Bơm thuỷ lực cú nhiệm vụ chuyển ủổi năng lượng cơ học thành năng lượng thuỷ lực. Theo hoạt ủộng cơ bản cú thể phõn loại bơm thành hai loại: thay ủổi ủược thể tớch làm việc và khụng thay ủổi ủược thể tớch làm việc.
Bơm bỏnh răng cú ưu ủiểm:
+ Thể tớch cấu tạo nhỏ gọn mật ủộ cụng suất lớn; + Cấu tạo ủơn giản;
+ Gọn phự hợp với ủiều kiện sử dụng khú khăn; + Hao tổn lọt dũng nhỏ, hiệu suất tốt;
+ Xung dũng nhỏ, ờm dịu, tuổi thọ cao; + Mụ mem quay lớn khi tần số quay thấp.
Tuy nhiờn cũng cú nhược diểm sau: Thể tớch làm việc khụng ủổi, lưu lượng thay ủổi nhờ tiết lưu, làm núng dầu.
Hỡnh 3.1: Sơủồ cấu tạo bơm bỏnh răng ăn khớp trong
3.2.2 ðộng cơ thuỷ lực
ðộng cơ cú nhiệm vụ biến ủổi năng lượng thế năng hay ủộng năng của lưu chất thành năng lượng cơ học – chuyển ủộng quay.
ðại lượng ủặc trưng của ủộng cơ là ủộ lớn của mụ men xoắn ủối với hiệu ỏp suất ở ủường vào và ủường ra xỏc ủịnh với lượng lưu chất cần tiờu thụ trong một vũng quay q, l/ph.
3.2.2.1 ðộng cơ bỏnh răng
ðộng cơ bỏnh răng ủược phõn thành 3 loại: ủộng cơ bỏnh răng thẳng, ủộng cơ bỏnh răng nghiờng, ủộng cơ bỏnh răng chữ V (hỡnh 2.7).
Hỡnh 3.2: ðộng cơ bỏnh răng
3.2.2.2 ðộng cơ cỏnh gạt
Nguyờn lý hoạt ủộng của ủộng cơ cỏnh gạt (hỡnh 2.8): lưu chất ủược dẫn vào cửa 1, qua rónh vũng 2 vào lỗ dẫn lưu chất 3. Dưới tỏc dụng ỏp suất lờn cỏnh gạt, rụto quay. Lưu chất ủược thải ra ngoài bằng lỗ 8 (nếu là dầu thỡ lỗ 8 ủược nối về bể dầu, cũn khớ nộn thỡ thải ra mụi trường khụng khớ).
Hỡnh 3.3: ðộng cơ cỏnh gạt
3.2.2.3 ðộng cơ piston
ðộng cơ pớt tụng cú khả năng làm kớn tốt hơn so với bơm cỏnh gạt và bỏnh răng, bởi vậy ủộng cơ pớt tụng ủược sử dụng rộng rói trong cỏc hệ thống thủy – khớ làm việc ở ỏp suất cao. Phụ thuộc vào vị trớ của pớt tụng ủối với rụto, cú thể phõn biệt ủộng cơ hướng kớnh và hướng trục.
1/ ðộng cơ pớt tụng hướng kớnh
Nguyờn lý làm việc của ủộng cơ pớt tụng hướng kớnh ủược mụ tả hỡnh 2.9: lưu chất vào khoang 4 tỏc ủộng ỏp suất lờn pớt tụng 3. Do rụto 5 lệch tõm với stato 2, nờn làm cho rụto 5 quay trũn và lưu chất ủược thải ra qua khoang 1.
2/ ðộng cơ pớt tụng hướng trục
Hỡnh 3.5: ðộng cơ pittụng hướng trục
Nguyờn lý làm việc của ủộng cơ pớt tụng hướng trục. Cỏc pớt tụng (1) dịch chuyển song song với trục của rụto và ủược dịch chuyển dưới ỏp suất của lưu chất ở cửa vào tỏc ủộng lờn ủỏy pớt tụng. Khi pớt tụng dịch chuyển tạo cho rụto (2) quay xung quanh stato (5) và do rụto ủược nối ủĩa trục quay (4) tạo ra chuyển ủộng quay ở trục
3.2.3. Xi lanh thủy lực
Xi lanh cú nhiệm vụ biến ủổi năng lượng thế năng hay ủộng năng của lưu chất thành năng lượng cơ học – chuyển ủộng thẳng hoặc chuyển ủộng quay.
