Bài giảng truyền động thủy lực khí nén

Đại học CNGTVT

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);


Đại học CNGTVT

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
= ρ .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 β p. Hệ số nén ép là số giảm thể tích tương
đối của chất lỏng khi áp suất tăng lên một đơn vị:
1 dV

βp = − V . dp
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.


Đại học CNGTVT

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…


i hc CNGTVT

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 nhợc điểm của truyền động thủy lực
a) Ưu điểm của truyền động thuỷ lực
- Có khả năng truyền đợc lực lớn và đi xa, trọng lợng và kích
thớc bộ truyền nhỏ hơn so với các bộ truyền động khác (TĐ cơ
khí, TĐ điện vì bỏ bớt đợc 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 đợc 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 đợc 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 thờng 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 ngợc lại (bơm - động cơ thuỷ lực và bơm - xi
lanh thuỷ lực)


i hc CNGTVT

B mụn MXD

- Sử dụng các bộ máy đã đợc 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 đợc tiêu chuẩn hoá: bơm, động cơ
thuỷ lực, xi lanh thuỷ lực, van thuỷ lực, van phân phối, bầu lọc...)
b) Nhợc 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 lợng đợc 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 lợng đợc 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

6

5


i hc CNGTVT

B mụn MXD

Hình 1.1: Bộ công tác có chuyển động quay
1- Bơm thuỷ lực; 2- Đờng ống dầu cao áp; 3- Bộ công tác (động
cơ) ;
4- Van an toàn; 5- Van điều chỉnh; 6- Đờng 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 đờng ống (2) đa đến động cơ thuỷ lực (3)
làm cho nó quay, biến thuỷ năng của dầu thành cơ năng trên trục
3
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); 4-2 Van bảo hiểm (van an toàn); 5- Thùng
3
dầu; 6- Bầu lọc
4
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.
1
5

Sơ đồ nguyên tắc truyền động thuỷ động
9

8

6
7


i hc CNGTVT

B mụn MXD

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên tắc truyền động thuỷ
động
1- Bơm ly tâm; 2, 5, 7, 9- Đờng ống dẫn dầu; 3- Cơ cấu dẫn hớng;
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 đờng ống (2) cơ cấu dẫn hớng (3) hớng 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 đợc đánh giá cao hơn.

Hệ thống truyền động thuỷ tĩnh trên các Máy xay dựng và
xếp dỡ có cấu trúc khác nhau phụ
từng
Động thuộc
cơ hoặcvào
xi lanh
TL. loại máy cụ thể
(thờng ngời ta có thể biết đợc 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:
Hệ thốngvan thuỷ lực

Máy lai

Bơm

Thùng dầu thuỷ lực


i hc CNGTVT

B mụn MXD

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
thờng 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 lu lợng theo yêu cầu.
+ Van phân phối: Có chức năng phân chia dầu cao áp từ

bơm đến các bộ máy khác nhau và đa dầu thấp áp về thùng
chứa.
+ 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 dới 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 lu, 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 đờng ống chịu áp lực đợc
đa đến van phân phối. Ngời điều khiển sẽ điều khiển van
phân phối bằng cần gạt hay nam châm điện để dầu cao áp đợc dẫn tới động cơ hay xi lanh thuỷ lực. Sau khi thuỷ năng của


i hc CNGTVT

B mụn MXD

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 thờng không dùng van phân phối mà đờng 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 đợc 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; 4- Xilanh thuỷ lực; 5Bộ lọc dầu; 6- Thùng dầu
2
3

1

4

5


i hc CNGTVT

B mụn MXD

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; 4Bơm phụ; 5- Thùng dầu; 6- Van phân phối; 7- Cụm van tiết lu Van một chiều; 8- Van phân phối để điều khiển cụm van
phân phối 6
Nguyên lý làm việc
- Bơm bù 4 bổ sung dầu cho hệ thống

- Van (8) điều khiển van (6) đóng (ngắt) đờng 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 đợc làm nguội ở
thùng trớc khi đa vào làm việc. Việc bổ sung dầu đơn giản vì
chỉ cần rót dầu vào thùng mà không cần thiết bị gì đặc biệt.


