1. BÔ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
LUËN V¡N TH¹C Sü Kü THUËT
Nghiªn cøu chÕ ®é lµm viÖc cña m¸y b¬m b¸nh r¨ng trong hÖ
thèng truyÒn ®éng thñy lùc trªn « t« vËn t¶I vµ ®Ò xuÊt
gi¶I ph¸p n©ng cao hiÖu qu¶ lµm viÖc cña chóng
HäC VI£N thùc hiÖn: KS. BïI TIÕN Sü
Hµ Néi-2013

2. Néi dung luËn v¨n gåm 3 ch­¬ng
Ch ­ ¬ n g I:
t æn g q u a n v Ò « t « v Ën t ¶ I m á c ã s ö d ô n g h Ö
t h è n g t r u y Òn ®é n g t h ñ y l ù c
Ch ­ ¬ n g i i :
n g h i ª n c ø u c ¸ c y Õu t è ¶ n h h ­ ë n g ®Õn c h Õ ®é
l µ m v i Öc c ñ a m ¸ y b ¬ m d Çu b ¸ n h r ¨ n g t r ª n h Ö t h è n g t r u y Òn
®é n g t h ñ y l ù c c ñ a « t « m á
Ch ­ ¬ n g III: m é t s è b i Ön ph ¸ p n ©n g c a o h i Öu q u ¶ l µ m v i Öc v µ
t u æi t h ä c ñ a m ¸ y b ¬ m b ¸ n h r ¨ n g

3. CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ VẬN TẢI MỎ CÓ SỬ DỤNG HỆ
THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC
Tình hình sử dụ ng ô tô vậ n tả i mỏ có hệ thố ng thủ y lự c tạ i
vùng Quả ng Ninh
• Các mỏ than vùng Quảng Ninh sử dụng nhiều ô tô vận tải c ỡ lớn
có bố trí hệ thống truyền động thủy lực (TĐTL) để đi ều khi ển
các cơ cấu công tác của máy.
TT
TÊN THIẾT BỊ
1
Ô tô vận tải loại HD
2
Ô tô vận tải loại CAT
3
Ô tô vận tải loại BELAZ
MÃ HIỆU
HD - 320
HD - 456-5
HD - 780-5
CAT 773E
CAT 777D
CAT 777E
BELAZ 7522
BELAZ 7527
BELAZ 7555
TRỌNG TẢI
(Tấn)
32
58
91
58
70
93
30
42
55

4. Mộ t số hệ thố ng truyề n độ ng thủ y lự c trên ô tô vậ n tả i mỏ
1-Van điều khiển
trung tâm; 2- Van điều
khiển xi lanh tay lái; 3Xy lanh tay lái; 4- Xy
lanh nâng hạ thùng
xe; 5- Van điều khiển
xy lanh nâng hạ thùng
xe; 6- Bộ lọc dầu; 7Thùng dầu; 8,9- Máy
bơm dầu

5. Sơ đồ hệ thố ng TĐTL mạ ch nâng thùng xe Belaz 7522
1- Máy bơm; 2Bộ lọc dầu; 3Thùng dầu; 4,5Van an toàn; 6Van điều khiển;
7- Xylanh nâng
hạ thùng xe; 8,9
– Van tiết lưu;
10- Đường dầu
đến phần tử
khác.

6. Bơ m bánh răng và việ c sử dụ ng bơ m bánh
răng trong hệ thố ng truyề n độ ng thủ y lự c

7. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
bánh răng chủ động 2, bánh răng bị động 3. Cửa hút 5 cùng
với khoang chứa dầu vào 4. 6 là trục bánh răng chủ động 2

8. Bơm bánh răng ăn khớp trong
1. B¸nh r¨ng
chñ ®éng;
2. B¸nh r¨ng
bÞ ®éng;
3. Stato;
4. L­íi
ch¾n.

9. Ưu nhược điểm của bơm bánh răng
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
- Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ gọn (đặc biệt là bơm bánh răng ăn
khớp trong).
- Có khả năng chịu tải trọng trong thời gian ngắn.
Nhược điểm
- Bơm bánh răng là loại bơm không thực hiện được việc điều chỉnh
lưu lượng và áp suất khi số vòng quay cố định.
- Tạo ra áp suất thấp P = 100 – 150 bar.
- Hiệu suất của bơm thấp h = 0,8 – 0,9

