Máy xúc điện vẫn còn một thứ chạy bằng dầu: Startup muốn loại bỏ luôn hệ thống thủy lực

Nhìn một chiếc máy xúc chạy pin, rất dễ nghĩ rằng nó đã trở thành một cỗ máy hoàn toàn điện.

Động cơ diesel biến mất. Bình nhiên liệu biến mất. Thay vào đó là battery pack, inverter và motor điện. Máy chạy êm hơn, không còn khí thải tại chỗ và có thể làm việc trong những khu vực mà tiếng ồn hay exhaust là vấn đề.

Nhưng phía sau cần boom, arm và bucket của phần lớn máy xúc điện hiện nay vẫn còn một công nghệ rất cũ: hydraulics.

Motor điện vẫn quay một hydraulic pump. Pump nén dầu. Dầu chạy qua valve và hose, rồi đẩy piston bên trong cylinder để nâng cần, kéo tay gầu hoặc đóng mở bucket.

Nói cách khác, nhiều “electric excavator” hiện tại mới điện hóa nguồn năng lượng. Cách chiếc máy biến năng lượng đó thành lực cơ học lớn vẫn dựa vào dầu thủy lực.

Startup Mỹ RISE Robotics muốn loại bỏ luôn lớp cuối cùng này.

Công ty phát triển một hệ actuator mang tên Beltdraulic: dùng motor điện, belt gia cường và hệ pulley để tạo chuyển động tuyến tính lực lớn mà không cần hydraulic fluid, pump, proportional valve hay đường ống áp suất cao.

Nếu ý tưởng này scale được tới máy công trình thương mại, electric excavator sẽ không chỉ là “máy xúc thủy lực được thay diesel bằng battery”. Toàn bộ chuỗi từ electron trong pin tới chuyển động của gầu có thể trở thành một hệ electric drive.

Máy xúc điện hiện nay thực ra vẫn là electro-hydraulic

Cách đơn giản nhất để điện hóa một excavator diesel là giữ gần như nguyên vẹn phần còn lại của machine.

Động cơ diesel vốn quay hydraulic pump được thay bằng electric motor. Motor lấy điện từ pin hoặc cable và tiếp tục quay chính pump đó.

Cách tiếp cận này hợp lý về engineering. Excavator manufacturer không phải thiết kế lại toàn bộ boom, cylinders, valve block và attachment ecosystem. Hàng chục năm kinh nghiệm về hydraulics vẫn được giữ lại.

Nhưng nó cũng có nghĩa năng lượng phải đi qua nhiều bước chuyển đổi:

battery → inverter → motor → hydraulic pump → pressurized oil → valve → cylinder → mechanical motion.

Mỗi bước có loss.

Đặc biệt, excavator không vận hành ở một tải cố định. Khi operator đào, nâng, xoay và hạ gầu, nhiều actuator làm việc đồng thời ở áp suất và flow khác nhau. Hệ hydraulic phải liên tục điều tiết năng lượng giữa các nhánh.

Nghiên cứu về excavator hydraulics từ lâu đã chỉ ra throttling loss tại valve là một nguồn thất thoát đáng kể. Một nghiên cứu của Aalto/Tampere University về micro-excavator thậm chí xác định tới khoảng 60% power loss trong một số duty cycle tập trung tại directional valve group.

Điều đó không có nghĩa mọi máy xúc mất đúng 60% năng lượng ở valve. Hiệu suất phụ thuộc architecture, tải và cách điều khiển. Nhưng nó cho thấy vì sao chỉ đổi diesel thành battery chưa giải quyết hết bài toán efficiency.

Hydraulics tồn tại lâu như vậy vì nó cực kỳ giỏi một việc: tạo lực lớn

Nếu hydraulics kém hiệu quả, tại sao excavator vẫn dùng nó sau hàng chục năm?

Vì về mặt power density và robustness, hydraulic cylinder là một giải pháp rất khó đánh bại.

Một cylinder tương đối nhỏ có thể tạo lực cực lớn. Hose cho phép đặt pump ở vị trí thuận tiện rồi truyền năng lượng tới nhiều actuator ở xa. Valve có thể điều phối nhiều chuyển động bằng hardware đã được công nghiệp hóa sâu.

