Chương 3 TRUYỀN ĐỘNG TRONG MÁY XÂY DỰNG
3.3. TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC
Truyền động thuỷ lực có tác dụng truyền chuyển động hay công suất từ động cơ đến các bộ phận làm việc của máy hoặc từ trục này đến trục khác, nhờ chất lỏng hay động năng của chất lỏng.
Theo nguyên lý làm việc, truyền động thuỷ lực được chia làm hai loại:
Truyền động thuỷ lực thể tích (thuỷ tĩnh): chất lỏng có áp suất cao và vận tốc nhỏ.
Truyền động thuỷ lực thuỷ động: chất lỏng có áp suất thấp và vận tốc cao.
3.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của truyền động thuỷ lực thể tích:
Hệ thống truyền lực thể tích hay thuỷ tĩnh thường có ba bộ phận chính: bơm (nguồn năng lượng), động cơ thuỷ lực (bộ phận chấp hành) và cơ cấu điều khiển (biến đổi và điều chỉnh năng lượng dùng chất lỏng theo yêu cầu).
Dựa vào dạng chuyển động của động cơ thuỷ lực hay bộ phận chấp hành, có thể chia truyền động thuỷ lực thể tích thành hai loại: chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay.
Truyền động thuỷ lực thể tích, có chuyển động tịnh tiến:
Cấu tạo (hình 3-9) gồm có: bơm 1, van an toàn 2, van phân phối 3, xi-lanh 4, pit-tông 5 và thùng dầu 6.
Khi làm việc, bơm 1 cung cấp dầu hay chất lỏng từ thùng 6 qua phân phối 3 và vào xi-lanh 4 làm cho pit-tông 5 chuyển động tịnh tiến qua lại. Nếu van phân phối 3 ở vị trí như hình 2 thì chất lỏng đi vào khoang bên trái của xi lanh 4 và pit-tông 5 bị đẩy sang phải.
Muốn đảo chiều chuyển động của pit-tông, chỉ cần xoay vị trí van phân phối 3 một góc 900.
Hình 3-9. Truyền động thuỷ lực thể tĩnh, tịnh tiến: 1- Bơm; 2- Van an toàn; 3- Van phân phối; 4- Xi-lanh; 5- Pittông; 6- Thùng chất
1 2
4 3
5
Vậy, trong hệ thống truyền động thuỷ lực này, cơ năng của bơm được biến thành áp năng của chất lỏng. Sau đó, trong xi-lanh 4 hay xi-lanh lực hoặc động cơ thuỷ lực, áp năng của chất lỏng lại được biến thành cơ năng làm cho pit-tông dịch chuyển.
Truyền đông thuỷ lực thể tích, có chuyển động quay:
Truyền động thuỷ lực thể tích, có chuyển động quay (hình 3-10) gồm có: bơm 1, van an toàn 2, van phân phối 3 và động cơ thuỷ lực rô-to 4. Khi làm việc, bơm 1 cung cấp dầu hay chất lỏng từ thùng 5, qua van phân phối 3 vào động cơ thuỷ lực rôto, làm cho rôto quay. Nếu van phân phối ở
vị trí như hình 3-10 thì chất lỏng đi vào động cơ thuỷ lực 4 ở phía trên, làm rôto quay, sau đó chất lỏng ra khỏi động cơ,qua van phân phối 3 trở về thùng 5. Muốn đảo chiều chuyển động của rôto, chỉ cần xoay vị trí của van phân phối 3 một góc 900.
Như vậy, trong hệ thống truyền động thuỷ lực này, cơ năng của bơm được biến thành áp năng của chất lỏng. Sau đó, trong động cơ rô-to, áp năng của chất lỏng lại được biến thành cơ năng, làm cho rôto chuyển động quay.
Truyền động thủy lực có nhiều ưu điểm là điều chỉnh được vận tốc bộ công tác, truyền được công suất lớn, dễ đảo chuyển động. Làm việc ổn định, êm và không phụ thuộc vào tải trọng. Cấu tạo gọn nhẹ, lực quán tính nhỏ, độ chính xác cao, nhạy và an toàn. Biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến dễ dàng, dễ tiêu chuẩn hoá và tự động hoá.
Tuy vậy truyền động thuỷ lực có nhược điểm: Giá thành cao, do yêu cầu chế tạo phải chính xác, khó khắc phục rò rỉ. Tốn năng lượng, khi dầu phải chuyển động trong đường ống. Yêu cầu rất cao về chất lỏng (phải sạch, không ăn mòn, bôi trơn tốt, độ nhớt nhỏ).
3.3.2. Truyền động thuỷ lực thuỷ động:
hệ thống truyền động thuỷ lực thuỷ động là một thiết bị tổ hợp, trong đó chủ yếu có hai máy thuỷ lực cánh dẫn: bơm ly tâm và tua-bin thuỷ lực.
Khớp nối thuỷ lực: Khớp nối thuỷ lực dùng để nối “mềm” và truyền công suất từ
Hình 3-10. Truyền động thuỷ lực thể tích, chuyển động quay:1- Bơm; 2- Van an toàn; 3- Van phân phối; 4- động cơ thuỷ lực rôto; 5- Thùng chất lỏng.
2
3 4 1
5
trục chủ động sang trục bị động nhờ chất lỏng, mà không thay đổi mô-men quay.
Khớp nối thuỷ lực (hình 3-11) gồm có: bánh bơm 1 cố định trên trục dẫn 5 nối liền với động cơ, bánh tua-bin 2 lắp trên trục bị dẫn 4. Vỏ 3 của khớp nối lắp với bánh bơm và tạo thành buồng làm việc chứa chất lỏng. Hai trục dẫn và bị dẫn tách rời nhau. Công suất được truyền từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ sự trao đổi năng lượng giữa hệ thống cánh dẫn với chất
lỏng làm việc. Khi động cơ làm việc, bánh bơm 1 quay và truyền cơ năng cho chất lỏng.
Dưới tác dụng của lực ly tâm, chất lỏng chuyển động dọc theo các cánh dẫn, từ tâm ra ngoài bánh bơm với vận tốc tăng dần. Sau đó,
chất lỏng chuyển sang bánh tua-bin 2, qua các cánh dẫn, làm cho bánh tua-bin quay cùng chiều với bánh bơm. Do đó, mômen quay được truyền từ trục dẫn 5 sang trục bị dẫn 4. Chất lỏng sau khi ra khỏi bánh tua-bin lại trở về bánh bơm và quá trình chuyển động lại lặp lại như trên một cách tuần hoàn giữa hai bánh công tác hay bánh bơm và tua-bin.
Như vậy, mỗi phần tử chất lỏng trong khớp nối thuỷ lực thực hiện đồng thời hai chuyển động: vừa quay vòng tuần hoàn theo hướng từ bánh bơm 1 đến bánh tua-bin 2, vừa quay quanh trục của khớp nối và tạo thành chuyển động tổng hợp của chất lỏng theo vòng xoắn ốc.
Biến tốc thuỷ lực (Biến mô): biến tốc thuỷ lực dùng để nối “mềm” và truyền công suất từ trục chủ động sang trục bị động nhờ chất lỏng, có biến đổi mômen và thay đổi số vòng quay của trục bị động so với trục chủ động.
Biến tốc thuỷ lực (hình 3-12) khác với khớp nối thuỷ lực, ngoài hai bánh công tác (bánh bơm 4 lắp trên trục dẫn và bánh tua-bin 3 lắp trên trục bị dẫn 7), còn có bộ phận dẫn hướng hay bánh phản ứng 5 lắp cố định với vỏ 6 của biến tốc thuỷ lực.
a/ - Sơ đồ nguyên lí Hình 3-11 - Khớp nối thuỷ lực:
1- Bánh bơm; 2- Bánh tua-bin;
3- Vỏ; 4- Trục bị dẫn; 5- Trục dẫn.
nB
nT
3 4
5
Tất cả ba bánh này, đều có các cánh dẫn và được đặt trong vỏ có chứa chất lỏng, tạo thành buồng
làm việc của biến tốc thuỷ lực.
Bộ phận dẫn hướng 5 được gọi là bánh phản ứng vì chất lỏng khi qua bánh này, sẽ truyền cho nó mômen quay, nhưng do nó lai cố định với vỏ nên có tác dụng như một điểm tựa và truyền lại cho chất lỏng mômen động lượng, gọi là mômen phản ứng. Nếu bánh phản ứng quay tự do, nghĩa là không cố định với vỏ, thì mômen quay của trục dẫn truyền cho trục bị dẫn không thay đổi, nghĩa là biến tốc thuỷ lực làm việc như
khối nối thuỷ lực. Biến tốc thuỷ lực làm việc tương tự khớp nối thuỷ lực, chỉ khác có thêm bánh phản ứng, làm biến đổi mômen của trục dẫn hoặc thay đổi hướng và vận tốc của dòng chất lỏng.
Ưu điểm của bién tốc là phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng. Cải thiện được điều kiện khởi động, vì truyền động thuỷ lực thuỷ động, cho phép khởi động ngay cả khi có tải.Giảm tải trọng động và dao động xoắn do nối “mềm” với bộ phận công tác hay tua-bin. Nâng cao độ tin câỵ của các chi tiết cơ cấu hoặc máy, vì có khả năng quá tải cao, nên tuổi thọ của máy tăng, dễ điều khiển tự động.
Nhược điểm của truyền động thuỷ động là hiệu suất thấp, do có sự trượt. Chế tạo khó và đắt hơn bộ truyền cơ khí. Phải có hệ thống làm mát và cung cấp chất lỏng.
b/ - Sơ đồ cấu tạo Hình 3-12. Biến tốc thuỷ lực
1- Bánh đà, 2- Pitông điều khiển, 3- Tuốc bin, 4-Bơm,
5- Bánh phản ứng, 6- Đường dầu vào biến mô, 7- Trục ra, 8- Đường dầu khoá biến mô, 9- Cụm bánh xe quay tự do