Đối với loại xe đang thiết kế là loại xe tải trung bình vận tải hàng hóa trong điều kiện quãng đường ngắn. Tải trọng tác dụng lên các bánh xe dẫn hướng lớn do đó lực lái lớn nhất mà người lái phải đặt lên vành tay lái nhằm làm giảm bớt sức lao động cho người lái, đờng thời làm tăng tính ởn định cho xe khi ơ tơ quay vịng.
1. Một số phương án bố trí cường hóa hệ thống lái
Trên xe ơ tơ bố trí trợ lực lái dạng thủy lực có kết cấu gọn. Hệ thống trợ lực lái là một hệ thống tự điều khiển, bởi vậy nó bao gồm: nguồn năng lượng, van phân phối và xilanh lực. Tùy thuộc vào việc sắp xếp các bộ phận trên vào hệ thống lái có thể chia ra các phương án sau:
• Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái;
• Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái; • Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, tách biệt với xilanh lực; • Van phân phối, xilanh lực và cơ cấu lái đặt riệng biệt với nhau.
a) Van phân phối, xilanh lực đặt chung trong cơ cấu lái
Phương án bố trí này giống như xe ZIN – 130, van phân phối, xilanh lực được bố trí chung với cơ cấu lái. Ưu điểm của phương pháp bố trí này là gọn và dễ bố trí trên xe, ngoài ra các đường ống là ngắn nhất cho nên tránh được những khả năng phát sinh dao động do sự không ổn định động lực học do cường hóa gây nên.
Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp bố trí này là hầu như tồn bộ các chi tiết của dẫn động hệ thống lái phải chịu tác dụng của mô men cản quay vịng tồn bộ của các bánh xe dẫn hướng. Điều này làm tăng độ biến dạng đàn hồi của hệ thống lái và hậu quả làm tăng khả năng phát sinh dao động của các bánh xe dẫn hướng. Sử dụng phương pháp này là khơng có lợi do phải tăng khối lượng các chi tiết dẫn động lái và cơ cấu lái.
Hình 39: Bộ cường hóa lái bố trí cơ cấu lái van phân phối và xilanh lực thành một cụm
1.Đòn quay đứng 2.Thanh kéo dọc 3.Đòn quay ngang
4.Cơ cấu xilanh lực, van phân phối và cơ cấu lái 5.Cầu dẫn hướng
6.9.10.Cơ cấu hình thang lái 7.Trục lái
8.Vành tay lái
11.Bánh xe dẫn hướng 12.Trục quay
b) Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái
Trong phương án này van phân phối và xilanh lực được bố trí chung thành một cụm trên thanh kéo dọc. Kiểu bố trí như thế này cho phép ta có thể sử dụng nhiều cơ cấu lái khác nhau. Tuy nhiên khuynh hướng gây nên sự dao động của bánh xe dẫn hướng sẽ cao hơn so với kiểu bố trí cơ cấu lái, van phân phối và xilanh lực thành một cụm.
Bố trí kiểu này khi tăng tải tức là khi tăng đường kính của xilanh lực thì khơng đảm bảo lái nhẹ bởi vì khi quay vịng những lực thành phần bên tác dụng lên đòn quay đứng từ thanh kéo dọc (lực thành phần hướng kính tác dụng lên vỏ van phân phối) sẽ cản trở chuyển dịch của con trượt và chính nguyên nhân này làm tăng đáng kể lực ở vành tay lái.
Hình 40: Bộ cường hóa bố trí cơ cấu lái riêng xilanh lực và van phân phối thành một cụm riêng
1.Cơ cấu lái 7.Trục lái 2.Thanh kéo dọc 8.Vành tay lái 3.Đòn quay ngang 11.Bánh xe dẫn hướng
4.Cơ cấu xilanh lực và van phân phối 12.Trục quay 5.Cầu trước của bánh xe dẫn hướng
6,9,10.Cơ cấu hình thang lái
c) Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, tách biệt với xilanh lực
Hình 41: Bộ cường hóa bố trí van phân phối cơ cấu lái và xilanh lực đặt riêng rẽ
1.Van phân phối. 7.Trục lái. 2.Thanh kéo dọc. 8.Vành tay lái.
3.Đòn quay ngang. 11.Bánh xe dẫn hướng. 4.Cơ cấu lái. 12.Trục quay.
5.Cầu trước của bánh xe dẫn hướng. 13.Xilanh lực. 6, 9, 10.Cơ cấu hình thang lái.
Ở phương án này, van phân phối được bố trí chung trong cơ cấu lái, còn xilanh lực nằm riêng rẽ. Trong kiểu bố trí này địi hỏi các đường ống dẫn phải dài nhưng ưu điểm chính của nó lại là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi tác động của cường hóa lái, cơng suất của cường hóa lái dễ dàng thay đởi do xilanh lực có thể thay đởi tự do cách bố trí.
