Nghiên cứu chế độ làm việc của máy bơm bánh răng trong hệ thống truyền động thuỷ lực trên ôtô vận tải mỏ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả làm việc của chúng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

BÙI TIẾN SỸ

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM
BÁNH RĂNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY
LỰC TRÊN Ô TÔ VẬN TẢI MỎ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA CHÚNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn là cơng trình nghiên cứu của bản thân tự làm. Các số
liệu và kết quả tính tốn trong luận văn chưa từng được công bố ở tài liệu nào. Nếu sai tơi
xin chịu trách nhiệm hồn tồn.

Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2013

Tác giả

Bùi Tiến Sỹ

1


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN...........................................................................................................................................................................1
MỤC LỤC........................................................................................................................................................................................2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ...........................................................................................................................4
MỞ ĐẦU...........................................................................................................................................................................................5
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ VẬN TẢI MỎ CÓ SỬ DỤNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
....................................................................................................................................................................................................................7
1.1.
Tình hình sử dụng ơ tơ vận tải mỏ có hệ thống thủy lực tại vùng Quảng Ninh ...................................................7
1.2.
Một số hệ thống truyền động thủy lực trên ô tô vận tải mỏ..................................................................................10
1.2.1.
Khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động thủy lực .......................................................................10
1.2.2.
Một số sơ đồ truyền động thủy lực ở ô tô vận tải mỏ.......................................................................11
1.3.

Bơm bánh răng và việc sử dụng bơm bánh răng trong hệ thống truyền động thủy lực của xe ô tô vận tải mỏ14
1.3.1.
Cấu tạo một số bơm bánh răng trong hệ thống truyền động thủy lực của ô tô vận tải mỏ ........14
1.3.2.
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài...........................................................................................................16
1.3.3.
1.3.4.

1.4.

Bơm bánh răng ăn khớp trong...........................................................................................................18
Ưu nhược điểm của bơm bánh răng dùng trong hệ thống thủy lực của ơ tơ vận tải...................20

Tình trạng mịn hỏng bơm bánh răng trong hệ thống thủy lực xe ô tô ở các mỏ Việt Nam.............................21

1.4.1.
Các vị trí mịn hỏng bơm bánh răng..................................................................................................21
1.4.2.

Nguyên nhân gây nên sự mòn hỏng của bơm bánh răng...............................................................21

CHƯƠNG 2.NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM DẦU
BÁNH RĂNG TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC CỦA Ô TÔ MỎ....................................................28
2.1.
Nghiên cứu, tính tốn q trình dỡ tải của ơ tơ mỏ có ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của máy bơm dầu bánh răng.
28
2.1.1.
Phân tích và xác định các kích thước toa xa Benlaz 7522..............................................................28
2.1.2.
2.2.

Xác định các lực tác dụng của hàng và toa xe lên pittông và xylanh khi bắt đầu nâng thùng xe.34

Nghiên cứu ảnh hưởng của sự kẹt chất lỏng ở chân răng của máy bơm trong quá trình làm việc..................36

A. BƠM BÁNH RĂNG ĂN KHỚP NGOÀI: .......................................................................................................................36
B. BƠM BÁNH RĂNG ĂN KHỚP TRONG: ......................................................................................................................36
2.2.1.
Nguyên lý làm việc của máy bơm bánh răng ...................................................................................36
2.2.2.
Hiện tượng kẹt chất lỏng ở chân răng...............................................................................................37
2.2.3.

Tính lưu lượng lý thuyết của bơm bánh răng...................................................................................37

CHƯƠNG 3.MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM VIỆC VÀ TUỔI THỌ CỦA MÁY BƠM BÁNH
RĂNG....................................................................................................................................................................................................40
3.1.
Tính toán lựa chọn máy bơm dầu bánh răng theo phụ tải lớn nhất. ....................................................................40
3.1.1.
Tính áp suất yêu cầu của máy bơm dầu bánh răng.........................................................................40
3.1.2.
Tính lưu lượng yêu cầu của máy bơm...............................................................................................41
3.2.

Tính tốn xác định một số thơng só làm việc hợp lý cho máy bơm dầu bánh răng ..........................................41
3.2.1.
Tính tốn các thông số của bánh răng..............................................................................................41

2


3.3.

