Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu đến tính chất chuyển động vòng của máy kéo bánh dùng trong nông nghiệp

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu đến tính chất chuyển động vòng của máy kéo bánh dùng trong nông nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

HÀN TRUNG DŨNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ

SỬ DỤNG VÀ KẾT CẤU ĐẾN TÍNH CHẤT

CHUYỂN ĐỘNG VÒNG CỦA MÁY KÉO BÁNH

DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

HÀ NỘI - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

HÀN TRUNG DŨNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ

SỬ DỤNG VÀ KẾT CẤU ĐẾN TÍNH CHẤT

CHUYỂN ĐỘNG VÒNG CỦA MÁY KÉO BÁNH

DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 62.52.01.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS BÙI HẢI TRIỀU

HÀ NỘI - 2014

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng

ii

LỜI CẢM ƠN

Với tất cả lòng chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy

hướng dẫn: PGS.TS Bùi Hải Triều – Bộ môn Động lực, Khoa Cơ Điện, Trường

Đại học Nông nghiệp Hà Nội, người đã tận tình động viên, chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong nhiều năm để tôi đủ quyết tâm hoàn thành bản luận án này

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo Bộ môn Động lực, Khoa Cơ Điện, Ban Quản lý đào tạo, Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội và các khoa, phòng, ban, viện trong trường đã giúp đỡ về chuyên môn cũng như tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận án

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc và tập thể cán bộ CNV Trung tâm Giám định máy và thiết bị (trực thuộc Viện Cơ Điện NN và Công nghệ STH) đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về thiết bị trong quá trình triển khai thí nghiệm

Xin chân thành cảm ơn Th.S Lê Anh Sơn, giảng viên Bộ môn Động lực, Khoa Cơ Điện, Trường Đại học Nông nghiệp đã giúp đỡ phần mềm và công cụ tính toán rất hiệu quả

Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp trong và ngoài cơ quan và đặc biệt là các thành viên trong gia đình, đã giúp đỡ, ủng hộ, động viên, góp ý kiến để tôi hoàn thành bản luận án này

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận án

Hàn Trung Dũng

iii

Với tất cả lòng chân triển MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ x

DANH MỤC BẢNG xiii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Khái quát về tình hình phát triển máy kéo nông nghiệp ở nước ta 5

1.1.1 Thực trạng trang bị máy kéo ở nước ta 5

1.1.2 Tình hình nghiên cứu chế tạo máy kéo ở nước ta 7

1.2 Khái quát về tính chất chuyển động của máy kéo 8

1.3 Sự cần thiết nghiên cứu tính chất chuyển động vòng của máy kéo nông

nghiệp 11

1.4 Tình hình nghiên cứu trên thế giới về tính chất chuyển động của máy kéo 15 1.4.1 Quá trình và thành tựu nghiên cứu động lực học ô tô theo phương ngang 15

1.4.2 Tình hình nghiên cứu về tính chất chuyển động của máy kéo bánh 19

1.5 Tình hình nghiên cứu tính chất chuyển động của máy kéo ở trong nước 24 1.6 Mô hình động lực học nghiên cứu tính chất chuyển động của máy kéo 26

1.7 Các mô hình bánh xe để nghiên cứu tính chất chuyển động của máy kéo 30 1.8 Kết luận phần Tổng quan 37

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

2.1 Nội dung nghiên cứu 38

2.2 Phương pháp nghiên cứu 38

2.2.1 Phương pháp mô hình hoá đối tượng nghiên cứu 38

2.2.2 Phương pháp mô phỏng số kết hợp với mô phỏng thực nghiệm 40

2.2.3 Phương pháp giải bài toán chuyển động của ô tô máy kéo 43

2.2.4 Phương pháp đánh giá tính chất chuyển động của ô tô máy kéo 45

iv

2.2.5 Phương pháp thí nghiệm xác định các tham số đặc trưng của mô hình

nghiên cứu 47

2.2.6 Xây dựng phương pháp thí nghiệm xác định quỹ đạo chuyển động vòng của máy kéo 49

2.3 Kết luận chương 2 55

Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG VÒNG CỦA MÁY KÉO TRÊN ĐẤT NÔNG NGHIỆP 57 3.1 Lựa chọn mô hình động lực học chuyển động của máy kéo nông nghiệp 57 3.2 Xây dựng mô hình động lực học chuyển động vòng của máy kéo nông nghiệp trong trường hợp tổng quát 58

3.2.1 Các giả thiết khi xây dựng mô hình 58

3.2.2 Hệ thống phương trình vi phân mô tả tính chất chuyển động vòng 59

3.2.3 Các quan hệ động học bổ sung 61

3.2.4 Mô hình động cơ máy kéo 63

3.2.5 Mô hình hệ thống truyền lực 64

3.2.6 Mô hình bánh xe máy kéo nông nghiệp 71

3.2.7 Lực cản kéo của máy nông nghiệp 76

3.3 Thử nghiệm mô hình để khảo sát chuyển động vòng của máy kéo trên đất nông nghiệp 77

3.3.1 Mô hình một vết cho máy kéo có một cầu chủ động (4x2) 78

3.3.2 Sơ đồ khối thuật toán khảo sát tính chất chuyển động vòng của máy kéo một cầu chủ động 79

3.4 Kết luận chương 3 80

Chương 4 KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CHUYỂN ĐỘNG VÒNG CỦA MÁY KÉO TRÊN ĐẤT NÔNG NGHIỆP 81

4.1 Chọn đối tượng để khảo sát 81

4.2 Khảo sát động lực học chuyển động vòng 82

4.2.1 Phương án thay đổi góc lái cuối 82

4.2.2 Phương án thay đổi tốc độ xoay bánh xe dẫn hướng 83

4.3 Khảo sát chuyển động vòng ổn định 84

v

4.3.1 Các thông số chuyển động vòng ổn định khi thay đổi góc lái cuối 85

4.3.2 Các thông số chuyển động vòng ổn định khi thay đổi tỉ số truyền 85

4.3.3 Các thông số chuyển động vòng ổn định khi thay đổi lực cản kéo 87

4.3.4 Các thông số vòng ổn định khi thay đổi phân bố trọng lượng 88

4.4 Khảo sát sự sai lệch quỹ đạo chuyển động so với quỹ đạo cho trước 92

4.4.1 Sai lệch quỹ đạo khi máy kéo quay vòng 900 93

4.4.2 Sai lệch quỹ đạo khi vòng 1800 không nút 94

4.4.3 Sai lệch quỹ đạo khi vòng 1800 theo hình quả lê 95

4.5 Khảo sát ảnh hưởng của đặc tính bánh xe khi làm việc trên các loại nền 97 4.6 Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu khác đến quỹ đạo chuyển động vòng 98

4.6.1 Trường hợp trọng tâm liên hợp máy bị lệch hẳn về một phía 98

4.6.2 Trường hợp thay đổi tỷ số truyền khi quay vòng 99

4.7 Kết luận chương 4 100

Chương 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 101

5.1 Thí nghiệm xác định mô men quán tính Jz của máy kéo đối với trục đứng qua trọng tâm 101

5.2 Xây dựng đặc tính động cơ bằng thực nghiệm 105

5.3 Thí nghiệm xác định đặc tính bánh xe máy kéo 106

5.3.1 Mô tả chung về thiết bị thí nghiệm bánh xe WTD-02 106

5.3.2 Sơ đồ lắp ráp các cụm chức năng 107

5.3.3 Sơ đồ truyền động cho bánh xe thí nghiệm 108

5.3.4 Sơ đồ bố trí thiết bị đo lường 108

5.3.5 Kết nối thiết bị với máy kéo ngoài thực địa 109

5.3.6 Tổ chức thí nghiệm 111

5.3.7 Kết quả thí nghiệm 111

5.3.8 Kết quả xác định các hệ số của mô hình bánh xe 113

5.4 Thí nghiệm kiểm chứng kết quả mô phỏng 116

5.4.1 Mục đích thí nghiệm 116

vi

5.4.2 Xây dựng hệ thống đo lường, thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm quá

trình quay vòng máy kéo 116

5.4.3 So sánh kết quả tính toán khảo sát theo mô hình mô phỏng với kết quả thực nghiệm trên máy kéo MTZ-80 122

5.5 Kết luận chương 5 125

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 127

Kết luận 127

Đề nghị 128

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN

ÁN ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

 Góc lệch bên trung bình của hai bánh xe cầu sau rad

 Góc chuyển động lệch tại vị trí trọng tâm rad

 Góc xoay trung bình của hai bánh xe dẫn hướng cầu trước

quanh trục z trong theo hệ tọa độ thân xe

 Hệ số phân bố tải trọng pháp tuyến trên cầu sau

 Hệ số ma sát giữa bánh xe với mặt đường

 Góc lệch của phương lực kéo ở móc so với trục dọc máy kéo rad

 Góc xoay thân xe quanh trục z trong hệ tọa độ cố định rad

 Vận tốc góc của thân xe xoay quanh trục z trong hệ tọa độ

thân xe

rad/s

 Gia tốc góc của thân xe quanh trục z trong hệ tọa độ thân xe rad/s2

 Bán kính cong của quỹ đạo trọng tâm của máy kéo m

f Hệ số cản lăn

k Hệ số kéo của máy kéo

F

l Khoảng cách từ trọng tâm máy kéo đến cầu trước m

l Khoảng cách từ trọng tâm máy nông nghiệp đến cầu sau m

J Mô men quán tính của phần bị động của li hợp và các chi tiết

quay trong hộp phân chia

S Độ trượt tổng hợp của bánh xe cầu sau

v Vận tốc chuyển động của trọng tâm máy kéo m/s

DOF bậc tự do (degrees of freedom)

