NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÂN TẤNG VÔ CẤP CHO MÁY KÉO NHỎ 4 BÁNH

Các máy kéo nhỏ cần ñược trang bị một hệ thống truyền ñộng có khả năng sử dụng hết công suất của ñộng cơ trong toàn bộ vùng vận tốc làm việc.. Hệ thống truyền lực thiết kế cho máy kéo nh

BỘ GIÁO DỤC & ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan các kết quả nghiên cứu và ñiều tra ñược trình bày trong luận văn là do tôi thực hiện, các số liệu công bố hoàn toàn trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Kiều Quang Thọ

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn:

Ban Giám hiệu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Viện ñào tạo Sau ñại học, Khoa Cơ ñiện, Bộ môn ðộng lực

Hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc ñến:

TS Bùi Việt ðức – Trưởng Bộ môn ðộng lực - Khoa Cơ ñiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã dành nhiều thời gian quý báu ñể tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

PGS TS Bùi Hải Triều – Nguyên Trưởng bộ môn ðộng lực - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi ñể tôi thực hiện luận văn này

Các thầy cô trong Bộ môn ðộng lực - Khoa Cơ ñiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội

Nghiên cứu sinh Nguyễn Công Thuật - Bộ môn Ô tô - Khoa Ô tô Trường ðại học Công nghiệp Việt – Hung

ðể hoàn thành luận văn này, tôi còn nhận ñược sự ñộng viên khích lệ rất lớn của người thân, gia ñình và bạn bè Tôi xin chân thành cảm ơn những tình cảm cao quý ñó

Tác giả luận văn

Kiều Quang Thọ

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮA VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ viii

ðẶT VẤN ðỀ 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Khái quát về truyền ñộng vô cấp (CVT) 3

1.2 Phân loại truyền ñộng vô cấp 5

1.2.1 Hộp số vô cấp loại cơ khí 5

1.2.2 Hộp số vô cấp dạng thủy lực 11

1.3.3 Hộp số dùng truyền ñộng ñiện (Tðð) 13

1.2.4 So sánh các loại hộp số vô cấp (CVT) 14

1.2.5 Tiêu chí lựa chọn hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo 15

2.2 Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài luận văn 16

2.2.1 Mục ñích 16

2.2.2 Nhiệm vụ 16

CHƯƠNG II XÂY DỰNG SƠ ðỒ TRUYỀN ðỘNG VÔ CẤP PHÂN TẦNG CHO MÁY KÉO NHỎ 4 BÁNH 17

2.1 Các sơ ñồ truyền ñộng bao vòng trên máy kéo, máy nông nghiệp

tự hành 17

2.2 Phác thảo hệ thống truyền ñộng vô cấp phân tầng trên cơ sở bộ truyền ñai bản rộng biến tốc 19

2.2.1 Kết cấu tổng thể 20

2.2.3 Hệ thống truyền lực 22

2.2.4 Bộ truyền ñai bản rộng vô cấp 23

CHƯƠNG III XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN ðỘNG ðAI VÔ CẤP 28

3.1 Các nghiên cứu về truyền ñộng ñai biến tốc 28

3.2 Cơ sở lý thuyết bộ truyền ñộng ñai biến tốc 29

3.3 ðộng lực học quá trình thay ñổi tỷ số truyền 34

3.3.1 Xác ñịnh loại ñai và ñường kính lớn nhất của bộ truyền ñai

vô cấp 34

3.3.2 Xác ñịnh chiều dài dây ñai 35

3.3.3 Xác ñịnh ñường kính nhỏ nhất của các bánh ñai và khoảng

ñiều chỉnh 36

3.3.4 Xác ñịnh khoảng cách trục e của bộ truyền ñai 37

3.3.5 Kiệm nghiệm góc ôm β 38

3.3.6 Tính lực căng ban ñầu của ñai và lực tác dụng lên trục 38

3.3.7 Tính toán cơ cấu ép bánh ñai chủ ñộng 39

3.3.8 Tính toán lò xo ép bánh ñai bị ñộng 44

3.3.9 Mô hình mô phỏng quá trình thay ñổi tỷ số truyền bộ truyền ñai47 CHƯƠNG IV XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TRUYỀN ðỘNG VÔ CẤP PHÂN TẦNG CHO MÁY KÉO NHỎ 4 BÁNH 48

4.1 Mô hình mô phỏng 48

4.1.1 Sơ ñồ mô phỏng truyền ñộng ñai vô cấp trên hệ thống truyền

lực máy kéo 48

4.1.2 ðộng cơ 49

4.1.3 Truyền ñộng ñai vô cấp 50

4.1.4 Ly hợp 50

4.1.5 Hộp số, cầu sau 51

4.1.6 Mạch ñiều khiển thủy lực 52

4.2 Mô phỏng mô hình bằng phần mền Matlab-simulik 52

4.2.1 Giới thiệu Matlab – Simulink 52

4.2.2 Mô phỏng mô hình 55

4.2.3 Khảo sát một số trạng thái hoạt ñộng của mô hình 58

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

5.1 Kết luận 66

5.2 Kiến nghị 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHẦN PHỤ LỤC 71

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮA VIẾT TẮT

CHLBð Cộng hòa liên bang ðức

CVT Continuously Variable Transmission

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 đánh giá các loại truyền ựộng 14

Bảng 1.2 So sánh các loại truyền ựộng bao vòng vô cấp 15

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ

Hình 1.1 Hộp số vô cấp Mercedes - Benz 3

Hình 1.2 So sánh hiệu quả của một hộp số vô cấp (CVT) với hộp

số thường [30] 4

Hình 1.3 Sơ ñồ phân loại truyền ñộng vô cấp 5

Hình 1.4 Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp kiểu puly ñai và dây ñai truyền 6

Hình 1.5 Truyền ñộng ñai kim loại vô cấp trên ô tô 7

Hình 1.6 Kết cấu hộp số vô cấp loại con lăn (TCVT) 9

Hình 1.7 Các chế ñộ làm việc của hộp số vô cấp kiểu con lăn 9

Hình 1.8 Sơ ñồ cấu tạo của hộp số vô cấp kiểu IVT 10

Hình 1.9 Hộp số vô cấp kiểu con lăn tròn 11

Hình 1.10 Sơ ñồ nguyên lý của hộp số vô cấp loại thủy tĩnh 12

Hình 1.11 Sơ ñồ cấu tạo hộp số dùng truyền ñộng thủy ñộng 13

Hình 1.12 Sơ ñồ hệ thống Hybrid 14

Hình 2.1 Sơ ñồ hệ thống truyền ñộng máy kéo Reimers ASL8 [16] 17

Hình 2.2 Nguyên mẫu truyền loại ZF / P.I.V Reimers ASL 210 [17] 18

Hình 2.3 Sơ ñồ truyền ñộng mẫu máy kéo nghiên cứu của Tu Muenchen [18] 18

Hình 2.4 Sơ ñồ hệ thống truyền ñộng máy gặt ñập liên hợp E512 [19] 19

Hình 2.5 Sơ ñồ bố trí hệ thống truyền lực của máy kéo nghiên cứu 22

Hình 2.6 Cấu tạo bánh ñai chủ ñộng 23

Hình 2.7 Cấu tạo bánh ñai bị ñộng 24

Hình 2.8 Cấu tạo dây ñai cao su 24

Hình 2.9 Cấu tạo dây ñai kim loại 25

Hình 2.10 Xy lanh tác ñộng ñơn thông dụng [8] 26

Hình 3.1 Mô hình bộ truyền ñai bản rộng vô cấp 30

Hình 3.2 Sơ ñồ truyền ñộng ñai vô cấp ñiều khiển bằng thủy lực 31

Hình 3.3 Van phân phối con trượt dọc 3/3 tác ñộng bằng tay có lò xo

trả về 32

Hình 3.4 Nguyên lý thay ñổi tỷ số truyền của vô cấp 33

Hình 3.5 Kết cấu bộ truyền ñai vô cấp RD b 34

Hình 3.6 Mô hình truyền ñộng vô cấp bằng ñai bản rộng 35

Hình 3.7 Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của bộ truyền ñai vô cấp 36