Trong trường hợp này ta bố trí xilanh lực trên hình thang lái giảm thiểu lực tác dụng lên cơ cấu lái và lên dẫn động lái do vậy nó giảm kích thước của dẫn động lái và làm giảm dao động ở hệ thống dẫn động do lực cản quay vòng sinh ra.
d) Van phân phối, xilanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau
Hình 42: Bộ cường hóa bố trí van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, xilanh lực nằm ở trên hình thang lái
1.Cơ cấu lái 7.Trục lái 2.Thanh kéo dọc 8.Vành tay lái
3.Đòn quay ngang 11.Bánh xe dẫn hướng 4.Van phân phối 12.Trục quay
5.Cầu trước của bánh xe dẫn hướng 13.Xilanh lực 6, 9, 10. Cơ cấu hình thang lái
Trong phương án này ta bố trí các cụm cơ cấu lái, van phân phối và xilanh lực nằm tách biệt với nhau. Nó cũng có đầy đủ những ưu điểm của các phương án bố trí trước như cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi lực tác động của cường hóa, cơng suất của cường hóa dễ dàng thay đởi do xilanh lực có thể thay đởi tự do cách bố trí. Tuy nhiên bố trí như phương án này tay lái vẫn khơng nhẹ và lực tác động lên van phân phối thay đởi do cánh tay địn thay đởi.
Vì kết cấu các cụm chi tiết của xe nhỏ gọn, để phù hợp với hình dáng kích thước của xe ta phải lựa chọn phương án thiết kế cụm cường hóa đảm bảo các u cầu sau:
• Đảm bảo được tính năng cường hóa, nhưng vẫn phải tạo được “ cảm giác” lực cản của mặt đường cho người lái;
• Cách bố trí của phương án phải phù hợp với xe thiết kế; • Giá thành sản xuất, thay thế phải đảm bảo tính kinh tế; • Dễ dàng tháo lắp, bảo dưỡng và sửa chữa.
Qua đánh giá và phân tích các ưu, nhược điểm của các phương án bố trí cường hóa. Ta thấy phương án (a) là phương án thích hợp nhất để tính tốn và thiết kế.
2. Chọn van phân phối
Van phân phối có hai dạng được dùng phở biến là loại van trượt và loại van xoay. Loại van trượt có kết cấu phức tạp. Với cơ cấu lái liên hợp của xe thiết kế, loại van xoay có kết cấu gọn, khơng có độ dịch chủn dọc.
3. Nguyên lý làm việc của van phân phối kiểu van xoay
Van ống ngoài (van xoay): Dng = 40 (mm), dtr = 26 (mm).
Có đường dầu đến d = 7 (mm), được khoan thẳng, hai lỗ cường hóa được khoan chéo góc d = 4 (mm). Đục mỗi mặt 4 lỗ cách đều nhau, có tất cả 12 lỗ trên mặt van. Mặt ngồi có kht rãnh vng và mặt trong có khoét rãnh elip. Van được lắp chặt với trục vít bằng chốt đường kính 3 (mm).
Van ống trong (trục van phân phối): Dng = 26 (mm), dtr = 13 (mm).
Van này chỉ có hai loại lỗ: một lỗ trung gian (khi xe đi thẳng) và một lỗ nằm trên cao để hồi dầu về. Van làm rỗng bên trong. Thanh xoắn nằm cố định trong van. Cả van ống trong và thanh xoắn được lắp với trục vít bằng một chốt đường kính 4 (mm), đầu cịn lại của thanh xoắn lắp chặt với van ống trong bằng chốt 4 (mm). Mặt bên ngồi van ống trong có rãnh elip để dẫn dầu đi cường hóa.
Nguyên lý cường hóa:
Khi xe đi thẳng: lúc này ba lỗ trung gian trùng nhau. Dầu đi từ bơm qua lỗ trung gian vào van ống trong rồi qua cửa hời về bình chứa. B̀ng trái và b̀ng phải xilanh bị nén nhẹ nhưng khơng có sự chênh lệch áp suất giữa chúng nên khơng có sự trợ lực lái.
Hình 43: Khi xe đi thẳng
Khi xe rẽ về một bên: van ống trong có phần vỏ nối với các đăng của vành lái. Khi các đăng xoay, van ống trong cũng xoay, thanh xoắn bị xoắn một góc làm cho van ống trong và van ống ngồi lệch nhau một góc nhỏ (khoảng gần 30) chỉ đủ để đường dầu đi thẳng của van ống ngồi có thể đi đến bên đường dầu cần cường hóa, đờng thời hướng mặt bên khơng cần cường hóa có thể đi về bình chứa.
Hình 44: Khi xe quay sang phải
Hình 45: Khi xe quay sang trái
Khi đánh lái mà giữ nguyên vành lái, khi đó thanh xoắn vẫn đang bị xoắn, dầu trợ lực tiếp tục trợ lực cho một buồng (trái hoặc phải) của xilanh lực tùy theo đang quay vịng theo hướng nào. Vì giữ nguyên vành lái nên thanh răng đứng n. Do đó trục vít bị quay theo chiều ngược lại, tức là thanh xoắn khơng bị xoắn nữa, các van trở về vị trí trung gian như xe đi thẳng. Khi người lái tiếp tục đánh lái, quá trình lại diễn ra như khi xe quay vịng về một phía đã trình bày ở trên.