[PHẦN 1] Biến Mô Thuỷ Lực Gì Là? Có Đặc Điểm Chung Nào?

Biến mô thủy lực được phân loại như thế nào? Hãy cùng B2bmart tìm hiểu các ứng dụng của biến mô thủy lực trên ôtô và máy công trình. Do yêu cầu làm việc với nhiều máy khác nhau nên biến mô thủy lực có rất nhiều loại khác nhau về tên gọi, kết cấu và tính chất làm việc. Thường biến mô thủy lực được phân loại theo các cách sau:

Theo thứ tự bố trí các bánh trong buồng làm việc của biến mô thủy lực

Theo loại bánh tuốc bin dùng trong biến mô thủy lực

Loại bánh tuốc bin ly tâm, hướng tâm, tâm – trục…

Theo số cấp bánh tuốc bin

Có các loại một cấp, hai cấp và ba cấp.

Hình1: Biến mô thủy lực một cấp       

+ Biến mô thủy lực 2 cấp có một bánh bơm, hai bánh tuốc bin và một hoặc hai bánh phản ứng (hình 2.15).

Hình 2 Biến mô thủy lực hai cấp

+ Biến mô thủy lực 3 cấp có một bánh bơm, ba bánh tuốc bin và hai hoặc ba bánh phản ứng (hình 3). Biến mô thủy lực hai cấp (có hai bánh tuốc bin), ba cấp (có ba bánh tuốc bin) có tác dụng làm tăng hệ số biến mômen K với hiệu suất η tương đối cao. Nhưng người ta cũng không chế tạo biến mô có số cấp lớn hơn nữa vì kết cấu quá phức tạp mà không tăng được các chỉ tiêu kinh tế bao nhiêu.

Hình 3  Biến mô thủy lực ba cấp

Theo số buồng làm việc

Có các loại biến mô một, hai hoặc ba buồng làm việc (hình 4). Biến mô thủy lực có nhiều buồng làm việc dùng để đảo chiều hoặc biến đổi vận tốc trong bộ truyền nhằm đáp ứng yêu cầu cần thiết của truyền động. Đảo chiều hoặc biến đổi vận tốc được nhờ việc đổ đầy hoặc tháo chất lỏng ra lần lượt trong các buồng làm việc.

Hình 4  Biến mô thủy lực có nhiều buồng làm việc

Theo tính chất làm việc của bánh phản ứng

+ Biến mô thủy lực mà bánh phản ứng luôn luôn cố định ở mọi chế độ làm việc. Biến mô có ba bánh thuộc loại này ngày nay rất ít được dùng vì tính năng kỹ thuật thấp.

+ Biến mô thủy lực hỗn hợp khi bánh phản ứng có thể quay được. Loại này có thể làm nhiệm vụ của biến mô thủy lực và cũng có thể làm nhiệm vụ của khớp nối thủy lực bằng cách tự động chuyển từ chế độ làm việc này sang chế độ làm việc khác. Nó được dùng phổ biến vì có nhiều ưu điểm.

Bánh phản ứng có thể quay để khi tỉ số truyền đạt tới trị số quy định và hiệu suất giảm tới mức cho phép thì bánh phản ứng bắt đầu tự động quay tự do trong dòng chất lỏng. Lúc bấy giờ biến mô thủy lực chuyển sang chế độ làm việc của khớp nối thủy lực. Dựa trên nguyên lý bánh phản ứng có thể quay mà người ta đã chế tạo hàng loạt truyền động thủy lực hỗn hợp và truyền động thủy – cơ.

Theo tính chất có đảo chiều chuyển động của trục bị dẫn

Dựa trên tính chất này chia ra thành:

+ Biến mô thủy lực không đảo chiều.

+ Biến mô thủy lực đảo chiều.

Loại đảo chiều chủ yếu dùng trong tàu thủy để làm cho tàu có thể chạy tiến hoặc lùi mà không cần bố trí thêm cơ cấu đảo chiều khác. Kết cấu của nó có hai buồng làm việc, một cái chứa các bánh công tác dùng cho chạy tiến, một cái dùng cho chạy lùi. Tùy theo vị trí khóa phân phối mà chất lỏng làm việc được chuyển từ buồng này sang buồng khác thích hợp với yêu cầu tàu tiến hoặc lùi.

Theo tính chất kết hợp với các loại truyền động khác (điện, cơ khí,…)

Ta có các truyền động liên hợp như truyền động liên hợp điện – thủy, thủy – cơ…

Một nhược điểm lớn của biến mô thủy lực là chỉ có thể thay đổi mômen quay trong giới hạn nhất định (trung bình khoảng 2 đến 3 lần), nếu tăng hơn nữa hiệu suất truyền động sẽ rất thấp.

Ứng dụng của biến mô thủy lực trên ôtô và máy động lực 

Biến mô thủy lực với hai chức năng chính là tăng mômen quay trên trục bị dẫn và tự động thay đổi vô cấp vận tốc trục bị dẫn có ý nghĩa ứng dụng rất lớn trên ôtô và máy động lực vì những ưu điểm nổi trội của cơ cấu truyền động thủy động so với các cơ cấu truyền động cơ khí thông thường:

• Truyền mômen rất êm dịu, giảm tải trọng động, tăng khả năng thông qua khi ôtô chuyển động trên đất xốp, lầy lội, tăng tuổi thọ các chi tiết.
• Cho phép khởi động hoặc dừng ôtô ngay khi đang gài số.
• Dễ dàng thực hiện việc điều chỉnh vô cấp.
•  Cho phép ôtô chuyển động với tốc độ rất thấp mà động cơ vẫn hoạt động bình thường.
• Dễ tự động hóa việc điều khiển.
• Truyền được công suất làm việc lớn.
• Kết cấu gọn, nhẹ, có quán tính nhỏ do trọng lượng trên một đơn vị công suất của truyền động nhỏ.
• Do chất lỏng làm việc trong truyền động thủy động chủ yếu là dầu khoáng nên dễ có điều kiện bôi trơn các chi tiết.

Tuy nhiên, việc ứng dụng biến mô thủy lực trên ôtô còn tồn tại những nhược điểm:

• Khó làm kín các bộ phận làm việc, chất lỏng làm việc dễ rò rỉ hoặc không khí bên ngoài lọt vào, làm giảm hiệu suất và tính chất làm việc ổn định của biến mô thủy lực. Muốn khắc phục nhược điểm này cần có kết cấu phức tạp và chế tạo khó khăn
• Yêu cầu đối với chất lỏng làm việc thường phức tạp: độ nhớt phải thích hợp và ít thay đổi khi nhiệt độ, áp suất thay đổi, hệ số chịu nén nhỏ, ổn định và bền vững về mặt tính chất hóa học, khó bị oxi hóa, khó cháy, không ăn mòn kim loại, không độc hại…
•  Hiệu suất của biến mô thủy lực chỉ đạt trị số cực đại ở một chế độ làm việc tối ưu (đường cong hiệu suất của biến mô thủy lực có dạng parabol). Ở các chế độ làm việc khác hiệu suất của biến mô thủy lực giảm mạnh. Muốn mở rộng phạm vi làm việc của biến mô thủy lực cần có các biện pháp hoàn thiện về kết cấu của biến mô thủy lực:

– Dùng các cánh dẫn có mép vào cong để giảm tổn thất va đập phụ sinh ra khi biến mô thủy lực làm việc với các chế độ tính toán khác nhau.

– Kết cấu dãy cánh có bản lề tự động thích ứng với dòng chất lỏng khi chế độ làm việc thay đổi.