Hệ thống cũng chịu shock load tốt — điều đặc biệt quan trọng trên máy xúc, nơi bucket có thể đột ngột va vào đá hoặc gặp lực thay đổi lớn trong vài mili giây.

Đó là lý do các electromechanical actuator kiểu screw truyền thống thường chưa dễ thay thế hydraulic cylinder trên thiết bị hạng nặng. Screw có thể rất chính xác và hiệu quả, nhưng force, stroke, shock loading, wear và kích thước trở thành bài toán khó khi scale lên hàng chục tấn.

Muốn bỏ hydraulics, một startup không chỉ cần làm actuator “điện hơn”. Nó phải tạo ra một hệ đủ mạnh, đủ nhanh và đủ bền để cạnh tranh với một trong những công nghệ cơ khí trưởng thành nhất thế giới.

Beltdraulic: lấy pulley của máy cơ khí cổ điển rồi gắn motor điện vào

RISE Robotics chọn một hướng khác với ball screw.

Beltdraulic sử dụng nguyên lý gần với block and tackle: một hệ pulley giúp đổi lực và hành trình. Thay vì cable thép trần, hệ thống sử dụng belt được gia cường bằng wire rope.

Electric motor kéo belt qua cơ cấu pulley. Cách bố trí nhiều nhánh belt tạo mechanical advantage, cho phép motor tạo ra lực tuyến tính lớn ở rod của actuator.

Về hình thức bên ngoài, thiết bị vẫn có thể trông giống một hydraulic cylinder: một thân dài và một rod thò ra hoặc thu vào.

Nhưng bên trong không có piston được dầu áp suất cao đẩy đi.

RISE gọi công nghệ này là fluid-free electromechanical actuation.

Theo thông số do công ty công bố tại iVT Expo USA 2026, platform Beltdraulic được thiết kế cho các load class từ khoảng 2 tấn tới hơn 50 tấn, với full-load speed có thể đạt tới khoảng 2 m/s tùy cấu hình.

Những con số này là specification do RISE công bố, chưa nên được hiểu như benchmark độc lập trên mọi duty cycle của excavator. Nhưng chúng cho thấy mục tiêu của công ty không phải robotics nhẹ hay factory automation thông thường. Beltdraulic được thiết kế trực tiếp cho high-force mobile machinery.

Điểm quan trọng nhất với máy xúc điện có thể không phải tốc độ, mà là battery

Trên máy diesel, loss trong hydraulics cuối cùng được bù bằng việc đốt thêm nhiên liệu.

Trên battery-electric excavator, cùng một loss phải được trả bằng pin.

Muốn máy làm việc đủ một ca, manufacturer có hai lựa chọn: tăng efficiency hoặc tăng battery pack.

Pin lớn hơn kéo theo chi phí, khối lượng, thời gian sạc và packaging. Với construction equipment vốn đã cần ballast và counterweight, mass không phải lúc nào cũng xấu, nhưng battery vẫn là một thành phần đắt tiền.

Một nghiên cứu năm 2024 từ Aalborg University về electrified excavator chỉ ra rằng nhiều máy điện hiện nay vẫn sử dụng motor để dẫn động hydraulic pump trung tâm; throttling loss của linear actuators có thể buộc machine phải mang battery lớn hơn hoặc chấp nhận uptime thấp hơn.

Đây chính là thesis của RISE: nếu nguồn điện đã là battery, tại sao phải chuyển nó thành hydraulic pressure rồi lại chuyển về mechanical motion?

Nếu electric actuator có thể tạo lực trực tiếp với efficiency cao hơn, một excavator có thể thực hiện cùng lượng công việc với ít kWh hơn.

Không có dầu còn giải quyết một vấn đề mà xe điện thông thường không gặp: leak

Hydraulic system cần fluid. Fluid cần reservoir, seal, hose, fitting và filter.

Tất cả những thành phần này đều là điểm bảo trì tiềm năng.

