Bài giảng trang bị thủy lực trên ôtô máy kéo chương IV đh kỹ thuật công nghiệp thái nguyên

Truyền động thủy lực thể tích mạch hở có cđ quay Dùng động cơ thuỷ lực kiểu roto hoặc piston roto.Van an toàn 2 có nhiệm vụ để hệ thống không bị quá tải, khi áp suất trên đường ống ra củ

5.1 Các sơ đồ cơ bản

5.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành 5.3 Các sơ đồ trên ứng dụng trên ô tô máy kéo và xe chuyên dùng

Chương V CÁC SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG THỦY LỰC VÀ ỨNG DỤNG

- Cơ cấu trung gian: van 1 chiều 2, 3 và cơ

cấu phân phối 5

Để đảo chiều làm việc của piston trong xi lanh lực ta xoay van phân phối 90 0 , khi đó chất lỏng có áp suất cao từ xilanh của bơm sẽ vào khoang phải của xi lanh lực đẩy piston dịch chuyển sang trái

5.1.1 Truyền động thủy lực thể tích mạch hở

Nguyên lý làm việc:

- Piston 1 đi lên, chất lỏng từ bể 4 qua van

3 đi vào xi lanh 6

- Piston 1 đi xuống, van 3 đóng, van 2 mở, chất lỏng qua van 2 vào cơ cấu

phân phối 5 rồi vào khoang trái của xilanh

lực 6, làm piston bị đẩy dịch sang phải

Vận tốc cơ cấu chấp hành:

Lưu lượng chất lỏng do bơm chuyển đi: QB=vB.FBLưu lượng chất lỏng nạp vào động cơ: QĐC=vĐC.FĐCKhi không có rò rỉ thì: QB=QĐC  vB.FB=vĐC.FĐC

Công suất của bơm :

Trường hợp bơm piston và xilanh lực, bỏ qua tổn thất:

DC

DC DC

Q

q n v

b Truyền động thủy lực thể tích mạch hở có cđ quay

Dùng động cơ thuỷ lực kiểu roto hoặc piston roto.Van an

toàn 2 có nhiệm vụ để hệ thống không bị quá tải, khi áp suất trên đường ống ra của bơm vượt quá giá trị cho phép thì van

2 mở tháo bớt chất lỏng về bể

Trong trường hợp dùng động cơ kiểu roto ta có:

Lưu lượng tiêu thụ của động cơ: QĐC = qĐC.nĐC

Vận tốc quay của động cơ :

Vận tốc cơ cấu chấp hành:

Có thể điều chỉnh lực và momen bằng cách thay đổi các thông số hình học hoặc thay đổi áp suất chất lỏng làm việc nhờ những phần tử thuỷ lực đặt trong hệ thống

Lực và momen do động cơ tạo nên phụ thuộc vào áp suất làm việc p do

bơm cung cấp và các thông số hình học FĐC Nếu các thông số hình học không

đổi thì khi p = const, momen và lực sẽ không đổi

Phụ thuộc vào lưu lượng đi vào động cơ (do bơm

cung cấp) và lưu lượng riêng của động cơ

Do có rò rỉ nên QB > QĐC hay QĐC = QB -Q = QB – k.p

Q = k.p là lưu lượng rò rỉ, phụ thuộc vào áp suất làm

việc

Như vậy vận tốc động cơ thuỷ lực (cơ cấu chấp hành)

còn phụ thuộc vào áp suất làm việc, áp suất càng lớn thì

lưu lượng rò rỉ càng tăng và vận tốc cơ cấu chấp hành

càng giảm

Lực và momen:

b Truyền động thủy lực thể tích mạch hở có cđ quay

5.1.1 Truyền động thủy lực thể tích mạch hở

5.1.2 Truyền động thủy lực thể tích mạch kín

Trong sơ đồ mạch kín chất lỏng ra khỏi động cơ

không về lại thùng chứa mà được chuyển về ống hút

của bơm

Nguyên lý làm việc: Chất lỏng từ bơm 1 qua cơ cấu

phân phối 2 vào xilanh lực 3 Sau khi làm việc xong

chất lỏng qua cơ cấu phân phối về lại khoang hút

của bơm Trong hệ thống còn có bình bù 4 (hoặc

bơm phụ 4) để bổ sung chất lỏng mất mát trong quá

trình làm việc do rò rỉ

Nhiệm vụ của bình phụ 4 là bổ sung chất lỏng và đảm bảo áp suất làm việc cao nhờ nâng cao áp suất trong khoang hút của bơm 1, do đó hệ thống kín

có thể cung cấp công suất lớn

Nhược điểm của hệ thống kín:

