nghiên cứu thiết kế chế tạo máy tự hành vạn năng phục vụ sản xuất Nông nghiệp ở Việt Nam

Đặt vấn đề: Máy kéo sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam hiện nay đều sử dụng hộp số cơ khí có cấp trong hệ thống truyền lực để thay đổi mômen, tốc độ quay từđộng cơ đến bộ phận di động.. Hệ

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề:

Máy kéo sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam hiện nay đều sử dụng hộp số

cơ khí có cấp trong hệ thống truyền lực để thay đổi mômen, tốc độ quay từđộng cơ đến bộ phận di động Hệ thống truyền lực này đã trở thành lạc hậu,bộc lộ nhiều hạn chế trước các yêu cầu rất đa dạng, phức tạp của các côngviệc trong sản xuất nông nghiệp

Công nghệ chế tạo máy kéo của Việt nam cho tới nay mới chỉ sản xuấtđược các loại máy kéo công suất vừa và nhỏ (dưới 30KW) Kết cấu của máykéo, đặc biệt là hệ thống truyền lực vẫn dựa trên thiết kế của các mẫu máy từnhững năm 70 của thế kỷ trước, vì vậy có rất nhiều hạn chế như nặng nề, kémlinh hoạt, tính vạn năng không cao, hiệu suất thấp,…vv, đã ảnh hưởng khôngtốt đến năng suất, chất lượng công việc, sức khỏe người điều khiển

Nghiên cứu ứng dụng một hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo, phùhợp với điều kiện sản xuất chế tạo và sử dụng của Việt Nam là rất cần thiết

Vì vậy việc phát triển hệ thống truyền động vô cấp trên máy kéo loại nhỏ làphù hợp

Truyền động vô cấp trên các máy nông nghiệp tự hành và máy kéo đãđược phát triển trên thế giới từ vài thập kỷ gần đây Đối với các máy kéo lớn,

hệ thống truyền động vô cấp ưu tiên sử dụng hộp số phân nhánh công suấtthủy tĩnh Truyền động thủy tĩnh yêu cầu chi phí đầu tư lớn do giá thành củacác 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 kéocông suất nhỏ là không phù hợp

Trên các loại máy kéo nhỏ đã và đang được ưu tiên phát triển ở nước

ta, truyền động đai vô cấp được đánh giá là phù hợp nhất Truyền động đai vôcấp có hiệu suất truyền hợp lý, yêu cầu lực ép nhỏ, hệ thống điều khiển khôngquá phức tạp Do kết cấu đơn giản sẽ dẫn đến chi phí chế tạo thấp, do an toàn

hoạt động cao sẽ dẫn đến chi phí vận hành nhỏ Trong lĩnh vực kỹ thuật máykéo đã có những kết quả nghiên cứu bước đầu về hệ thống truyền động đai vôcấp lắp trên máy kéo nhỏ sản xuất tại Việt nam Hệ thống truyền lực thiết kếcho máy kéo nhỏ là một hệ thống vô cấp phân tầng, kết nối một bộ truyềnđộng đai vô cấp điều khiển được với một hộp số cơ học 2 cấp truyền Nhưvậy máy kéo sẽ thực hiện việc điều khiển vận tốc vô cấp và cài tầng nhanhkhi thực hiện nhiệm vụ vận chuyển và sẽ thực hiện việc canh tác trên đồngvới vận tốc làm việc được điều khiển vô cấp với cài tầng chậm.

Từ các phân tích trên đây, có thể thấy việc nghiên cứu ứng dụng bộtruyền đai vô cấp cho hệ thống truyền lực máy kéo nhỏ là cần thiết

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài:

Tính toán thông số, xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền lựcứng dụng bộ truyền động đai bản rộng vô cấp cho máy kéo công suất vừa vànhỏ, nhằm thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu phuc vụ cho việc nghiên cứu thiết

kế chế tạo máy tự hành vạn năng phục vụ sản xuất Nông nghiệp ở Việt Nam

3 Nhiệm vụ của đề tài:

- Tập hợp các dạng truyền động vô cấp, phân tích ưu nhược điểm của

Chương I NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN.

1.1 Khái quát chung:

Trái ngược với hôp số có cấp, CVT (Continuously VariableTransmission) là một hộp số có thể thay đổi vô cấp (tốc độ) qua một số của tỷ

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

Tính linh hoạt này của CVT cho phép duy trì một tốc độ góc không đổitrong một giải vận tốc đầu ra Như vậy CVT có thể cho phép các động cơluôn hoạt động ở vùng hiệu suất tối ưu nhất

1.2 Lịch sử phát triển của truyền động vô cấp:

Năm 1490 Leonardo da Vinci đưa ra khái niệm truyền vô cấp biến đổiliên tục Sáng chế đầu tiên cho CVT là dựa trên một vành đai ma sát do Dailer

và Benz (năm 1886), Vào năm 1935 cũng sáng chế một CVT hình xuyến dongười Mỹ chế tạo

Năm 1910, Zenith Motorcycles thiết kế xe V2-Motorcycles với mộtCVT truyền động từng bậc Với sự cải tiến này Zenith đã rất thành công trongcuộc đua leo dốc cho ôtô và môtô

Hình 1.1: Hình ảnh hộp số vô cấp Mercedes - Benz

Hình 1.2: CVT kiểu vành đai ma sát Hình 1.3: CVT kiểu hình xuyến

Một dạng CVT là Variomatic, được thiết kế và xây dựng bởi Hub vanDoorne vào cuối năm 1950, những hộp số vô cấp này được áp dụng cho dòng

xe nhỏ dùng cho gia đình với giá cả phải chăng , được gọi là dòng xe DAF

600 (hình 1.4) được sản xuất năm 1958

Nhiều chiếc xe snowmobiles (xe gắn máy đi tuyết) (hình 4) sử dụngCVT vành đai cao su Năm 1974, hãng Rokon cung cấp một xe gắn máy vớimột CVT vành đai cao su

CVTs được sử dụng trong một số ATVs (All-terrain vehicle) là loại xedùng cho tất cả các địa hình (hình 1.6) Các dòng xe AVT đầu tiên được trang

bị hộp số vô cấp được Suzuki dùng cho dòng xe LT80 mini vào năm 1987

Hình 1.6: Dòng xe ATVs (All - terrain vehicle)

Vào đầu năm 1987, Subaru ra mắt dòng xe Justy (hình 1.7) ở Tokyovới một hộp số vô cấp được kiểm soát bằng điện tử (ECVT) Năm 1989, dòng

xe Justy trở thành chiếc xe đầu tiên được sản xuất tại Hoa Kỳ và được cungcấp công nghệ CVT

Bắt đầu từ năm 1990 cho đến bây giờ đã có nhiều hãng xe đã áp dụnghộp số vô cấp (CVT) trên các dòng xe của mình như Nissan, Honda, Ford,

GM, Fiat, Toyota Trong quá trình áp dụng CVT trên các dòng xe của mìnhthì các hãng xe này không ngừng cải tiến CVT để hộp số vô cấp này truyềnđược số mômen xoắn càng ngày càng cao hơn

