đồ án kỹ thuật điện điện tử Khảo nghiệm Xác định một số thông số đặc trưng khối lượng của máy kéo CL304

Đặc tính chuyển động vòng của ô tô – máy kéo chịu ảnh hưởng đáng kể của các thông số kết cấu và sử dụng của chúng, cũng như trình độ của người lái với tư cách là một khâu điều khiển.. nữ

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp tại khoa Cơ Điện – Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội, ngoài sự cố gắng của bản thân em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô và các bạn trong và ngoài trường.

Trước hết em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS Hàn Trung Dũng:

Thầy đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt tận tình cho em trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp và hoàn thành đề tài tốt nghiệp.

Em xin gửi tới các thầy giáo, cô giáo trong Cơ Điện, cùng toàn thể cán bộ, công nhân viên Bộ môn Động Lực, xưởng cơ khí – khoa Cơ Điện một lời cảm ơn chân thành nhất:

Những người đã tận tình dạy dỗ, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho

em trong quá trình học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp.

Cùng với đó em xin chân thành biết ơn đến bạn bè đã giúp đỡ ủng hộ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp.

Quá trình thực tập và thực hiện đề tài không thể tránh khỏi được những thiếu sót, em mong nhận được sự thông cảm của các thầy cô và các bạn, em mong muốn có được sự góp ý chỉ bảo của các thầy cô giáo và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn và có ứng dụng trong thực tế.

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2012

Sinh viên

Nguyễn Quang Tùng

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I 4

TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Sơ lược về tình hình nghiên cứu và hoàn thiện tính năng quay vòng máy kéo ở trong và ngoài nước 4

1.2 Đối tượng, mục đích, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn: 7

1.3 Phương pháp nghiên cứu 8

CHƯƠNG II 10

ẢNH HƯỞNG CỦA TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA MÁY KÉO 10

2.1 Cơ sở lý thuyết kộo - bỏm của máy kéo bánh 10

2.2 Cơ sở lý thuyết quay vòng của máy kéo bánh 15

2.2.1 Cơ sở lý thuyết 15

2.2.2 Các phương pháp quay vòng của máy kéo bánh 16

2.2.3 Động học quay vòng của máy kéo bánh và ô tô 19

2.2.4 Bán kính quay vòng lý thuyết 20

2.2.5.Vận tốc và gia tốc của máy kéo khi quay vòng: 25

CHƯƠNG III 32

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG KHỐI LƯỢNG CỦA MÁY KÉO 32

3.1 Cơ sở lí thuyết xác định trọng tâm, các trục quán tính chính trung tâm và mô men quán tính chính trung tâm 32

3.1.1 Xác định trọng tâm 32

3.2 Phương pháp xác định tọa độ trọng tâm 32

CHƯƠNG IV 36

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRấN MÁY KÉO 36

CL304 36

4.1 Thông số kĩ thuật chung của máy kéo CL304 36

4.2 Thực nghiệm xác định tọa độ trọng tâm máy kéo 37

4.2.1 Xác định tọa độ trọng tâm dọc của máy kéo 37

4.2.2 Xác định chiều cao trọng tâm của máy kéo 38

CHƯƠNG V 41

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 41

5.1 Kết luận 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

PHỤ LỤC 43

MỞ ĐẦU

Từ khi Đảng ta triển khai chủ trương đổi mới cơ chế quản lý, phát triển chính sách kinh tế nhiều thành phần thì nền nông nghiệp nước ta không ngừng phát triển Để đáp ứng yêu cầu của sản xuất, thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn, việc đầu tư các nguồn động lực ở nông thôn và nâng cao hiệu quả sử dụng mỏy đó được đẩy mạnh

Mặt khác để đáp ứng nhu cầu nông sản của nền kinh tế thị trường, xuất khẩu nông sản thì việc phát triển kinh tế theo mô hình sản xuất trang trại là điều rất cần thiết Nhiều hộ gia đình nông dân sở hữu nhiều héc ta gieo trồng vì vậy

có nhu cầu trang bị máy móc lớn, máy nông nghiệp hoặc thuờ mỏy để thực hiện cho cỏc khõu canh tác như làm đất, gieo trồng, chăm sóc, bơm nước, thu hoạch, vận chuyển, Các máy kéo phân bố chủ yếu ở cỏc vựng đồng bằng sông Cửu Long, miền đông Nam Bộ, Tõy Nguyờn và đồng bằng sông Hồng Trong tương lai, để đẩy mạnh phát triển nông nghiệp, nguồn động lực máy kéo

sẽ còn được đầu tư nhiều hơn nữa

Sự tăng trưởng về số lượng cũng như mức độ sử dụng của các loại ô tô – máy kéo đòi hỏi phải đảm bảo các tính năng điều khiển và ổn định chuyển động

ở mức độ cao, nhằm hạn chế các tai nạn và nâng cao hiệu quả sử dụng

Khi thực hiện công việc, máy kéo chuyển động trên những quỹ đạo khác nhau, thẳng hoặc cong, mà độ cong đó thay đổi không ngừng Đây là kết quả sự tác động của những điều kiện ngoại cảnh: lực kéo ở múc kộo, điều kiện mặt đường, gió, áp suất lốp Các lực này thay đổi một cách ngẫu nhiên, tạo nên những sai lệch về quỹ đạo chuyển động thực tế so với mong muốn Muốn có sự chuyển động theo những quỹ đạo mong muốn, người lái cần phải tác động lên

cơ cấu lái để thay đổi một số ngoại lực tác động lên máy kéo Các lực điều khiển này thường bị giới hạn bởi các thông số kết cấu động cơ và hệ thống truyền lực, cũng như khả năng bám của xe với tình trạng mặt đường

Tính ổn định trong điều khiển quỹ đạo chuyển động của ô tô – máy kéo là một trong những chỉ tiêu quan trọng hàng đầu, là cơ sở để đánh giá chất lượng ô

tô –mỏy kộo khi cải tiến, lắp ráp, hoán cải mục đích sử dụng, nâng cao tính an toàn trong chuyển động

Trong quỏ tỡnh chuyển động, quỹ đạo của xe luôn bị thay đổi do tác dụng của ngoại lực Vì vậy, yêu cầu đối với xe là phải giữ ổn định được hướng chuyển động theo yêu cầu của người lái, không để máy kéo bị lệch hướng đang chuyển động do tác dụng của các lực ngẫu nhiên, chỗng sự lật đổ của xe và sự trượt ngang của bộ phận di động Ngoài ra, kết cấu của xe, hệ thống lái cần phải đảm bảo để việc điều khiển nhanh nhạy, nhẹ nhàng và thuận lợi, đảm bảo sự chính xác và giảm bớt sự mệt nhọc, căng thẳng cho người lái

Đặc tính chuyển động vòng của ô tô – máy kéo chịu ảnh hưởng đáng kể của các thông số kết cấu và sử dụng của chúng, cũng như trình độ của người lái với tư cách là một khâu điều khiển

Để thiết kế và sử dụng tốt máy kéo, cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số tới đặc tính chuyển động vòng của máy kéo để có những thay đổi, khắc phục kịp thời

Do đó ụtụ – máy kéo phải được thiết kế chế tạo với điều kiện kết cấu phải đảm bảo có mô men quán tính theo trục thẳng đứng qua trọng tâm là tối ưu nhất Xác định mô men quán tính theo trục thẳng đứng qua trọng tâm của máy kéo CL304 cũng chính là góp phần nghiên cứu khả năng duy trì hướng chuyển động nhất định hoặc thay đổi hướng chuyển động và phù hợp với sự tác động của người lái lên cơ cấu điều khiển Nói một cách khác xác định mô men quán tính theo trục thẳng đứng qua trọng tâm có ý nghĩa qua trọng trong việc đánh giá tính

ổn định chuyển động của máy kéo khi làm việc

Một vấn đề đặt ra khi nghiên cứu giải quyết các bài toán động lực học của máy kéo là cần thiết phải xác định thông số của hệ thống như tọa độ trọng tâm Các thông số này thường chưa được cung cấp đầy đủ từ nhà sản xuất, hơn

nữa các máy móc trong thực tế khi làm việc thường có sự thay đổi và cải tiến nên cần thiết phải xác định các thông số này cho từng trường hợp cụ thể.

Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên, được sự cho phép của bộ môn Động Lực, khoa Cơ Điện, trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội chúng tôi thực

hiện đề tài: “ Khảo nghiệm Xác định một số thông số đặc trưng khối lượng của máy kéo CL304” nhằm: Xây dựng cơ sở lí thuyết và thực nghiệm xác định

một số thông số chớnh của máy kéo như: trọng tâm của máy kéo có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu tính ổn định chuyển động và tính năng quay vòng

và kộo bỏm của máy kéo nông nghiệp

Nội dung chính của luận văn gồm:

Chương 1 Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Cơ sở lí thuyết quay vòng và kộo bỏm của máy kéo bánh

Chương 3 Phương pháp xác định các đặc trưng khối lượng của máy kéoChương 4 Nghiên cứu thực nghiệm trên máy kéo CL304

Chương 5 Kết luận và đề nghị

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Sơ lược về tình hình nghiên cứu và hoàn thiện tính năng quay vòng máy kéo ở trong và ngoài nước

Trong sản suất nông nghiệp, máy kéo được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, trong những điều kiện địa hình phức tạp, đa dang Đã từ lâu các chuyên gia nghiên cứu lý thuyết liên hợp đã chú trọng đến tính năng của máy kéo, nhằm hoàn thiện hơn nữa khả năng làm việc của máy kéo không chỉ trên mặt đường bằng phẳng mà cả trên đồng ruộng Nhiều chuyên gia nghiên cứu đều có kết luận chung rằng: tính năng kộo bỏm là một trong những tính chất kỹ thuật quan trọng bậc nhất của máy kéo nông nghiệp, thì tính năng chuyển động vòng là một tính năng kỹ thuật và sử dụng rất quan trọng của máy kéo cần được nghiên cứu một cách đầy đủ

Trong quá trình chuyển động cần phải giữ ổn định được hướng chuyển động theo yêu cầu của người lái, không bị lệch khỏi hướng đang chuyển động

do tác dụng của những lực ngẫu nhiên, chống được sự lật đổ bên của xe và trượt ngang của bộ phận di động trên mặt đường Đồng thời kết cấu của xe, đặc biệt là

hệ thống lái – điều khiển trên xe cần phải đảm bảo cho ô tô – máy kéo có khả năng thay đổi hướng chuyển động nhẹ nhàng và nhanh chóng

Khả năng thực hiện quay vòng của ô tô máy kéo theo quỹ đạo cong nhất định được gọi là tính năng chuyển động vòng Đó là một trong những tính chất

kĩ thuật quan trọng của ô tô máy kéo

Khi thực hiện các công việc canh tác trong nông nghiệp và vận chuyển, máy kéo chuyển động theo những quỹ đạo thẳng hoặc cong, mà độ cong đó lại thay đổi không ngừng Muốn có được đặc tính chuyển động của máy kéo theo ý

muốn, người lái cần tác động lên cơ cấu lái để thay đổi mộ vài ngoại lực tác động lên máy kéo trong quá trình chuyển động Các lực điều khiển đó thướng lại

bị giới hạn bởi các thông số của động cơ và hệ thống truyền lực cũng như bởi sự bám của bánh xe với mặt đường Ngoài các lực điều khiển thì máy kéo còn chịu

sự tác động của ngoại lực từ cỏc mỏy nông nghiệp, rơ mooc và từ mặt đường -

mà các lực này đều mang tính chất ngẫu nhiên Sự thay đổi đặc tính chuyển động cảu máy kéo do tác động của các lực nói trên được gọi là sự mất ổn định chuyển động, cũn cỏc lực ngẫu nhiên gọi là các lực gây nhiễu

Đồng thời, trong nhiều trường hợp vẫn có sự khac biệt giữa đặc tính chuyển động mong muốn và thực tế Điều này phụ thuộc vào trình độ của người lái – được xem như một khâu điều khiển ( chẳng hạn việc xử lớ tỡnh huống chậm trễ; sự thiếu chính xác khi tác động lên cơ cấu điều khiển ; ), và sự hoàn thiện của máy kéo, cũng được coi là một khâu điều khiển (ví dụ quán tính của hệ thống điều khiển máy kéo trong việc thay đổi đặc tính chuyển động khi có tác động của người lái; sự hạn chế của thông số động học và động lực học, xác định

sự thay đổi đặc tính chuyển động; )

Đặc tính chuyển động vòng của ô tô máy kéo chịu ảnh hưởng đáng kể của các thông số kết cấu và sử dụng của chúng, cũng như của tác động của người lái, với tư cách là một khâu điều khiển

Tuy nhiên, để thiết kế tốt và sử dụng đỳng cỏc may kéo, trước hết và cần thiết phải xác định ảnh hưởng của riêng thông số kết cấu đến đặc tính chuyển động vòng của máy kéo Tác động của người lái lên hệ thống điều khiển, trong trường hợp này, coi như được thực hiện một cách nhất định

Ngiờn cứu chuyển động vòng chủ yếu là để xác định các tính chất sử dụng máy kéo, chẳng hạn như tính năng điều khiển và tính ổn định chuyển động Nói cách khác là xác định khả năng duy trì hướng chuyển động nhất định hoặc thay đổi nó, phụ thuộc và phù hợp với sự tác động của người lái lên cơ cấu lái – điều khiển

Lịch sử phát triển khoa học lí thuyết máy kéo và ô tô cũng gắn liền với sự phát triển các phương pháp nghiên cứu động lực học liên hợp máy và sự phát triển các phương tiện nghiên cứu (thiết bị đo, công cụ tính toán, ).

Vấn đề lý thuyết ô tô –mỏy kộo đó được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm và nghiên cứu từ rất sớm Những năm 40 - 50 của thế kỷ XX, do điều kiện trang thiết bị, số liệu thực nghiệm, một số giả thiết đưa ra còn sai lầm nên kết quả nghiên cứu còn nhiều mặt hạn chế, tính thực tế chưa cao

Đến những năm 60, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc nghiên cứu khả năng quay vòng của máy kéo đã được quan tâm sâu sắc hơn, và cũng đã có nhiều công trình đạt kết quả không nhỏ Song, những kết quả đạt được đều dự trên những mô hình nghiên cứu lý thuyết, hoặc cỏc thỡ nghiệm chỉ thực hiện trên mô hình bánh xe, chưa thực hiện trên bánh xe thực trong trạng thái làm việc với liên hợp máy Vì vậy, những kết quả này chưa phản ánh được đầy đủ tính năng quay vòng của máy kéo

Vào những năm 70 – 80, vấn đề động lực học quay vòng được nghiên cứu khá sâu sắc nhất là về mặt lí thuyết Các nhà khoa học đã xây dựng được hệ thống hàng loạt các phương trình vi phân chuyển động vòng của liên hợp máy,

mô tả khá đầy đủ quá trình quay vòng của máy kéo Việc mô tả quỹ đạo chuyển động của máy kéo bằng các mô hình toán lý có ảnh hưởng của các yếu tố tác động Ở giai đoạn này, việc nghiên cứu ngày càng hoàn thiện hơn với sự trợ giúp của các phương tiện kỹ thuật hiện đại Sau đó, các kết quả nghiên cứu tính năng quay vòng đã được ứng dụng làm cơ sở tính toán, thiết kế các hệ thống: lái – điều khiển, quay vòng, di động của máy kéo, nhằm ngày càng hoàn thiện máy kéo

Việt Nam là một nước có truyền thống nông nghiệp từ lâu đời Từ trước

1954, máy kéo đã được đưa vào sản suất, phục vụ đời sống nhân dân Tuy nhiên, cho đến nay tính năng quay vòng chưa thực sự được quan tâm nghiên cứu đầy đủ

Từ thực tế có thể dẫn ra một số kết quả của việc chưa quan tâm nghiên cứu đầy đủ các tính năng chuyển động của máy kéo ở nước ta:

Máy kéo đẩy tay hai bánh (Bông Sen, power tiller…) chế tạo do 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 tọa độ trọng tâm nên lực điều khiển quay vòng rất lớn, gây mất ổn định máy kéo, mất an toàn chuyển động, gây mệt nhọc cho người lái Các liên hợp MTZ + bánh lồng làm việc ở ruộng nước do bề rộng lớn, mô men cản quay vòng rất lớn rất hay xoắn góy bỏn trục, mất khả năng điều khiển cả khi chuyển động thẳng lẫn khi chuyển động vòng, mất ổn định và dễ bị lật đỗ, tăng tải trọng động cho hệ thống truyền lực và chi phí công suất do liên tục phải dùng phanh để quay vũng…

Một số máy móc do tự thiết kế và hoàn toàn không tính toán, hoặc do tái

sử dụng, chắp vá, tận dụng các cơ cấu và bộ phận ở cỏc mỏy khỏc, dẫn đến chuyển động của xe không ổn định, các tính năng quay vòng và điều khiển kém, tuổi thọ mỏy khụng cao…

Nguyên nhân của các hiện tượng trên một mặt là do công tác nghiên cứu, cải tiến chưa được quan tâm đầy đủ, công nghệ chế tạo ở trình độ thấp, mặt khác

do chế độ sử dụng máy kéo không đúng do thiếu hiểu biết

1.2 Đối tượng, mục đích, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn:

- Đối tượng nghiên cứu của luận văn máy kéo CL304

- Mục đích: Xác định một số thông số đặc trưng khối lượng trong nghiên cứu động lực học của máy kéo, áp dụng cho máy kéo CL304

- í nghĩa: Xác định một số thông số đặc trưng khối lượng máy kéo như: Xác định Khối lượng phân bố cầu trươc và khối lượng phân bố cầu sau Xác định tọa

độ trọng tâm theo chiều doc và theo chiều cao để phục vụ cho việc nghiên cứu

tính ổn định chuyển động và tính quay vòng, kộo bám của máy kéo nông nghiệp.

1.3 Phương pháp nghiên cứu.

Trong nghiờn cứu động lực học chuyển động của 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 động lực học hướng chuyển động, trước hết và chủ yếu là nghiên cứu quỹ đạo chuyển động cảu máy kéo Khi xem xét quỹ đạo chuyển động, 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

Trong lĩnh vực động lực học hướng chuyển động của xe, tính chất chuyển động được định nghĩa là tính chất tổng quat của hệ thống “ Người lái – Xe – Môi trường ” (hình 1 -1)

Hình 1-1 Mô hình hệ thống điều khiển mạch kín của ụtụ – máy kéo

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 từ môi trường (tình trạng mặt đường, mặt đồng, máy nông nghiệp, gió, ).

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu và điều kiện sử dụng đến khả năng quay vòng của máy kéo, chúng ta có thể đưa ra những giải pháp hoàn thiện kết cấu, tối ưu trong sử dụng máy để liên hợp máy kéo làm việc đạt năng suất cao nhất, chất lượng tốt nhất, hiệu quả nhất và an toàn cho người lái cũng như cho đối tượng canh tác

Trong đó các thông số đặc trưng khối lượng có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất quay vòng Có rất nhiều phương pháp để xác định các thông số này :

- Các phương pháp tĩnh thường được sử dụng để xác định vị trí trọng tâm

của vật Phương pháp đơn giản nhất là phương pháp treo

- Để xác định được mô men quán tính, có thể dùng phương pháp giải tích, tuy nhiên việc tính toán hết sức phức tạp và độ chính xác lại không cao

Trong số các phương pháp thực nghiệm xác định mô men quán tính của một vật đối với trục cho trước, người ta thường sử dụng hệ dao động xoắn (phương pháp tuyệt đối) Ngoài ra ngưới ta còn thực hiện phép so sánh giữa mô men quán tính tìm được với mô men quán tính đã biết bằng cách xác định chu kì dao động sau khi đã gắn thêm khối lượng phụ đã biết (phương pháp tương đối)

Chúng tôi lựa chọn phương pháp dao động xoắn để xác định mô men quán tính của máy kéo đối với trục đứng qua trọng tâm vì đây là phương pháp phù hợp nhất đối với các vật có khối lượng lớn, có hình dạng bất kì và phân bố khối lượng phức tạp không đối xứng theo trục đứng qua trọng tâm như máy kéo

CHƯƠNG II ẢNH HƯỞNG CỦA TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM ĐẾN TÍNH CHẤT

CỦA MÁY KÉO

2.1 Cơ sở lý thuyết kộo - bỏm của máy kéo bánh

2.1.1 Khái niệm về lực bám và hệ số bám

Như đã được phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến Pk là do kết quả của tác động tương hỗ giữa bánh xe và mặt đường Do đó giá trị lớn nhất của lực kéo tiếp tuyến không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay từ động cơ mà còn phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với đất hoặc mặt đường Khi bánh xe không còn khả năng bám sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn, lúc đó trị số của lực kéo tiếp tuyến cũng đạt đến giá trị cực đại

Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe

được gọi là lực bám Pϕ , nghĩa là:

Pkmax = P

Về bản chất, lực bám được tạo thành bởi 2 thành phần chính : lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường; sức chống cắt của đất được sinh ra do tác động của các mấu bám Khi chuyển động trên đường cứng, lực bám được tạo tành

do lực ma sát, còn khi chuyển động trên nền đất mềm lực bám được tạo thành

do cả lực ma sát và lực chống cắt của đất Do vậy lực bám sẽ phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của bánh xe, tính chất cơ lý của đất và tải trọng pháp tuyến Khi chuyển động trên mặt phẳng ngang ( hình 2.7) tải trọng pháp tuyến Gk là phần trọng lượng máy kéo tác động lên bánh xe bao gồm cả trọng lượng bản thân của bánh xe Tải trọng pháp tuyến Gk sẽ được cân bằng với phản lực pháp tuyến Zk của đất

Thực nghiệm đã khẳng định rằng, lực bám phụ thuộc rất lớn vào tải trọng pháp tuyến và có mối quan hệ tỷ lệ thuận Do đó mối quan hệ này thường hay được sử dụng khi nghiên cứu khả năng bám của bánh xe

Tỷ số giữa lực bám Pϕ và tải trọng pháp tuyến Gk được gọi là hệ số bám

và thường được ký hiệu là ϕ, nghĩa là :

độ chính xác của các số liệu chỉ mang tính tương đối.

Trên cơ sở công thức (2.14) ta có thể viết :

Pϕ = ϕ Gk = ϕ Zk (2.15)

Nh vậy điều kiện cần để máy kéo có thể chuyển động được sẽ là :

PK < P (2.16)Điều kiện trên cũng nói lên rằng khả năng chuyển động của máy kéo sẽ

bị giới hạn bởi khả năng bám của các bánh xe chủ động

Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ động của máy kéo cần phải xem xét cho 2 trường hợp :

Khi đủ bám Pk sẽ tính theo mô men của động cơ, có thể sử dụng công thức (2.11) hoặc (2.12)

Khi không đủ bám Pkmax sẽ tính theo lực bám :

Pkmax = Pϕ (2.17)

2.1.2 Động lực học kộo- bám

2.1.2.2 Tính chất kéo-bám của máy kéo 2 cầu chủ động

Mét trong những bộ phận nâng cao chất lượng kéo của máy kéo bánh là

sử dụng sơ đồ kết cấu 2 cầu chủ động 4 × 4, nghĩa là tất cả các bánh xe đều là chủ động Toàn bộ trọng lượng của máy kéo trở thành trọng lượng bám, nhờ

đó tính chất kéo - bám được nâng cao đáng kể, nhất là khi làm việc trên các đồng ruộng nền yếu và có độ Èm cao

Khi sử dụng sơ đồ dẫn động cứng hầu nh luôn luôn xuất hiện sự không tương ứng động học giữa các bánh xe trước và sau Trường hợp chuyển động thẳng, sự không tương ứng động học biểu thị ở chỗ : vận tốc lý thuyết của các bánh xe trước và sau có thể khác nhau vz1 ≠ vz2 trong khi đó vận tốc thực tế của chúng luôn luôn bằng nhau v1 = v2 vì các trục bánh xe được gắn chặt với khung và buộc chúng phải chuyển động với cùng vận tốc tịnh tiến

Vận tốc lý thuyết của các bánh xe trước và sau có thể được xác định theo các công thức :

2

2 2 1

1

1 3 , 6 ; 3 , 6

i

r v

i

r

v t = ω t = ω

(6.24) trong đó : ω - tốc độ quay của động cơ ;

i1, i2 - tỷ số truyền từ động cơ đến cầu trước và cầu sau;

r1, r2 - bán kính lăn lý thuyết của các bánh trước và các bánh sau.Trong thực tế việc đảm bảo cho vận tốc lý thuyết của các bánh xe luôn luôn bằng nhau là không thực hiện được do nhiều nguyên nhân gây ra sù thay đổi bán kính bánh xe : sai số chế tạo, độ mòn của lốp, áp suất không khí trong lốp và dao đông thẳng đứng trên các bánh xe v.v

Khi máy kéo làm quay vòng sự không tương ứng động học biểu hiện ở chỗ : do chuyển động vòng quãng đường đi được các bánh trước và của các bánh sau là khác nhau, trong khi đó vận tốc tịnh tiến của chúng vẫn luôn luôn bằng nhau do các trục được gắn chặt với khung

Ta hãy xem xét trường hợp máy kéo chuyển động thẳng và vận tốc lý thuyết của các bánh sau lớn hơn so với các bánh trước vt1 < vt2

Sự không tương ứng động học được đánh giá bởi tỷ số vt2 / vt1 và được gọi hệ số không tương ứng động học, ký hiệu là k :

(1 - δ2) = 1 - k(1 - δ2) (6.27) Trên hình 6.9 là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa δ1 và δ2 khi giả thiết

k = const

Khi hệ số không tương ứng động học k = 1, độ trượt các bánh trước và sau sẽ nh nhau δ1 = δ2, nghĩa là mức độ sử dụng khả năng bám của chúng là

nh nhau, chất lượng kéo của máy kéo sẽ tốt nhất

Khi tồn tại sự không tương ứng động học (k > 1) chất lượng kéo bám của máy kéo sẽ bị giảm vì mức độ sử dụng khả năng bám của các bánh chạy chậm thấp hơn khả năng bám của các bánh chạy nhanh Độ không tương ứng động học càng lớn thì chất lượng bám của các bánh xe trước và sau càng mất đồng đều, chất lượng kéo của máy kéo càng giảm

Trường hợp xấu nhất là khi các bánh trước bị trượt lê Ở trường hợp này, thực chất máy kéo chỉ có cầu sau là chủ động, còn cầu trước làm việc ở chế

độ bị động Dấu hiệu cho biết thời điểm cầu trước mất hiệu lực chủ động là δ1

= 0 khi đó độ trượt của các bánh sau sẽ là :

δ2 = 1 − 1k (6.28)

Nh vậy, nếu độ trượt của các bánh sau δ2 < 1 < 1/k thì các bánh trước sẽ

bị trượt lê δ1 < 0 Nói cách khác, điều kiện để cầu chủ động trước góp phần vào nâng cao chất lượng kéo - bám của máy kéo là :

δ2 > 1 − 1k (6.29) Trường hợp các bánh truớc bị trượt lê, không những chúng không góp phần tạo ra khả năng kéo - bám của máy kéo mà còn gây ra sù hao tổn công suất vô Ých Phần công suất này được gọi là công suất ký sinh Để thấy rõ vấn đề này ta hãy phân tích quá trình tạo ra lực kéo tiếp tuyến và sự nảy sinh công suất ký sinh trên máy kéo (hình 6.10)

Do các bánh sau có khả năng chạy nhanh hơn, một phần lực kéo tiếp tuyến

của chúng Pk1 sẽ truyền qua khung máy rồi tác động vào trục các bánh trước đẩy chúng chuyển động với cùng vận tốc nh các bánh sau Khi đó phản lực tiếp tuyến của mặt đất tác dụng lên các bánh trước Pk1 sẽ có chiều chống lại sự chuyển động của máy kéo và tạo mô men quay làm cho các bánh trước quay theo chiều tiến Thông qua hệ thống truyền lực mô men do Pk1 tạo ra sẽ được truyền trở lại cho bánh chủ động sau

Nh vậy, công suất truyền đến các bánh chủ động sau bao gồm 2 dòng: môt dòng từ động cơ truyền đến (đường 1) và một dòng từ cầu trước truyền trở lại (đường 2)

Phần công suất do cầu trước truyền trở lại cầu sau thực chất không phải

là nguồn năng lượng bổ xung mà chính do các bánh chủ động sau tạo ra và truyền cho cầu trước thông qua khung máy Như vậy, sẽ tồn tại một phần công suất lưu thông theo một vòng khép kín : từ các bánh chủ động sau qua

khung máy đến các bánh trước, rồi lại từ các bánh trước qua hệ thống truyền lực trở lại các bánh chủ động sau Phần công suất lưu thông này là vô Ých, thậm chí là có hại, vì vậy nó được gọi là công suất ký sinh Nó sẽ gây thêm tải trọng phụ cho hệ thống truyền lực và làm tăng tổn thất cơ học Do đó cần hết sức tránh sử dụng cầu chủ động trước của máy kéo khi tồn tại công suất

ký sinh

Trên các nền đất cứng hoặc khi chạy trên đường các bánh chủ động có khả năng bám tốt, nếu tải trọng kéo nhỏ các bánh chủ động sau Ýt bị trượt Trong trường hợp này không nên sử dụng thêm cầu chủ động trước vì không những không cần thiết mà còn có hại do xuất hiện công suất ký sinh

Khi làm việc trên đất xốp hoặc trên nền ruộng yếu, độ Èm cao độ trượt của các bánh chủ động thường lớn Nếu sử dụng thêm cầu chủ động trước chất lượng kéo bám của máy kéo sẽ được cải thiện rõ rệt, nhất là khi làm việc với tải trọng kéo lớn

Công suất ký sinh luôn luôn xuất hiện khi máy kéo 2 cầu chủ động có sơ

đồ dẫn cứng thực hiện quay vòng Vì khi quay vòng các bánh trước phải di chuyển với quãng đường lớn hơn và Ýt nhiều cũng vị trượt lê Bán kính quay vòng càng nhỏ công suất ký sinh càng lớn

ở các máy kéo một cầu chủ động cũng có thể xuất hiện công suất ký sinh nếu sử dụng khóa vi sai giữa các bánh chủ động và chuyển động trên đường mấp mô hoặc thực hiện quay vòng

Công suất ký sinh xuất hiện do nhiều nguyên nhân, do đó để tránh được

sự ảnh hưởng xấu của nó đòi hỏi người sử dụng máy phải có kinh nghiệm phán đoán những khả năng xuất hiện công suất ký sinh mới có thể khai thac

có hiệu quả các máy kéo 2 cầu chủ động

Để khắc phục hiện tượng sinh ra công suất ký sinh có thể sử dụng khớp nối một chiều (côn vượt) để thực hiện tự động gài cầu trước (ví dụ nh ở máy kéo MTZ-82, T-40A)

Thông thường ở các máy kéo 2 cầu chủ động côn vựơt sẽ tự động nối truyền động cho cầu trước khi độ trượt các bánh sau δ2 > 3 ÷ 7% Giá trị độ trượt δ2 để côn tự động đóng lại sẽ tùy thuộc vào hệ số không tương ứng động học k2 Do đó ở các điều kiện làm việc khác nhau giá trị δ2 để côn tự động đóng mở cũng sẽ khác nhau Sù thay đổi đó cũng xảy ra khi độ mòn của lốp hoặc áp suất không khí trong lốp bị thay đổi

2.2 Cơ sở lý thuyết quay vòng của máy kéo bánh

2.2.1 Cơ sở lý thuyết

Tính năng điều khiển và ổn định quỹ đạo quay vòng được đặc trưng bởi các thông số động học cơ bản như : Quỹ đạo chuyển động, bán kính quay vòng, tốc độ quay vòng và vị trí tâm quay tức thời

Khi đánh giá hai tính năng quan trọng trên của ô tô máy kéo người ta thường dùng các chỉ tiêu sau:

1) Bán kính quay vòng tối thiểu

2) Trị số giới hạn của vận tốc thay đổi độ cong quỹ đạo

3) Năng lượng chi phí khi ô tô – máy kéo chuyển động theo những quỹ đạo nhất định

4) Lực kộo riờng cần thiết để quay vòng

5) Hệ số sử dụng lực bám của bộ phận di động khi mấy kéo quay vòngTheo cơ sở lý thuyết thì bán kính quay vòng tối thiểu là chỉ tiêu quan trọng, nó đánh giá tính năng quay vòng tĩnh và cơ động của ô tô – máy kéo Như vậy, theo quan điểm này thì bán kính quay vòng càng nhỏ càng tốt Trong thực tế cho thấy rằng, điều này chỉ đúng trong một giới hạn nào đó, bởi khi ô tô – máy kéo chuyển động quay vòng với bán kính càng nhỏ thì độ mất

ổn định lái lại tăng lên, đặc biệt là hiên tượng trượt ngang khi quay vòng gấp

Vì vậy ngoài thông số bán kính quay vòng tối thiểu, khi ô tô – máy kéo quay vòng để xem xét mụt cỏch đầy đủ ta cần quan tâm đến yếu tố thời gian cũng như sự thay đổi vận tốc khi quay vòng ( thời gian mà máy kéo có thể thực hiện quay vòng 180o và sự thay đổi tốc độ chuyển động so với khả năng chuyển động thẳng)

Trị số giới hạn của độ cong quỹ đạo chuyển động và tốc độ thay đổi độ cong quỹ đạo chuyển động cũng là một thông số quan trọng, đặc trưng cho tính quay vòng động của máy kéo Khi máy kéo mất khả năng điều khiển trị

số này thường bị hạn chế Do vậy, máy kéo có khả năng quay vòng càng tốt thỡ cỏc thông số tác động có thể thay đổi trong giới hạn của sự thay đổi độ cong quỹ đạo chuyển động càng lớn

Mức năng lượng chi phí cho người lái để điều khiển máy kéo khi quay vòng phụ thuộc vào kết cấu và sự hợp lý của hệ thông điều khiển Năng lượng chi phí cho việc điều khiển càng nhỏ thể hiện tính điều khiển và tính năng quay vòng của máy kéo càng tốt

Tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến do máy kéo sinh ra với trọng lượng sử dụng của nó gọi là lực kộo riờng Đây là giá trị để đánh giá khả năng kéo của máy kéo khi chuyển động vòng Ở các điều kiện so sánh như nhau, lực kéo riêng cần thiết khi quay vòng càng nhỏ thì chi phí công suất động cơ cho quay vòng càng nhỏ

Hệ số sử dụng của bộ phận di động khi quay vòng là tỉ số giữa hiệu số của lực bám lớn nhất có thể và lực tác động tổng hợp của bánh xe với đất với lực bám có thể phát huy theo khả năng bám Giá trị này càng lớn thì khả năng quay vòng của máy kéo càng cao, giảm thiểu được yếu tố ảnh hưởng khi quay vòng

Từ những chỉ tiêu trên ta thấy rằng tính năng điều khiển và tính năng quay vòng đề là những tính chất sử dụng quan trọng của ô tô – máy kéo Các tính năng trên cần được quan tâm nhiều hơn để cải thiện tố hơn khả năng làm việc, tính kinh tế khi sử dụng

2.2.2 Các phương pháp quay vòng của máy kéo bánh

Để thực hiện quay vòng máy kéo bánh và ụtụ, người ta thường sử dụng một trong các phương pháp sau :

1) Xoay các bánh xe phớa trước_bỏnh xe dẫn hướng lệch tương đối với

khung xe nhằm thay đổi chiều chuyển động của chúng (hình 2.1a)

2 ) Tạo ra sự chênh lệch về trị số mô men chủ động trờn cỏc bỏnh bên trái

và bên phải, cũng chính là tạo ra sự chênh lệch các lực chủ động Pk1 và Pk2 (hình 2.1b) Xe sẽ quay vòng sang phớa cú lực chủ động nhỏ hơn

3) Kết hợp hai phương pháp trên, nghĩa là vừa xoay cỏc bỏnh dẫn hướng

đồng thời tạo ra sự chênh lệch mô men chủ động bằng cách phanh bánh chủ động bờn phớa quay vòng (hình 2.1c)

4 (gập khung): xoay tương đối giữa nửa khung trước và sau (Hỡnh2.1d)

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý quay vòng của máy kéo – ụtụ

Trong các phương pháp quay vòng trờn thỡ phương pháp thứ nhất được

sử dụng phổ biến trên nhiều loại ô tô con, ô tô tải, máy kéo 4 bánh Để nâng cao tính cơ động, ở một số loại ô tô còn sử dụng thờm cỏc bánh sau làm nhiệm

Phương pháp thứ 2 sử dụng phổ biến trờn cỏc máy kéo bánh xích, ngoai ra

nó còn được dựng trờn một số loai máy kéo bánh hơi Loại này được gọi là máy kéo

có quay vòng bỡa Cỏc bỏn trục được lên kết với nhau bằng truyền lực vấu hoặc các

ly hợp ma sát Máy kéo quay vòng theo nguyên tắc giảm một phần hoặc cắt hoàn toàn mô men (trong trường hợp cần thiết còn dùng đến cả phanh) đến bánh nằm phía trong đương vòng Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là đạt được bán kính quay vòng tối thiểu, nâng cao tính cơ động của xe, cho phép tránh phải dựng cỏc bộ truyền moomen quay đến các bánh xe chủ động kiêm bánh xe dẫn hướng theo kiểu khớp cầu vốn rất phức tạp trong chế tạo và sử dụng

PP

PK1

c) b)

Trong thực tế, việc áp dụng phương pháp quay vòng náy đối với các máy kéo bỏnh cũn nhiều hạn chế, do khi quay vòng lốp xe bị phá hủy và hao mòn rất lớn do sự trượt ngang Chi phí công suất khác phục mụ mờn cản quay vòng và phục hồi biến dạng lốp tăng lên đáng kể, làm giảm các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy kéo

Phương pháp thứ ba kết hợp cả hai phương pháp trờn, nú thường sử dụng trờn cỏc máy kéo cầu sau chủ động khi cần quay vòng gấp trên những điều kiện phức tạp

Phương pháp thứ tư (phương pháp gập khung) thường được áp dụng trờn cỏc máy kéo bánh công suất lớn, đòi hỏi có bán kính quay vòng nhỏ, tính cơ động cao Ví dụ máy kéo nhỏ làm vườn hoặc trên các máy kéo công suất lớn K-

700, T-150K Các máy kéo gập khung thường sử dụng hai cầu chủ động có kích thước cỏc bỏnh như nhau Để thực hiện quay vòng các máy kéo này chỉ cần tác động để quay một nhánh này (một nữa phần khung) lệch tương đối 1 góc nào đó

so với nhánh bên kia trong mặt phẳng nằm ngang

Phương pháp quay vòng này có một số ưu điểm là nhờ có các bánh xe dẫn hướng có khả năng di chuyển cao, đạt được bán kính quay vòng tối thiểu, giảm được số khớp nối trong hệ thống truyền lực lái Nhược điểm lớn nhất của nó là

do có khớp bản lề nờn tớnh ổn định ngang kém

2.2.3 Động học quay vòng của máy kéo bánh và ô tô

Các thông số động học cơ bản đặc trưng cho quá trình quay vòng là: quỹ đạo chuyển động, bán kính quay vòng và tốc độ quay vòng Các thông số này

phụ thuộc vào nhiều yếu tố như các thông số cấu tạo, điều kiện mặt đường, tốc độ chuyển động, tải trọng kéo, trình độ nghề nghiệp của người lái,

Để đơn giản ta xét với giả thiết: Máy kéo hoặc ụtụ thực hiện quay vòng với bán kính không đổi, chuyển động đều trên mặt phẳng ngang, các bánh xe không bị trượt lê hoặc trượt quay

Trờn hình 2.2 là sơ đồ động học quay vòng của máy kéo sử dụng hai bánh

dẫn hướng phía trước

Hình 2-2 Sơ đồ động học khi máy kéo quay vòng không bị trượt

Một số khái niệm:

− Tâm quay vòng 0 : là tậm quay tức thời của ô tô máy kéo trong chuyển

động vòng

− Bán kính quay vòng R: là khoảng cách từ tâm quay vòng đến mặt phẳng

đối xứng dọc của ô tô máy kéo

− Bán kính quay vòng nhỏ nhất Rmin: đó là trị số bán kính quay vòng ứng

với góc xoay lớn nhất có thể của cỏc bỏnh dẫn hướng

− Tốc độ quay vòng ω : là tốc độ quay tương đối quanh tâm quay vòng.

2.2.4 Bán kính quay vòng lý thuyết

Trong các thông số trên, bán kính quay vòng R là một thông số quan trọng dùng để đánh giá khả năng quay vòng và tính cơ động của ô tô máy kéo Bán kính quay vòng lý thuyết xác định khi không tính đến biến dạng ngang của lốp,

ký hiệu là R

Trường hợp quay vòng không bị trượt (hình 2.2), tâm quay vòng O chính là

giao điểm của các trục hình học của các bánh xe , còn bán kính quay vòng R chính là khoảng cách từ tâm quay vòng đến điểm giữa của cầu sau

α= + (2-3)Khi xoay hết cỏc bỏnh dẫn hướng về một phía sẽ nhận được amax và bán kính quay vòng nhỏ nhất:

min min

α

tg

L

R = (2-4) Như vậy, bán kính quay vòng tối thiểu phụ thuộc vào chiều dài cơ sở L của ô tô máy kéo và góc xoay lớn nhất của cỏc bỏnh dẫn hướng amax , tức là phụ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái Ở các máy kéo thông dụng amax= 35 −

+

= (2-5)Trong đó α1, α2 là góc quay trung bình các bánh xe dẫn hướng phía trước

và phía sau Nếu các bánh xe trước và sau cùng quay với góc giống nhau α1= α2

= α thì: