Truyền động thủy lự khí nén

Phạm Như Nam

Bộ môn MXD

Chương I: Truyền động thuỷ lực
1.1. Thuỷ lực học
1.1.1. Khái niệm
Thuỷ lực học (hydraulics, theo tiếng Hy lạp thì “hydro” có nghĩa là nước), theo
quan điểm khoa học là một môn khoa học nghiên cứu về chất lỏng khi ở trạng thái
tĩnh và trạng thái chuyển động tương ứng với các tên gọi thuỷ tĩnh học và thuỷ
động lực học. Khi áp dụng cho các ngành cơ khí, các máy móc tự động, công
nghiệp ôtô và công nghiệp máy bay thì các ứng dụng thực tiễn của thuỷ lực là sự
truyền năng lượng và kỹ thuật điều chỉnh theo các chu trình kín và hở.
Khi xem xét toàn bộ khái niệm thuỷ lực học, ngược lại với các bộ biến đổi,
các khớp ly hợp, khớp nối thuỷ động lực học … mà ở đó động năng của chất lỏng
có gia tốc được sử dụng để truyền năng lượng, thì phần còn lại đề cập đến hệ thống
thuỷ tĩnh. Tất cả các định luật thuỷ động lực học ở đây đều được áp dụng tương
đương nhau, cũng như sự liên hệ đến chuyển động, sức cản của dòng chảy và ảnh
hưởng của sự thay đổi tiết diện thu hẹp lên áp suất.
1.1.2. Các tính chất vật lý cơ bản của chất lỏng.
1.1.2.1. Tính liên tục
Tính liên tục: Chất lỏng được coi là một môi trường liên tục đồng chất đẳng
hướng. Có các yếu tố như vận tốc, áp suất, nhiệt độ... là các hàm liên tục và đạo
hàm cũng liên tục.
Tính dễ di động: Do lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng rất yếu, ứng suất tiếp
(nội ma sát) trong chất lỏng chỉ khac 0 khi có chuyển động tương đối giữa các lớp
chất lỏng.
Tính chống kéo và cắt: Rất kém do lực liên kết và lực ma sát giữa các phân tử
chất lỏng rất yếu.
Tính dính ướt: Dính ướt theo thành bình chứa chất lỏng.
1.1.2.2. Chất lỏng có khối lượng và trọng lượng

Khối lượng riêng: Là khối lượng của một đơn vị thể tích chất lỏng kí hiệu là ρ:
ρ=
Trong đó:

M
(kg/ m3)
V

M- khối lượng chất lỏng (kg);


Phạm Như Nam

Bộ môn MXD

V- Thể tích chất lỏng có khối lượng M (m3).
Trọng lượng riêng: Là trọng lượng của một đơn vị thể tích chất lỏng, ký hiệu là γ:
γ=

G
  .g (N/ m3 ; kG/m3)
V

1.1.2.3. Tính nén ép và tính giãn nở vì nhiệt
Tính nén ép: Biểu thị bằng hệ số nén ép βp. Hệ số nén ép là số giảm thể tích tương
đối của chất lỏng khi áp suất tăng lên một đơn vị:
1 dV
V dp

βp =  .

Trong đó:

(m2/N)

V- Thể tích ban đầu của chất lỏng (m3);
dV- Số giảm thể tích khi áp suất tăng lên (m3);
dp- Lượng áp suất tăng lên (N/m2)

Tính giãn nở vì nhiệt: Biểu thị bằng hệ số giãn nở vì nhiệt βt. Hệ số nén ép là số
thể tích tương đối của chất lỏng t¨ng lªn khi nhiệt độ tăng lên 1 độ:
βp =
Trong đó:

1 dV
V dt

(1/độ)

V- Thể tích ban đầu của chất lỏng (m3);
dV- Số giảm thể tích khi áp suất tăng lên (m3);
dt- Lượng nhiệt độ tăng lên (độ)

1.1.2.4. Tính nhớt của chất lỏng
a) Giả thiết của Niutơn
Trong quá trình chuyển động, các lớp chất lỏng trượt lên nhau, phát sinh lực
ma sát trong,gây ra tổn thất năng lượng và chất lỏng như thế gọi là chất lỏng có
tính nhớt.
Năm 1867 I.S.Newton dựa trên thí nghiệm: Có hai tấm phẳng A và B nằm
song song và cách nhau một khoảng cách khá nhỏ là h, giữa hai tấm có chất lỏng.
Tấm B cố định, cho tấm A trượt từ trái qua phải dưới tác động của ngoại lực F. Sau

một khoảng thời gian, tấm phẳng A diện tích S sẽ chuyển động đều với vận tốc
tương đối v. Điều này chứng tỏ tấm phẳng A bị lực ma sát cản trở.