3.2.2.

Tính mơđun của bánh răng.................................................................................................................41

3.2.3.
3.2.4.

Tính chọn chiều rộng bánh răng........................................................................................................42
Tính đường kính đỉnh răng.................................................................................................................42

3.2.5.

3.2.6.

Tính khoảng cách tâm của hai bánh răng........................................................................................42
Tính đuờng kính vịng cơ sở của bán kính răng...............................................................................42

3.2.7.
3.2.8.

Tính góc ăn khớp của bánh răng.......................................................................................................42
Tính hệ số dịch chỉnh của bánh răng.................................................................................................42

3.2.9.

Tính đường kính chân răng ................................................................................................................43

3.2.10.
3.2.11.

Tính chiều cao răng.............................................................................................................................43
Tính chiều dày ở đỉnh răng.................................................................................................................43

3.2.12.
3.2.13.

Tính đường kính vịng lăn...................................................................................................................43
Tính bước vòng cơ sở của bánh răng................................................................................................43

3.2.14.
3.2.15.

Xác định trị số trùng khớp của bánh răng........................................................................................43
Tính chiều dài pháp tuyến chung.......................................................................................................43

3.2.16.

Tính lực vòng tác dụng lên trục chủ động của bơm.........................................................................43

3.2.17.
3.2.18.

Lực hướng tâm lớn nhất tác dụng lên bánh răng chủ động...........................................................44
Đường đặc tính của máy bơm bánh răng.........................................................................................45

Kiểm nghiệm độ bền bánh răng bơm......................................................................................................................46
3.3.1.
Chọn vật liệu chế tạo bánh răng........................................................................................................46
3.3.2.
3.3.3.

Xác định ứng suất mỏi tiếp xúc và ứng suất cho phép ....................................................................46
Kiểm nghiệm sức bền uốn của bánh răng ........................................................................................48

3.3.4.

Chọn cấp chính xác .............................................................................................................................48

3.4.
3.5.

Tính miệng đẩy và miệng hút của bơm ..................................................................................................................49

Khắc phục hiện tượng kẹt chất lỏng ở chân răng...................................................................................................49
3.5.1.
Theo kinh nghiệm: ...............................................................................................................................49
3.5.2.
Gia cơng trên hai bạc lót trục răng ở phía dưới của bơm hai rãnh thốt.....................................50

3.6.

Lực đẩy hướng kính và mơ men quay của bơm bánh răng, tác hại và cách khắc phục....................................52
3.6.1.
Mô men quay của bơm bánh răng.....................................................................................................52
3.6.2.

3.7.

Tổn thất và hiệu suất trong bơm bánh răng ............................................................................................................55
3.7.1.
Tổn thất và hiệu suất cơ khí. ...............................................................................................................55
3.7.2.

3.8.

Cách khắc phục dao động lưu lượng ở máy bơm bánh răng.........................................................54

Tổn thất và hiệu suất lưu lượng..........................................................................................................55

Phục hồi một số chi tiết điển hình của bơm bánh răng..........................................................................................56
3.8.1.
Mạ crơm cứng......................................................................................................................................57
3.8.2.

Mạ crơm xốp.........................................................................................................................................58

KẾT LUẬN ....................................................................................................................................................................................61

3


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1-1
Hình 1-2
Hình 1-3
Hình 1-4
Hình 1-5
Hình 1-6
Hình 1-7
Hình 1-8
Hình 1-9
Hình 1-10
Hình 1-11
Hình 1-12
Hình 1-13
Hình 1-14
Hình 1-15
Hình 1-16
Hình 1-17
Hình 1-18
Hình 1-19
Hình 2-1
Hình 2-2
Hình 2-3

Hình 2-4
Hình 2-5
Hình 2-6
Hình 2-7
Hình 2-8
Hình 2-9
Hình 3-1
Hình 3-2
Hình 3-3
Hình 3-4
Hình 3-5
Hình 3-6
Hình 3-7
Hình 3-8:
Hình 3-9