IRRI Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (International Rice Research

Institute)

MK máy kéo

MKNN máy kéo nông nghiệp

MNN máy nông nghiệp

SXNN sản xuất nông nghiệp

2WD dẫn động 2 bánh (two wheel drive)

4WD dẫn động 4 bánh (four wheel drive)

2WS lái 2 bánh (two wheel steer)

4WS lái 4 bánh (four wheel steer)

WTD Thiết bị khảo nghiệm bánh xe (wheel testing device)

x

DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

1.1 Mô hình hệ thống điều khiển mạch kín của ô tô máy kéo 9

1.2 Sơ đồ biểu diễn các thông số đặc trưng động lực học chuyển động 11

1.3 Sử dụng mô hình phẳng một vết để khảo sát chuyển động vòng 27

1.4 Mô hình phẳng một vết để khảo sát chuyển động vòng của liên

hợp máy kéo và máy nông nghiệp

28

2.1 Sơ đồ treo máy kéo theo mặt phẳng thẳng đứng 48

2.2 Sơ đồ tính toán các thông số động học quay vòng của máy kéo

khi sử dụng hai sensor vận tốc

51

2.3 Sơ đồ tính toán xử lý kết quả thí nghiệm quay vòng của máy

kéo khi sử dụng một sensor vận tốc

53

3.1 Sơ đồ một vết nghiên cứu tính chất chuyển động vòng của máy

kéo 4x4

59

3.4 Mô hình động lực học đường truyền lực của máy kéo 4x4 64

3.5 Sơ đồ xác định mô men cản xoay của bánh xe 65

3.6 Quan hệ phi tuyến giữa các lực và mô men với độ trượt theo

3.8 Sơ đồ khối mô phỏng đặc tính bánh xe máy kéo theo Burckhardt 76

3.10 Sơ đồ một vết nghiên cứu chuyển động vòng của máy kéo 4x2 78

3.11 Sơ đồ khối mô tả thuật toán khảo sát tính chất chuyển động của

MK

79

4.2 Các phương án thay đổi tốc độ xoay bánh xe dẫn hướng 83

4.3 Các thông số đặc trưng thay đổi theo góc lái cuối 85

4.4 Các thông số đặc trưng thay đổi theo số truyền 86

xi

4.5 Góc chuyển động lệch của các cầu thay đổi theo số truyền 86 4.6 Các thông số đặc trưng thay đổi theo lực cản kéo 87 4.7 Góc chuyển động lệch của các cầu phụ thuộc vào lực cản kéo

máy nông nghiệp

88

4.8 Sơ đồ máy kéo ở thế vận chuyển với máy nông nghiệp treo sau 89 4.9 Sơ đồ máy kéo ở thế vận chuyển với máy nông nghiệp treo trước 89 4.10 Các thông số đặc trưng thay đổi theo sự phân bố trọng lượng 90 4.11 Góc chuyển động lệch của các cầu phụ thuộc vào sự phân bố

trọng lượng trên các cầu

91 4.12 Quỹ đạo vòng 900 cho trước và hàm góc lái trong khảo sát 93 4.13 Sai lệch quỹ đạo máy kéo YM-3000 khi quay vòng 900 93 4.14 Quỹ đạo vòng 1800 cho trước và hàm góc lái trong khảo sát 94 4.15 Sai lệch quỹ đạo máy kéo YM-3000 khi quay vòng 1800 95 4.16 Sơ đồ quay vòng 1800 hình quả lê và hàm góc lái 95 4.17 Sai lệch quỹ đạo máy kéo YM-3000 khi quay vòng 1800 hình

quả lê

96

4.18 Ảnh hưởng của đặc tính bánh xe đến quỹ đạo chuyển động vòng 97 4.19 Quỹ đạo và gia tốc trọng tâm khi thay đổi tọa độ trọng tâm dọc 98 4.20 Gia tốc ngang trọng tâm thay đổi theo số truyền 99 5.1 Sơ đồ bố trí thiết bị ghi dao động lắc của máy kéo được treo 102 5.2 Sơ đồ khối chương trình tính toán chu kỳ T0 và mô men quán

tính JZ bằng phần mềm DASYLab 7.0

102 5.3 Đồ thị dao động lắc của MTZ-80 quanh trục z qua trọng tâm 103 5.4 Đồ thị dao động lắc của máy kéo YM-3000 quanh trục z qua

5.9 Sơ đồ kết nối các phần tử của hệ thống đo lường 109 5.10 Thiết bị được liên kết với máy kéo nhờ hệ thống khung treo đặc

biệt

110

5.17 Sơ đồ hệ thống đo lường khi thí nghiệm quay vòng máy kéo 116

5.20 Sơ đồ kết nối các thiết bị đo trong thí nghiệm chuyển động vòng

của máy kéo

kéo Yanmar 3000 trên một số loại đường

114

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, vấn đề công nghiệp hoá - hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn là một trong những nhiệm

vụ trọng tâm nhằm thúc đẩy quá trình chuyển dịch cơ cấu kinh tế nông thôn, gắn phát triển nông nghiệp với công nghiệp chế biến và ngành nghề Cùng với việc đẩy mạnh công nghiệp chế biến nông sản, công cuộc cơ giới hoá phục vụ sản xuất nông nghiệp góp phần tăng năng suất lao động, tăng số lượng sản phẩm hàng hoá, giải phóng lao động nông nghiệp để chuyển sang phát triển ngành nghề

và dịch vụ, từng bước đổi mới bộ mặt nông thôn

Máy kéo (MK) là nguồn động lực chủ yếu để thực hiện cơ giới hóa các khâu canh tác, thu hoạch và vận chuyển trong sản xuất nông nghiệp

Sản xuất nông nghiệp (SXNN) nước ta có đặc điểm và điều kiện canh tác phức tạp, thời vụ, khí hậu, cây trồng và tập quán canh tác giữa các vùng khác nhau rất lớn Bởi vậy, để sử dụng MK đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao, đòi hỏi kích cỡ và chủng loại máy rất đa dạng Hệ thống máy kéo ở nước ta hiện nay phần lớn có nguồn gốc nhập từ nước ngoài, nhất là các máy kéo 4 bánh Điều đáng nói hơn cả là các MK ngoại nhập đã bộc lộ nhiều điểm không phù hợp với điều kiện đất đai và thời tiết của ta, dẫn đến hiệu suất sử dụng thấp và hiệu quả kinh tế không cao

Thực tế trên đòi hỏi sự đầu tư thích đáng về mặt nghiên cứu cơ bản và chuyên sâu, chuẩn bị cơ sở tốt cho thiết kế, cải tiến để các MK sản xuất trong nước cũng như các MK nhập ngoại ngày càng hoàn thiện hơn, phù hợp hơn với điều kiện SXNN của nước ta

Máy kéo nông nghiệp (MKNN) có rất nhiều tính năng kỹ thuật và tính năng sử dụng quan trọng Nghiên cứu nhằm nhận dạng và đánh giá cả về định tính lẫn định lượng các tính chất động lực học chuyển động của MK không những góp phần quan trọng cho công tác thiết kế máy mới, cải tiến máy đã có mà còn tạo cơ sở để lựa chọn trang bị hệ thống máy kéo phù hợp, đồng thời định hướng khai thác sử dụng chúng có hiệu quả nhất

2

Nhiều năm qua, các nhà khoa học trong nước đã quan tâm nghiên cứu các vấn đề về tính năng kéo bám, tính chuyển động êm dịu của MK và đã thu được kết quả khá tốt Rất nhiều công trình tập trung nghiên cứu cải tiến bộ phận di động cho máy kéo bánh làm việc trên ruộng lúa nước Kết quả là có nhiều kết cấu di động mới ra đời như bánh sắt, bánh mấu cao, xích ôm lốp, di động nửa xích để làm việc trên đất có độ ẩm cao Tuy nhiên có thể thấy một thực tế là các nghiên cứu cải tiến trên mới chỉ ưu tiên giải quyết vấn đề di động của MK, chưa

có điều kiện chú ý nhiều đến các tính năng khác không kém phần quan trọng của máy kéo như tính điều khiển, khả năng quay vòng và tính ổn định chuyển động

Theo các nhà khoa học, bên cạnh các nghiên cứu về động lực học hướng dọc (truyền lực, kéo bám) và phương thẳng đứng (dao động) thì việc nghiên cứu động lực học hướng ngang của MK (tính quay vòng, điều khiển, ổn định) là rất cần thiết, có vậy mới đáp ứng đầy đủ được yêu cầu nghiên cứu toàn diện về MK Tuy nhiên do tính chất phức tạp của bài toán, cộng với sự thiếu thốn về các phương tiện nghiên cứu cho nên đến nay, ở nước ta chưa có nhiều kết quả nghiên cứu về vấn đề này Đó thật sự là khoảng trống tri thức cần được lấp đầy