Năm 1990 thì Nissan áp dụng CVT trên xe Nissan March

Năm 1995 Honda áp dụng CVT trên xe Honda Civic VTi

Năm 2000 Audi giới thiệu dòng xe A4 được trang bị CVT Cùng thờigian đó Fiat cũng đua ra dòng xe Fiat Punto áp dụng CVT kiểu hình nón.Hình 1.7: Dòng xe Justy

của subaru

Năm 2002 GM giới thiệu phiên bản CVT của mình trên xe Saturn Vue

và Sturn lon

Năm 2004 Ford bắt đầu đưa CVT vào sản xuất

1.3 Các dạng truyền động vô cấp dùng trên máy kéo loại nhỏ:

Các hộp số nói chung dùng để thay đổi tỷ số tốc độ giữa động cơ

và cầu chủ động Nói một cách khác nếu không có hộp số, chiếc xe chỉ chạyđược ở một tốc độ duy nhất với một tốc độ cực đại nhất định Ngoài ra khảnăng tăng tốc từ khi xuất phát cùng với khả năng leo dốc của xe cũng bị hạnchế nếu như nó không sử dụng hộp số Vì vậy hộp số sử dụng một hệ thốngbánh răng khác nhau từ thấp đến cao để biến đổi mô men xoắn của động cơphù hợp với nhiều điều kiện vận hành (khởi hành, tăng tốc, leo dốc ) Các số

có thể được cài theo cách thông thường bằng tay hoặc tự động

Để kết nối, truyền và biến đổi chuyển động từ động cơ đến bộ phận diđộng, bên cạnh hộp số có cấp, hiện nay trên thế giới đã và đang sử dụng rấtphổ biến các dạng truyền động vô cấp (CVT) trong hệ thống truyền lực củamáy kéo

Thực tế sử dụng cho thấy CVT có nhiều ưu điểm vượt trội so vớitruyền động có cấp

- Thay đổi trạng thái hoạt động (tốc độ, mômen) liên tục, êm dịu

- Máy kéo luôn làm việc trong dải công suất tối ưu không phụ thuộcvào tốc độ

- Phản ứng linh hoạt theo các điều kiện thay đổi của động cơ hoặc tải trọng.Với các ưu điểm của CVT, cho phép máy kéo có thể thỏa mãn các yêucầu về kinh tế, kỹ thuật và môi trường trong sử dụng máy

Hộp số vô cấp (CVT) ứng dụng trên máy kéo rất đa dạng trong chế tạo

và sử dụng CVT được đánh giá theo các tiêu chí sau:

- Khả năng truyền mô men xoắn

- Phạm vi thay đổi tỷ số truyền

ÐAI XÍCH

TRUYỀN ĐỘNG VÔ CẤP

T Ð THỦY LỰC T Ð ĐIỆN T Ð CƠ HỌC

Hình 1.8: Hình ảnh sơ đồ phân loại truyền động vô cấp

- Hiệu suất truyền động

Hệ thống truyền động vô cấp được chia thành các loại dựa và sơ đồ sau:

1.3.1 Hộp số vô cấp loại cơ:

Truyền động cơ học vô cấp dựa trên nguyên tắc ma sát giữa các chi tiết của

bộ phận dẫn động, sự thay đổi tỷ số truyền được thực hiện liên tục, thông qua sựthay đổi vị trí của các con lăn với đĩa ma sát hoặc của dây đai với bánh đai

1.3.1.1 CVT trên cơ sở biến đổi đường kính của puly đai và dây đai truyền

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

Hinh1.9: Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp kiểu puly đai và dây đai truyền

có hình dạng mặt cắt ngang là chữ V, do nguyên nhân này vành đai gối lênmột nơi cao hơn ở một puly và một chỗ thấp hơn ở một puly khác Hành độngnày có hiệu lực thay đổi đường kính của các puly Khoảng cách giữa các puly

là không đổi, chiều dày của vành đai là không đổi nhưng vẫn thay đổi được tỷ

số truyền vậy coa nghĩa là cả hai puly có thể điều chỉnh được (một lớn hơn vàmột cái khác nhỏ hơn) một cách đồng thời phù hợp với sự duy trì chính xácgià trị lực căng của dây đai

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

- Đai truyền (vàng đai) được làm bằng kim loại hay băng cao sua cócông suất cao

- Một hệ gồm hai puly (một puly đầu vào và một puly đầu ra) đườngkính của hai puly này có thể thay đổi được

- Có các bộ vi xử lý và các cảm biến để theo dõi và điều khiển sự thayđổi đường kính của hai puly trên

Hệ puli với đường kính thay đổi là kiểu truyền động phổ biến củaCVT Mỗi puli được tạo thành từ hai khối hình nón có góc nghiêng 20 độ vàđặt đối diện với nhau Một dây đai chạy trong rãnh giữa hai khối hình nón

này Dây đai hình chữ V có ưu điểm hơn nếu chúng được làm từ cao su vì

có ma sát cao, hạn chế trượt

Hai khối hình nón này có thể thay đổi khoảng cách giữa chúng Khi haikhối hình nón tách ra xa nhau, dây đai ngập sâu vào trong rãnh và bán kính củadây đai quấn quanh puli sẽ giảm đi Khi hai khối hình nón này ở gần nhau thìbán kính của dây đai tăng lên CVT có thể sử dụng áp suất thủy lực hoặc lò xo

để tạo ra lực cần thiết thay đổi khoảng cách giữa hai khối hình nón

Hệ puli và dây đai có đường kính thay đổi này thường đi với nhauthành một cặp Một trong số đó là puli chủ động được nối với trục quay củađộng cơ Puli chủ động cũng được gọi là puli đầu vào bởi vì nó nhận nănglượng trực tiếp từ động cơ đưa vào hộp số Puli thứ hai gọi là puli bị độngnối với puli chủ động hay còn gọi là puli đầu ra và nó truyền momen đếntrục truyền động dẫn đến bánh xe

Khoảng cách giữa trục của puli tới điểm quấn của dây đai được gọi làbán kính quay (picth radius) Tỷ số của bán kính quay trên puli chủ động

và bán kính quay của puli bị động xác lập nên “số” của hộp số

Khi một puli tăng bán kính của nó và cái khác giảm bán kính để giữcho dây đai luôn bám chặt vào giữa hai khối hình nón, chúng sẽ tạo ra vô sốcác tỷ số truyền từ mức thấp nhất cho đến cao nhất Ví dụ khi bán kính quaynhỏ trên puli chủ động và lớn trên puli bị động thì tốc độ quay của puli bịđộng sẽ giảm kết quả là có được “số thấp" Khi bán kính quay của puli chủđộng lớn và của puli bị động nhỏ thì tốc độ của puli bị động tăng lên và kếtquả là được “số cao"

Hình 1.10: Hình ảnh các chế độ làm việc của hộp số vô cấp loại đai bản rộng (VDP)