10. Nguyên nhân gây nên sự mòn hỏng của bơm bánh răng
Mài mòn răng do dầu bẩn
Mài mòn cổ trục do dầu bẩn

11. Các hạt kim loại có trong dầu thường là do các chi tiết bị hư
hỏng và có trong hệ thống mà không vệ sinh hết. hạt kim loại thường
làm cho bơm bị nhanh hư hỏng, nó tùy thuộc vào số lượng và kích cỡ
hạt kim loại có sẵn trong hệ thống thủy lực
Mài mòn bạc số 8 do hạt kim loại
Lắp ráp sai giữa căn số 8 và vỏ bơm

12. Xâm thực gây phá hủy bề mặt làm việc của buồng bơm (cửa
hút), cặp bánh răng và bạc (phía rãnh dầu bôi trơn).
Dầu bôi trơn cần thiết để duy trì một áp suất thủy động giữa
bạc và trục. khi lớp màng dầu này không được duy trì sẽ sinh nhiệt và
gây ra cháy hỏng.
Hỏng bề mặt buồng bơm
Hỏng trục do thiếu dầu bôi trơn

13. Bơm hoạt động quá nhiệt gây ra các vết đen trên bề mặt cạnh
cặp bánh răng và bạc số 8 đồng thời làm cháy hoặc biến cứng các
vòng zoăng làm kín
Căn số 8 hỏng do quá nhiệt
Trục bơm làm biến dạng liên kiết với bánh răng

14. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẾ ĐỘ
LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM DẦU BÁNH RĂNG TRÊN HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC CỦA Ô TÔ MỎ
Phân tích và xác định các kích thước toa xa Benlaz 7522
Bằng cách
đo trực tiếp sau khi
chia toa xe Benlaz
7522 thành các hình
chữ nhật và hình tam
giác sao cho số hình
là ít nhất và có kích
thước chiều dài và
chiều cao, chiều
rộng, các góc liên
quan để tính toán
sau này.

15. Xác định toạ độ trọng tâm và diện tích của toa xe khi không có tải
Muốn tìm tọa độ
trọng tâm M(x, y) khi
không tải, ta gắn hệ
tọa độ OXY và chia
mặt phẳng toa xe
thành các hình chữ
nhật và hình tam
giác sao cho số hình
chia là nhỏ nhất để
thuận lợi cho việc
tính toán sau này.

16. Với toa xe Benlaz ta chia thành hình chữ nhật CDAH và HGLI và 3
tam giác là OCD, AIF, GLF và ứng với các hình nói trên có các tọa độ trọng
tâm M1(x1, y1); M2(x2, y2); M3(x3, y3); M4(x4, y4); M5(x5, y5) và các kích thước
tương ứng của toa xe Căn cứ vào kích thước, hình dạng đã chia các hình ta
đi tìm tọa độ trọng tâm và diện tích của các hình trong đó có hệ tọa độ OXY.
Tọa độ trọng tâm và diện tích của thùng xe được kết quả tại bảng dưới:
M1(200; 486)
S1 = 219000 mm 2
M2(950; 730)
S2 = 1898000 mm 2
M3(2465; 996)
S3 = 913500 mm 2
M4(2550; 380)
S4 = 1444000 mm 2
M5(3732; 496)
S5 = 269420 mm 2
Gọi điểm M(x; y) là trọng tâm của toa xe lúc không tải và tọa độ điểm M:
x = (X1S1 + X2S2 + X3S3 + X4S4 + X5S5) / (S1 + S2 + S3 + S4 + S5)
y = (Y1S1 + Y2S2 + Y3S3 + Y4S4 + Y5S5) / (S1 + S2 + S3 + S4 + S5)
Thay số trên ta được M (1759; 649)

17. Xác định các lực tác dụng của hàng và toa xe lên pittông và
xylanh khi bắt đầu nâng thùng xe.
M
Xác
định
khoảng cách l1 từ
trọng tâm M đến
điểm giữa A của 2
đầu pittông và l2 từ
M đến điểm giữa B
của 2 gối tựa quay
cố định.
Qua tính toán
L1 = 159 mm
L2= 953mm

18. Lấy mô men lực với điểm A ta có:
G.l1 – yB(l1+l2) = 0
Chiếu trên phương y ta có:
G = yA + yB
Từ đó ta nhận được:
yB = (G.l1) / (l1 + l2) = 52.190 N
Với G = Gtoa + G tải
= 65.000 + 300.000 = 365.000 N
yA = G – yB = 365.000 – 52.190
= 312.810 N
Lực tác dụng lên dọc trục pittông là
F thì:
F = yA / cos α = 312.810 / cos 150
Với cos 150 = 0,966 F = 323.820 N
= 33.010 kG
Trọng tâm toa xe M và các điểm chịu lực

19. Nghiên cứu ảnh hưởng của sự kẹt chất lỏng ở chân răng của máy
bơm trong quá trình làm việc
Một hiện tượng xẩy ra trong bơm
bánh răng là sự kẹt dầu ở chân răng
khi hai răng ăn khớp nhau (lúc này
dầu trong đó bị đóng kín). Khi bị kẹt
dầu, sẽ gây ra tải trọng lớn tác động
lên bánh răng, gây nóng dầu ảnh
hưởng lớn đến bề mặt của răng. Khi
dầu bị nóng, chất lỏng bốc hơi sẽ gây
xâm thực trong máy bơm.