i hc CNGTVT

B mụn MXD

1

3
2
7

4

6

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 đợc đa vào đờng
ống hút của bơm.
Ưu điểm
- Trong hệ thống kín thờng bố trí thêm một bơm bù (bơm phụ,
bơm dầu hỗ trợ) - đây thờng là bơm bánh răng công suất nhỏ
để bổ sung thêm lợng dầu rò rỉ hoặc lợng dầu đã chảy qua van
an toàn về thùng vì vậy nó làm việc với chất lợng cao và cung cấp
đợc công suất lớn (vì không những bổ sung đợc dầu mà còn
tăng đợc 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.
Nhợc 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


i hc CNGTVT

B mụn MXD

không kịp nguội. Do đó khả năng rò rỉ của hệ thống cao hơn và
chất lợng 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 thờng dùng cho cơ cấu làm việc độc lập, công
suất lớn, còn đối với cơ cấu liên hợp và đơn giản thờng 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 thờng bao gồm các kiểu sau đây:
- Bơm bánh răng
- Động cơ thuỷ lực bánh răng
- Bơm Piston rôto hớng kính
- Động cơ Piston rôto hớng kính
- Bơm Piston rôto hớng trục
- Động cơ Piston rôto hớng 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 đợc sử
dụng rộng rãi nhất.


i hc CNGTVT

B mụn MXD

6

5

a

2

B

A

1

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; 4ống hút;
5- ống đẩy; 6- Van an toàn; A- Khoang hút (bọng hút);BKhoang đẩy (bọng đảy)


i hc CNGTVT

B mụn MXD

Hìn h 2.2. Kết cấu bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Nguyên lý làm việc:
Bánh răng chủ động (1) đợc 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 đợc 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 đợc ngăn cách với nhau bằng các mặt
tiếp xúc của răng ăn khớp và đợc xem là kín. Khi các răng vào
khớp, thể tích của khoang đẩy B giảm xuống, chất lỏng đang
đợc đa 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 đợc hút từ bể
chứa qua đờng ống hút vào bơm. Để hạn chế p tối đa của
bơm ngời ta bố trí van an toàn (6). Van này mở ra để dầu
thoát về bể khi ống đẩy tắc hoặc áp suất vợt quá p quy định.


i hc CNGTVT

B mụn MXD
A

B

- Để tránh sự trùng pha của
dao động lu lợng, ngời 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 thớc nhỏ gọn mà
yêu cầu lu lợng lớn.
- Nếu yêu cầu áp suất cao, ngời ta dùng bơm nhiều cấp theo
nguyên lý các bơm mắc nối tiếp.
Để đề phòng trờng hợp thừa lu lợng giữa các cấp ngời ta bố
trí giữa các cấp đó các van an toàn.
Bơm bánh răng ăn khớp trong
Bơm bánh răng ăn khớp trong đợc dùng trong những trờng hợp
yêu cầu độ cứng vững lớn và tiếng ồn nhỏ, yêu cầu dặc biệt
về rút gọn không gian làm việc.
2

1

3

4

Hình 2.4. Bơm bánh răng ăn khớp trong
1 - Bánh răng chủ động; 2 - Bánh răng bị động; 3 - Stato; 4 - Lới

chắn (tấm lới mềm)


i hc CNGTVT

B mụn MXD

Bánh răng 1 nối với trục bơm, 2 bánh răng đặt lệch tâm, lới
chắn (4) để cách giữa khoang hút và khoang đẩy (bánh răng
bị động đợc định lợng bởi Stato (3), lới chắn (4) và chính sự
ăn khớp của các bánh răng)
3

2

4

1

a

1

2
3
4

Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của bơm bánh răng ăn khớp
trong
Các thông số:

Lu lợng:
lít/phút

Q = 400 ữ 500 lít/phút có thể đến 960

Tốc độ bơm: n = 1500 ữ 2000 vòng/phút
áp lực dầu công tác: p = 100 ữ 160 KG/cm2 (10-16 MPa),
pmax=210 KG/cm2
Hiệu suất lu lợng:
Hiệu suất tổng:

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

c) Ưu, nhợc điểm và phạm vi sử dụng
* Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
- Làm việc chắc chắn, độ tin cậy cao
- Kích thớc nhỏ gọn có khả năng chịu quá tải trong một thời
gian ngắn
- Số vòng quay và công suất trên một đơn vị trọng lợng lớn.
* Nhợc điểm:


i hc CNGTVT

B mụn MXD

- Không điều chỉnh đợc lu lợng và áp suất khi số vòng quay
cố định

* Phạm vi sử dụng
Bơm bánh răng đợc 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 đợc 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 nhng đòi hỏi phải chế tạo
chính xác hơn, phức tạp hơn nên đắt hơn. Trong nhiều trờng
hợp bơm và động cơ là một ta gọi là máy thuỷ lực thuận
nghịch. Nhợc điểm của động cơ bánh răng là C thấp hơn so
với loại động cơ Piston nên p khởi động yêu cầu lớn hơn.
Lu lợng 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