Do có nhiều ưu điểm CVT đã được ứng dụng không chỉ riêng xehơi mà còn cho nhiều loại máy và thiết bị khác nhau CVT đã được sửdụng nhiều trên các máy gia công kim loại, thiết bị kiểm tra sửa chữa điện,bơm cao áp, nó cũng có mặt trên nhiều loại phương tiện khác nhau baogồm đầu kéo (tractor), xe trượt tuyết (snowmobile) và scooter Trong tất

cả các ứng dụng này, hộp số đều dựa trên loại dây đai cao su chất lượng tốt

và đàn hồi thấp Tuy nhiên nó vẫn bị trượt và kéo dãn ra do đó giảm đi hiệuquả làm việc

Những loại vật liệu mới cũng được giới thiệu để chế tạo ra hộp số vôcấp CVT có độ tin cậy và hiệu quả làm việc cao hơn nữa Một trongnhững cải tiến quan trọng nhất đó là thiết kế và phát triển một dây đai mớinối giữa hai puli Đây là loại dây phức hợp được làm từ một vài lá thépmỏng (khoảng từ 9-12) kết hợp cùng với những phiến thép có độ cứng cao,được tạo hình ôm chặt lấy các lá kim loại Dây đai bằng kim loại không bịtrượt và có độ bền cao hơn, cho phép CVT có thể làm việc với mô-menđộng cơ cao hơn và êm hơn so với dây đai cao su

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

Hộp số vô cấp kiểu này được tạo thành từ các đĩa và con lăn rằngtruyền công suất giữa các đĩa với nhau Những vật tròn hình đĩa có thể được

Hình 1.11: Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp loại con lăn(TCVT)

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

Hình 1.12: Hình ảnh các chế độ làm việc của hộp số vô cấp kiểu con lăn

mô tả bằng gần như 2 nửa hình nón, điểm tới điểm, với các phía được làmlõm xuống thành lòng đĩa như vậy hai nửa có thể điền đầy trung tâm của phầnlõm của một vành xuyến Một đĩa là đầu vào (nối với động cơ), còn một đĩakhác là đầu ra, chúng không hoàn toàn tiếp xúc với nhau Công suất đượctruyền từ bên này tới bên khác bằng các con lăn Khi trục con lăn là vuônggóc với trục của hình nón - phần gần, nó tiếp xúc với hình nón - phần gầntrong vị trí ở cùng đường kính và do đó cho một tỷ số truyền là 1:1

Hoạt động của hộp số vô cấp kiểu hình xuyến:

Hình 1.13: Sơ đồ cấu tạo của hộp số vô cấp kiểu IVT

Những con lăn này quay cùng với trục quay nằm ngang và tiếp xúcvới hai đĩa quay tại các vùng khác nhau Khi con lăn tiếp xúc với đĩa quaychủ động gần tâm thì nó sẽ tiếp xúc với đĩa bị động ở gần viền bên ngoài kếtquả là giảm được tốc độ và tăng momen (số thấp) Khi con lăn tiếp xúc vớiđĩa chủ động ở gần mép thì nó lại tiếp xúc với đĩa bị động tại gần trụcquay kết quả là làm tăng tốc độ và giảm momen (số cao)

1.3.1.3 Infinitely Variable transmission (IVT):

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

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

đó khoảng thay đổi của tỉ số từ 0 đến cực đại Tốc độ đầu ra zero (số thấp-lowgear) với tốc độ đầu vào hữu hạn kéo theo một tỉ số truyền vô hạn nghĩa là cóthể đạt tới khả năng điều khiển tốc độ liên tục với đầu vào hữu hạn bởi hộpgiảm tốc IVT

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

Hình 1.14: Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp kiểu con lăn tỏa tròn

1.3.1.4 Traction - drive CVT

Một kiểu hoàn toàn mới của CVT là Traction drive CVT Traction drive CVT được xem như là loại hiệu quả nhất của CVT tại thời điểm này.Một mô hình thương mại sản xuất như NuVinci sử dụng cả hai thành phầncủa CVT và bộ truyền động hành tinh

-NuVinci CVP thật dễ dàng và hệ thống truyền êm được dùng cho xeđạp Người lá xe có thể điều khiển dừng và di chuyển Nó sử dụng công nghệtiên tiến sẽ đưa thêm người lên xe đạp bằng cách cho phép các nhà sản xuấttạo ra sản phẩm hấp dẫn hơn cho người đi không hài lòng với hệ truyền rẽbánh thông thường

* Ưu điểm của CVT cơ khí:

- Có kết cấu đơn giản

- Dễ chế tạo, dễ dàng thay thế

- Phù hợp với điều khiện ở Việt Nam

- Giá thành hạ

* Nhược điểm của CVT cơ khí

- Yêu cầu chính xác khi lắp ráp

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

Hình 1.15: Sơ đồ cấu tạo của hộp số vô cấp loại thủy tĩnh

1.3.2 Hộp số vô cấp dạng thủy lực:

1.3.2.1 Hydrostatic CVTs (dạng thủy tĩnh CVTs):

Cả hai loại CVT puli-dây đai và Toroidal là những ví dụ về hộp số vôcấp dựa trên cơ sở ma sát trượt làm việc bằng thay đổi bán kính của điểmliên kết giữa hai vật quay Có một loại nữa được gọi là hộp số vô cấp thủytĩnh (hydrostatic CVT) Chúng sử dụng bơm để thay đổi lưu lượng chấtlỏng chảy qua motor thủy tĩnh Loại hộp số này, động cơ làm quay trụcmáy bơm để bơm chất lỏng ở bên nhánh chủ động Ở bên nhánh bị động,dòng chất lỏng chuyển động qua mô tơ thủy tĩnh biến thành chuyển độngquay của trục động cơ

Thông thường, hộp số thủy tĩnh kết hợp cùng với bộ bánh răng hànhtinh và ly hợp để tạo thành hệ thống hybrid được gọi là hộp số cơ khí thủylực Hộp số cơ khí thủy lực chuyển công suất từ động cơ đến các bánh xethông qua ba chế độ khác nhau Tại tốc độ thấp, công suất được truyền bằngthủy lực, ở tốc độ cao nó được truyền bằng cơ khí Ở khoảng giá trị trungbình sử dụng cả hai cơ cấu thủy lực và cơ khí để truyền công suất Hộp số cơkhí thủy lực là ý tưởng phù hợp cho các ứng dụng tải trọng nặng như các máynông nghiệp và xe địa hình

Hình 1.16: Sơ đồ cấu tạo hộp số dùng truyền động thủy lực

1.3.2.2 Hộp số dùng truyền động thủy động (TĐTĐ):

Truyền động thủy động sử dụng chủ yếu động năng của chất lỏng trongtruyền động Một ứng dụng của kiểu truyền động này là biến mô thủy lực.Trong hệ thống truyền lực của các loại xe ôtô tốc độ cao hoặc máy tự hànhcông suất lớn, biến mô thường kết hợp với hộp số hành tinh và được sử dụng

để đóng ngắt truyền động (ly hợp) và thay đổi mômen (biến mô)

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

- Bộ biến mô (Bộ biến đổi mômen)

