động lực học ô tô máy kéo

Tính năng kéo của máy kéo khi thực hiện các công việc trong nông nghiệp đợc đặc trng bởi khả năng thực hiện các công việc kéo ở các điều kiện đất đai khác nhau.Tính năng này phụ thuộc rấ

bộ giáo dục và đàotạo

trờng đại học nông nghiệp 1

Lời nói đầu

Máy kéo và ô tô đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau nh nôngnghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải Trong nông nghiệp máy kéo lànguồn động lực chính thực hiện các khâu cơ giới hoá trên đồng ruộng, vận chuyển sảnphẩm và vật t nông nghiệp hoặc liên hợp với các máy tĩnh tại

Do nhu cầu của sản xuất, ngành chế tạo máy kéo đã sớm phát triển, tr ớc hết là ởcác nớc châu Âu Từ khoảng giữa thế kỷ XVIII ở Anh, Pháp đã sản xuất ra một số loạimáy kéo bánh và đến năm 1879 ở Nga đã sản xuất ra loại máy kéo xích đầu tiên trênthế giới Lúc bấy giờ chủ yếu dùng động cơ hơi nớc Đến năm 1910 ở Nga đã chế tạo ramáy kéo dùng động cơ đốt trong Đó cũng là những chiếc máy kéo đầu tiên trong lịch

sử phát triển máy kéo hiện đại

Từ đó đến nay đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, kết cấu của máy kéo khôngngừng đợc cải tiến và ngày càng đợc hoàn thiện Nhờ đó hiệu quả sử dụng chúng ngàycàng cao và phạm vi sử dụng cũng đợc mở rộng ra

Cùng với sự phát triển của ngành chế tạo ô tô máy kéo, môn “Động lực họcchuyển động ô tô máy kéo” cũng đã đợc hình thành và phát triển Đó là một môn khoahọc chuyên nghiên cứu các vấn đề động học, động lực học của từng cơ cấu hoặc củatoàn máy trong các điều kiện sử dụng khác nhau; nghiên cứu các tính năng sử dụng,xác lập các chỉ tiêu và các thông số đánh giá các tính năng đó nhằm xây dựng cơ sởkhoa học để hoàn thiện kết cấu máy, và xác định các chế độ sử dụng hợp lý nhằm nângcao hiệu quả sử dụng chúng

Môn Động lực hoc chuyển động ô tô máy kéo đợc hình thành trên cơ sở phân tíchcác kết cấu của máy, kết hợp với những kinh nghiệm đúc kết đợc trong quá trình sửdụng chúng Môn khoa học này đợc hình thành muộn hơn ngành chế tạo ô tô máy kéo.Tuy vậy trong thực tế nó đã đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự pháttriển ngành chế tạo ô tô máy kéo Kinh nghiệm của nhiều n ớc cho thấy rằng, đa số cáctrờng hợp thành công trong lĩnh vực thiết kế chế tạo ô tô máy kéo là nhờ vào sự khaithác các môn lý thuyết về ô tô máy kéo Tuy nhiên, sự phát triển của ngành chế tạo máykéo cũng nh sự tích lũy kinh nghiệm sử dụng chúng sẽ là nguồn thúc đẩy và hỗ trợ chomôn khoa học này ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn

Giáo trình này sẽ giới thiệu các kiến thức cơ bản về tính chất động lực học của ôtô máy kéo nhằm mục đích làm tài liệu học tập chính cho sinh viên cơ khí động lựcthuộc chuyên ngành cơ khí hóa sản xuất nông nghiệp đồng thời có thể làm tài liệu thamkhảo cho các kỹ s có quan tâm đến lĩnh vực này

Do trình độ và thời gian có hạn, chắc rằng không tránh khỏi những thiếu sót trongkhi biên soạn, tác giả rất mong nhận đợc sự góp ý của các bạn đồng nghiệp và của độcgiả để bổ sung cho những lần biên soạn sau

Hà Nội, tháng 2 năm 2006

Tác Giả

Chơng 1

Tính năng sử dụng

và điều kiện làm việc của máy kéo và ô tô

1.1 Tính năng sử dụng máy kéo và ô tô

Trong sản xuất nông nghiệp máy kéo đợc sử dụng để thực hiện nhiều công việckhác nhau, trong các điều kiện đất đai khí hậu rất phức tạp và đa dạng Do đó các yêucầu kỹ thuật đặt ra đối với các máy kéo cũng rất đa dạng Để đáp ứng đợc các yêu cầu

đó đòi hỏi máy kéo phải có một số tính năng sử dụng nhất định Các tính năng này giữvai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng máy kéo trong những điều kiệnnhất định

Đối với ô tô, điều kiện chuyển động có thuận lợi hơn và các công việc cũng đỡphức tạp hơn so với máy kéo nhng cũng đòi hỏi có nhiều tính năng sử dụng, đặc biệt làcác loại xe dụng trong quân sự hoặc các loại xe chuyên dùng

ảnh hởng của từng tính năng đến hiệu quả sử dụng chung của ô tô máy kéo làkhác nhau Để đánh giá ảnh hởng đó cần phải đa ra đợc các thông số đo cũng nh cácphơng pháp xác định trị số của chúng Sự lựa chọn đúng đắn các tính năng sử dụng vàcác thông số đo các tính năng đó sẽ có ý nghĩ rất lớn trong việc tìm kiếm các giải pháp

kỹ thuật nhằm nâng cao chất lợng chế tạo và nâng cao hiệu quả sử dụng của máy kéo ởcác điều kiện khác nhau

Các tính năng sử dụng quan trọng của máy kéo và ô tô có thể chia ra thành 3nhóm chính : tính năng kinh tế - kỹ thuật, tính năng kỹ thuật chung và tính năngchuyên dùng (còn gọi là tính năng đặc thù)

Các tính năng kinh tế-kỹ thuật Những tính năng quan trọng nhất trong nhóm này

là tính năng kéo, tính năng động lực học và tính kinh tế của máy kéo và ô tô

Tính năng kéo của máy kéo khi thực hiện các công việc trong nông nghiệp đợc

đặc trng bởi khả năng thực hiện các công việc kéo ở các điều kiện đất đai khác nhau.Tính năng này phụ thuộc rất lớn vào khả năng bám của bộ phận di động với mặt đồng.Khi vận chuyển, tính năng kéo của ô tô và máy kéo đợc đặc trng bởi tốc độ chuyển

động trung bình trên các loại đờng khác nhau

Tính năng động lực học của máy kéo khi thực hiện các công việc trên đồng ruộnghoặc các công việc xây dựng sẽ đợc đặc trng bởi khả năng khắc phục hiện tợng quá tải,khả năng rời chỗ và tăng tốc với tải trọng kéo lớn Khi vận chuyển tính năng động lựchọc của ô tô và máy kéo đợc đặc trng bởi tốc độ chuyển động cực đại, gia tốc và độ dốclớn nhất mà xe có thể vợt đợc

Tính năng kéo và tính năng động lực học ảnh hởng rất lớn đến năng suất của liênhợp máy kéo và ô tô Do vậy việc nghiên cứu và tìm hiểu các tính năng này là mộttrong những nhiệm vụ cơ bản của môn động lực học chuyển động của máy kéo và ô tô.Tính kinh tế của các máy kéo và ô tô đợc đánh giá thông qua giá thành công việc

do chúng thực hiện Tính kinh tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh chi phí nhiên liệu vàcác vật liệu bôi trơn, chi phí cho chăm sóc kỹ thuật và sửa chữa, trả tiền lơng cho côngnhân Trong môn học này chỉ xem xét đến tính tiết kiệm nhiên liệu Tính tiết kiệmnhiện liệu của máy kéo chủ yếu phụ thuộc vào tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ, sựphân bố tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực cũng nh việc sử dụng hợp lý các sốtruyền đó và còn phụ thuộc điều kiện sử dụng cụ thể

Tính năng kỹ thuật chung Nhóm tính năng này chủ yếu liên quan đến độ bền,

tuổi thọ, tính thuận tiện trong điều khiển, chăm sóc kỹ thuật , tính an toàn và sựchuyển động êm dịu của máy kéo và ô tô

Độ bền và tuổi thọ của ô tô máy kéo đợc thể hiện ở khả năng làm việc mà khôngxảy ra hỏng hóc hoặc xẩy ra sự mài mòn các chi tiết quá nhanh buộc phải dừng máy đểsửa chữa Để cải thiện tính năng này cần phải xác định đợc một cách chính xác các lực

và các mô men tác động lên các chi tiết hoặc các cơ cấu của máy Đó là tiền đề cho việctính toán thiết kế hợp lý các cơ cấu và các chi tiết máy và cũng là một trong nhữngnhiệm vụ quan trọng của môn động lực học chuyển động của máy kéo và ô tô.

Tính thuận tiện điều khiển và chăm sóc kỹ thuật của ô tô máy kéo thể hiện ở khảnăng lái nhẹ nhàng thoải mái, dễ chăm sóc kỹ thuật Nó phụ thuộc loại tiểu khí hậutrong cabin, loại cơ cấu treo, tính chuyển động êm dịu, độ ổn định của các bánh lái, độlớn của các lực mà ngời lái cần phải tác động lên vô lăng, các bàn đạp hoặc các cần

điều khiển máy, phụ thuộc vào tần số và mức độ phức tạp của các công việc chăm sóc

kỹ thuật và còn nhiều yếu tố khác nữa

Tính an toàn chuyển động của máy kéo khi làm việc trên đồng ruộng hoặc khithực hiện các công việc xây dựng chủ yếu phụ thuộc vào khả năng chống lật và chốngtrợt Khi vận chuyển tính an toàn chuyển động của ô tô máy kéo phụ thuộc vào hiệu lựccủa phanh, điều kiện quan sát của ngời lái

Tính chuyển động êm dịu của ô tô máy kéo đợc đặc trng bởi tần số và biện độ dao

động của xe và ghế ngồi khi chuyển động trên các địa hình không bằng phẳng Tínhchất này chủ yếu phụ thuộc vào loại cơ cấu treo của xe và ghế ngồi

Các tính năng kỹ thuật chung gây ảnh hởng rất cơ bản đến năng suất và chất ợng công việc của các liên hợp máy kéo và ô tô

l-Các tính năng đặc thù Mỗi loại ô tô máy kéo, ngoài những tính năng chung còn

có những tính năng đặc thù riêng để đáp ứng với yêu cầu sử dụng nh tính năng cơ

động và tính năng lái v.v

Tính năng cơ động của ô tô máy kéo đợc hiểu là khả năng chuyển động của nótrong những điều kiện đờng xá khó khăn và địa hình phức tạp Đối với máy kéo, đángquan tâm là khi chuyển động trên ruộng nền yếu và có độ ẩm cao hoặc trên ruộng n -

ớc Trong trờng hợp này tính cơ động của máy kéo chủ yếu phụ thuộc vào áp lực riêngcủa bộ phận di động tác động lên đất và khả năng bám của các bánh xe chủ động hoặcdải xích với đất Khi làm việc giữa hàng cây tính cơ động của máy kéo phụ thuộc vàokhoảng sáng gầm máy (khoảng cách từ điểm thấp nhất của gầm máy đến mặt đờng) vàkhả năng thayđổi bề rộng cơ sở (khả năng thay đổi khoảng cách giữa các vết bánh xe).Nói chung, tính năng cơ động của ô tô máy kéo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đóchủ yếu là tính năng kéo bám và các kích thớc hình học Ngoài ra những đặc điểm cấutạo của các cụm riêng biệt của máy kéo cũng nh trình độ nghề nghiệp của ngời lái cũng

có ảnh hởng đến tính năng cơ động

Tính năng lái của ô tô máy kéo đợc đặc trng bởi khả năng chuyển động theo quĩ

đạo định trớc nhờ tác động vào cơ cấu lái khi ô tô máy kéo làm việc trên các điều kiện

đờng xá và điều kiện đất đai khác nhau Một trong những chỉ tiêu quan trọng là tính ổn

định chuyển động thẳng vì nó ảnh hởng đến năng suất, chất lợng công việc và tính antoàn chuyển động, đặc biệt là khi làm việc trên đồi dốc và khi vận chuyển trên đừơng.Tính năng lái chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của cơ cấu lái và trình độ ngờilái

Tóm lại, máy kéo và ô tô cần có nhiều tính năng sử dụng và giữa các tính nằng đó

có những mối liên hệ chặt chẽ, phức tạp và phụ thuộc lẫn nhau Mức độ ảnh hởng củatừng tính năng riêng biệt đến hiệu quả sử dụng chung của máy là khác nhau tuỳ thuọccvào kết cấu và điều kiện sử dụng cụ thể Do vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng máy kéo

và ô tô cần phải nghiên cứu ảnh hởng của từng tính năng riêng rẽ và các mối liên hệgiữa chúng, trên cơ sở đó tìm ra các giải pháp thiết kế chế tạo và sử dụng hợp lý Nộidung của các chơng sau sẽ xem xét cụ thể các vấn đề trên

1.2 Các tính chất cơ lý của đất

Các máy kéo chủ yếu làm việc trên đồng ruộng hoặc chuyển động trên các loại đ ờng đất Việc nghiên cứu các quá trình tác động tơng hỗ giữa bộ phận di động của máy(bánh xe hoặc dải xích) và đất là cần thiết và quan trọng Để nắm đ ợc vấn đề này trớchết cần nắm đợc các tính chất cơ lý của đất

-Đất là một môi trờng phức tạp - phân tán rời rạc, không đồng nhất và đợc cấu tạobởi ba pha : pha cứng (các hạt cứng), pha lỏng (nớc) và pha khí (không khí và hơi) Cáctính chất cơ lý của đất sẽ thay đổi tùy thuộc vào tính chất và thành phần của các phachứa trong đất Việc nghiên cứu các tính chất cơ lý của đất đã đ ợc trình bày kỹ trongmôn cơ học đất ở đây chỉ xem xét những tính chất cơ bản có ảnh h ởng lớn đến khảnăng kéo bám của máy kéo

Những tính chất vật lý có ảnh hởng lớn đến tính năng kéo bám của máy kéo làthành phần cấu trúc, độ ẩm và độ chặt

Thành phần cấu trúc của đất (còn gọi là thành phần hạt) đợc đánh giá bởi kích

th-ớc hàm lợng của các hạt cứng (cốt liệu) trong khối đất Theo thành phần cấu trúc cácloại đất đợc chia thành hai nhóm chính : nhóm đất sét và nhóm đất cát Nhóm đất sét đ-

ợc cấu tạo chủ yếu bởi các hạt sét, còn nhóm đất cát chủ yếu là do các hạt cát cấu thànhnên Tuỳ theo hàm lợng của các thành phần các nhóm này còn đợc phân loại ra một sốloại cụ thể

Độ ẩm của đất biểu thị lợng nớc chứa trong khối đất và đợc đánh giá bởi tỷ sốgiữa trọng lợng của phần nớc chứa trong khối đất và trọng lợng toàn phần của khối đất

đó khi ở trạng thái tự nhiên Khi độ ẩm thay đổi thì trạng thái và các tính chất cơ họccủa đất cũng thay đổi theo Ví dụ, tùy thuộc vào độ ẩm trạng thái của đất sét có thể làcứng, dẻo hoặc ở thể lỏng

Độ chặt (còn gọi là độ cứng) là lực cản riêng của đất trên mỗi đơn vị diện tích đầu

đo (máy đo độ chặt) khi ấn đầu đo đó vào trong đất từ trên xuống d ới theo phơng thẳng

đứng

Độ chặt và độ ẩm của đất có ảnh hởng lớn đến các tính chất cơ học của nó Khikhảo nghiệm máy kéo trên đồng ruộng thờng phải xác định hai thông số này ở các độsâu khác nhau tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu

Các tính chất cơ học của đất

Khi quan sát sự tác động tơng hỗ giũa bộ phận di động của máy và đất ngời tathấy thờng xuất hiện các hiện tợng sau đây :

− Sự phá vỡ hoàn toàn cấu trúc của đất ở những vùng có ứng suất lớn hơn khảnăng tiếp nhận ngoại lực của đất

− Xuất hiện lực ma sát giữa bộ phận di động và đất, giữa các phần tử đất (ma sátnội tại) do chúng bị trợt tơng đối với nhau

− Đất bị nén lại và các phần tử đất dịch chuyển theo nhiều hớng khác nhau Do

đó xuất hiện các ứng suất ở trong đất, trớc tiên xuất hiện ở vùng tiếp xúc trực tiếp với

bộ phận di động và sau đó sẽ đợc lan truyền vào bên trong theo nhiều hớng khác nhau

Độ lớn và sự phân bố các ứng suất phụ thuộc vào tính chất tác động của tải trọng, loại

và trạng thái vật lý của đất

Để tiện cho việc nghiên cứu ngời ta phân tích sự biến dạng của đất theo hai ph

-ơng : ph-ơng pháp tuyến (vuông góc với mắt đất) và ph -ơng tiếp tuyến (song song vớimặt đất) Các ứng suất cũng đợc phân tích thành hai thành phần tơng ứng với hai ph-

ơng đó : ứng suất pháp tuyến (ứng suất nén) và ứng suất tiếp tuyến (ứng suất cắt)

Độ sâu của vết bánh xe sẽ phụ thuộc vào ứng suất nén, còn tính chất kéo bám của

bộ phận di động sẽ phụ thuộc vào ứng suất cắt Do đó sức chống nén và chống cắt làhai tính chất cơ học cơ bản có ảnh hởng lớn đến tính năng kéo bám của máy kéo Sức chống nén của đất đợc đặc trng bởi ứng suất pháp tuyến Thực ngiệm chothấy rằng, mối quan hệ định lợng giữa ứng suất pháp tuyến σ và độ biến dạng h của

đất có tính chất phi tuyến Đờng cong biểu diễn mối quan hệ đó có dạng nh hình 1.1

Đồ thị này còn có tên gọi là đặc tính nén của đất hoặc đờng cong nén đất

Đặc tính nén của đất có thể chia thành 3

phần tơng ứng với ba giai đoạn của quá trình nén

đất Trong giai đoạn thứ nhất chỉ xảy ra sự nén

chặt làm cho các phần tử đất xích lại gần nhau,

quan hệ giữa ứng suất và độ biến dạng là tuyến

tính Trong giai đoạn thứ hai sự nén chặt đất vẫn

tiếp tục xảy ra nhng đồng thời xuất hiện cục bộ

hiện tợng cắt đất ở một số vùng bao quanh khối

đất Khi đó ứng suất lớn hơn lực nội ma sát và lực

dính giữa các hạt đất, do đó biến dạng sẽ tăng

nhanh hơn so với sự tăng ứng suất và quan hệ giữa

chúng là phi tuyến Cuối giai đoạn hai ứng suất

trên toàn bộ vùng bao quanh khối đất lớn hơn nội

lực ma sát và lực dính giữa các phần tử đất, quá

trình nén chặt đất kết thúc và bắt đầu xảy ra

hiện tợng trợt hoàn toàn giữa khối đất và vùng đất

bao quanh nó và ứng suất pháp tuyến đạt giá trị

cực đại Trong giai đoạn thứ ba chỉ xảy ra hiện tợng truợt của khối đất, ứng suất khôngtăng nhng biến dạng vẫn tiếp tục tăng ở một số loại đất trong giai đoạn này ứng suấtcòn giảm xuống chút ít