Sơ đồ hệ thống TĐTL lên cầu trục của ô tô..................................................................... 11
Sơ đồ hệ thống TĐTL của ô tô HD-320............................................................................ 12
Sơ đồ hệ thống TĐTL mạch nâng hạ thùng xe Kamaz................................................... 13
Sơ đồ hệ thống TĐTL mạch nâng thùng xe Belaz 7522................................................. 14
Các dạng của bơm bánh răng 1 cấp ................................................................................... 15
Nguyên lý cấu tạo bơm bánh răng ăn khớp ngồi............................................................ 16
Hình ảnh mơ phỏng kết cấu bơm bánh răng ăn khớp ngoài ........................................... 17
Bơm bánh răng ăn khớp trong kiểu hành tinh .................................................................. 18
Bơm bánh răng ăn khớp trong kiểu lồng........................................................................... 18
Bơm 3 bánh răng ăn khớp ngoài (bơm 3 khoang) ...................................................... 19
Bơm bánh răng 3 cặp bánh răng ghép nối.................................................................... 20
Mài mòn răng do dầu bẩn.............................................................................................. 21
Mài mòn cổ trục do dầu bẩn.......................................................................................... 22
Mài mòn bạc số 8 do hạt kim loại................................................................................. 22

Lắp ráp sai giữa căn số 8 và vỏ bơm............................................................................. 24
Hỏng bề mặt buồng bơm ............................................................................................... 25
Hỏng trục do thiếu dầu bôi trơn..................................................................................... 26
Căn số 8 hỏng do quá nhiệt............................................................................................ 27
Trục bơm làm biến dạng liên kiết với bánh răng......................................................... 27
Kết cấu của thùng xe Benlaz 7522..................................................................................... 29
Tọa độ trọng tâm của các hình............................................................................................ 30
Trọng tâm toa xe M và các điểm chịu lực......................................................................... 34
Trọng tâm toa xe M và các điểm chịu lực......................................................................... 35
Sơ đồ cấu của hai loại bơm bánh răng.............................................................................. 36
Hiện tượng kẹt chất lỏng ở chân răng................................................................................ 37
Các đường đặc tính của bơm bánh răng............................................................................ 38
Sơ đồ kết cấu của máy bơm 3 bánh răng........................................................................... 38
Sơ đồ nguyên lý máy bơm bánh răng 3 cấp...................................................................... 39
Kết cấu của máy bơm bánh răng........................................................................................ 45
Đường đặc tính của bơm bánh răng................................................................................... 46
Bạc lót trục răng ................................................................................................................... 50
Cách khắc phục hiện tượng kẹt chất lỏng ở chân răng .................................................... 50
Sơ đồ kết cấu của máy bơm 3 bánh răng........................................................................... 51
Sơ đồ nguyên lý máy bơm bánh răng 3 cấp...................................................................... 51
Lực tác dụng lên bánh răng................................................................................................. 52
Mô men cản tác dụng lên trục............................................................................................ 53
Sơ đồ đặc tính mơ men tức thời của bơm bánh răng........................................................ 53

4


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài: Theo lịch khai thác quy hoạch phát triển ngành Than Việt
Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030, sản lượng than khai thác năm 2013 dự

