4.2.1 Biến mơ thủy lực
Biến mơ thủy lực có hai chức năng chính: một là tăng mơmen xoắn của động cơ, hai là tự động điều chỉnh được momen xoắn.
Sơ đồ nguyên lý của biến mô thủy lực được trình bày ở hình 4.1a:
a) Các bộ phận của biến mô thủy lực
1. Đĩa bơm
2. Đĩa turbine
3. Đĩa phản ứng
4. Ống rỗng của vỏ biến mô
5. Vỏ biến mô
6. Ống rỗng của đĩa bơm
7. Bánh đà
8. Khớp một chiều
9. Trục turbine (trục vào hộp số
b) Chiều dịch chuyển của chất lỏng trong biến mơ khi làm việc
Hình 4.1: Sơ đồ cấu tạo và đường dịch chuyển của dòng dầu trong biến mô
Các cánh của đĩa bơm 1 được bố trí trên vành trịn của đĩa. Đĩa bơm 1 được gắn trên bánh đà 7 của động cơ và quay với vận tốc góc b. Ở cửa ra của đĩa bơm 2 đặt các cánh của đĩa turbine 2. Đĩa turbine 2 gắn trên trục bị động 9 (trục sơ cấp của hộp số) và quay với vận tốc góc t. Ngồi ra trong biến mơ thủy lực cón có vỏ cố định 5 và
72
các cánh làm thành bộ phận chuyển hướng (hay còn gọi là đĩa phản ứng 3). Đây là phần khác nhau cơ bản của biến mô thủy lực và ly hợp thủy lực. Đĩa phản ứng đóng vai trị trong việc tăng momen xoắn.
Khi động cơ làm việc, trục khuỷu của động cơ làm quay đĩa bơm 1. Chất lỏng nằm trong không gian giữa các cánh của đĩa bơm sẽ chuyển động từ tâm đến rìa đĩa bơm và động năng chất lỏng càng tăng khi càng ra xa tâm. Như vậy trong đĩa bơm xảy ra quá trình biến cơ năng thành động năng của dòng chất lỏng. Chất lỏng khi ra đến rìa của bánh bơm sẽ có tốc độ rất lớn.
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý và sự dịch chuyển của dầu trong các cánh của biến mơ
Khi đi ra đến ngồi đĩa của bánh bơm chất lỏng tác dụng lên cánh của đĩa turbine 2 tạo ra momen xoắn trên đĩa turbine. Để tăng khả năng thu nhận động năng của dòng chất lỏng di chuyển ra từ đĩa bơm, cánh của turbine có chiều cong như hình 4.2, vì vậy khi ra khỏi turbine chất lỏng có chiều ngăn cản chuyển động của bánh bơm. Vì vậy, giữa đĩa turbine và đĩa bơm có bố trí đĩa phản ứng có bố trí các cánh cố định sẽ làm đổi phương dịch chuyển của dòng dầu đi ra từ cánh turbine sao cho nó tác động vào phía sau của bánh bơm và bổ sung thêm lực đẩy cho bánh bơm từ đó làm tăng momen tại cánh turbine.
Dựa vào phương trình momen động lượng của dịng chất lỏng tác dụng vào các cánh trong bộ biến mô ta xác định được phương trình cân bằng momen của như sau:
P B
T M M
M = 0 hay MT MB MP
Dấu (–) trước phần tử MT thể hiện T là phần tử bị động và chiều momen của chất lỏng tác dụng lên turbine ngược với chiều của bánh bơm và đĩa phản ứng.
Do có MP mà có sự biến đổi momen xoắn từ trục bơm đến trục tuốc bin. MP hình thành do các cánh của bộ phận phản ứng cố định làm thay đổi hướng của dòng chảy quay trở lại cánh bơm. Nếu cánh phản ứng có khả năng quay tự do thì:
MP = 0 MT = MB: biến mô thuỷ lực trở thành ly hợp thuỷ lực.
4.2.2 Các đặc trưng của biến mô thủy lực
4.2.2.1. Hệ số biến mô
73 B T bm M M K (4.1) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ số biến mô thay đổi tự động phụ thuộc vào điều kiện làm việc của ơtơ. Khi lực cản chuyển động bên ngồi tăng lên, vận tốc của ô tô giảm xuống, do đó số vịng quay của đĩa turbine giảm xuống thì hệ số biến mô sẽ tăng lên, hệ số biến mơ có giá trị lớn nhất khi trục của bánh turbine bị hãm lại hoàn toàn, nghĩa là bánh turbine không quay. Ngược lại khi lực cản chuyển động giảm đi, vận tốc của ơ tơ tăng lên, do đó số vịng quay của turbine tăng lên thì hệ số biến mô sẽ giảm xuống. Tính chất tự động thay đổi momen xoắn của biến mô thủy lực là do tác động của chất lỏng lên cánh turbine bị thay đổi khi tốc độ của turbine thay đổi. Đặc tính thay đổi và giá trị lớn nhất của hệ số biến mô phụ thuộc vào chủng loại và kết cấu của biến mô thủy lực.