Sự xuất hiện ứng suất pháp tuyến trong đất là do tác động của ngoại lực (lực nén).Khi tăng lực nén sẽ làm tăng ứng suất cho đến khi đạt đến ứng suất cực đại, sau đó dù

có tăng lực nén ứng suất không tăng nữa Do đó ứng suất cực đại σmax sẽ đặc trng chokhả năng chống nén của đất Trị số của σmax phụ thuộc loại đất và các tính chất vật lýcủa nó, đặc biệt là độ ẩm

Sự biến dạng của đất theo phơng pháp tuyến liên quan đến độ sâu của vết bánh xe

và do đó ảnh hởng đến lực cản lăn của máy kéo Vì vậy đờng đặc tính nén đất đợc sửdụng nh một cơ sở khoa học để tính toán thiết kế hệ thống di động của máy kéo Đểtiện sử dụng đặc tính này ngời ta thờng biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất pháptuyến và độ biến dạng bằng các công thức hồi quy thực nghiệm Tùy theo mục đíchnghiên cứu và quan điểm của các tác giả và tùy thuộc cả loại đất, mối quan hệ đó có thể

đợc biểu diễn theo các công thức thực nghiệm khác nhau Một trong các công thức hay

đợc sử dụng có dạng :

σ = k.hn (1.1)trong đó : k là hệ số thực nghiệm;

τ và biến dạng l có dạng nh hình 1.2

Hình dạng của đờng cong cắt đất cũng tơng tự nh đờng cong nén đất Đối với đấtdẻo,sau khi ứng suất cắt đạt đến giá trị cực đại τmax đờng biểu diễn là đờng nằm ngang,chứng tỏ ứng suất không thay đổi Nhng đối với đất cứng, sau khi đạt giá trị cực đạiứng suất cắt giảm xuống chút ít rồi sau đó sẽ giữ nguyên giá trị Điều này đ ợc giảithích rằng, ở đất cứng sức chống cắt đợc tạo thành chủ yếu do lực ma sát giữa cácphần tử đất Khi τ < τmax trong đất xuất hiện ma sát nghỉ nhng khi τ = τmax sẽ bắt đầuxảy ra hiện tợng trợt hoàn toàn và do đó xuất hiện ma sát trợt và ứng suất cắt sẽ giảmxuống

Hình 1.1 Quan hệ giữa ứng suất pháp σ

Ngời ta thờng sử dụng ứng suất cắt cực đại τmax để

đặc trng cho khả năng chống cắt của đất và gọi là sức

chống cắt của đất Giá trị τmax phụ thuộc vào áp suất

pháp tuyến (ứng suất nén), loại và trạng thái vật lý của

đất

Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa sức

chống cắt τ và ứng suất pháp σ gần nh là tuyến tính,

thể hiện nh hình 1.3 Đối với đất khô lực dính là không

đáng kể, đồ thị đi từ gốc tọa độ, còn ở các loại đất tự

nhiên bao giờ cũng tồn tại lực dính giữa các phần tử

đất, trên đồ thị đợc biểu diễn bởi τo

Mối quan hệ giữa ứng suất tiếp tuyến và ứng suất

pháp tuyến có thể đợc biểu diễn theo công thức :

Trong các tính chất vật lý, độ ẩm ảnh hởng rất lớn đến các tính chất cơ học của

đất Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa hệ số à và độ ẩm W có dạng nhhình 1.4

Độ ẩm còn gây ảnh hởng đến cả tốc độ biến dạng của đất khi nó chịu tác động tảitrọng động Vì tốc độ thoát nớc qua các lỗ rỗng trong đất ảnh hởng đến tốc độ lantruyền ứng suất và tốc độ biến dạng mà tốc độ thoát nớc lại phụ thuộc vào tốc độ thay

đổi lực tác động lên đất Lực tác động của bộ phận di động của máy kéo lên đất mangtính chất tải trọng động lực học Do đó độ ẩm sẽ gây ảnh h ởng đến tính năng kéo bám

và độ trợt của máy kéo

Tóm lại, sức chống nén và sức chống cắt của đất là những thông số quan trọng vàthờng đợc sử dụng để tính toán cờng độ chịu tải, tính ổn định của đất ở những côngtrình thủy lợi, xây dựng và là một trong những thông số cơ bản xác định độ lún, số l -ợng, tiết diện và góc nghiêng của các loại mấu bám bánh xe máy kéo làm việc trên đất

có độ ẩm cao

Hình 1.2 Quan hệ giữa ứng suất tiếp τ

để giúp cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô máy kéo nh nghiên cứucác tính năng kéo và tính năng động lực học của máy kéo.