Hình 3.8 Phân tích lực trên các bánh ñai 40

Hình 3.9 Xylanh tác ñộng một chiều cần piston một phía 42

Hình 3.10 Các kích thước và tải trọng tác dụng lên lò xo chịu nén 45

Hình 4.1 Sơ ñồ truyền lực máy kéo 48

Hình 4.2 ðường ñặc tính của ñộng cơ sử dụng khảo nghiệm trong ñề tài 49

Hình 4.3 Mô hình truyền lực máy kéo 51

Hình 4.4 Sơ ñồ mạch ñiều khiển thủy lực 52

Hình 4.5 Hệ thống thư viện phần mềm Matlab - Simulink 54

Hình 4.6 Sơ ñồ khối của mô hình máy kéo 56

Hình 4.7 Chương trình mô phỏng máy kéo trên phần mềm Matlab – Simulink 56

Hình 4.8 Kết quả khảo sát 1 58

Hình 4.9 Kết quả khảo sát 2 59

Hình 4.10 Kết quả khảo sát 3 60

Hình 4.11 Kết quả khảo sát 4 61

Hình 4.12 Kết quả khảo sát 5 62

Hình 4.13 Kết quả khảo sát 6 63

ðẶT VẤN ðỀ

Máy kéo là nguồn ñộng lực quan trọng ñể phát triển cơ khí hóa nông nghiệp ở Việt nam Hiện nay ñang có khoảng 140000 máy kéo các loại với tổng công suất gần 4 triệu kW ñang hoạt ñộng trong sản xuất Nông Lâm nghiệp và phát triển nông thôn Như vậy với khoảng 10 triệu ha ñất Nông nghiệp, trang bị công suất ñộng lực cho 1 ha trung bình 0,4 kW

ða số các máy kéo sử dụng trong sản xuất Nông nghiệp (khoảng 50% thị phần) là máy kéo nhỏ 2 bánh công suất 8 ñến 10 kW, kết cấu ñơn giản ñể thực hiện các nhiệm vụ khác nhau như làm ñất, thu hoạch và vận chuyển

Nền công nghiệp chế tạo máy kéo ở nước ta hiện nay ñang ở giai ñoạn ñầu, mới chỉ sản xuất ñược các hệ thống máy ñơn giản trên cơ sở các máy kéo nhỏ 8 ñến 12 PS, ñang hướng ñến sản xuất các máy kéo nhỏ 4 bánh công suất

18, 20, 25 và 30 PS, ñã có kế hoạch dự kiến chế tạo và lắp ráp các máy kéo lớn hơn công suất 50 ñến 80 PS

Các máy kéo nhỏ cần ñược trang bị một hệ thống truyền ñộng có khả năng sử dụng hết công suất của ñộng cơ trong toàn bộ vùng vận tốc làm việc

ðể thực hiện ñược ñiều này, các hộp số phân cấp thường phải có rất nhiều cấp

số truyền, ñiều ñó dẫn ñến sự phức tạp về kết cấu của hộp số và khó khăn trong việc sử dụng vận hành Vì vậy việc phát triển hệ thống truyền ñộng vô cấp trên máy kéo là cần thiết

Truyền ñộng vô cấp trên các máy nông nghiệp tự hành và máy kéo ñã ñược phát triển trên thế giới từ vài thập kỷ gần ñây ðối với các máy kéo lớn,

hệ thống truyền ñộng vô cấp ưu tiên sử dụng hộp số phân nhánh công suất thủy tĩnh Truyền ñộng thủy tĩnh yêu cầu chi phí ñầu tư lớn do giá thành của các thành phần cấu trúc thủy lực cao Do các nguyên nhân về chi phí chế tạo, trọng lượng và hiệu suất nên việc sử dụng hộp số thủy tĩnh trên các máy kéo công suất nhỏ là không phù hợp

Trên các loại máy kéo nhỏ ñã và ñang ñược ưu tiên phát triển ở nước

ta, truyền ñộng ñai vô cấp ñược ñánh giá là phù hợp nhất Truyền ñộng ñai vô cấp có hiệu suất truyền hợp lý, các yêu cầu về lực ép và kết cấu bộ ñiều khiển không cao Do kết cấu ñơn giản sẽ dẫn ñến chi phí chế tạo thấp, do an toàn hoạt ñộng cao sẽ dẫn ñến chi phí vận hành nhỏ Trong lĩnh vực kỹ thuật máy kéo ñã có những kết quả nghiên cứu bước ñầu về hệ thống truyền ñộng ñai vô cấp lắp trên máy kéo nhỏ sản xuất tại Việt nam Hệ thống truyền lực thiết kế cho máy kéo nhỏ là một hệ thống vô cấp phân tầng, kết nối một bộ truyền ñộng ñai vô cấp ñiều khiển ñược với một hộp số cơ học 2 cấp truyền Như vậy máy kéo sẽ thực hiện việc ñiều khiển vận tốc vô cấp và cài tầng nhanh khi thực hiện nhiệm vụ vận chuyển và sẽ thực hiện việc canh tác trên ñồng với vận tốc làm việc ñược ñiều khiển vô cấp với cài tầng chậm

Trong quá trình hoạt ñộng canh tác trên ñồng hoặc vận chuyển trên ñường nông thôn, tải trọng của máy kéo luôn biến ñộng và thường là biến ñộng nhanh hơn phản ứng tác ñộng của người ñiều khiển Tải trọng biến ñổi làm dịch chuyển ñiểm làm việc trên ñặc tính của ñộng cơ, có thể ra khỏi vùng làm việc hợp lý, làm xấu các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của LHM nếu người lái không kịp thời thay ñổi tỷ số truyền cho phù hợp ðể giữ ñiểm làm việc của LHM tại vùng có lợi nhất trên ñặc tính ñộng cơ, cần thiết một giải pháp ñiều khiển tự ñộng tỷ số truyền trên mỗi tầng vận tốc làm việc của máy kéo khi hoạt ñộng trên ñồng hoặc thực hiện công việc vận chuyển

Từ các phân tích trên ñây, tác giả ñề xuất ñề tài: “Nghiên cứu hệ thống

truyền ñộng vô cấp phân tầng cho máy kéo nhỏ 4 bánh”