20. a) Đồ thị lưu lượng
b) Đường đặc tính của máy bơm bánh răng

21. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM VIỆC
VÀ TUỔI THỌ CỦA MÁY BƠM BÁNH RĂNG
Tính áp suất yêu cầu của máy bơm dầu bánh răng
Vì 2 xylanh – pittông nâng toa xe nên lực tác dụng lên 1 pittông là F/2.
Vậy áp suất tác dụng trong một xylanh là:
Đường kính xylanh đã biết: D = 170 mm
Do đó diện tích tiết diện xylanh là:
D2 /4 = 3,14 . 1702 / 4 = 22686 mm2 = 226,86 cm2
Do đó áp suất yêu cầu trong xylanh khi coi các hiệu suất cơ khí của 2 bên
pittông 1, và coi áp suất phía trên pittông không đáng kể thì:
PXL = = 72,8 kg/cm2
Áp suất yêu cầu tối thiểu của bơm là:
PB = PXL / TL
Với TL : là hiệu suất thủy lực lấy sơ bộ = 0,95 đến 0,98.
Ta có:PB = = 76,63 kg/cm2
Trong thực tế, do xe có thể sử dụng chở vật liệu với khoáng sản nặng và có
trường hợp máy xúc đổ lên xe quá đầy nên áp suất của máy bơm bánh răng
cấp dầu thủy lực cho hai xylanh có thể lấy: PB 100 kg/cm2

22. Tính lưu lượng yêu cầu của máy bơm
Hành trình lớn nhất cả pittông từ khi bắt đầu lên nâng ben đến lúc
đổ hết tải là S = 1061 mm
Thời gian đổ tải t = 20 giây = 20s
Do đó tốc độ trung bình của pittông sẽ là: vtb = S/t = 0,5305 dm/s
Trong thực tế, tốc độ pittông thay đổi trong quá trình xe đổ tải. Ở
đây không có điều kiện khảo sát chi tiết, nên có thể tính toán lựa
chọn lưu lượng của máy bơm như sau:
Lưu lượng dầu yêu cầu đi vào 1 xylanh là:
Q1XL = vtb. Ap = vtb . π D2/4 = 0,5305.2,269 = 1,203 l/s
Q1XL = 1,203 l/s = 72,18 l/ph
Dầu vào 2 xylanh là 2.72,18 =144,36 l/ph
Vậy lưu lượng yêu cầu của bơm là:
QB = QXL /k = QXL / 0,98
k– là hiệu suất lưu lượng của máy bơm:
QB = = 147,3 l/ph
Chọn máy bơm có:Lưu lượng QB = 150 l/ph; Áp suất: PB =100 at

23. Tính toán xác định một số thông số làm việc hợp
lý cho máy bơm dầu bánh răng
Các thông số của bơm để thiết kế:
Lưu lượng yêu cầu của một bơm: Qyc = 169 (l/ph)
Áp suất yêu cầu: Pyc = 146 at
Để tiến hành tính toán các thông số của bơm bánh răng ta chọn số răng
của hai bánh răng là bằng nhau và bằng 8 răng.
Tính môđun của bánh răng
m3 = (25 ÷ 27)3 (Qyc / Z.n)
Với n là số vòng quay của động cơ, n = 1100v/ph
m = (25 ÷27) (169/8.1100)= 5 ÷ 5,4 chọn m = 5
Tính chon chiều rông bánh răng
̣
̣
Bơm hai bánh răng có áp suất làm việc từ P = 20 đến 1540 at thì b
được chọn như sau: b = (4 ÷ 8).5 = 20 ÷ 40. Chọn b = 32mm