Phạm Như Nam

Bộ môn MXD

Từ đây Newton đưa ra giả thiết về lực ma sát trong giữa những lớp chất lỏng
lân cận chuyển động là tỷ lệ thuận với tốc độ và diện tích bề mặt tiếp xúc, phụ
thuộc vào loại chất lỏng và không phụ thuộc vào áp suất. Lực ma sát trong sinh ra
ứng suất tiếp.
b) Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt
Độ nhớt của chất lỏng giảm khi nhiệt độ tăng.
c) Ảnh hưởng của áp suất tới độ nhớt
Độ nhớt tăng khi áp suất tăng.
d) Đo độ nhớt
Để đo độ nhớt người ta dụng các dụng cụ đo khác nhau. Các đơn vị đo
thường dùng là:Độ Engơle (oE), Stốc (St), giây Scbon (S), giây Redút (R), độ
Bache (oB).
1.2.Truyền động thủy lực
1.2.1. Khái niệm chung
* Hệ thống điều khiển thủy lực bao gồm các phần tử điều khiển và cơ cấu
chấp hành được kết nối với nhau thành hệ thống hoàn chỉnh để thực hiện nhiệm vụ
do yêu cầu đặt ra.

- Tín hiệu đầu vào : Nút ấn, công tắc, công tắc hành trình, cảm biến.
- Phần xử lý thông tin: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một qui tắc nhất định làm
thay đổi trạng thái của các phần tử điều khiển: Van logic and, or, Not, Yes, FlipFlop, Rơle.
- Phần tử điều khiển: Điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu ( Lưu lượng, áp

suất), thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành: Van chỉnh áp, van đảo chiều, van
ly hợp…


Phm Nh Nam

B mụn MXD

- C cu chp hnh: Lm thay i trng thỏi ca i tng iu khin, l i
lng ra ca mch iu khin: Xilanh khớ-du, ng c khớ- du.
- Nng lng iu khin:
+ Phn thụng tin: in t, in c, khớ, du, quang hc, sinh hc
+ Phn cụng sut: in, khớ nộn, thy lc
1.2.2. Ưu nh-ợc điểm của truyền động thủy lực
a) Ưu điểm của truyền động thuỷ lực
- Có khả năng truyền đ-ợc lực lớn và đi xa, trọng l-ợng và kích th-ớc bộ truyền
nhỏ hơn so với các bộ truyền động khác (TĐ cơ khí, TĐ điện vì bỏ bớt đ-ợc một số
khâu trung gian nh- trục truyền, hộp giảm tốc, khớp nối, dây cáp...). Độ tin cậy
cao.
- Có khả năng tạo ra những tỷ số truyền lớn (đến 2000 hoặc cao hơn nữa trong
truyền động thuỷ tĩnh)
- Quán tính của truyền động nhỏ, cho phép mở máy và đảo chiều chuyển động
nhanh, thời gian một chu kỳ làm việc giảm đi vì vậy nâng cao đ-ợc năng suất của
máy, tính chất động lực tốt, tăng độ bền lâu của máy.
- Truyền động êm, không gây ồn.
- Điều khiển nhẹ nhàng, tiện lợi, không phụ thuộc vào công suất truyền động,
có khả năng tự động hoá quá trình điều khiển.
- Cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ của bộ công tác, cho khả năng nâng cao
hiệu suất sử dụng động cơ dẫn động.
- Có khả năng tự bôi trơn bộ truyền vì sử dụng luôn chất lỏng công tác làm chất

bôi trơn, nâng cao đ-ợc tuổi thọ của máy.
- Có khả năng tự bảo vệ máy khi quá tải (nhờ đặt các van an toàn)
- Có khả năng bố trí các cụm máy của hệ thống truyền động thuỷ lực theo ý
muốn, tạo hình dáng tổng thể đẹp, có độ thẩm mỹ cao (bơm th-ờng đặt ở động cơ
dẫn động, các động cơ thuỷ lực đặt trực tiếp ở các bộ phận công tác, các thành phần
điều khiển đặt ở ca bin điều khiển)
- Dễ dàng chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ng-ợc
lại (bơm - động cơ thuỷ lực và bơm - xi lanh thuỷ lực)
- Sử dụng các bộ máy đã đ-ợc tiêu chuẩn hoá, thống nhất hoá, tiện lợi cho việc
sửa chữa, thay thế, giảm thời gian và giá thành sửa chữa (các cụm máy đã đ-ợc tiêu
chuẩn hoá: bơm, động cơ thuỷ lực, xi lanh thuỷ lực, van thuỷ lực, van phân phối,
bầu lọc...)


Phm Nh Nam

B mụn MXD

b) Nh-ợc điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực
- Khó làm kín khít các bộ phận làm việc nhất là khi áp suất lớn, chất lỏng công
tác dễ bị rò rỉ hoặc dễ bị lọt khí làm giảm hiệu suất và tính chất làm việc ổn định
của hệ thống truyền động.
- Đòi hỏi chế tạo với độ chính xác cao (chế tạo bơm, động cơ, xi lanh, bộ điều
khiển...)
- Bẩn do chảy dầu và bụi bám vào.
1.2.3. Phân loại truyền động thủy lực
Truyền động thuỷ lực bao gồm hai kiểu:
1- Truyền động thuỷ tĩnh (truyền động thuỷ lực thể tích)
2 - Truyền động thuỷ động
- Trong truyền động thuỷ tĩnh năng l-ợng đ-ợc truyền đi là do thay đổi thế năng

của chất lỏng công tác (dầu có áp suất cao chuyển động với v nhỏ)
- Trong chuyển động thuỷ động năng l-ợng đ-ợc truyền đi là do sử dụng động
năng của dầu còn áp suất dầu dùng không cần lớn.
Sơ đồ nguyên tắc truyền động thuỷ tĩnh
3

