Nguyên lý hoạt động của thanh răng có trợ lực thủy lực.
nội dung
Nguyên lý hoạt động của thanh răng trợ lực là dựa trên tác dụng ngắn hạn của áp suất do bơm tạo ra trên xilanh làm dịch chuyển thanh răng theo hướng thuận, giúp người lái xe đánh lái. Do đó, những chiếc xe có tay lái trợ lực sẽ thoải mái hơn nhiều, đặc biệt khi điều khiển ở tốc độ thấp hoặc lái xe trong điều kiện khó khăn, vì đường ray như vậy đảm nhận phần lớn tải trọng cần thiết để quay bánh xe, và người lái xe chỉ ra lệnh mà không mất phản hồi. từ đường.
Từ lâu, thanh răng trong ngành vận tải hành khách đã thay thế các loại thiết bị tương tự khác do đặc tính kỹ thuật của nó mà chúng ta đã đề cập ở đây (Cách thức hoạt động của thanh răng). Nhưng, dù thiết kế đơn giản nhưng nguyên lý hoạt động của giá lái có bộ trợ lực thủy lực, tức là bộ trợ lực thủy lực thì hầu hết các chủ xe vẫn chưa thể hiểu được.
Sự phát triển của chỉ đạo - tổng quan ngắn gọn
Kể từ khi những chiếc ô tô đầu tiên ra đời, cơ sở dẫn động đã trở thành một hộp giảm tốc có tỷ số truyền lớn, làm quay các bánh trước của xe theo nhiều cách khác nhau. Ban đầu, nó là một cột có gắn hai chân ở phía dưới, vì vậy phải sử dụng một cấu trúc phức tạp (hình thang) để truyền lực lệch tới các khớp tay lái mà bánh trước được bắt vít. Sau đó, họ phát minh ra một thanh răng, cũng là một hộp số, truyền lực quay tới hệ thống treo trước mà không cần cơ cấu bổ sung, và chẳng bao lâu cơ cấu lái kiểu này đã thay thế cột ở khắp mọi nơi.
Nhưng nhược điểm chính phát sinh từ nguyên lý hoạt động của thiết bị này vẫn chưa thể khắc phục được. Sự gia tăng tỷ số truyền cho phép vô lăng, còn được gọi là vô lăng hoặc vô lăng, quay dễ dàng, nhưng buộc phải quay nhiều hơn để di chuyển khớp tay lái từ vị trí cực bên phải sang vị trí cực bên trái hoặc ngược lại. Việc giảm tỷ số truyền khiến cho việc đánh lái trở nên sắc nét hơn, vì chiếc xe phản ứng mạnh hơn ngay cả khi chỉ cần chuyển một chút tay lái, nhưng việc lái một chiếc xe như vậy đòi hỏi thể lực và sức bền rất lớn.
Những nỗ lực để giải quyết vấn đề này đã được thực hiện từ đầu thế kỷ XX, và một số nỗ lực trong số đó có liên quan đến thủy lực. Bản thân thuật ngữ "hydraulics" bắt nguồn từ chữ hydro (hydro) trong tiếng Latinh, có nghĩa là nước hoặc một số loại chất lỏng có thể so sánh được về tính lưu động của nó với nước. Tuy nhiên, cho đến đầu những năm 50 của thế kỷ trước, mọi thứ chỉ giới hạn ở những mẫu thử nghiệm mà không thể đưa vào sản xuất hàng loạt. Bước đột phá đến vào năm 1951 khi Chrysler giới thiệu hệ thống lái trợ lực (GUR) sản xuất hàng loạt đầu tiên hoạt động cùng với cột lái. Từ đó đến nay, nguyên lý hoạt động chung của thanh răng hay cột lái thủy lực vẫn không thay đổi.
Hệ thống lái trợ lực đầu tiên có những thiếu sót nghiêm trọng, nó:
- tải nặng động cơ;
- chỉ mạnh tay lái ở tốc độ trung bình hoặc cao;
- ở tốc độ động cơ cao, nó tạo ra áp suất dư thừa (áp suất) và người lái xe mất liên lạc với mặt đường.