Nhiệt độ chất lỏng làm việc cao vì chất lỏng tuần hoàn không kịp nguội

Sơ đồ phức tạp vì buộc phải có bơm phụ hoặc bình chứa phụ

5.1.3 Truyền động thủy lực thể tích kiểu vi sai

Dùng với xilanh lực có cần 1 phía, lưu lượng chất

lỏng vào và ra động cơ thuỷ lực là khác nhau Bơm

1 đẩy chất lỏng vào khoang phải của xi lanh lực 3

thông qua cơ cấu phân phối 2 làm piston di chuyển

qua trái Chất lỏng từ khoang trái được đẩy về ống

hút của bơm 1

Khi piston đi sang trái, lưu lượng chất lỏng đi ra lớn hơn lưu lượng chất lỏng

đi vào xilanh (do bơm cung cấp) Khi piston đi sang phải, lưu lượng chất lỏng

đi ra nhỏ hơn lưu lượng chất lỏng đi vào xilanh Thùng chứa phụ 4 sẽ làm nhiệm vụ bổ sung chất lỏng hoặc tháo bớt chất lỏng ra khỏi ống hút

Khi thùng phụ bổ sung chất lỏng thì van 5 mở, van 6 đóng

Khi đưa bớt chất lỏng về thùng phụ qua van 6 thì van 5 đóng

Kết luận: Sơ đồ vi sai bổ sung được lượng chất lỏng rò rỉ và điều hoà lưu lượng của hệ thống

5.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành 5.2.1 Phương pháp thể tích:

Việc điều chỉnh tốc độ được thực hiện

bằng cách chỉ đưa vào hệ thống thủy lực

lưu lượng dầu cần thiết đảm bảo một vận

tốc nhất định Lưu lượng dầu có thể thay

đổi nhờ việc dùng bơm dầu pittông hoặc

cánh gạt điều chỉnh lưu lượng

5.2.1 Phương pháp thể tích điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành :

5.2.1 Phương pháp tiết lưu điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành :

Khi Ax thay đổi  ∆P thay đổi thay đổi Q  v thay đổi

Ở loại điều chỉnh này bơm dầu có lưu lượng không đổi và với việc thay đổi tiết diện chảy của tiết lưu làm thay đổi hiệu áp của dầu do đó làm thay đổi lưu lượng dẫn đến cơ cấu chấp hành để đảm bảo một vận tốc nhất định

. x

Q   A c  p

Tùy thuộc vào vị trí lắp van tiết lưu trong hệ thống ta có:

- Điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường vào

- Điều chỉnh bằng tiết lưu ở đường ra

a) Điều chỉnh tiết lưu ở đường vào

Phương trình lưu lượng:

Nếu bỏ qua rò rỉ dầu Q1 qua van tiết lưu cũng là Q1 qua xilanh

Q  A v   A c  p

Hiệu áp giữa hai đầu van tiết lưu:

Khi thay đổi Ax làm cho Δp thay đổi, Q1 thay đổi v

thay đổi

Nếu như tải trọng tác dụng lên pittông là FL và lực ma

sát giữa pittông và xilanh là Fms thì phương trình cân

b) Điều chỉnh tiết lưu ở đường ra

Van tiết lưu đảm nhiệm luôn chức năng của van cản

là tạo nên một áp suất nhất định ở đường ra của

xilanh Trong trường hợp này, áp suất ở buồng trái

xilanh bằng áp suất của bơm tức là p1=p0

Vì cửa van của tiết lưu nối liền với bể dầu nên hiệu áp

của tiết lưu:

Khi Ax thay đổi p2 thay đổi Q2 thay đổi v thay đổi

Ưu nhược điểm của phương pháp điều chỉnh vận tốc bằng tiết lưu

ổn định của cơ cấu chấp hành dẫn đến hiệu suất giảm

- Lưu lượng dầu thừa không thực hiện công có ích nào cả và nó được đưa về bể dầu

5.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành

5.3.1 Hệ thống lái có trợ lực thủy lực 5.3 Các sơ đồ ứng dụng

a) Sự cần thiết của trợ lực lái (power steering):

- Để tăng khả năng lái xe,hầu hết các xe ô tô hiện đại đều có lốp rộng áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc giữa bề mặt đường và lốp xe đòi hỏi nhiều lực đánh lái hơn

Nếu tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái để giảm được lực đánh lái sẽ khiến người lái phải quay vô lăng nhiều hơn khi xe quay vòng và

Do đó để việc lái được nhạy mà lực lái nhỏ thì cần phải có một số thiết bị trợ lực lái

- Ngày nay trợ lực lái được sử dụng trong hầu hết các loại xe: các

xe tải lớn, máy kéo, xe du lịch nhỏ

Trợ lực lái phổ biến gồm: loại thủy lực - HPS, loại điện- EPS, loại

thủy lực – điện (EHPS - electro-hydraulic power steering)

5.3.1 Hệ thống lái có trợ lực thủy lực

b) Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Sử dụng công suất của động cơ để dẫn động bơm trợ lực lái tạo áp suất thuỷ lực Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đường dẫn dầu tại van điều khiển Áp lực dầu đẩy pít tông trong xi lanh trợ lái sẽ tác động thêm một lực làm giảm

lực điều khiển vô lăng

Khi quay phải Khi quay trái

5.3.1 Hệ thống lái có trợ lực thủy lực

HTL có trợ lực lái thủy lực là tổ hợp của:

+ Hệ thống lái thường với cơ cấu lái kiểu trục

vít-thanh răng

hoặc kiểu bi tuần hoàn (trục vít – êcu – cung răng)

+ bơm, van phân phối, xi lanh trợ lực

Cơ cấu lái kiểu trục vít-êcu-cung răng

Cơ cấu lái kiểu

+ Bơm trợ lực với tốc độ cao, nhiệt độ của bơm

+ Xilanh lực:

Cặp chi tiết xy lanh và piston lực trong hệ thống trợ lực thuỷ lực là bộ phận tiếp nhận lực đẩy của dầu thuỷ lực cao áp và truyền cho cơ cấu dẫn động lái hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng

Tuỳ theo kết cấu của hộp cơ cấu lái và bộ phận dẫn động lái có các dạng piston và xy lanh khác nhau Trên các loại xe du lịch nhỏ hiện đại ngày nay thường sử dụng cơ cấu dẫn động lái kiểu bánh răng thanh răng với cặp piston và xy lanh được thiết kế trực tiếp trên thanh răng Ưu điểm của kiểu trợ lực này là có kết cấu nhỏ gọn dễ lắp đặt trên các loại xe nhỏ, trợ lực có tác động nhanh, các chi tiết có cấu tạo đơn giản

c) Trợ lực lái phi tuyến - Progressive Power Steering (PPS)

c) Progressive Power Steering (PPS)

- Trợ lái phi tuyến tính PPS

làm thay đổi lực điều khiển

vô lăng phù hợp với tốc độ

- Khi xe tăng tốc sẽ làm lực lái cần thiết trở nên quá nhỏ

Do vậy để điều chỉnh tăng lực lái trong trường hợp này người ta bố trí một buồng phản ứng thuỷ lực để loại bỏ chuyển động quay của trục van điều khiển (trong hộp van điều khiển) nhờ 4 pít tông thuỷ lực

- Buồng phản ứng thủy lực được thiết kế đảm bảo: áp suất thuỷ lực trong buồng phản ứng thuỷ lực sẽ thấp khi tốc độ xe chậm và cao khi

xe chạy nhanh hoặc khi áp suất thuỷ lực trong xilanh trợ lực tăng do điều khiển vô lăng