4.2.2.2. Tỷ số truyền động
Tỷ số giữa số vòng quay của trục bị động (turbine) nT và số vòng quay của trục chủ động (bánh bơm) nB được gọi là tỷ số truyền động của biến mô thủy lực, ký hiệu là ibm B T bm n n i (4.2)
Đối với ly hợp ma sát, trong trường hợp làm việc ổn định tốc độ của trục ra và trục vào là bằng nhau trong quá trình làm việc, chỉ khi khi đóng ngắt và trong giai đoạn quá độ có xuất hiện sự trượt thì tốc độ của 2 trục sẽ khác nhau, nhưng khi sử dụng biến mô thủy lực thì tốc độ của trục vào và trục ra của thường xuyên thay đổi trong quá trình làm việc. Giả sử tốc độ của động cơ không đổi (nb = const) thì khi sức cản của trục ra tăng lên thì tốc độ giảm xuống (nt giảm) hay ibm giảm xuống và ngược lại.
4.2.2.3. Hiệu suất của biến mơ
bm bm B B T T B T bm K i n M n M N N . . . (4.3) Trong đó:
NT: công suất phát ra tại bánh turbine của biến mô thủy lực
NB: công suất phát ra tại bánh bơm. Sự thay đổi của các thông số của biến mô thủy lực trong quá trình làm việc theo tỷ số truyền động ibm được biểu diễn bằng đồ thị và được gọi là đặc tính khơng thứ ngun của biến mơ thủy lực. Hình 4.3 trình bày đặc tính khơng thứ nguyên của một biến mô thủy lực đặt trong hệ thống truyền lực của ô tô. Tùy theo kết cấu của biến mô, loại dầu thủy lực sử dụng mà các thông số như: hiệu suất biến mô, hệ số
74
4.2.2.4. Giá trị momen của biến mô
Giá trị momen xoắn của bánh bơm Mb và bánh turbine MT phụ thuộc vào chủng loại biến mô thủy lực, kích thước của nó, số vịng quay của bánh bơm và chất lỏng được sử dụng trong biến mơ, giá trị này được tính như sau:
) . ( . . . n2 D5 KGm Mb b b (a) (4.4) ) . ( . . . n2 D5 KGm MT T b (b) Trong đó:
nb: tốc độ quay của biến mô, rpm
b; T: Hệ số momen xoắn của bơm và tuốc bin được xác định bằng thực nghiệm, giá trị này phụ thuộc vào kết cấu của biến mô và loại dầu sử dụng (1/(rpm2.m)) D: đường kính ngồi của biến mơ thuỷ lực, m
: trọng lượng riêng của chất lỏng chứa trong biến mô thuỷ lực, N/m3
4.2.2.5. Độ nhạy của biến mô
Hệ số độ nhạy chỉ sự thay đổi momen xoắn trên trục chủ động của biến mô phụ thuộc theo nt: 1 ) 0 ( bm b bm b K M i M (4.5)
Dựa vào giá trị của người ta phân ra 2 loại biến mô cơ bản sau: Biến mô thủy lực không nhạy:
Khi thay đổi nt hay Mt thì số vịng quay của bơm nb và momen của bơm Mb vẫn không đổi, tức là chế độ làm việc của động cơ không đổi theo tải trọng của trục turbine. Ở biến mô này hệ số b = const với tất cả ibm. Cho nên đường đặc tính tải
trọng của biến momen thủy lực không nhạy chỉ biểu diễn bằng một đường cong. Các điểm a, b, c biểu thị điểm làm việc chung của biến momen thủy lực và động cơ đốt trong với các lượng nhiên liệu cung cấp khác nhau vào xilanh của động cơ.
Biến mô thủy lực nhạy:
(a) (b)
Hình 4.4: Đồ thị đặc tính tải trọng của hệ thống động cơ – biến mô thủy lực
75
Sự thay đổi số vòng quay của trục turbine nt (hay MT) sẽ kèm theo sự thay đổi số vòng quay của trục bánh bơm nb. Chế độ làm việc của động cơ khi lượng nhiên liệu cung cấp không đổi sẽ hiệu chỉnh theo hướng cần thiết để phù hợp với sự thay đổi của điều kiện đường (trên đường xấu sẽ sử dụng giá trị momen lớn của động cơ, trên đường tốt sử dụng công suất lớn nhất của động cơ).
