Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm bánh xe máy kéo

Tính chất hoạt ñộng của bộ phận di ñộng máy kéo, máy nông nghiệp Trong việc nghiên cứu phát triển hệ thống di ñộng máy kéo và máy nông nghiệp với khả năng công suất càng tăng cần quan t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-
-

HOÀNG NHẬT TUYẾN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ

THÍ NGHIỆM BÁNH XE MÁY KÉO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá

Nông - Lâm nghiệp

Mã ngành: 60 52 14

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI HẢI TRIỀU

HÀ NỘI - 2012

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình của riêng nhóm nghiên cứu chúng tôi Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

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 ñều ñã ñược chỉ

rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 20 tháng 08 năm 2012

Người cam ñoan

Hoàng Nhật Tuyến

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học PGS.TS Bùi Hải Triều, đ) tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến khoa học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này

Tôi xin cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo bộ môn Động lực - khoa Cơ điện, khoa Sau Đại học, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu ðặc biệt xin cảm

ơn ThS Hàn Trung Dũng ủó giỳp ủỡ trực tiếp phần thiết kế chế tạo và khảo nghiệm thiết bị

Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên trường Cao đẳng Nghề Cơ ðiện

và Thuỷ Lợi Nơi tôi đang công tác đ) tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình công tác và học tập

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp và những người thân đ) động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Mặc dù đ) cố gắng hết sức mình nhưng do khó khăn về tài liệu, thời gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được các ý kiến đóng góp từ các thày, cô

và bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 20 tháng 08 năm 2012

Tác giả luận văn

Hoàng Nhật Tuyến

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

MỞ ðẦU 1

1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

2 ðối tượng, phương pháp nghiên cứu 3

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tính chất hoạt ñộng của bộ phận di ñộng máy kéo, máy nông nghiệp 4 1.2 Tổng quan về chuyển ñộng lệch bên của bánh xe máy kéo 6

1.2.1 Lực và mô men trên lốp xe lăn 6

1.2.2 Cấu tạo của các lốp xe dùng trong nông nghiệp 7

1.2.3 Tính chất mặt ñường 8

1.2.4 Hệ thống hóa các yếu tố ảnh hưởng ñến chuyển ñộng lệch bên 9

1.3 Tình hình nghiên cứu liên quan ñến ñề tài 10

1.3.1 Nghiên cứu bánh xe chuyển ñộng lệch bên trên mặt ñường biến dạng 10

1.3.2 Thiết bị thí nghiệm ñể xây dựng ñặc tính bánh xe 11

1.4 Mục ñích và nhiệm vụ của ñề tài 18

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19

2.1 Lý thuyết chuyển ñộng lệch bên của lấp xe trên ñường biến dạng 19

2.2 Tính toán lý thuyết về kéo bám giữa bánh xe với mặt ñường

biến dạng 23

2.3 Ảnh hưởng của lực tiếp tuyến ñến tính chất chuyển ñộng lệch bên của

bánh xe 25

2.4 Nhận xét cơ sở lý thuyết 28

Chương 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM BÁNH XE 30

3.2 Thiết kế, thiết bị thí nghiệm bánh xe 32

3.2.1 Phác thảo sơ ñồ kết cấu và truyền ñộng của thiết bị thí nghiệm 32

3.2.2 Tính toán thiết kế hệ thống truyền ñộng thuỷ lực 34

3.2.3 Tính toán kiểm tra công suất hệ thống truyền ñộng 36

3.2.4 Tính toán thiết kế hợp giảm tốc 37

3.2.5 Tính toán bộ truyền các ñăng 38

3.2.6 Tính toán trục lắp bánh xe và chọn vòng bi 39

3.2.7 Tính toán cặp bánh răng côn 41

3.2.8 Tính toán khung 44

3.2.9 Tính toán cân bằng cho thiết bị 47

3.2.10 Lắp ráp hoàn thiện thiết bị thí nghiệm bánh xe 48

3.2.11 Xác ñịnh khoảng giá trị các thông số cần ño 49

3.2.12 Hệ thống ño và xử lý số liệu thí nghiệm 51

Chương 4 TỔ CHỨC THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM BÁNH XE 59

4.1 Mục ñích và nội dung thí nghiệm 59

4.2 Chuẩn bị thí nghiệm 60

4.3 Chương trình thí nghiệm 65

4.4 Xây dựng ñặc tính bánh xe thực nghiệm 67

4.4.1 ðặc tính kéo bám của bánh xe máy kéo 68

4.4.2 ðặc tính chuyển ñộng lệch trên bánh xe máy kéo có tính ñến ảnh hưởng của lực tiếp tuyến 70

KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 72

Kết luận 72

ðề nghị 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 4.1 Ma trận thí nghiệm ñể xây dựng ñặc tính bánh xe máy kéo 65

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm trên ñườn bê tông ñể xây dựng ñặc tính

kéo bám của bánh xe 68

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm xây dựng ñặc tính lệch bên 69

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Các khái niệm tính chất chuyển ñộng 5

Hình 1.2 Lực và mô men tại bánh xe chủ ñộng chuyển ñộng lệch bên 6

Hình 1.3 Cấu tạo lốp xe máy kéo 8

Hình 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng ñến tính chất chuyển ñộng lệch bên

của lốp xe 9

Hình 1.5 Sơ ñồ kết nối thiết bị thí nghiệm với máy kéo 12

Hình 1.6 Bố trí các vị trí ño trên thiết bị ño lực ngang 13

Hình 1.7 Sơ ñồ kết nối hệ thống ño và xử lý tín hiệu 14

Hình 1.8 Bản vẽ lắp thiết bị thí nghiệm 15

Hình 1.9 Ảnh chụp thiết bị thí nghiệm 15

Hình 1.10 Các phần tử truyền ñộng thuỷ lực của thiết bị 15

Hình 1.11 Sơ ñồ mạch thuỷ lực truyền ñộng cho bánh xe thí nghiệm 16

Hình 1.12 Bố trí cảm biến và sơ ñồ hệ thống ño, xử lý tín hiệu trên

thiết bị thí nghiệm bánh xe 17

Hình 1.13 Sơ ñồ lực, ứng suất và biến dạng tại lốp xe chủ ñộng trên ñường biến dạng 24

Hình 1.14 Vòng tròn Kamm, trường hợp lực Fy và Fz ñạt ñến giới hạn giữa lăn và trượt của bánh xe 26

Hình 1.15 Mô tả nguyên lý ảnh hưởng của lực tiếp tuyến ñến tính Fy− α 27

Hình 1.16 Quan hệ giữa lực ngang và mô men ñàn hồi với góc lệch bên với các lực tiếp tuyến khác nhau 27