kiến khoảng 55 triệu tấn, năm 2015 đạt khoảng 60 triệu tấn, đến năm 2020 sản lượng than dự
kiến đạt 62,5 triệu tấn. Xu hướng sản lượng than khai thác hầm lò sẽ vượt sản lượng khai thác
than lộ thiên. Tuy nhiên, các mỏ than lộ thiên lớn như Cao Sơn, Đèo Nai, Cọc Sáu ... vẫn duy
trì khai thác với sản lượng hàng triệu tấn năm. Cùng với việc khai thác than thì các mỏ lộ thiên
khai thác quặng cũng giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân;
Để phục vụ việc vận tải than, khoáng sản hiện chúng ta phải nhập khẩu nhiều ơ tơ vận
tải từ cỡ trung bình đến cỡ nặng từ nhiều hãng khác nhau. Trong đó, hệ thống điều khiển
truyền động thủy lực của các loại xe trên rất hiện đại và phức tạp. Các máy bơm bánh răng cấp
dầu cho các hệ thống truyền động thủy lực nâng hạ thùng, cho cơ cấu trợ lái, cho một số bộ
phận khác... Do đặc thù công việc là thời gian làm việc liên tục với chế độ tải nặng, mơi trường
bụi bẩn, địa hình dốc nên sự mịn hỏng của các chi tiết thủy lực xảy ra nhanh sau một thời gian
vận hành. Nên ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm việc và tuổi thọ của bơm bánh răng cấp dầu;
Xuất phát từ điều kiện thực tế trên và nhằm nâng cao hiệu quả làm việc và tuổi thọ của
bơm bánh răng. Đề tài: “ Nghiên cứu chế độ làm việc của máy bơm bánh răng trong hệ thống
truyền động thủy lực trên ô tô vận tải mỏ và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả làm việc của
chúng” được đặt ra là cần thiết và có ý nghĩa thực tế.
1. Mục đích của đề tài (các kết quả cần đạt được)
- Nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực trên một số máy khai thác và ô tô vận tải mỏ;
- Nghiên cứu các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến chế độ làm việc của máy bơm bánh răng;
- Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của máy bơm bánh răng.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các hệ thống truyền động thủy lực trên ô tô vận tải mỏ;
- Nghiên cứu các điều kiện làm việc của máy bơm bánh răng trong hệ thống thủy lực
của ô tô vận tải mỏ. Từ đây xác định các yếu tố cơ bản có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc và
tuổi thọ của máy bơm.
3. Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết
- Khảo sát tình hình sử dụng các loại ơ tơ vận tải và các máy khai thác mỏ có hệ thống
thủy lực tại vùng Quảng Ninh;
5

- Nghiên cứu sự làm việc của các hệ thống truyền động thủy lực trên các máy khai thác
và ô tô vận tải mỏ;
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố chính đến hiệu quả làm việc và tuổi thọ của
máy bơm bánh răng trong hệ thống truyền động thủy lực mạch nâng hạ thùng xe trên ô tô vận
tải mỏ;
- Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả làm việc và tuổi thọ của máy bơm.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Khảo sát thực tế về sự làm việc của các máy khai thác và ô tô vận tải mỏ có hệ thống
truyền động thủy lực;
- Nghiên cứu sự làm việc của hệ thống truyền động thủy lực ở các máy mỏ nói trên;
- Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực tế, sau đó phân tích và tổng hợp kết quả, rút ra
nhận xét cần thiết.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Dựa vào hiện trạng làm việc của máy bơm bánh răng trên các máy khai thác và ô tô
vận tải mỏ tại vùng Quảng Ninh;
- Dựa vào các tài liệu nghiên cứu lý thuyết và thực tế về truyền động thủy lực và các
loại bơm bánh răng trên Thế giới và ở Việt Nam.
6. Cấu trúc của luận văn
Luận văn được trình bày trong 03 chương, phần mở đầu, kết luận và danh mục các tài
liệu tham khảo;
Trong khoảng thời gian nghiên cứu không dài, luận văn đã đạt được những kết quả
nhất định, tuy nhiên do kiến thức hạn chế nên khơng tránh khỏi những thiếu sót, rất mong
được sự góp ý của các thầy cơ, các đồng nghiệp và bạn bè để luận văn được hoàn thiện hơn.
Luận văn được hồn thành tại Bộ mơn Máy và Thiết bị mỏ - Trường Đại học Mỏ - Địa
chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS Vũ Nam Ngạn.
Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Nam Ngạn đã tận tình giúp đỡ tơi
trong suốt quá trình nghiên cứu và phát triển luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô trong Bộ môn Máy và Thiết bị mỏ - Trường
Đại học Mỏ Địa chất; Phòng sau Đại học - Trường Đại học Mỏ Địa chất, đã tận tình giảng

dạy, tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt thời gian tôi học tập tại trường;
Xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện về thời gian cho tơi hồn
thành luận văn này.
6


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ VẬN TẢI MỎ CĨ SỬ
DỤNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
1.1.

