Giảm chấn thủy lực là gì? Cấu tạo, cách thức hoạt động ra sao?

Giảm chấn thủy lực là bộ phận quen thuộc được ứng dụng rộng rãi trong xe cơ giới và nhiều loại máy móc công nghiệp. Vậy giảm chấn thủy lực là gì, có những loại nào và vận hành ra sao? Trong bài viết này, AI EBIKE sẽ cùng bạn tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng thực tế của thiết bị này. Mời bạn theo dõi nội dung bên dưới nhé!

Giảm chấn thủy lực là gì?

Giảm chấn thủy lực là thiết bị cơ khí dùng dầu để hấp thụ và dập tắt dao động của hệ thống chuyển động. Khi bị va đập, thiết bị chuyển phần động năng dư thành nhiệt nên chuyển động được kiểm soát thay vì dội ngược lại.

 

 

Cần phân biệt rõ vai trò của giảm chấn thủy lực và lò xo. Lò xo nhận va đập rồi đẩy ngược năng lượng trở lại, còn giảm chấn thủy lực tiêu tán năng lượng đó để thân xe ổn định nhanh hơn.

Xe đạp điện đi qua gờ giảm tốc thì lò xo nén lại rồi bung ra rất nhanh. Nếu có giảm chấn thủy lực, tốc độ bung được kiểm soát và thân xe chỉ nhún một nhịp. Nếu chỉ có lò xo, xe sẽ nảy thêm vài lần mới ổn định.

Trong cách gọi thông thường, nhiều người dùng từ giảm xóc để chỉ cả cụm phuộc. Về kỹ thuật, giảm chấn thủy lực là phần tạo lực cản dao động bên trong cụm đó và thường đi cùng lò xo hoặc buồng khí nén.

Tất cả các dòng xe của AIE như Ms1 Sport, Lumi 946, Done 911, AIE Smile,…đều trang bị giảm chấn thủy lực. Xe vận hành êm ái, mượt mà kể cả khi đi qua những con đường gồ ghề.

Các loại giảm chấn thủy lực

Giảm chấn thủy lực có thể phân loại theo cấu trúc, theo cách kết hợp với lò xo và theo chiều tác dụng của lực cản. Dưới đây là các loại giảm chấn được ứng dụng phổ biến hiện nay:

• Giảm chấn ống đơn (monotube): chỉ có một ống chứa dầu và piston, thường kèm buồng khí nén ngăn cách bằng piston nổi. Cấu trúc gọn và tản nhiệt tốt nên loại này hay gặp trên phuộc hiệu năng cao.
• Giảm chấn ống kép (twin-tube): có ống trong chứa piston và ống ngoài chứa dầu bù. Dầu di chuyển giữa hai ống qua van, và loại này phổ biến trên xe phổ thông nhờ chi phí hợp lý.
• Giảm chấn thủy lực kết hợp lò xo: Nhiều phuộc xe đạp điện và xe máy điện lắp lò xo đồng trục với giảm chấn thủy lực. Lò xo giữ chiều cao và chịu tải, trong khi giảm chấn thủy lực kiểm soát tốc độ nhún và tốc độ hồi.
• Giảm chấn tác động một chiều: chỉ tạo lực cản rõ ở hành trình hồi, còn hành trình nén gần như tự do. 
• Giảm chấn tác động hai chiều: có lực cản ở cả nén và hồi nên kiểm soát chuyển động đầy đủ hơn.
• Giảm chấn cao su: Mang tên giảm chấn nhưng dùng vật liệu đàn hồi thay vì dầu chủ yếu dùng để cách rung ở kết cấu chịu tải nhẹ.

Cấu tạo giảm chấn thủy lực

Cấu tạo giảm chấn thủy lực khá gọn, gồm các chi tiết phối hợp để ép dầu đi qua những khe hẹp. Mỗi chi tiết quyết định một phần đặc tính của phuộc.

Lò xo

Lò xo là bộ phận đỡ tải trọng của xe và người ngồi. Chi tiết này thường làm từ thép chịu lực hoặc inox để làm việc bền trong môi trường có dầu.

Sau mỗi lần nén, lò xo đẩy ty phuộc trở về vị trí ban đầu. Lò xo chỉ lưu và trả lại năng lượng, còn việc dập tắt dao động thuộc về dầu và van.

Ty phuộc

Ty phuộc (còn gọi là ty trục hay cần piston) là thanh kim loại nối piston với khung hoặc trục bánh xe. Bộ phận này truyền lực từ bánh xe vào bên trong giảm chấn thủy lực.