2rk

2ro

b

i hc CNGTVT

B mụn MXD

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

B-B
A-A

B

1
2
A

A

5
a

2.1.2. Bơm - động cơ thuỷ lực Piston rôto hớng kính (hớng tâm)

a) Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý

4
làmb

việc

3

B

A
e

B


i hc CNGTVT

B mụn MXD

Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý hoạt ----động của Bơm Động cơ thuỷ lực Piston rôto
hớng 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 tợng này ngời ta thờng 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) đợc bố trí theo kiểu hớng tâm (xung quanh
chu vi hình trụ). Số lợng Piston đợc chọn theo lu lợng và thờng
có trị số lẻ (z = 3, 5, 7). Vách ngăn (4) ngăn giữa bọng hút A và
bọng đẩy B. Khi cần Q lớn ngời ta chế tạo nhiều dãy xi lanh (5)
(thông thờng ngời ta lấy từ 2 đến 6 dãy)
Nguyên lý hoạt động
- 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 tơng đối) trong các xi lanh (5). Nếu quay theo chiều nh


i hc CNGTVT

B mụn MXD

trên hình vẽ, các Piston chuyển động hớng 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 hớng 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 ngợc 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 dới 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.
Lu 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 hớng kính làm việc với p cao, Q lớn
thông thờng các thông số của nó nh sau:
+ áp suất làm việc p = (400 ữ 500) at (1 at = 1)
+ Lu lợng riêng q tới 24 lít/vòng
+ Số vòng quay n = (100 ữ 2000) vòng/phút
+ Số vòng quay tối thiểu khi có tải: 100 vòng/phút
+ Nếu cần lu lợng lớn phải dùng nhiều Piston, bố trí
thành 2 đến 6 dãy.
- Lu lợng riêng của bơm hoặc động cơ loại này đợc xác
định theo công thức sau:
q=
Trong đó:
d - Đờng kính của Piston


i hc CNGTVT

B mụn MXD

h - Hành trình của Piston
z - Số Piston
Lu lợng riêng của nó có thể điều chỉnh đợc bằng cách thay
đổi khoảng lệch tâm e. Thờng thì thay đổi e bằng cách
dịch chuyển Stato bằng một cơ cấu đặc biệt.

- Số vòng quay lý thuyết của máy đợc xác định qua lu lợng
nh sau:
nt =
Trong đó
Qt - Lu lợng lý thuyết
q - Lu lợng riêng
- Nếu kể đến tổn thất lu lợng bằng hiệu suất thể tích
thì số vòng quay thực tế n đợc xác định nh sau:
n=
- Công suất hữu ích đợc xác định nh sau:
N==
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 - Lu lợng lý thuyết, dm3/phút (lít/phút)
- Mô men quay M của động cơ thuỷ lực:
M=
Trong đó
M- Mô men quay của động cơ, KW
p - áp suất dầu, KPa

Q

i hc CNGTVT

B mụn MXD

q - Lu lợng riêng, m3/vòng

C - Hiệu suất cơ khí
b) Ưu, nhợc điểm và phạm vi sử dụng
Bơm thuỷ lực Piston rôto hớng kính thờng dùng khi cần lu lợng 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 hớng trục
a) Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc
Máy thuỷ lực Piston hớng trục là loại máy có các Piston đợc 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 đợc 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
hớng 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)


Đại học CNGTVT

Bộ môn MXD


i hc CNGTVT

B mụn MXD

Hình 2.9. Cấu tạo bơm - động cơ Piston rôto hớng trục
Nguyên lý cấu tạo:
- Các lỗ xi lanh phân bố đều trên rôto (1) theo phơng song
song với (1)
- Đĩa phân phối dầu (3) có hai rãnh hình xuyến (hình vòng
cung) đợc 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 ngời 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 thờng lấy bằng 7, 9, 11 chiếc
Nguyên lý hoạt động:
- Khi rôto quay, các Piston quay theo nhng do lò xo (5) luôn
đẩy Piston tỳ sát vào đĩa nghiêng nên tạo ra chuyển động tơng 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 đợc lu lợng 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
- Lu lợng riêng của bơm - động cơ Piston rôto hớng trục
q=
Suy ra

q = z.2.R T tg

h
Khớp cầu

d
RT




i hc CNGTVT

B mụn MXD

Hình 2.10. Mặt tựa nghiêng 1 góc
Trong đó:
h = 2RTtg
d - Đờng kính piston
z - Số lợng Piston
RT - Bán kính vòng tròn qua tâm tiết diện Piston
- Mô men xoắn M = p.q
M = z.2.RTtg.p
M=
q(cm3/vò
ng)

10
0

10
>2

050
20
0
z
7
9
11
= (12 ữ 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 phơng 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

3

RTF