Một chiếc xe tải chở hàng nhẹ phanh gấp khi một chiếc ô tô lao vào làn đường của nó trên một bùng binh ướt. Mũi xe lao xuống, lốp sau mất độ bám và phần đuôi xe bắt đầu lắc lư rộng. Chuyển động lắc lư đó chính xác là sự cố mà van cân bằng phanh được thiết kế để dừng lại.
Van cân bằng là một bộ phận thủy lực nhỏ nhưng nó quyết định lực phanh mà trục sau có thể sử dụng. Khi không khớp hoặc bị hỏng, phương tiện lẽ ra phải dừng trên đường thẳng có thể quay vòng, trượt sang một bên hoặc mất quá nhiều thời gian để dừng lại.
Van tỷ lệ thực sự làm được những gì
Một van cân bằng nằm giữa xi lanh chính và mạch phanh sau. Trên hầu hết ô tô và xe tải nhẹ, nó được luồn vào ổ cắm xi lanh chính, gắn trên khung hoặc được tích hợp vào một van kết hợp có công tắc chênh lệch áp suất cho đèn cảnh báo phanh.
Van không phải là một công tắc bật tắt đơn giản. Nó là một bộ giới hạn thủy lực nhạy cảm với áp suất với điểm phân chia có chủ ý được tích hợp trong quá trình hiệu chuẩn của nó. Công việc của nó có thể được tóm tắt trong một quy tắc:
Trong quá trình phanh nhẹ nhàng và vừa phải, van cho phép áp suất thủy lực tối đa đến phanh sau. Khi áp suất đường tăng vượt quá điểm giới hạn, van sẽ hạn chế dòng chảy tiếp theo để áp suất phanh sau tăng chậm hơn nhiều so với áp suất phanh trước.
Nói theo ngôn ngữ kỹ thuật đơn giản, mạch phía sau bị “cắt” trên áp suất đầu vào đã đặt. Dưới điểm cắt, van hoạt động giống như một đường ống thẳng. Trên điểm giới hạn, van bắt đầu giảm phần trăm áp suất vào. Do đó, mô-men xoắn của phanh sau trở nên yếu hơn một cách có chủ ý so với mô-men xoắn của phanh trước khi dừng cứng.
Chức năng này thường bị nhầm lẫn với hỗ trợ phanh, điều chế chống bó cứng hoặc kiểm soát ổn định điện tử. Những hệ thống đó tác động lên hệ thống phanh sau khi bánh xe đã bắt đầu hoạt động nguy hiểm. Van cân bằng hoạt động trước thời điểm đó, bằng cách định hình đường cong áp suất thủy lực sao cho hiện tượng khóa sau ít có khả năng xảy ra ngay từ đầu.
Tại sao xe cần giới hạn áp suất trên phanh sau
Phanh không chỉ là vấn đề kẹp chặt hơn vào bánh xe đang quay. Khả năng truyền lực phanh của lốp phụ thuộc vào trọng lượng thẳng đứng đè lên lốp. Trong bất kỳ lần dừng mạnh nào, việc chuyển trọng lượng sẽ thay đổi phương trình đó một cách đáng kể.
Hãy xem xét một chiếc xe giảm tốc độ đủ mạnh để mũi có thể chúi xuống rõ ràng. Hệ thống treo trước nén lại, hệ thống treo sau dỡ tải và một phần đáng kể trọng lượng của xe chuyển về trục trước. Kết quả là lốp sau có độ bám kém hơn, trong khi lốp trước có độ bám cao hơn.
Nếu hệ thống phanh gửi áp suất giống nhau đến mọi bánh xe, phanh sau sẽ khóa trước vì chúng sẽ hết độ bám của lốp sớm hơn nhiều so với phanh trước. Van cân bằng điều chỉnh sự mất cân bằng đó bằng cách từ chối gửi áp suất quá mức tới mạch phía sau.
Điều gì xảy ra khi bánh sau khóa trước bánh trước
Một bánh xe bị khóa và trượt hầu như không có lực bám ngang hoặc định hướng. Điều đó gây ra hậu quả nghiêm trọng khi dừng khẩn cấp trên đường thẳng:
- Phần sau của xe có thể mất lực kéo và quay quanh trục trước, gây ra hiện tượng quay tròn hoặc lắc lư giống như dao kéo.
- Đầu vào của tay lái trở nên kém hiệu quả hơn nhiều do trục sau không còn ổn định đường đi của xe.
- Khoảng cách dừng tăng lên do lốp trượt bị khóa tạo ra lực phanh ít hơn so với lốp vẫn quay gần đến giới hạn độ bám của nó.
