CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CƯỜNG hóa hệ THỐNG lái XE tải 2,5t

Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái Ta biết rằng khi cha có cờng hoá lái, ngời lái muốn quay vòng ôtô thì ng-ời lái phải tác dụng một lực rất lớn lên vành tay lái để thắng đợc lực cản

Chơng IV tính toán cờng hóa lái

4.1 Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái

Ta biết rằng khi cha có cờng hoá lái, ngời lái muốn quay vòng ôtô thì

ng-ời lái phải tác dụng một lực rất lớn lên vành tay lái để thắng đợc lực cản quay vòng Nếu sử dụng lực này trong một thời gian dài thì ngời lái sẽ bị mệt và không an toàn khi di chuyển Do vậy ta phải xác định đợc lực lớn nhất mà ngời lái phải tác dụng lên vành tay lái Theo nh phần 2.4 ta đã xác định đợc lực cực

đại tác dụng lên vành tay lái dựa vào lực cản của mặt đờng

Pmax 47,68(KG)

4.2 Xây dựng đặc tính cờng hoá lái

Theo giáo trình TKTT ôtô thì đặc tính của cờng hoá chỉ rõ sự đặc trng của quá trình làm việc của bộ cờng hoá hệ thống lái Nó biểu thị mối quan hệ giữa lực mà ngời lái đặt lên vành tay lái Pl và mômen cản quay vòng của các bánh dẫn hớng Mc

( )

c l

d th

M

R i i 

Qua đây ta thấy khi không có cờng hoá thì lực đặt lên vành tay lái chỉ phụ thuộc vào mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hớng (vì R, i, id, th là những hằng số) Do đó đờng đặc tính là những đờng bậc nhất đi qua gốc toạ độ Theo tính toán ở phần trớc khi quay vòng ôtô tại chỗ mômen cản quay vòng là lớn nhất, toạ độ xác định điểm này trên đờng đặc tính là B [47,68 ; 117,3] Vậy

đờng đặc tính đợc xác định P1 = f(Mc) sẽ đi qua gốc toạ độ và đi qua điểm B [47,68 ; 117,3]

Khi hệ thống lái đợc lắp cờng hoá đờng đặc tính của của nó cũng biểu thị mối quan hệ giữa lực tác dụng lên vành tay lái và mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hớng Mc Đây cũng là mối quan hệ bậc nhất

Khi con trợt của van phân phối ở vị trí trung gian thì lực cờng hoá quy dẫn lên vành tay lái Pc = 0 nên mômen cản quay vòng Mc = 0

Do bộ cờng hoá đợc thiết kế ở van phân phối có loxo định tâm Khi những

va đập ở mặt đờng truyền ngợc lên vành tay lái nếu nằm trong giới hạn lực nén sơ bộ ban đầu của loxo thì lực đó đợc truyền lên vành tay lái Nếu nh lực ngợc

đó mà vợt quá giới hạn đó thì loxo sẽ đợc nén tiếp dẫn đến con trợt van phân phối bị lệch về một phía và bộ cờng hoá bắt đầu làm việc Cụ thể, để bộ cờng hoá làm việc thì lực đặt lên vành tay lái phải lớn hơn 2,5 (KG) ở giai đoạn này

đặc tính biểu thị sẽ trùng với đặc tính khi cha có bộ cờng hoá

Tại điểm A [2,5 ; 6,15] thì bộ cờng hoá bắt đầu làm việc

Khi lực đặt lên vành tay lái lớn hơn 2,5 (KG) đờng đặc tính đặc trng cho hoạt động của cờng hoá ở giai đoạn này cũng là đờng bậc nhất nhng có độ dốc thấp hơn so với đờng đặc tính khi cha có cờng hoá (độ dốc này cần thiết phải có

để đảm bảo cho ngời lái có cảm giác sức cản của mặt đờng tác dụng lên vành tay lái) Khi mômen cản quay vòng lớn hơn Mc = 117,3 (KGm) thì hệ thống lái làm việc nh hệ thống lái cơ khí ban đầu (cờng hoá đã làm việc hết khả năng) Cụ thể

là ngời lái muốn quay vòng ôtô thì phải tác dụng lên vành tay lái một lực Pl > Pc Đồ thị các đờng đặc tính khi cha cờng hoá Pl = f(Mc) và đợc lắp bộ cờng hoá Pc = f(Mc) đợc thể hiện ở hình dới đây