Quỹ đạo và sự ổn định chuyển động của MKNN có ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng làm việc của liên hợp máy, đến mức độ an toàn, chí phí nhiên liệu và sự mệt nhọc của người điều khiển Đặc biệt, do đặc thù và tính chất chuyển động của liên hợp máy khi thực hiện cơ giới hóa các khâu canh tác trên đồng ruộng, máy kéo phải quay vòng ở hai đầu bờ rất nhiều (thường chiếm từ 15 đến 25% tổng thời gian hoạt động) Vì vậy máy kéo có tính năng quay vòng tốt

và điều khiển liên hợp máy một cách hợp lý sẽ giảm đáng kể đường chạy không

và các chi phí hoạt động

Máy kéo là một hệ thống động lực phức tạp (động cơ - truyền lực – di động), về điểm này gần giống với ô tô, tuy nhiên chúng thường xuyên phải làm việc trong điều kiện hết sức khó khăn và luôn thay đổi (đất đai, tải trọng máy nông nghiệp) – điểm này khác hẳn với ô tô Chính vì vậy mọi nghiên cứu không mang tính hệ thống, không đi sâu vào bản chất vật lí của quan hệ máy - đất có thể

sẽ không đánh giá hết các tính chất động lực học của hệ thống, và do đó có thể vô

3

tình dẫn đến sự thay đổi về cơ bản, thậm chí phá vỡ các tính năng của máy kéo theo thiết kế ban đầu (Guskov, 1966; Pharobin, 1970; Lugovxeva, 1980; Gyachev, 1981; Pacejka, 2002)

Từ nhu cầu thực tiễn và với những lí do trên, đề tài luận án đặt vấn đề nghiên cứu một số vấn đề về động lực học chuyển động vòng của máy kéo 4 bánh dùng trong nông nghiệp, một mảng khoa học về cơ khí hóa nông nghiệp chưa có nhiều thành quả nghiên cứu ở nước ta

2 Mục tiêu, nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài luận án là xây dựng được một chương trình mô phỏng

động lực học quay vòng máy kéo, cho phép khảo sát ảnh hưởng của một số yếu

tố sử dụng và kết cấu đến tính chất chuyển động vòng của máy kéo bánh trong điều kiện sản xuất nông nghiệp

Nhiệm vụ của đề tài luận án là nghiên cứu xây dựng mô hình động lực học

quá trình chuyển động vòng của máy kéo bánh, có tính đến đặc tính làm việc của động cơ, đường truyền lực và đặc biệt là quan hệ đất – bánh xe và ảnh hưởng của máy nông nghiệp Mô hình có thể được mô phỏng bằng toán học và giải được bằng các phương pháp hiện đại trên máy tính số, nhằm tăng khả năng khảo sát nhiều phương án và rút ngắn thời gian cũng như chi phí nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là máy kéo 4 bánh một cầu chủ động,

loại MK sử dụng phổ biến và rất phù hợp với sản xuất nông nghiệp nước ta

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng và kết cấu đến quỹ đạo chuyển động của MK có ý nghĩa thực tiễn là góp phần xây dựng một phương pháp xác định các thông số tối ưu, đảm bảo khả năng làm việc của liên hợp máy

và chất lượng chuyển động cao nhất của nó trong những điều kiện nhất định Đồng thời qua đó có thể đưa ra một số hướng dẫn hoặc khuyến cáo trong sử dụng

để khai thác máy kéo có hiệu quả nhất

Phương pháp, nội dung và giới hạn nghiên cứu được lựa chọn phù hợp với điều kiện cụ thể của nước ta nhằm đạt mục đích của đề tài và để kết quả có thể ứng dụng được vào thực tế chế tạo và sử dụng MKNN hiện nay

4

Không đặt tham vọng giải quyết trọn vẹn một vấn đề khoa học phức tạp,

trong phạm vi đề tài luận án, công trình này chỉ tiến hành những bước nghiên cứu

đầu tiên, có tính chất đặt cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo, nhằm góp phần xây

dựng luận cứ khoa học cho việc tính toán thiết kế, cải tiến hoặc lựa chọn và nâng

cao hiệu quả sử dụng các loại máy kéo 4 bánh, phục vụ tốt cho cơ giới hoá nông

nghiệp ở nước ta Ngoài ra phương pháp tiếp cận và kết quả nghiên cứu có thể sẽ

đóng góp cho công tác đào tạo đại học và sau đại học trong lĩnh vực liên quan

4 Những đóng góp mới của đề tài luận án

- Mô hình động lực học được xây dựng trong luận án đã mô tả khá đầy đủ

tính chất chuyển động vòng của MK 4 bánh trên đất nông nghiệp Trong mô hình

đã tích hợp tương tác giữa động cơ, hệ thống truyền lực, bánh xe, đất và máy

nông nghiệp (MNN) Sử dụng kỹ thuật mô phỏng, có thể khảo sát linh hoạt các

phương án kết cấu, sử dụng MKNN Các thông số vào của mô hình được xác

định bằng thực nghiệm Độ tin cậy và chính xác của mô hình đã được đánh giá

thông qua các thí nghiệm đối chứng

- Thiết bị thí nghiệm bánh xe đã thiết kế và chế tạo có tính cơ động cao,

phù hợp để thực hiện thí nghiệm trên đồng ruộng đối với cả bánh xe chủ động và

bị động Với hệ thống đo và xử lý số liệu hiện đại có thể xác định các thông số

ảnh hưởng đến tính chất chuyển động của bánh xe MK trên mặt đường biến

dạng Kết quả thí nghiệm là cơ sở dữ liệu để xây dựng mô hình bánh xe trong

nghiên cứu tính chất chuyển động của MK

- Mô hình bánh xe là một mô hình bán thực nghiệm, trong đó tính toán các

lực và mô men trong diện tích tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đồng từ độ trượt dọc

và góc lệch bên của bánh xe trên một số loại đất nông nghiệp điển hình Mô hình

bánh xe đã xây dựng có thể kết nối với mô hình phẳng bất kỳ mô tả động lực học

chuyển động của MK hoặc MNN tự hành

- Phương pháp thực nghiệm xác định quỹ đạo chuyển động của MK bằng

sử dụng sensor V1-Datron đã đề xuất, khá chính xác và phù hợp với điều kiện

MK và MNN tự hành chuyển động trên đồng ruộng hoặc trên đường

5

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Khái quát về tình hình phát triển máy kéo nông nghiệp ở nước ta

1.1.1 Thực trạng trang bị máy kéo ở nước ta

Trải qua nửa thế kỷ phát triển cơ giới hoá nông nghiệp, tình hình trang bị

và sử dụng máy kéo ở nước ta có nhiều bước thăng trầm, phụ thuộc vào những thay đổi cơ chế sản xuất nông nghiệp trong mỗi giai đoạn và ở từng vùng lãnh thổ khác nhau

Những năm 80 (của thế kỷ XX) trở về trước có thể nói các loại máy kéo

cỡ trung chiếm ưu thế tuyệt đối trong các trong các khâu canh tác, đặc biệt là khâu làm đất và vận chuyển nông nghiệp Không thể phủ nhận ưu thế và hiệu quả

to lớn của máy kéo vừa và lớn đối với phát triển kinh tế tập thể và sản xuất nông nghiệp quốc doanh Trong những năm cuối thế kỷ trước, do thực hiện cơ chế khoán 10 theo mô hình kinh tế hộ nông dân, việc sử dụng máy kéo lớn trở nên không còn phù hợp dẫn đến giải tán hàng loạt trạm đội máy kéo vốn được đầu tư xây dựng khá quy củ cả về quản lý lẫn kỹ thuật Theo đó, máy kéo nhỏ và cụ thể

là máy kéo hai bánh thực sự lên ngôi vì tỏ ra khá phù hợp với điều kiện ruộng đất được chia thành lô thửa kích thước nhỏ, hơn nữa cũng rất hợp với khả năng đầu

tư trang bị của hộ nông dân

Tuy nhiên trong những năm gần đây, một mặt do phát triển mô hình kinh

tế trang trại, mặt khác do chủ trương dồn điền đổi thửa, xây dựng những “cánh đồng mẫu lớn” để tập trung hơn, chuyên môn hoá hơn nhằm tăng năng suất lao động, tăng số lượng sản phẩm hàng hoá, đảm bảo tính thời vụ để quay vòng quỹ đất thì các loại máy kéo cỡ trung đang hội nhập trở lại nhanh chóng và mở ra triển vọng to lớn

Mức độ trang bị động lực nói chung và máy kéo nói riêng trên một đơn vị diện tích canh tác nông nghiệp phản ánh trình độ cơ giới hoá sản xuất nông nghiệp ở mỗi nước Theo số liệu báo cáo của Cục Chế biến, thương mại nông lâm thủy sản và nghề muối (2011), ở các nước phát triển chỉ tiêu này đạt rất cao:

ở Mỹ là 125 mã lực/ha; Nhật 35mã lực/ha, Trung Quốc là 6,06 mã lực/ha Ngay

ở các nước đang phát triển của khu vực Đông Nam Á, chỉ tiêu này cũng đạt

6

khoảng 4 mã lực/ha, trong khi đó cho đến năm 2011, Việt Nam mới đạt khoảng 2,55 mã lực/ha Cả nước hiện có gần 300 nghìn máy kéo các loại sử dụng trong nông nghiệp với tổng công suất trên 5 triệu mã lực, trong đó công suất của máy kéo vừa và lớn chỉ chiếm khoảng 40% (Phạm Văn Lang, 2012) Số lượng máy kéo lớn có xu hướng ngày càng giảm do nhập khẩu khó khăn bởi giá thành cao

và thiếu phụ tùng, nhất là đối với một số loại máy kéo của các nước Tây Âu và

Mỹ nhập vào miền Nam trước đây, trong khi công nghiệp trong nước hầu như chưa chế tạo được máy kéo lớn