1
2

4

5
6

Hình 1.1: Bộ công tác có chuyển động quay
1- Bơm thuỷ lực; 2- Đ-ờng ống dầu cao áp; 3- Bộ công tác (động cơ) ;
4- Van an toàn; 5- Van điều chỉnh; 6- Đ-ờng ống dầu thấp áp
Nguyên lý làm việc:
Bơm (1) nhận công suất từ động cơ dẫn động (động cơ điezel hoặc ở phần
trích công suất hoặc ở động cơ điện) tạo ra dầu cao áp, qua đ-ờng ống (2) đ-a đến


Phm Nh Nam

B mụn MXD

động cơ thuỷ lực (3) làm cho nó quay, biến thuỷ năng của dầu thành cơ năng trên
3
trục động cơ.
7

2
4

1
6
5

Hình 1.2: Bộ công tác có chuyển động tịnh tiến
1- Bơm thuỷ lực; 2- Bộ điều khiển (van phân phối); 3- Xi lanh thuỷ lực (bộ công
tác); 4- Van bảo hiểm (van an toàn); 5- Thùng dầu; 6- Bầu lọc
Nguyên lý làm việc:
Bơm (1) nhận công suất từ động cơ sơ cấp, cấp dầu cao áp qua van phân phối
(2) đến xi lanh thuỷ lực (3) làm xi lanh dịch chuyển, tạo ra chuyển động tịnh tiến
của bộ công tác.
Sơ đồ nguyên tắc truyền động thuỷ động
2

3

4

1
5
9

8

6
7

Phm Nh Nam

B mụn MXD

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên tắc truyền động thuỷ động
1- Bơm ly tâm; 2, 5, 7, 9- Đ-ờng ống dẫn dầu; 3- Cơ cấu dẫn h-ớng;
4- Tuốc bin; 6, 8- Thùng dầu (thùng chứa chất lỏng)
Nguyên lý làm việc:
Bơm ly tâm nhận công suất từ động cơ ban đầu, đẩy dầu qua đ-ờng ống (2)
cơ cấu dẫn h-ớng (3) h-ớng dầu vào tuốc bin (4). Nhờ hạ áp lực ở đầu dòng chảy,
dầu có vận tốc cao đập vào cánh tuốc bin do đó tuốc bin có mô men quay. Truyền
động thuỷ động có đặc tuyến mềm, khi ngoại lực tăng số vòng quay giảm xuống tia
dầu tăng áp lực đập vào cánh tuốc bin và làm cho mô men quay của nó lại tăng lên.
Trên Máy xây dựng - Xếp dỡ truyền động thuỷ tĩnh chiếm đa số nó giải
quyết triệt để khâu truyền động từ động cơ đến bộ công tác trong khi truyền động
thuỷ động chỉ thay thế một khâu nào đấy (ly hợp, hộp số...) của truyền động cơ học
vì vậy truyền động thuỷ tĩnh đ-ợc đánh giá cao hơn.
Hệ thống truyền động thuỷ tĩnh trên các Máy xay dựng và xếp dỡ có cấu trúc
khác nhau phụ thuộc vào từng loại máy cụ thể (th-ờng ng-ời ta có thể biết đ-ợc
qua các tài liệu kỹ thuật - sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực). Tuy nhiên sơ đồ
nguyên lý hay còn gọi là cấu trúc cơ bản của chúng bao gồm:
Động cơ hoặc xi lanh TL.

Hệ thốngvan thuỷ lực

Máy lai

Bơm

Thùng dầu thuỷ lực

Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản của hệ thống truyền động thuỷ tĩnh
+ Máy lai: Cung cấp cơ năng để bơm thuỷ lực làm việc. Nó th-ờng là động cơ
điện hoặc bộ phận trích công suất từ động cơ đốt trong.
+ Bơm thuỷ lực: tạo ra dòng dầu thuỷ lực có áp suất và l-u l-ợng theo yêu cầu.
+ Van phân phối: Có chức năng phân chia dầu cao áp từ bơm đến các bộ máy
khác nhau và đ-a dầu thấp áp về thùng chứa.


Phm Nh Nam

B mụn MXD

+ Động cơ hoặc xi lanh thuỷ lực: Nhận thuỷ năng của dòng dầu cao áp biến
thành cơ năng cung cấp cho bộ công tác d-ới dạng chuyển động quay hoặc chuyển
động tịnh tiến.
* Ngoài ra trong hệ thống truyền động thuỷ lực còn có các bộ phận phụ trợ khác
nh-: Van an toàn, van điều áp, van một chiều, van tiết l-u, bộ lọc dầu, các đồng hồ
đo nhiệt độ, áp suất dầu... để đảm bảo an toàn, duy trì hoạt động ổn định của hệ
thống.
Nguyên lý hoạt động
Máy lai dẫn động bơm. Bơm hút dầu thuỷ lực áp suất thấp từ thùng chứa biến
thành dầu cao áp khi ra khỏi bơm (độ lớn của p phụ thuộc vào loại bơm cụ thể) sau
đó dầu cao áp qua đ-ờng ống chịu áp lực đ-ợc đ-a đến van phân phối. Ng-ời điều
khiển sẽ điều khiển van phân phối bằng cần gạt hay nam châm điện để dầu cao áp
đ-ợc dẫn tới động cơ hay xi lanh thuỷ lực. Sau khi thuỷ năng của dầu cao áp biến
thành cơ năng, dầu thấp áp qua van phân phối trở về thùng.
* Cấu trúc trên phù hợp với hệ thống truyền động thuỷ lực kiểu mạch hở (là loại

phổ biến nhất). Trong kiểu truyền động thuỷ lực kiểu mạch kín th-ờng không dùng
van phân phối mà đ-ờng dầu nối trực tiếp từ bơm đến động cơ.
- Cấu tạo mạch thuỷ lực
Hệ thống truyền động thuỷ lực thuỷ tĩnh trên Máy xây dựng và xếp dỡ bao gồm
hai kiểu:
+ Truyền động thuỷ lực kiểu mạch kín
+ Truyền độngt huỷ lực kiểu mạch hở
Trong đó kiểu mạch hở đ-ợc dùng phổ biến nhất.
* Kiểu mạch hở

4

2
3
1

5
6

Hình 1.5- Sơ đồ hệ thống thuỷ lực thuỷ tĩnh kiểu mạch hở (có chuyển động
tịnh tiến)1- Bơm thuỷ lực điều chỉnh; 2- Van phân phối; 3- Van an toàn; 4Xilanh thuỷ lực; 5- Bộ lọc dầu; 6- Thùng dầu


Phm Nh Nam

B mụn MXD

2
3

4

1

5

Hình 1.6- Sơ đồ hệ thống thuỷ lực thuỷ tĩnh kiểu mạch hở (có chuyển động
quay)
1- Bơm thuỷ lực điều chỉnh; 2- Van an toàn; 3- động cơ; 4- Bộ lọc dầu;5- Thùng
dầu
* Kiểu mạch kín
6

1
7
2

7

3

6
5

8
4

Hình 1.7- Sơ đồ hệ thống thuỷ lực thuỷ tĩnh kiểu mạch kín(có chuyển động
tịnh tiến)
1- Bơm thuỷ lực; 2- Cụm van an toàn; 3- Xi lanh thuỷ lực; 4- Bơm phụ; 5Thùng dầu; 6- Van phân phối; 7- Cụm van tiết l-u - Van một chiều; 8- Van

phân phối để điều khiển cụm van phân phối 6


Phm Nh Nam

B mụn MXD

Nguyên lý làm việc
- Bơm bù 4 bổ sung dầu cho hệ thống
- Van (8) điều khiển van (6) đóng (ngắt) đ-ờng dầu từ bơm đến xi lanh thuỷ lực.
* Nh- vậy trong kiểu mạch hở, dầu thấp áp từ động cơ không về ngay bơm mà
trở về thùng chứa vì vậy nó đ-ợc làm nguội ở thùng tr-ớc khi đ-a vào làm việc.
Việc bổ sung dầu đơn giản vì chỉ cần rót dầu vào thùng mà không cần thiết bị gì
đặc biệt.

1

3
2
7

6
4
5

Hình 1.8- Sơ đồ hệ thống thuỷ lực thuỷ tĩnh kiểu mạch kín (có chuyển động
quay)
1- Bơm thuỷ lực điều chỉnh; 2- Cụm van an toàn; 3- Động cơ thuỷ lực;
4- Bơm bù; 5- Thùng dầu; 6- Van an toàn; 7- Van phân phối (3 của 3 vị trí)
Trong hệ thống truyền động thuỷ lực kiểu mạch kín, chất lỏng từ động cơ thuỷ

lực không trở về thùng mà đ-ợc đ-a vào đ-ờng ống hút của bơm.
Ưu điểm
- Trong hệ thống kín th-ờng bố trí thêm một bơm bù (bơm phụ, bơm dầu hỗ trợ)
- đây th-ờng là bơm bánh răng công suất nhỏ để bổ sung thêm l-ợng dầu rò rỉ hoặc
l-ợng dầu đã chảy qua van an toàn về thùng vì vậy nó làm việc với chất l-ợng cao
và cung cấp đ-ợc công suất lớn (vì không những bổ sung đ-ợc dầu mà còn tăng
đ-ợc áp suất trong khoang hút của bơm thuỷ lực).
- Mặt khác khi sử dụng mạch kín còn cho phép đảo chiều chuyển động của bộ
công tác một cách dễ dàng khi phụ tải lớn.


Phm Nh Nam

B mụn MXD

Nh-ợc điểm
- Nhiệt độ của chất lỏng công tác khá cao vì sau khi ra khỏi động cơ (hoặc xi
lanh thuỷ lực) nó lại phải về ngay bơm nên không kịp nguội. Do đó khả năng rò rỉ
của hệ thống cao hơn và chất l-ợng của chất lỏng công tác giảm hơn so với hệ
thống hở.
- Sơ đồ hệ thống kín phức tạp hơn do phải dùng bơm phụ.
Phạm vi sử dụng
Hệ thống kín th-ờng dùng cho cơ cấu làm việc độc lập, công suất lớn, còn đối
với cơ cấu liên hợp và đơn giản th-ờng dùng hệ thống hở.
2.1. Bơm và động cơ thuỷ lực:
Bơm và động cơ thuỷ lực sử dụng trên Máy xây dựng và xếp dỡ th-ờng bao
gồm các kiểu sau đây:
- Bơm bánh răng
- Động cơ thuỷ lực bánh răng
- Bơm Piston rôto h-ớng kính

- Động cơ Piston rôto h-ớng kính
- Bơm Piston rôto h-ớng trục
- Động cơ Piston rôto h-ớng trục
- Bơm cánh gạt
- Động cơ cánh gạt
2.1.1. Bơm và động cơ bánh răng
2.1.1.1. Bơm bánh răng
a.Công dụng và phân loại
* Công dụng: cung cp nng lng cho h thng iu khin thng s
dng bm du. Bm du l h thng quan trng nht ca h thng iu khin
thy lc, bin c nng thnh nng lng du.
* Phân loại:
Bơm bánh răng có hai loại:
+ Bơm bánh răng ăn khớp trong
+ Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
b)Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc
Bơm bánh răng có tối thiểu hai bánh răng trở lên trong đó loại bơm có 2
bánh răng bằng nhau là đơn giản nhất và đ-ợc sử dụng rộng rãi nhất.


Phm Nh Nam

B mụn MXD

6

5

a
B

2

1

A
4

3

Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo bơm hai bánh răng ăn khớp ngoài
1- Bánh răng chủ động; 2- Bánh răng bị động; 3- Vỏ bơm; 4- ống hút;
5- ống đẩy; 6- Van an toàn; A- Khoang hút (bọng hút);B- Khoang đẩy (bọng đảy)

Hìn h 2.2. Kết cấu bơm bánh răng ăn khớp ngoài


Phm Nh Nam

B mụn MXD

Nguyên lý làm việc:
Bánh răng chủ động (1) đ-ợc nối với trục dẫn động bơm, ăn khớp với bánh
răng bị động (2). Khi bơm làm việc, bánh răng (1) quay kéo theo bánh răng (2)
quay (theo chiều mũi tên). Chất lỏng ở trong các rãnh răng (a) theo chiều quay
của các bánh răng đ-ợc vận chuyển từ khoang hút A đến khoang đẩy B vòng
theo vỏ bơm (theo chiều quay của bánh răng)
Các khoang A và B đ-ợc ngăn cách với nhau bằng các mặt tiếp xúc của răng
ăn khớp và đ-ợc xem là kín. Khi các răng vào khớp, thể tích của khoang đẩy B
giảm xuống, chất lỏng đang đ-ợc đ-a vào khoang đẩy B bị chèn ép và dồn vào

ống đẩy (5) với áp suất cao, đây là quá trình đẩy của bơm.
Đồng thời với quá trình đẩy xảy ra quá trình hút lúc đó tại khoang hút A có
các răng ra khớp làm thể tích ở khong này tăng lên. áp suất ở khoang hút nhỏ
hơn áp suất trên mặt thoáng của bể hút (bể chứa dầu) và chất lỏng đ-ợc hút từ
bể chứa qua đ-ờng ống hút vào bơm. Để hạn chế p tối đa của bơm ng-ời ta bố
trí van an toàn (6). Van này mở ra để dầu thoát về bể khi ống đẩy tắc hoặc áp
suất v-ợt quá p quy định.
A

B

- Để tránh sự trùng pha của dao
động l-u l-ợng, ng-ời ta làm số
răng của bánh chủ động nhiều hơn
số răng của bánh bị động từ 1 đến
3 răng
B

A

Hình 2.3. Bơm ba bánh răng ăn khớp ngoài
- Bơm bánh răng ăn khớp ngoài (bánh răng chủ động ở giữa)
- Khoang hút A, khoang đẩy B bố trí chéo nhau.
- QBơm 3BR = 2QBơm 2BR. Nó dùng khi cần kích th-ớc nhỏ gọn mà yêu cầu l-u
l-ợng lớn.
- Nếu yêu cầu áp suất cao, ng-ời ta dùng bơm nhiều cấp theo nguyên lý các
bơm mắc nối tiếp.
Để đề phòng tr-ờng hợp thừa l-u l-ợng giữa các cấp ng-ời ta bố trí giữa các
cấp đó các van an toàn.
Bơm bánh răng ăn khớp trong

Bơm bánh răng ăn khớp trong đ-ợc dùng trong những tr-ờng hợp yêu cầu độ
cứng vững lớn và tiếng ồn nhỏ, yêu cầu dặc biệt về rút gọn không gian làm việc.