Tình hình sử dụng ơ tơ vận tải mỏ có hệ thống thủy lực tại vùng Quảng Ninh

Các mỏ than vùng Quảng Ninh sử dụng nhiều ơ tơ vận tải cỡ lớn có bố trí hệ thống
truyền động thủy lực (TĐTL) để điều khiển các cơ cấu công tác trên máy. Sau đây là một số ơ
tơ vận tải có hệ thống TĐTL đang sử dụng tại một số mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh như: Cao
Sơn, Đèo Nai, Cọc Sáu, Hà Tu....
TT

1

2

3

Tên thiết bị

Ơ tơ vận tải loại HD

Ơ tơ vận tải loại CAT

Ơ tơ vận tải loại BELAZ

Mã hiệu

Trọng tải (Tấn)

HD - 320

32

HD - 456-5

58

HD - 780-5

91

CAT 773E

58

CAT 777D

70

CAT 777E

93

BELAZ 7522

30

BELAZ 7527

42

BELAZ 7555

55

Và cịn nhiều loại ơ tơ vận tải có trọng tải vừa và trung bình như Kamaz, Scania,
Huyndai, Samsung...
Một số hình ảnh về ơ tơ vận tải mỏ:

7


8


9


1.2.

Một số hệ thống truyền động thủy lực trên ô tô vận tải mỏ

1.2.1. Khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động thủy lực

Hệ thống truyền động thủy lực được cấu tạo từ các mạch thủy lực đơn giản, gồm các
phần tử chính sau:
Bơm thủy lực: là phần tử tạo ra dòng thủy lực áp lưu chuyển động trong hệ thống;
Mạch đường ống: là phần tử kết nối giữa bơm thủy lực và cơ cấu chấp hành thủy lực;
Van các loại: là phần tử lắp đặt trên mạng đường ống dùng để điều tiết dịng thủy lực,
thơng qua điều khiển áp suất, lưu lượng của hệ thống, từ đó điều khiển hoạt động của các cơ
cấu chấp hành.
Cơ cấu chấp hành trong mạch thủy lực và các xi lanh, động cơ điều có nhiệm vụ biến
năng lượng của dịng thủy lực thành chuyển động cơ khí và do đó kéo theo sự hoạt động của
các cơ cấu công tác. Để nâng cao đến hiệu quả làm việc của hệ thống TĐTL chúng ta cần quan
tâm đến tất cả các bộ phận trong hệ thống TĐTL.

10


1.2.2. Một số sơ đồ truyền động thủy lực ở ô tô vận tải mỏ

Hình 1-1

Sơ đồ hệ thống TĐTL lên cầu trục của ô tô

11


Hình 1-2

Sơ đồ hệ thống TĐTL của ơ tơ HD-320

1- Van điều khiển trung tâm; 2- Van điều khiển xi lanh tay lái; 3- Xy lanh tay lái; 4- Xy lanh nâng hạ

thùng xe; 5- Van điều khiển xy lanh nâng hạ thùng xe; 6- Bộ lọc dầu; 7- Thùng dầu; 8,9- Máy bơm
dầu.

Trong hệ thống truyền động thủy lực trên có 02 mạch truyền động thủy lực chính:
- Mạch điều khiển tay lái, bao gồm từ cụm máy bơm 8, 9 đến xy lanh 3 và các phần tử
khác có liên quan;

12


- Mạch điều khiển nâng hạ thùng xe, bao gồm từ cụm máy bơm 8,9 đến 2 xy lanh 4 và
các phần tử thủy lực khác có liên quan.
Ngồi các mạch thủy lực nói trên, ở hệ thống truyền động thủy lực này cịn có các
mạch thủy lực dùng để bảo vệ an tồn cho hệ thống.

Hình 1-3

Sơ đồ hệ thống TĐTL mạch nâng hạ thùng xe Kamaz

1Thùng dầu; 2- Máy bơm dầu bánh răng; 3,4 – Cụm điều khiển máy bơm; 5- Cụm van
điều khiển; 6,7- Cụm điều khiển van; 8- Van áp suất; 9- Bộ lọc dầu; 10- Xy lanh lồng

13


Trên sơ đồ TĐTL trên cho hệ thống nâng hạ thùng xe Kamaz. Nó chỉ có 1 xy lanh
nâng hạ thùng xe 10. Đó là xy lanh lồng 4 cấp.