Hose chịu pressure cycle liên tục và có thể lão hóa. Seal bị mòn. Fitting có thể rò. Dầu phải được kiểm tra và thay theo lịch. Khi hose hỏng giữa công trường, machine có thể phải ngừng hoạt động dù battery và motor hoàn toàn bình thường.

RISE nhấn mạnh rằng Beltdraulic loại bỏ hydraulic fluid và coolant khỏi chính actuator, qua đó tránh leak từ lớp motion system này.

Lợi ích đặc biệt rõ ở những môi trường nhạy cảm như agriculture, food handling, cảng, công trình gần nguồn nước hoặc indoor construction, nơi việc hydraulic oil rò ra ngoài không chỉ là chi phí maintenance.

Regenerative braking của xe điện có phiên bản dành cho cần máy xúc

Một trong những lợi thế thú vị nhất của direct electric actuation xuất hiện khi tải đi xuống.

Khi EV giảm tốc, motor có thể đảo vai trò thành generator và biến kinetic energy trở lại thành điện.

Excavator cũng có nhiều năng lượng có thể thu hồi tương tự.

Khi boom đang nâng một bucket nặng rồi hạ xuống, gravitational potential energy phải đi đâu đó. Trong một hydraulic architecture truyền thống, một phần đáng kể năng lượng có thể bị dissipate qua valve và biến thành nhiệt, dù các hệ hiện đại đã có nhiều cách recuperation phức tạp hơn.

Với electromechanical actuator, chuyển động hạ tải có thể kéo motor theo chiều ngược và đưa một phần điện năng trở lại DC bus hoặc battery.

RISE liệt kê regenerative energy capture là một khả năng của Beltdraulic.

Về nguyên lý, điều này biến boom của excavator thành một dạng regenerative braking system theo phương thẳng đứng.

Ý tưởng bỏ hydraulic khỏi excavator không chỉ tồn tại trên slide của startup

Điểm đáng chú ý là RISE không phải bên duy nhất nhận thấy cơ hội này.

Dự án eXact tại Thụy Sĩ, có sự tham gia của ETH Zurich, SUNCAR, Volvo Construction Equipment, Ewellix và nhiều đối tác khác, đã cải tiến một Volvo ECR25 Electric compact excavator theo hướng thay các thành phần hydraulic gây loss bằng electric linear actuator.

Theo SUNCAR, mục tiêu tiếp theo của dự án là điện hóa luôn swing drive cuối cùng để có thể loại bỏ hydraulic pump hoàn toàn.

Một dự án khác do Vinnova tài trợ cho Volvo Technology đã thay hydraulic boom cylinder của excavator bằng rack-and-pinion electromechanical actuator. Báo cáo dự án cho biết mức tiết kiệm năng lượng đạt khoảng 20% trong bài thử thực tế được sử dụng và có tiềm năng lên tới khoảng 35% nếu hệ thống được tối ưu.

Những kết quả này không chứng minh Beltdraulic sẽ đạt cùng hiệu suất. Chúng chứng minh điều rộng hơn: việc thay linear hydraulics bằng electric actuation trên excavator là một hướng engineering nghiêm túc, đã được thử trên hardware thực.

RISE chưa bán một chiếc excavator hoàn chỉnh không hydraulics

Đây là ranh giới quan trọng để tránh biến một technology platform thành một sản phẩm chưa tồn tại.

RISE hiện tập trung thương mại hóa actuator và các machine/product sử dụng Beltdraulic. Công ty đã có commercial cylinder, liftgate và các chương trình với quốc phòng Mỹ; họ cũng liệt kê teleoperation và autonomous excavators như những use case tương lai.

Nhưng điều đó khác với việc một hãng máy công trình đã tung ra excavator Beltdraulic sản xuất hàng loạt.

Con đường thực tế nhiều khả năng sẽ diễn ra theo từng subsystem: boom actuator, arm actuator, bucket, attachment hoặc material-handling function được thay trước, sau đó mới tới architecture hoàn toàn fluid-free.

