EN
Trong một bài viết trước đó, chúng tôi đã thảo luận về các hệ thống bơm thủy lực và nguyên lý làm việc tổng thể của chúng. Để tóm tắt ngắn gọn, một hệ thống thủy lực là công nghệ truyền động truyền năng lượng bằng chất lỏng làm môi trường. Hệ thống này chuyển đổi năng lượng cơ học của động cơ điện thành năng lượng chất lỏng, sau đó truyền năng lượng này đến các bộ phận chấp hành thông qua chất lỏng. Các thành phần chính của một hệ thống thủy lực bao gồm bơm thủy lực, các bộ phận chấp hành (động cơ thủy lực), van và thùng dầu.
Bài viết này sẽ tập trung vào bơm thủy lực và động cơ thủy lực, đồng thời giải thích cách chúng hoạt động cùng nhau trong một hệ thống thủy lực. Chúng ta sẽ bắt đầu với bơm thủy lực.
Phân loại động cơ thủy lực
Động cơ thủy lực thường được chia thành hai nhóm lớn:
Động cơ thủy lực tốc độ thấp mô-men xoắn cao (LSHT)
Động cơ thủy lực tốc độ cao mô-men xoắn thấp (HSLT)
Việc chọn động cơ thủy lực tốc độ thấp cho phép hệ thống tạo ra mô-men xoắn lớn hơn ở tốc độ thấp hơn. Trong hai nhóm này, chúng có thể được phân loại thêm theo cấu trúc thành động cơ bánh răng, động cơ cánh gạt và động cơ piston. Động cơ piston có thể được chia nhỏ hơn thành động cơ piston trục dọc và động cơ piston hướng kính.
Phân loại bơm thủy lực
Các loại bơm thủy lực phổ biến bao gồm:
1. Theo khả năng điều chỉnh lưu lượng:
Bơm lưu lượng thay đổi — Lưu lượng đầu ra có thể điều chỉnh theo nhu cầu
Bơm lưu lượng cố định — Lưu lượng đầu ra là hằng số
2. Theo cấu trúc: Bơm bánh răng, bơm cánh gạt, bơm piston
Bơm bánh răng: Kích thước nhỏ, cấu trúc đơn giản, yêu cầu thấp về độ sạch của dầu, chi phí thấp; tuy nhiên, trục bơm chịu lực không cân bằng lớn, bị mài mòn nghiêm trọng và có lượng rò rỉ lớn.
Bơm cánh gạt: Có thể chia thành loại tác động đơn và loại tác động kép. Chúng có lưu lượng đều, vận hành êm, tiếng ồn thấp, áp suất và hiệu suất thể tích cao hơn so với bơm bánh răng, nhưng cấu trúc phức tạp hơn bơm bánh răng.
Bơm piston: Hiệu suất thể tích cao, rò rỉ thấp, có thể làm việc ở áp suất cao, phù hợp với các hệ thống thủy lực công suất lớn. Tuy nhiên, chúng có cấu trúc phức tạp, yêu cầu cao về vật liệu và độ chính xác gia công, chi phí cao, đồng thời cũng đòi hỏi độ sạch của dầu cao.
Thành phần của bơm thủy lực
Các bơm thủy lực nói chung gồm ba bộ phận chính: khớp nối, thùng dầu thủy lực và bộ lọc.
Khớp nối
Trục dẫn động của bơm thủy lực không thể chịu được lực hướng kính hoặc lực dọc trục, do đó không được phép lắp trực tiếp bánh đai, bánh răng hoặc đĩa xích vào đầu trục. Thông thường, trục dẫn động được nối với trục bơm thông qua một khớp nối.
Nếu do nguyên nhân sản xuất mà độ đồng tâm giữa bơm và khớp nối vượt quá tiêu chuẩn, và có sự lệch lạc trong quá trình lắp ráp, khi tốc độ bơm tăng lên, lực ly tâm sẽ tăng theo, có thể khiến khớp nối bị biến dạng. Sự biến dạng này lại càng làm tăng thêm lực ly tâm, tạo thành vòng xoáy xấu, cuối cùng dẫn đến rung động và tiếng ồn, ảnh hưởng đến tuổi thọ của bơm. Ngoài ra, các yếu tố như chốt khớp nối bị lỏng hay các vòng cao su bị mài mòn mà không được thay thế kịp thời cũng sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của bơm.
Bồn chứa dầu thủy lực
Các chức năng chính của thùng dầu thủy lực trong hệ thống thủy lực là: chứa dầu, tản nhiệt, tách không khí có trong dầu và loại bỏ bọt.
Khi chọn bình dầu, yếu tố đầu tiên cần xem xét là dung tích: đối với thiết bị di động, thường bằng 2-3 lần lưu lượng tối đa của bơm, và đối với thiết bị cố định, thường bằng 3-4 lần. Thứ hai, cần xem xét mức dầu trong bình: khi tất cả các xy-lanh thủy lực trong hệ thống được đẩy ra hết cỡ, mức dầu trong bình không được thấp hơn mức dầu tối thiểu; khi các xy-lanh co lại, mức dầu không được vượt quá mức dầu tối đa. Cuối cùng, cần xem xét cấu trúc của bình dầu: các vách ngăn trong các bình dầu truyền thống không thể lắng cặn hiệu quả, do đó nên lắp một vách ngăn thẳng đứng dọc theo trục dọc của bình dầu. Cần có khe hở giữa vách ngăn này và tấm cuối của bình dầu, để cho phép hai bên vách ngăn thông nhau. Cổng vào và cổng ra của bơm thủy lực được bố trí ở phía đầu vách ngăn không nối liền, nhằm tạo khoảng cách xa nhất có thể giữa dầu vào và dầu hồi. Đồng thời, bình dầu cũng có thể tản nhiệt tốt hơn.
Bộ lọc dầu
Thông thường, các chất nhiễm bẩn có kích thước hạt nhỏ hơn 10 μ μm ít ảnh hưởng đến bơm, nhưng khi kích thước hạt lớn hơn 10 μ μm, đặc biệt là vượt quá 40 μ μm, sẽ ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ của bơm. Các hạt chất nhiễm bẩn rắn trong dầu thủy lực dễ làm tăng tốc độ mài mòn các bề mặt của các bộ phận chuyển động tương đối bên trong bơm. Do đó, phải lắp đặt bộ lọc dầu để giảm mức độ nhiễm bẩn của dầu. Độ chính xác lọc được khuyến nghị như sau: 10~15 μ μm đối với bơm pít-tông trục, 25 μ μm đối với bơm cánh gạt, và 40 μ μm đối với bơm bánh răng. Việc sử dụng bộ lọc dầu độ chính xác cao có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ của các bơm thủy lực.
Chức năng của động cơ thủy lực
Động cơ thủy lực là phần tử chấp hành chuyển đổi năng lượng áp suất của chất lỏng thành năng lượng cơ học, đầu ra mô-men xoắn và chuyển động quay, và giữ một vị trí quan trọng trong các hệ thống thủy lực.
Các động cơ thủy lực nói chung được chia thành hai loại: mô-men thấp và mô-men cao. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển liên tục của công nghệ thủy lực theo hướng áp suất cao và công suất lớn, cũng như việc con người ngày càng quan tâm hơn đến bảo vệ môi trường, các bộ truyền động thủy lực được yêu cầu phải có các đặc tính như độ ồn thấp, ít gây ô nhiễm và vận hành êm ái. Do đó, các động cơ mô-men cao đã trở thành một trong những xu hướng phát triển.
Xét về mặt chuyển đổi năng lượng, bơm thủy lực và động cơ thủy lực là các thành phần thủy lực có thể đảo ngược lẫn nhau: khi cấp chất lỏng làm việc vào bất kỳ bơm thủy lực nào, nó có thể được chuyển thành chế độ hoạt động của động cơ thủy lực; ngược lại, khi trục chính của động cơ thủy lực bị xoay bởi một mô-men ngoại lực, nó cũng có thể được chuyển thành chế độ hoạt động của bơm thủy lực. Điều này là do chúng đều có các yếu tố cấu trúc cơ bản giống nhau: một thể tích kín có thể thay đổi định kỳ và cơ cấu phân phối dầu tương ứng.
Vai Trò Của Bơm Thủy Lực Trong Các Hệ Thống Thủy Lực
Nói một cách đơn giản, bơm thủy lực là thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng thủy lực. Hệ thống truyền động thủy lực sử dụng các loại bơm thủy lực khác nhau để khắc phục tải trọng và đạt được công suất đầu ra.
Ví dụ, trong các hệ thống truyền động thủy lực như máy xúc, bơm thủy lực có trách nhiệm cung cấp áp lực cần thiết để nâng phương tiện hoặc các vật nặng. Hầu hết các máy móc xây dựng hạng nặng đều được trang bị bơm thủy lực, đây là các thành phần cốt lõi của hệ thống thủy lực.
Ngoài các thiết bị lớn, cũng có những bơm thủy lực nhỏ hơn được dùng để vận hành các công cụ thủy lực khác nhau, chẳng hạn như dụng cụ cắt, máy ép, cưa thủy lực, v.v. Tất cả các công cụ này đều phụ thuộc vào bơm thủy lực để hoạt động hiệu quả.
Sự Khác Nhau Giữa Bơm Thủy Lực Và Bơm Thông Thường
Sự khác biệt lớn nhất giữa bơm thủy lực và các loại bơm thông thường nằm ở phương pháp hoạt động. Các bơm thông thường thường duy trì dòng chất lỏng không đổi, trong khi lưu lượng của bơm thủy lực có liên quan mật thiết đến áp suất tải.
Hơn nữa, chức năng của chúng cũng khác nhau: bơm thủy lực phải khắc phục áp suất do tải hệ thống tạo ra, trong khi bơm thông thường chỉ có nhiệm vụ vận chuyển hoặc tuần hoàn chất lỏng một cách liên tục.
Chức năng của động cơ thủy lực
Động cơ thủy lực là một bộ phận chấp hành quay, còn được gọi là bộ truyền động quay. Chức năng chính của nó là chuyển đổi năng lượng thủy lực thành năng lượng cơ học để truyền động cho tải di chuyển.
Công suất đầu ra của một động cơ thủy lực được xác định bởi độ sụt áp và lưu lượng dầu thủy lực. Nói cách khác, công suất đầu ra của động cơ thủy lực tỷ lệ thuận với tốc độ quay của nó.
Nguyên lý làm việc phối hợp giữa bơm thủy lực và động cơ thủy lực
Sau khi hiểu về chức năng của bơm thủy lực và động cơ thủy lực, hãy cùng xem cách chúng hoạt động phối hợp trong một hệ thống:
Đầu tiên, bơm thủy lực chuyển đổi năng lượng cơ học từ một nguồn động lực (như động cơ điện hoặc động cơ diesel) thành năng lượng thủy lực, tồn tại dưới dạng dầu thủy lực chảy.
Tiếp theo, động cơ thủy lực nhận năng lượng thủy lực do bơm thủy lực tạo ra và chuyển đổi nó trở lại thành năng lượng cơ học, được dùng để kéo tải và thực hiện công việc.
Sau khi quá trình chuyển đổi này được hoàn tất bởi động cơ thủy lực, toàn bộ hệ thống đã có năng lượng cơ học cần thiết để thực hiện các nhiệm vụ. Các hệ thống thủy lực được sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày; ví dụ như thang máy, máy bơm nhiên liệu và các thiết bị giải trí đều dựa vào sự phối hợp hoạt động giữa bơm thủy lực và động cơ thủy lực.
Câu hỏi thường gặp (FAQ)
1. Sự khác nhau giữa bơm thủy lực và động cơ thủy lực là gì?
Câu trả lời: Bơm thủy lực chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng thủy lực (chất lỏng có áp suất), trong khi động cơ thủy lực chuyển đổi năng lượng thủy lực trở lại thành năng lượng cơ học (mô-men xoắn và chuyển động quay).
2. Các loại động cơ thủy lực chính là gì?
Câu trả lời: Động cơ thủy lực chủ yếu được chia thành hai loại:
Động cơ tốc độ thấp mô-men xoắn cao (LSHT)
Động cơ tốc độ cao mô-men xoắn thấp (HSLT)
Ngoài ra, theo cấu trúc, chúng bao gồm động cơ bánh răng, động cơ cánh gạt và động cơ piston (bao gồm loại piston trục và loại piston hướng kính).
3. Các loại bơm thủy lực phổ biến và phương pháp phân loại chúng là gì?
Câu trả lời: Bơm thủy lực thường được phân loại theo hai cách sau:
Khả năng điều chỉnh lưu lượng: Bơm biến thiên (có thể điều chỉnh) và bơm cố định (lưu lượng không đổi)
Loại cấu trúc: Bơm bánh răng, bơm cánh gạt, bơm piston.
Bơm bánh răng: Kích thước nhỏ, cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, nhưng mài mòn và rò rỉ cao.
Bơm cánh gạt: Dòng chảy đều, vận hành êm, độ ồn thấp, hiệu suất cao hơn bơm bánh răng, nhưng cấu trúc phức tạp.
Bơm pít-tông: Hiệu suất thể tích cao, rò rỉ thấp, có thể làm việc ở áp suất cao, phù hợp với các hệ thống công suất lớn, nhưng chi phí cao và yêu cầu cao về độ sạch của dầu.
4. Các thành phần của một hệ thống bơm thủy lực là gì?
Trả lời: Một hệ thống bơm thủy lực thường bao gồm:
Khớp nối (nối trục động cơ và trục bơm)
Bể dầu thủy lực (chứa dầu, tản nhiệt, tách không khí và loại bỏ bọt)
Bộ lọc (giảm các hạt nhiễm bẩn rắn trong dầu)
Để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống, cần phải đảm bảo khớp nối được căn chỉnh chính xác, dung tích và cấu trúc bể dầu phù hợp, cũng như lựa chọn bộ lọc có độ chính xác đúng yêu cầu.
5. Động cơ thủy lực đóng vai trò gì trong hệ thống?
Câu trả lời: Một động cơ thủy lực nhận chất lỏng dưới áp suất, chuyển đổi năng lượng thủy lực thành năng lượng cơ học và đầu ra mô-men xoắn cùng chuyển động quay. Công suất đầu ra của nó phụ thuộc vào độ sụt áp của chất lỏng và lưu lượng, do đó khi lưu lượng hoặc áp suất thay đổi, đầu ra của động cơ cũng sẽ thay đổi tương ứng.
6. Bơm thủy lực và động cơ thủy lực hoạt động cùng nhau như thế nào?
Câu trả lời: Trong một hệ thống thủy lực:
Bơm thủy lực chuyển đổi năng lượng cơ học do động cơ sơ cấp cung cấp (ví dụ như động cơ điện hoặc động cơ diesel) thành năng lượng chất lỏng.
Động cơ thủy lực nhận chất lỏng dưới áp suất này và chuyển đổi ngược lại thành năng lượng cơ học để kéo tải.
Thông qua quá trình chuyển đổi năng lượng này, hệ thống có thể đạt được đầu ra cơ học cần thiết.
7. Tại sao độ sạch của dầu và lọc lại cực kỳ quan trọng trong các hệ thống thủy lực?
Câu trả lời: Các hạt rắn trong dầu thủy lực (đặc biệt là những hạt lớn hơn 10 μ μm, đặc biệt là lớn hơn 40 μ m) có thể làm tăng mức mài mòn các bộ phận bên trong của bơm và động cơ, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ. Lắp đặt các bộ lọc với độ chính xác phù hợp (ví dụ: 10-15 μ μm đối với bơm pít-tông trục, 25 μ m cho bơm cánh trượt, 40 μ m cho bơm bánh răng) có thể hiệu quả trong việc duy trì độ tin cậy của hệ thống.
8. Nếu bơm thủy lực của tôi phát ra tiếng ồn hoặc rung động, tôi nên kiểm tra những gì?
Câu trả lời: Những nguyên nhân phổ biến bao gồm:
- Sai lệch về độ đồng tâm giữa bơm và khớp nối/trục
- Tốc độ hoặc tải vượt quá giá trị định mức
- Hút vào không khí hoặc hiện tượng cavitation trong đường hút
- Độ sạch của dầu kém hoặc lượng dầu/sai loại dầu
- Mài mòn hoặc hư hỏng ở khớp nối hoặc các bộ phận bên trong bơm
Giải quyết các vấn đề này giúp giảm tiếng ồn, rung động và kéo dài tuổi thọ bơm.
9. Bơm thủy lực có "tạo ra" áp suất trong hệ thống không?
Câu trả lời: Thực ra, không hoàn toàn đúng. Chức năng chính của một bơm thủy lực là tạo ra lưu lượng; áp suất chỉ hình thành khi lưu lượng này gặp phải sức cản trong hệ thống (như tải, van hoặc bộ truyền động). Do đó, việc quy cho riêng bơm là thiết bị tạo ra áp suất là không chính xác.
10. Các chỉ số hiệu suất của bơm và động cơ thủy lực là gì?
Câu trả lời: Các chỉ số hiệu suất chính bao gồm:
- Hiệu suất thể tích: Lưu lượng thực tế ÷ Lưu lượng lý thuyết
- Hiệu suất cơ học/thủy lực: Mô-men xoắn lý thuyết ÷ Mô-men xoắn thực tế (hoặc liên quan đến tổn thất cơ học)
- Hiệu suất tổng thể: Hiệu suất thể tích × Hiệu suất cơ học/thủy lực