Các đờng đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại : đờng đặc tính tốc độ và ờng đặc tính tải trọng

đ-2.1.1 Đờng đặc tính tốc độ

Đờng đặc tính tốc độ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne, mômen quay Me, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge (lợng chi phínhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc

độ góc ω của trục khuỷu

Các loại động cơ điezen lắp trên máy kéo đều có bộ điều tốc (máy điều chỉnh tốc

độ) để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mô men cản Mc) thay

đổi Đờng đặc tính tốc độ của động cơ điezen phụ thuộc rất lớn vào đặc ítnh của bộ

điều tốc, do đó nó còn gọi là đờng đặc tính tự điều chỉnh

Có hai loại đờng đặc tính tốc độ :

− Đờng đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đờng đặc tính ngoài

− Đờng đặc tính cục bộ

Các đờng đặc tính của động cơ nhận đợc bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bịchuyên dùng (bàn khảo nghiệm động cơ)

Đờng đặc tính ngoài của động cơ nhận đợc khi khảo nghiệm động cơ ở chế độ

cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay th ớc nhiên liệu (ở động cơ điêden) ở vịtrí cực đại hoặc mở hoàn toàn bớm ga (ở động cơ xăng) Nếu tay thớc nhiên liệu hoặcbớm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận đợc đờng đặc tính cục bộ Nh vậy ở các động cơ

lắp bộ điều tốc đa chế (máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có một đ ờng đặc tính ngoài vàvô vàn đờng đặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga

Trên hình 2.1 biểu diễn đờng đặc tính ngoài tự điều chỉnh của động cơ điêzen

Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ nn công suất động cơ đạt giá trị cực đại Nemax

và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu gemin, khi đó động cơ làm việc có hiệu quảnhất và đợc gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế độ làm việc định mức ở chế độ

Hình 2.1

Đ ờng đặc tính tự điều chỉnh của động cơ điê den

này các chỉ tiêu của động cơ cũng có tên gọi tơng ứng : công suất định mức Nn = Nemax,mô men quay định mức Mn và số vòng quay định mức nn

Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức nn đến số vòng quay chạykhông nck phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc Phần đồ thị tơng ứngkhoảng tốc độ nn - nck đợc gọi là nhánh tự điều chỉnh (các đờng đồ thị có dạng đờngthẳng), còn tơng ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn nn là nhánh không có điều tốc hoặcnhánh quá tải (các đồ thị có dạng đờng cong) ở nhánh quá tải công suất của động cơgiảm còn chi phí nhiên liệu riêng tăng, tức là động cơ làm việc kém hiệu quả Ngoài ra,các chi tiết của động cơ sẽ chịu tải trọng lớn hơn đồng thời sự bôi trơn các chi tiết cũngkém đi do tốc độ quay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn các chi tiết vàcòn một số nhợc điểm khác nữa Do vậy không nên sử dụng động cơ ở nhánh quá tảitrong thời gian dài, chỉ đợc phép sử dụng để khắc phục các hiện tợng quá tải tức thời

ở nhánh quá tải, mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhng chậm và sau khi đạt giá trịcực đại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên thì mô men động cơ Me và tốc độ quay n sẽgiảm dần rồi ngừng quay vì lúc đó quá trình tự đốt cháy nhiên liệu không thực hiện đ -

ợc Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động đợc với tải trọng Mc < Mmax tơng ứng với tốc

