Hệ thống lái trợ lực thủy lực là một thành phần quan trọng trong các phương tiện giao thông hiện nay. Nó giúp việc lái xe trở nên dễ dàng, mang lại sự an toàn và thoải mái cho người lái. Để hiểu rõ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực thủy lực, chúng ta hãy cùng khám phá trong bài viết dưới đây.
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC THỦY LỰC
Cũng giống như hệt hống lái trợ lực điện, hệ thống lái trợ lực thuỷ lực có vai trò vô cùng quan trọng trong hoạt động vận hành, điều khiển xe. Tuy nhiên về mặt cấu tạo, nguyên lý hoạt động của chúng là hoàn toàn khác nhau.
Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực là gì?
Hệ thống lái trợ lực thủy lực là hệ thống trợ lực lái được thiết kế bởi các chi tiết cơ khí và dầu thuỷ lực, sử dụng nguyên lý áp suất dầu thuỷ lực tác động lên hệ thống lái cho phép đánh lái, điều hướng xe trở nên dễ dàng, nhanh chóng hơn. Khi người điều khiển đánh lái, thay vì truyền động trực tiếp lên bánh xe qua hệ thống bánh răng thì hệ thống trợ lực thuỷ lực sẽ kích hoạt các bơm thuỷ lực, từ đó dầu thuỷ lực sẽ được đẩy vào pitong sau đó sẽ lực sẽ được truyền tới các bánh răng điều khiển. Việc này giúp giảm đáng kể lực tác động của người lái lên vô lăng xe.
Nguyên lý làm việc của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực
Hệ thống lái trợ lực thủy lực hoạt động dựa trên cơ cấu trợ lực thủy lực. Đó là một hệ thống tạo lực theo hướng tương tự như người lái, nhưng có mô-men xoắn lớn hơn. Mô-men xoắn gia tăng này nhân lên lực đánh lái của người lái, giúp tạo ra chuyển động mượt mà hơn. Dưới đây là nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực thủy lực theo thứ tự thực tế:
- Khi người lái quay tay lái, một bơm thủy lực được gắn với trục động cơ bắt đầu bơm chất lỏng thủy lực từ thùng chứa vào buồng thủy lực.
- Áp suất thủy lực này tạo áp lực lên piston xi lanh được đặt trong buồng.
- Chất lỏng áp suất cao làm quay trục bơm, rotor và các cánh gạt bên trong buồng thủy lực. Các bộ phận quay này làm tăng mô-men xoắn lái lên đến 90%.
- Chất lỏng áp suất cao trong xi lanh thủy lực được đưa vào bánh răng để chuyển đổi nó thành bánh răng thanh răng và kết thúc ở bánh trước đang quay. Truyền mô-men xoắn cao từ bánh răng tới bánh trước được thực hiện thông qua cơ cấu khớp nối.
Lưu ý là hệ thống lái trợ lực thủy lực được thiết kế để giảm mô-men xoắn của người lái, chứ không phải để hoàn toàn thay thế. Ngoài việc giảm mô-men xoắn, hệ thống lái cũng có nhiệm vụ truyền cảm giác đường đi cho người lái. Hai đặc điểm này cần được cân bằng để mang lại trải nghiệm lái xe đầy đủ và thuận tiện.
Để đạt được điều này, các nhà sản xuất ô tô sử dụng tỷ lệ hỗ trợ của hệ thống lái trợ lực thủy lực kết hợp với hệ thống treo bánh trước để cung cấp độ nảy cho xe khi quay đầu. Đây là một trong những yếu tố quan trọng nhất của hệ thống lái trợ lực. Nếu thiếu yếu tố này, người lái có thể mất khả năng vận động và tinh thần cần thiết và dẫn đến tai nạn. Trong hệ thống lái trợ lực thủy lực, tỷ lệ này được cân bằng hoàn hảo. Nhờ đó, người lái có thể cảm nhận và quay xe ở các góc cua thuận tiện hơn.
CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC THUỶ LỰC
Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực thường được trang bị trên các dòng xe oto, xe nâng cũ. Chúng được ưa thích bởi giá thành rẻ, cấu tạo đơn giản, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp. Các thành phần chính của một hệ thống lái trợ lực thủy lực đầy đủ bao gồm: Bể chứa dầu thuỷ lực, bơm lái, van điều khiển, xilanh lái, lọc dầu và hệ thống làm mát. Các bộ phận chi tiết của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực như sau:
Bể chứa chất lỏng
Bể chứa chất lỏng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống lái nhưng thường là một thành phần không được chú ý nhiều. Một bình chứa chất lỏng được thiết kế tốt phải đạt được các tiêu chí sau:
- Dự trữ thêm dung tích chất lỏng cho hệ thống lái: Bình chứa lái cung cấp dung tích dự phòng để đảm bảo rằng luồng chất lỏng luôn có sẵn cho hệ thống lái, ngay cả khi có sự tiêu thụ lớn hoặc thay đổi áp suất.
- Đảm bảo giãn nở nhiệt: Khi nhiệt độ chất lỏng lái tăng, bình chứa lái cung cấp không gian cho chất lỏng giãn nở, giúp tránh áp suất quá cao trong hệ thống lái và giữ cho nó hoạt động ổn định.
- Loại bỏ khí: Bình chứa lái cũng có chức năng loại bỏ bọt khí có thể xuất hiện trong chất lỏng lái. Điều này giúp duy trì sự ổn định của hệ thống lái.
- Tối ưu hóa việc hấp thụ năng lượng và tản nhiệt: Bình chứa lái được thiết kế để lưu thông 100% dung tích lưu trữ, tối đa hóa việc hấp thụ năng lượng và tản nhiệt của chất lỏng lái. Điều này đảm bảo rằng hệ thống lái hoạt động ở điều kiện tốt nhất.
Bơm lái
Bơm lái được coi là trái tim của mọi hệ thống lái. Nó sử dụng năng lượng từ động cơ xe và chuyển đổi thành năng lượng chất lỏng, từ đó được sử dụng để điều khiển vị trí lái của trục xe.
Nhìn chung tất cả các máy bơm trợ lực và thủy lực hoạt động theo nguyên tắc “chuyển vị tích cực”. Điều này có nghĩa là máy bơm sẽ di chuyển một lượng chất lỏng nhất định từ đầu vào đến đầu ra sau mỗi vòng quay. Kết quả là tốc độ dòng chất lỏng lái di chuyển qua mạch thủy lực phụ thuộc vào dung tích bơm trên mỗi vòng quay, tốc độ động cơ và bất kỳ van điều chỉnh dòng chảy nào (nếu có).
Điều này có nghĩa là máy bơm tạo ra “dòng chảy không đổi” (với tốc độ động cơ nhất định) chứ không phải “áp suất không đổi”. Khi hệ thống lái không hoạt động, áp suất trong hệ thống thấp. Chỉ khi lái xe, áp suất hệ thống tăng lên khi chất lỏng phải vượt qua mọi trở ngại trên đường chảy, chẳng hạn như lốp xe to nặng đẩy xi lanh lái ngược lại.
Đối với các hệ thống lái sử dụng trong điều kiện địa hình khắc nghiệt, tốc độ dòng chảy có thể dao động từ 3 đến 16 gallon mỗi phút (GPM), hoạt động ở áp suất tối đa từ 1200 PSI đến 2000 PSI.
Van điều khiển lái (quỹ đạo)
Nếu máy bơm là trái tim của hệ thống lái thủy lực hoàn chỉnh, thì van điều khiển lái có thể được xem như bộ não của bộ phận này.
Chức năng của van điều khiển lái là điều khiển chất lỏng từ mạch thủy lực chính vào xi lanh lái để duy trì vị trí lái mong muốn. Van này đo lượng chất lỏng liên quan đến chuyển động xoay của vô lăng, giúp xe có cảm giác lái tương tự như lái một chiếc ô tô thông thường.
Van với độ dịch chuyển lớn hơn sẽ yêu cầu ít vòng quay hơn để chuyển đổi giữa các khóa, nhưng cũng đòi hỏi nhiều dòng chảy hơn. Đây là lý do tại sao việc cân đối kích thước giữa van, xi lanh và máy bơm là quan trọng để đảm bảo hoạt động bình thường của hệ thống.
Xi lanh lái (Ram)
Xi lanh lái hay còn được gọi là ram lái, là một thiết bị chuyển đổi chất lỏng áp suất thành lực cơ học để tác động giữa vỏ trục và tay lái, nhằm điều chỉnh vị trí lái. Lực tạo ra được ảnh hưởng trực tiếp bởi diện tích piston của xi lanh và áp suất chất lỏng được cung cấp. Một xi lanh có piston lớn hơn có thể tạo ra lực lớn hơn cho cùng áp suất, nhưng cũng đòi hỏi thể tích chất lỏng lớn hơn để thực hiện chuyển động theo quãng đường nhất định.
Thông thường có ba loại cấu hình xi lanh lái:
- Xi lanh hai đầu: Xi lanh này có trục kéo dài qua cả hai đầu. Kết quả là lực tạo ra ở cả hai hướng đẩy và kéo bằng nhau, số vòng quay từ trái sang phải cũng bằng nhau.
- Xi lanh một đầu: Xi lanh này chỉ có trục kéo dài qua một đầu. Thường nhỏ gọn và dễ lắp đặt hơn so với xi lanh hai đầu, nhưng không cân bằng. Trong quá trình kéo dài, xi lanh một đầu tạo ra lực lớn hơn, nhưng cũng mất thời gian lớn hơn để di chuyển từ khóa này sang khóa khác so với quá trình thu gọn. Sự di chuyển của trục trong quá trình thu gọn cũng tạo ra dao động mức chất lỏng trong bình chứa khi lái xe.
- Xi lanh đôi một đầu: Cấu hình này sử dụng hai xi lanh một đầu, một xi lanh được kết nối với mỗi tay lái, với một thanh giằng truyền thống đảm bảo hai xi lanh hoạt động đồng bộ. Bằng cách kết nối hai xi lanh với nhau, cấu hình này có thể tạo ra lực lái cực cao trong một gói kích thước hợp lý, thường được sử dụng nhiều trong các ứng dụng xe tải hạng nặng.
Lọc dầu thủ lực
Độ sạch của chất lỏng là một trong những yếu tố quan trọng nhất với hoạt động của hệ thống thủy lực. Bơm và van lái có khe hở rất nhỏ, do đó ngay cả những hạt rắn nhỏ có trong dầu lái cũng có thể gây mài mòn nhanh chóng. Vì vậy việc lựa chọn một bộ lọc chất lỏng phù hợp là một phần quan trọng để kéo dài tuổi thọ của hệ thống lái.
Vì mục đích an toàn đồng thời tối ưu hóa hiệu suất, các bộ lọc thường được đặt ở hồi áp thấp trong mạch lái, giữa van điều khiển lái và bình chứa. Không nên đặt bộ lọc giữa bình chứa và bơm vì điều này có thể làm bơm bị thiếu dầu dẫn đến hư hỏng.
Bộ làm mát chất lỏng
Hệ thống lái thủy lực thường hoạt động ở áp suất cao hơ, tạo ra lượng nhiệt lớn hơn so với hệ thống lái trợ lực truyền thống. Dầu lái đóng vai trò quan trọng trong hệ thống lái, không chỉ truyền năng lượng từ bơm đến xi lanh lái mà còn bôi trơn và làm mát cho các bộ phận bơm và van bên trong. Để đảm bảo chức năng này, việc duy trì độ nhớt thích hợp của chất lỏng là rất quan trọng mà độ nhớt lại bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt độ.
Nếu nhiệt độ chất lỏng quá cao, độ nhớt có thể giảm gây giảm tuổi thọ của hệ thống lái. Do đó đối với các xe dự định hoạt động trong thời gian dài hoặc trong điều kiện đặc biệt, việc sử dụng bộ làm mát chất lỏng có kích thước phù hợp rất hữu ích để duy trì tính chất lý tưởng của chất lỏng.
Tương tự như bộ lọc, bộ làm mát chất lỏng thường được lắp đặt ở vị trí hồi áp suất thấp trong mạch lái. Mặc dù bộ làm mát dạng tấm hoặc bộ tản nhiệt có thể hiệu quả, nhưng đôi khi bộ làm mát dạng ống với vây thiết kế tốt có thể đáp ứng yêu cầu khắt khe của các ứng dụng lái và dễ dàng lắp đặt trong không gian hẹp của khung gầm.
TẠM KẾT
Như vậy Xe Chính Hãng vừa cùng quý độc giả tìm hiểu một cách đầy đủ và chi tiết về hệ thống trợ lực thuỷ lực, nguyên lý hệ thống lái trợ lực thủy lực. Với sự tiến bộ liên tục trong công nghệ, chúng ta có thể mong đợi những cải tiến tiếp theo trong hệ thống lái trợ lực thủy lực, giúp nâng cao trải nghiệm lái xe và đảm bảo an toàn giao thông trong tương lai. Nếu bạn muốn tìm hiểu cụ thể hơn về động cơ của các loại xe nâng, hãy liên hệ với chúng tôi theo hotline: 0368085093 để được hỗ trợ nhanh chóng nhé.