Hình 3.1 Sơ ñồ kết cấu và chuyển ñộng của thiết bị thí nghiệm bánh xe 32

Hình 3.2 Sơ ñồ truyền ñộng cho bánh xe thí nghiệm 34

Hình 3.3 ðặc tính ñộng cơ thuỷ lực OPM-50 36

Hình 3.4 Sơ ñồ chịu tải của trục bánh xe thí nghiệm 40

Hình 3.5 Ổ bi ñỡ trụ 41

Hình 3.6 Khung chính ( A) và khung treo (B) 46

Hình 3.7 Phân bố trọng lượng trên khung 47

Hình 3.8 Bản vẽ lắp thiết bị lên khung khảo nghiệm 49

Hình 3.9 ơ ñồ lắp ráp khung khảo nghiệm với thiết bị 49

Hình 3.10 Cảm biến áp suất Hubacontrol 52

Hình 3.11 Cảm biến ño tần số quay 53

Hình 3.12 Cảm biến ño lực Loadcell 54

Hình 3.13 Sensor V1 55

Hình 3.15 Lược ñồ biểu diễn các chuyển vị thành phần 1

Hình 3.14 Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của sensor V1 1

Hình 3.16 Sơ ñồ khối của hệ thống ño các thông số ñộng học của máy kéo 57

Hình 4.1 Lắp ráp hệ thống thí nghiệm 60

Hình 4.2 Thử hoạt ñộng chạy trơn thiết bị 61

Hình 4.3 Lắp cảm biến V1 và cảm biến lực ngang 62

Hình 4.4 Lắp cảm biến hiệu chỉnh góc lệch bánh xe 62

Hình 4.5 Lắp cảm biến số vòng quay bánh xe 63

Hình 4.6 Lắp cảm biến tốc ñộ ñộng cơ và áp suất thủy lực 63

Hình 4.7 Lắp cảm biến ño lực dọc 64

Hình 4.8 Bánh xe máy kéo thí nghiệm 64

Hình 4.9 Quá trình tín hiệu ño khi thí nghiệm bánh xe 67

Hình 4.10 ðặc tính kéo bám của bánh xe trên nền bê tông (α = 00) 69

Hình 4.11 ðặc tính lệch, bên của bánh xe máy kéo trên ñường không biến dạng 70

Hình 4.12 ðặc tính lệch bên của bánh xe máy kéo trên ñường không biến dạng 70

Hình 4.13 ðặc tính chuyển ñộng lệch của bánh xe trên nền bê tông 71

MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện ñại hóa ñất nước hiện nay, vấn

ñề công nghiệp hóa nông nghiệp và nông thôn phải ñược ñặt lên hàng ñầu Việc ñưa máy móc vào sản xuất nông nghiệp sẽ giải phóng ñược lao ñộng chân tay và sức kéo, giảm thời lượng canh tác làm tăng mùa vụ, ñồng thời trong quá trình thu hoạch kịp thời sẽ tránh ñược sự thất thoát sản phẩm do thời tiết và sự phá hoại của sâu bọ hay các loại gặm nhấm …Như vậy, việc ứng dụng máy móc vào sản xuất nông nghiệp sẽ tăng ñược hiệu quả kinh tế ðảng và nhà nước ta luôn coi trọng việc ñầu tư phát triển nông nghiệp trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện ñại hóa ñất nước

Trong tương lai, với ñường lối phát triển nền kinh tế của ðảng và nhà nước ta: “Giảm số dân lao ñộng trong ngành nông nghiệp nhưng vẫn ñảm bảo tăng sản lượng nông nghiệp” ðặc biệt khi nước ta gia nhập tổ chức thương mại thế giới WTO.Nền kinh tế nước ta nói chung và nền sản xuất nông nghiệp nói riêng phải chịu sự cạnh tranh khốc liệt của nền kinh tế thị trường Muốn nông phẩm, hàng hóa có ñược tính cạnh tranh cần thiết, nhất là với những mặt hàng cùng loại của các nước khác trên khu vực và trên thế giới Ngoài việc thay ñổi giống, áp dụng sản xuất công nghệ cao, tăng năng suất cây trồng, vật nuôi …thì phải tăng năng suất, hiệu quả trong các khâu sản xuất áp dụng cơ giới hóa vào sản xuất (trong ñó có khâu làm ñất) cũng là một nhiệm vụ vô cùng cần thiết

Máy kéo và ô tô ñược sử dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau như nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải Trong nông nghiệp máy kéo là nguồn ñộng lực chính thực hiện các khâu cơ giới hoá trên ñồng ruộng, vận chuyển sản phẩm và vật tư nông nghiệp hoặc liên hợp với các máy tĩnh tại

Qua thực tế sản xuất cho thấy việc sử dụng liên hợp máy kéo cỡ nhỏ ở nhiều vùng ựịa phương tỏ ra ưu việt và hợp lý hơn so với máy móc cỡ lớn ựặc biệt ở vùng ựồng bằng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ Nó cho hiệu quả cao, ựáp ứng ựược nhu cầu sản xuất kinh doanh của nhiều thành phần kinh tế khác nhau Bên cạnh việc tăng năng suất lao ựộng, còn tạo ra một bộ mặt mới cho ựời sống kinh tế xã hội nông thôn

Các loại máy kéo cỡ nhỏ ựang sử dụng ở nước ta ựược sản xuất từ một

số nhà máy trong nước và nhập khẩu từ Trung Quốc Các mẫu này ắt ựược cải tiến, thiết kế theo kiểu sao chép lại Trong các năm qua, việc các mẫu này vẫn ựược thị trường chấp nhận là do giá cả phù hợp với ựiều kiện kinh tế của nông dân Chưa phải là do chất lượng và sự thắch ứng của các mẫu này với các ựiều kiện thực tế trên ựồng ruộng nước ta

Như ta ựã biết bộ phận di ựộng là khâu quan trọng quyết ựịnh tắnh năng kéo bám của máy kéo và các thông số kĩ thuật, kinh tế khác của máy kéo và của toàn bộ liên hợp máy

Nước ta mới chỉ sản xuất một số loại cơ cấu di ựộng cho máy kéo nhỏ

là bánh hơi, bánh mấu, bánh lồng Các cơ cấu di ựộng này ựặc biệt là cơ cấu bánh hơi trên máy kéo chỉ làm việc ựược phù hợp ruộng cạn có ựộ ẩm trung bình, còn trên ựất có ựộ ẩm cao thì chưa phù hợp Do ựó việc nghiên cứu, cải tiến bộ phận di ựộng (bánh hơi) cho máy kéo khi làm việc là rất cần thiết

