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

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


5.1. Các sơ đồ cơ bản:
5.1.1. Truyền động thủy lực thể tích mạch hở
a) Truyền động thủy lực thể tích mạch hở có cđ tịnh tiến
b) Truyền động thủy lực thể tích mạch hở có cđ quay

5.1.2. Truyền động thủy lực thể tích mạch kín
5.1.3. Truyền động thủy lực thể tích kiểu vi sai


5.1.1. Truyền động thủy lực thể tích mạch hở
a) Truyền động thủy lực thể tích mạch hở có cđ tịnh tiến
Hệ thống bao gồm :
- Cơ cấu biến đổi năng lượng: bơm piston 1
và xilanh lực 6.
- Cơ cấu trung gian: van 1 chiều 2, 3 và cơ
cấu phân phối 5.

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.
Để đảo chiều làm việc của piston trong xi lanh lực ta xoay van phân
phối 900 , 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
a) Truyền động thủy lực thể tích mạch hở có cđ tịnh tiến
Vận tốc cơ cấu chấp hành:
Lưu lượng chất lỏng do bơm chuyển đi:
QB=vB.FB
Lưu lượng chất lỏng nạp vào động cơ:
QĐC=vĐC.FĐC
Khi không có rò rỉ thì: QB=QĐC  vB.FB=vĐC.FĐC
Q
Q

v  DC  B
DC

FDC

FDC

Áp suất làm việc:
Nếu không có tổn thất cột áp thì áp suất do bơm tạo ra bằng áp suất
trong buồng làm việc của xilanh lực:
- Áp suất do bơm tạo ra là: p=PB /FB
với

PB: lực đặt lên piston của bơm (do bơm tạo ra)
- Lực do chất lỏng có áp suất p tác dụng lên piston của xilanh
lực :
PĐC = p.FĐC = Ptải trọng
 ứng lực PĐC cân bằng với lực cản của tải trọng Ptải trọng.


5.1.1. Truyền động thủy lực thể tích mạch hở
a) Truyền động thủy lực thể tích mạch hở có cđ tịnh tiến
Công suất của bơm :
Trường hợp bơm piston và xilanh lực, bỏ qua tổn thất:
NB = p.QB
Công suất của động cơ:
NĐC = PĐC.vĐC = p.FĐC.vĐC=p.QĐC
Do
QB = QĐC  NB = NDC
Trường hợp bơm roto và xilanh lực, bỏ qua tổn thất:
Lưu lượng bơm :
QB = qB.nB
Vận tốc cơ cấu chấp hành:
vDC

Công suất:

qB  nB QDC


FDC
FDC


NB = p.QB = p.qB.nB


5.1.1. Truyền động thủy lực thể tích mạch hở
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 :
nDC 

QDC nB qB

qDC
qDC

Nếu NĐC là công suất của động cơ thì momen quay động cơ cung
cấp sẽ là:

N DC  p  QDC  p  qDC  nDC  M DC 

p  qDC  nDC p  qDC

2  nDC
2



5.1.1. Truyền động thủy lực thể tích mạch hở
b. Truyền động thủy lực thể tích mạch hở có cđ quay
Vận tốc cơ cấu chấp hành:
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:

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.
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.


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.
Ta có
Q1  Qb  qb n[l/ph]  Q1  v.A1 

Muốn thay đổi Qb=Q1 ta thay đổi qb dẫn tới thay đổi v


5.2.1 Phương pháp thể tích điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành :
Đặc điểm:
Khi tải trọng không đổi công suất của cơ cấu chấp hành tỷ lệ với lưu
lượng của bơm.
Ưu điểm:
Toàn bộ lưu lượng đều cung cấp cho xilanh không có dầu thừa nên hiệu
suất của hệ thống thủy lực cao, dầu ít bị làm nóng
Nhược điểm:
phải dùng bơm dầu điều chỉnh lưu lượng có kết cấu phức tạp chế tạo
đắt.
Ứng dụng:
Loại điều chỉnh này được dùng rộng rãi trong các máy cần thiết một
công suất lớn khi khởi động, tức là cần thiết lực kéo lớn hoặc mômen
xoắn lớn. Ngoài ra nó cũng được dùng rộng rãi trong những hệ thống
thực hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay khi vận tốc giảm,
công suất cần thiết cũng giảm


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


Q  . Ax c p
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.
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

Q1  A1v   Ax c p
Hiệu áp giữa hai đầu van tiết lưu:

p  p0  p1

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
bằng lực của pittông là:
p1 A1  p2 A2  Fms  FL  0  p1  p2

A2 FL  Fms


A1
A1

Ta thấy khi FL thay đổi làm cho p1 thay đổi  Δp thay đổi  Q1 thay đổi làm
cho v1 không ổn định


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

Q2  v. A2   Ax c p2
Vì cửa van của tiết lưu nối liền với bể dầu nên hiệu áp
của tiết lưu: p  p  p  p
2

3

2

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

Tương tự ta cũng có phương trình cân bằng tĩnh là

A1 FL  Fms
p0 A1  p2 A2  FL  Fms  0  p  p2  p0

A2

A2
Ta cũng thấy khi FL thay đổi làm cho p2 thay đổi Q2 thay đổi v không ổn định


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

Kết cấu đơn giản, không cần sử dụng bơm có lưu lượng điều chỉnh
được nên giảm được giá thành của hệ thống.
Nhược điểm:
- không đảm bảo vận tốc cơ cấu chấp hành ở một giá trị nhất định
khi tải trọng thay đổi.
- một phần dầu thừa qua van tràn biến thành nhiệt làm giảm độ
nhớt của dầu có khả năng làm tăng lượng dầu rò ảnh hưởng đến sự
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.
Ứng dụng:

Dùng trong những hệ thống thủy lực làm việc với tải trọng thay đổi
nhỏ hoặc trong các hệ thống không yêu cầu cao về ổn định vận tốc


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


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



5.3.1 Hệ thống lái có trợ lực thủy lực
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
không
thể
quay
góc
ngoặt
gấp
được.
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 trái

Khi quay phải


5.3.1 Hệ thống lái có trợ lực thủy lực

b) Cấu tạo và nguyên lý làm việc
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-thanh
răng

Cơ cấu lái kiểu
trục vít-êcucung răng


+ Bơm trợ lực lái:
+ Bơm trợ lực được dẫn động bởi động cơ bằng
đai và puli, nó có chức năng tạo ra áp suất dầu
đủ lớn để cung cấp cho van phân phối dẫn đến
các ngả của xylanh lực hỗ trợ cho quá trình
xoay các bánh xe dẫn hướng.
+ Bơm trợ lực với tốc độ cao, nhiệt độ của bơm

có thể đạt tới 100 – 110 0C
+ Thường sử dụng loại bơm cánh gạt hoặc bánh
răng với áp suất dầu tạo ra trong khoảng 55 –
80 (kG/cm2).

Để đảm bảo cho bảo cho bộ phận
trợ lực lái hoạt động tốt ở các chế
độ khai thác khác nhau bơm trợ lực
thường được trang bị thêm thiết bị
bù không tải, van điều tiết áp suất...


+ 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
xe.

Mục tiêu:
Ở tốc độ chậm lực
đánh lái nhẹ hơn và
ở tốc độ cao lực lái
nặng hơn


c) Progressive Power Steering (PPS)
Cấu tạo:
- Trợ lái phi tuyến tính loại phản ứng thuỷ lực sử dụng một thanh xoắn
mỏng hơn thanh xoắn trong trợ lái thông thường để giảm lực lái cần
thiết khi lái tại chỗ hoặc chạy ở tốc độ chậm.
- 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.