Xi lanh ủược chia thành hai loại: xi lanh lực và xi lanh quay. Trong xi lanh lực chuyển ủộng tương ủối giữa piston với xi lanh là chuyển ủộng tịnh tiến. Trong xi lanh quay chuyển ủộng giữa piston và xi lanh là chuyển ủộng quay, gúc quay thường nhỏ hơn 360o.
3.2.3.1 Xi lanh lực
1. Xi lanh tỏc dụng ủơn
Áp lực tỏc ủộng vào xi lanh ủơn chỉ ở một phớa, phớa ngược lại là do lũ xo tỏc ủộng hoặc là ngoại lực tỏc ủộng.
Hỡnh 3.6. Xi lanh tỏc ủộng ủơn
2. xi lanh tỏc ủộng kộp
Áp lực tỏc ủộng vào xi lanh kộp theo hai phớa
Hỡnh 3.7. Xi lanh tỏc ủộng kộp
3.2.3.2 Xi lanh quay
Xi lanh quay cú khả năng tạo mụ men quay rất lớn. Gúc quay phụ thuộc vào số cỏnh gạt của trục. ðối với xi lanh cú một cỏnh gạt gúc quay cú thể ủạt 270 – 280o
3.3. Cỏchư hỏng thường gặp trong hệ thống thủy lực
Trong truyền ủộng thủy lực, việc truyền cụng suất trong hệ thống do chất lỏng ủảm nhận làm việc theo nguyờn lý choỏn chỗ. Trong trường hợp ủơn giản nhất hệ thống gồm một bơm ủược truyền ủộng cơ học cung cấp một lưu lượng chất lỏng ủể làm chuyển ủộng một xi lanh hay một ủộng cơ thủy lực. Áp suất tạo bởi tải trọng trờn ủộng cơ hay xi lanh lực cựng với lưu lượng ủưa ủến từ bơm tạo thành cụng suất cơ học truyền ủến cỏc mỏy cụng tỏc. Ở hệ thống thủy lực cú cấu tạo phức tạp với những chi tiết cực kỳ chớnh xỏc nờn khi hoạt ủộng cú cỏc hư hỏng thường gặp trong hệ thống mà chỳng ta cú thể nhận biết qua cỏc ủặc tớnh sau:
Hiện tượng hư hỏng Nguyờn nhõn
- Bơm cú tiếng ồn lớn
+ thiếu dầu hoặc khụng ủủ dầu; + ðộ nhớt dầu quỏ cao;
+ Khụng khớ lọt vào bơm ( lọt vào ủầu trục, ủường ống hỳt bị hỏng hoặc lỏng khớp nối, mức dầu thấp, khụng khớ lọt vào thựng dầu );
+ Bơm bị hỏng;
+ Tốc ủộ quay quỏ lớn; + Áp suất dầu vào lớn;
- Bơm khụng cú ỏp suất
+ Mức dầu quỏ thấp;
+ Bơm khụng hoạt ủộng hoặc hoạt ủộng sai chiều;
+ Valve ỏp suất bị hỏng hoặc bị kẹt + Bơm bị gẫy trục hoặc hỏng húc bộ phận + Mài mũn do dầu bẩn, do mạt kim loại trong dầu
- Áp suất bơm khụng ổn ủịnh
+ Áp suất làm việc quỏ thấp; + Hệ thống valve bị hở;
+ Dầu vào thựng quỏ nhiều hoặc quỏ ớt do valve hoặc xi lanh bị hỏng
- Valve giảm ỏp cú tiếng ồn
+ Valve bị quỏ tải
+ Xuất hiện chất bẩn hoặc mạt thộp giữa thõn và ủế valve
- Xuất hiện bọt khớ trong dầu
+ ðường ống hỳt bị hở + Ống hỳt quỏ tải
+ Miệng ủường ống hồi dầu cao hơn mức dầu
+ Sử dụng sai loại dầu
- Hệ thống quỏ núng
+ Khụng cú nước ủể làm mỏt + Dầu làm mỏt bị bẩn
+ ðộ nhớt của dầu lớn hơn mức cho phộp
+ Xuất hiện kẽ hở, rũ rỉ giữa cỏc thành phần của hệ thống
+ ðiều kiện hoạt ủộng bị thay ủổi + Bơm, valve, ủộng cơ bị quỏ tải
- Tốc ủộ quay của ủộng cơ nhỏ
+ Bơm bị hỏng
+ Tốc ủộ quay của bơm quỏ thấp + Nhiệt ủộ dầu quỏ cao
+ Sử dụng ủường ống cú kớch thước khụng ủủ
+ Bơm bị lọt khớ
+ Valve ủiều khiển bị hở + ðộng cơ bị quỏ tải
- Trục của ủộng cơ khụng quay
+ Bơm khụng hoạt ủộng hoặc hoạt ủộng sai chiều
+ Trục ủộng cơ bị bú sỏt vào thõn + Trục cỏc ủăng hoặc thõn trục bị vỡ + Áp suất làm việc quỏ thấp
+ ðộng cơ bị lẫn chất bẩn - Trục ủộng cơ quay sai chiều
+ ðường ống dầu ủược nối sai cửa ủộng cơ
+ Khớp nối và valve bị lắp sai - Trục ủộng cơ bị rũ rỉ + Phớt ủầu trục bị hỏng
- ðầu nối giữa ủộng cơ và thõn bị rũ rỉ + ðầu nối bị lỏng + Gioăng phớt mất tỏc dụng - Thõn ủộng cơ, bỏnh răng và vỏ bị rũ rỉ + Ốc lỏng + Giăng phớt mất tỏc dụng + Miếng ủệm bằng thộp mất tỏc dụng - Xi lanh thủy lực chảy dầu
+ Piston hoặc xi lanh bị xước + Giăng phớt hỏng mất tỏc dụng + Xi lanh bị lọt dầu
Trờn ủõy là một số những hư hỏng thường gặp trong hệ thống thủy lực ủó ủược một số chuyờn gia và thợ sửa chữa về thủy lực cú kinh nghiệm tổng kết lại. Tuy nhiờn ủõy cũng chỉ là những chẩn ủoỏn cỏc hư hỏng nhờ vào kinh nghiệm và thực tế của người thợ do ủú sẽ khụng trỏnh khỏi những sai sút cú thể gõy ra những hư hỏng ngoài ý muốn. Cho nờn việc ứng dụng phần mềm mụ phỏng lại quỏ trỡnh làm việc và mụ phỏng cỏc dạng hư hỏng dự ủoỏn sẽ là việc làm cần thiết ủể khắc phục những nhược ủiểm trờn.
Nh− đó phõn tớch và kết luận phương phỏp chẩn ủoỏn thớch hợp nhất ủể chẩn ủoỏn hệ thống thủy lực là phương phỏp phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp khi chuyển mạch ủột ngột cho bơm, ủộng cơ, hoặc xylanh thủy lực. Hệ thống chẩn ủoỏn cỏc phần tử kết cấu thủy lực ủược xõy dựng trờn cơ sở phõn tớch, ủỏnh giỏ trạng thỏi hao mũn của cỏc nhúm cấu trỳc chớnh của hệ thống truyền ủộng và ủiều khiển thủy lực trờn cỏc mỏy xõy dựng tự hành thụng qua ủỏnh giỏ mức ủộ lọt dầu trong quỏ trỡnh làm việc. Sau ủõy là phương phỏp chẩn ủoỏn một số phần tử kết cấu của hệ thống thủy lực trờn mỏy xõy dựng tự hành như bơm, ủộng cơ, xi lanh thủy lực...
3.4. Xõy dựng mụ hỡnh chẩn ủoỏn bơm
ðể tiến hành chẩn ủoỏn bơm thủy lực ta xõy dựng sơ ủồ mạch thử nghiệm như sơ ủồ hỡnh 3.8. Sơ ủồ gồm cú bơm 1, van phõn phối 2, van tiết lưu cú ủiều chỉnh 4, ủể xỏc ủịnh ủộ lọt dũng của bơm ta bố trớ một van tiết lưu ủể thuận tiện ta gọi là khe hở lọt dũng 3 ủược bố trớ như hỡnh vẽ ( dựa vào ủặc tớnh của van tiết lưu và qua tớnh toỏn ta thấy ủộ lọt dũng của bơm và van tiết lưu cú giỏ trị tương ủương cú thể thay thế cho nhau ủược ). Theo phương phỏp phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp ta ủúng mở van phõn phối tức là thay ủổi tức thời ỏp suất hệ thống. Quỏ trỡnh biến ủổi ỏp suất theo thời gian khi chuyển mạch van phõn phối sẽ phụ thuộc rất nhiều vào ủộ lớn của dũng dầu lọt QLi
ủược dựng làm dấu hiệu chẩn ủoỏn bơm thủy lực.