Chắnh vì vậy mà việc nghiên cứu tắnh năng kéo bám của bánh xe là rất cần thiết Nó giúp ta giải ựược bài toán phức tạp về quan hệ ựất - máy, làm cơ sở cho việc nghiên cứu tắnh năng ựiều khiển và ổn ựịnh chuyển ựộng của máy kéo đóng góp tắch cực vào công tác tắnh toán, thiết kế, chế tạo máy kéo làm cơ sở cho việc lựa chọn hệ thống máy kéo phù hợp với ựiều kiện ựồng ruộng trong nước

để góp phần giải quyết vấn ựề trên, tôi ựã: ỘNghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị khảo nghiệm bánh xe máy kéoỢ làm ựề tài Nhằm hỗ trợ cho

công việc khảo nghiệm ñược dễ dàng và có những ñánh giá ñúng từ ñó có phương hướng cải thiện tăng tính bám trượt theo phương ngang cho liên hợp máy khi làm việc Giúp người nông dân sử dụng liên hợp máy trong tất cả các khâu ñạt hiệu quả cao hơn

Trong ñề tài này tôi ñã tiến hành nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị khảo nghiệm và quan tâm ñến các yếu tố tác ñộng theo phương ngang và hiệu quả của chúng là sự xuất hiện chuyển ñộng lệch bên Tôi ñã sử dụng thiết bị

ño lực và ño chuyển vị liên kết với máy vi tính, ñể từ ñó xác ñịnh tính chất bám trượt, Chuyển ñộng lệch bên của bánh xe máy kéo

2 ðối tượng, phương pháp nghiên cứu

ðối tượng nghiên cứu của ñề tài này là bánh xe máy kéo CHUANLONG 304 (CL - 304)

Phương pháp nghiên cứu là kết hợp lý thuyết và thực nghiệm Lý thuyết là nghiên cứu về ñộng lực học bánh xe, lý thuyết máy kéo, cơ học ñất, sức bền vật liệu ,tương tác giữa bánh xe và ñất Thực nghiệm là chế tạo thực

tế thiết bị khảo nghiệm truyền ñộng bằng thủy lực

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tính chất hoạt ñộng của bộ phận di ñộng máy kéo, máy nông nghiệp

Trong việc nghiên cứu phát triển hệ thống di ñộng máy kéo và máy

nông nghiệp với khả năng công suất càng tăng cần quan tâm ñến các yếu tố

tác ñộng theo phương ngang và hiệu quả của chúng là sự xuất hiện chuyển

ñộng lệch bên

Chuyển ñộng lệch bên xuất hiện do tác ñộng của lực ngang làm lệch

trục dọc so với hướng chuyển ñộng dẫn ñến làm sai lệch quỹ ñạo chuyển

ñộng mong muốn của ô tô hoặc máy kéo

Việc xác ñịnh các thông số chuyển ñộng phụ thuộc vào quy luật xuất

hiện của chúng là ñối tượng nghiên cứu ổn ñịnh chuyển ñộng, một vấn ñề thời

sự liên quan ñến tính chất ñiều khiển ñể tăng vận tốc chuyển ñộng của máy

kéo máy nông nghiệp trên hệ thống giao thông mở hiện nay

ðối với máy kéo tiêu chuẩn, nhu cầu tối thiểu về tải trọng cầu trước ñể

ñảm bảo ổn ñịnh chuyển ñộng là khoảng 25% trọng lượng toàn phần Việc lắp

thêm các ñối trọng bổ sung và giới hạn vận tốc của máy kéo trên máy nông

nghiệp ñã tạo nên những hậu quả không mong muốn cho người sử dụng Khi

sử dụng máy kéo trên ñường biến dạng có thể ñã xuất hiện chuyển ñộng lệch

bên ñáng kể với vận tốc chuyển ñộng nhỏ, thí dụ các trường hợp lực kéo

ngang, chuyển ñộng trên dốc ngang, chuyển ñộng vòng…

Trượt ngang của máy kéo khi làm việc trên dốc ngang và việc xác

ñịnh giới hạn chuyển ñộng lệch của máy ñã ñược công bố trên rất nhiều

công trình [1.2.3] Tác ñộng lệch bên xuất hiện trên mặt phẳng ngang giống

như khi làm việc trên dốc nếu thay thế lực ngang trên dốc bằng một lực

ngang khác, thí dụ các thành phần lực kéo Hậu quả của cả hai trường hợp trên ñã làm xấu ñi tính chất kéo bám và khả năng lái, còn có thể dẫn ñến tăng diện tích yêu cầu ñể quay vòng

Từ các vấn ñề ñã nêu trên có thể kết luận rằng chuyển ñộng lệch bên tác ñộng ñến tất cả các lĩnh vực tính chất chuyển ñộng của máy kéo và máy nông nghiệp, là giới hạn chuyển ñộng, an toàn chuyển ñộng và cả hành lang quay vòng Hình 1.1 giới thiệu tổng quan về các khái niệm tính chất chuyển ñộng trong các ñiều kiện làm việc của máy kéo

Hình 1.1 Các khái niệm tính chất chuyển ñộng

Chuyển ñộng

ðứng

im

Giới hạn nguy hiểm (Mức ñộ tận dụng giới hạn chuyển ñộng

Ổn ñịnh chuyển ñộng

Ổn ñịnh lái

Ổn ñịnh Sai lệch do nhiễu giảm dần

Không

ổn ñịnh Lực nhiễu tạo nên tác ñộng

Lực nhiễu tăng lên

Ổn ñịnh

Mô men ñàn hồi

có xu hướng xoay bánh lái vềvị trí giữa

Mô men tại

vô lăng

có xu hướng tăng va ñập

Ảnh hưởng rất mạnh ñến tính chất chuyển ñộng của máy kéo là các lực xuất hiện trong vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt ñường Kiến thức về cơ cấu truyền lực tại các bánh xe chuyển ñộng là ñiều kiện cần thiết ñể xác ñịnh bằng

lý thuyết các trạng thái chuyển ñộng của máy kéo

1.2 Tổng quan về chuyển ñộng lệch bên của bánh xe máy kéo

1.2.1 Lực và mô men trên lốp xe lăn

ðối với trường hợp tổng quát của một bánh xe chủ ñộng chịu tải trên ñường biến dạng xuất hiện cân bằng giữa các lực ngoài với các lực pháp tuyến, lực tiếp tuyến và lực ngang tác dụng trong diện tích tiếp xúc giữa bánh

xe với mặt ñường Trên cơ sở biến dạng của lốp xe và ñất tồn tại các thông số xác ñịnh ñiểm ñặt và ñộ lớn của các lực (Hình 1.2) Trên các trục của hệ toạ