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát về truyền ñộng vô cấp (CVT)

Trái ngược với hôp số có cấp, CVT (Continuously Variable Transmission) là một hộp số có thể thay ñổi vô cấp (tốc ñộ) qua một số của tỷ

số truyền hiệu dụng (có ích) giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất

Hình 1.1 Hộp số vô cấp Mercedes - Benz

Tính linh hoạt này của CVT cho phép duy trì một tốc ñộ góc không ñổi trong một giải vận tốc ñầu ra Như vậy CVT có thể cho phép các ñộng cơ luôn hoạt ñộng ở vùng hiệu suất tối ưu nhất

Truyền ñộng biến tốc ngày càng ñược ứng dụng rộng rãi trên ô tô và máy kéo Nó có một lợi thế vượt trội so với truyền ñộng thông thường do nó

có dải tỷ số truyền thay ñổi tự lựa liên tục ðiều này cho phép ñộng cơ hoạt ñộng tại các ñiểm làm việc tối ưu nhất về công suất, truyền mô men và tiết kiệm nhiên liệu Vì lý do này, các hộp số vô cấp (CVT) ñược trang bị trên ô

tô máy kéo ngày nay nhằm ñảm bảo tính kinh tế hơn so với những chiếc xe ñược trang bị hộp số thường hay hộp số tự ñộng bánh răng hành tinh Ngoài

lợi thế về mặt kinh tế thì hộp số truyền ñộng biến tốc vẫn có tiềm năng khá

lớn trong hiệu quả truyền dẫn, nó ñược thể hiện trong hình dưới ñây

Hình 1.2 So sánh hiệu quả của một hộp số vô cấp (CVT)

với hộp số thường [30]

Các hộp số nói chung dùng ñể thay ñổi tỷ số truyền từ ñộng cơ tới

cầu chủ ñộng Nói một cách khác nếu không có hộp số, chiếc xe chỉ chạy

ñược ở một tốc ñộ duy nhất với một tốc ñộ cực ñại nhất ñịnh Ngoài ra khả

năng tăng tốc từ khi xuất phát cùng với khả năng leo dốc của xe cũng bị

hạn chế nếu như nó không sử dụng hộp số Vì vậy hộp số sử dụng một hệ

thống bánh răng khác nhau từ thấp ñến cao ñể biến ñổi mô men xoắn của

ñộng cơ phù hợp với nhiều ñiều kiện vận hành (khởi hành, tăng tốc, leo

dốc ) Các số có thể ñược cài theo cách thông thường bằng tay hoặc tự

ñộng

ðể kết nối, truyền và biến ñổi chuyển ñộng từ ñộng cơ ñến bộ phận di

ñộng, bên cạnh hộp số có cấp, hiện nay trên thế giới ñã và ñang sử dụng rất

phổ biến các dạng truyền ñộng vô cấp (CVT) trong hệ thống truyền lực của máy kéo

Thực tế sử dụng cho thấy CVT có nhiều ưu ñiểm vượt trội so với truyền ñộng có cấp

- Thay ñổi trạng thái hoạt ñộng (tốc ñộ, mômen) liên tục, êm dịu

- Máy kéo luôn làm việc trong dải công suất tối ưu không phụ thuộc vào tốc ñộ

- Phản ứng linh hoạt theo các ñiều kiện thay ñổi của ñộng cơ hoặc tải trọng Với các ưu ñiểm của CVT, cho phép máy kéo có thể thỏa mãn các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật và môi trường trong sử dụng máy

1.2 Phân loại truyền ñộng vô cấp

Hệ thống truyền ñộng vô cấp ñược chia thành các loại dựa và sơ ñồ sau:

Hình 1.3 Sơ ñồ phân loại truyền ñộng vô cấp 1.2.1 Hộp số vô cấp loại cơ khí

Truyền ñộng cơ học vô cấp dựa trên nguyên tắc ma sát giữa các chi tiết của bộ phận dẫn ñộng, sự thay ñổi tỷ số truyền ñược thực hiện liên tục, thông qua sự thay ñổi vị trí của các con lăn với ñĩa ma sát hoặc của dây ñai với bánh ñai

ÐAI XÍCH

TRUYỀN ðỘNG VÔ CẤP

TÐ THỦY LỰC TÐ ðIỆN TÐ CƠ HỌC

THỦY TĨNH THỦY ðỘNG ÐĨA MA SÁT BAO VÒNG

1.2.1.1 CVT trên cơ sở biến ñổi ñường kính của puly ñai và dây ñai truyền

Là loại hộp số vô cấp thông thường nhất trong hệ thồng CVT, có hai puly hình chữ V ñược chia vuông góc với trục quay, với một vành ñai chữ V chạy giữa chúng Số truyền là sự thay ñổi bằng cách di chuyển hai phần của một puly gần nhau hơn và hai phần của puly khác xa nhau hơn Do vành ñai

có hình dạng mặt cắt ngang là chữ V, do nguyên nhân này vành ñai gối lên một nơi cao hơn ở một puly và một chỗ thấp hơn ở một puly khác Hành ñộng này có hiệu lực thay ñổi ñường kính của các puly Khoảng cách giữa các puly

là không ñổi, chiều dày của vành ñai là không ñổi nhưng vẫn thay ñổi ñược tỷ

số truyền vậy có nghĩa là cả hai puly có thể ñiều chỉnh ñược (một lớn hơn và một cái khác nhỏ hơn) một cách ñồng thời phù hợp với sự duy trì chính xác giá trị lực căng của dây ñai

Các bộ phận cơ bản của hộp số vô cấp kiểu VDP:

- ðai truyền (vành ñai) ñược làm bằng kim loại hay băng cao su có công suất cao

- Một hệ gồm hai puly (một puly ñầu vào và một puly ñầu ra) ñường kính của hai puly này có thể thay ñổi ñược

- Có các bộ vi xử lý và các cảm biến ñể theo dõi và ñiều khiển sự thay ñổi ñường kính của hai puly trên

Hình 1.4 Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp kiểu puly ñai và dây ñai truyền

Hệ puli với ñường kính thay ñổi là kiểu truyền ñộng phổ biến của CVT Mỗi puli ñược tạo thành từ hai khối hình nón có góc nghiêng 200 và ñặt ñối diện với nhau Một dây ñai chạy trong rãnh giữa hai khối hình nón này Dây ñai hình chữ V có ưu ñiểm hơn nếu chúng ñược làm từ cao su vì

có ma sát cao, hạn chế trượt

Hai khối hình nón này có thể thay ñổi khoảng cách giữa chúng Khi hai khối hình nón tách ra xa nhau, dây ñai ngập sâu vào trong rãnh và bán kính của dây ñai quấn quanh puli sẽ giảm ñi Khi hai khối hình nón này ở gần nhau thì bán kính của dây ñai tăng lên CVT có thể sử dụng áp suất thủy lực hoặc lò xo ñể tạo ra lực cần thiết thay ñổi khoảng cách giữa hai khối hình nón