- Nhiệt độ và vết xẹp làm hỏng lốp sau, đặc biệt khi xe thường xuyên chạy không tải hoặc chở ít tải.
Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho xe tải, xe bán tải, khung gầm thương mại hạng nhẹ hoặc xe khách kéo rơ-moóc. Tải trọng của trục sau càng thay đổi nhiều giữa điều kiện có tải và không tải thì van điều chỉnh tỷ lệ được hiệu chỉnh chính xác càng trở nên quan trọng.
Cách van tạo ra đường cong áp suất hai giai đoạn
Bên trong van cân bằng là một pít-tông hoặc lò xo được bố trí bằng lò xo. Trong quá trình phanh nhẹ, chất lỏng thủy lực đi qua van một cách dễ dàng nhất. Pít-tông bên trong nằm ngoài chỗ ngồi của nó và áp suất đầu ra gần như khớp chính xác với áp suất đầu vào.
Khi người lái phanh mạnh hơn, áp suất thủy lực tăng lên sẽ đẩy piston bên trong của van. Ở áp suất đặt trước, lực từ chất lỏng tác động lên lò xo hiệu chuẩn, piston di chuyển và đường dẫn chất lỏng bị đóng lại một phần. Kể từ thời điểm đó trở đi, chỉ một lượng áp suất bổ sung được kiểm soát mới truyền đến phanh sau — thường nằm trong khoảng từ 30 đến 50 phần trăm áp suất đầu vào bổ sung.
Đồ thị của hành vi đó không phải là một đường thẳng tỷ lệ trên toàn bộ hành trình của bàn đạp. Đó là một đường cong có hai độ dốc với một khúc cua được gọi là điểm đầu gối hoặc điểm chia đôi. Các kỹ sư chọn điểm đó và độ dốc thứ cấp để phù hợp với sự phân bổ trọng lượng của xe, hành trình của hệ thống treo, chiều dài cơ sở và loại phanh sau.
Để hình dung hành vi này dễ dàng hơn, hãy lấy một van có mức giới hạn ở mức 300 psi và tỷ lệ áp suất thứ cấp là 40 phần trăm:
Ví dụ về mối quan hệ áp suất đối với van điều chỉnh tỷ lệ có điểm giới hạn 300 psi và độ dốc thứ cấp 40%. Hiệu chuẩn thực sự khác nhau tùy theo xe. | Đầu vào xi lanh chính (psi) | Đầu ra mạch phía sau (psi) | Trạng thái van |
| 100 | 100 | Dòng chảy đầy đủ |
| 200 | 200 | Dòng chảy đầy đủ |
| 300 | 300 | Điểm cắt |
| 400 | 340 | Áp lực giới hạn |
| 500 | 380 | Áp lực giới hạn |
| 600 | 420 | Áp lực giới hạn |
| 800 | 500 | Áp lực giới hạn |
Con số chính xác ở mỗi dòng xe khác nhau vì phanh tang trống phía sau, phanh đĩa phía sau và trục sau hạng nặng đều cần các thông số áp suất khác nhau. Điều không thay đổi là logic: phía trên đầu gối, áp suất phía sau phải tăng với tốc độ nhẹ hơn áp suất phía trước để lốp sau không bao giờ nhận được nhiều mô-men xoắn hơn mức chúng có thể sử dụng về mặt vật lý.
Tại sao ABS không làm cho van tỷ lệ bị lỗi thời
Hệ thống chống bó cứng phanh giám sát tốc độ bánh xe và giải phóng áp lực phanh khi bánh xe bắt đầu bó cứng. Điều đó nghe có vẻ giống với công việc của van cân bằng, nhưng hai bộ phận này hoạt động ở những điểm hoàn toàn khác nhau trong quá trình phanh.
ABS phản ứng với bánh xe đã mất độ bám. Van cân bằng ngăn bánh sau đạt đến mức nguy hiểm đó ngay từ đầu trong hầu hết các lần dừng hoảng loạn thông thường và vừa phải. Khi ABS kích hoạt, van điều chỉnh vẫn quan trọng vì nó xác định đường cơ sở thủy lực mà bộ điều biến ABS phải hoạt động.
Xe có bàn đạp phanh nặng, phanh sau bị dính hoặc van hiệu chỉnh không chính xác sẽ buộc hệ thống ABS phải làm việc vất vả hơn nhiều so với dự định. Kết quả là khoảng cách dừng xe dài hơn, tiếng ồn và rung động của bàn đạp nhiều hơn, đồng thời gây hao mòn không cần thiết trên bơm ABS và van điều biến. Một van cân bằng hoạt động bình thường sẽ giữ cho nền thủy lực được cân bằng để hệ thống điện tử chỉ phải xử lý một vài phần trăm độ trượt cuối cùng của bánh xe.
Logic tương tự xuất hiện như thế nào trên xe thương mại có phanh hơi
Hầu hết các kết quả tìm kiếm về van điều chỉnh tỷ lệ đều đến từ thế giới xe khách vì mạch phanh thủy lực sử dụng tên thành phần chính xác đó. Các kỹ thuật viên làm việc trên xe tải hạng nặng và xe buýt đều gặp phải vấn đề tương tự—khóa trục sau khi xe tải nhẹ—nhưng giải pháp trong hệ thống phanh khí nén hoàn toàn được thiết kế với các phần cứng khác nhau, chẳng hạn như van điều khiển cảm biến tải và van rơ-le.
Van rơle trong hệ thống phanh hơi nhận một áp suất thí điểm nhỏ từ van phanh chân và sử dụng nó để giải phóng khí nén từ bình chứa trực tiếp vào buồng phanh. Nó không giảm áp suất theo cách giống như van điều chỉnh thủy lực, nhưng nó thực hiện cùng loại hành động cân bằng đối với cách bố trí xe hạng nặng: nó rút ngắn thời gian phản hồi, định hình sự tích tụ áp suất ở trục sau và cần phải phù hợp với cấu hình trục và phạm vi tải trọng của xe.
Đối với kỹ thuật viên di chuyển giữa các hạng xe, phương pháp khắc phục sự cố sẽ hữu ích hơn tên linh kiện. Nếu một chiếc xe tải tải nhẹ khóa trục sau khi dừng cứng, người kiểm tra sẽ kiểm tra xem van phanh trên trục đó có được lắp đúng hay không, hành trình cần đẩy có được điều chỉnh hay không và liệu áp suất truyền tới khoang phía sau có tuân theo đặc tính dự định hay không. Nền tảng thực tế về các dòng van phanh khí nén giúp làm rõ những điểm mà hệ thống thủy lực và không khí không đồng ý với nhau.
Khi các đội bảo trì đặt hàng các bộ phận thay thế cho xe thương mại có phanh hơi, bộ van rơ-le hoàn chỉnh thường được sử dụng thay vì lắp lại các hộp mực trên xe vì phần cứng vỏ, hiệu chỉnh và lắp đặt được chọn cùng nhau để bố trí trục cụ thể.
Bộ van rơle hoàn chỉnh cho hệ thống phanh khí nén Bộ sản phẩm này bao gồm các bộ phận vỏ, hiệu chỉnh và lắp đặt dành cho xe thương mại phanh hơi, cung cấp giải pháp thay thế sẵn sàng để lắp đặt, phù hợp với bố trí trục cụ thể và giúp tránh việc hiệu chuẩn không khớp. Xem sản phẩm → Tiêu chuẩn tương tự về việc kết hợp van với xe được áp dụng bất kể mạch điện chứa đầy dầu phanh hay khí nén. Hiệu chuẩn sai không chỉ là vấn đề về hiệu suất; đó là một rủi ro an toàn sẽ xuất hiện vào thời điểm tồi tệ nhất có thể.
Các triệu chứng hỏng hóc của van tỷ lệ
Van cân bằng thường bị hỏng theo một trong ba cách: nó bị kẹt ở vị trí mở hoàn toàn, chặn hoàn toàn mạch phía sau hoặc rò rỉ chất lỏng qua các vòng đệm của nó. Mỗi chế độ lỗi sẽ tạo ra khiếu nại lái xe riêng biệt.
- Bánh sau bị khóa khi phanh gấp. Khi van bị kẹt mở, nó không giới hạn áp suất phía sau trên điểm cắt. Trục sau nhận được quá nhiều mômen phanh và phần sau của xe có thể trượt hoặc bước ra ngoài trên mặt đường ướt hoặc khô.
- Phanh sau hầu như không phản hồi. Nếu các mảnh vụn hoặc sự ăn mòn giữ piston bên trong đóng lại, áp suất không thể truyền tới mạch phía sau. Xe lao về phía trước khi phanh, tăng khoảng cách dừng và tang trống hoặc đĩa sau vẫn mát hơn đáng kể so với phanh trước sau khi dừng cứng.
- Chất lỏng rò rỉ từ thân van hoặc các khớp nối của nó. Van rò rỉ làm giảm mức chất lỏng, tạo ra bàn đạp mềm theo thời gian và để lại sự ăn mòn rõ ràng xung quanh đường nối bị vênh của van kết hợp.