24. Tính đường kính đỉnh răng
Để tránh hiện tượng cắt chân răng vì Z < Z min = 17 ta sử dụng cặp bánh
răng dịch chỉnh dương với ξ1 = ξ2
Vậy chọn Z= 8 răng
De = m .(Z + 3) = 5.(8+ 3) = 55mm
Tính khoảng cách tâm của hai bánh răng
A= m(Z+ 1) = 5.(8 +1) = 45mm
Tính đuờng kính vòng cơ sở của bán kính răng
α0 = m.Z.cos α
là góc áp lực của dụng cụ cắt
α0 = 200 vậy: α0 = 5.8.cos 200 = 37,58 mm
Tính góc ăn khớp của bánh răng
cos α = cos α 0.Z/(Z+1) ⇒ α = 33021’

27. Khắc phục hiện tượng kẹt chất lỏng ở chân răng
- Người ta thường giảm khoảng cách giữa đường kính đỉnh của
bánh răng 1 với đường kính chân răng của bánh răng thứ 2 sao cho
khi hai bánh làm việc lượng chất lỏng chiếm ở đây với thể tích ít
nhất và toàn bộ chất lỏng bị răng của bánh đẩy 1 đẩy ra hết.
Gọi là độ hở giữa đường kính đỉnh của bánh răng 1 và đường
kính chân của bánh răng 2 thì ∆ = 0,15 ÷ 0,25 tương đương với mối
ghép L3. Khi chế độ cần giữ nguyên đường kính đỉnh, chỉ tăng
đường kính chân răng:
Di / 2 =A – De /2 = 45 – 55/2 = 17,5
⇒Di = 2.17,5 = 35 – (0,15 0,25)
-Gia công trên hai bạc lót trục răng ở phía dưới của bơm hai rãnh
thoát
- Rãnh thoát trên thành vỏ bơm;
-Rãnh thoát hướng kính ở chân răng và trên trục quay
-Khoan các lỗ khoan hướng kính chân răng. Các lỗ này thông với
các rãnh thoát ở trên trục quay, dẫn chất lỏng đến cửa hút hay cửa
đẩy

28. Lực đẩy hướng kính và mô men quay của bơm bánh răng, tác
hại và cách khắc phục
Theo chiều quay của bơm bánh
răng, áp suất trong các rãnh răng
của bánh răng tăng dần từ khoang
hút đến khoang đẩy. Áp suất được
phân bố tuyến tính từ khoang hút A
đến khoang đẩy B tương đương với
hợp lực F tác dụng lên các ổ đỡ theo
phương hướng kính.
Cũng áp suất chênh lệch này tác
dụng theo phương vòng sẽ gây nên
mô men cản (hay mô men quay) mà
tích số M.wchính là công suất trên
trục bơm ( w là vận tốc góc của trục
bơm).

29. Cách khắc phục dao động lưu lượng ở máy bơm bánh răng
- Dao động lưu lượng và dao động áp suất là những hiện tượng không
mong muốn đối với hệ thống chuyển động thủy lực. Đối với bơm bánh
răng, để giảm biên độ dao động người ta thường dùng các biện pháp
sau:
Tăng số Z: biện pháp này có nhược điểm là phải tăng đường kính bánh
răng.
- Dùng bánh răng nghiêng: đối với bánh răng nghiêng, sự vào khớp và ra
khớp không thực hiện toàn bộ chiều dài răng mầ tiếp xúc từ từ. Vì vậy,
lưu lượng của bơm đều hơn và bơm làm việc êm hơn. Nhược điểm của
bơm bánh răng nghiêng là xuất hiện lực chiều trục khi làm việc. Vì thế
nên người ta thường dùng bơm bánh răng nghiêng có góc nghiêng của
bánh răng nhỏ: β = 20- 300 và áp suất không lớn: p= 3- 5 at.
- Dùng bánh răng chữ V: để khắc phục nhược điểm trên của bánh răng
nghiêng, người ta dùng bánh răng chữ V có tác dụng khử lực chiều trục.
Để làm đơn giản hơn công nghệ gia công bánh răng chữ V, người ta có
thể dùng 2 bánh răng nghiêng, nghiêng ngược chiều nhau lắp trên cùng
một trục.

30. Một số biện pháp hạn chế lực đẩy hướng kính người ta tạo ra khe hở
giữa đỉnh răng và stato trên một cung rộng để cho chất lỏng ở rãnh răng
được thông với khoang hút. Phần làm kín (ở đỉnh răng và vỏ bơm) giữa
khoang đẩy và khoang hút chỉ được thực hiện trên một vòng cung hẹp (> t
bước vòng) ở phần khoang đẩy.
Để giảm sự thay đổi đột ngột của áp suất chất lỏng và vùng ăn khớp,
ngui ta dùng một số biện pháp như sau:
- Làm các rãnh thoát thông vùng ăn khớp với khoang hút hoặc khoang đẩy.
Rãnh thoát này có thể nằm ở bề mặt tiếp xúc giữa mặt đầu của bánh răng
và stato hoặc có thể là lỗ thoát hướng kính. Các biện pháp này gây nên tổn
thất lưu lượng vì vậy làm giảm hiệu suất lưu lượng của bơm.
- Dùng bánh răng nghiêng hoặc bánh răng chữ V để sự vào khớp và ra
khớp là từ từ. Góc nghiêng ăn khớp β và chiều dày bánh răng b phải được
tính toán hợp lý để tránh hiện tượng bao chất lỏng trong vùng ăn khớp.

31. Tổn thất và hiệu suất trong bơm bánh răng
Tổn thất cơ khí là tổn thất do ma sát giữa các bề mặt chi tiết có
thể chuyển động tương đối nhau. Hiệu suất cơ khí của bơm bánh
răng khoảng từ 0,8 đến 0,95 phụ thuộc vào kết cấu và chất lượng chế
tạo bơm.
Tổn thất lưu lượng trong bơm bánh răng gồm:
Tổn thất rò rỉ giữa mặt đầu của bánh răng và thành trong của
stato tổn thất náy phụ thuộc vào độ chính xác gia công của hai cụm
chi tiết rôto và stato (ở bề mặt tiếp xúc). Tổn thất này rất quan trọng
chiếm khoảng 75% đến 80% tổn thất lưu lượng toàn bộ.
Tổn thất do dòng chất lỏng chảy ngược qua khe hở vòng giữa
đỉnh răng và mặt trong của vỏ bơm.
Tổn thất lưu lượng do tạo rãnh “cố ý” để giảm lực hướng kích
hoặc hạn chế sự thay đổi áp suất đột ngột ở vùng ăn khớp. Lưu
lượng hao hụt này được tính tùy theo kết cấu của rãnh.

32. Tổn thất lưu lượng do các rãnh không điền đầy chất lỏng, hiện tượng
này thường gây nen dao động phụ của áp suất vì gần đến khu vực khoang đẩy
chất lỏng có xu hướng chảy ngược vào các rãnh. Để hạn chế hiện tượng này
có thể dùng các biện pháp sau:
Tăng áp suất ở mặt thoáng hoặc đặt bơm thấp hơn bể hút để tạo
được áp suất ở khoang hút nhỏ hơn áp suất li tâm của bánh răng.
Giảm vận tốc hút của chất lỏng nhỏ hơn 2- 3 m/s.
Hạn chế vận tốc làm việc của bánh răng để vận tốc của đỉnh răng nhỏ
hơn 6- 8 m/s.
Thực tế cho thấy hiệu suất lưu lượng chung của bánh răng từ 0,7 –
0,9

33. Phục hồi một số chi tiết điển hình của bơm bánh răng
Mạ crôm cứng
Mạ crôm cứng có độ dày 2 – 5 micrômet. Những chi tiết chịu mài đặc biết có
độ dày lên tới 50 – 300 micrômet. Mạ những chi tiết phục hồi kích thước có
độ dày 800 – 1000 micrômet.
Mạ crôm xốp
Bản thân lớp mạ crôm cứng có nhiều vết nứt nhưng vết nứt của nó rất nhỏ.
Dùng phương pháp hóa học hay điện hóa để tăng độ rộng và độ sâu của
vết nứt gọi là mạ crôm xốp. Lớp mạ crôm xốp có tác dụng chịu mài mòn tốt,
cải thiện điều kiện ma sát, làm giảm sự tiếp xúc kim loại giữa 2 mặt ma sát,
nâng cao tính mài mòn. Mạ crôm xốp thường sử dụng để mạ xi lanh, xec
măng, bạc.... của động cơ đốt trong
Mạ bề mặt trong lốc bơm:
- Trường hợp bên trong lốc bơm mòn đều;
- Các khe hở tạo lên với bánh răng ≤0,1 – 0,15 mm thì ta có thể tiến hành
mạ crôm qua các bước tương tự như trên.

34. Mạ kết hợp cả bánh răng và lốc bơm:
- Khi cả bánh răng lẫn vỏ bơm đều có độ mòn tương đồng mà mạ độc
lập 1 chi tiết không đáp ứng thì ta mạ cả 2 chi tiết.
- Các bước tiến hành cũng tương tự như khi tính toán, ta phải tính đến
các khe hở đạt được do hai chi tiết sau khi mạ tạo nên và kích thước
đạt được sau khi xử lý kỹ thuật.
- Lắp ghép và thử bơm.

35. EM CHÂN THÀNH CẢM ƠN!