– Bố trí ly hợp ma sát làm việc trong chất lỏng. Ly hợp này được đặt giữa trục bơm và trục tuốc bin và được đóng lại tự động tại thời điểm số vòng quay trên trục bị dẫn bằng số vòng quay trên trục dẫn. Lúc này mômen được truyền qua ly hợp ma sát. Khi ly hợp ma sát làm việc thì tính chất biến đổi vô cấp của hệ thống truyền lực không còn nữa.

– Dùng bánh phản ứng hai cấp: bao gồm hai bánh phản ứng khác nhau đặt trên các khớp một chiều riêng biệt. Hình (3.1) trình bày đặc tính quy dẫn của biến mô thủy lực có bánh phản ứng hai cấp.

Ở giá trị tỉ số truyền nhỏ (i < i1), cả hai bánh phản ứng đều cố định và có tác dụng như một bánh duy nhất làm thay đổi nhiều hơn hướng của dòng chất lỏng nên hệ số biến mômen có giá trị cao hơn khi chỉ dùng một bánh phản ứng.

Ở giá trị tỉ số truyền i1 < i < iM, nếu chỉ sử dụng bánh phản ứng một cấp thì hiệu suất của biến mô thủy lực bắt đầu giảm rõ rệt. Ở biến mô thủy lực sử dụng bánh phản ứng hai cấp, tại tỉ số truyền trong khoảng i1 < i < iM thì bánh phản ứng cấp thứ nhất sẽ được giải phóng và quay tự do trên trục bị dẫn.

Trong khi đó bánh phản ứng cấp thứ hai vẫn được cố định và vùng làm việc với hiệu suất cao của biến mô thủy lực khi sử dụng bánh phản ứng cấp hai có xu hướng dịch về phía có giá trị tỉ số truyền i lớn hơn. Như vậy việc bố trí thêm một bánh phản ứng trong trường hợp này có tác dụng mở rộng hơn vùng làm việc với hiệu suất cao của biến mô thủy lực.

Kinh nghiệm sản xuất và ứng dụng các biến mô thủy lực đã chỉ ra rằng: sự tăng hiệu suất η nhận được khi sử dụng biến mô thủy lực có bánh phản ứng hai cấp không bù lại được sự phức tạp trong kết cấu. Vì thế hiện nay các ứng dụng của biến mô thủy lực trên các dòng xe hiện đại ít  sử dụng loại bánh phản ứng hai cấp.

– Dùng biến mô thủy lực hỗn hợp có bánh phản ứng có thể quay khi tỉ số truyền đạt tới trị số quy định và hiệu suất của biến mô thủy lực giảm tới mức cho phép thì bánh phản ứng tự động quay tự do trong dòng chất lỏng. Lúc bấy giờ biến mô thủy lực chuyển sang chế độ làm việc của khớp nối thủy lực (có hiệu suất cao hơn).

Hình (3.2) trình bày đường đặc tính của biến mô thủy lực hỗn hợp.

Vì tổng đại số các mômen của các bánh với:

• Ở điểm A (giao điểm hai đường biểu diễn Mt và Mb) ứng với i= iM thì và Mp = 0. Ta có:

• Ở bên trái điểm A (i<iM), do

Nnên Mp <0, do đó nó hướng theo chiều ngược với chiều quay của các bánh bơm và bánh tuốc bin. Trong khu vực đó, bánh phản ứng được giữ cố định (do kết cấu của khớp một chiều không cho phép nó quay) và truyền động thủy động làm việc theo chế độ biến mô thủy lực.

B2bmart.vn đã phân tích những ưu điểm và nhược điểm của biến mô thủy lực ta thấy việc ứng dụng biến mô thủy lực trên ôtô và máy động lực đòi hỏi những biện pháp cải tiến, hoàn thiện hơn về kết cấu nhằm nâng cao hiệu suất làm việc. Để hiểu rõ hơn, ta sẽ tìm hiểu kết cấu các biến mô thủy lực cụ thể ứng dụng trên ôtô ở các dòng xe tải, xe khách và xe du lịch.