Phm Nh Nam

B mụn MXD

2

3

4

1

Hình 2.4. Bơm bánh răng ăn khớp trong
1 - Bánh răng chủ động; 2 - Bánh răng bị động; 3 - Stato; 4 - L-ới chắn (tấm l-ới
mềm)
Bánh răng 1 nối với trục bơm, 2 bánh răng đặt lệch tâm, l-ới chắn (4) để
cách giữa khoang hút và khoang đẩy (bánh răng bị động đ-ợc định l-ợng bởi
Stato (3), l-ới chắn (4) và chính sự ăn khớp của các bánh răng)
3

2

4

1

1

2

a

3
4

Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của bơm bánh răng ăn khớp trong
Các thông số:
L-u l-ợng:

Q = 400 500 lít/phút có thể đến 960 lít/phút

Tốc độ bơm:

n = 1500 2000 vòng/phút

áp lực dầu công tác: p = 100 160 KG/cm2 (10-16 MPa), pmax=210 KG/cm2
Hiệu suất l-u l-ợng:
Hiệu suất tổng:

Q = 0,8 - 0,9
= 0,6 - 0,85


Phm Nh Nam

B mụn MXD

c) Ưu, nh-ợc điểm và phạm vi sử dụng
* Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
- Làm việc chắc chắn, độ tin cậy cao
- Kích th-ớc nhỏ gọn có khả năng chịu quá tải trong một thời gian ngắn
- Số vòng quay và công suất trên một đơn vị trọng l-ợng lớn.
* Nh-ợc điểm:
- Không điều chỉnh đ-ợc l-u l-ợng và áp suất khi số vòng quay cố định
* Phạm vi sử dụng
Bơm bánh răng đ-ợc dùng rất rộng rãi trên máy xúc, cần trục, trên hệ thống
thuỷ lực của các máy xây dựng cỡ nhỏ còn trên các máy cỡ lớn nó đ-ợc dùng
làm bơm phụ.
Dùng làm bơm dầu bôi trơn trong động cơ đốt trong.
2.1.1.2. Động cơ bánh răng:
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc
Có kết cấu nh- bơm bánh răng nh-ng đòi hỏi phải chế tạo chính xác hơn,
phức tạp hơn nên đắt hơn. Trong nhiều tr-ờng hợp bơm và động cơ là một ta gọi
là máy thuỷ lực thuận nghịch. Nh-ợc điểm của động cơ bánh răng là
hơn so với loại động cơ Piston nên p khởi động yêu cầu lớn hơn.
L-u l-ợng riêng của bơm và động cơ bánh răng
q = 2ro(rk-ro)b
Trong đó
ro - Bán kính vòng tròn ăn
kllkkhớp của bánh răng.
rk - Bán kính vòng tròn đỉnh
của bánh răng
b - Chiều rộng bánh răng

C

thấp


Phm Nh Nam

B mụn MXD

2ro
2rk

b

Hình 2.6. Sơ đồ tính toán l-u l-ợng riêng
bơm bánh răng
Với bánh răng dịch chỉnh
z
ro = m (2 + x)
z
rk = m (2 + x) + m
Trong đó:
m - Mô đun răng
x- Độ dịch chỉnh
z
q = 2m2 (2 + x)b


Phm Nh Nam

B mụn MXD

2.1.2. Bơm - động cơ thuỷ lực Piston rôto h-ớng kính (h-ớng tâm)
a) Sơ đồ cấu tạo vàB-B
nguyên lý làm việc

B
A-A
1
2

A

A

5
a

4
b
3

B

A
e
B

Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Bơm - Động cơ thuỷ lực Piston rôto
h-ớng kính
1 - Rôto; 2 - Stato; 3 - Piston trụ; 4 - Vách ngăn; 5 - Xi lanh; a - Lỗ hút (lỗ cấp

dầu); b - Lỗ đẩy (lỗ thoát dầu); A - Họng hút; B - Họng đẩy, (A,B - Hình bán
nguyệt)
- Vì khi máy làm việc áp suất phía miệng đẩy bao giờ cũng cao hơn áp suất
phía miệng hút nên sinh ra một lực lệch tác dụng lên trục. Để hạn chế hiện
t-ợng này ng-ời ta th-ờng làm các rãnh thông từ phía có áp suất cao sang phía
có áp suất thấp.
- Rôto (1) đặt lệch tâm trong Stato (2) một khoảng lệch tâm e. Nó là khối trụ
tròn trong đó có các xi lanh và Piston hình trụ (3) và (5) đ-ợc bố trí theo kiểu
h-ớng tâm (xung quanh chu vi hình trụ). Số l-ợng Piston đ-ợc chọn theo l-u
l-ợng và th-ờng có trị số lẻ (z = 3, 5, 7). Vách ngăn (4) ngăn giữa bọng hút A và
bọng đẩy B. Khi cần Q lớn ng-ời ta chế tạo nhiều dãy xi lanh (5) (thông th-ờng
ng-ời ta lấy từ 2 đến 6 dãy)
Nguyên lý hoạt động


Phm Nh Nam

B mụn MXD

- Khi rôto quay, do bố trí lệch tâm nên khi đó các Piston (3) vừa quay theo
rôto vừa có chuyển động tịnh tiến (chuyển động t-ơng đối) trong các xi lanh (5).
Nếu quay theo chiều nh- trên hình vẽ, các Piston chuyển động h-ớng ra khỏi
tâm rôto đồng thời luôn tỳ sát vào Stato vì vậy dầu sẽ theo lỗ hút dầu a chảy vào
bọng hút A và đi vào các xi lanh (5).
- Khi quay tiếp, đến vị trí Piston bị thành Stato ép, nó chuyển động h-ớng về
tâm và lúc đó sẽ nén chất lỏng (dầu) trong xi lanh (5) vào bọng đẩy B và sau đó
dầu sẽ theo lỗ đẩy dầu (thoát dầu) b chảy ra ngoài.
- Khi rôto quay theo chiều ng-ợc lại thì bọng hút là B, bọng đẩy là A và b là
lỗ hút, a sẽ trở thành lỗ đẩy.
- Khi dẫn vào A hoặc B một dòng dầu có áp suất đủ lớn, lúc đó d-ới tác