Như vậy trong trợ lái phi tuyến tính loại phản ứng thuỷ lực,

lực lái thay đổi theo hai thông số: theo tốc độ xe và lực tác

động vào vô lăng

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

Bộ điều khiển áp suất

Bơm

Lưới lọc

Hệ van điều khiển thuỷ lực

Cảm biến tín hiệu vào

- Vị trí bướm ga

- Tốc độ ôtô

- Vị trí cần chọn số

Đáy chứa dầu

Các cơ cấu điều khiển HSHT

BMM

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển thuỷ lực hộp số tự động

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

Cấu tạo HTĐKTL hộp số tự động gồm:

+ Nguồn cung cấp năng lượng;

+ Bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu chuyển số; + Bộ van thủy lực chuyển số;

+ Bộ tích năng giảm chấn;

+ Hệ thống các mạch dầu Ngoài ra phụ thuộc vào chất lượng làm việc trong hệ thống điều khiển có thể còn có thêm các van một chiều, các van tiết lưu

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

Gồm: Bơm dầu, van điều tiết áp suất

Chúng đảm nhận các chức năng sau:

- Cung cấp dầu cho BMM;

- Cung cấp dầu cho điều khiển ly hợp khóa và phanh dải;

- Tạo nên áp lực dầu bôi trơn cho toàn bộ hệ thống;

- Cung cấp dầu điều khiển van trượt thủy lực thực hiện đóng,

mở đường dầu;

- Dẫn nhiệt ra ngoài, đảm bảo làm mát cho HSTĐ

a Nguồn cung cấp năng lượng

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

Bơm dầu

Bơm dầu của HSTĐ thường được đặt trên vách ngăn giữa BMM và hộp số cơ khí, được dẫn động bởi trục của bánh

bơm Các loại bơm dầu thường dùng là: bơm rôto cánh gạt,

bơm bánh răng ăn khớp trong Khả năng tạo áp suất của

các loại bơm này thường đạt từ 2÷2,5 MPa

a Nguồn cung cấp năng lượng

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

+ Cụm van điều tiết áp suất

Sơ đồ cấu tạo van điều tiết áp suất

Khi áp suất nhỏ; b) Khi cấp dầu cho BMM; c) Khi điều tiết áp suất cao

a Nguồn cung cấp năng lượng

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

+ Cụm van điều tiết áp suất

Dùng để hạn chế áp suất, khi áp suất đạt giá trị định mức nhằm đảm bảo ổn định điều khiển HSTĐ Cụm van điều tiết áp suất đặt sau bơm dầu trên mạch phân nhánh của đường dầu chính

Van có cấu trúc dạng con trượt, một đầu tựa vào lò xo, đầu kia chịu áp lực của dầu trên mạch dầu chính Sự làm việc của van điều

áp dựa trên sự cân bằng giữa áp lực của dầu và lực căng lò xo, khi

áp lực cao quá, lò xo bị nén lại, van trượt mở đường dầu cấp cho BMM Khi áp lực dầu quá lớn van con trượt di chuyển nhiều hơn, đóng bớt đường dầu cấp cho BMM, đồng thời mở thông đường dầu trở về trước bơm nhờ vậy không tăng áp lực nữa

a Nguồn cung cấp năng lượng

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

Bộ chuyển đổi

và truyền tín hiệu chuyển

số từ động

cơ (TV)

+ Bộ chuyền đổi và truyền tín hiệu từ động cơ (Throttle valve-TV) Tín hiệu trạng thái tải trọng của động cơ thông qua sự thay đổi độ chân không ở cổ hút của động cơ chuyển thành áp suất thủy lực đưa vào van con trượt chuyển số

b Bộ biến đổi và truyền tín hiệu chuyển số

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

Tín hiệu Va thông qua lực ly tâm của bộ quả văng đặt tại trục ra của hộp số cơ khí, lực ly tâm này sẽ chuyển đổi thông qua áp suất thủy lực đưa vào van con trượt chuyển số