- Bộ bánh răng hành tinh

- Bộ điều khiển thủy lực

- Bộ truyền động bánh răng cuối cùng

- Các thanh điều khiển

- Dầu hộp số

* Ưu điểm của hộp số CVT thủy lực:

- Kết cấu đơn giản và tạo tính linh động trong lắp ráp

- Dễ điều khiển và dễ tự động hóa

Hình 1.17: Sơ đồ cấu tạo hệ thống Hybrid

* Nhược điểm của hộp số CVT thủy lực:

- Hiệu suất thấp do phải nhờ vào áp lực dầu

- Yêu cầu công nghệ chế tạo hiện đại

- Giá thành cao

1.3.3 Hộp số dùng truyền động điện (TĐĐ):

TĐĐ được ứng dụng phổ biến trên các loại xe lai (Hybrid) hoặc xenâng hàng, kiểu truyền động 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, thểtích riêng lớn, nên TĐĐ hầu như không được ứng dụng trên máy kéo

Bảng 1 đánh giá các loại truyền động

Tiêu chí đánh

giá

Kiểu truyền động Bánh

răng

Xích vô cấp

Thủy động

Thủy tĩnh

Điện từ

Mô men xoắn cực đại

Hình 1.18: Sơ đồ truyền lực máy kéo của Viện máy kéo nông nghiệp TU.Muenchen

bình

1.5 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 đây để lựachọn 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 đến kết cấu và khả năng hoạt động của hệ thống,hiệu suất sử dụng chịu ảnh hưởng nhiều bởi tính vạn năng của máy kéo

- Độ tin cậy: liên quan đến công nghệ chế tạo, cho đến nay công nghiệpchế tạo máy của Việt Nam đã tiếp cận được với một số công nghệ chế tạomáy tiên tiến tên thế giới, có thể sản xuất chế tạo các chi tiết máy chất lượngđảm bảo, đạt được độ tin cậy cần thiết

- Giá thành chế tạo: đây là chỉ tiêu phụ thuộc vào tỷ lệ nội địa hóa sảnxuất chế tạo máy kéo, giá máy sẽ giảm khi tỷ lệ nội địa hóa cao Ngoài ra việcđơn 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 địa hóa, giảm giá thành

Hình trên mô tả một mẫu máy kéo nghiên cứu của Viện máy nôngnghiệp Đại học kỹ thuật Muenchen CHLB Đức, có thể tham khảo để ứngdụng cho máy kéo Việt nam Hệ thống truyền lực của máy bao gồm một bộtruyền đai xích vô cấp nằm giữa ly hợp và hộp số Hộ số cơ khí 2 cấp có tácdụng mở rộng phạm vi thay đổi tỷ số truyền và thực hiện chuyển động lùi.Tốc độ máy kéo thay đổi vô cấp theo bộ truyền đai, việc chuyển số chỉ thựchiện khi thay đổi trạng thái từ làm việc trên đồng sang vận chuyển hoặcngược lại Để tăng cường khả năng và phạm vi hoạt động (tính vạn năng) củamáy kéo, hệ thống truyền lực được thiết kế nhiều điểm trích công suất cơ học

và thủy lực, có thể kết nối dễ dàng với nhiều loại máy công tác và thực hiệnnhiều công việc khác nhau trong sản xuất

Hệ thống truyền lực có kết cấu đơn giản, hoàn toàn cơ học, ít chi tiếtnên có hiệu suất truyền lực cao Để có thể ứng dụng cho máy kéo nhỏ trongnước, cần có một số thay đổi sau:

- Thay thế truyền động xích vô cấp bằng truyền động đai bản rộng vôcấp Vì đai bản rộng có giá thành thấp, lực ép nhỏ, có hệ số ma sát bám lớnhơn và vẫn đảm bảo được hiệu suất cao (theo bảng 2)

- Thay thế hộp số cơ khí 2 cấp thành hộp số bánh răng hành tinh

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

CHƯƠNG II LỰA CHỌN KẾT CẤU, TÍNH TOÁN THÔNG SỐ

HỆ THỒNG TRUYỀN LỰC MÁY KÉO NHỎ

2.1 Kết cấu tổng thể

Máy kéo 4 bánh công suất dưới 30 kW một cầu chủ động được thiết kế chếtạo nhằm mục đích phát triển cơ giới hóa nông nghiệp và phát triển nông thôn

Các bộ phận chính của máy kéo

- Động cơ: Diesel 3 - 4 xilanh

- Ly hợp: Ma sát khô, 1 đĩa, thường xuyên đóng

- Truyền động đai 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 định chất lượng máykéo, máy canh tác dùng trong sản xuất nông nghiệp do Trung tâm giám địnhmáy móc thiết bị Cơ điện nông nghiệp - năm 1997, máy kéo thiết kế có cỡ lựckéo nằm trong khoảng 0.9 đến 1.4 tấn

14,7 đến 18,3

(20÷25 )

22 đến 25,7(30÷35 )

36,7 đến 44,1

(50÷60 )

55,1 đến 58,8

(75÷80)Cấp lực kéo,

2.2 Động cơ:

Động cơ sử dụng cho máy kéo là động cơ diezen, có thể lựa chọn động

cơ của một số hãng chế tạo nước ngoài như KUBOTA, YANMA,

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí các bộ phận của hệ thống truyền lực dùng hộp số vô cấp kiểu đai bản rộng.

1- Động cơ; 2- Bộ truyền đai 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

DONGFENG hoặc VIKYNO công suất 30 kW (2400 v/ph), mô men xoắncực đại 120 Nm (2000 v/ph)

2.3 Hệ thống truyền lực:

Hệ thống truyền lực được lựa chọn bào gồm: ly hợp ma sát, bộ truyềnđai bản rộng vô cấp, hộp số cơ khí 2 cấp hoặc hôp số bánh răng hành tinh đểtăng phạm vi thay đổi tỷ số truyền và có thể thực hiện được chuyển động lùi.Kết cấu hệ thống truyền lực được mô tả như hình dưới đây

2.3.1 Đặc điểm và kết cấu của truyền động đai vô cấp bản rộng:

Truyền động đai vô cấp này sử dụng bộ truyền thủy lực để thay đổi độrộng của hai má trên bánh đai chủ động một cách liên tục Việc này đem lại

Hình 2.2: Nguyên lý thay đổi tỷ số truyền của vô cấp

sự thay đổi về tỷ số truyền một cách liên tục và biên độ tỷ số truyền lớn hơn

Khi khởi hành máy nông nghiệp tự hành từ trạng thái đứng yên, dây đai đượcđặt ở vị trí sát với tâm của bánh đai chủ động; cùng lúc lò xo 6 tạo ra lực éplên hai má của bánh đai bị động khiến chúng nằm sát với nhau qua đó dây đaiđược đặt ở vị trí xa tâm - rìa - của bánh đai bị động Ở vị trí số thấp này (bộtruyền đai làm việc ở tỷ số truyền lớn) máy nông nghiệp tự hành được tăngtốc một cách mạnh mẽ và liên tục