Hình 1-4

Sơ đồ hệ thống TĐTL mạch nâng thùng xe Belaz 7522

1Máy bơm; 2- Bộ lọc dầu; 3- Thùng dầu; 4,5- Van an toàn; 6- Van điều khiển; 7Xylanh nâng hạ thùng xe; 8,9 – Van tiết lưu; 10- Đường dầu đến phần tử khác.
1.3. Bơm bánh răng và việc sử dụng bơm bánh răng trong hệ thống truyền động thủy
lực của xe ô tô vận tải mỏ
1.3.1. Cấu tạo một số bơm bánh răng trong hệ thống truyền động thủy lực của ô tô vận tải
mỏ

 Phân loại bơm bánh răng:
14


Hình 1-5
Các dạng của bơm bánh răng 1 cấp
Bơm bánh răng có 2 loại:
- Bơm bánh răng ăn khớp ngồi.
- Bơm bánh răng ăn khớp trong,
Khi cần tăng lưu lượng người ta dùng bơm bánh răng có nhiều bánh răng ăn khớp
(bơm nhiều khoang).
 Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng.
Máy thủy lực thể tích làm việc theo nguyên lý chèn ép chất lỏng trong kín thể tích. Với
bơm bánh răng ăn khớp trong và ăn khớp ngoài nguyên lý làm việc như sau:

15


1.3.2. Bơm bánh răng ăn khớp ngồi

Hình 1-6
Ngun lý cấu tạo bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Bơm bánh răng ăn khớp ngồi trên Hình 1-6 gồm: bánh răng chủ động 2, bánh răng bị
động 3. Cửa hút 5 cùng với khoang chứa dầu vào 4. 6 là trục bánh răng chủ động 2.
Bánh răng chủ động 2 được nối với trục chủ động 6 của bơm thông qua then hoa, ăn
khớp với bánh răng bị động 3. Khoang hút A thơng với cửa hút 5 cịn khoang đẩy B thơng qua
cửa đẩy. Khi trục chủ động được dẫn động quay thì bánh răng chủ động quay theo (chiều mũi
tên như Hình 1-6).

16


Hình 1-7

Hình ảnh mơ phỏng kết cấu bơm bánh răng ăn khớp ngoài

1-Đường hút; 2-Kẽ chân răng hút dầu của bánh răng dẫn động; 3- Trục dẫn động; 4-Đưởng ra (đẩy)
của dầu; 5-Trục bị động; 6-Kẽ chân răng hút dầu cua bánh răng bị động.

Chất lỏng chứa đầy ở trong các rãnh răng, chiều quay của các bánh răng chất lỏng được
vận chuyển từ khoang hút đến khoang đẩy vòng theo vỏ bơm. Các khoang hút và khoang đẩy
được ngăn cách với nhau bởi những mặt tiếp xúc của các bánh răng ăn khớp và được coi là
kín. Khi một cặp bánh răng vào ăn khớp chất lỏng bị chèn ép được đưa vào khoang đẩy và dồn
vào cửa đẩy 4 đến cơ cấu chấp hành với áp suất cao, đó là q trình đẩy. q trình hút xảy
trong khoang A. quá trình hút tương ứng với sự ăn khớp của một cặp bánh răng, lúc đó dung
tích của khoang hút tăng, áp suất ở khoang hút giảm hơn áp suất trên mặt thoáng của bể hút, và
chất lỏng sẽ được hút từ bể chứa qua đường ống hút rồi vào bơm. Nếu áp suất của mặt thoáng
là áp suất khí quyển thì áp suất ở khoang hút sẽ là áp suất chân khơng.
Về ngun lý, nếu bơm kín tuyệt đối, nghĩa là giữa khoang hút và khoang đẩy khơng
có sự rò rỉ chất lỏng qua nhau hoặc để rò rỉ chất lỏng ra ngồi, thì áp suất của bơm chỉ phụ
thuộc vào tải.
Trong thực tế, bơm không thể nào hồn tồn kín do khả năng cơng nghệ chế tạo có các

khe hở giữa bánh răng và vỏ bơm nên có sự rị rỉ chất lỏng từ cửa đẩy về cửa hút.
- Để tránh hiện tượng quá tải cho bơm, người ta bố trí van an tồn trên đường ống đẩy.
- Khi muốn tăng lưu lượng cho bơm, thì ta dùng bơm bánh răng nhiều khoang.
- Khi chỉ muốn tăng áp suất thì ta dùng bơm bánh răng nhiều cấp.
17