Muốn sử dụng máy kéo có hiệu quả kinh tế cao đòi hỏi phải tính toán trang

bị phù hợp, đa dạng về kích cỡ và chủng loại, bởi lẽ nước ta có địa hình và điều kiện đất đai nông nghiệp khá phức tạp, thời vụ khắt khe, khí hậu, cây trồng và tập quán canh tác giữa các vùng khác nhau rất lớn Thí dụ, máy kéo cỡ lớn 100 mã lực trở lên đã phát huy hiệu quả cao trong các khâu khai hoang cải tạo đất ở vùng trung du, miền núi Máy kéo cỡ trung được ưa chuộng ở đồng bằng sông Cửu Long (loại 30 – 80 mã lực) và đồng bằng Bắc bộ (loại 25 – 50 mã lực) Trong khi

đó máy kéo cỡ lớn trên 80 mã lực lại tỏ ra phù hợp với vùng Trung du và miền núi (Nguyễn Điền và cs, 1984; Nguyễn Văn Sắt, 1990; Hoàng Quốc Đô, 1993)

Hệ thống máy kéo ở nước ta, cả máy nhỏ và máy lớn phần lớn là có nguồn gốc nhập ngoại, chủ yếu mang tính tự phát và dường như còn thiếu những cứ liệu khoa học trong lựa chọn Phải qua một thời gian dài sử dụng, thực tiễn đã chọn lọc được một số loại máy kéo bánh hơi tương đối phù hợp với điều kiện sản xuất nông nghiệp của nước ta như các loại máy kéo MTZ-50, MTZ-80, Yanmar-3000 (đối với miền Bắc); R-551, Steyer 768 và John Deere 3020 (đối với miền Nam)

Qua thực tiễn hơn 50 năm thực hiện cơ giới hoá nông nghiệp và theo tổng kết của nhiều chuyên gia nông nghiệp trong và ngoài nước đều dẫn tới nhận định

là không thể thực hiện cơ giới hoá nông nghiệp bằng máy móc của nước khác Bởi

lẽ về mặt kỹ thuật cho thấy ngay cả những máy kéo từng được coi là phù hợp nhất cũng có nhiều nhược điểm, nhiều tính năng kỹ thuật không phù hợp với điều kiện canh tác của ta; về kinh tế, giá máy kéo trên thế giới có chiều hướng tăng, bình quân từ 120 đến 200 USD cho một mã lực máy kéo, vượt quá sức mua mà nông

7

dân có thể chấp nhận; về mặt xã hội, cơ giới hoá nông nghiệp tạo điều kiện cho nông nghiệp phát triển và đồng thời cũng tạo điều kiện cho công nghiệp phát triển (Nguyễn Điền và Nguyễn Đăng Thân, 1984; Nguyễn Văn Sắt, 1990; Hoàng Quốc

Đô, 1993; Phạm Văn Lang, 1996; Nguyễn Minh Sơn, 2011; Cục Chế biến, Thương mại, Nông Lâm Thủy sản và Nghề muối, 2011; Phạm Văn Lang, 2012)

Vì vậy Việt Nam ta không thể không có ngành chế tạo máy kéo mà trái lại cần phải phát triển mạnh công nghiệp chế tạo máy kéo, đáp ứng yêu cầu trước mắt của sản xuất và tiến tới xuất khẩu

1.1.2 Tình hình nghiên cứu chế tạo máy kéo ở nước ta

Thực tiễn nhiều năm phát triển cơ giới hóa nông nghiệp cũng cho thấy việc nhập máy kéo chỉ là giải pháp tạm thời, chắp vá và việc phát triển công nghiệp chế tạo máy kéo trong nước là nhu cầu tất yếu Quá trình nghiên cứu chế tạo máy kéo gồm nhiều giai đoạn: thiết kế sơ bộ, chế tạo mẫu, thử nghiệm thực

tế, hoàn chỉnh thiết kế rồi mới tiến hành sản xuất hàng loạt

Vấn đề nghiên cứu thiết kế chế tạo thử máy kéo ở Việt Nam đã được chú ý

từ rất sớm và được rất nhiều cơ quan khoa học và các nhà máy tập trung phối hợp thực hiện Sau 35 năm liên tục, ngành cơ khí nước ta đã 15 lần tổ chức nghiên cứu chế thử máy kéo bốn bánh với số tiền đầu tư rất lớn nhưng vẫn chưa đạt được kết quả như mong muốn Chỉ tính riêng chi phí cho lần chế thử máy kéo Bông Sen 50 năm 1988-1990 cũng đã tốn kém hàng tỷ đồng/mẫu máy mà vẫn chưa thể cho ra được sản phẩm có chất lượng Duy nhất chỉ có máy kéo nhỏ hai bánh BS-12 tuy chất lượng và độ tin cậy chưa cao nhưng cũng đã được chế tạo hàng loạt với số lượng lớn và được coi là sản phẩm đặc trưng của Công nghiệp chế tạo máy kéo của Việt Nam Tuy nhiên máy kéo BS-12 có sức kéo chưa được 0,2T, tức là quá nhỏ và chưa được xếp hạng theo danh mục cấp lực kéo theo qui định quốc tế ISO hay tiêu chuẩn nhà nước TCVN Mặt khác đây là loại máy kéo

có kết cấu đơn giản, theo đánh giá của nhiều chuyên gia thì công nghệ chế tạo ra

nó khác hẳn và thấp hơn nhiều so với công nghệ chế tạo máy kéo 4 bánh (Phạm Văn Lang, 1996; Xuân Minh, 2001)

8

Qua đây có thể thấy rằng, công nghiệp chế tạo máy kéo của nước ta mới ở giai đoạn sơ khai, chậm phát triển gần thế kỷ so với các nước công nghiệp phát triển Đặc biệt, công nghệ chế tạo máy kéo 4 bánh của nước ta còn rất non kém, chưa đáp ứng được nhu cầu phát triển cơ giới hoá trước mắt và sau này

Qua tìm hiểu thực trạng trên, có thể rút ra mấy điểm sau:

1- Trước hết về quan điểm, không nên cho rằng nước ta không thể và không nên chế tạo máy kéo 4 bánh mà nên nhập nguyên chiếc hoặc nhập dây chuyền có sẵn của nước ngoài Điều này có thể áp dụng được với ô tô (vì điều kiện đường sá gần giống nhau), còn đối với máy kéo thì rõ ràng máy kéo theo thiết kế của nước ngoài không hoàn toàn phù hợp với tính chất đặc thù của đất đai, khí hậu và tập quán canh tác từng vùng của nước ta

2- Muốn phát triển công nghiệp chế tạo máy kéo, chúng ta phải sớm đầu

tư công nghệ hiện đại vì máy kéo là loại máy phức tạp, không thể chế tạo trên nền tảng trình độ cơ khí hiện nay

3- Muốn có sản phẩm máy kéo chất lượng tốt, có tính năng kỹ thuật phù hợp với điều kiện sản xuất nông nghiệp nước ta thì không thể chế tạo theo kiểu chép mẫu của nước ngoài mà nhất thiết phải đầu tư nghiên cứu từ thiết kế sơ bộ đến thiết kế hoàn thiện máy kéo Đây là nhiệm vụ đặt ra cho các nhà khoa học và các cán bộ kỹ thuật của ngành

4- Trong thời gian trước mắt, nếu công nghiệp trong nước chưa thể đáp ứng được nhu cầu máy kéo cho sản xuất hoặc chưa thể tự thiết kế mới được, tiếp tục phải nhập máy từ nước ngoài thì vẫn rất cần có những nghiên cứu về tính chất động lực học của máy kéo nông nghiệp Trên cơ sở đó, xây dựng những luận

cứ khoa học cho việc lựa chọn hay thiết kế cải tiến máy kéo nhập ngoại và khuyến cáo cần thiết trong sử dụng

1.2 Khái quát về tính chất chuyển động của máy kéo

Máy kéo có nhiều tính năng kỹ thuật, trong đó tính chất chuyển động được xem là những tính năng kỹ thuật quan trọng nhất Trong lí thuyết động lực học chuyển động của ô tô máy kéo có thể tách ra ba hướng chính là: chuyển động thẳng, chuyển động quay vòng và tiện nghi êm dịu chuyển động Nghiên cứu

Khi xem xét quĩ đạo chuyển động của ô tô máy kéo, vấn đề luôn luôn được đặt ra dưới dạng chuyển động vòng tổng quát, trong đó chuyển động thẳng chỉ là một trường hợp đặc biệt