Khoảng cách giữa trục của puli tới ñiểm quấn của dây ñai ñược gọi là bán kính quay (picth radius) Tỷ số của bán kính quay trên puli chủ ñộng và bán kính quay của puli bị ñộng xác lập nên “số” của hộp số

Hình 1.5 Truyền ñộng ñai kim loại vô cấp trên ô tô

Khi một puli tăng bán kính của nó và cái khác giảm bán kính ñể giữ cho dây ñai luôn bám chặt vào giữa hai khối hình nón, chúng sẽ tạo ra vô số các tỷ số truyền từ mức thấp nhất cho ñến cao nhất Ví dụ khi bán kính quay

nhỏ trên puli chủ ñộng và lớn trên puli bị ñộng thì tốc ñộ quay của puli bị ñộng sẽ giảm kết quả là có ñược “số thấp" Khi bán kính quay của puli chủ ñộng lớn và của puli bị ñộng nhỏ thì tốc ñộ của puli bị ñộng tăng lên và kết quả là ñược “số cao"

Do có nhiều ưu ñiểm CVT ñã ñược ứng dụng không chỉ riêng xe hơi mà còn cho nhiều loại máy và thiết bị khác nhau CVT ñã ñược sử dụng nhiều trên các máy gia công kim loại, thiết bị kiểm tra sửa chữa ñiện, bơm cao áp, nó cũng có mặt trên nhiều loại phương tiện khác nhau bao gồm ñầu kéo (tractor), xe trượt tuyết (snowmobile) và scooter Trong tất cả các ứng dụng này, hộp số ñều dựa trên loại dây ñai cao su chất lượng tốt và ñàn hồi thấp Tuy nhiên nó vẫn bị trượt và kéo dãn ra do ñó giảm ñi hiệu quả làm việc

Những loại vật liệu mới cũng ñược giới thiệu ñể chế tạo ra hộp số vô cấp CVT có ñộ tin cậy và hiệu quả làm việc cao hơn nữa Một trong những cải tiến quan trọng nhất ñó là thiết kế và phát triển một dây ñai mới nối giữa hai puli ðây là loại dây phức hợp ñược làm từ một vài lá thép mỏng (khoảng từ 9-12) kết hợp cùng với những phiến thép có ñộ cứng cao, ñược tạo hình ôm chặt lấy các lá kim loại Dây ñai bằng kim loại không bị trượt

và có ñộ bền cao hơn, cho phép CVT có thể làm việc với mô-men ñộng cơ cao hơn và êm hơn so với dây ñai cao su

1.2.1.2 Hộp số CVT trên cơ sở dạng hình xuyến hoặc con lăn

Hộp số vô cấp kiểu này ñược tạo thành từ các ñĩa và con lăn rằng truyền công suất giữa các ñĩa với nhau Những vật tròn hình ñĩa có thể ñược

mô tả bằng gần như 2 nửa hình nón, ñiểm tới ñiểm, với các phía ñược làm lõm xuống thành lòng ñĩa như vậy hai nửa có thể ñiền ñầy trung tâm của phần lõm của một vành xuyến Một ñĩa là ñầu vào (nối với ñộng cơ), còn một ñĩa khác là ñầu ra, chúng không hoàn toàn tiếp xúc với nhau Công suất ñược

góc với trục của hình nón - phần gần, nó tiếp xúc với hình nón - phần gần trong vị trí ở cùng ñường kính và do ñó cho một tỷ số truyền là 1:1

Hình 1.6 Kết cấu hộp số vô cấp loại con lăn (TCVT)

Hoạt ñộng của hộp số vô cấp kiểu hình xuyến:

Hình 1.7 Các chế ñộ làm việc của hộp số vô cấp kiểu con lăn

Những con lăn này quay cùng với trục quay nằm ngang và tiếp xúc với hai ñĩa quay tại các vùng khác nhau Khi con lăn tiếp xúc với ñĩa quay chủ ñộng gần tâm thì nó sẽ tiếp xúc với ñĩa bị ñộng ở gần viền bên ngoài kết quả là giảm ñược tốc ñộ và tăng momen (số thấp) Khi con lăn tiếp xúc với ñĩa chủ ñộng ở gần mép thì nó lại tiếp xúc với ñĩa bị ñộng tại gần trục quay kết quả là làm tăng tốc ñộ và giảm momen (số cao)

Hộp số truyền với tỉ số

truyền 1:1

Hộp số truyền với tỉ số truyền thấp

Hộp số truyền với tỉ số truyền cao

1.2.1.3 Infinitely Variable transmission (IVT)

Các hộp số vô cấp kiểu IVT là kết quả của sự kết hợp của một CVT ñã tìm hiểu ở trên với hệ thống các bánh răng hành tinh

Loại ñặc biệt của CVT là IVT (infinitely variable transmission), trong

ñó khoảng thay ñổi của tỉ số từ 0 ñến cực ñại Tốc ñộ ñầu ra zero (số thấp-low gear) với tốc ñộ ñầu vào hữu hạn kéo theo một tỉ số truyền vô hạn nghĩa là có thể ñạt tới khả năng ñiều khiển tốc ñộ liên tục với ñầu vào hữu hạn bởi hộp giảm tốc IVT

Cấu tạo của hộp số vô cấp kiểu IVT ñược thể hiện ở hình sau:

Hình 1.8 Sơ ñồ cấu tạo của hộp số vô cấp kiểu IVT

1.2.1.4 Traction - drive CVT

Một kiểu hoàn toàn mới của CVT là Traction - drive CVT Traction - drive CVT ñược xem như là loại hiệu quả nhất của CVT tại thời ñiểm này Một mô hình thương mại sản xuất như NuVinci sử dụng cả hai thành phần của CVT và bộ truyền ñộng hành tinh

NuVinci CVP thật dễ dàng và hệ thống truyền êm ñược dùng cho xe ñạp Người lá xe có thể ñiều khiển dừng và di chuyển Nó sử dụng công nghệ tiên tiến sẽ ñưa thêm người lên xe ñạp bằng cách cho phép các nhà sản xuất

tạo ra sản phẩm hấp dẫn hơn cho người ñi không hài lòng với hệ truyền rẽ bánh thông thường

Hình 1.9 Hộp số vô cấp kiểu con lăn tròn

* Ưu ñiểm của CVT cơ khí:

- Có kết cấu ñơn giản

- Dễ chế tạo, dễ dàng thay thế

- Phù hợp với ñiều kiện chế tạo và sử dụng ở Việt Nam

- Chi phí chế tạo thấp

* Nhược ñiểm của CVT cơ khí:

- Yêu cầu chính xác khi lắp ráp

- Hiệu suất thấp do trượt và mất mát do ma sát

1.2.2 Hộp số vô cấp dạng thủy lực

1.2.2.1 Hydrostatic CVTs (dạng thủy tĩnh CVTs)

Cả hai loại CVT puli-dây ñai và Toroidal là những ví dụ về hộp số vô cấp dựa trên cơ sở ma sát trượt làm việc bằng thay ñổi bán kính của ñiểm liên kết giữa hai vật quay Có một loại nữa ñược gọi là hộp số vô cấp thủy tĩnh (hydrostatic CVT) Chúng sử dụng bơm ñể thay ñổi lưu lượng chất lỏng chảy qua motor thủy tĩnh Loại hộp số này, ñộng cơ làm quay trục máy bơm ñể bơm chất lỏng ở bên nhánh chủ ñộng Ở bên nhánh bị ñộng, dòng chất lỏng chuyển ñộng qua mô tơ thủy tĩnh biến thành chuyển ñộng

quay của trục ñộng cơ

Hình 1.10 Sơ ñồ nguyên lý của hộp số vô cấp loại thủy tĩnh

Thông thường, hộp số thủy tĩnh kết hợp cùng với bộ bánh răng hành tinh và ly hợp ñể tạo thành hệ thống hybrid ñược gọi là hộp số cơ khí thủy lực Hộp số cơ khí thủy lực chuyển công suất từ ñộng cơ ñến các bánh xe thông qua ba chế ñộ khác nhau Tại tốc ñộ thấp, công suất ñược truyền bằng thủy lực, ở tốc ñộ cao nó ñược truyền bằng cơ khí Ở khoảng giá trị trung bình

sử dụng cả hai cơ cấu thủy lực và cơ khí ñể truyền công suất Hộp số cơ khí thủy lực là ý tưởng phù hợp cho các ứng dụng tải trọng nặng như các máy nông nghiệp và xe ñịa hình

1.2.2.2 Hộp số dùng truyền ñộng thủy ñộng (TðTð)

Truyền ñộng thủy ñộng sử dụng chủ yếu ñộng năng của chất lỏng trong truyền ñộng Một ứng dụng của kiểu truyền ñộng này là biến mô thủy lực Trong hệ thống truyền lực của các loại xe ôtô tốc ñộ cao hoặc máy tự hành công suất lớn, biến mô thường kết hợp với hộp số hành tinh và ñược sử dụng

ñể ñóng ngắt truyền ñộng (ly hợp) và thay ñổi mômen (biến mô)

Hình 1.11 Sơ ñồ cấu tạo hộp số dùng truyền ñộng thủy ñộng

Hộp số dùng truyền ñộng thủy ñộng gồm các bộ phận chính sau:

- Bộ biến mô (Bộ biến ñổi mômen)

- Bộ bánh răng hành tinh

- Bộ ñiều khiển thủy lực

- Bộ truyền ñộng bánh răng cuối cùng

- Các thanh ñiều khiển

- Dầu hộp số

* Ưu ñiểm của hộp số CVT thủy lực:

- Kết cấu ñơn giản và tạo tính linh ñộng trong lắp ráp

- Dễ ñiều khiển và dễ tự ñộng hóa

* Nhược ñiểm của hộp số CVT thủy lực:

- Hiệu suất thấp do hao tổn thủy lực dầu

- Yêu cầu công nghệ chế tạo hiện ñại

- Giá thành cao

1.3.3 Hộp số dùng truyền ñộng ñiện (Tðð)

Tðð ñược ứng dụng phổ biến trên các loại xe lai (Hybrid) hoặc xe nâng hàng, kiểu truyền ñộng này không gây ồn, tiếc kiệm nhiên liệu (xe lai)

Tuy nhiên do một số hạn chế như hiệu suất thấp, giá thành chế tạo cao, thể tắch riêng lớn, nên Tđđ hầu như không ựược ứng dụng trên máy kéo

Hình 1.12 Sơ ựồ hệ thống Hybrid 1.2.4 So sánh các loại hộp số vô cấp (CVT)

Các tiêu chắ ựể so sánh, ựánh giá các loại CVT là những cơ sở cho việc lực chọn một bộ truyền ựộng hợp lý cho máy kéo Các tiêu chắ trong bảng 1

và 2 ựã ựược lược hóa, thể hiện khá rõ nét ựặc tắnh các bộ phận truyền ựộng ựang ựược sử dụng phổ biến hiện nay

Bảng 1.1 đánh giá các loại truyền ựộng

Kiểu truyền ựộng Tiêu chắ ựánh giá Bánh

răng

Xắch vô cấp

Thủy ựộng

Thủy tĩnh điện từ

Bảng 1.2 So sánh các loại truyền ñộng bao vòng vô cấp

Loại truyền ñộng bao vòng vô cấp Tiêu chí

ðai bản rộng Xích Dây kim loại

1.2.5 Tiêu chí lựa chọn hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo

Từ các phân tích ở phần trên và căn cứ vào thực tế sản xuất chế tạo và

sử dụng kéo của Việt Nam, có thể áp dụng một số tiêu chí dưới ñây ñể lựa chọn hệ thống truyền lực máy kéo:

- Hiệu suất: bao gồm hiệu suất truyền lực và hiệu suất sử dụng máy Hiệu suất truyền lực liên quan ñến kết cấu và khả năng hoạt ñộng của hệ thống, hiệu suất sử dụng chịu ảnh hưởng nhiều bởi tính vạn năng của máy kéo

- ðộ tin cậy: liên quan ñến công nghệ chế tạo, cho ñến nay công nghiệp chế tạo máy của Việt Nam ñã tiếp cận ñược với một số công nghệ chế tạo máy tiên tiến trên thế giới, có thể sản xuất chế tạo các chi tiết máy chất lượng ñảm bảo, ñạt ñược ñộ tin cậy cần thiết

- Giá thành chế tạo: ñây là chỉ tiêu phụ thuộc vào tỷ lệ nội ñịa hóa sản xuất chế tạo máy kéo, giá máy sẽ giảm khi tỷ lệ nội ñịa hóa cao Ngoài ra việc

ñơn giản hóa kết cấu máy, phù hợp với khả năng chế tạo của Việt Nam cũng

là yếu tố góp phần làm tăng tỷ lệ nội ñịa hóa, giảm giá thành

2.2 Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài luận văn

2.2.1 Mục ñích

Nghiên cứu ñộng lực học quá trình thay ñổi tỷ số truyền của bộ truyền ñộng ñai bản rộng vô cấp nhằm tạo cơ sở cho việc tính toán thiết kế hệ thống truyền lực máy kéo nhỏ sản xuất tại Việt Nam

2.2.2 Nhiệm vụ

- Tập hợp các dạng truyền ñộng vô cấp, phân tích ñặc ñiểm kết cấu,

nguyên tắc hoạt ñộng và ưu nhược ñiểm của chúng

- Lựa chọn một dạng truyền ñộng vô cấp hợp lý ñể ứng dụng cho hệ thống truyền lực máy kéo nhỏ

- Tính toán các thông số ñộng học và kết cấu bộ truyền ñộng ñai vô cấp

và các bộ phận khác của hệ thống truyền lực

- Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền ñộng có tích hợp bộ truyền ñộng ñai vô cấp

CHƯƠNG II XÂY DỰNG SƠ ðỒ TRUYỀN ðỘNG VÔ CẤP PHÂN TẦNG CHO

MÁY KÉO NHỎ 4 BÁNH 2.1 Các sơ ñồ truyền ñộng bao vòng trên máy kéo, máy nông nghiệp tự hành

Hình 2.1 Sơ ñồ hệ thống truyền ñộng máy kéo Reimers ASL8 [16]