- Khi tăng độ cứng vững lớn, kích thước nhỏ gọn, ta sử dụng bơm bánh răng ăn khớp
trong.
1.3.3. Bơm bánh răng ăn khớp trong

Hình 1-8

Bơm bánh răng ăn khớp trong kiểu hành tinh

Hình 1-9
Bơm bánh răng ăn khớp trong kiểu lồng
Bơm bánh răng ăn khớp trong kiểu hành tinh thường được dùng trong những trường
hợp yêu cầu độ cứng vững và tiếng ồn nhỏ. Hai bánh răng chủ động 1 và bánh răng bị động 2
luôn luôn đặt lệch tâm. Khi bánh răng chủ động quay (theo chiều trục bơm), kéo theo bánh
răng bị động quay (bánh răng bị động quay được định hướng bởi stato, lưới chắn và chính sự
18


ăn khớp giữa 2 răng với nhau). Nhiệm vụ chính của lưới chắn là ngăn cách khoang hút và
khoang đẩy. tuy nhiên giá thành của loại bơm này cao vì u cầu độ chính xác nên khó gia
cơng.

Hình 1-10 Bơm 3 bánh răng ăn khớp ngồi (bơm 3 khoang)
Trên Hình 1-10 là kết cấu của 1 bơm 3 bánh răng ăn khớp ngoài. Bánh răng chủ động ở

giữa quay, kéo theo 2 bánh răng bị động quay theo chiều ngược lại. vì vậy, các khoang hút
cũng như các khoang đẩy được bố trí chéo góc nhau. Lượng chất lỏng qua 3 bánh răng gấp đôi
lưu lượng của bơm 2 bánh răng, nên loại bơm 3 bánh răng được dùng trong trường hợp yêu
cầu kích thước nhỏ gọn mà lưu lượng lớn. để tránh sự trùng pha của dao động lưu lượng,
người ta thường là số răng của bánh răng chủ động nhiều hơn số răng của bánh răng bị động từ
1 đến 3 răng. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài kiểu này tương đương với 2 bơm bánh răng mắc
song song.

19


Hình 1-11 Bơm bánh răng 3 cặp bánh răng ghép nối
Trên Hình 1-11 thể hiện 3 cặp bánh răng ghép nối tiếp với nhau. Chất lỏng lần lượt đi
qua các cấp do đó áp suất sẽ được tăng lên 3 lần mà lưu lượng không thay đổi.
1.3.4. Ưu nhược điểm của bơm bánh răng dùng trong hệ thống thủy lực của ô tô vận tải.

 Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
- Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ gọn (đặc biệt là bơm bánh răng ăn khớp trong).
- Có khả năng chịu tải trọng trong thời gian ngắn.
 Nhược điểm
- Bơm bánh răng là loại bơm không thực hiện được việc điều chỉnh lưu lượng và áp
suất khi số vòng quay cố định.
- Tạo ra áp suất thấp P = 100 – 150 bar.
- Hiệu suất của bơm thấp h = 0,8 – 0,9
Chính vì các ưu nhược điểm trên nên phạm vị ứng dụng phổ biến trong các hệ thống
truyền động thủy lực thể tích có công suất nhỏ như hệ thống nâng hạ, hệ thống bôi trơn trong
mạch thủy lực, hệ thống liên hợp ben, điều khiển sang hộp số thủy cơ, hộp số tự động.....