Khi muốn tăng tốc độ chuyển động cho máy nông nghiệp tự hành, thìphải giảm dần tỷ số truyền của bộ truyền đai Khi đó, ta tác động vào tay điềukhiển van phân phối 9 ở vị trí nâng và lúc này dầu từ bơm 11 qua van phânphối vào xylanh thủy lực 8 tạo ra lực ép đủ mạnh lên ổ bi ép 3 để ép nửa bánhđai di động của bánh đai chủ động 2 vào gần nửa bánh đai cố định, khe hở củahai nửa bánh đai chủ động thu hẹp lại, dây đai trong bánh đai chủ động bị ép

ra chỗ có đường kính lớn hơn, đồng thời dây đai ở bánh đai bị động do áp lựclớn thắng được lực ép của lò xo 6 đẩy nửa bánh đai di động của bánh đai bịđộng 4 đi ra xa nửa bánh đai cố định, làm giảm đường kính của bánh đai bịđộng Tỷ số truyền được giảm xuống đều đặn Khi muốn máy nông nghiệp tựhành làm việc ở một tỷ số truyền nào đó ta đưa tay gạt điều khiển van phânphối ở vị trí giữ

Nguyên lý thay đổi tỷ số truyền của bộ truyền đai bản rộng vô cấp : tỷ

số truyền là tỷ số của bán kính quay trên bánh đai chủ động và bán kính quaytrên bánh đai bị động:

Hình 2.3: Cấu tạo bánh đai chủ động.

1- nửa bánh đai di động; 2- ổ bi ép; 3- nửa bánh đai cố định

Các bộ phận chính của bộ phận truyền đai bản rộng vô cấp:

b) Bánh đai bị động:

Hình 2.5: Cấu tạo dây đai cao su

Về mặt cấu tạo và nguyên lý làm việc thì bánh đai bị động tương tựnhư bánh đai chủ động, nhưng nó nhận năng lượng từ bánh đai chủ độngthông qua đai truyền

c) Đai truyền:

Các bộ truyền đai vô cấp sử dụng trên ôtô và máy kéo thường dùng đaitruyền bằng kim loại hay đai cao su công suất cao hoặc bằng dây xích để cóthể truyền được công suất lớn của động cơ

Đai cao su được sử dụng trong bộ truyền đai vô cấp là các loại đaithang chất lượng tốt và đàn hồi thấp

- Mặt làm việc của đai thang là hai mặt bên, tiếp xúc với các rãnh hìnhthang tương ứng của bánh đai Ma sát trên đai thang có thể xem như ma sát

trên rãnh, do đó ma sát giữa đai thang và bánh đai lớn hơn trong đai dẹt, độ

bám của đai thang tốt hơn trên đai dẹt Góc nêm của đai thang ϕ=400 .

- Về mặt cấu tạo, đai thang có hai loại : đai sợi xếp (hình 2-8a) và đai sợibện (hình 2.8b) Các lớp sợi xếp hoặc bện (1) được bố trí ở lớp trung hòa hoặcđối xứng với lớp trung hòa Lớp cao su (2) chịu kéo, lớp cao su (3) chịu nén, bảođảm cho đai làm việc như một khối nguyên và làm tăng độ dẻo cho đai Lớp vỏ(4) bằng vải cao su bọc quanh đai bảo vệ và làm giảm mòn cho đai

2.3.2 Đặc điểm và kết cấu của ly hợp cho máy kéo nhỏ:

1 Phân tích lựa chọn kết cấu của ly hợp:

Ly hợp là một bộ phận trong hệ thống truyền lực của máy nông nghiệp

tự hành vạn năng Ly hợp dùng để truyền mômen quay từ trục thứ cấp bộtruyền đai vô cấp đến trục sơ cấp của hộp số, cho phép cắt nhanh động cơ rakhỏi hệ thống truyền lực và nối động cơ vào hệ thống truyền lực một cách êmdịu Nó còn có tác dụng như một bộ phận an toàn ngăn ngừa cho động cơkhông bị quá tải

Từ hai nhiệm vụ trên ta có các yêu cầu đối với ly hợp:

+ Đảm bảo truyền động hết mômen quay của động cơ trong bất kỳ điềukiện sử dụng nào

+ Đóng êm dịu để tăng từ từ mômen quay lên trục của hệ thống truyềnlực, không gây ra va đập các bánh răng của hộp số Do đó khi máy nôngnghiệp tự hành vạn năng khởi động hoặc tăng tốc không bị giật

+ Mở dứt khoát và nhanh, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lựctrong một thời gian ngắn Bởi vì khi mở không dứt khoát và không nhanh sẽlàm cho khó gài số được êm dịu

+ Mômen quán tính phần bị động của ly hợp phải nhỏ để dễ gài số,giảm va đập giữa các bánh răng khi khởi động và sang số

+ Phải làm được nhiệm vụ của cơ cấu an toàn để tránh cho hệ thốngtruyền lực bị quá tải.

+ Điều khiển nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bàn đạp vừa phải

+ Hệ số ma sát cao và ổn định

+ Thoát nhiệt tốt và bền vững

+ Làm việc tin cậy, hiệu suất cao

+ Kích thước nhỏ gọn, kết cấu, sửa chữa và bảo dưỡng đơn giản

+ Giá thành không cao lắm

Ly hợp được phân thành các loại sau:

- Ly hợp thủy lực: truyền mômen quay nhờ chất lỏng Loại ly hợp thủylực nói chung có kết cấu phức tạp hơn các loại ly hợp khác; áp suất dầu caođòi hỏi kết cấu làm kín phức tạp và đòi hỏi loại dầu làm việc đặc biệt Loại lyhợp thủy tĩnh không có tính chất tự điều chỉnh và tiêu hao công suất lớn (dotiết lưu dòng chất lỏng để thay đổi số vòng quay trục bị động) So với loại lyhợp thủy tĩnh, ly hợp thủy động có nhiều ưu điểm hơn; đặc biệt loại này làmgiảm khá nhiều tải trọng động tác động lên động cơ và hệ thống truyền độngkhi thay đổi đột ngột chế độ làm việc của ôtô máy kéo Ngoài ra, ly hợp thủyđộng làm tăng khả năng chuyển động của ôtô máy kéo (nhất là khi đứng trênđất lầy hoặc trên cát) nhờ sự tăng từ từ tốc độ chuyển động từ số không đếncực đại ở mỗi số truyền không gây ra giật cho nên sự bám với đường đượctốt hơn Tuy nhiên, ly hợp thủy động không đảm bảo mở ly hợp dứt khoát do

có mômen quay còn dư trên trục bị động; trong điều kiện rất thuận lợi ly hợpvẫn bị trượt; không thể phanh ôtô máy kéo khi dừng tại chỗ bằng phươngpháp gài số và kết cấu lại quá phức tạp

- Ly hợp điện từ: loại ly hợp này có ưu điểm là có cấu tạo đơn giản, khảnăng tự động hóa quá trình điều khiển cao, trong sử dụng ít phải chăm sócđiều chỉnh Ly hợp điện từ có nhược điểm đó là do kết cấu của nó tương tựnhư một nam châm điện nên hiệu suất thấp ( vì tổn hao năng lượng cho cuộn

kích thích); mômen do ly hợp ma sát điện từ tạo ra chịu ảnh hưởng nhiều củanguồn điện nên không ổn định; khi chế tạo thì tốn kém kim loại màu nên giáthành cao.