Hệ thống truyền ñộng máy kéo Reimers ASL8 gồm ly hợp chính và ly hợp riêng cho nhánh truyền ñộng tới hộp số và bộ phận di ñộng Phần truyền ñộng vô cấp loại xích ZF/PIV có phạm vi thay ñổi tỷ số truyền 4:1 ñặt trước hộp số cơ khí 2 tầng (4 số tiến, 2 số lùi) Nhờ bộ truyền ñộng vô cấp tốc ñộ máy kéo ñược thay ñổi khá rộng, từ 4,94 ñến 19,76 km/h ở tầng nhanh và 2 ñến 8 km/h ở tầng chậm

Hình 2.2 Nguyên mẫu truyền loại ZF / P.I.V Reimers ASL 210 [17]

Trong sơ ñồ truyền ñộng này bộ truyền ñộng ñai vô cấp (PIV) ñược ñặt trước hộp truyền ñộng bánh răng hành tinh - mặt trời có phạm vi thay ñổi tỷ

số truyền 4:1 Việc thay ñổi trạng thái truyền ñộng nhanh, chậm và lùi ñược thực hiện thông qua việc ñóng mở ly hợp ma sát ñiều khiển các bánh răng hành tinh mặt trời

Phanh

Vi sai Trục triết CS 540v/p

Li hợp

Bộ chuyển PIV

Hộp số

2000v/p

Bơm chính Bơm phụ

10,11 3,6

3000v/p

30kW

H L

Viện Máy nông nghiệp ñại học kỹ thuật Muenchen ñã thiết kế, chế tạo

và thử nghiệm mẫu máy kéo công suất 30 kW Phần truyền ñộng bao gồm truyền ñộng ñai xích vô cấp ñặt trước hộp số cơ khí 2 tầng (4 số tiến, 2 số lùi)

Hệ thống truyền ñộng này có kết cấu ñơn giản, phạm vi thay ñổi tốc ñộ khá lớn, phù hợp với nhiều loại công việc khác nhau trong nông nghiệp

Hình 2.4 Sơ ñồ hệ thống truyền ñộng máy gặt ñập liên hợp E512 [19]

Hệ thống truyền ñộng máy gặt ñập liên hợp E512 bao gồm bộ truyền ñộng ñai bản rộng vô cấp và hộp số cơ khí 3 số tiến, 1 số lùi Hộp số có khí có kết cấu ñặt ngang nên ở truyền lực chính chỉ cần thiết kế cặp bánh răng trụ răng thẳng

2.2 Phác thảo hệ thống truyền ñộng vô cấp phân tầng trên cơ sở bộ truyền ñai bản rộng biến tốc

Từ sơ ñồ hệ thống truyền ñộng các mẫu máy kéo nghiên cứu của Viện máy nông nghiệp ðại học kỹ thuật Muenchen CHLB ðức và máy gặt ñập liên hợp E512, có thể tham khảo ñể ứng dụng cho máy kéo Việt nam

Hệ thống truyền lực của máy bao gồm một bộ truyền bao vòng vô cấp nằm giữa ly hợp và hộp số Hộp số cơ khí 2 cấp có tác dụng mở rộng phạm vi thay ñổi tỷ số truyền và thực hiện chuyển ñộng lùi Tốc ñộ máy kéo thay ñổi vô cấp theo bộ truyền ñai, việc chuyển số chỉ thực hiện khi thay ñổi

Li hợp

Bánh xe Phanh

Truyền ñộng

vô cấp Dải tốc ñộ I: 1,4 - 3,5 km/h

II: 3,3 – 8,2 III: 3,4 – 8,5 80.7kW(105ML)

2000v/p

trạng thái từ làm việc trên ñồng sang vận chuyển hoặc ngược lại ðể tăng cường khả năng và phạm vi hoạt ñộng (tính vạn năng) của máy kéo, hệ thống truyền lực ñược thiết kế nhiều ñiểm trích công suất cơ học và thủy lực, có thể kết nối dễ dàng với nhiều loại máy công tác và thực hiện nhiều công việc khác nhau trong sản xuất

Hệ thống truyền lực có kết cấu ñơn giản, hoàn toàn cơ học, ít chi tiết nên có hiệu suất truyền lực cao ðể có thể ứng dụng cho máy kéo nhỏ trong nước, cần có một số thay ñổi sau:

- Thay thế truyền ñộng xích vô cấp bằng truyền ñộng ñai bản rộng vô cấp Vì ñai bản rộng có giá thành thấp, lực ép nhỏ, có hệ số ma sát bám lớn hơn và vẫn ñảm bảo ñược hiệu suất cao (theo bảng 2)

- Thay thế hộp số cơ khí ñặt ngang (như của E512) ñể ñơn giản kết cấu

và yêu cầu công nghệ, giảm giá thành cho thiết kế chế tạo cặp bánh răng truyền lực chính

Với các thay ñổi trên, phần lớn các chi tiết của hệ thống truyền lực máy kéo có thể chế tạo trong nước

2.2.1 Kết cấu tổng thể

Máy kéo 4 bánh công suất dưới 30 kW một cầu chủ ñộng ñược thiết

kế chế tạo nhằm mục ñích phát triển cơ giới hóa nông nghiệp và phát triển nông thôn

Các bộ phận chính của máy kéo

- ðộng cơ: Diesel 3 - 4 xilanh

- Ly hợp: Ma sát khô, 1 ñĩa, thường xuyên ñóng

- Truyền ñộng ñai bản rộng vô cấp

- Hộp số: 2 số tiến, 1 số lùi hoặc hộp số bánh răng hành tinh

Theo hệ thống các tiêu chuẩn khảo nghiệm, giám ñịnh chất lượng máy kéo, máy canh tác dùng trong sản xuất nông nghiệp do Trung tâm giám ñịnh

máy móc thiết bị Cơ ñiện Nông nghiệp - năm 1997, máy kéo thiết kế có cỡ lực kéo nằm trong khoảng 0,9 ñến 1,4 tấn

ðộng cơ sử dụng cho máy kéo là ñộng cơ diezen, có thể lựa chọn ñộng

cơ của một số hãng chế tạo nước ngoài như KUBOTA, YANMA, DONGFENG hoặc VIKYNO công suất 30,2 kW (2400 v/ph), mô men xoắn cực ñại 120 Nm (2000 v/ph)

ðộng cơ trên máy tự hành là nguồn năng lượng cần thiết ñảm bảo cho máy tự hành tự chuyển ñộng ñược và tạo ra lực kéo ở móc hoặc ñồng thời truyền chuyển ñộng cho các bộ phận của máy công tác Hiện nay, các ñộng cơ ñược trang bị trên máy tự hành hầu hết là ñộng cơ ñốt trong ðộng cơ ñiêzen ñược sử dụng phổ biến hơn cả vì nhiên liệu ñiêzen rẻ hơn, tốc ñộ quay của ñộng cơ thấp nên kết cấu của hộp số ñơn giản hơn

Từ những phân tích ñó ta chọn ñộng cơ cho máy nông nghiệp tự hành vạn năng này là ñộng cơ ñiêzen

- Thông số của ñộng cơ:

+ ðộng cơ 4 kỳ ñiezen làm mát bằng nước

+ Số xilanh của ñộng cơ: 04 xilanh

+ ðường kính của xilanh và khoảng chạy của piston: φ85 x 82 (mm) + Dung tích xilanh: 1861 cc

+ Công suất danh nghĩa của ñộng cơ: N eH =30,2kW/ n eH =2800v/ph + Mômen xoắn cực ñại: M emax = 120Nm / n eM = 1600 v/ph

+ Số vòng quay lớn nhất và nhỏ nhất của ñộng cơ: nmin = 800 v/ph

Từ những yêu cầu ñối với máy kéo ñã ñược trình bày ở trên ta bố trí hệ thống truyền lực của máy nông nghiệp tự hành ñược thiết kế với cầu sau là cầu chủ ñộng như sau:

Hình 2.5 Sơ ñồ bố trí hệ thống truyền lực của máy kéo nghiên cứu

1- ðộng cơ; 2- Bộ truyền ñai vô cấp; 3- Ổ bi ép; 4- Ly hợp; 5-Hộp số; 6- Vi sai

7- Phanh hãm; 8- Truyền lực cuối cùng; 9- Bánh xe

2.2.4 Bộ truyền ñai bản rộng vô cấp

2.2.4.1 Các bộ phận chính của bộ truyền ñai bản rộng vô cấp

a) Bánh ñai chủ ñộng

Bánh ñai chủ ñộng ñược nối trục quay của ñộng cơ, nó nhận năng

lượng từ ñộng cơ ñưa vào hộp số

Mỗi bánh ñai ñược tạo từ hai khối hình nón có góc nghiêng là 200 và ñặt ñối diện với nhau Hai khối này có thể thay ñổi khoảng cách giữa chúng, khi hai khối này tách ra xa thì dây ñai ngập sâu trong rãnh và bán kính làm việc của nó bị giảm, và ngược lại thì bán kính làm việc sẽ tăng Việc thay ñổi ñược bán kính làm việc của ñai là do một nửa bánh ñai di ñộng ñược ép nhờ xylanh thủy lực tác ñộng vào ổ bi ép và một nửa cố ñịnh trên trục dọc

Hình 2.6 Cấu tạo bánh ñai chủ ñộng

1- nửa bánh ñai di ñộng; 2- ổ bi ép; 3- nửa bánh ñai cố ñịnh

b) Bánh ñai bị ñộng

Về mặt cấu tạo và nguyên lý làm việc thì bánh ñai bị ñộng tương tự như bánh ñai chủ ñộng, nhưng nó nhận năng lượng từ bánh ñai chủ ñộng thông qua ñai truyền

Hình 2.7 Cấu tạo bánh ñai bị ñộng

1- nửa bánh ñai cố ñịnh; 2- dây ñai; 3- nửa bánh ñai di ñộng; 4- lò xo ép c) ðai truyền

Các bộ truyền ñai vô cấp sử dụng trên ôtô và máy kéo thường dùng ñai truyền bằng kim loại hay ñai cao su công suất cao hoặc bằng dây xích ñể có thể truyền ñược công suất lớn của ñộng cơ

• ðai cao su ñược sử dụng trong bộ truyền ñai vô cấp là các loại ñai thang chất lượng tốt và ñàn hồi thấp

• Mặt làm việc của ñai thang là hai mặt bên, tiếp xúc với các rãnh hình thang tương ứng của bánh ñai Ma sát trên ñai thang có thể xem như ma sát trên rãnh, do ñó ma sát giữa ñai thang và bánh ñai lớn hơn trong ñai dẹt, ñộ bám của ñai thang tốt hơn trên ñai dẹt Góc nêm của ñai thang ϕ =400

Hình 2.8 Cấu tạo dây ñai cao su

- Về mặt cấu tạo, ñai thang có hai loại : ñai sợi xếp (hình 2-9a) và ñai sợi bện (hình 2.9b) Các lớp sợi xếp hoặc bện (1) ñược bố trí ở lớp trung hòa hoặc ñối xứng với lớp trung hòa Lớp cao su (2) chịu kéo, lớp cao su (3) chịu nén, bảo ñảm cho ñai làm việc như một khối nguyên và làm tăng ñộ dẻo cho ñai Lớp vỏ (4) bằng vải cao su bọc quanh ñai bảo vệ và làm giảm mòn cho ñai ðai truyền thường ñược làm bằng vật liệu cao su và một số vật liệu khác, ngoài ra trong bộ truyền ñai vô cấp người ta còn dùng ñai truyền kim loại Các dây ñai kim loại có ñộ bền cao, cho phép bộ truyền ñai tiếp nhận nhiều hơn mômen từ ñộng cơ, tuy nhiên do hệ số ma sát nhỏ nên ñai kim loại ñòi hỏi lực ép lớn hơn rất nhiều so với ñai cao su

• ðai truyền kim loại có cấu tạo bao gồm nhiều phiến thép có ñộ cứng cao

và số lượng phiến thép tùy thuộc vào khoảng cách giữa hai trục truyền ñộng, các phiến thép có góc nghiêng so với mặt vát tạo nên ñai hình thang một góc

200, (hình 2-9) mô tả cấu tạo của một phiến thép Các phiến thép này nằm trên

các vòng thép, vòng thép ñược làm bằng các lá thép mỏng có chiều dày thường bằng 0,1mm ép chặt với nhau

Trên máy nông nghiệp tự hành vạn năng của ñề tài này ta có công suất danh nghĩa của ñộng cơ NeH = 30,2 KW, ta dùng ñai cao su công suất cao cho

bộ truyền ñai vô cấp

Hình 2.9 Cấu tạo dây ñai kim loại

2.2.4.2 Các bộ phận chính của hệ thống ñiều khiển thủy lực

Hệ thống thủy lực bao gồm các cụm cơ bản sau: nguồn cung cấp năng lượng (bơm và van ñiều tiết), van phân phối- van thủy lực chuyển số, xylanh thủy lực, các ñường dầu

a) Bơm dầu

Trong truyền ñộng thủy lực cho bộ truyền ñai vô cấp này ta sử dụng ngay bơm dầu của hệ thống truyền ñộng thủy lực của máy nông nghiệp tự hành vạn năng

b) Van phân phối

Trong hệ thống thủy lực này, ñể ñiều khiển việc chuyển số - thay ñổi

tỷ số truyền của bộ truyền ñai ta sử dụng van phân phối 3/3 tác ñộng bằng tay

c) Xy lanh thủy lực

Trong hệ thống thủy lực này ta sử dụng xi lanh tác ñộng một chiều, hành trình trả về nhờ lực căng của lò xo

Xi lanh tác ñộng ñơn thông dụng cấu tạo gồm xi lanh 1 ñược gia công

bóng bề mặt trong và pít tông 2 (hình 2.10) Không gian trước ñáy pít tông

ñược nối thông với ñường dầu áp suất cao Phía bên kia của xi lanh ñược thông với không khí bên ngoài và ñược bảo vệ nhờ bộ lọc 3 Pít tông và cần pít tông ñược hướng dẫn chuyển ñộng và ñược làm kín trong xi lanh Lực tác dụng lên ñáy pít tông ñược xác ñịnh bởi ñiện tích ñáy pit tông và áp suất dầu thủy lực