Trước tiờn ta xõy dựng thụng số chẩn ủoỏn chuẩn ( ỏp suất ) với bơm cũn mới ứng với ủộ lọt dũng QLi = 0. Sau ủú thay ủổi cỏc giỏ trị ủộ lọt dũng giả ủịnh QLi, cỏc thụng số chẩn ủoỏn thu ủược sẽ ủược lưu giữ lại. Khi tiến hành ủo thực nghiệm với bơm cựng chủng loại về thụng số lọt dầu ta sẽ so sỏnh với thụng số chẩn ủoỏn cú sẵn ủể xỏc ủịnh ủược tỡnh trạng hư hỏng của bơm ở mức ủộ nào.
3.4.1. Sơủồ thớ nghiệm của bơm thủy lực.
Mục ủớch và yờu cầu chẩn ủoỏn cần ủạt ủược
- Thay ủổi cỏc thụng số như ủúng mở van phõn phối - Thay ủổi lưu lượng của dũng dầu
- Thay ủổi cỏc giỏ trị lọt dũng khỏc nhau ứng với từng lưu lượng Xỏc ủịnh thụng số cần chẩn ủoỏn:
- Áp suất làm việc của bơm
ðể ủỏnh giỏ hiệu suất thể tớch của bơm dầu thụng qua mức ủộ lọt dầu qua bơm cú thể sử dụng sơ ủồ mạch thử nghiệm như hỡnh sau:
Hỡnh 3.8 Sơủồ thử bơm
cú lọt dũng
Hỡnh 3.9 Sơủồ nguyờn lý hoạt ủộng
của bơm
1: Bơm thủy lực 3: Khe hở lọt dầu 2: Van phõn phối 4: Van tiết lưu
Khi bơm hoạt ủộng dũng dầu sẽ ủi qua van phõn phối trở về thựng dầu. Nếu chuyển mạch tức thời ( ủúng van phõn phối 2) ỏp suất hệ thống sẽ thay ủổi tức thời. Quỏ trỡnh biến ủổi ỏp suất và lưu lượng qua van tiết lưu sẽ phụ thuộc vào ủộ lớn của dũng dầu lọt QLi. Phõn tớch quỏ trỡnh biến ủổi lưu lượng và ỏp suất theo thời gian khi chuyển mạch van phõn phối sẽ xõy dựng ủược dấu hiệu chẩn ủoỏn bơm thủy lực.
Với sơ ủồ như trờn ta cú thể xõy dựng mụ hỡnh chẩn ủoỏn theo 2 cỏch: Cỏch 1: Tiến hành thớ nghiệm 1 bơm hoặc nhiều bơm (cựng chủng loại) ủó qua sử dụng bằng cỏch ủo thử nghiệm theo phương phỏp phõn tớch quỏ trỡnh chuyển tiếp nhiều lần ủể thu ủược thụng số chẩn ủoỏn ỏp suất theo thời
gian. So sỏnh với thụng số chẩn ủoỏn này với bơm mới cựng loại ta sẽ xỏc ủịnh ủược hao tổn lọt dũng hay hiệu suất cũn lại của bơm. Cỏc thụng số chẩn ủoỏn này sẽ làm cơ sở ủể xõy dựng mụ hỡnh chẩn ủoỏn mụ phỏng.
Cỏch 2: Tiến hành chẩn ủoỏn bằng mụ phỏng mối quan hệ giữa cỏc thụng số trạng thỏi kỹ thuật ( tổn hao lọt dũng ) với cỏc thụng số chẩn ủoỏn theo thời gian trong quỏ trỡnh chuyển tiếp. Ứng với mỗi thụng số trạng thỏi cho ta một thụng số chẩn ủoỏn theo thời gian. Tất cả cỏc thụng số này ủược lưu giữ lại trong cựng một chủng loại bơm ủể sau này khi cần xỏc ủịnh thụng số chẩn ủoỏn ta chỉ cần tiến hành ủo thực nghiệm sau ủú so sỏnh với mẫu sẵn cú là cú thể xỏc ủịnh ủược mức ủộ hư hỏng của bơm hay hiệu suất cũn lại của bơm.
Với phương phỏp chẩn ủoỏn bằng cỏch mụ phỏng thực hiện ủơn giản mà hiệu quả vẫn cao, thớch hợp với cỏch chẩn ủoỏn nhanh và chẩn ủoỏn dó ngoại. Luận văn nay sẽ sử dụng phương phỏp này ủể chẩn ủoỏn bơm.
3.4.2. Xõy dựng mụ hỡnh chẩn ủoỏn bơm thủy lực bằng phương
phỏp mụ phỏng.
1: Bơm thủy lực 2: Van phõn phối
3: Khe hở lọt dầu 4: Van tiết lưu
Hỡnh 3.10 Mụ hỡnh chẩn ủoỏn bơm thủy lực
Từ mụ hỡnh mụ phỏng trờn ta xõy dựng sơ ủồ khối và lập cỏc phương trỡnh quan hệ ủể tớnh toỏn.
3.4.3. Sơủồ khối chẩn ủoỏn bơm thủy lực cú lọt dũng Hỡnh 3.11 Sơủồ khối chẩn ủoỏn bơm thủy lực Phương trỡnh vi phõn ( O B) g dp 1 = Q dt V +V β
Phương trỡnh cõn bằng lưu lượng
QB = Qg + QVD + QLi Lưu lượng của bơm
VD
Q =K. p Lưu lượng dầu hồi qua van tiết lưu
3.4.4. Chẩn ủoỏn bơm thủy lực bằng mụ hỡnh mụ phỏng Matlab
simulink
Dựa vào sơ ủồ khối ủiều khiển hỡnh 3.12 ta sử dựng phần mền Matlab vào trong thư viện simulnk ủể xõy dựng mụ hỡnh mụ phỏng:
p QB QVD QLi p' g Q ( o B) 1 V +V β ∫dt Li G
Hỡnh 3.12 thư viện simulink trong Matlab
Cỏc thụng số ủầu vào
K = 3.10-7 m4 s: Theo ủặc tớnh của van
β = 10-9 (m2/N) Hệ số quy ủổi
VO = 0.000603 (m3/vg): Thể tớch dầu trong ống dẫn tới bơm. VB = 0.0000778 (m3/vg) Thể tớch làm việc của bơm.
Hỡnh 3.13 Mụ trong trong matlab simulink
Dựng phần mềm Matlab simulink ta thu ủược kết quả
Trường hợp bơm mới khe hở lọt dũng bằng 0 (khụng ủỏng kể). Với QB = 0.001875 (m3/s) , GLi = 0
Hỡnh 3.15 Biểu ủồ ỏp suất với ủộ lọt dũng GLi = 5.10-12
Hỡnh 3.17 Biểu ủồ ỏp suất với ủộ lọt dũng GLi = 1.5.10-11
Nhận xột:
- Khi giỏ trị lọt dũng GLi = 0 trong nghiờn cứu chẩn ủoỏn lý thuyết sẽ ứng với trường hợp bơm cũn mới khe hở lọt dũng bằng 0. Thụng số ỏp suất thu ủược sẽ là cơ sở ủể chẩn ủoỏn ủộ hư hỏng của bơm khi thay ủổi giỏ trị lọt dũng GLi.
- Khi ta thay ủổi giỏ trị lọt dũng GLi tức là thay ủổi khe hở dũng dầu lọt thỡ ỏp suất của hệ thống thay ủổi. Khe hở lọt dũng càng lớn thỡ ỏp suất càng giảm dần. Dựa vào cỏc biểu ủồ này chỳng ta cú thể xỏc ủịnh mức ủộ lọt dũng ở giỏ trị nào.
3.5 Xõy dựng mụ hỡnh chẩn ủoỏn ủộng cơ thủy lực
ðể tiến hành chẩn ủoỏn ủộng cơ thủy lực ta xõy dựng sơ ủồ mạch thử nghiệm như sơ ủồ hỡnh 3.15. Sơ ủồ gồm cú bơm 1, van phõn phối 2, ủồng hồ ủo ỏp suất 3,6, ủộng cơ 4, van tiết lưu cú ủiều chỉnh 7, van an toàn 8, ủể xỏc