- Ly hợp ma sát: Truyền mômen quay nhờ các bề mặt ma sát tiếp xúcvới nhau Theo hình dạng bề mặt ma sát thì ly hợp ma sát có các loại : ly hợpdạng đĩa, dạng hình nón và dạng hình guốc Loại ly hợp hình nón và hìnhguốc ngày nay không còn dùng trên ôtô máy kéo nữa vì mômen quán tính củacác chi tiết thụ động lớn gây tải trọng va đập lơn lên hệ thống truyền lực khiđóng ly hợp

Trên các xe tự hành loại ly hợp ma sát được sử dụng nhiều nhất do cócác ưu điểm: kết cấu đơn giản, hiệu suất cao, giá thành rẻ và kích thước tươngđối nhỏ gọn Theo số lượng bề mặt ma sát có ly hợp ma sát một đãi, hai đĩa vànhiều đĩa

Hiện này trên máy kéo và máy nông nghiệp tự hành phụ thuộc vào trị sốmômen mà có thể sử dụng ly hợp một đĩa hoặc hai đĩa Máy nông nghiệp tựhành vạn năng được phân tích ở đây là loại máy cỡ trung bình nên ta dùng lyhợp ma sát một đĩa ép bằng lò xo trụ Ly hợp ma sát một đĩa ép bằng lò xo trụ có

ưu điểm: kết cấu đơn giản, thoát nhiệt tốt, mở dứt khoát, hành trình mở nhỏ

Trên máy nông nghiệp tự hành vạn năng, ly hợp ngoài nhiệm vụ truyền vàngắt mômen đến trục sơ cấp của hộp số còn có nhiệnm vụ truyền mômen chotrục thu công suất và dẫn động cho bơm dầu của hệ thống nâng hạ thủy lực của

cơ cấu treo, v.v Mặt khác, mômen truyền qua ly hợp của máy nông nghiệp tựhành vạn năng thường lớn do loại máy cần lực kéo lớn và vận tốc nhỏ

Từ những phân tích trên có thể lựa chọn kết cấu và cơ cấu dẫn động lyhợp của máy kéo trong đề tài như hình 2.6

Nguyên lý hoạt động của ly hợp ma sát khô một đĩa thường xuyên đóng

Trong quá trình làm việc, ly hợp có hai trạng thái: đóng và mở ly hợp.Trên máy nông nghiệp tự hành vạn năng này ta sử dụng ly hợp thường xuyênđóng, nghĩa là khi người lái không tác động vào bàn đạp thì ly hợp luôn luôn

ở trạng thái "trạng thái đóng", đĩa ép 4 luôn ép chặt đĩa ma sát 3 vào mặt làmviệc của bánh đà 2 (hình 2.7 a) Khi đó bánh đà, đĩa bị động, đĩa ép, lò xo,thân ly hợp quay thành một khối Mômen xoắn truyền từ trục khuỷu động cơđến bánh đà và qua các bề mặt ma sát truyền đến moayơ đĩa bị động và tớitrục bị động của ly hợp Lúc này ly hợp thực hiện việc truyền mômen từ động

cơ đến trục của ly hợp rồi vào trục sơ cấp hộp số

“Trạng thái mở” là trạng thái làm việc không thường xuyên Khi

người lái tác động lên cơ cấu điều khiển, qua cơ cấu thanh kéo, tay đòn sẽ tácdụng lực tới ổ bi ép 7, ổ bi ép dịch chuyển dọc trục bị động tác động lên tay

Hình 2.7: Nguyên lý cấu tạo và làm việc của ly hợp ma sát khô một đĩa.

a Trạng thái làm việc; b Trạng thái mở.

1- Trục khuỷu; 2- Bánh đà; 3- Đĩa ma sát; 4- Đĩa ép; 5- Lò xo; 6- Thân ly hợp; 7- Ổ bi ép;

8- trục bị động của ly hợp; 9- Tay đòn trong.

Hình 2.6: Hình ảnh cấu tạo của ly hợp ma sát dùng lực ép lò xo màng

đòn trong 9, cơ cấu điều khiển kéo đĩa ép 4 sang phải, lò xo trụ bị nén lại khi

đó lực ép trên đĩa ép bị triệt tiêu, làm tách bề mặt giữa đĩa ép với đĩa bị động

và bánh đà Lúc này phần chủ động gồm bánh đà, thân ly hợp, và đĩa ép vẫnquay cùng trục khuỷu động cơ xong không truyền mômen xoắn tới đĩa bịđộng và trục bị động nữa

Quá trình đóng và ngắt ly hợp làm lực ép của lò xo thay đổi, xuất hiệntrượt tương đối giữa các bề mặt ma sát Quá trình này thường diễn ra rất ngắnnhưng phát sinh nhiệt khá lớn Sự trượt gây nên mài mòn các bề mặt ma sát,đốt nóng các chi tiết của ly hợp và có thể dẫn đến hư hỏng ly hợp Bởi vậy khingắt ly hợp nên ngắt một cách dứt khoát, còn khi đóng ly hợp nên đóng nó từ

từ nhất là khi khởi hành để giảm tải trọng động cho các chi tiết trong hệ thốngtruyền lực và cho động cơ

2 Phân tích, lựa chọn cơ cấu điều khiển ly hợp:

Dẫn động ly hợp là để ngắt và gài ly hợp khi cần thiết Trên ôtô máykéo hiện nay thường dùng hai loại dẫn động là: dẫn động cơ khí và dẫn độngthủy lực, có thể kết hợp cả khí nén để điều khiển ly hợp nhằm cắt hoàn toànmômen từ động cơ truyền đến hộp số, giúp cho việc gài số dễ dàng, nhanhchóng, không va đập trong quá trình gài số

Với yêu cấu kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt, sử dụng và giá thành chế tạothấp, đề tài lựa chọn cơ cấu dẫn động điều khiển ly hợp loại thủy lực có trợlực chân không

2.3.3 Phân tích, lựa chọn kết cấu hộp số cho máy kéo nhỏ:

1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hộp số:

Nhiệm vụ: Hộp số dùng để thay đổi mômen, số vòng quay của động cơ

cũng như chiều quay từ động cơ đến bánh chủ động của ôtô máy kéo Hộp sốchính là bộ phận được lắp sau ly hợp hoặc bộ biến đổi mômen quay Trên một

số máy kéo và xe chuyên dụng hộp số chính còn cho phép trích một phầncông suất của động cơ để dẫn động các bộ phận làm việc của máy công tác vàtách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian dài.