Hình 2.10 Xy lanh tác ñộng ñơn thông dụng [8]

1- Xi lanh; 2- Piston; 3- Bộ lọc bảo vệ

d/ ðường ống

Trong hệ thống thủy lực này ta sử dụng các ñường ống mềm Các ống mền có mặt trong và ngoài ñàn hồi bằng cao su nhân tạo và nhiều lớp bố sợi vải bằng lưới thép Ống mền có ưu ñiểm dễ tháo lắp, ngoài ra do khả năng dãn nở nó có thể làm giảm dao ñộng và ñỉnh áp suất

ðặc biệt cần lưu ý ñến việc bố trí kết cấu của ống mềm Chúng cần ñược

bố trí cho ñủ chỗ ñể tự do chuyển ñộng

CHƯƠNG III XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN ðỘNG ðAI VÔ CẤP

3.1 Các nghiên cứu về truyền ñộng ñai biến tốc

Nghiên cứu về truyền ñộng ñai nói chung và ñai biến tốc nói riêng ñã ñược các nhà khoa học trong và ngoài nước thực hiện từ rất sớm và ñã ñạt ñược nhiều kết quả công bố trong các công trình nghiên cứu khoa học cũng như các ứng dụng vào thực tiễn sản xuất

Liên quan ñến ma sát, một ñặc thù của truyền ñộng ñai ñược ñề cập ñến trong rất nhiều công trình nghiên cứu về ñộng học, ñộng lực học và ñiều khiển tự ñộng ðây là một vấn ñề rất phức tạp trong cơ học, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố kỹ thuật, vật liệu và ñiều kiện làm việc Khi nghiên cứu về vấn ñề này, tùy thuộc vào mục ñích công việc các tác giả tập trung vào việc xây dựng mối quan hệ giữa ma sát với một số yếu số chính, các yếu tố khác

có thể ñược ñơn giản hóa hoặc bỏ qua Các nghiên cứu của Gerbert [22] giả thiết dây ñai và bánh ñai là tuyệt ñối cứng, Kobayashi [24] và Asayama [21] xây dựng mô hình cho truyền ñộng ñai kim loại cũng có giả thiết như vậy nhưng bổ sung thêm lực ép giữa các tấm kim loại của dây ñai

Trong các mô hình tính toán của Srnik và Pfeiffer [28], Tenberge [29]

và Sattler [25], ñã ñưa thêm nhiều quan hệ làm tăng tính phức tạp và sự linh hoạt của mô hình, các kết quả mô phỏng nhờ vậy cũng chính xác và gần với thực tế hơn

Ide [23], Shafai [26], Sorge [27], và Carbone [20] ñã tập trung xây dựng các mô hình liên quan ñến ñộng lực học quá trình thay ñổi tỷ số truyền của bộ truyền ñộng ñai vô cấp có tính ñến các ảnh hưởng của biến dạng dây ñai, bánh ñai

Các nghiên cứu của ðặng Tiến Hòa [13], Nguyễn Văn Hựu [14], ñã xây dựng mô hình mô phỏng ñộng lực học truyền ñộng ñai có tính ñến các

yếu tố ñàn hồi và cản nhớt của dây ñai thang sử dụng trong truyền lực máy kéo nhỏ và máy ñập lúa dọc trục

Phát triển các mô hình trên, trong nghiên cứu của Bùi Việt ðức [15] ñã xây dựng các quan hệ giữa hệ số ñàn hồi, hệ số giảm chấn của dây ñai với các yếu tố ảnh hưởng như lực ép, mô men, tốc ñộ quay Nhờ vậy kết quả mô phỏng có ñộ chính xác và gần với thực tế hơn

3.2 Cơ sở lý thuyết bộ truyền ñộng ñai biến tốc

Máy kéo thường làm việc với nhiều loại liên hợp máy khác nhau và ở

trên nhiều loại ñất ñai khác nhau, do ñó lực kéo yêu cầu ở móc kéo ñòi hỏi phải thay ñổi trong một khoảng rộng ðể ñộng cơ luôn làm việc ổn ñịnh ở chế

ñộ có tính kinh tế nhiên liệu tốt nhất khi lực kéo ở móc kéo thay ñổi, chúng ta cần phải thay ñổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực Vì thế, trong hệ thống truyền lực của máy kéo này nếu dùng loại hộp số có cấp (loại cơ khí thông thường) thì kết cấu hệ thống sẽ rất phức tạp ðể làm tốt việc thay ñổi lực kéo trên bánh xe chủ ñộng và khắc phục ñược những nhược ñiểm trên thì trong hệ thống truyền lực của máy kéo ta dùng truyền lực vô cấp

Việc sử dụng truyền lực vô cấp nhằm mục ñích làm cho máy luôn làm việc ở chế ñộ gần với công suất ñịnh mức và do ñó có năng suất làm việc cao

Hệ thống truyền lực vô cấp bố trí trên máy kéo có ưu ñiểm nổi bật là tự ñộng thay ñổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực tương ứng với sự thay ñổi lực cản kéo của liên hợp máy Mặt khác, truyền lực vô cấp giúp cho người ñiều khiển giảm ñược cường ñộ lao ñộng; không mất mát công suất và thời gian ñể sang số nên có tính kinh tế cao và thời gian tăng tốc nhỏ

Truyền ñộng vô cấp có nhiều loại: truyền ñộng ma sát, truyền ñộng thủy lực, truyền ñộng ñiện từ,… Trong ñề tài này ta chọn bộ truyền ñai bản rộng

vô cấp và thay ñổi ñộ rộng của hai má trên bánh ñai chủ ñộng bằng thủy lực

Mô hình của bộ truyền ñai bản rộng vô cấp như sau (hình 3.1):

Bộ truyền ñộng ñai có cấu tạo gồm bánh ñai chủ ñộng 2, bánh ñai bị ñộng 1 và ñai truyền 3 có chiều dài không ñổi Bánh ñai chủ ñộng và bánh ñai

bị ñộng ñều ñược cấu tạo từ hai khối hình nón, một khối cố ñịnh và một khối

có thể dịch chuyển theo dọc trục và thay ñổi khoảng cách giữa hai khối hình nón Do vậy khi một nữa bánh ñai làm việc tăng bán kính và một bánh ñai khác làm giảm bán kính ñể cho dây ñai luôn luôn bám chặt vào giữa hai khối hình nón

Hình 3.1 Mô hình bộ truyền ñai bản rộng vô cấp

1- bánh ñai bị ñộng; 2- bánh ñai chủ ñộng; 3- ñai truyền; 4- trục bị ñộng; 5- vận tốc góc của trục bị ñộng; 6- vận tốc góc của trục chủ ñộng; 7- trục chủ ñộng

ðể ñiều chỉnh sự thay ñổi ñường kính tác ñộng của các bánh ñai trong

bộ truyền ñai này ta sử dụng bộ truyền thủy lực (hình 3.2) Nguyên lý hoạt

ñộng của bộ ñiều khiển này như sau: