên tạo khe hở cho dầu đi ra mà khơng cần qua phiến lọc. Như vậy dầu sau khi hồi về khơng được lọc mà vẫn tiếp tục đưa vào bơm để đi cung cấp. Do đĩ khi sảy ra trường hợp này cần vệ sinh phiến lọc, để phiến lọc cĩ thể thực hiện chức năng tránh trường hợp để quá lâu làm bụi bẩn khơng được lọc mà đưa xuống cơ cấu lái gây ra mài mịn chi tiết di trượt và gây tắc đường dầu
Trường hợp khi rẽ qua phải hay qua trái, dầu đi từ đường cao áp qua van chia dầu đến khoang 25 hoặc khoang 7 đồng thời luơn cĩ dầu tạo áp lực lên van an tồn cơ cấu 18 cĩ lị xo giữ kín khơng cho dầu qua van nhằm đảm bảo áp suất dầu ~7,3-8 MPa, khi áp suất dầu lớn hơn sẽ đẩy thắng lực lị xo để đưa dầu qua đường dầu hồi, giảm áp suất dầu.
1.4 Bơm trợ lực Z130, Z131, GAZ
Kết cấu của bơm trợ lực sử dụng trên xe Z130 được thể hiện trên hình vẽ 3.19.