Yêu cầu: Hộp số dùng trên ôtô máy kéo cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

Có dãy tỷ số truyền hợp lý để nâng cao tính năng động lực và tính năng kinh

tế của ôtô máy kéo; Hiệu suất bộ truyền phải cao, khi làm việc ít gây tiếng ồn,việc sử dụng hộp số phải thuận tiện và nhẹ nhàng, không sinh ra lực va đậptrên các bánh răng; Kết cấu hộp số phải nhỏ gọn, đủ bền, kiểm tra, bảo dưỡng

và điều chỉnh thuận tiện

Phân loại: Có rất nhiều phương pháp phân loại hộp số, sau đây chỉ nêu

một số cách phân loại chính đối với hộp số trên ôtô máy kéo và xe chuyêndụng:

* Theo nguyên lý làm việc, hộp số được chia ra làm các loại chính sau:Hộp số thủy lực và hộp số thủy cơ

* Theo phương pháp điều khiển hộp số người ta chia hộp số thành hailaọi chính là hộp số người ta chia hộp số thành hai loại hộp số sau: Hộp sốđiều khiển bằng tay (MT) và hộp số tự động (AT)

* Theo phương pháp thay đổi tỷ số truyền, hộp số chia ra hai loại làhộp số phân cấp và hộp số vô cấp

Hộp số phân cấp: Ở loại hộp số phân cấp tỷ số truyền được thay đổi

theo từng cặp bánh răng ăn khớp Trong hộp số phân cấp lại chia ra các loạihộp số sau:

Theo sơ đồ động học phân ra hộp số có hai trục (ba trục hoặc bốn trục).Hộp số hành tinh một hàng hay hai hàng (hành tinh phối hợp)

Theo phương pháp ăn khớp các bánh răng có hộp số loại bánh răng diđộng hoặc bánh răng thường xuyên ăn khớp

Theo phương pháp gài số có hộp số gài cơ học, gài nhờ ly hợp ép bằngthủy lực hay gài tự động.

Theo sự phân bố các trục của hộp số ta có hộp số với trục phân bố dọctheo thân máy hoặc phân bố ngang theo thân máy

Để phù hợp với các công việc nông nghiệp khác nhau trên máy kéothường trang bị hộp số phân cấp với số số truyền lớn và phạm vi thay đổi tốc

độ rộng Hiện nay trên máy kéo thường có từ 5 – 22 số truyền, tốc độ chuyểnđộng thay đổi từ 0,1 – 40 km/h Để thuận tiện cho quá trình sử dụng người taquy ước phân số số truyền ra làm ba nhóm: Nhóm số truyền làm việc chính;Nhóm số truyền vận chuyển trên đường tốt và nhóm số truyền chậm Tươngứng với các nhóm số truyền đó vận tốc chuyển động của máy kéo thay đổitrong khoảng: 3 – 15 km/h; 15 – 40 km/h; 0,1 – 3 km/h

Trên ôtô số truyền có từ 3 – 5 số truyền, do điều kiện làm việc của ôtôthuận lợi hơn máy kéo, các số truyền thấp dùng để khởi hành và tăng tốc, các

số truyền cao dùng khi ôtô chuyển động ổn định Khi tỷ số truyền i = 1 gọi là

số truyền thẳng còn khi i < 1 gọi là số truyền tăng tốc (số truyền OD) Ngoài

ra trên ôtô máy kéo và xe chuyên dụng còn có số truyền lùi, thường ở ôtô cómột số truyền lùi còn trên máy kéo và xe chuyên dụng thường có một hoặcnhiều số truyền lùi nhằm thuận tiện khi liên hợp với các máy công tác và điềukiện làm việc riêng

Hộp số vô cấp: Ở các loại máy có hộp số vô cấp, tỷ số truyền mômen

và số vòng quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô máy kéothay đổi tự động phụ thuộc vào tải trọng của động cơ Hộp số vô cấp thườngdùng trên ôtô máy kéo là hộp số thủy lực, hộp số điện từ hay hộp số cơ họcdạng ma sát Trong nhiều trường hợp người ta thường sử dụng phối hợp hộp

số vô cấp kiểu cơ học với bộ biến đổi mômen quay để tạo nên hộp số vô cấpnhằm nâng cao tính năng động lực của ôtô.

Do trong hệ thống truyền lực đã tích hợp bộ truyền động đai vô cấp cóphạm vi thay đổi tỷ số truyền khá rộng (0.34 đến 2.92), nên hộp số lựa chọnkhông cần nhiều cấp Có thể lựa chọn sơ bộ hộp số 2 số tiến, 1 số lùi với tỷ sốtruyền tính toán phù hợp, đảm bảo trong quá trình vận hành ít phải chuyển số

mà vẫn đáp ứng được các yêu cầu công việc

Về kết cấu tổng thể, hộp số lựa chọn của đề tài là loại hộp số 3 trục, 2cấp và đặt ngang theo chiều truyền động Với kết cấu như vậy, việc thiết kếcặp bánh răng truyền lực chính sẽ đơn giản hơn do không phải chế tạo cặpbánh răng nón, thay vào đó là cặp truyền động ánh răng trụ răng thẳng hoặcnghiêng

Ngoài ra còn có thể lực chọn hộp số kiểu bánh răng hành tinh Hộp sốnày có kết cấu phức tạp do có nhiều chi tiết nhưng phạm vi thay đổi tỷ sốtruyền lớn, vận hành và điều khiển dễ dàng

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC

CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC DÙNG HỘP SỐ VÔ CẤP

TRÊN MÁY KÉO NHỎ

3.1 Tính toán các thông số động học của ly hợp trên máy kéo nhỏ.

Việc xác định các thông số cơ bản của ly hợp chính là xác định sốlượng và kích thước bề mặt ma sát nhằm đảm bảo yêu cầu truyền hết mômenquay của động cơ trong mọi điều kiện làm việc

3.1.1 Mômen ma sát yêu cầu của ly hợp:

Để đảm bảo yêu cầu truyền hết mômen quay của động cơ trong mọiđiều kiện làm việc, thì ly hợp phải có khả năng truyền được mômen quay lớn

hơn mômen xoắn lớn nhất Mmax

M lh≥Mmax

Hay M lh=β Mmax (3.1).

Trong đó:

M lh - mômen ma sát cần thiết của ly hợp, [N.m];

Mmax - mômen xoắn lớn nhất từ động cơ truyền qua bộ truyền đai vô

cấp đến ly hợp, ta có:

Mmax=M emax i đ max η đ [N.m] (3.2)

Với:

M emax - mômen quay lớn nhất của động cơ Theo thông số của động

cơ dùng trên máy nông nghiệp vạn năng

i đ max - tỷ số truyền lớn nhất của bộ truyền đai vô cấp.

η đ - hiệu suất bộ truyền đai, ta chọn η đ=0, 96

β - hệ số dự trữ mômen quay của ly hợp.