dụng của p các Piston chuyển động và một đầu tỳ sát vào Stato đẩy rôto quay.
Sau khi truyền áp năng của chất lỏng cho Piston nó sẽ bị đẩy ra ở bọng kia và
máy thuỷ lực sẽ trở thành động cơ thuỷ lực.
L-u ý: Để Piston luôn tỳ sát vào thành Stato khi làm việc, ngoài lực ly tâm
nhiều khi phải dùng lò xo, hoặc các cơ cấu đặc biệt khác hoặc dùng thêm một
bơm phụ đẩy chất lỏng vào bọng hút. Với p đủ đẩy Piston tỳ vào thành Stato,
trong quá trình hút. Khi là động cơ thì không cần vì dầu đã có p cao.
Các thông số:
Máy thuỷ lực Piston rôto h-ớng kính làm việc với p cao, Q lớn thông th-ờng
các thông số của nó nh- sau:
KG
+ áp suất làm việc p = (400 500) at (1 at = 1cm2 )
+ L-u l-ợng riêng q tới 24 lít/vòng
+ Số vòng quay n = (100 2000) vòng/phút
+ Số vòng quay tối thiểu khi có tải: 100 vòng/phút
+ Nếu cần l-u l-ợng lớn phải dùng nhiều Piston, bố trí thành 2 đến 6
dãy.
- L-u l-ợng riêng của bơm hoặc động cơ loại này đ-ợc xác định theo công
thức sau:
d2.h.z
q= 4
Trong đó:
d - Đ-ờng kính của Piston
h - Hành trình của Piston


Phm Nh Nam

B mụn MXD

z - Số Piston
L-u l-ợng riêng của nó có thể điều chỉnh đ-ợc bằng cách thay đổi khoảng
lệch tâm e. Th-ờng thì thay đổi e bằng cách dịch chuyển Stato bằng một cơ cấu
đặc biệt.
- Số vòng quay lý thuyết của máy đ-ợc xác định qua l-u l-ợng nh- sau:
Qt
nt = q
Trong đó
Qt - L-u l-ợng lý thuyết
q - L-u l-ợng riêng
- Nếu kể đến tổn thất l-u l-ợng bằng hiệu suất thể tích
thực tế n đ-ợc xác định nh- sau:
Qt Q
n= q
- Công suất hữu ích đ-ợc xác định nh- sau:
pQz pQtC Q
N = 61.2 = 61.2
Trong đó
N- Công suất, KW
p - áp suất dầu, MPa

C - Hiệu suất cơ khí
Q - Hiệu suất thể tích
- Hiệu suất tổng
61,2- Hệ số biến đổi thứ nguyên
Qt - L-u l-ợng lý thuyết, dm3/phút (lít/phút)
- Mô men quay M của động cơ thuỷ lực:
qpC
M=
2

Trong đó

Q

thì số vòng quay


Phm Nh Nam

B mụn MXD

M- Mô men quay của động cơ, KW
p - áp suất dầu, KPa
q - L-u l-ợng riêng, m3/vòng

C - Hiệu suất cơ khí
b) Ưu, nh-ợc điểm và phạm vi sử dụng
Bơm thuỷ lực Piston rôto h-ớng kính th-ờng dùng khi cần l-u l-ợng lớn còn
động cơ loại này dùng khi cần mômen lớn, vận tốc chậm
Ví dụ nh- trong băng tải, trong cơ cấu quay, tời...
2.1.3. Bơm - Động cơ Piston rôto h-ớng trục
a) Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc
Máy thuỷ lực Piston h-ớng trục là loại máy có các Piston đ-ợc bố trí song
song hoặc nghiêng một góc nào đó so với trục của rôto (khối xi lanh)
Chuyển động tịnh tiến của các Piston đ-ợc thực hiện nhờ một cơ cấu đĩa
nghiêng làm điểm tỳ hay nối khớp với một đầu Piston.

6

4

7
b

b
b

a

a
3

1

5

h

2

Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý bơm - động cơ Piston rôto h-ớng trục
1 - Rôto (blốc xi lanh); 2 - Đĩa nghiêng; 3 - Đĩa phân phối dầu; 4 - Cơ cấu phụ
điều chỉnh góc nghiêng của đĩa; 5 - Piston; 6 - Lò xo đẩy Piston luôn tỳ sát
vào đĩa nghiêng;7 - Gờ chắn; a - Lỗ hút dầu; b - Lỗ thoát dầu (đẩy dầu)