Do đó, bộ trợ lực thủy lực hoạt động bình thường chỉ xuất hiện vào đầu thế kỷ XXI, khi chiếc cào đã trở thành cơ cấu lái chính.
Cách hoạt động của bộ tăng áp thủy lực
Để hiểu được nguyên lý hoạt động của giá lái thủy lực, cần xem xét các yếu tố có trong nó và chức năng chúng thực hiện:
- bơm;
- van giảm áp;
- bể giãn nở và bộ lọc;
- xi lanh (xi lanh thủy lực);
- nhà phân phối.
Mỗi bộ phận là một bộ phận của bộ trợ lực thủy lực, do đó, việc vận hành chính xác của bộ trợ lực chỉ có thể thực hiện được khi tất cả các bộ phận thực hiện rõ ràng nhiệm vụ của chúng. Video này cho thấy nguyên tắc hoạt động chung của một hệ thống như vậy.
Bơm
Nhiệm vụ của cơ cấu này là sự tuần hoàn liên tục của chất lỏng (dầu thủy lực, ATP hoặc ATF) thông qua hệ thống trợ lực lái với việc tạo ra một áp suất nhất định đủ để làm quay các bánh xe. Bơm trợ lực lái được kết nối bằng dây đai với puli trục khuỷu, nhưng nếu ô tô được trang bị bộ trợ lực thủy lực điện, thì hoạt động của nó được cung cấp bởi một động cơ điện riêng biệt. Hiệu suất của máy bơm được chọn sao cho ngay cả khi không tải nó vẫn đảm bảo chuyển động quay của máy, và áp suất dư thừa xảy ra khi tốc độ tăng được bù bằng van giảm áp.
Bơm trợ lực lái được làm hai loại:
- phiến mỏng;
- Hộp số.
bơm trợ lực lái
Trên ôtô du lịch có hệ thống treo thủy lực, một bơm đảm bảo hoạt động của cả hai hệ thống - trợ lực lái và hệ thống treo, nhưng hoạt động trên cùng một nguyên tắc. Nó khác với thông thường chỉ ở sức mạnh tăng lên.
Van giảm áp
Bộ phận này của bộ trợ lực thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý van ngắt, gồm có khóa bi và lò xo. Trong quá trình hoạt động, bơm trợ lực lái tạo ra sự lưu thông của chất lỏng với một áp suất nhất định, vì hiệu suất của nó cao hơn thông lượng của ống mềm và các phần tử khác. Khi tốc độ động cơ tăng, áp suất trong hệ thống trợ lực lái tăng lên, tác dụng thông qua quả cầu lên lò xo. Độ cứng của lò xo được chọn để van mở ở một áp suất nhất định và đường kính của các rãnh giới hạn thông lượng của nó, do đó hoạt động không dẫn đến giảm áp suất mạnh. Khi van mở, một phần dầu sẽ đi qua hệ thống, hệ thống này sẽ ổn định áp suất ở mức cần thiết.
Van giảm áp trợ lực lái
Mặc dù thực tế van giảm áp được lắp bên trong máy bơm nhưng nó lại là một bộ phận quan trọng của bộ tăng áp thủy lực, do đó nó có giá ngang bằng với các cơ cấu khác. Sự cố hoặc hoạt động không chính xác của nó không chỉ gây nguy hiểm cho hệ thống lái trợ lực mà còn gây nguy hiểm cho an toàn giao thông trên đường, nếu đường dây cung cấp bị đứt do áp suất thủy lực quá mức, hoặc rò rỉ xuất hiện, phản ứng của xe khi quay vô lăng sẽ thay đổi và thiếu kinh nghiệm người ngồi sau tay lái có nguy cơ không đối phó với ban quản lý. Do đó, thiết bị của giá lái có bộ trợ lực thủy lực bao hàm độ tin cậy tối đa của cả toàn bộ kết cấu và từng phần tử riêng lẻ.
Bể giãn nở và bộ lọc
Trong quá trình vận hành trợ lực lái, chất lỏng thủy lực được luân chuyển cưỡng bức qua hệ thống trợ lực lái và bị ảnh hưởng bởi áp suất do bơm tạo ra, dẫn đến dầu nóng lên và giãn nở. Bình giãn nở lấy quá lượng vật liệu này để thể tích của nó trong hệ thống luôn bằng nhau, điều này giúp loại bỏ sự gia tăng áp suất gây ra bởi sự giãn nở nhiệt. Sự gia nhiệt ATP và mài mòn các phần tử cọ xát dẫn đến sự xuất hiện của bụi kim loại và các chất bẩn khác trong dầu. Khi lọt vào ống chỉ, cũng là bộ phận phân phối, mảnh vụn này làm tắc các lỗ, làm gián đoạn hoạt động của trợ lực lái, ảnh hưởng không tốt đến khả năng xử lý của xe. Để tránh sự phát triển như vậy, một bộ lọc được tích hợp trong hệ thống lái trợ lực, giúp loại bỏ các mảnh vụn khác nhau khỏi chất lỏng thủy lực tuần hoàn.
Xi lanh
Bộ phận này của bộ trợ lực thủy lực là một đường ống, bên trong có phần ray có lắp piston thủy lực. Các vòng đệm dầu được lắp dọc theo các cạnh của đường ống để ngăn ATP thoát ra ngoài khi áp suất tăng. Khi dầu đi vào phần tương ứng của xi lanh qua các đường ống, piston sẽ chuyển động theo hướng ngược lại, đẩy thanh răng và qua đó, tác dụng lên thanh lái và khớp tay lái.
xi lanh trợ lực lái
Nhờ thiết kế trợ lực lái này, các khớp tay lái bắt đầu di chuyển ngay cả trước khi hộp số chuyển động thanh răng.
Nhà phân phối
Nguyên lý hoạt động của thanh răng trợ lực là cung cấp chất lỏng thủy lực một cách ngắn gọn tại thời điểm vô lăng quay, do đó thanh răng sẽ bắt đầu chuyển động ngay cả trước khi người lái thực hiện một nỗ lực nghiêm túc. Một nguồn cung cấp ngắn hạn như vậy, cũng như xả chất lỏng dư thừa ra khỏi xi lanh thủy lực, được cung cấp bởi một nhà phân phối, thường được gọi là ống đệm.
Để hiểu nguyên lý hoạt động của thiết bị thủy lực này, không chỉ cần xem xét nó trong một phần mà còn phải phân tích đầy đủ hơn sự tương tác của nó với các phần tử trợ lực lái còn lại. Miễn là vị trí của vô lăng và khớp tay lái tương ứng với nhau, bộ phân phối, còn được gọi là ống đệm, chặn dòng chất lỏng vào xi lanh từ hai bên, do đó áp suất bên trong cả hai khoang là như nhau và nó không ảnh hưởng đến chiều quay của các vành. Khi người lái quay vô lăng, tỷ số nhỏ của bộ giảm tốc giá lái không cho phép anh ta quay nhanh các bánh xe mà không cần dùng nhiều lực.
Bộ phân phối trợ lực lái
Nhiệm vụ của bộ phân phối trợ lực là chỉ cung cấp ATP cho xi lanh thuỷ lực khi vị trí của vô lăng không tương ứng với vị trí của các bánh xe, tức là khi người lái quay vô lăng, bộ phân phối lực đầu tiên sẽ bắn và tác động lực. xi lanh để tác động lên các khớp nối của hệ thống treo. Tác động như vậy chỉ trong thời gian ngắn và phụ thuộc vào mức độ quay vô lăng của người lái. Tức là, đầu tiên xi lanh thủy lực phải quay các bánh xe, và sau đó là người lái, trình tự này cho phép bạn nỗ lực tối thiểu để quay, nhưng đồng thời “cảm nhận được mặt đường”.
Nguyên tắc hoạt động
Nhu cầu vận hành nhà phân phối như vậy là một trong những vấn đề ngăn cản việc sản xuất hàng loạt bộ tăng áp thủy lực, bởi vì thông thường trong ô tô, bánh lái và thiết bị lái được nối với nhau bằng một trục cứng, không chỉ truyền lực đến các khớp tay lái mà còn cũng cung cấp cho người lái xe những thông tin phản hồi từ đường. Để giải quyết vấn đề, tôi đã phải thay đổi hoàn toàn cách bố trí của trục nối vô lăng và bánh lái. Giữa chúng được lắp đặt một bộ phân phối, cơ sở của nó là nguyên lý xoắn, tức là một thanh đàn hồi có khả năng xoắn.
Khi người lái quay vô lăng, ban đầu thanh xoắn hơi xoắn, điều này gây ra sự sai lệch giữa vị trí của vô lăng và bánh trước. Tại thời điểm xảy ra sự không khớp như vậy, ống phân phối sẽ mở ra và dầu thủy lực đi vào xi lanh, làm dịch chuyển giá lái theo đúng hướng, và do đó loại bỏ sự không khớp. Tuy nhiên, thông lượng của ống phân phối thấp, vì vậy thủy lực không thay thế hoàn toàn nỗ lực của người lái xe, có nghĩa là bạn cần quay càng nhanh, người lái xe sẽ phải quay vô lăng càng nhiều, điều này cung cấp phản hồi và cho phép bạn cảm nhận chiếc xe trên đường
Thiết bị
Để thực hiện công việc đó, nghĩa là, đưa ATP vào xi lanh thủy lực và ngừng cung cấp sau khi loại bỏ sự không phù hợp, cần phải tạo ra một cơ cấu thủy lực khá phức tạp hoạt động theo một nguyên tắc mới và bao gồm:
- thanh xoắn nối với hộp số truyền động, tạo ra sự không ăn khớp khi quay vô lăng;
- mặt trong của ống chỉ;
- phần ngoài của ống chỉ.
Các phần bên trong và bên ngoài của ống chỉ dính liền nhau chặt chẽ đến mức không có một giọt chất lỏng nào thấm vào giữa chúng, ngoài ra, chúng còn được khoan các lỗ để cung cấp và trả lại ATP. Nguyên lý hoạt động của thiết kế này là định lượng chính xác chất lỏng thủy lực cung cấp cho xi lanh. Khi vị trí của bánh lái và thanh răng được điều phối, các lỗ cung cấp và cửa hồi chuyển dịch tương đối với nhau và chất lỏng qua chúng không đi vào hoặc chảy ra khỏi xi lanh, do đó, phần sau liên tục được làm đầy và không có nguy cơ thoát khí. . Khi người điều khiển ô tô quay vô lăng, đầu tiên thanh xoắn sẽ xoắn lại, các bộ phận bên ngoài và bên trong của ống chỉ dịch chuyển vị trí tương đối với nhau, do đó các lỗ cung cấp ở một bên và các lỗ thoát ở bên kia được kết hợp với nhau. .
Đi vào xi lanh thủy lực, dầu ép lên pít-tông, chuyển nó sang mép, dịch chuyển sang mép và nó bắt đầu chuyển động ngay cả trước khi bánh răng truyền động tác động lên nó. Khi thanh răng dịch chuyển, sự không ăn khớp giữa các bộ phận bên ngoài và bên trong của ống chỉ biến mất, do đó việc cung cấp dầu dần dần ngừng lại và khi vị trí của các bánh xe đạt đến sự cân bằng với vị trí của tay lái, nguồn cung cấp và đầu ra của ATP hoàn toàn bị phong tỏa. Ở trạng thái này, xi lanh, cả hai phần đều được đổ đầy dầu và tạo thành hai hệ thống khép kín, thực hiện vai trò ổn định, do đó, khi va chạm mạnh, một xung lực nhỏ hơn đáng kể đến tay lái và vô lăng không bị kéo ra tay của người lái xe.
Kết luận
Nguyên lý hoạt động của thanh răng trợ lực là dựa trên tác dụng ngắn hạn của áp suất do bơm tạo ra trên xilanh làm dịch chuyển thanh răng theo hướng thuận, giúp người lái xe đánh lái. Do đó, những chiếc xe có tay lái trợ lực sẽ thoải mái hơn nhiều, đặc biệt khi điều khiển ở tốc độ thấp hoặc lái xe trong điều kiện khó khăn, vì đường ray như vậy đảm nhận phần lớn tải trọng cần thiết để quay bánh xe, và người lái xe chỉ ra lệnh mà không mất phản hồi. từ đường.
