4.9.1 Yêu cầu cường hóa lái
Để rút ngắn thời gian quay vòng, giảm nhẹ lao động cửa người lái và nâng cao tính an toàn chuyển động của xe, trên nhiều loại ô tô hiện nay người ta có bố trí cường hóa lái: Cường hóa lái có hai loại cơ bản sau đây: khí nén và thủy lưc. So với cường hóa lái khí nén, cường hóa lái thủy lực có rất nhiều ưu điểm vượt trội. Chính vì thế, nó đang được sử dụng rọng rãi trên nhiều loại ô tô máy kéo.
Cường hóa thủy lực có hiệu quả tác dụng cao và đặc biệt là tính chất tùy động, kích thước và khối lượng nhỏ gọn, tốc độ tác động cao, đóng vai trò của bộ giảm chấn để giảm những va đập từ mặt đường tác động vào hệ thống lái, cho phép giữa được hướng chuyển động của xe trong trường hợp bị vỡ lốp…
Cường hóa thủy lực gồm có: bơm cùng với bình chứa dầu, bộ phận phân phối cùng với cơ cấu tùy động, cơ cấu này sẽ điều chỉnh lượng dầu tới cơ cấu sử dụng (xi lanh lực) tỷ lệ với lực đặt vào vành tay lái và góc quay của nó với cơ cấu sử dụng được chế taoh dưới dạng xi lanh thủy lực, để tạo lực cần thiết làm quay vòng các bánh xe dẫn hướng.
Cường hóa lái cần phải thỏa mãn những yêu cầu sau: - Đảm bảo lái ô tô một cách nhẹ nhàng.
- Tránh khả năng gây nên sự dao động của các bánh xe dẫn hướng.
- Đảm bảo tính chất tùy động động học, thể hiện ở chỗ: ứng với mỗi góc quay của vành tay lái phải tương ứng hòa toàn với một góc quay xác định của các bánh xe dẫn hướng. - Độ chậm tác động là tối thiếu.
68
- Đảm bảo tính chất tùy động động lực, có nghĩa cảm giác của đường được thể hiện ở chỗ: lực đặt vào vành lái phải tăng cùng với sự tăng của lực cản quay vòng.
Các thông số cơ bản để đánh giá cường hóa:
- Chỉ số hiệu quả tác dụng K, bằng tỷ số giữa lực đặt vào vành tay lái để quay vòng ô tô khi không có cường hóa Pl và khi có cường hóa Pc:
𝐾 = 𝑃𝑙
𝑝𝑐 =
465,5
160 = 2,9
(4.48) - Chỉ số lực tác dụng phản ứng của bộ cường hóa tới vành lái 𝜏. Chỉ số này phải đủ lớn
để giữ được cảm giác của người lái với chất lượng của mặt đường. Vì vậy nó là một trong những chỉ tiêu quan trọng của hệ thống lái. Chỉ số tác dụng phản ứng được biểu thị bằng tỷ số giữa các gia số của lực trên vành tay lái khi có cường lực hóa ∆𝑃′ và khi không có cường hóa ∆𝑃:
𝜏 = ∆𝑃
′ ∆𝑃
(4.49) Chỉ số 𝜏 phụ thuộc chủ yếu vào việc tính toán các thông số của buồng phản ứng của bộ phận điều khiển. Trong trường hợp cường hóa không có buồng phản ứng 𝜏 = 0. - Chỉ số nhạy cảm tác dụng của bộ cường hóa lái được xác định bằng góc quay của cành
tay lái mà ở đó cường hóa bắt đầu tác dụng. Góc này phụ thuốc vào các thông số kết cấu của van phân phối và vị trí của van này trong hệ thống lái.
- Chỉ số về tính năng vận hành của ô tô trên đường vòng, được xác ddingj bằng tỷ số giữa thời gian quay vòng ô tô khi không có cường hóa và có cường hóa.