Phạm Như Nam

Bộ môn MXD

H×nh 2.9. CÊu t¹o b¬m - ®éng c¬ Piston r«to h-íng trôc


Phm Nh Nam

B mụn MXD

Nguyên lý cấu tạo:
- Các lỗ xi lanh phân bố đều trên rôto (1) theo ph-ơng song song với (1)
- Đĩa phân phối dầu (3) có hai rãnh hình xuyến (hình vòng cung) đ-ợc ngăn
cách với nhau bằng gờ có chiều rộng s hai rãnh này thông với 2 lỗ hút và đẩy
dầu (thoát dầu)
- Để giảm rò rỉ của chất lỏng ng-ời ta phải làm khít cẩn thận bề mặt tiếp xúc
giữa rôto (khối xi lanh) và đĩa phân phối (đĩa 3 cố định không quay)
- Số xi lanh th-ờng lấy bằng 7, 9, 11 chiếc
Nguyên lý hoạt động:
- Khi rôto quay, các Piston quay theo nh-ng do lò xo (5) luôn đẩy Piston tỳ
sát vào đĩa nghiêng nên tạo ra chuyển động t-ơng đối của Piston với xi lanh.
- Khi quay theo chiều mũi tên trên hình thì lỗ a là lỗ hút còn lỗ b là lỗ đẩy
dầu còn khi đổi chiều quay thì a và b đổi chức năng cho nhau.
- Khi thay đổi góc nghiêng bằng cơ cấu (4) sẽ thay đổi hành trình của các
Piston và do đó thay đổi đ-ợc l-u l-ợng của bơm.
- Khi dầu vào 1 dòng chất lỏng có p cao đủ lớn dẫn đến máy thuỷ lực thành
động cơ thuỷ lực.
* Các thông số:
Khi mặt tựa nghiêng một góc , liên kết khớp cầu với đĩa nghiêng
- L-u l-ợng riêng của bơm - động cơ Piston rôto h-ớng trục
d2zh
q= 4
Suy ra

d2
q = 4 z.2.RT tg
h
Khớp cầu

d
RT



Hình 2.10. Mặt tựa nghiêng 1 góc


Phm Nh Nam

B mụn MXD

Trong đó:
h = 2RTtg
d - Đ-ờng kính piston
z - Số l-ợng Piston
RT - Bán kính vòng tròn qua tâm tiết diện Piston
- Mô men xoắn M =
M=

1
p.q
2

1 d2
z.2.RTtg.p
2 4

d2zRTtg.p
M=
4
q(cm3/vòng)

100

z

7

100200
9

>250
11

= (12 15)0 đôi khi = 300 ; = const suy ra q = const
Với các thứ nguyên:
M- KN.m; p- KPa; q- m3/vòng; d,RT- m
Khi mặt tựa có ph-ơng thẳng đứng còn khối xi lanh nghiêng một góc .
- Đĩa (3) có dạng mặt cầu để tăng diện tích tiếp xúc mà không cần tăng diện tích
vòng
2
1

RTF


3

`

Hình 2.11- Mặt tựa đứng, khối xi lanh nghiêng

1 - Khối xi lanh; 2 - Piston; 3 - Đĩa phân phối có mặt tiếp xúc dạng mặt cầu
- L-u l-ợng riêng


Phm Nh Nam

B mụn MXD

d2
q = 4 z.2.RTFsin
- Mô men
d2zRTFsin.p
M=
4
Trong đó:
RTF - Là bán kính vòng tròn qua tâm khớp cầu của Piston liên kết trên
mặt tựa.
b) Ưu, nh-ợc điểm và phạm vi sử dụng
Máy Piston h-ớng trục đ-ợc sử dụng rất rộng rãi vì chúng có -u nh-ợc điểm
nh- sau:
* Ưu điểm

- Kích th-ớc nhỏ gọn (nhỏ hơn 2 lần so với loại h-ớng kính khi các điều
kiện khác nh- nhau)
- Công suất trên một đơn vị trọng l-ợng lớn
- Mô men quán tính nhỏ
- áp suất cao: (600 800) at
- Vận tốc quay tới 3000 vòng/phút
- Hiệu suất cao ( Q = 0,93 0,99)
* Nh-ợc điểm
- Việc phân phối dầu đ-ợc thực hiện bằng đĩa phân phối với mặt đầu của đĩa
đòi hỏi độ chính xác gia công cao nên giá thành loại này đắt.
2.1.4. Bơm cánh gạt:
a. Phân loại
Bơm cánh gạt cũng là loại bơm đ-ợc dùng rộng rãi sau bơm bánh răng và chủ
yếu dùng ở hệ thống có áp thấp và trung bình.
So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt bảo đảm một l-u l-ợng đều hơn, hiệu suất
thể tích cao hơn.
Kết cấu Bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nh-ng có thể chia thành hai loại
chính:


Phm Nh Nam

B mụn MXD

+/ Bơm cánh gạt đơn.
+/ Bơm cánh gạt kép.
b. Bơm cánh gạt đơn
Bơm cánh gạt đơn l khi trục quay một vòng, nó thực hiện một chu kỳ l m
việc bao gồm một lần hút v một lần nén.
L-u l-ợng của bơm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm (xê

dịch vòng tr-ợt), thể hiện ở hình 2.11.

Hình 2.12. Nguyên tắc điều chỉnh l-u l-ợng bơm cánh gạt đơn
a. Nguyên ký và ký hiệu; b. Điều chỉnh bằng lò xo; c. Điều chỉnh l-u l-ợng bằng
thủy lực.
c. Bơm cánh gạt kép
Bơm cánh gạt kép là khi trục quay một vòng, nó thực hiện hai chu kỳ làm việc
bao gồm hai lần hút và hai lần nén, hình 2.12.