20

1.4. Tình trạng mịn hỏng bơm bánh răng trong hệ thống thủy lực xe ô tô ở các mỏ
Việt Nam.
1.4.1. Các vị trí mịn hỏng bơm bánh răng

- Hỏng bánh răng cơng tác như: mẻ răng, cháy rỗ, tróc răng, mòn, trầy xước răng.
- Hỏng trục bánh răng như: cháy, rỗ trục, mòn cổ trục.
- Hỏng bạc trục: Cháy, xước.
- Hỏng do lắp ráp.
- Hỏng ổ bi.
- Hỏng lốc bơm: mòn, mẻ, xâm thực.
- Hỏng các loại zoăng, phớt.
1.4.2. Nguyên nhân gây nên sự mòn hỏng của bơm bánh răng

1.
Mài mòn do dầu bẩn
Dầu bẩn là nguyên nhân thường gặp nhất gây ra hư hỏng bơm bánh răng mà biểu hiện của
nó là khi cơng suất và tốc độ làm việc của hệ thống thủy lực bị yếu đi và chậm lại. dầu bẩn gây
ra hư hỏng toàn bộ các chi tiết của bơm bánh răng, đặc biệt là ở căn số 8, bể mặt cổ trục, bề
mặt răng, bạc, ổ bi, buồng bơm.

Hình 1-12

Mài mịn răng do dầu bẩn

21


Hình 1-13 Mài mịn cổ trục do dầu bẩn

Các hạt bẩn có thể sẵn trong thùng dầu hoặc đi vào trong hệ thống khi làm việc như qua
phớt đầu trục (bị mịn hoặc hỏng) khi bơm hoạt động mơi trường bụi bẩn...
2. Mài mòn do các hạt kim loại
Các hạt kim loại có trong dầu thường là do các chi tiết bị hư hỏng và có trong hệ thống
mà khơng vệ sinh hết. hạt kim loại thường làm cho bơm bị nhanh hư hỏng, nó tùy thuộc vào số
lượng và kích cỡ hạt kim loại có sẵn trong hệ thống thủy lực. hư hỏng do nguyên nhân này
thường được nhận biết bởi rất nhiều các vết cầy xước sâu xoáy tròn trên bề mặt của bạc. nếu
bơm hoạt động nhiều hoặc không phát hiện hư hỏng để dừng lại ngay thì bề mặt bạc sẽ bị cày
xước hồn tồn.

Hình 1-14

Mài mòn bạc số 8 do hạt kim loại
22


Đối với bạc cổ trục và bề mặt làm việc của trục: thường có nhiều vết xước trên bề mặt
làm việc, nó phụ thuộc vào:
- Mức độ nhiễm bẩn của hệ thống thủy lực.
- Áp suất làm việc.
- Tải trọng làm việc trên trục bơm, thường thấy ảnh hưởng nhất đối với bơm nhiều cấp,
khi đố sẽ có cấp bị hư hỏng nhiều do tải trọng trên trục của các tầng khác nhau, phụ thuộc và
bề dày của răng.
Đối với bề mặt cạnh cặp bánh răng ăn khớp (mặt đầu): sẽ bị cày xước thành các vành
nhấp nhô, không phẳng do các hạt bẩn kim loại mài mòn đã làm căn số 8 số 8 bị mòn.
3. Hỏng do lắp ráp

23

Hình 1-15 Lắp ráp sai giữa căn số 8 và vỏ bơm
Lắp ráp bơm vào hệ thống khơng đúng có thể gây ra rất nhiều dạng hư hỏng khác nhau.
Thường gặp nhất là trục bơm lắp quá sát với trục động cơ thơng qua khớp nối. lúc đó trục bơm
sẽ chịu 1 tải trọng lớn, ảnh hưởng trực tiếp lên bạc và nhất là căn số 8 số 8 phía đuôi gây hỏng.
lắp ráp không đúng quy định các chi tiết của bơm sau khi tháo kiểm tra cũng là nguyên nhân
chính gây ra hư hỏng. một số lỗi thường gặp như:
- Lắp ngược căn số 8 hoặc buồng bơm (cửa hút, cửa đẩy).
- Các zoăng phớt và vành làm kín.
- Lực siết bu lơng khơng đều
4. Hư hỏng do dầu có lẫn khí bên trong hoặc do xâm thực.
Xâm thực gây phá hủy bề mặt làm việc của buồng bơm (cửa hút), cặp bánh răng và bạc
(phía rãnh dầu bôi trơn).

24