Theo Mischke (1990) và Nguyễn Khắc Trai (1997), trong lĩnh vực động lực học hướng chuyển động của xe, tính chất chuyển động được định nghĩa là tính chất tổng quát của hệ thống “Người lái – Xe - Môi trường” (hình 1.1) Người lái là phần tử thứ nhất của hệ thống này, trên cơ sở tổng hợp các cảm nhận chủ quan của mình, sẽ đánh giá chất lượng của tính chất chuyển động và luôn có tác động điều chỉnh để có thể thu được các chuyển vị phù hợp (theo mong muốn) Ngoài ra các yếu tố của môi trường luôn luôn thay đổi, dẫn tới thay đổi mối tương quan chuyển động của ô tô máy kéo trên nền đường

Hình 1.1 Mô hình hệ thống điều khiển mạch kín của ô tô máy kéo

Người lái

Truyền lực Phanh Lái

MÁY KÉO

Ảnh hưởng mặt đường

Quĩ đạo cần theo

(yêu cầu)

Quĩ đạo hiện tại

(kết quả điều khiển)

Liên hệ ngược Nhiễu ngoài

10

Nói cụ thể hơn, chuyển động của máy kéo diễn ra dưới tác động của các ngoại lực khác nhau Một vài lực sẽ thay đổi trong giới hạn nào đó do tác động của người lái (lực kéo tiếp tuyến, lực ngang trên bánh xe dẫn hướng), một số lực khác thay đổi theo qui luật ngẫu nhiên và không phụ thuộc vào người lái (lực cản của mặt đường, dao động của lực kéo ở móc,…) Chuyển vị của máy kéo được phản hồi trở lại người lái, lúc này người lái lại tác động vào hệ thống điều khiển

để tạo nên các chuyển vị tiếp theo của xe

Như vây thực tế mô hình của hệ thống điều khiển là mạch kín Việc khảo sát hệ thống kín là cần thiết, nhất là khi nghiên cứu quá trình lái tự động, tuy nhiên quá phức tạp Để đánh giá được hệ thống kín này, trước hết cần phải đánh giá hệ thống hở (tức không có mạch liên hệ ngược) Qua hệ thống hở, có thể xác định được các phản ứng (chuyển vị) của máy kéo khi có các yếu tố điều khiển hoặc kích động bên ngoài khác Mặt khác các số liệu về tính chất chuyển động nhận được từ các mô phỏng chuyển động không có tác động của người lái (nói đúng hơn là các tác động này đã được thay thế bằng các hàm góc quay vành lái, thậm chí của hàm ga) sẽ mô tả một cách khách quan tính chất chuyển động của máy kéo

Tóm lại, việc nghiên cứu đánh giá tính chất chuyển động của máy kéo cần tập trung chủ yếu vào việc phân tích đánh giá phản ứng của MÁY KÉO - đối tượng điều khiển – dưới tác động điều khiển (đóng ngắt li hợp, sang số, tác động phanh hoặc tác động lái,…) cũng như các tác động nhiễu đến từ môi trường (tình trạng mặt đường, mặt đồng, máy nông nghiệp, gió,…)

Thông thường để đánh giá tính chất chuyển động của ô tô máy kéo cần khảo sát một số thông số trạng thái của một số trạng thái chuyển động nhất định Theo truyền thống và gần đây là theo các tiêu chuẩn ISO, một số trạng thái đặc trưng sau đây được nghiên cứu (Đào Đình Tại, 1996; ISO/TC/22/Nr 185)

- Chuyển động vòng ổn định (góc lái  và vận tốc xe v là hằng số);

- Quay vòng quá độ (v = const,  theo qui luật cho trước);

- Tính chất ổn định chuyển động thẳng;

- Phanh khi quay vòng ổn định;

- Quay vòng ổn định trên đường nghiêng ngang, đường ướt, đường trơn;

11

- Tính nhạy cảm với gió ngang

Đối với máy kéo nông nghiệp, tính chất chuyển động thường được đánh giá thông qua ba trạng thái đầu (Gyachev, 1977; Guskov, 1988)

Cũng theo tiêu chuẩn ISO đã dẫn, các thông số chính dùng đánh giá động lực học chuyển động vòng của máy kéo (biểu diễn chuyển vị trên hình 1.2) là:

- Góc xoay bánh xe dẫn hướng (góc lái )

- Vận tốc và gia tốc ngang (y và y)

Hình 1.2 Sơ đồ biểu diễn các thông số đặc trưng động lực học chuyển động

Tuy nhiên tuỳ theo mục đích nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu mà lựa chọn nhóm thông số này hay nhóm thông số khác làm hàm mục tiêu

1.3 Sự cần thiết nghiên cứu tính chất chuyển động vòng của máy kéo nông nghiệp

Nghiên cứu chuyển động vòng chủ yếu là để xác định các tính chất sử dụng của máy kéo, chẳng hạn như tính năng điều khiển, tính ổn định chuyển động và một phần là tính kinh tế Nói cách khác là xác định khả năng duy trì

Việc sử dụng các liên hợp máy kéo hiện đại cho phép tăng đáng kể năng suất lao động ở tất cả các công việc chủ yếu như vận chuyển, cày bừa, xới, gieo, v.v Một trong những biện pháp hữu hiệu để nâng cao năng suất kíp làm việc của liên hợp máy là tăng vận tốc chuyển động và giảm đường chạy không, trong đó chủ yếu là các đường quay vòng đầu bờ Vấn đề tăng vận tốc chuyển động của máy kéo bao giờ cũng dẫn đến mất an toàn và mất ổn định chuyển động (Guskov, 1977), mặt khác nó còn bị giới hạn bởi vận tốc nông học

Muốn giảm đường quay vòng đầu bờ, mà theo tác giả Polkanov thường chiếm từ 3-50% so với đường làm việc và 15-25% tổng thời gian hoạt động của liên hợp máy, thì biện pháp thông thường là giảm bán kính quay vòng của máy kéo Nhưng, cả tăng vận tốc và giảm bán kính quay vòng quá mức đều dẫn đến mất ổn định chuyển động như tăng dao động trong mặt phẳng ngang, gây lật đổ máy kéo, nhất là khi liên hợp máy chuyển động trên đường không bằng phẳng hoặc trên đất dốc

Ngoài ra, đối với các liên hợp máy kéo hiện đại, sự tăng kích thước, khối lượng, mô men quán tính và các thông số cơ học khác của máy sẽ dẫn đến sự thay đổi đáng kể tính chất động lực học của chúng Trong nhiều trường hợp liên hợp máy mang tính chất của hệ dao động cơ học và vì thế chuyển động của nó trở nên kém ổn định Ở các máy kéo bánh, sự tham gia của các phần tử biến dạng đàn hồi – ví dụ bánh lốp hoặc lò xo giảm xóc – cũng góp phần đáng kể gây mất

ổn định chuyển động

13

Có ý kiến cho rằng, hành lang chuyển động cho phép của máy kéo trên đồng ruộng không khắt khe như của ô tô trên đường, điều đó không hoàn toàn đúng Thực tế cho thấy, chất lượng chuyển động xấu sẽ dẫn đến giảm các chỉ tiêu chất lượng làm việc của máy, đôi khi không đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật nông học Chẳng hạn khi liên hợp máy gieo bị dao động ngang thì các hàng gieo

có dạng hình sin; các máy xới, trong điều kiện tương tự, sẽ đè lên các hàng cây khi chăm sóc giữa hàng; và các máy thu hoạch cũng xảy ra hiện tượng tương tự Đặc tính chuyển động không ổn định đó rất ngẫu nhiên khi các thông số cơ học của máy kéo nói riêng và của liên hợp máy nói chung không được lựa chọn một cách xác đáng Trong những trường hợp đó không thể áp dụng được phương án lái tự động – một xu hướng mới trong thiết kế máy kéo hiện đại

Sản xuất nông nghiệp gắn liền hữu cơ với vận chuyển vật tư, vật liệu và nông sản Các công việc vận chuyển thường chiếm 30% khối lượng công việc trong nông nghiệp mà công việc này chủ yếu do máy kéo đảm nhận Ở các nước phát triển, thời gian thực hiện vận chuyển chiếm hơn 50% tổng thời gian hoạt động trong năm của máy kéo bánh Khác hẳn với vận chuyển bằng ô tô, các máy kéo vận chuyển hầu hết chuyển động trong điều kiện không có đường sá, trên đất sau thu hoạch và trên đường nông thôn Trong điều kiện địa hình khó khăn phức tạp như vậy rõ ràng đòi hỏi máy kéo phải có tính năng chuyển động vòng tốt mới đảm bảo năng suất, tính kinh tế và tính an toàn cao Ngoài ra sản xuất nông nghiệp yêu cầu cần vận chuyển khối lượng lớn các loại hạt, phân bón, nhiên liệu, thức ăn gia súc, sản phẩm thu hoạch và các hàng hoá khác trong thời gian rất eo hẹp, cho nên việc đảm bảo tính kịp thời vụ của khâu vận chuyển đóng vai trò cực

kỳ quan trọng trong nông nghiệp

Như vây, liên hợp máy kéo luôn làm việc trong điều kiện tác động ngoài thay đổi, được nhìn nhận là đa yếu tố và đa dạng Có thể kể đến như tính chất không bằng phẳng của mặt đồng, tính chất không đồng nhất của đất, tính đa dạng

về cơ cấu cây trồng, tính đa dạng và phức tạp của các quá trình công nghệ, v.v Các yếu tố này tác động lên liên hợp máy chủ yếu thông qua bộ phận di động của máy kéo và bộ phận làm việc của máy nông nghiệp, đôi khi có ảnh hưởng đáng

Nhiều chuyên gia khi nghiên cứu lí thuyết tính toán liên hợp máy nói chung và máy kéo nói riêng đều đi đến kết luận rằng, sau tính năng kéo bám là một tính năng kỹ thuật quan trọng bậc nhất của máy kéo nông nghiệp, thì tính năng chuyển động vòng và ổn định chuyển động là tính năng kỹ thuật và sử dụng rất quan trọng của máy kéo và do vậy nó cần được quan tâm nghiên cứu một cách đầy đủ

Nghiên cứu động lực học hướng ngang nhằm mục đích thực tế là xây dựng

cơ sở tính toán thiết kế các thông số tối ưu của máy kéo và tạo những điều kiện cần thiết để đảm bảo chất lượng làm việc của máy kéo, với năng suất cao nhất

Nhiệm vụ quan trọng nhất của người thiết kế là đảm bảo máy kéo chuyển động thẳng khi cần đi thẳng và chuyển động vòng đúng quỹ đạo mong muốn Thực ra chuyển động thực tế luôn có sự sai khác với chuyển động lý thuyết, vì vậy cần lựa chọn các thông số cơ học của máy như thế nào để sự sai lệch giữa quỹ đạo chuyển động thực tế và quỹ đạo chuyển động lí thuyết là nhỏ nhất

Như vậy vấn đề đảm bảo tính chất quay vòng đúng và ổn định của máy kéo bánh cũng rất cấp thiết Nó ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, chất lượng công việc, chi phí nhiên liệu và tính an toàn

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu và điều kiện sử dụng đến quỹ đạo chuyển động của máy kéo nông nghiệp có ý nghĩa thực tiễn là góp phần xây dựng một phương pháp xác định các thông số tối ưu, đảm bảo khả năng làm việc của liên hợp máy, đạt hiệu quả và chất lượng chuyển động tốt nhất trong những điều kiện nhất định Điều này càng đặc biệt có ý nghĩa đối với các liên

15

hợp máy làm việc trên đồng ruộng có kích thước lô thửa không lớn như ở nước ta hiện nay

1.4 Tình hình nghiên cứu trên thế giới về tính chất chuyển động của máy kéo

1.4.1 Quá trình và thành tựu nghiên cứu động lực học ô tô theo phương ngang

Có thể nói lịch sử phát triển của máy kéo luôn gắn liền với lịch sử phát triển ô tô Hơn nữa, động lực học ô tô và máy kéo bánh có rất nhiều điểm tương

tự nên việc tìm hiểu những kết quả nghiên cứu động lực học hướng ngang của ô

tô là hết sức cần thiết Trên cơ sở đó có những áp dụng nhất định vào nghiên cứu thiết kế máy kéo

Cuối thế kỉ XIX và đầu thế kỉ XX, các loại ô tô thường có bánh lốp cao su kiểu dải, có độ cứng cao Khi tốc độ chuyển động nhỏ có thể xem các bánh xe này như các bánh cứng Bởi vậy trong các công trình nghiên cứu sơ khai về lí thuyết ô tô thì biến dạng của lốp đã không được tính đến

Những vấn đề về động lực học chuyển động ô tô đã thu hút sự quan tâm của nhà bác học vĩ đại người Nga, giáo sư Giukovxki Ngay từ năm 1923, Giukovxki đã xác định các lực quán tính của ô tô khi chuyển động với quy luật xoay các bánh xe dẫn hướng nhất định và đã xem xét các điều kiện lật đổ của nó Qua đó cho thấy mức độ nguy hiểm thế nào khi quay vành tay lái đột ngột

Lí thuyết ô tô có bánh xe cứng được phát triển tiếp tục bởi Linhêykin Tác giả đã thành lập các phương trình vi phân của chuyển động song phẳng của ô tô như là một cơ hệ có quan hệ không hôlônôm Từ các phương trình chuyển động này, có thể tìm được các quan hệ vi phân giữa qui luật xoay các bánh xe dẫn hướng và góc quay vòng của ô tô Tích phân quan hệ đó cho phép xác định chuyển động của ô tô và các phản lực trên các bánh xe của nó (Gyachev, 1981)

Bước nhảy vọt đầu tiên của ngành công nghiệp ô tô gắn liền với sự ra đời của bánh xe có lốp hơi đàn hồi của DunLop vào năm 1888 Bánh xe đàn hồi có đặc điểm biến dạng đàn hồi theo phương lực tác dụng, vì thế hiện tượng lệch ngang khi có lực bên ở các bánh xe là mối quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu Sau năm 1925, khi lí thuyết hiện đại về chuyển động của ô tô mới phát triển, Brule đã nghiên cứu hiện tượng lệch ngang của các bánh xe trang bị lốp đàn hồi

16

Kết quả cho thấy véc tơ vận tốc của tâm bánh xe có lốp biến dạng thường không nằm trong mặt phẳng bánh xe Từ đó xuất hiện sự cần thiết phải tính đến biến dạng của lốp khi nghiên cứu chuyển động của ô tô

Hiện tượng lệch ngang của bánh xe là cơ sở của một trong những giả thuyết đầu tiên về biến dạng của lốp - giả thuyết Rokar Bản chất của giả thuyết

là ở chỗ, lực ngang tác động lên bánh xe tỷ lệ với góc lệch bên của bánh xe (góc giữa véc tơ vận tốc của tâm bánh xe và mặt phẳng vành bánh), tức là góc lệch của bánh xe tỷ lệ với độ trượt ngang của lốp Tuy nhiên giả thuyết này không được chứng minh Nó cũng không tính đến mô men đàn hồi xuất hiện khi lốp có biến dạng góc (Gyachev, 1981)

Vào những năm 30 của thế kỷ trước, người ta đã tiến hành những thí nghiệm động lực học và xây dựng được mối liên hệ giữa góc dẫn hướng  và các góc lệch F của cầu trước và R của cầu sau, đồng thời tác giả Maurice Olley còn

bổ sung thêm khái niệm ổn định của ô tô Năm 1940, Riekert and Schunck đã công bố công trình lí thuyết động lực học xe bánh lốp, trong đó nghiên cứu sự quay thân xe quanh trục Z và sự trượt bên của hai cầu (Đào Đình Tại, 1996)

Nhìn chung giả thuyết chuyển động lệch ngang là cơ sở của nhiều nghiên cứu về lí thuyết chuyển động của ô tô Hầu hết các công trình của chuyên gia nổi tiếng trong lĩnh vực ô tô thời kỳ sau Thế chiến 2 đều có lưu ý đến giả thuyết đó Thí dụ, Truđakov đã xây dựng các phương trình vi phân chuyển động của ô tô có tính đến tính chất đàn hồi ngang và tiếp tuyến của bánh xe cũng như ảnh hưởng của tính chất đó đến tính ổn định chuyển động của ô tô

Pevzner cũng có đóng góp lớn cho động lực học ô tô Năm 1947, trên cơ

sở giả thuyết phi tuyến về sự lệch ngang, ông đã thành lập các phương trình vi phân của chuyển động song phẳng của ô tô như là một cơ hệ có hai bậc tự do Sau đó là hệ hai phương trình vi phân bậc hai mô tả chuyển động của ô tô, từ đó cho phép xác định được quĩ đạo chuyển động và những điều kiện cần thiết của ổn định chuyển động

Sau đó lí thuyết về chuyển động lệch được phát triển liên tục và nó được ứng dụng vào việc giải quyết các vấn đề khác nhau của động lực học chuyển

17

động của ô tô, ô tô kéo moóc và ô tô bán moóc Vào thời gian này có các công trình của các nhà khoa học như Huber, Dietzo, Zigler và sau này có Gauss, Hofmann, Mitschke, Zhukov, v.v (Đào Đình Tại, 1996)

Như vậy, lí thuyết chuyển động lệch bên của bánh xe đàn hồi là cơ sở của các nghiên cứu lí thuyết về chuyển động của ô tô và máy kéo bánh Có thể thấy tất cả những lí thuyết ô tô và máy kéo bánh hiện đại đều được xây dựng trên giả thuyết chuyển động lệch ngang

Khi đánh giá thực trạng về lí thuyết chuyển động của ô tô, tác giả Gyachev cho rằng nhiều công trình nghiên cứu động lực học ô tô đã công bố sau này chẳng qua chỉ chi tiết hoá ở các mức độ khác nhau những khía cạnh riêng của lí thuyết chuyển động lệch đã có từ trước Ông cũng đứng trên quan điểm cơ học chỉ ra hạn chế trong công trình của Pevzner ở chỗ: các phương trình vi phân chuyển động không chứa các thành phần phụ thuộc vào các toạ độ tổng quát, đồng thời không có mặt các lực hồi phục – nhân tố tạo nên sự ổn định

Nhược điểm đã nêu của lí thuyết chuyển động lệch ngang của bánh xe (không có lực hồi phục trong phương trình chuyển động) làm cho nó không áp dụng được khi nghiên cứu dao động và ổn định chuyển động của ô tô Tuy nhiên,

nó khá gần đúng và có thể sử dụng khi giải quyết các bài toán tĩnh và động học ô

tô - khi mà các lực tác động lên ô tô trong quá trình chuyển động là không đổi cả

về trị số và hướng (trường hợp ô tô quay vòng ổn định)