- Chỉ số gài thuận và gài nghịch của bộ cường hóa (còn gọi là độ cứng thuận nghịch của cường hóa). Gài thuận của cường hóa được đặc trưng bằng giá trị của lực Po cần thiết đặt lên vành tay lái đề cường hóa bắt đầu làm việc. Gài ngịch được đặc trưng bằng lực T tác dụng lên thanh kéo dọc và ứng với lực này cường hóa bắt đầu làm việc từ phía các bánh xe dẫn hướng. Các lực này được xe định như sau:
𝑃𝑜 = 𝑅 × 1
𝑖1× 𝜂1
𝑇 = 𝑅 × 1
𝑖2× 𝜂2
(4.50)
Trong đó: R- lực cản gài của van phân phối
𝑖1 và 𝜂1 tỷ số truyền và hiệu suất thuận của truyền lực vành tay lái tới con trượt của van phân phối.
69
𝑖2 và 𝜂2 tỷ số truyền và hiệu suất ngich của truyền lực từ thanh kéo tới van phân phối.
4.9.2 Xây dựng đường đặc tính cường hóa lái
Theo giáo trình thiết kế tính toán ô tô thì thì đặc tính của cường hóa chỉ rõ sự đặc trưng của quá trình làm việc của bộ cường hóa hệ thống lái. Nó biểu thị mối quan hệ giữa lực mà người lái đặt lên vành tay lái và mô men cản quay vòng của các bánh dẫn hướng:
𝑃𝑙 = 𝑀𝑐
𝑅 × 𝑖𝜔 × 𝜂𝑡
(4.51) Qua đây ta thấy khi không có cường hóa thì lực đặt lên vành tay lái chỉ phụ thuộc vào mô men cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Do đó đường đặc tính là những đường bậc nhất đi qua gốc tọa độ. Theo tính toán ở phần trước khi quay vòng ô tô tại chỗ mô men cản quay vòng là lớn nhất, tọa độ xác định điểm này trên đường đặc tính là B. Vậy đường đặc tính được xác định 𝑃𝑙 = 𝑓(𝑀𝑐) sẽ đi qua gốc tọa độ và đi qua điểm B.
Khi hệ thống lái được lắp cường hóa đường đặc tính của nó cũng biểu hiện mối quan hệ giữa lực tác dụng lên vành tay lái và mô men cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng, đây cũng là quan hệ bậc nhất. Khi van quay của van phân phối ở vị trí trung gian thì lực cường hóa quy dẫn lên vành tay lái Pc = 0 nên mô men cản quay vòng Mc = 0.
Do bộ cường hóa được thiết kế ở giữa có thanh xoắn, nên khi những va đập ở mặt đường truyền ngược lên vành tay lái nếu nằm trong giới hạn lực xoắn sơ bộ ban đầu của thanh xoắn thì lực đó được truyền lên vành tay lái. Nếu lực ngược đó vượt qua giới hạn đó thì thanh xoắn sẽ được xoắn tiếp dẫn đến thân van phân phối bị lệch về một phía và bộ cường hóa bắt đầu làm việc. Cụ thể, để bộ cường hóa làm việc thì lực đặt lên vành tay lái phải lớn hơn 30N. Ở giai đoạn này đặc tính biểu thị sẽ trùng với đặc tính khi chưa có bộ cường hóa. Tại điểm A thì bộ cường hóa bắt đầu làm việc. Khi lực đặt lên vành tay lái lớn hơn 30N, thì đường đặc tính đặc trưng cho hoạt động của cường hóa ở giai đoạn này cũng là đường bậc nhất nhưng có độ dốc thấp hơn so với đường đặc tính khi chưa có cường hóa (độ dốc là cần thiết để người lái có cảm giác lái). Khi mô men cản quay vòng lớn hơn Mc = 1460 (Nm) thì hệ thống lái làm việc như hệ thống lái cơ khí ban đầu. Cụ thể là người lái muốn quay vòng ô tô thì phải tác dụng lên vành tay lái một lực Pl > Pc.