Hình 3.1: Các kích thước của đĩa ma sát

Hệ số dự trữ mômen quay của ly hợp β phải đủ lớn ( β>1) để đảm

bảo cho ly hợp truyền hết mômen xoắn động cơ trong mọi điều kiện làm việccủa nó ( khi các bề mặt ma sát bị dầu mỡ dính vào, khi các lò xo ép bị giảm

tính đàn hồi, khi các tấm ma sát bị mòn v.v…) Tuy nhiên hệ số β cũng

không được quá lớn, vì như thế ly hợp không làm tốt chức năng bảo vệ antoàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải

Hệ số β thường được xác định bằng thực nghiệm; có tính đến các

yếu tố như đã nêu cũng như có xét đến điều kiện làm việc nặng nhọc của xe

Đối với ly hợp của máy kéo thường lấy β=2÷2,2 ; từ đó ở đây ta lấy hệ số

dự trữ mômen quay đối với máy nông nghiệp tự hành vạn năng này là

Các bán kính trong R1 và bán kính ngoài R2 của bề mặt ma sát lyhợp được xác định trước hết bảo đảm sao cho áp suất làm việc của các bề mặt

ma sát không vượt quá giới hạn cho phép

a Xác định bán kính vòng ngoài của đĩa ma sát R 2 :

Nếu gọi lực ép tổng cộng do cơ cấu ép tạo ra là P [N], đặt tại bán kính

trung bình R tb [m] của đĩa bị động, thì mômen ma sát của ly hợp M lh

[N.m] do cơ cấu ép tạo ra được xác định theo công thức:

M lh=β Mmax=μ P R tb q (3.3).

Trong đó:

μ - hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát (tấm ma sát với đĩa

ép và tấm ma sát với bánh đà) Hệ số ma sát μ phụ thuộc vào nhiều yếu tố:vật liệu và tình trạng của đôi bề mặt ma sát, tốc độ trượt tương đối, nhiệt độ

và áp suất trên bề mặt ma sát Đối với ly hợp ma sát máy kéo, hệ số ma sátgiữa phêrađô với thép và gang là μ=0 ,25÷0,35 Tuy vậy, do ảnh hưởngcủa các yếu tố nhiệt độ, tốc độ trượt v.v… nên ở đây ta chỉ chọn hệ số ma sát

Ở đây: R2 - bán kính vòng ngoài của đĩa ma sát [m];

R1 - bán kính vòng trong của đĩa ma sát [m];

Gọi p [kN/ m2 ] là áp suất pháp tuyến sinh ra ở các đôi bề mặt ma sátdưới tác dụng lực ép P, và với giả thiết áp suất p phân bố đều trên toàn bộ bềmặt ma sát ( p=const ) Giá trị áp suất làm việc của các bề mặt p là mộttrong những thông số quan trọng quyết định đến lượng mòn của các bề mặt

ma sát khi ly hợp trượt trong quá trình đóng ly hợp sau gài số Trong đó vành

ma sát làm bằng vật liệu có hệ số ma sát cao là phêrađô mềm hơn thép Vìvậy trong tính toán thiết kế phải chọn giá trị áp suất làm việc p nhỏ hơn hoặcbằng giá trị cho phép [p] nhằm đảm bảo tuổi thọ cần thiết cho chúng giữa hailần sửa chữa thay thế Áp suất sinh ra trên bề mặt ma sát được xác định theocông thức:

p : áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát, [kN/ m2 ];

S : diện tích bề mặt ma sát của đĩa bị động [ m2 ];

[p] : giá trị áp suất làm việc cho phép trên bề mặt ma sát Với nguyênliệu của bề mặt ma sát là thép với phêrađô thì áp suất cho phép lên bề mặt ma

Ở đây K r có thể chọn theo kinh nghiệm, K r=0,53÷0,75 Giá trị

nhỏ chỉ dùng xe có động cơ tốc độ trung bình và thấp, với động cơ tốc độ cao

nên chọn hệ số tỷ lệ K r về phía giới hạn trên Vì với động cơ cao tốc, nếu

chọn hệ số K r bé (tức R1 và R2 khác nhau lớn) thì chênh lệch tốc độtrượt tiếp tuyến ở mép trong và mép ngoài của tấm vành ma sát sẽ lớn, gây ra

sự mòn không đều từ trong ra ngoài làm cho thời hạn phục vụ của tấm ma sát

sẽ giảm Từ những phân tích đó, đối với động cơ dùng trên máy nông nghiệp

tự hành vạn năng này có tốc độ thấp nên ta chọn K r=

R1

R2=0,6 Thay các thông số đã chọn vào (3.6) ta được:

 

max 3

2 (1 r ).

M R

b Bán kính vòng trong của đĩa ma sát R 1 :

Bán kính vòng trong của đĩa ma sát được xác định từ hệ số tỷ lệ K r , tacó:

c Bán kính trung bình của đĩa ma sát R tb :

Với R1 và R2 thay vào phương trình (3.4) ta được:

Vậy bán kính trung bình của đĩa ma sát của ly hợp là: R tb

d Chiều rộng đĩa ma sát (b) và diện tích đĩa ma sát (S):

Với R1 và R2 ta có:

- Chiều rộng của đĩa ma sát là: b = R2 - R1 (mm)

- Diện tích bề mặt đĩa ma sát là:

3.1.3 Xác định các thông số cơ bản của lò xo ép:

Ly hợp ma sát cơ khí trên máy nông nghiệp tự hành vạn năng này sửdụng loại lò xo xoắn hình trụ bố trí xung quanh, loại này có kết cấu đơn giản,

độ tin cậy cao và cho phép điều chỉnh thuận lợi Các thông số của lò xo épđược tính toán để có độ cứng nhằm đảm bảo lực ép P cần thiết cho ly hợp

a Lực ép cần thiết của một lò xo P lx [N] khi làm việc :

Lực ép yêu cầu của một lò xo P lx khi làm việc được xác định theo côngthức:

P lx=k0 P

z lx (3.7)Trong đó:

P - lực ép cần thiết của ly hợp Theo công thức (3.3) ta có:

.

lh tb

M P

z lx - số lượng lò xo được sử dụng để tạo ra lực ép Đối với máy nông

nghiệp tự hành có z lx=12÷18

Thay số vào ta có được:

0

lx lx

k P P

z



b Độ cứng của một lò xo ép dây xoắn C lx [N/m]:

Độ cứng của một lò xo C lx được xác định theo hai điều kiện: tạo ralực ép cần thiết để hình thành mômen ma sát yêu cầu với hệ số dự trữ β và

điều kiện tối thiểu của hệ số dự trữ ly hợp βmin khi tấm ma sát đã mòn đếngiới hạn phải thay thế

βmin : Hệ số dự trữ tối thiểu của ly hợp khi tấm ma sát bị mòn đến

giới hạn phải thay thế ( βmin≥1 ) Trong tính toán có thể chọn theo kinh

nghiệm : βmin =(0,8÷0 , 85) β

l m : Lượng mòn tổng cộng cho phép của tấm ma sát Chọn phương

pháp gắn tấm ma sát vào đĩa bằng đinh tán, công thức xác định l m như sau:

l m=0,5 δms q

Với δ m là độ dày của tấm ma sát, với ly hợp của máy kéo nông

nghiệp δ m=3,5÷6,0 mm (giá trị lớn khi dùng đinh tán).