Khi chọn biến mô thủy lực cho ô tô – máy kéo người ta xuất phát từ loại động cơ sử dụng, công dụng của ô tô – máy kéo, công suất dự trữ đòi hỏi và khoảng điều chỉnh chung. Trên ô tô thường đặt biến mô thủy lực nhạy, còn biến mô thủy lực không nhạy thường đặt trên các ơ tơ địi hỏi sử dụng cơng suất cao, ví dụ trên xe bus, máy kéo, đầu máy diesel, máy cơng trình...
4.2.3 Cách xây dựng đặc tính momen của biến mơ thủy lực
Do khơng có sự nối cứng giữa trục khuỷu động cơ và hệ thống truyền lực của ơ tơ khi có biến mơ thủy lực, do đó việc tính tốn các chỉ tiêu về động lực học của ơ tơ cần phải phân tích sự làm việc đồng thời giữa động cơ và biến mô, để giải quyết vấn đề này ta cần thiết lập mối quan hệ giữa tốc độ và momen của bánh turbine, để thiết lập được mối quan hệ đó ta cần tiến hành trình tự theo các bước sau:
- Xây dựng đặc tính momen của động cơ Me = f(ne) với ne = nB.
- Cho một giá trị bất kỳ của tỷ số truyền động ibm, rồi căn cứ vào đường đặc tính khơng thứ ngun của biến mơ thủy lực đó (ví dụ: dựa vào đặc tính khơng thứ nguyên của hình 4.3), ta tìm được một giá trị b tương ứng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Sau đó cho một vài giá trị số vòng quay của trục bánh bơm nB và theo công thức (4.4 a) ta có được momen phát ra trên trục bánh bơm ứng với trị số ibm. Theo công thức (4.4 a) trị số momen của bánh bơm phụ thuộc vào bậc hai vào số vòng quay của chúng, do đó đường cong này là một đường bậc 2 đi qua gốc tọa độ. Như vậy với mỗi ibm ta xây dựng được một đường cong bậc 2 biểu diển Mb = f(nb). Đồ thị này được gọi là đặc tính tải trọng của hệ thống động cơ – biến mô thuỷ lực (hình 4.5).
Sự làm việc ổn định đồng thời của hệ thống chỉ có thể có được ở những giao điểm của đường cong Me và Mb.
- Có nb nT = nb.ibm
- Và Mb MT = K’bm.Mb.(dựa vào đồ thị không thứ nguyên ta có được K’bm ứng với tốc độ đó) Cứ như thế ta xác định được nhiều điểm và xây dựng đường đặc tính ra của hệ thống động cơ– biến mô thuỷ lực tại một chế độ tải trọng của động cơ.
Từ MT ta xác định công suất trên trục tuốc bin NT thông qua cơng thức: NT = MT.nT
Khi đã có đồ thị đặc tính ra của hệ thống động cơ – biến mơ thuỷ lực, ta tiếp tục tính tốn động lực học của ơtơ.
Hình 4.5: Đồ thị đặc tính tải trọng của hệ thống
76 Xây dựng đồ thị lực kéo: Vận tốc của ôtô: m s i r n v t b T / ; . 60 . . 2
Trị số lực kéo tiếp tuyến phát ra ở bánh xe chủ động:
b t t T k r i M P . .
Nếu xem hiệu suất của biến mô thuỷ lực xem không đổi và bằng hiệu suất của hộp số cơ khí thơng thường thì sự thay đổi Pk phụ thuộc vào vận tốc v. Qua đồ thị ta thấy lực kéo tiếp tuyến phát ra tại bánh xe chủ động lớn hơn nhiều so với xe cùng loại trang bị hộp số cơ khí. Tuy nhiên hiệu suất của biến mô thuỷ lực không phải là không đổi và ở khu vục tốc độ góc lớn thì hiệu suất nhỏ vì vậy trong thực tế thì lực kéo tiếp tuyến phát ra ở bánh xe chủ động khi có biến mô thuỷ lực được thay đổi và nhỏ hơn so với lực kéo khi có hộp số cơ khí, hậu quả là ảnh hưởng xấu đến tính năng động lực học của ơtơ.
CÂU HỎI ƠN TẬP - Chương 4
1. Truyền động thủy tĩnh và truyền động thủy động là gì? nêu một vài ví dụ ứng dụng hai kiểu truyền động trên?
2. Trình bày cấu tạo và q trình làm việc làm việc của biến mơ thủy lực?
3. Hệ số biến mô, tỷ số truyền động của biến mơ là gì? Các hệ số đó có thay đổi trong q trình làm việc hay khơng? Nếu có thay đổi thì thay đổi như thế nào?
4. Độ nhạy của biến mơ là gì? Khi truyền cơng suất cho bộ biến mô nhạy và khơng nhạy thì q trình làm việc của động cơ diễn ra như thế nào?
77
Chương 5
TÍNH NĂNG QUAY VỊNG CỦA Ơ TƠ – MÁY KÉO