Ta thấy rằng:

 Đặc tính khi cha có cờng hoá là đờng bậc nhất, đoạn OB

 Đặc tính khi có cờng hoá là đờng bậc nhất gãy khúc và thấp hơn đ-ờng đặc tính khi cha có cđ-ờng hoá

 Đoạn OA: Pl = Pc = f(Mc) Lực do ngời lái hoàn toàn đảm nhận

 Đoạn AC: Pc = f(Mc) Biểu thị lực mà ngời lái cảm nhận về chất lợng mặt đờng Điểm C [15 ; 117,3], chọn Pc = 15 (KG)

 Từ C trở đi: Pc = f(Mc) song song với đờng Pl = f(Mc)

Hiệu số các toạ độ của hai đờng Pc và Pl chính là lực tạo nên bởi bộ cờng hoá Lực này phải phụ thuộc vào áp suất môi trờng làm việc và đờng kính của xilanh

Lực cờng hoá cực đại quy dẫn về vành tay lái:

P H P lmax  P c 47,68 15 32,68(  KG)

Nếu chọn Pc lớn thì quay riêng các bánh xe dẫn hớng tại chỗ sẽ nặng hơn, còn nếu chon Pc quá nhỏ thì ngời lái sẽ không đủ cảm giác về chất lợng mặt đ-ờng

117,3 KGm 6,15 KGm

0

15 KG

C D

A 2,5 KG

Khoõng coự cửụứng hoaự

Coự cửụứng hoaự

P

Mc

Hình 4.1

Đồ thị đặc tính của bộ c ờng hoá.

4.3 Xác định lực tính toán

Với ôtô tải để giảm cờng độ lao động của ngời lái thì lực lái lớn nhất mà ngời lái phải sinh ra khi quay vòng xe là 15 (KG) Trong khi đó nếu không có c-ờng hoá thì lực lớn nhất mà ngời lái phải sinh ra là 47,68 (KG) nh đã tính ở trên Khi quay vòng tại chỗ mômen cản quay vòng là lớn nhất

M cmax 117,3(KGm)

Lực thực tế mà xilanh lực phải sinh ra

Ta có lực cơng hoá cực đại quy dẫn về vành tay lái là:

P H 32,68(KG)

Mômen cản quay vòng lớn nhất của xe sinh ra trên trụ quay đứng là:

M c 117,3(KGm)

Trong đó xilanh lực phải sinh ra mômen có độ lớn bằng:

M ch k M c (4 – 1)

ở đây: k – là phần trăm lực mà bộ cờng hoá sinh ra trên vành tay lái Khi quy dẫn lên vành tay lái thì:

max

max

47,68 15

47,68

l

k P

Trong đó:

Plmax – lực cực đại trên vành tay lái mà ngời lái phải sinh ra khi quay vòng ôtô tại chỗ khi cha có cờng hoá Plmax = 47,68 (KG)

Pc – lực cực đại trên vành tay lái mà ngời lái phải sinh ra khi có bộ

cờng hoá làm việc Pc = 15 (KG).

Lực mà xilanh phải sinh ra là:

68,54.117,3

100.0,13

ch xl

M

e

e – là khoảng cách từ đòn kéo ngang tới cầu

dẫn hớng e = 130 (mm)

4.4 Tính toán xilanh lực

Kích thớc của xilanh lực cần phải đủ lớn để đảm bảo sinh ra đợc lực cần thiết trong khi áp suất chất lỏng trong hệ thống trợ lực lái là có giới hạn Nếu kích thớc nhỏ thì áp suất dầu trợ lực phải lớn và ngợc lại áp suất dầu là do bơm dầu sinh ra, nó không thể quá lớn đợc Còn kích thớc xilanh phải vừa phải để có thể bố trí đợc trên xe

4.4.1 Xác định đờng kính trong của xilanh lực và đờng kính cần piston

Theo sách [5] đờng kính trong của xilanh lực đợc tính theo công thức:

2

0

4

xl x

P

P



  (4 – 3)

Trong đó:

Dx – đờng kính trong của xilanh lực

P0 – là áp suất cực đại trong hệ thống cờng hoá

P0 = 65 (KG/cm2) theo sách [12]

d – là đờng kính cần đẩy piston, chọn d = 20 (mm)

Pxl – lực mà xilanh phải sinh ra Pxl = 618,44 (KG)

Nh vậy ta có:

4.618,44 2

3,14.65

x

Lấy Dx = 4,0 (cm)

4.4.2 Chọn đờng kính ngoài và kiểm bền xilanh lực

Lấy chiều dày của thành xialnh là 8 (mm) thì đờng kính ngoài của xilanh lực là:

D n 40 2.8 56(  mm).

ứng suất tác dụng lên thành xilanh:

2

Vật liệu làm xilanh là thép 20XH

ch 800(KG cm/ 2)

  571,4(KG cm/ 2)

Vậy:    xilanh lực thoả mãn điều kiện bền

4.4.3 Xác định hành trình và thể tích làm việc của xilanh lực

Do kết cấu và bố trí cờng hoá, vỏ xilanh lực đợc gắn trên dầm cầu, cần

đẩy piston gắn với đòn kéo ngang thông qua các khớp Hành trình của piston xilanh lực là chiều dài mà piston phải trợt khi ta quay vành tay lái từ vị trí tận cùng bên trái sang vị trí tận cùng bên phải Quãng đờng này của piston bằng hai lần quãng đờng mà piston phải trợt từ vị trí trung gian sang tận cùng một phía Theo nh ta đã chọn thì góc quay của bánh xe khi hết lái là 370 so với vị trí trung gian Hình minh hoạ trên thể hiện tay lái ở vị trí trung gian bằng nét liền, tay lái ở vị trí tận cùng bên trái bằng nét đứt Theo hình vẽ thì hành trình piston

38 0

 m

Hình 4.2

Sơ đồ hành trình dịch ngang của thanh kéo khi xe quay vòng lớn nhất.

gần bằng hành trình dịch ngang của thanh kéo ngang và đợc tính bằng biểu thức sau:

0

mm

Vậy thể tích làm việc của xilanh lực là:

2

3

4

x lv

D

V  h cm (4 – 6)

Trong đó:

Dx - đờng kính trong của xilanh lực Dx = 4,0 (cm)

h – hành trình làm việc của piston

Nh vậy ta có:

2

3

3,14.4,0

4

lv

4.4.4 Xác định chỉ số hiệu quả tác dụng của cờng hoá

Theo giáo trình TKTT ôtô tập 2 – 1971 thì chỉ số hiệu dụng của cờng hoá

đợc xác định qua kệ số k:

max 47,68

3,18 15

l c

P k

P

   (4 – 7)

Theo quy phạm thì hệ số k nằm trong phạm vi cho phép [k] = 2  6 ở dây

k = 3,18 nằm trong khoảng cho phép Vậy các thông số của bộ cờng hoá mà ta

đang tính toán thoả mãn điều kiện này

4.5 Lực lái lớn nhất đặt lên vành tay lái

Với bơm cung cấp dầu cho cờng hoá thì đòi hỏi phải cung cấp đủ dầu cho c-ờng hoá làm việc Lu lợng của bơm đợc xác định từ điều kiện là làm thế nào để xilanh lực của cờng hoá phải kịp làm quay các bánh xe dẫn hớng nhanh hơn

điều mà ngời lái có thể làm đợc Nếu không đảm bảo đợc điều kiện này thì ứng với trờng hợp quay vòng nhanh thì ngời lái sẽ phải tiêu hao một lực lớn không những để thắng đợc lực cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hớng mà còn để đẩy

dầu di chuyển từ khoang bên này sang khoang bên kia của xilanh lực vì bơm không đủ lu lợng

4.5.1 Tính lu lợng của bơm

Lu lợng của bơm đợc tính theo thời gian quay vòng và thể tích làm việc của xialnh lực:

V lv

Q t

 (4 – 8)

Trong đó:

Q – lu lợng của bơm

Vlv – thể tích làm việc của xilanh Vlv = 215,03 (cm3)

t – thời gian quay vòng của xe t = 2,61 (s)

Ta có:

215,03 3

2,61

Thực tế lu lợng của bơm còn phải lớn hơn nh vậy để bù vào sự dò dỉ dầu ở van phân phối Lu lợng dò dỉ là Q

Q = (0,05  0,1)Q Lấy Q = 0,08Q

Tức là:

Qtt = Q + Q = 1,08Q = 1,08.82,39 = 89 (cm3/s)

Năng suất tính toán của bơm ở đây phải đạt đợc ở số vòng quay của động cơ cao hơn số vòng quay không tải là 25% và áp suất đạt đợc là 0,5Pmax

4.5.2 Chọn bơm cờng hoá

Bơm cờng hoá là cụm phức tạp và chịu tải lớn nhất của hệ thống cờng hoá thuỷ lực Điều kiện làm việc của bơm gây nên bởi chế độ tải trọng thay đổi lớn, ứng suất nhiệt cao (nhiệt độ làm việc của bơm trong khoảng 100  1100C) và sự

ảnh hởng cảu môi trờng xung quanh

Bơm đợc sử dụng cho cờng hoá có nhiều loại nh bơm piston, bơm trục vít, bơm bánh răng, bơm cánh gạt Hiện nay trên các xe hiện đại ngời ta sử dụng chủ yếu hai loại bơm là bơm bánh răng và bơm cánh gạt

Qua phân tích các yêu cầu và điều kiện làm việc của bơm cờng hoá ta chọn loại bơm cánh gạt tác dụng kép vì loại bơm nàycó kết cấu nhỏ gọn, hiệu suất có thể đạt tới 0,7  0,8, áp suất có thể đạt 100 at, lu lợng từ 5  200 (l/phút)

Ký hiệu bơm:

Lu lợng của bơm: Q = (l/phút)

Số vòng quay của rôto: n = (vòng/phút).

Hiệu suất của bơm: Q = Hiệu suất toàn phần của bơm:  = Hiệu suất cơ khí của bơm:  =

4.6 Tính toán các chi tiết của van phân phối

4.6.1 Đặc tính của van phân phối

Van phân phối có ảnh hởng rất lớn tới sự làm việc ổn định lâu dài của cờng hoá lái Việc thiết kế van phân phối thực chất là tính toán thiết kế con trợt của van

Độ nhạy cảm tác động và mức độ chậm tác dụng của hệ thống cờng hoá là những nhân tố cơ bản để xác định sự làm việc của nó

Độ nhạy cảm tác động của bộ cờng hoá ở một mức độ lớn phụ thuộc vào bề rộng tiết diện lu thông của cặp con trợt và vỏ của van phân phối và đợc đặc trng bằng bằng trị số hành trình của con trợt mà trong đó áp suất thay đối từ giá trị cực tiểu đến giá trị cực đại

Trên hình 4.3 biểu thị đờng đặc tính của van phân phối có nghĩa là những

đờng cong thay đổi áp suất phụ thuộc vào sự di chuyển của con trợt của những kết cấu khác nhau và ứng với bề rộng khác nhau của tiết diện lu thông

Nếu chọn đờng đặc tính của van phân phối là đờng cong 1 và 2 thì áp suất dầu trong hệ thống sẽ có sự thay đổi đột ngột gay nên tải trọng va đập trong hệ thống làm giảm tuổi thọ các chi tiết trong hệ thống cờng hoá

Đờng 4 và 5 thì áp suất thay đổi tơng đối đều nhng vẫn có độ chậm tác dụng vẫn gây nên sự mất linh hoạt của hệ thống

Đờng cong 3 là tối u hơn cả, nó gần nh không có độ chậm tác dụng, áp suất tăng ngay khi con trợt di chuyển và trong suốt quá trình di chuyển của con trợt áp suất dầu trong hệ thống thay đổi đều cho nên không có sóng áp suất sinh

ra đảm bảo sự làm việc bền lâu của hệ thống Muốn có đợc nh vậy thì mép con trợt phải vê tròn

P

(KG)

0

Hình 4.3

Các đ ờng đặc tính của van phân phối.

4.6.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc của van phân phối

Nguyên lý: ở trạng thái bình thờng khi cờng hoá cha làm việc con trợt van

phân phối đợc giữ ở trạng thái trung gian nhờ loxo định tâm, dầu từ bơm dầu qua cửa 6 vào trong van phân phối, lợng dầu thừa sẽ đợc hồi về bình chứa qua cửa số

5 Khi ngời lái muốn quay vòng trái hoặc quay vòng phải nhờ lực dọc trục của cần đẩy con trợt sẽ đợc đa sang trái hoặc đa sang phải, dầu từ đờng cửa 6 sẽ đi vào trong cửa 7 hoặc cửa 8, và làmcho xilanh lực chuyển dịch sang bên trái hoặc sang bên phải Van phân phối chỉ làm việc khi lực tác dụng lên vành tay lái lớn hơn 2,5 (KG) để đảm cho ngời lái có cảm giác mặt đờng Lực xiết của êcu 9 sẽ

đảm bảo cho van phân phối chỉ làm việc khi lực ở tay lái lớn hơn 2,5 (KG)

Hình 4.4

Kết cấu của van phân phối.

1 – Loxo định tâm của van phân phối.

2 – Con tr ợt van phân phối.

3 – Lỗ tiết l u.

4 – Ngỗng con tr ợt

5 – Đ ờng dầu hồi.

6 – Đ ờng cấp dầu

7,8 – Đ ờng dầu đến xilang lực.

9 – Êcu điều chỉnh.

d 1

5 6

4.6.3 Tính hành trình toàn bộ của con trợt

Khi vành tay lái quay về một phía ứng với góc quay ngặt nhất của bánh xe dẫn hớng từ vị trí trung gian thì con trợt sẽ dịch chuyển về một phía tơng ứng với hớng quay vòng của bánh xe, khoảng dịch chuyển đó là  Nó đợc xác định nh sau:

      (4 – 9)

Trong đó:

-   - khe hở giữa mép con trợt và rãnh vỏ van trợt

-   - là độ trùng khớp cực đại của mép con trợt và rãnh

  đợc xác định từ điều kiện tổn thất áp suất trong con trợt và hành trình

không tải  P (0,3 0,4) KG cm/ 2 Khi đó   đợc xác định theo công thức:

( )

2

2

t d

Q

cm

g P d



 



 

 (4 – 10)

ở đây:

Q – lu lợng của bơm dầu cung cấp cho bộ cờng hoá làm việc

theo kết quả của phần 4.5.1 ta có: Q = 89 (cm3/s)

dt – đờng kính ngõng con trợt, lấy dt = 2,5 (cm)

g – gia tốc trọng trờng lấy tròn g = 10 (m/s2)

P

 - tổn thất ở hành trình không tải  P 0,3(KG cm/ 2)

d

 - trọng lợng riêng của dầu d = 0,9 (g/cm3) = 0,009 (KG/cm3)

 - hệ số tổn thất cục bộ  = 3,1

Nh vậy:

89

2.100.0,3 2.3,14.2,5

0,009.3,1

cm



Khi tính đến sự tiết lu trong các đờng rãnh dầu lấy:  0,142(cm)  - độ trùng khớp cực đại của mép con trợt và rãnh  đợc xác định từ

điều kiện lọt dầu của con trợt (Q1)

Q1 0,1.Q0,1.89 8,9( cm s3/ ) (4 – 11)

  đợc tính theo công thức:

3

max 1

24

t

d P Q

 





  (4 – 12)

ở đây:

 - khe hở lớn nhất giữa bề mặt tiếp xúc của con trợt và vỏ van phân phối Khi chọn bộ đôi theo nhóm kích thớc  = (0,0015  0,002) cm và khi chế tạo con trợt và vỏ van phân phối theo cấp chính xác 2 (mối ghép

di động) và có kể đến sự mài mòn thì lấy  = 0,005 (cm)

Pmax – áp suất cực đại khi van an toàn bắt đầu điều chỉnh ta đã chọn

Pmax = 65 (KG/cm2) = 65000 (G/cm2)

 - hệ số nhớt động học của dầu, lấy  = 0,55

dt - đờng kính ngõng con trợt dt = 2,5 (cm)

Vậy:

3

0,005 3,14.2,5.65000



Nếu tính các khe hở giữa các viên bi và rãnh ta lấy:

  0,001(cm)

Vậy hành trình toàn bộ của con trợt về một phía là:

      0,142 0,001 0,143(  cm) 1,43( mm)

4.6.4 Các thông số khác

a) Góc quay không tải: tính tới thời điểm bắt đầu tác động của bộ cờng hoá

0

vl

i R

  (4 – 13)

Trong đó:



 - hành trình con trợt tới lúc bắt đầu che kín rãnh thoát dầu, khi con trợt che kín rãnh thoát dầu thì con trợt đã đi hết hành trình

Lấy   0,2(mm)

Rvl – bán kính vành tay lái Rvl = 200 (mm)

i - tỷ số truyền lực từ con trợt tới vành tay lái

R i vl

i l



 (4 – 14)