-Khi Va=0, con trượt bịt lỗ dầu vào do đó áp suất ra sẽ bằng không

-Khi Va nhỏ, quả văng dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ đẩy trục điều khiển tạo nên khả năng mở nhỏ đường dầu vào, áp suất dầu dẫn ra tăng dần

- Khi Va lớn, quả văng văng ra nhiều hơn, con trượt mở rộng đường dầu vào tạo khả năng tăng mạnh áp suất ra sau cơ cấu

Bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu chuyển số từ tốc

độ ôtô (GV):

a) Của Hãng FORD; b) Của Hãng CADILAC

b Bộ biến đổi và truyền tín hiệu chuyển số

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

)

Bộ van này được điều khiển từ trên buồng lái bởi người lái thông qua "cần chọn số” Khi người lái đặt cần chọn số ở vị trí nào đó, thông qua cáp kéo làm dịch chuyển van con trượt, con trượt này sẽ bịt hay mở các đường dầu liên quan tới các đường dầu điều khiển, vì vậy hộp số chỉ hoạt động với các số truyền có đường dầu cấp Nhờ cấu trúc này mà khi người lái đặt cần chọn số ở số thấp, hộp số không tự động gài các số truyền cao hơn ngưỡng đã đặt

Bộ van mở đường dầu chuyển số (Manual Valve)

c Bộ van mở đường dầu chuyển số (Mannual Valve: MV

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

Bộ van thủy lực chuyển số thường sử dụng van thủy lực con trượt Các van con trượt có dạng nhiều bậc để có thể đóng mở nhiều đường dầu đưa tới các phần tử điều khiển

Bộ van thủy lực chuyển số (Shift Valve)

Khi bịt đường dầu tới ly hợp khóa để tăng số

Khi mở đường dầu tới ly hợp khóa để giảm số

d Bộ van thủy lực chuyển số (Shift Valve: SV)

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

Bộ van thủy lực chuyển số thường sử dụng van thủy lực con trượt Các van con trượt có dạng nhiều bậc để có thể đóng mở nhiều đường dầu đưa tới các phần tử điều khiển

Bộ van thủy lực chuyển số (Shift Valve)

Khi bịt đường dầu tới ly hợp khóa để tăng số

Khi mở đường dầu tới ly hợp khóa để giảm số

d Bộ van thủy lực chuyển số (Shift Valve: SV)

5.3.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

2.5.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

2.5.2.3 Bộ van mở đường dầu chuyển số (Mannual Valve: MV)

Trạng thái tăng số: Khi tốc độ chuyển động của ôtô nhỏ, áp lực của dầu sau

van GV là thấp, còn tải trọng của động lớn, áp lực của dầu nhờ bộ chuyển đổi tín hiệu TV là cao, do chênh lệch áp lực theo chiều dọc trục của con trượt chuyển số, con trượt dịch chuyển theo chiều mũi tên (xuống dưới), bịt đường dầu tới ly hợp khóa của số truyền trước đó đồng thời mở đường dầu đến ly hợp khóa khác, thực hiện việc tăng số truyền lên số truyền cao hơn

Các trạng thái làm việc của một van con trượt chuyển số:

a) Trạng thái tăng số;

b) Trạng thái giảm số

2.5.2 Hệ thống điều khiển thủy lực hộp số tự động

2.5.2.3 Bộ van mở đường dầu chuyển số (Mannual Valve: MV)

Trạng thái giảm số: Khi tốc độ chuyển động của ôtô lớn, áp lực của dầu sau

van GV là cao, còn tải trọng của động cơ nhỏ, áp lực của dầu nhờ bộ chuyển đổi tín hiệu TV là thấp, do chênh lệch áp lực con trượt chuyển số dịch chuyển theo chiều mũi tên (lên trên), quá trình đóng mở các đường dầu diễn ra ngược lại, thực hiện việc giảm số truyền xuống số thấp hơn

Các trạng thái làm việc của một van con trượt chuyển số:

a) Trạng thái tăng số;

b) Trạng thái giảm số