ñộ x, y, z xuất hiện các mô men sau ñây

Mx = (Fy.Zs + G.YG) – Mô men lật

My = (G.XG + TZ) – Mô men chủ ñộng

Mz = (Fy.Xs + FT.Yt) – Mô men ñàn hồi

Hình 1.2 Lực và mô men tại bánh xe chủ ñộng chuyển ñộng lệch bên

Việc nghiên cứu ñồng bộ tổng quát tương tác giữa lốp xe và mặt ñường ñòi hỏi phải xác ñịnh tất cả các thông số với chi phí nghiên cứu rất lớn Do

mô men ñàn hồi có ý nghĩa ñối với bánh xe hướng dẫn của xe, nên sự xuất hiện của nó cần ñược nghiên cứu cặn kẽ hơn và giới hạn trong nghiên cứu trạng thái chuyển ñộng ổn ñịnh bỏ qua các ảnh hưởng ñộng lực học Do lực ngang, diện tích tiếp xúc giữa bánh xe với mặt ñường bị dịch chuyển ñối xứng

so với mặt phẳng thẳng ñứng dọc khi bánh xe còn chưa chuyển ñộng Nếu ñể bánh xe lăn trên mặt ñường, phần tiếp xúc với ñường của bánh xe sẽ bị ñẩy dần từng phần lệch bên do lực ngang ñồng thời ñất dưới bánh xe có thể bị biến dạng theo, tuỳ thuộc vào tính chất mặt ñường Bánh xe tạo nên một chuyển ñộng theo hướng R, lệch so với mặt phẳng thẳng ñứng dọc của bánh

xe một góc lệnh bên α Các lực ngang xuất hiện khi chuyển ñộng lệch bên phân bố không ñều theo chiều dài vùng tiếp xúc do ñó ñiểm ñặt lực Fy sẽ dịch chuyển một khoảng XS so với vết trục bánh xe Phản lực của mặt ñường lên bánh xe xuất hiện khi chuyển ñộng lệch bên tạo thành lực dẫn lệch bên Lực này có giá trị bằng với lực ngang tác dụng lên trục bánh xe nên cũng thường gọi là lực ngang Lực dẫn lệch bên trước hết phụ thuộc vào góc lệch bên và tải trọng bánh xe, tuy nhiên còn phụ thuộc vào tính chất của lốp xe và ñiều kiện mặt ñường

1.2.2 Cấu tạo của các lốp xe dùng trong nông nghiệp

Tính chất lệch bên phụ thuộc ñặc biệt vào kết cấu của lốp xe, yếu tố tác ñộng ñến ñộ cứng ngang và tạo lực bám với mặt ñường Cấu tạo tiêu biểu của lốp máy kéo gồm những phần sau (Hình 1.3):

Hình 1.3 Cấu tạo lốp xe máy kéo

1 Hoa lốp 2 Dây tăng cường 3 Lớp sợi bố

4 Lớp lót trong 5 Dây mép lốp (tanh)

Lực dẫn lệch bên phụ thuộc một cách gián tiếp vào tải trọng bánh xe

ðể xác ñịnh khả năng chịu tải của bánh xe, thể tích không khí chứa trong lốp xe giữ vai trò quyết ñịnh, sau ñó là áp suất không khí xác ñịnh tải trọng cho phép

Khi có tác dụng của lực ngoài vào bánh xe, trạng thái cân bằng bị phá huỷ do biến dạng, xuất hiện các lực biến dạng trong vết bánh xe, tạo bởi ứng suất cắt cũng như chuyển ñộng trượt trong phương dọc và phương ngang

Việc giải thích hiện tượng này bằng lý thuyết cũng như thực nghiệm ñều rất phức tạp

1.2.3 Tính chất mặt ñường

Mặt ñường có biến dạng nhỏ, có thể bỏ qua so với lốp xe ñược ñặc trưng bởi tính chất ma sát Hệ số ma sát của cao su trên nền cứng không phải

là hằng số mà phụ thuộc vào bề mặt vật liệu tiếp xúc, vận tốc trượt, nhiệt ñộ

và tải trọng của diện tích tiếp xúc Các quá trình ma sát hiện chưa ñược nghiên cứu ñầy ñủ, do ñó thường sử dụng một giá trị hệ số bám hoặc ma sát trượt ñể tính toán Trong quan hệ với tính chất ma sát có thể sử dụng khái niệm hệ số bám cũng như hệ số lực ngang

ðặc trưng của mặt ñường biến dạng, trong ñó có tất cả các loại dất nông nghiệp, là rất phức tạp và khó xác ñịnh bởi vì ñất là một ñối tượng phức hợp của nhiều tính chất, rất nhiều thông số riêng biệt ñã ñược nghiên cứu nhưng ñến nay vẫn chưa ñược hệ thống hoá một cách ñầy ñủ một số tác giả ñã ñưa ra tính chất ñặc trưng trạng thái ñất theo ñộ ẩm và ñộ chặt hoặc tính chất kết dính và hệ số ma sát Tuy nhiên cần lưu ý rằng các tính chất ñều có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau Quan hệ giữa tính kết dính và góc ma sát phụ thuộc vào ñộ ẩm và ñộ chặt của một số loại ñất ñã ñược nghiên cứu bằng thực nghiệm Nhờ ñó ñã xây dựng ñược các quan hệ ứng suất – biến dạng của ñất

ñể xử lý toán học về tương tác giữa lốp xe với mặt ñường biến dạng

1.2.4 Hệ thống hóa các yếu tố ảnh hưởng ñến chuyển ñộng lệch bên

Hình 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng ñến tính chất chuyển ñộng lệch bên

của lốp xe

Kết cấu trung gian Lớp bố

lốp

Hỗn hợp

cao su

TÍNH CHẤT CHUYỂN ðỘNG LỆCH BÊN

Từ hàng loạt các kết quả nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng từ mặt ñường và bánh xe, phụ thuộc vào ñiều kiện hoạt ñộng của xe ñến chuyển ñộng lệch bên của bánh xe, tác giả [1] ñã hệ thống hóa tất cả các yếu tố ảnh hưởng ñã biết trong hình 1.4

ðược quan tâm trước hết là quan hệ phụ thuộc giữa lực ngang và mô men ñàn hồi với góc lệch bên, tải trọng và áp suất lốp xe Biểu diễn ñồ thị quan hệ của các thông số này là các ñặc tính bánh xe thoả mãn với một loại lốp xe xác ñịnh theo mỗi trạng thái của mặt ñường Các ñặc tính bánh xe có vai trò là ñiều kiện ñầu vào ñể tính toán trạng thái chuyển ñộng của ô máy máy kéo

1.3 Tình hình nghiên cứu liên quan ñến ñề tài

Xuất phát từ mục ñích nghiên cứu của ñề tài cần ñánh giá tình hình nghiên cứu theo các khía cạnh sau ñây:

- Phương pháp xác ñịnh ñặc tính bánh xe của một bánh xe riêng lẻ

- Khả năng tổng quát hóa kết quả nghiên cứu

- Khả năng ứng dụng kết quả nghiên cứu trong tính toán tính chất chuyển ñộng của ô tô máy kéo

1.3.1 Nghiên cứu bánh xe chuyển ñộng lệch bên trên mặt ñường biến dạng

Các nghiên cứu trước ñây về lực ngang và lực cản lăn của bánh xe phụ ñộng cứng trên các ñiều kiện ñất ñai khác nhau ñã chỉ ra rằng, góc lệch bên càng lớn thì lực lăn lăn của bánh xe trên ñường biến dạng cằng tăng [4] Về

cơ bản lực ngang phát sinh phụ thuộc ñặc biệt vào các khả năng tiếp xúc khác nhau giữa bánh xe với mặt ñường Kết quả ño tại bánh trước máy kéo và ảnh hưởng của lực chủ ñộng ñến tính chất chuyển ñộng lệch bênh của bánh xe chủ ñộng ñược thực hiện trên thiết bị treo sau máy kéo [5] Tuy nhiên do hạn chế

về kỹ thuật ño mà không tách ñược các thành phần lực ngang và lực dọc cũng

như các thông số biến ñổi như lốp xe, mặt ñường Nghiên cứu toàn diện ñầu tiên ñể xác ñịnh lực ngang tại bánh hơi riêng lẻ chuyển ñộng lệch bên ñược thực hiện như ño lực ngang, lực cản lăn, ñộ sâu vết bánh xe và ñộ trượt khi thay ñổi ñường kính lốp xe, bề rộng, áp suất trong lốp xe, tải trọng và góc lệch bên Lực cản lăn và lực ngang ñược tính toán theo các ñịnh luật cơ học ñất [6] Với sự phát triển hệ thống ño cơ ñộng 6 kênh ñã cho khả năng nghiên cứu quan hệ tương tác giữa lực chủ ñộng, ñộ trượt, lực ngang và góc lệch bên của một số lốp xe trong rãnh ñất thí nghiệm [7] Từ kết quả ño ñã thử tính toán gần ñúng về tính tính chuyển ñộng của một máy kéo cầu sau chủ ñộng và

2 cầu chủ ñộng trên dốc ngang và trên ñường vòng Kết quả nghiên cứu cho thấy, ảnh hưởng qua lại giữa lực ngang và lực chủ ñộng ñã tác ñộng mạnh ñến chuyển ñộng của máy kéo

1.3.2 Thiết bị thí nghiệm ñể xây dựng ñặc tính bánh xe

ðể nghiên cứu tính truyền lực, kéo bám giữa bánh xe với mặt ñường ñã

có nhiều công trình lực, kéo bám giữa bánh xe với mặt ñường ñã có nhiều công trình công bố về các mẫu thiết bị nghiệm bánh xe Trong phần này giới thiệu hai hệ thống thiết bị thí nghiệm tiêu biểu, có thể sử dụng ñể tham khảo làm cơ sở thiết kế hệ thống thiết bị thí nghiệm theo mục ñích của ñề tài

1.3.2.1 Thiết bị thí nghiệm di ñộng ñể nghiên cứu chuyển ñộng lệch bên của bánh xe máy kéo [1]

Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị thí nghiệm có thể ñược tóm tắt như sau:

- Xác ñịnh ñược các yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất

- Phù hợp với ñiều kiện thí nghiệm trên ñồng ruộng

- Có thể áp dụng cho các bánh xe có ñường kính từ 700 ñến 1700 mm Thiết bị thí nghiệm, còn ñược gọi là thiết bị ño lực ngang bao gồm một bánh xe thí nghiệm ñược lắp trên ổ ñỡ quay trên một khung thép chữ U Khung ñược liên kết với cơ cấu treo sau của máy kéo ZT.300, ñảm bảo luôn song song với mặt phẳng ñường chạy khi ñi qua mặt ñường không phẳng ðể phù hợp với nhiều lốp xe có ñường kính khác nhau có thể ñiều chỉnh ñược chiều cao của khung Sơ ñồ kết nối thiết bị với máy kéo và ñịnh nghĩa các thông số ño ñược giới thiệu trên hình 1.5

Hình 1.5 Sơ ñồ kết nối thiết bị thí nghiệm với máy kéo

Lực thẳng ñứng ñược tiếp nhận bởi một vòng bi hướng kính chuyên dùng, diện tích vành ñỡ của nó không có rãnh hưỡng dấn và cho phép dịch chuyển dọc trục Việc truyền và tiếp nhận lực ngang, mô men lệch bên ñược

mô tả trên hình 1.6

Hình 1.6 Bố trí các vị trí ño trên thiết bị ño lực ngang

ðể ño lực ngang, góc lệch bên ñược sử dụng là thông số ñiều khiển, có thể thay ñổi vô cấp từ 0 ñến 350 Việc ñiều chỉnh góc lệch bên ñược thực hiện theo sơ ñồ hình 1.5

Thay ñổi tải trọng cho bánh xe thí nghiệm ñược thực hiện bằng cách ñặt các khối lượng bổ sung lên khung

Hình 1.7 Sơ ñồ kết nối hệ thống ño và xử lý tín hiệu

Tín hiệu ño lực và mô men ñược xác ñịnh bằng các cảm biến ñiện trở biến dạng, góc lệch bên ñược xác ñịnh bằng cảm biến chiết áp Sơ ñồ kết nối hệ thống và xử lý tín hiệu ñược giới thiệu trên hình 1.7 Các thiết bị tiếp nhận và xử

lý tín hiệu cùng với nguồn ñiện ñược bố trí trên ca bin của máy kéo thí nghiệm

1.3.2.2 Thiết bị thí nghiệm bánh xe máy kéo xây dựng trong rãnh ñất [8]

Thiết bị thí nghiệm bánh xe máy xây dựng bao gồm một rãnh ñất một

xe thí nghiệm lắp bánh xe với hệ thống truyền ñộng và một thiết bị kéo

thuỷ lực của thiết bị

Bánh xe thí nghiệm ñược truyền ñộng bởi một ñộng cơ ñiện 40ml qua một bộ truyền thuỷ tĩnh trong một mạch thuỷ lực hở (Hình 1.11) Bộ truyền thuỷ tĩnh biến ñổi năng lượng thuỷ lực từ một bơm piston hướng trục thành

chuyển ñộng quay tại ñộng cơ thuỷ lực và qua một hợp giảm tốc hành tinh có

tỷ số truyền i = 63 ñến bánh xe thí nghiệm

Hình 1.11 Sơ ñồ mạch thuỷ lực truyền ñộng cho bánh xe thí nghiệm

1- Bơm thủy lực

2- Van áp suất

3- Van phân phối

4- Mô tơ thủy lực

- Bánh xe ñược truyền ñộng, có thể thay ñổi tải trọng bánh xe một cách

vô cấp

Hệ thống ño và xử lý tín hiệu có thể tiếp nhận và xử lý ñồng thời 8 kinh

ñộ (Hình 1.12) Lực kéo sử dụng ñược của bánh xe ñược tiếp nhận bởi cảm biến kéo nên bố trí giữa 2 khung phẳng, ñược ghi và khuếch ñại tại kênh (7)

Mô men chủ ñộng truyền cho bánh xe ñược xác ñịnh thông qua một cảm biến

áp suất theo công thức

π

η 2

.

