BƠM THỦY LỰC TRONG MÁY CÔNG TRÌNH
1) Bức tranh tổng quan
Các loại bơm thủy lực trong lĩnh vực mobile hydraulics (máy đào, xe nâng, máy nông nghiệp, xe cẩu, máy công trình, HST…) đến 99% là bơm thể tích (positive-displacement) vì cần mô-men lớn, phản hồi nhanh, hiệu suất cao ở tốc độ thấp–trung bình.
Chúng có các phân nhóm chính:
- Gear (bánh răng): Bơm bánh răng ngoài (external), Bơm bánh răng trong (internal) (gerotor/geroler).
- Vane (cánh gạt): cố định hoặc bù áp (variable/pressure-comp).
- Piston (pít-tông):
- BƠM hướng trục (Axial piston): swashplate (đĩa nghiêng), bent-axis (trục cong).
- BƠM hướng kính (Radial piston): kiểu tay biên/trục lệch tâm hoặc case-rotating.
- Đặc thù của hệ thống thủy lực trong máy công trình: tích hợp charge pump, through-drive, load-sensing (LS), torque limiter, electro-hydraulic proportional control, HIC/valve plate tối ưu NVH, phớt chịu rung, cấp lọc khắt khe (ISO 4406).
Loại bơm & hệ thống
- PD (Positive Displacement): Bơm thể tích – lưu lượng tỷ lệ với số vòng quay.
- VDP (Variable Displacement Pump): Bơm thay đổi lưu lượng riêng (cc/vòng) nhờ điều chỉnh góc nghiêng.
- FD (Fixed Displacement): Bơm lưu lượng cố định.
- OC (Open Center): Mạch hở, dầu hồi tự do khi van trung tính.
- CC (Closed Center): Mạch kín, bơm giữ áp, lưu lượng theo nhu cầu.
- LS (Load Sensing): Cảm biến tải, giữ ∆p cố định giữa bơm và tải để tiết kiệm năng lượng.
- HST (Hydrostatic Transmission): Truyền động thủy tĩnh, thường dạng bơm ↔ motor kín.
- PC (Pressure Compensator): Bù áp, bơm tự giảm lưu lượng khi đạt áp suất đặt.
- HP Control (Horsepower Control): Điều khiển công suất không vượt quá giới hạn động cơ.
- Torque Limiter: Giới hạn mô-men trục, tránh “chết máy” động cơ.
- EPC (Electro-Proportional Control): Điều khiển tỉ lệ bằng van điện từ & ECU.
- IMV (Independent Metering Valve): Van chia tách độc lập cổng vào/ra, giảm thất thoát tiết lưu.
- CP (Charge Pump): Bơm nạp/charge – cấp dầu bù, pilot, làm mát cho mạch kín.
- Pilot line: Đường tín hiệu điều khiển áp thấp (10–40 bar).
- Main line: Đường dầu chính (áp cao 200–400 bar).
- Case drain: Đường hồi dầu rò rỉ từ thân bơm/motor về thùng.
- ηv (Volumetric Efficiency): Hiệu suất thể tích (tỉ lệ giữa Q thực / Q lý thuyết).
- ηm (Mechanical Efficiency): Hiệu suất cơ học (tỉ lệ giữa mô-men thực tế / lý thuyết).
- Q (Flow rate): Lưu lượng.
- p (Pressure): Áp suất.
- T (Torque): Mô-men.
- NVH (Noise, Vibration, Harshness): Độ ồn – rung – thô ráp.
- HIC (Hydraulic Integrated Circuit):
Nghĩa là “mạch thủy lực tích hợp”. Thay vì dùng nhiều van rời, nhà sản xuất sẽ gia công block nhôm/thép và khoan lỗ tích hợp sẵn nhiều mạch van (relief, check, LS shuttle, unloading...).
2) BƠM BÁNH RĂNG (Gear pump)
2.1 Bánh răng ngoài (External gear)
- Ưu: rẻ, gọn, chịu bẩn tốt, khởi động lạnh ổn, dễ song song nhiều nhánh, NVH trung bình.
- Nhược: hiệu suất < bơm piston, rò rỉ nội tăng theo áp, khó điều chỉnh lưu lượng (thường fixed displacement).
- Dải điển hình: 100–250 bar (đỉnh 280–300 bar), 5–150 cm³/vg, 500–3000 vg/ph, ηv\eta_vηv ~ 0.85–0.92, ηm\eta_mηm ~ 0.85–0.92.
- Ứng dụng: lái trợ lực, nâng hạ nhẹ, pilot, quạt dầu, circuit phụ, máy kéo nhỏ.
- Ưu: hút tốt (suction), êm hơn external gear, lưu lượng mượt, gọn.
- Nhược: áp cao hạn chế hơn bơm piston, nhạy dung sai dầu hơn external gear.
- Dải: 80–210 bar (đỉnh ~240 bar), 3–90 cm³/vg, NVH tốt.
- Ứng dụng: fan drive, bơm pilot, bơm charge cho HST, phụ trợ nông nghiệp.
- Ưu: NVH rất tốt (êm), lưu lượng ổn định, có biến thiên lưu lượng dạng pressure-compensated (máy công trình dùng ít hơn công nghiệp).
- Nhược: nhạy bẩn/khô dầu, tuổi thọ giảm trong môi trường rung sốc, áp đỉnh hạn chế so với piston.
- Dải: 100–210 bar (đỉnh 240 bar), 10–200 cm³/vg.
- Ứng dụng: nơi ưu tiên êm, nhiệt–áp vừa (xe nâng, hệ phụ).
- Ưu: áp cao, hiệu suất cao, điều khiển đa dạng: PC (pressure comp), LS, torque-limiting, horsepower-control, electronic EPC, hỗ trợ through-drive, charge pump tích hợp, đáp ứng động tốt.
- Nhược: đắt, nhạy sạch dầu & bọt khí, lắp đặt/inlet phải chuẩn để tránh xâm thực.
- Dải: 250–350 bar liên tục (đỉnh 380–420+).
- Ứng dụng: máy đào, máy xúc lật, HST fan, cần cẩu, máy rải, xe chuyên dụng.
- Ưu: truyền lực thẳng hơn, hiệu suất cơ cao, tuổi thọ tốt khi duty nặng, NVH tốt ở tải cao.
- Nhược: kích thước cồng kềnh, bố trí không linh hoạt bằng swashplate, giá cao, phụ tùng chuyên biệt.
- Dải: áp & hiệu suất tương tự swashplate; thường gặp ở motor hơn là bơm (nhưng có bơm bent-axis).
- Ứng dụng: HST nặng (travel, swing), tời, quay toa tốc độ cao mô-men lớn.
- Ưu: mô-men lớn ở tốc độ rất thấp, chịu áp siêu cao, tự mồi tốt, độ bền cao, hiệu suất rất cao.
- Nhược: giá cao, kích thước/khối lượng lớn, giới hạn tốc độ quay, NVH tùy cấu hình.
- Dải: 350–450+ bar làm việc, 5–500+ cm³/vg, tốc độ thấp–trung bình.
- Ứng dụng: crane outriggers, ép, pilot/tời nặng, hệ thống siêu áp, winch.
- Open-center (OC): hệ thống trung tâm mở, đơn giản, rẻ.
- Closed-center (CC): hệ thống trung tâm đóng; hiệu suất cao.
- Load-Sensing (LS): giữ ∆p không đổi, tiết kiệm nhiên liệu.
- Negative Flow Control: điều khiển âm; cung cấp lưu lượng theo nhu cầu sử dụng, tiết kiệm nhiên liệu.
- Positive Flow Control: điều khiển dương cung cấp lưu lượng theo nhu cầu sử dụng, tiết kiệm nhiên liệu.
- Closed-circuit HST (pump ↔ motor): hệ thống thủy lực mạch kín; dùng cho hệ thống di chuyển, quạt làm mát thủy lực.
- Electro-hydraulic (EHS/EHPU): bơm điều khiển bằng điện tử.
- Digital Displacement / DDP (mới): đóng/mở pít-tông bằng solenoid tốc độ cao → hiệu suất bán phần tải vượt trội, nhưng giá & độ phức tạp cao.
9) Hư hỏng điển hình & chẩn đoán nhanh
- Xâm thực/Cavitation: rỗ bề mặt, ồn “sôi”, lưu lượng tụt → kiểm tra đường hút (lọc, kín khí, mức dầu, độ nhớt khi lạnh), NPSH.
- Mài mòn do bẩn: bánh răng “rỗ”, tấm van; piston xước → kiểm tra lọc, thay dầu đúng giờ.
- Quá nhiệt: dầu sậm màu, mùi khét → kiểm công suất thất thoát (throttle nhiều), két làm mát, LS set quá cao.
- Rò rỉ nội tăng: lưu lượng không lên ở áp cao → kiểm góc nghiêng/điều khiển, mòn block/plate (piston).
- Run-out & lệch đồng tâm: rung, vỡ phớt trục → căn tâm & giá đỡ, mềm khớp nối.
- Điện/điều khiển: EPC coil, cảm biến LS/áp, connector ẩm → đo dòng/điện trở, thay thế chuẩn IP.
- Vane/Internal gear êm nhất ở áp vừa.
- Axial piston êm nếu tấm van tối ưu, đường ống có accumulator/volume tuning.
- Giảm ripple: tối ưu góc tấm van (timing), chống cộng hưởng trên ống cứng, kẹp ống hợp lý.
- Digital Displacement (DDP): hiệu suất bán phần tải cao, phù hợp chu kỳ xe công trình → tiềm năng tiết kiệm nhiên liệu 10–30% tùy chu kỳ.
- E-pumps & electro-hydraulic: dùng motor điện + inverter, start/stop tức thời, map công suất mềm dẻo, hỗ trợ hybrid.
- IMV/Independent Metering (ở MCV): giảm tổn thất tiết lưu, đòi hỏi bơm & điều khiển tương thích.
