Bơm thủy lực mạch kín

BƠM THỦY LỰC MẠCH KÍN

Khái niệm bơm thủy lực mạch kín (closed-loop pump) xuất hiện trong các hệ thống truyền động thủy lực hiện đại. Chúng ta hãy cùng phân tích nguyên lý hoạt động và kết cấu của lọai bơm này.

Trước tiên, cần phải phân biệt rõ khái niệm: Mạch thủy lực kín (closed-loop) và mạch hở (open-loop) trong kỹ thuật truyền động thủy lực.

Hình vẽ dưới đây cho ta sự so sánh giữa hai khái niệm cơ bản này:

Ở hình trên mô tả nguyên lý hoạt động của mạch hở trong đó bơm thủy lực hút từ thùng dầu, chuyển qua van phân phối tới cửa vào motor thủy lực và trở về hoàn toàn thùng dầu. Chiều quay của motor, do đó, sẽ được điều khiển bởi van phân phối. Bơm thủy lực có đường hút và đường đẩy dầu phân biệt rõ ràng.

Hình dưới mô tả hoạt động mạch kín trong đó cửa dầu ra của motor được nối trực tiếp với cửa vào của bơm dầu. Do đó toàn bộ lượng dầu được đưa ra khỏi bơm sẽ lại chuyển về từ motor mà không cần qua thùng dầu. Trên thực tế, vẫn có một lượng dầu rò rỉ trong mạch kín qua các chi tiết chuyển động cơ khí và để duy trì một áp suất cần thiết ở phía thấp áp của mạch, cần có một bơm nhồi cung cấp dầu thủy lực bổ sung từ thùng dầu bên ngoài.

So sánh với mạch hở, mạch kín có những ưu điểm nổi bật như sau:

- Đường dầu cao áp có thể cấp tới motor từ hai phía cửa dầu nhờ thay đổi góc nghiêng so với trục của cụm piston (vì vậy bơm mạch kín không có khái niệm đường hút - đường đẩy). Như vậy sẽ không cần có cụm van phân phối để thực hiện yêu cầu đổi chiều quay.

- Hiệu suất truyền thủy lực của toàn mạch cao hơn hẳn so với mạch hở. Áp suất làm việc cũng cao hơn.

- Bố trí thiết bị và kết nối đường ống gọn và dễ dàng. Các chi tiết trong mạch đơn giản và kích thước thùng dầu, lượng dầu sử dụng giảm đi rất nhiều.

Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của mạch kín so với mạch hở là bơm không thể sử dụng cho nhiều chức năng, cơ cấu khác nhau trong cùng một hệ thống. Ngoài ra, do lượng dầu truyền động bị đóng kín trong mạch với số lượng rất nhỏ nên nhanh chóng bị nóng dầu và sẽ là nguy cơ gây ra các hư hỏng nghiêm trọng khi thiết bị làm việc ở tốc độ cao, tải trọng lớn trong thời gian dài.

Thủy lực mạch kín thường được sử dụng trên các thiết bị thi công nặng cho hệ thống di chuyển, tời hàng, quay tháp... nhờ khả năng thay đổi chính xác lực và tốc độ làm việc một cách dễ dàng khi so sánh với các phương án truyền động điện, cơ khí khác.

Tiếp theo chúng ta cùng phân tích các bộ phận cơ bản của một bơm piston thay đổi lưu lượng sử dụng trong mạch kín.

Hình vẽ dưới đây thể hiện bơm - motor thủy lực trong mạch kín:

Bơm piston mạch kín thường bao gồm:

- Bơm chính kiểu piston thay đổi lưu lượng: Bơm này có hai đường dầu A-B được nối với motor thủy lực để tạo thành mạch dầu làm việc kín (đường dầu ra khỏi bơm rồi lại trở lại toàn bộ).

- Bơm nhồi kiểu bánh răng (thường được lắp đồng trục phía ngay sau đuôi bơm chính). Bơm nhồi đóng vai trò bổ sung dầu (vào nhánh áp suất thấp nhờ các valve một chiều) và cấp tín hiệu điều khiển thay đổi lưu lượng làm việc của bơm chính. Áp suất làm việc của bơm nhồi sẽ được giới hạn bởi một valve áp suất (Charge pump relief).

- Để giới hạn áp suất làm việc trong mạch của bơm chính, sẽ có hai valve áp suất tại hai cửa A-B của bơm. Nếu xảy ra sự quá áp, dầu sẽ được xả thẳng từ nhánh áp suất cao về nhánh áp suất thấp của bơm chính để bảo vệ bơm/motor trong mạch truyền động.

- Vì tính chất của hệ thủy lực mạch kín là thể tích dầu hoạt động trong mạch chính rất ít nên dưới tác dụng của tải, nó sẽ bị nóng lên nhanh chóng. Do đó cần phải có một cụm valve xả bớt lượng dầu nóng trong mạch ra ngoài để nhằm thay thế chúng bởi một lượng dầu mới mát hơn từ thùng chứa bên ngoài thông qua bơm nhồi.

- Lượng dầu bị xả bỏ từ mạch kín thường được đưa ra vỏ bơm/motor, cùng với lượng dầu rò rỉ đi qua một bộ làm mát dầu (thường bằng không khí) và trở về thùng chứa.

Trên thực tế sử dụng, bơm chính - bơm nhồi - valve áp suất bơm nhồi - các valve áp suất bơm chính thường được tổ hợp vào cùng một vỏ bơm nên kết cấu rất gọn, dễ sửa chữa và kiểm tra.

Các trạng thái làm việc của bơm mạch kín: (by R van de Brink)

Trạng thái làm việc không tải (bơm quay không).