Điều này cũng giống quá trình điện hóa ô tô. Những chiếc xe đầu tiên không lập tức trở thành một kiến trúc EV tối ưu; nhiều thế hệ ban đầu vẫn mang các quyết định thiết kế từ xe động cơ đốt trong.

Không hydraulics có thể giúp excavator dễ trở thành robot hơn

Efficiency không phải lý do duy nhất RISE muốn thay hydraulics.

Một excavator tự hành cần biết chính xác mỗi actuator đang ở đâu, chịu lực bao nhiêu và phản hồi lệnh như thế nào.

Hydraulics có thể được instrument bằng pressure sensor, position sensor và electro-hydraulic valve — các OEM hiện đại đã làm điều này rất tốt. Nhưng native electric actuator có lợi thế là motor current, encoder và actuator position vốn đã nằm ngay trong control loop.

RISE cho biết hệ thống của họ có thể cung cấp position và load data phục vụ closed-loop control, teleoperation và automation.

Điều đó đưa heavy equipment gần hơn tới mô hình drive-by-wire: software gửi command trực tiếp tới một actuator điện, thay vì điều khiển valve để thay đổi flow của fluid rồi suy ra chuyển động cơ học.

Với autonomous excavator, một architecture dễ đo lường và dễ command bằng software có thể quan trọng gần như efficiency.

Nhưng hydraulics sẽ không biến mất dễ dàng

Hydraulic cylinder có một lợi thế mà startup phải tôn trọng: hàng triệu machine-hour dữ liệu thực tế.

Excavator làm việc trong bụi, bùn, mưa, nhiệt độ khắc nghiệt và shock load. Attachment có thể cắm vào đá hoặc chịu tải lệch rất mạnh. Machine phải tồn tại hàng nghìn giờ với operator khác nhau và maintenance không phải lúc nào cũng hoàn hảo.

Một actuator mới muốn thay hydraulics phải chứng minh nhiều thứ hơn peak force.

Nó cần endurance. Seal của hydraulic cylinder có thể rò, nhưng belt và pulley cũng có wear mechanism riêng. Wire-reinforced belt phải chịu hàng triệu cycle kéo–nhả mà không fatigue. Bearing, gearbox và motor phải sống được trong cùng môi trường.

Nó cũng phải giải bài toán shock absorption. Hydraulics có thể hấp thụ và phân phối transient pressure theo những cách rất tự nhiên. Một electromechanical system quá cứng có nguy cơ truyền shock trực tiếp vào drivetrain nếu thiết kế không đủ tốt.

RISE nói Beltdraulic có khả năng chịu shock load và có cơ chế accumulator-like. Tuy vậy, độ bền dài hạn trên excavator sản xuất hàng loạt vẫn là thứ cần được chứng minh bằng field data.

Giá thành mới là trận chiến khó nhất

Một excavator không được mua chỉ vì efficiency đẹp trên datasheet.

Contractor quan tâm tới tổng chi phí cho mỗi tấn đất được di chuyển.

Nếu actuator điện đắt hơn nhiều nhưng chỉ tiết kiệm một lượng nhỏ điện, hydraulic vẫn thắng. Nếu actuator tiết kiệm battery, giảm downtime, loại bỏ oil service và tăng automation enough để tổng cost of ownership thấp hơn, cán cân có thể đảo chiều.

Đây là lý do RISE đang đi từ những application nơi lợi thế fluid-free và digital control có giá trị cao trước, thay vì cố lập tức thay toàn bộ hydraulic industry.

Commercialization của một component mới thường bắt đầu ở nơi pain point lớn nhất, sau đó production volume mới kéo giá xuống.

“Máy xúc điện hoàn toàn” có thể cần định nghĩa lại

Ngày nay, một excavator được gọi là electric chủ yếu dựa trên energy source: diesel engine đã được thay bằng electric motor.

Nhưng nếu nhìn sâu hơn vào drivetrain, nhiều machine vẫn là hybrid giữa hai thời đại.

Electron cung cấp năng lượng ở đầu vào. Dầu áp suất cao vẫn là medium truyền lực ở đầu ra.

