Bài giảng Truyền động thủy lực và khí nén - Chương 4: Truyền động thủy động

Chương 4

TRUYỀN ĐỘNG THỦY ĐỘNG


4.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRUYỀN ĐỘNG THỦY ĐỘNG

Muốn truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận làm việc của
máy, ngoài cách dùng các loại truyền động cơ khí, điện, khí nén.
Hiện nay người ta hay dùng một loại truyền động mới là: Truyền
động thủy động.
Truyền động thủy động là một thể loại (phương thức) truyền động mà
trong đó người ta dùng chất lỏng làm khâu trung gian để truyền cơ
năng.
Truyền động thủy động xuất hiện do yêu cầu truyền dẫn công suất
lớn với đặc điểm êm và ổn định và dễ tự động hóa mà các loại khác
chưa đáp ứng được.
Thực ra, mỗi loại truyền động đều có ưu nhược điểm riêng, tùy yêu
cầu làm việc của từng loại máy mà sử dụng cho thích hợp.


4.1.1. ƯU ĐIỂM CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY ĐỘNG
1. Dễ thực hiện việc điều chỉnh vô cấp và tự động điều chỉnh vận
tốc chuyển động của bộ phận làm việc trong các máy, ngay cả khi
máy đang làm việc;
2. Truyền được công suất làm việc lớn;
3. Cho phép đảo chiều chuyển động bộ phận làm việc của máy
dễ dàng;
4. Có thể đảm bảo cho thiết bị làm việc ổn định, không phụ thuộc
vào sự thay đổi của tải trọng ngoài;
5. Kết cấu gọn, có qn tính nhỏ do trọng lượng trên một đơn vị

công suất truyền động lớn. Điều này rất có ý nghĩa trong hệ thống
tự động;
6. Do chất lỏng cơng tác trong hệ thống truyền động là dầu
khống nên điều kiện bôi trơn và tự bảo vệ khỏi bị rỉ rất tốt;
7. Truyền động êm, tiếng ồn thấp;
8. Có thể đề phòng sự cố khi máy quá tải.


4.1.2. NHƯỢC ĐIỂM CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY ĐỘNG
1. Vận tốc truyền động bị hạn chế vì phải đề phịng hiện tượng va

đập thuỷ lực, tổn thất thuỷ lực và xâm thực;
2. Khó làm kín các bộ phận làm việc do vậy kết cấu thiết bị cần
phức tạp;
3. Yêu cầu chất lỏng là dầu khoáng làm việc tương đối khắt khe
như độ nhớt phải nhỏ, ít thay đổi khi nhiệt độ, áp suất thay đổi. Dầu
khoáng phải ổn định và bền vững về mặt tính chất hố học; khó bị ơ
xy hố, khó cháy, ít hồ tan nước và khơng khí, khơng ăn mịn kim
loại, khơng độc.
Trên cơ sở của truyền động thuỷ lực thuỷ động, người ta chia ra hai
kết cấu truyền động thuỷ động rõ rệt: Khớp nối thuỷ lực và biến tốc
thuỷ lực (biến mô).
Khớp nối thuỷ lực chỉ làm nhiệm vụ truyền chuyển động, truyền
mômen mà vẫn giữ ngun giá trị mơmen đó.
Biến tốc thuỷ lực (biến mô) làm nhiệm vụ truyền chuyển động nhưng
lại đồng thời thay đổi trị số mômen và kéo theo thay đổi giá trị vận
tốc truyền động.


4.1.1

SƠ ĐỒ KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA TRUYỀN
ĐỘNG THỦY ĐỘNG