70
Hình 4.11: Đồ thị đường đặc tính cường hóa lái Ta thấy rằng:
Đặc tính khi chưa có cường hóa là đường bậc nhất, đoạn OB. Đặc tính khi có cường hóa là đường bậc nhất gãy khúc và thấp hơn đường đặc tính khi chưa có cường hóa.
Đoạn OA: Pl = Pc = f(Mc), lực do người lái hoàn toàn đảm nhiệm.
Đoạn AC: Pc = f(Mc). Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường, điểm C, chọn Pc = 160 (N). Từ C trở đi: Pc = f(Mc) song song với đường Pl = f(Mc). Hiệu số các tọa độ của hai đường Pl và Pc chính là lực tạo nên bởi bộ cường hóa. Lực này phải phụ thuộc vào áp suất môi trường làm việc và đường kính của xi lanh. Nếu chọn Pc lớn thì quay riêng các bánh xe dẫn hướng tại chỗ sẽ nặng hơn, còn nếu chọn Pc quá nhỏ thì người lái sẽ không đủ cảm giác về chất lượng mặt đường.
4.9.3 Tính toán xy lanh thủy lực
71
Kích thước của xi lanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh ra được lực cần thiết trong khi áp suất chất lỏng trong hệ thống trợ lực lái là có giới hạn. nếu kích thước nhỏ thì áp suất dầu trợ lực phải lớn và ngược lại. Áp suất dầu là do bơm dầu sinh ra, nó có giới hạn, còn kích thước xi lanh phải vừa phải để bố trí được trên xe.
• Xác định đường kính trong xi lanh và đường kính ngoài piston.
Hình 4.12: Mặt cắt xy lanh
Công thức tính đường kính ngoài:
𝐷𝑥 = √ 4 × 𝑃𝑥
𝜋 × 𝑃𝑚𝑎𝑥 + 𝑑2 = √
4 × 4990
𝜋 × 850 + 2,62 = 37,7 (𝑐𝑚)
Trong đó: Dx là đường kính trong xy lanh
Pmax là áp suất dầu cực đại trong hệ thống cường hóa, Pmax = 850 N/ cm2
d là đường kính cần đẩy của piston. Nó chính là đường kính của thanh răng d = 26 mm.
Px là lực tác dụng lên 4 đầu cần đẩy của piston được xác định như sau:
𝑃𝑥 = 𝑃 × 𝑖𝑐× 𝜂𝑡 = 305,5 × 16,5 × 0,99 = 4990 (𝑁)
Trong đó: P là lực tác dụng lên vành lái ứng với phần trăm của mô men cản thu nhận bởi cường hóa: P = Plmax – Pc = 465,5- 160 = 305,5 (N)
ic là tỷ số truyền cơ cấu lái: ic = 16,5
72
Lấy Dx = 38 cm
Chọn đường kính ngoài và kiểm bền xy lanh lực:
Lấy chiều dày của xy lanh là 4 (cm), thì đường kính ngoài của xy lanh là: Dn = Dx+ 4 = 42 (cm) Tính bền: 𝜎 = 𝐷𝑛 2+ 𝐷𝑥2 𝐷𝑛2− 𝐷𝑥2× 𝑃𝑚𝑎𝑥+ 𝑃𝑚𝑎𝑥 =42 2+ 382 422− 382× 850 + 850 = 4512,5 ( 𝑁 𝑐𝑚2) Vật liệu làm xy lanh chọn là théo 40XH. Ta có: [𝜎] = 6000 ( 𝑁
𝑐𝑚2) Vậy 𝜎 < [𝜎], xy lanh đủ bền.
4.9.4 Xác định năng suất của bơm
Năng suất của bơm được xác định từ điều kiện là làm thế nào để xi lanh lực của cường hóa phải làm quay bánh xe dẫn hướng nhanh hơn điều kiện có thể làm được của người lái. Nếu điều kiện này không được đảm bảo thì trong những trường hợp quay vòng nhanh thì người lái sẽ bị tiêu hao một lực lớn. Vì không chỉ thắng lực cản quay vòng ở bánh xe dẫn hướng mà còn đẩy dầu đi từ phần này sang phần kia của xi lanh lực.
Để đảm bảo điều kiện trên ta phải chọn bơm có lưu lượng đủ lớn, có nghĩa là phải thỏa mãn:
𝑄𝑏 × 𝜂𝑏× (1 − 𝛿) > 𝐹 × 𝑣 (4.52)
Trong đó: 𝑄𝑏 là lưu lượng định mức của bơm.
𝜂𝑏 là hiệu suất thể tích của bơm đối với bơm cánh gạt: 𝜂𝑏 = 0,75 − 0,85. Ta chọn 𝜂𝑏 = 0,8
73
V là vận tốc chuyển động của piston. Tóc độ quay vòng lớn nhất có thể đạt được của người lái theo số liệu tham khảo nv = 60 (v/p). Như vậy khi quay 1,5 thì mất 1,5 s và thanh răng dịch chuyển là: S = X = 93,82 (mm)
Ta có: 𝑣 =𝑆
𝑡 =93,82
1,5 = 62,55 (𝑚𝑚
𝑠 ) F là diện tích của xy lanh thủy lực:
𝐹 = [𝜋 × (𝐷𝑥 2) 2 ] = 𝜋 × (38 2) 2 = 1134 ( 𝑐𝑚2)
Do vậy ta phải chọn bơm có năng suất thỏa mãn điều kiện:
𝑄𝑏 ≥ 𝐹 × 𝑣 𝜂𝑏 × (1 − 𝛿)= 1134 × 6,255 0,8 × (1 − 0,08)= 9637 ( 𝑐𝑚3 𝑠 )
Thực tế lưu lượng bơm còn phải lớn hơn như vậy để bù vào sự rò rỉ của van phân phối. Lưu lượng rò rì là ∆𝑄 = (0,05 − 0,2) × 𝑄𝑏. Chon ∆𝑄 = 0,08 × 𝑄𝑏 = 0,08 × 9637 = 771 (𝑐𝑚3
𝑠 ) = 0,05 ( 𝑚3
𝑝ℎú𝑡) Từ đó ta chọn bơm cường hóa:
Bơm cánh gạt kép có kết cấu nhỏ, hiệu suất từ 0.7 – 0.8, áp suất có thể đạt 100at, lưu lượng từ 4 – 100 l/p
Ký hiệu bơm:
Lưu lượng bơm: 𝑄𝑏 =6 (m3/phút) Số vòng quay roto: n = 950 (vòng/phút) Hiệu suất bơm: 𝜂𝑏 = 0,78
Hiệu suất toàn phần: 𝜂 =0,6 Hiệu suất cơ khí: 𝜂𝑐𝑘 =0,8
Các bộ phận của bơm gồm có: cụm bơm tạo áp suất, cụm van điều tiết, van an toàn và lưu lượng, các cụm vỏ và lắp, cốc đựng dầu đặt riêng rẽ với bơm và được nối với bơm bằng ống dẫn dầu.
74
CHƯƠNG 5: THIẾT VẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI 5.1 Các chi tiết chính của hệ thống lái
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84 5.2 Mô phỏng hệ thống lái
Hình 5.11: Mô phỏng hệ thống lái
Hình 5.11 là kết quả của quá trình mô phỏng 3D hệ thống lái ô tô bao gồm quá trình vẽ các chi tiết, lắp ráp và mô phỏng. Hệ thống lái được trang bị trên xe Toyota Fortuner 2017 là hệ thống lái có cơ cấu bánh răng trụ nghiêng – thanh răng. Ngoài ra, cơ cấu lái còn được trang bị thêm hệ thống trợ lực lái thủy lực bao gồm bơm dầu, bình chứa dầu, đường dẫn dầu và xy lanh thủy lực. Trợ lực lái làm nhiệm vụ hỗ trợ người lái được cảm giác lái nhẹ hơn trong quá trình vận hành.