RISE Robotics đặt ra một câu hỏi đơn giản nhưng có ý nghĩa lớn: nếu đã quyết định điện hóa, tại sao dừng lại ở motor?

Một machine fluid-free có thể có chuỗi năng lượng ngắn hơn:

battery → inverter → motor → mechanical transmission → boom.

Ít conversion stage hơn có tiềm năng nghĩa là ít loss hơn, ít heat hơn và battery nhỏ hơn. Đồng thời, mỗi actuator trở thành một node điện tử mà software có thể điều khiển và theo dõi trực tiếp.

Điều này đặc biệt hấp dẫn khi hai xu hướng đang xảy ra cùng lúc: construction equipment chuyển sang battery và chính equipment đó cũng dần trở thành robot.

Tương lai có thể không phải “hydraulic hoặc electric”, mà là chọn đúng actuator cho từng nhiệm vụ

Dù headline dễ khiến mọi thứ giống một cuộc chiến một-mất-một-còn, thực tế có thể phức tạp hơn.

Hydraulics sẽ vẫn rất cạnh tranh ở những machine cực lớn, tải shock cao và duty cycle khắc nghiệt. Electro-hydrostatic actuator có thể trở thành lựa chọn trung gian, giữ hydraulic cylinder nhưng mỗi function có motor-pump riêng để giảm throttling loss. Direct electromechanical actuator có thể thắng trước ở machine nhỏ và trung bình hoặc những axis cần precision cao.

Nghiên cứu mới năm 2026 trên tạp chí Energy thậm chí đề xuất một architecture hybrid distributed-centralized nhằm kết hợp ưu điểm của electro-hydrostatic actuation với hydraulic cylinder truyền thống, cho thấy ngành chưa thống nhất quanh một giải pháp duy nhất.

Nhưng sự tồn tại của những hướng như Beltdraulic thay đổi một giả định lâu đời.

Trong hơn một thế kỷ, muốn di chuyển hàng tấn vật liệu bằng một cylinder compact gần như đồng nghĩa với hydraulics.

Giờ đây, electric motor, power electronics, vật liệu belt và control software đủ tiến bộ để câu hỏi đó được mở lại.

Bước cuối của electrification có thể nằm ở chính chiếc cylinder

Pin lớn hơn và motor tốt hơn đang giúp construction equipment bỏ diesel.

Nhưng với máy xúc, đó mới chỉ là nửa đầu của quá trình.

Phần còn lại nằm ở boom, arm và bucket — những bộ phận vẫn được điều khiển bằng một mạng pump, valve, hose và hydraulic cylinder phát triển từ kỷ nguyên động cơ đốt trong.

RISE Robotics đặt cược rằng lớp này cũng có thể chuyển sang electric.

Beltdraulic chưa chứng minh rằng mọi excavator ngày mai sẽ không còn một giọt hydraulic oil. Startup vẫn phải vượt qua endurance, shock load, cost, manufacturing và field validation ở quy mô machine thực.

Nhưng nếu direct electric actuator thực sự đạt hydraulic-class force với efficiency và độ bền đủ cao, tác động sẽ không chỉ là loại bỏ một bình dầu.

Machine có thể cần ít battery hơn, thu hồi năng lượng khi hạ tải, giảm maintenance và trở nên dễ điều khiển bằng software hơn.

Đến lúc đó, khái niệm “electric excavator” sẽ thay đổi.

Nó không còn là một máy xúc thủy lực được gắn pin.

Nó sẽ là một cỗ máy nơi từ nguồn năng lượng cho tới từng cơ bắp đều thực sự chạy bằng điện.

Nguồn tham khảo

• RISE Robotics: Beltdraulic — Hydraulic-Class Force, Electric Efficiency
• iVT Expo USA 2026: Beltdraulic by RISE Robotics
• Machine Design: RISE Robotics electric belt-driven hydraulic replacement system
• SUNCAR: eXact — Electrification of the next generation of construction machinery
• Vinnova: Electric boom actuator for battery-electric excavators
• Aalborg University: Energy Efficient Excavator Implement by Electro-Hydraulic/Mechanical Drive Network