- Đèn cảnh báo phanh vẫn sáng hoặc ngắt liên tục. Nhiều van kết hợp có công tắc chênh lệch áp suất giúp phát hiện sự khác biệt giữa mạch phía trước và phía sau. Van điều chỉnh tỷ lệ bị kẹt có thể khiến công tắc đó lệch tâm ngay cả khi rò rỉ ban đầu hoặc hỏng xi lanh bánh xe đã được sửa chữa.
- Lực phanh chỉ xuất hiện khi phanh gấp. Một số van cân bằng được kết hợp với liên kết cảm biến chiều cao hoặc cảm biến tải phía sau trong các ứng dụng thương mại nhẹ. Nếu liên kết đó bị ngắt kết nối hoặc bị rỉ sét, van có thể giữ sai hiệu chuẩn và khiến xe bị kéo về một bên.
Chẩn đoán van tỷ lệ trước khi thay thế nó
Van cân bằng hiếm khi là bộ phận đầu tiên bị đổ lỗi cho khiếu nại về phanh. Dầu phanh bị nhiễm bẩn, xi lanh bánh xe bị kẹt, guốc sau bị điều chỉnh quá mức và hệ thống treo bị mòn đều gây ra các triệu chứng tương tự. Trình tự chẩn đoán thông minh nhất chuyển từ kiểm tra đơn giản sang kiểm tra áp suất.
- Kiểm tra xem phanh sau có ở tình trạng tốt hay không. Bảo dưỡng tang trống hoặc đĩa, thay thế vật liệu ma sát bị mòn và xác nhận rằng xi lanh hoặc kẹp phanh bánh sau chuyển động tự do.
- Kiểm tra việc điều chỉnh guốc phanh sau. Nếu chúng bị kéo hoặc điều chỉnh không chính xác, chúng sẽ tạo ra ấn tượng sai lầm về lỗi van điều chỉnh tỷ lệ.
- Thực hiện dừng xe ở tốc độ thấp có kiểm soát trên bãi đất trống, khô ráo. Nếu bánh sau chỉ khóa khi đạp mạnh thì lỗi có thể nằm ở phía giới hạn áp suất của hệ thống chứ không phải ở bộ phận ma sát.
- Sử dụng đồng hồ đo áp suất. Lắp đồng hồ đo ở cổng xả khí phía sau, đạp mạnh bàn đạp phanh và so sánh số đọc với áp suất xi lanh chính. Một van khỏe sẽ giữ áp suất phía sau dưới mức đầu vào sau điểm cắt; một van mở bị kẹt cung cấp áp suất đầu vào xuyên suốt.
- Kiểm tra thân van xem có vết chất lỏng, sự ăn mòn và đường phanh bị dập không. Trên các van kết hợp, xác nhận rằng công tắc chênh lệch áp suất đã được định tâm lại sau bất kỳ lần sửa chữa thủy lực nào trước đó.
- Thay van bằng một bộ phận được hiệu chỉnh cho cùng phạm vi tải trọng trục sau, sau đó xả khí cả bốn góc theo trình tự xả khí được chỉ định của nhà sản xuất.
Các chỉ số áp suất phải luôn được thu thập bằng hệ thống phanh được sạc đầy và một người trợ giúp giữ bàn đạp ở một lực ổn định. Số đọc nhanh được thực hiện bằng máy bơm có bàn đạp nhanh có thể gây nhầm lẫn vì van cân bằng cần áp suất đầu vào ổn định để đạt đến điểm giới hạn một cách sạch sẽ.
Khi mọi thứ đang hoạt động, van điều chỉnh sẽ thực hiện công việc của nó một cách vô hình. Người lái chỉ cần nhấn bàn đạp, xe lao về phía trước và cả bốn bánh cùng thực hiện công việc dừng mà không gây kịch tính. Tuy nhiên, thời điểm van bị hỏng, ngay cả một hệ thống phanh khỏe mạnh cũng trở nên nguy hiểm khi dừng xe do hoảng loạn.
Đó là lý do tại sao các kỹ sư phanh coi việc hiệu chỉnh tỷ lệ là một phần không thể thiếu trong thiết kế của xe chứ không phải là một phụ kiện. Cho dù phương tiện sử dụng van thủy lực trên xe bán tải hay van rơle được kết hợp cẩn thận đặt trên khung gầm thương mại có phanh hơi thì mục tiêu luôn giống nhau: giữ cho trục sau ổn định trong khi để phanh trước thực hiện công việc nặng nhọc.