Nói chung, trước những năm 70s, do phương tiện nghiên cứu và cụ thể là công cụ tính toán còn hạn chế nên xu hướng nghiên cứu thường tuyến tính hoá Các kết quả nghiên cứu ở vùng tuyến tính thích hợp với giá trị gia tốc ngang nhỏ hơn 3,5 m/s2 Sau những năm 70s do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện

tử và máy tính số, động lực học ô tô được nghiên cứu như một cơ hệ của nhiều vật rắn Phương pháp nghiên cứu mới cho phép đánh giá tính chất động lực học của cơ hệ ở gia tốc bên lớn hơn 4,5m/s2, cho phép hoàn thiện kết cấu, lựa chọn các đặc tính của các phần tử đàn hồi và giảm chấn, tối ưu về động lực học Các nghiên cứu lí thuyết nay đã có điều kiện kiểm chứng bằng các thực nghiệm với các thiết bị đo lường hiện đại Việc tổ chức nghiên cứu được tiêu chuẩn hoá ở

Sự nghiên cứu động lực học ô tô và mô phỏng chúng đã phát triển mạnh hơn,

từ chỗ mô phỏng bằng các mô hình một vết, tuyến tính đến mô phỏng bằng các mô hình bậc cao bao hàm tất cả các đặc trưng phi tuyến (Huh et al., 2000) Theo Huh et

al (2000), Smith và Starkey đã nghiên cứu mối quan hệ giữa tính phức tạp của mô hình và độ chính xác của mô phỏng với 3 mô hình ô tô khác nhau và rút ra kết luận rằng: mô hình tuyến tính là không phù hợp ở trường hợp ô tô có tính cơ động cao Nalecz và Bindermann sử dụng một mô hình 3 bậc tự do (DOF) bao gồm hệ thống treo và hệ thống lái và đã chứng minh rằng sự lật và dịch chuyển trọng tâm sang bên

là những yếu tố quyết định đối với đặc tính vòng Các mô hình bánh xe – phần tử nhạy cảm nhất đối với nghiên cứu động lực học ô tô cũng được khảo sát, dựa trên

mô hình lí thuyết - elip ma sát và các mô hình thực nghiệm

Các thuật toán điều khiển lái khác nhau đã được xây dựng cho ô tô 4 bánh lái (4WS) Xia và Law đã so sánh các thuật toán điều khiển 4WS dựa trên mô hình phi tuyến 8 DOF, với các hiệu ứng động học Abe đề xuất một nguyên tắc điều khiển 4WS và nhằm giảm tối thiểu góc trượt bên khi sử dụng một mô hình tuyến tính 2 DOF Pillar và Braun đã tiến hành xây dựng nhiều thuật toán điều khiển cho các ô tô tải nặng có nhiều bánh xe và phân tích so sánh các đặc tính điều khiển Hata et al đã nghiên cứu thực nghiệm trên xe tải hạng trung với hệ điều khiển 4WS và khảo sát tính điều khiển và tính ổn định của chúng

Để nghiên cứu chuyển động của các loại ô tô nhiều trục hoặc đoàn xe kéo, các nhà khoa học thường sử dụng phương pháp mô hình hoá kết hợp với mô phỏng toán học, thực tế cho thấy đã đạt được nhiều kết quả chính xác và tin cậy

Trong công trình của mình, Wu (2001) đã khẳng định rằng, tính ổn định lật đổ và trượt bên là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất cần quan tâm khi nghiên cứu về động lực học chuyển động của ô tô Các đặc tính trượt/lật bên

19

của ô tô lái nhiều trục khi vòng ổn định đã được xem xét thông qua một mô hình

5 bậc tự do và mô phỏng toán học Kết quả nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của trục lái phụ đến tính ổn định trượt và lật đổ của đoàn xe kéo

Các tác giả You and Skim (2001) trong công trình của mình đã giới thiệu

cơ sở lí thuyết để thiết kế tổ hợp điều khiển theo hướng ngang với bộ định vị mặt đường (AHS) nhằm áp dụng lái tự động ô tô trên đường cao tốc Qua đây có thể thấy vấn đề động lực học hướng chuyển động của ô tô đã được nghiên cứu ở mức

độ rất cao

Ở góc độ tham khảo các kết quả nghiên cứu về ô tô nhằm vận dụng từng phần có thể vào nghiên cứu tính chất chuyển động và đặc tính điều khiển của máy kéo bánh, mô hình nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học Huh, Kim và Hong, thuộc Đại học Hanyang, Seoul, Korea được dành sự chú ý nhiều hơn Theo đó, bằng việc sử dụng MATLAB/SIMULINK, các tác giả đã chuyển mô hình vật lí thành một công cụ mô phỏng Các tín hiệu vào sơ đồ mô phỏng là: góc lái và qui luật lái, mô men chủ động và đặc tính nguồn công suất, các tín hiệu từ mặt đường, đặc tính bánh xe, các quan hệ động học Các tín hiệu ra của sơ đồ là các biến trạng thái như vận tốc xe, góc lệch bên, gia tốc bên, góc lộn, quĩ đạo…(Huh et al., 2000)

Đây là một phương pháp nghiên cứu hiện đại, mô hình động lực học mang tính tổng quát cao, có thể cho nhiều gợi ý khi nghiên cứu về tính chất chuyển động của máy kéo trong điều kiện sản xuất nông nghiệp

1.4.2 Tình hình nghiên cứu về tính chất chuyển động của máy kéo bánh

Một vài nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực lí thuyết chuyển động của máy nông nghiệp đã xuất hiện từ thế kỉ XIX Song, ngay đến đầu thế kỉ XX, như Viện

sĩ Gơriatkin đã viết, “…Sự tập trung chủ yếu của các chuyên gia là hướng vào việc sử dụng máy đã có như thế nào, tức là vào công dụng của vô số loại máy của

vô số nhà chế tạo Do đó không có sự chuẩn bị lí thuyết cơ bản và thậm chí lí thuyết còn bị xem nhẹ hoặc bỏ qua” (Gyachev, 1981)

Đến đây, có thể liên tưởng đến thực trạng nghiên cứu máy kéo ở nước ta

và thấy rằng nếu chúng ta không nhận thức đầy đủ sự cần thiết đầu tư nghiên cứu

và cho phép nghiên cứu cặn kẽ các đường cong đó (Gyachev, 1981)

Trong những năm 40–50 của thế kỷ XX, do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế nên khi nghiên cứu các tính năng kỹ thuật của máy kéo, các nhà khoa học chưa có điều kiện đi sâu nghiên cứu động lực học máy, hoặc phải đưa ra quá nhiều giả thiết Sau đó các công trình về động học quay vòng máy kéo nói chung

đã bị mất đi tính cấp thiết của nó Điều đó được giải thích là do các phương trình động học trước đây luôn luôn phải giả thiết rằng các bánh xe của máy kéo có vành cứng và không bị trượt theo hướng vuông góc với mặt phẳng vành bánh Điều này chỉ chấp nhận được khi tốc độ chuyển động rất nhỏ hoặc khi bánh xe có gờ chống trượt ngang Vì vậy không thể áp dụng các phương trình động học đó cho các máy kéo lắp bánh xe đàn hồi

Ngay đến những nghiên cứu sau đó về động lực học hướng chuyển động trên cơ sở thành lập phương trình Lagrange loại 2, nhiều tác giả không tiến hành bất kì sự phân tích nào về các lực tác động lên máy và chỉ đưa ra phương trình vi phân với các hệ số được xác định bằng thực nghiệm cho từng loại máy Điều đó không cho phép tính toán các thông số của máy trong quá trình thiết kế

Gyachev cho rằng, lí thuyết lựa chọn các thông số tối ưu của liên hợp máy kéo của Kasưgin chỉ dựa trên quan điểm năng lượng và kinh tế, không đụng

đề cập đến tính ổn định động lực học, trong đó có tính đến lực quán tính (Gyachev, 1981)

Đến những năm 60s, với sự phát triển kỹ thuật đo lường hiện đại, đặc biệt

là kỹ thuật đo các đại lượng không điện bằng điện, các nhà khoa học đã có rất nhiều nghiên cứu thực nghiệm về vấn đề quay vòng của máy kéo Tuy nhiên sự quay vòng của máy kéo chỉ được mô tả dựa trên cơ sở thí nghiệm chuyển động của các bánh xe lắp trên các thiết bị khảo nghiệm bánh xe, hầu như chưa nghiên cứu bánh xe trong trạng thái làm việc cùng cả liên hợp máy Vì vậy kết quả chưa phản ánh được đầy đủ tính chất chuyển động vòng của máy kéo bánh

Trong lĩnh vực nghiên cứu tính chất chuyển động lệch của máy kéo lắp bánh xe đàn hồi - một đặc trưng cơ bản nhất của tính năng quay vòng, điều khiển

và ổn định chuyển động, thường tồn tại thuật ngữ qui ước là “sự lệch ổn định”

Đó là trường hợp máy kéo bánh chuyển động thẳng hoặc vòng ổn định với lực cản kéo không đối xứng Khi đó xem như biến dạng ngang và biến dạng góc của bánh lốp đàn hồi đạt các giá trị giới hạn, tương ứng với các lực tác động là không đổi, cũng tức là biến dạng góc của lốp bằng góc lệch ngang Trong thực tế ngay

cả khi máy kéo chuyển động thẳng cũng có những tác động ngẫu nhiên mang tính hệ thống làm cho máy kéo bị lệch khỏi tình trạng chuyển động gọi là “ổn định” ban đầu Vì vậy cần phải xây dựng lí thuyết “chuyển động lệch không ổn định” của bánh xe, trong đó các lực đặt vào bánh xe phụ thuộc vào biến dạng thực tế của lốp

Về vấn đề này, có hàng loạt giả thuyết mới về quan hệ biến dạng - chuyển động lệch như của Bekker, From, Marun, Greyđanux, Kelđưs, Metelisưn…Trong

22

đó các lực và cặp lực xuất hiện khi bánh xe chuyển động lệch ngang, phụ thuộc vào biến dạng ngang và biến dạng góc của lốp Nhiều giả thuyết coi quan hệ đó

là tuyến tính, điều này chỉ đúng với biến dạng nhỏ của lốp

Điểm nổi bật của giả thuyết ba thông số của Greyđanux, Kelđưs and Metelisưn là sự có mặt của các phương trình thể hiện sự liên quan giữa biến dạng của lốp và độ cong quĩ đạo vạch bởi tâm diện tích mặt tựa tiếp xúc Theo quan điểm này, ảnh hưởng của mối liên hệ giữa lực tác động bên và biến dạng của bánh xe là đáng kể Tuy nhiên các tác giả đã không đưa ra được các đặc trưng về mặt định lượng của mối quan hệ đó

Khi đưa ra giả thuyết hai thông số của chuyển động lệch của bánh xe đặt thẳng đứng, Gyachev (1977, 1981) cho rằng chỉ có thể tách riêng biến dạng ngang và biến dạng góc khi bánh xe đứng yên, còn khi bánh xe lăn thì hai biến dạng trên là đồng thời và lẫn vào nhau, hơn nữa chúng cùng tăng tỉ lệ thuận với lực và cùng đạt giá trị lớn nhất khi chuyển động lệch ổn định

Về nghiên cứu thực nghiệm tính chất chuyển động lệch đã có hàng loạt công trình, trong đó sử dụng phương pháp và thiết bị nghiên cứu rất khác nhau,

áp dụng với nhiều loạt bánh xe đàn hồi khác nhau và trên các loại nền đường, đất khác nhau (Krempel, 1965; Schwanghart, 1967; Konovalov and Xtrelkov, 1970; Maack, 1972…) Các kết quả đều có một kết luận chung là: quan hệ giữa lực dẫn bên, mô men hồi phục với góc chuyển động lệch là quan hệ phi tuyến Tuy nhiên với giá trị góc chuyển động lệch nhỏ dưới 5o thì các quan hệ trên có thể được coi

Qua tìm hiểu rất nhiều các công trình nghiên cứu có thể nhận thấy rằng: khi nghiên cứu tính chất chuyển động vòng của máy kéo, tuỳ theo mục đích và định hướng ứng dụng kết quả nghiên cứu mà mỗi tác giả đã lựa chọn phương pháp riêng và theo đó cũng nêu ra những giả thiết nhất định về điều kiện nghiên cứu của họ

Tác giả Litvinov (1971) và Schmidt (1988) chú trọng đến tính năng dẫn hướng của ô tô và máy kéo bánh làm việc ở dải tốc độ cao Tác giả Guskov (1966), Aninovich (1976) và Ksenevic (1980) xem nghiên cứu tính năng quay vòng như là cơ sở để tính toán thiết kế hệ thống điều khiển, cơ cấu quay vòng và

bộ phận di động Tác giả Gyachev (1981) và Antonov (1984) định hướng nghiên cứu nhằm nâng cao tính ổn định chuyển động thẳng của máy kéo Tác giả Lure (1977) và Sarov (1980) nghiên cứu quĩ đạo chuyển động vòng của liên hợp máy kéo bánh để từ đó lựa chọn phương pháp chuyển động và quay vòng tối ưu nhằm tăng hiệu suất làm việc của liên hợp máy trong quá trình canh tác Tác giả Krinexki (1971) và Zhang (2004), đề cập đến vấn đề tự động hoá quá trình lái của liên hợp máy Còn tác giả Amelchenko (1978) lại đề cập giải quyết vấn đề chuyển động của liên hợp máy khi làm việc trên mặt dốc ngang

Tóm lại, dù phương pháp giải quyết vấn đề có khác nhau nhưng các nhà nghiên cứu đều theo hướng thiết lập hệ thống các phương trình vi phân tuyến tính hoặc phi tuyến, mô tả chuyển động vòng của máy kéo thông qua các chuyển vị dọc, ngang và quay quanh trục đứng qua trọng tâm Hầu hết các nhà nghiên cứu

24

đều thống nhất ở quan điểm: muốn giải được các bài toán động lực học quay vòng máy kéo cần đồng thời nghiên cứu đặc tính cũng như mối liên hệ của các phần tử trong một hệ thống động lực học phức tạp: động cơ - truyền lực - điều khiển - di động - đất - tải trọng kéo

Mặc dù còn rất nhiều vấn đề cần tiếp tục giải quyết, nhưng có thể nhận thấy sự đầu tư nghiên cứu cũng như các thành tựu mà các nhà khoa học nước ngoài đạt được trong lĩnh vực động lực học hướng chuyển động của máy kéo là

vô cùng to lớn Nhiều vấn đề đã được giải quyết gần như trọn vẹn, tất nhiên là theo điều kiện địa lý nông nghiệp của từng nước

Tuy nhiên cũng cần phải thấy rằng, chúng ta không dễ dàng áp dụng được các kết quả nghiên cứu của nước ngoài vào điều kiện nước ta, nhất là khi các mối quan hệ đất – bánh xe (ở đây muốn nói đến quan hệ bám – trượt) mang tính đặc thù, mặt khác chi phí để mua các phần mềm tính toán động lực học máy đã được thương mại hóa, là quá lớn Thực tế đó đòi hỏi các nhà khoa học trong nước phải chủ động nghiên cứu nhằm có được những cơ sở khoa học cho việc thiết kế chế tạo và sử dụng các máy kéo phù hợp với sản xuất nông nghiệp nước ta

1.5 Tình hình nghiên cứu tính chất chuyển động của máy kéo ở trong nước

Theo những thông tin có được có thể nói rằng, những kết quả nghiên cứu về tính chất chuyển động của máy kéo ở nước ta còn rất hạn chế, chưa có nhiều công trình chuyên sâu nghiên cứu động lực học máy kéo, nhất là máy kéo nông nghiệp

Từ nhiều năm nay, các nhà nghiên cứu chủ yếu đi sâu vào lĩnh vực động lực học phương dọc (truyền lực, phanh, khởi hành tăng tốc) và động lực học phương thẳng đứng (dao động) Nhiều nhà khoa học thuộc các trường đại học (Bách khoa HN, Giao thông Vận tải, Nông nghiệp HN, Học viện KTQS, Lâm nghiệp VN…) và các viện nghiên cứu (Viện Cơ khí Giao thông, Viện Cơ Điện nông nghiệp và CNSTH,…) đã công bố nhiều kết quả nghiên cứu có giá trị khoa học và thực tiễn về những vấn đề trên

Trong những năm gần đây các nhà khoa học đều sử dụng phương pháp nghiên cứu hiện đại là mô phỏng toán học các quá trình động lực học ô tô, giải

Đối với máy kéo nông nghiệp, những năm qua, các nhà nghiên cứu chủ yếu tập trung giải quyết vấn đề di động của máy kéo bánh trên ruộng lúa nước Các công trình nghiên cứu tính năng kéo bám đã đạt được nhiều kết quả tốt, bằng việc đề xuất các loại bánh xe cho máy kéo làm việc trên đất độ ẩm cao (Nguyễn Xuân Ái, 1981) hoặc kết hợp làm đất trên ruộng nước hay ruộng lầy thụt (Phạm Thanh Tâm, 1995)

Các nghiên cứu về các tính chất chuyển động vòng, điều khiển và ổn định chuyển động của máy kéo bánh nông nghiệp còn khá khiêm tốn và kết quả ít được công bố Vì vậy, về vấn đề này, có thể xem như chúng ta đang ở điểm xuất phát Thực trạng này hoàn toàn không đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu thiết kế, cải tiến và khai thác sử dụng các loại máy kéo hiện nay và trong tương lai

Từ thực tế, có thể dẫn ra một số hậu quả của việc chưa quan tâm đầu tư đúng mức cho việc nghiên cứu các tính năng chuyển động của máy kéo ở nước ta

Máy kéo đẩy tay hai bánh (Bông sen, Power Tiller,…) chế tạo chủ yếu chép mẫu của Nhật Bản, Trung Quốc, IRRI nhưng do tính toán thiết kế không đúng hoặc chế tạo không tốt nên việc điều khiển rất khó khăn, nhất là khi quay vòng Do phân bố lại lực kéo tiếp tuyến, do thay đổi toạ độ trọng tâm nên lực điều khiển quay vòng rất lớn, gây mất ổn định máy kéo và mất an toàn, mệt mỏi cho người lái

Các liên hợp máy kéo + bánh lồng làm việc ở ruộng nước do bề rộng lớn,

mô men cản quay vòng lớn rất hay xoắn gãy bán trục, mất khả năng điều khiển