.v

p

M d = , ñược biến ñổi và khuếch ñại tại kênh (8)

Hình 1.12 Bố trí cảm biến và sơ ñồ hệ thống ño, xử lý tín hiệu trên

thiết bị thí nghiệm bánh xe

Vận tốc và số vòng quay của bánh xe ñược xác ñịnh nhờ Tachomet và

bộ ñếm xung, ñược xử lý trong kênh (1) và (2) Vận tốc tiến của xe thí nghiệm ñược xác ñịnh thông qua số vòng quay của bánh xe kéo theo chuyển

ñộng không trượt trên ñường ray nhờ một bộ ñếm xung và xử lý trên kênh (3) Ngoài ra vận tốc xe thí nghiệm còn ñược kiểm tra nhờ Tachomét lắp trên bánh xe kéo theo và xử lý trên kênh (4)

1.4 Mục ñích và nhiệm vụ của ñề tài

Mục ñích: Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm bánh xe máy kéo nông nghiệp ñể xây dựng các ñặc tính bánh xe khi hoạt ñộng trên ñất nông nghiệp làm cơ sở nghiên cứu tính chất chuyển ñộng của máy kéo góp phần phát triển

và hoàn thiện các mẫu máy kéo cũng như vận hành khai thác có hiệu quả các máy kéo và máy nông nghiệp ñang hoạt ñộng trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam

Nhiệm vụ:

- Phân tích tổng quát lý thuyết bánh xe và lý thuyết chuyển ñộng lệch bên làm cơ sở thiết bị thí nghiệm

- Lựa chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm xác ñịnh các thông số

và các yếu tố ảnh hưởng ñến chuyển ñộng lệch bên của bánh xe máy kéo trên nền ñất biến dạng

- Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm

- Xây dựng hệ thống ño và xử lý số liệu ño

- Tổ chức thí nghiệm và xây dựng ñặc tính bánh xe (dạng thí nghiệm)

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Lý thuyết chuyển ñộng lệch bên của lấp xe trên ñường biến dạng

ðặc ñiểm cơ bản của bánh xe lăn trên ñường mềm là dưới tác dụng của

lực lốp xe làm biến dạng ñất ñến khi ñạt ñược cần bằng ứng suất trong ñất và

bánh xe trong diện tích tiếp xúc

Khi bánh xe chuyển ñộng lệch bên, các lực ngang cần ñược truyền ở

dạng ứng suất tiếp tuyến theo phương ngang trong mặt phẳng tiếp xúc và bổ

sung ứng suất pháp tuyến vào phần lốp xe lún xuống ñất Khi ñó phần ñất ở

thành bên bị cắt ngang so với phương chuyển ñộng và bị cuốn từng phần vào

vết bánh xe

Từ quan ñiểm ñó, ứng dụng các kiến thức ñã biết về cơ học ñất và lý

thuyết bánh xe Schwanghart [6] ñã thử xác ñịnh bằng lý thuyết các lực ngang

trên nền ñất biến dạng

Lực ngang trong diện tích tiếp xúc ñược tách thành 2 phần Sα1vàSα2

Thành phần Sα1 tạo nên bởi ứng suất cắt ngang của mặt bám lốp xe trong diện

tích tiếp xúc

A A

) 1

(

je

−

−

= τ

τ

Trong ñó cần biết phân bố ứng suất pháp tuyến trong diện tích tiếp xúc:

Áp suất phân bố dưới bánh xe có thể mô tả gần ñúng bởi hai nhánh parabol Nhánh thứ nhất có thể tính theo công thức Goriaskin

1

) (

) (

2 0

1 1

nd

x z

K x

) (

2

0 2 2

nd

x z

K x

Phân bố ứng suất tính toán có tính chất vượt parabol không ñối xứng và ñến nay mới chỉ dùng ñể nghiên cứu bánh xe lăn thẳng Khi chuyển ñộng lệch bên có một thực tế chưa ñược quan tâm là, có những phần lốp xe do dịch chuyển ngang so với phương chuyển ñộng nên luôn tiếp xúc với phần ñất chưa bị nén do ñó góc lệch bên càng lớn càng làm tăng chiều sâu vết bánh Thông số cần xác ñịnh tiếp theo ñể tính toán ứng suất cắt là quãng ñường dịch chuyển ngang Quãng ñường dịch chuyển ngang ñược tính bằng tổng của biến dạng lốp xe ñối với biến dạng ñất trong ñó có chứa cả quãng ñường trượt sau khi vượt qua quãng ñường biến dạng cực ñại Biến dạng của lốp xe và ñất cần phải tương ứng với dịch chuyển ñộng học tổng cộng phụ thuộc vào tọa ñộ dọc

λ và góc lệch bênα:

α λ

j + =

Ứng suất cắt tác ñộng vào mấu bám của lốp cần tương ứng với ứng suất cắt ñã có trong ñất Với giả thiết rằng, biến dạng của lốp là nhỏ có thể tính ứng suất cắt do mấu bám theo công thức

c dA

dS

Trong ñó C0 là ñộ cứng trượt tiếp tuyến

Từ các công thức trên có thể biến ñổi ñể tính toán ứng suất cắt theo chiều dài diện tích tiếp xúc theo phương trình sau:

λ ϕ

ρ

τ

τ

tg x C

tg x

x K

) ( 1

ln(

) (

τ

K

j x

ðể ñược công thức ñơn giản hơn:

) (

) ( ) ( ) (

max 0

0 max

x KC

C x tg

x x

τ α λ

+ +

2 0 2 1

2 0 1 0

2 0 1 1

0

2

1

max 1

2 max

2 2

ϕ α ϕ

ϕ α

ϕ α α

i n i n

i n i n

dx C tg

x K

KC

C tg

x K

x l dx

C tg

x z K KC

C tg

x z k x l C

Thành phần lực ngang Sα2xuất hiện tại thành bên của lốp xe do ñẩy ñất sang bên có thể tính toán theo lực cản thụ ñộng của ñất trên một ñơn vị chiều dài chịu tác ñộng của thành lốp công thức tính toán Sα2sử dụng các hệ số không thứ nguyên của ñất phụ thuộc vào dạng và kích thước của diện tích chịu cắt, góc ma sát và ñộ nghiêng của thành lốp so với ñất Thành phần Sα2

ñược tính toán là kết quả tích phân lực cản thụ ñộng theo chiều dài diện tích tiếp xúc:

S S

X S

Mα = α1 1 + α2 2 = α.

ðể tính toán mô men cần xác ñịnh khoảng cách trọng tâm theo mỗi dạng phân bố lực ngang:

1 1

'

2 2

1

2 1 1

) (

) (

; ) (

) (

l

l l S

dx x y F

dx x y XF X

dx X y

dx X y X X

λ τ

λ τ τ

τ

Mẫu số của hai công thức này chính là các thành phần Sα1 và Sα2 ñã tính toán ở phần trên

2.2 Tính toán lý thuyết về kéo bám giữa bánh xe với mặt ñường biến dạng

Mặc dù ñã có nỗ lực rất lớn trong nghiên cứu nhưng ñến nay vẫn chưa

có ñược một lý thuyết hoàn hảo về quá trình lực giữa lốp xe với mặt ñường biến dạng Việc tính toán lực và mô men tại một bánh xe cứng có thể ñược thực hiện bằng cách tích phân ứng suất pháp tuyến và ứng suất tiếp tuyến nếu xác ñịnh ñược trị số và phân bố của chúng trong diện tích tiếp xúc [8] Theo hình (1.13) có thể tính toán như sau:

V

V V

Hình 1.13 Sơ ñồ lực, ứng suất và biến dạng tại lốp xe chủ ñộng trên ñường

biến dạng

Lực cản lăn và hao tổn công suất cần tính toán từ các giá trị ño môn men và lực kéo, bởi vì chúng không thể xác ñịnh trực tiếp Ngoài ra cần phải lưu ý ñến ñộ lún ñàn hồi của lốp xe so với bánh xe cứng và ảnh hưởng của bán kính bánh xe

Sau khi tách các tích phân ứng suất thành các thành phần nằm ngang và thẳng ñứng, có nghĩa là:

Sai lệch về giá trị so với lực cản lăn ñã tính ở phần trên có thể giải thích răng một lực cản lăn có phương ngang chỉ xuất hiện khi bánh xe là bị ñộng còn lực cản làm của bánh xe chủ ñộng chỉ biểu diễn trị số xác ñịnh từ mô men cản lăn

Tất cả các công thức tính toán trên ñây ñều dựa trên quan ñiểm, ñất dưới bánh xe cứng trong phương dọc và phương ngang chịu tải và biến dạng tương tự thí nghiệm tấm ấn và tấm cắt Các ứng suất trong diện tích tiếp xúc giữa ñất và bánh xe có thể ñược xác ñịnh từ các quan hệ ứng suất – biến dạng của tấm ấn

2.3 Ảnh hưởng của lực tiếp tuyến ñến tính chất chuyển ñộng lệch bên của bánh xe

Quan hệ giữa lực ngang, lực tiếp tuyến, tải trọng bánh xe cũng như mô men ñàn hồi và góc lệch bên là những yếu tố có ý nghĩa quyết ñịnh ñến tính chất chuyển ñộng của máy kéo trên mặt ñường biến dạng Trong những trường hợp này do lực cản trên ñường vòng tăng làm cho các lực tiếp tuyến càng lớn [9]

Trước hết cần khẳng ñịnh rằng, trong công thức tính toán khả năng truyền lực tiếp tuyến cực ñại F Xmax = µh.F zcòn chưa kể ñến sự xuất hiện lực ngang Fy còn khi tính toán khả năng truyền lực ngang cực ñại F ymax = µh.F z lại thiếu vắng lực tiếp tuyến Fx Theo quan ñiểm của Kamm [9], khi xuất hiện ñồng thời cả lực ngang và lực dọc thì tổng véc tơ của hai lực ñó không ñược vượt qua giá trị µh.F z nêú bánh xe không trượt hoàn toàn mà vẫn còn lăn:

z h y

F2 + 2 ≤ µ

Công thức trên ñề cập ñến một vòng tròn gọi là vòng tròn Kamm (Hình 1.14) Giả sử tổng véc tơ của FX và Fy lớn hơn bán kính vòng tròn µh.F z thì bánh xe trượt hoàn toàn còn nếu nhỏ hơn thì bánh xe sẽ còn lăn

Hình 1.14 Vòng tròn Kamm, trường hợp lực F y và F z ñạt ñến giới hạn giữa

lăn và trượt của bánh xe

Lực ngang cực ñại khi có tác dụng ñồng thời của lực dọc sẽ nhỏ hơn khi Fα = 0 Nếu kết nối các ñường công Fy - α với vòng tròn Kamm (Hình 1.15) có thể mô tả ñược tính chất tăng giảm tương ứng của Fxmax và Fymax khi xuất hiện ñồng thời trong diện tích tiếp xúc giữa bánh xe với mặt ñường

Hình 1.15 Mô tả nguyên lý ảnh hưởng của lực tiếp tuyến ñến tính F y− α

Từ hình 1.15 có thể rút ra kết luận quan trọng ñể nghiên cứu tính chất chuyển ñộng Nếu tác ñộng vào bánh xe một lực tiếp tuyến bổ sung với lực ngang ñã cho thì góc lệch bên khi ñó sẽ tăng lên

Hình 1.16 giới thiệu một thí dụ ñặc tính thí nghiệm, trong ñó cho thấy ảnh hưởng của lực Fx ñến Fy và mô men ñàn hồi MZ

Hình 1.16 Quan hệ giữa lực ngang và mô men ñàn hồi với góc lệch bên với

các lực tiếp tuyến khác nhau

2.4 Nhận xét cơ sở lý thuyết

- Lý thuyết về bánh xe ñàn hồi chuyển ñộng lệch bên trên ñường cứng cũng như trên ñường biến dạng dựa trên cơ sở ñồng dạng cơ học và các mô hình toán học ñể có thể mô tả biến dạng của bánh xe và mặt ñường theo các quan hệ phù hợp Khi ñó cần thiết làm gần ñường và ñơn giản hóa so với tính chất thực, làm giảm tính tổng quát của các công thức tính toán do sử dụng các thông số của ñất và bánh xe