Ty phuộc trượt qua phớt mỗi lần xe nhún nên bề mặt cần nhẵn và đủ cứng. Ty bị trầy xước sẽ làm hỏng phớt, và đây là một trong những nguyên nhân thường gặp khiến phuộc rò dầu.

Dầu giảm chấn

Dầu giảm chấn là môi chất tạo ra lực cản bên trong giảm chấn thủy lực. Khi bị ép qua khe hẹp, dầu ma sát với thành khe và biến động năng thành nhiệt.

Độ nhớt của dầu ảnh hưởng trực tiếp đến cảm giác lái. Dầu đặc cho cảm giác cứng và ổn định, dầu loãng cho cảm giác êm nhưng phuộc dễ nhún sâu.

Dầu cần giữ độ nhớt ổn định khi nhiệt độ thay đổi. Nếu dầu loãng đi vì nóng hoặc xuống cấp theo thời gian, lực cản của giảm chấn thủy lực sẽ giảm theo.

Ống chứa dầu thủy lực

Ống chứa dầu là lớp vỏ ngoài của giảm chấn thủy lực, thường làm bằng kim loại để chịu áp suất. Ống có nhiệm vụ chứa dầu và bảo vệ các chi tiết bên trong khỏi bụi, nước.

Đầu ống được lắp phớt làm kín để giữ dầu và ngăn tạp chất lọt vào. Phớt mòn là nguyên nhân phổ biến khiến phuộc chảy dầu và mất dần khả năng giảm chấn.

Thân ống cũng là nơi tản nhiệt sinh ra khi dầu ma sát. Vì vậy ống cần đủ độ bền và độ kín để giảm chấn thủy lực vận hành ổn định lâu dài.

Piston

Piston là chi tiết di động chạy dọc trong ống chứa dầu và chia không gian bên trong thành hai khoang. Khi ty phuộc kéo hoặc đẩy, piston ép dầu từ khoang này sang khoang kia.

Trên mặt piston có các lỗ và van để dầu đi qua. Kích thước các lỗ này quyết định tốc độ dầu chảy và từ đó quyết định lực cản của giảm chấn thủy lực.

Van và khe hở

Van và khe hở điều tiết lượng dầu đi qua piston ở từng hành trình nén và hồi. Đây là cụm quyết định mức cản và là phần khó chế tạo chính xác nhất trong giảm chấn thủy lực.

Tiết diện càng nhỏ thì lực cản càng lớn nên xe càng cứng và ổn định. Tiết diện lớn cho lực cản nhỏ hơn nên xe êm nhưng thân xe dễ nhún.

Một số thiết kế có van xả áp, mở ra khi áp suất vượt ngưỡng để bảo vệ ty phuộc và phớt trước va đập mạnh. Một số phuộc còn có núm chỉnh để người dùng thay đổi độ cản theo tải trọng.

Mỗi loại van được thiết kế cho một dải tải trọng và tốc độ nhất định. Vì vậy khi thay phuộc, bạn cần chọn giảm chấn thủy lực tương thích với dòng xe.

Cách thức hoạt động của hệ thống giảm chấn thủy lực

Nguyên lý hoạt động của giảm chấn thủy lực dựa trên việc ép dầu chảy qua tiết diện nhỏ. Dầu bị cản trở khi chảy sẽ tạo lực chống lại chuyển động của piston.

Hành trình nén

Khi bánh xe gặp vật cản, ty phuộc đẩy piston vào sâu trong ống. Dầu ở khoang bị thu hẹp bị ép qua van tiết lưu sang khoang còn lại và tạo lực cản.

Lực cản này làm chậm tốc độ nén của phuộc. Nhờ đó giảm chấn thủy lực hạn chế việc thân xe bị dội mạnh lên khung và tay lái.

Hành trình hồi

Sau khi nén, lò xo đẩy piston theo chiều ngược lại và dầu chảy trở về khoang ban đầu. Giảm chấn thủy lực lúc này kiểm soát tốc độ bung của phuộc để xe không nảy nhiều lần.

Lực cản thay đổi theo tốc độ

Lực cản của giảm chấn thủy lực tăng khi piston chuyển động nhanh hơn. Va đập mạnh và đột ngột bị cản mạnh, còn dao động chậm trên mặt đường phẳng chỉ bị cản nhẹ.

Khi áp suất tăng quá ngưỡng thiết kế, van xả áp mở ra cho dầu thoát nhanh hơn. Cơ chế này giúp bảo vệ ty phuộc, phớt và khung xe khỏi xung lực đột biến.

Năng lượng chuyển thành nhiệt

Ma sát của dầu khi qua khe hẹp biến động năng thành nhiệt, rồi nhiệt tản ra qua thân ống. Vì vậy giảm chấn thủy lực nóng lên khi xe chạy lâu trên đường xấu.