Sơ đồ nguyên lý truyền động thủy động tàu thủy


Sơ đồ nguyên lý truyền động thủy động tàu thủy


Hình 4.1 biểu diễn sơ đồ nguyên lý truyền động thủy động trên tàu
thủy để truyền mômen quay từ động cơ đến chân vịt. Ở đây, động cơ
diesel lai bơm ly tâm quay; bơm hút chất lỏng công tác từ két chứa
dầu lên, truyền qua đường ống dẫn, cấp vào tua bin thủy lực, làm
cho chân vịt quay và sau đó chất lỏng trở về két chứa.
Trong thực tế cho thấy rằng hệ thống truyền động như vậy sẽ
cồng kềnh và tổn thất thủy lực rất lớn. Do vậy, các nhà thiết kế đã nối
trực tiếp cửa hút của bơm với cửa thoát của tua bin thủy lực với nhau
và đồng thời đặt cả bơm ly tâm cùng tua bin nằm trong một vỏ. Chính
vì thế mà hệ truyền động không cần đến két chứa chất lỏng, bỏ bớt
được ống dẫn, chi phí tổn thất thủy lực nhỏ mà vẫn đảm bảo nguyên
lý truyền động


KHỚP NỐI THỦY LỰC


KHỚP NỐI THỦY LỰC


KHỚP NỐI THỦY LỰC

Khớp nối thuỷ lực là kết cấu đơn giản nhất của truyền động
thuỷ động. Cũng như các loại khớp nối khác, nó dùng để
truyền mơmen từ trục dẫn đến trục bị dẫn mà không thay đổi
trị số mơmen đó.

Sơ đồ ngun lý khớp
nối thuỷ lực
1. Bơm ly tâm;
2. Tua bin;
3. Trục dẫn;
4. Trục bị dẫn.


NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA KHỚP NỐI THỦY LỰC
Khi động cơ làm việc, bánh bơm quay và truyền cơ năng cho chất
lỏng. Dưới tác dụng của lực ly tâm, chất lỏng chuyển động dọc theo
cánh dẫn từ tâm ra ngoài bánh bơm với vận tốc tăng dần. Sau đó
chất lỏng chuyển sang bánh tua bin, khi qua các cánh tua bin thì chất
lỏng truyền cơ năng cho bánh tua bin đó, làm cho nó quay cùng
chiều với bánh bơm. Do đó, mơmen quay được truyền từ trục dẫn
sang trục bị dẫn. Chất lỏng sau khi ra khỏi bánh tua bin lại trở về
bánh bơm và lặp lại quá trình chuyển động như trên một cách tuần
hồn giữa hai bánh cơng tác.
Như vậy, mỗi phần tử chất lỏng trong khớp nối thuỷ lực thực hiện
đồng thời hai chuyển động: vừa quay vịng tuần hồn theo phương
từ bánh bơm 1 đến bánh tua bin 2, vừa quay quanh trục của khớp
nối. Chuyển động tổng hợp của phần tử chất lỏng trong khớp nối là
hình vịng xoắn ốc.

BIẾN TỐC THỦY LỰC (BIẾN MƠ)
Biến tốc thuỷ lực có nhiệm vụ truyền cơ năng giữa các trục dẫn
cho trục bị dẫn và có kèm theo sự biến đổi mơmen quay.

Sơ đồ nguyên lý biến tốc thuỷ lực
1. Trục dẫn; 2. Trục bị dẫn;
3. Bánh bơm; 4. Bánh phản ứng;
5. Bánh tua bin; 6. Vỏ biến tốc.


BIẾN
TỐC
THỦY
LỰC
(BIẾN
MƠ)

Biến mơ thuỷ lực được phát triển từ khớp nối thuỷ lực. Người ta lắp thêm một chi
tiết ở giữa có tên gọi là Bánh dẫn hướng (4) (Stato). Cấu tạo của các cánh stato có
độ cong sao cho nó dẫn dịng dầu chạy ngược lại về phía Bánh bơm (2) sau khi
thoát khỏi bánh turbin (3) theo chiều quay. Năng lượng thuỷ lực của dòng dầu được
cộng hưởng. Hay là mơ ment xoắn được tăng lên. Hay nói cách khác là lực kéo của
xe được tăng lên đáng kể.