Sau quá trình nghiên cứu bản vẽ của chi tiết. Chúng ta tiến hành mô phỏng 3D hệ thống lái bằng cách sử dụng môi trường Essembly trong phần mềm Solidworks để lắp ráp các chi tiết rời rạc lại với nhau thành một khối thống nhất. Sau đó sử dụng các lệnh như: Inset Compponets để lấy các chi tiết ra môi trường lắp ráp. Lệnh Mate dùng để thiết lập ràng buộc với nhau, sử dụng ràng buộc: Concident, Concentric để lắp bánh xe, cơ cấu lái…
85
CHƯƠNG 6: KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG LÁI
Việc bảo quản, bảo dưỡng xe là việc làm thường xuyên liên tục của người lái xe và thợ nhất là đối với chủ xe, có như vậy mới đảm bảo giữ tốt, dùng bền, an toàn tiết kiệm.
Hệ thống lái trên xe luôn có thể xảy ra hư hỏng làm mất khả năng điều khiển xe, do đó có thể gây nên những tai nạn bất ngờ. Chính vì vậy việc thường xuyên kiểm tra hệ thống lái là một việc làm cần thiết bảo đảm tính an toàn sử dụng cho xe. Mặt khác hệ thống lái nằm trong nhóm các hệ thống có tỷ lệ hư hỏng do mòn cao cho nên ta phải chú ý bảo dưỡng sửa chữa bôi trơn đúng chế độ. Bảo quản thay thế và bổ xung dầu trợ lực kịp thời đúng quy định.
Dưới đây là một số yêu cầu chung và một số nội dung cụ thể trong chăm sóc bảo dưỡng hệ thống lái, một số hư hỏng thường gặp và cách khắc phục.
6.1. Các yêu cầu chung
Trên cơ sở nắm vững đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc hệ thống lái, trong quá trình sử dụng bảo dưỡng sửa chữa ta phải tuân thủ một số yêu cầu sau đây:
- Phải thường xuyên kiểm tra mức dầu trong trợ lực, thông rửa các phần tử lọc của bơm, thường xuyên kiểm tra độ kín khít của các mối ghép và đường ống trong trợ lực.
- Không tự ý tháo cơ cấu lái, van phân phối hay bơm trợ lực. Khi tháo lắp các chi tiết của các bộ phận này phải đảm bảo thợ có tay nghề cao và đảm bảo vệ sinh công nghiệp. - Dầu dùng trong trợ lực lái phải đúng chủng loại và thật sạch.
6.2. Các chế độ bảo dưỡng
a) Bảo dưỡng thường xuyên
Thường xuyên kiểm tra các chỗ nối, các ổ có bị lỏng ra không và còn chốt chẻ không. Kiểm tra độ rơ vành tay lái và xem có bị kẹt không.
b) . Bảo dưỡng 1 (sau 6500 Km)
Kiểm tra và siết lại ổ, các khớp nối, kiểm tra các chốt chẻ. Kiểm tra độ rơ vành tay lái và của các khớp thanh lái ngang. Kiểm tra và bổ sung dầu trợ lực lái, bơm mỡ các khớp. Kiểm tra độ căng dây đai bơm dầu.
86
c) Bảo dưỡng 2 (sau 12500 Km)
Kiểm tra dầu trợ lực lái, nếu cần thiết thì thay dầu. kiểm tra điều chỉnh độ rơ ở các khớp cầu của thanh lái dọc, ngang. Bơm mỡ đầy đủ vào các vú mỡ.
Thông rửa các phần tử lọc của bơm dầu, kiểm tra áp suất trong hệ thống trợ lực, điều chỉnh độ căng dây đai. Kiểm tra xiết chặt vỏ của cơ cấu lái với khung xe, trục lái với giá