Tính chất chuyển ñộng lệch bên của bánh xe trên ñường biến dạng ñược mô tả rõ ràng theo lý thuyết của Schawanghard nếu cũng ñược ñơn giản hóa mạnh Nghiên cứu chỉ thoả mãn khi ñộ trượt do tương tác giữa dịch chuyển lún bánh xe và chuyển ñộng chảy dẻo của ñất trong diện tích tiếp xúc rất ña dạng nên ñoạn ñường trượt không thể không tính ñến dịch chuyển hình ñộng học của ñất – bánh xe Như vậy ñiều kiện phân bố ứng suất cắt không ñổi trên bề rộng vết bánh và giới hạn vết bánh phẳng trong vùng hẹp là không hoàn toàn phù hợp

- Tính toán lý thuyết về quá trình truyền lực trong diện tích tiếp xúc giữa bánh xe với ñất chưa giải trình ñầy ñủ về quá trình và chưa chính xác về ứng suất và lực trên bánh xe Cũng cần nhấn mạnh rằng, tất cả các công thức

lý thuyết ñều dựa trên các bánh xe cứng Việc tính ñến biến dạng của lốp xe

sẽ rất khó khăn, thêm vào những vấn ñề khó giải quyết ñể làm rõ ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu lốp xe ñến tính chất kéo bám trên các loại ñất khác nhau cần tiếp tục nghiên cứu

- Lực tiếp tuyến có ảnh hưởng ñáng kể ñến tính chất chuyển ñộng lệch bên của bánh xe trên ñường biến dạng Cần thiết phải nghiên cứu tác ñộng ñồng thời của các lực ngang và lực dọc trong mặt phẳng tiếp xúc của bánh xe

với mặt ñường biến dạng và mô tả bằng ñồ thị quan hệ ña chiếm giữa Fx , Fy ,

Nz với góc lệch bên α và ñộ trượt bánh xe Sx

- Từ những phân tích trên ñây có thể ñặt ra yêu cầu kỹ thuật của thiết bị thí nghiệm bánh xe như sau:

+ Có thể xác ñịnh ñược các yếu tố ảnh hưởng ñến tính chất chuyển ñộng của bánh xe trên ñường biến dạng như: Lực ngang, mô men chủ ñộng, lực kéo, lực cản lăn tải trọng bánh xe, mô men ñầu hồi, góc lệch bên và ñộ trượt của bánh xe trong 2 trường hợp bánh chủ ñộng và bánh hướng dẫn

+ Phù hợp ñể thực hiện thí nghiệm trên ñồng rộng

+ Có khả năng ứng dụng cho các cỡ bánh xe máy kéo nông nghiệp thông dụng ở Việt Nam

+ Có khả năng xử lý nhanh và chính xác kết quả thí nghiệm và biểu diễn theo ñặc tính ña chiều bằng thực nghiệm

Chương 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM BÁNH XE

3.1 Lựa chọn phương pháp thí nghiệm phù hợp

Ngoài việc xác ñịnh bằng kỹ thuật ño các yếu tố ảnh hưởng quan trong

nhất ñến tính chất kéo bám và tính chất chuyển ñộng lệch bên của bánh xe,

khi thiết kế thiết bị thí nghiệm bánh xe còn cần quan tâm ñến tất cả các ñiều

kiện sử dụng của máy kéo và ô tô

Do tính chất khác nhau của mặt ñường nông nghiệp nên các thí nghiệm

kéo bám cũng như thí nghiệm về chuyển ñộng lệch bên của bánh xe ô tô máy

kéo chỉ có thể thực hiện ñược ở dạng thí nghiệm chuyển ñộng trong ñiều kiện

phòng thí nghiệm trên rãnh ñất hoặc trên mặt ñường, mặt ñồng tự nhiên Phân

tích ưu, nhược ñiểm của hai phương pháp thí nghiệm trên có thể lựa chọn một

phương pháp phù hợp

Từ những khả năng ñã phân tích cần thiết thực hiện thí nghiệm trên mặt

ñường thực trong các ñiều kiện thực tế Các nghiên cứu như vậy sẽ cung cấp

các kết quả trực tiếp với các ñiều kiện hoàn toàn cụ thể cho các tính toán,

nghiên cứu về trạng thái chuyển ñộng Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp

này sẽ ñồng thời gặp nguy cơ có sự phân tán tương ñối lớn về số liệu kết quả

thí nghiệm do mặt ñường không ñồng nhất, do ñó yêu cầu một sự phân tích

chính xác về tính tổng quát và khả năng rút gọn, quy ñổi So với nghiên cứu

trong phòng thí nghiệm, phương pháp thí nghiệm thực ñịa sẽ phù hợp tốt hơn

ñể có ñược một tầm nhìn về rất nhiều khả năng tiếp xúc và tương tác giữa

bánh xe với mặt ñường

Ta phân tích tổng quan và cơ sở lý thuyết, yêu cầu thiết kế thiết bị ñược

cụ thể hoá như sau:

- Tạo góc chuyển ñộng lệch bên bằng cách lắp lệch bánh xe thí nghiệm

so với phương chuyển ñộng của máy kéo một góc α Dự kiến phương án thay ñổi vô cấp góc lệch bên bằng cách lấp trục bánh xe có thể thay ñổi ñược góc giữa trục bánh xe so với khung song song hướng chuyển ñộng

- Tạo lực kéo dọc ñối bánh xe thí nghiệm là bánh hướng dẫn bằng cách kéo khung thí nghiệm nhờ máy kéo

- Tạo lực cản dọc ñối với bánh xe thí nghiệm là bánh chủ ñộng bằng cách thay ñổi chế ñộ tốc ñộ của máy kéo so với tốc ñộ chuyển ñộng của bánh

xe do mô mên chủ ñộng của bánh xe gây nên

- Tạo và thay ñổi ñộ trượt dọc của bánh xe thí nghiệm bằng cách thay ñổi chế ñộ vận tốc của máy kéo so với tốc ñộ chuyển ñộng của bánh xe do mô men chủ ñộng của bánh xe gây nên

- Tạo mô nen chủ ñộng cho bánh xe thí nghiệm bằng truyền ñộng thuỷ lực trích từ bơm dầu hệ thống thuỷ lực của máy kéo ñi kèm qua một bộ giảm tốc cơ học với tỷ số truyền tương ứng

- Dự kiến phương án ño lực ngang trên trực bánh xe bằng cách tạo liên kết tự do theo chiều trục và bố trí cảm biến ño lực ngang

- Dự kiến phương án ñón lực dọc là lực kéo ñối với bánh xe thí nghiệm

là bị ñộng và là lực ñẩy ñối với bánh xe thí nghiệm là chủ ñộng bằng cách tạo liên kết tự do theo phương dọc của khung thí nghiệm và bố trí cảm biến ño lực dọc

- Khung lắp bánh xe thí nghiệm có khả năng bố trí các bánh xe có ñường kính khác nhau tương ứng với các bánh xe ô tô máy kéo thông dụng