Dầu quá nóng sẽ loãng đi và làm lực cản giảm. Đây là lý do cảm giác phuộc có thể mềm hơn sau quãng đường dài liên tục gồ ghề.

Ưu điểm và nhược điểm của giảm chấn thủy lực trên xe đạp điện

Giảm chấn thủy lực mang lại lợi ích rõ ràng cho xe đạp điện nhưng cũng có mặt hạn chế. Đánh giá cả hai mặt giúp bạn chọn cấu hình phù hợp với nhu cầu.

Ưu điểm

Giảm chấn thủy lực dập tắt dao động nhanh sau mỗi va đập, giúp bánh xe tiếp xúc ổn định với mặt đường. Xe giữ hướng tốt hơn khi qua ổ gà, gờ giảm tốc và đoạn đường lồi lõm.

Xe đạp điện nặng hơn xe đạp thường vì có pin và động cơ. Khối lượng lớn hơn khiến việc kiểm soát nhún và hồi của giảm chấn thủy lực trở nên quan trọng hơn trong việc hạn chế rung lắc truyền lên khung, pin và các mối nối điện.

So với phuộc chỉ có lò xo, giảm chấn thủy lực kiểm soát tốt hơn cả hành trình nén lẫn hành trình hồi. Với người thường chở hàng hoặc đi đường xấu, khác biệt này có thể cảm nhận ngay.

Nhược điểm

Giảm chấn thủy lực nặng hơn phuộc cứng không giảm chấn vì có thêm ống, dầu và piston. Cấu tạo phức tạp hơn cũng khiến chi phí sản xuất và thay thế cao hơn.

Phớt, dầu và ty phuộc xuống cấp dần theo thời gian sử dụng. Khi phớt hỏng và rò dầu, giảm chấn thủy lực mất hiệu quả và phải sửa hoặc thay mới.

Mỗi loại van được thiết kế cho một dải tải trọng và tốc độ nhất định. Vì vậy không thể lắp một giảm chấn thủy lực tùy ý cho mọi dòng xe.

Lưu ý: Các dấu hiệu cần xử lý sớm gồm rò dầu, tiếng kêu lạ khi nhún và xe nảy nhiều nhịp mới ổn định. Không nên tiếp tục chạy với giảm chấn thủy lực hỏng vì có thể ảnh hưởng đến an toàn khi phanh và vào cua.

Ứng dụng của hệ thống giảm chấn thủy lực

Giảm chấn thủy lực xuất hiện trong nhiều lĩnh vực chứ không chỉ trên xe đạp điện. Nguyên lý dùng dầu để tiêu tán năng lượng là giống nhau, chỉ khác về kích thước và tải trọng.

Xe đạp điện và xe máy điện

Trên xe đạp điện, giảm chấn thủy lực thường nằm trong phuộc trước và giảm xóc sau. Nhiều dòng xe máy điện cũng dùng phuộc ống lồng có giảm chấn thủy lực kết hợp giảm xóc đôi ở phía sau.

Với xe đi làm hằng ngày qua nhiều đoạn đường xấu, bộ phận này giúp xe ổn định và êm hơn. 

Ô tô và các phương tiện khác

Mỗi bánh ô tô thường có một bộ giảm chấn thủy lực đi cùng lò xo trong hệ thống treo. Xe máy, xe nâng và nhiều loại xe cơ giới khác cũng dùng nguyên lý tương tự.

Máy móc công nghiệp

Trong sản xuất, giảm chấn thủy lực dùng để hãm các khối chuyển động như bàn trượt hoặc thanh truyền trên dây chuyền tự động. Thiết bị giúp giảm va đập khi cơ cấu dừng, bảo vệ máy móc và kéo dài tuổi thọ.

Xây dựng và thiết bị dân dụng

Công trình cao tầng hoặc cầu có thể lắp giảm chấn thủy lực cỡ lớn để giảm dao động do gió hoặc động đất. Tay đóng cửa thủy lực dùng nguyên lý tương tự để cửa đóng chậm và êm.

Giảm chấn thủy lực giúp xe đạp điện chạy êm, giữ hướng tốt và hạn chế rung lắc truyền lên khung, pin. Hiểu giảm chấn thủy lực là gì cùng ưu nhược điểm của nó, bạn sẽ dễ chọn được phuộc đúng tải trọng và đúng dòng xe. Nhờ vậy xe vận hành bền hơn, kể cả trên những đoạn đường xấu. Hãy liên hệ AI EBIKE để được tư vấn cấu hình phù hợp nhé!