BIẾN TỐC THỦY LỰC (BIẾN MÔ)


BIẾN TỐC THỦY LỰC (BIẾN MÔ THỦY LỰC)

BIẾN TỐC THỦY LỰC (BIẾN MÔ THỦY LỰC)





Biến tốc thuỷ lực có nhiệm vụ truyền cơ năng giữa các trục dẫn cho trục
bị dẫn và có kèm theo sự biến đổi mômen quay. Thông thường, biến tốc
thuỷ lực đơn giản nhất có kết cấu gồm ba bộ phận chính, đó là: bánh
bơm, bánh tua bin và bánh phản ứng. Bánh phản ứng có thể đặt sau
bánh bơm và trước bánh tua bin hoặc đặt sau bánh tua bin và trước
bánh bơm theo chiều đi của chất lỏng trong biến tốc. Bánh phản ứng
đứng yên mà không quay cùng bánh tua bin và bánh bơm, nó chỉ có
nhiệm vụ làm máng dẫn và làm điểm tựa cho việc truyên năng lượng từ
bánh bơm sang bánh tua bin mà nhờ đó biến đổi được trị số mơmen khi
truyền động.
Khi bánh bơm quay bởi động cơ lai, chất lỏng dưới tác dụng của lực ly
tâm đi ra ngoài theo biên dạng của bánh bơm với vận tốc tăng dần. Dòng
chất lỏng có một vận tốc nhất định đi vào bánh phản ứng. Do bánh này
được giữ cố định nên chất lỏng khơng trao đổi năng lượng cho nó mà chỉ
biến đổi từ động năng thành áp năng và vì thế mà giá trị mômen trên trục
tua bin được tăng lên.


Có trường hợp, người ta để cho bánh phản ứng quay tự do cùng
bánh bơm và bánh tua bin, khi đó bánh phản ứng khơng có tác dụng
làm điểm tựa nữa. Kết quả là biến tốc trở thành khớp nối thuỷ lực
thông thường. Trong khi làm việc của biến tốc, người ta có thể điều
khiển bánh phản ứng thay đổi góc đi của chất lỏng để thay đổi tỷ số

truyền cho biến tốc.
Biến tốc thuỷ lực có tính chất tự động điều chỉnh mơmen và số vịng
quay của bánh tua bin theo sự thay đổi của mômen cản trên trục bị
dẫn. Khi biến tốc làm việc ổn định, mômen tác dụng lên bánh tua bin
luôn luôn bằng mômen cản tác dụng lên trục bánh bị dẫn. Nếu
mômen cản tăng, lớn hơn mơmen tác dụng lên bánh tua bin thì bánh
đó quay chậm lại. Khi đó mơmen quay của bánh tua bin sẽ tự động
tăng lên cho đến khi cân bằng với mômen cản như trong khớp nối
thuỷ lực.


4.1.2 CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN
CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY ĐỘNG

Công suất làm việc trên trục dẫn (trục bơm):

QHB
NB 
BP
Trong đó:

Q - Lưu lượng chất lỏng từ bánh bơm vào bánh tua bin;
HB - Cột áp do bánh bơm tạo ra;
B - Hiệu suất của bánh bơm;
P - Hiệu suất của bánh phản ứng;
 - Trọng lượng riêng của chất lỏng làm việc.


CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN
CỦA TRUYỀN ĐỘNG THỦY ĐỘNG

Công suất làm việc trên trục bị dẫn (trục tua bin):

NT  QHBT
Trong đó:

T - Hiệu suất bánh tua bin.

Thay trị số của HB và tính tốn, ta có: NT = B.P.T.NB
Nếu gọi  = B. P. T là hiệu suất tồn phần của truyền động thì ta có:
NT

NB


Ở mọi chế độ làm việc ổn định, phương trình cân bằng năng lượng được biểu
diễn như sau:
NB = NT + NW
Trong đó

NB = QHB
NT = QHT
NW - Cơng suất tổn thất qua khớp nối hay biến tốc;

Q - Lưu lượng công chất qua bánh bơm vào bánh tua bin;
HB - Cột áp của bánh bơm;
HT - Cột áp của bánh tua bin.


Hệ số biến tốc K: đặc trưng cho khả năng biến đổi mômen quay của

biến tốc thuỷ lực:
MT MT
 .n
; Do N  M .  M.
K

30
M B MB
MT NT nB 
Nên K 

. 
M B NB nT i

Tỷ số truyền i: đặc trưng cho khả năng biến đổi vận tốc quay của trục
bị dẫn so với trục dẫn của biến tốc thuỷ lực

nT
i
nB
NT MT nT
Hiệu suất  của biến tốc thuỷ lực:  

 K.i
NB M BnB