độ quay n > nM

Đối với động cơ xăng, đờng đặc tính cũng có có dạng tơng tự nh động cơ điê den,tuy nhiên nó cũng có những đặc điểm khác nhau nhất định Trên hình 2.2 là đờng đặctính tốc độ ngoài của động cơ xăng khi không có bộ phận hạn chế số vòng quay (a) vàkhi có bộ phận hạn chế số vòng quay (b)

k MMmax

n

M= (2.1)

trong đó : Mmax - mô men quay cực đại của động cơ;

Mn - mô men quay định mức của động cơ

Động cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiện tợng quátải càng tốt ở các động cơ điêzen thông thờng kM = 1.1 ữ 1,25, còn ở động cơ xăng kM

γ = M M c

n (2.2)trong đó : Mc - mô men cản đặt lên trục khuỷu;

Mn - mô men quay định mức của động cơ

Khi tính toán các chỉ tiêu kéo của máy kéo có thể chọn γ = 0,8 ữ 0,9

Đờng đặc tính tốc độ ngoài đợc sử dụng nh một tài liệu kỹ thuật để đánh giá tínhnăng kinh tế - kỹ thuật của động cơ Trong lý thuyết máy kéo thờng đợc sử dụng đểtính toán tính năng kéo và tính năng động lực học hoặc sử dụng để tính toán các chỉtiêu sử dụng các liên hợp máy kéo (máy kéo liên hợp máy công tác)

Việc xây dựng chính xác đờng đặc tính của động cơ chỉ có thể tiến hành bằngthực nghiệm Tuy nhiên, nếu chấp nhận độ chính xác tơng đối cũng có thể sử dụng ph-

ơng pháp giải tích kết hợp sử dụng một số công thức hoặc hệ số thực nghiệm Mộttrong những công thức hay đợc sử dụng là công thức S.R Lay Đecman, có dạng nhsau :

trong đó : Ne, n - công suất hiệu dụng và tốc độ quay của động cơ ứng với

một điểm bất kỳ trên đờng đặc tính ngoài;

Nn, nn - công suất định mức (công suất cực đại) và số vòng quay

n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph;

Me - mô men quay của động cơ, Nm

Nh vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.3) và (2.4) ta có thể xây dựng đợc một cáchgần đúng các đờng cong Ne = f(n) và Me = f(n)

2.1.2 Đờng đặc tính tải trọng

Đờng đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất hiệu dụng

Ne, số vòng quay của trục khuỷu n và chi phí nhiên liệu giờ GT với mô men quay của

động cơ Me Đờng đặc tính tải trọng có dạng nh hình 2.3

Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng các mốiquan hệ đó hoàn toàn giống nh đã phân tích trên đờng đặc tính tốc độ Nhng đờng đặctính tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn đề nghiên cứu, nhất là khi nghiên cứu

các tính năng kéo của máy kéo Vì rằng, nhánh điều chỉnh trong đờng đặc tính tải trọng(tơng ứng với khoảng thay đổi mô men từ 0 đến Mn) có thể bố trí đợc rộng hơn so vớinhánh điều chỉnh ở đờng đặc tính tốc độ (trong khoảng nn - nck) Nhờ đó khi xác địnhgiá trị của các thông số trên đồ thị sẽ chính xác hơn Tuy nhiên, để đánh giá tính năngkinh tế - kỹ thuật của động cơ thì đờng đặc tính tốc độ thể hiện đầy đủ hơn, dễ so sánhgiữa các động cơ với nhau thông qua chi phí nhiên liệu riêng ge.

2.2 Mô men chủ động

Khi ô tô máy kéo làm việc công suất và mô men quay của động cơ đ ợc truyềnqua hệ thống truyền lực rồi đến các bánh xe chủ động để tạo ra sự chuyển động tịnhtiến của ôtô máy kéo

Trên hình 2.4 trình bày sơ đồ đơn giản của hệ thống truyền lực máy kéo bánh baogồm ly hợp chính 2, hộp số 3, truyền lực trung ơng 4 và truyền lực cuối cùng 5

emax

M

n

Hình 2.3 Đ ờng đặc tính tải trọng của động cơ

Hình 2.4 Sơ đồ động học hệ thống truyền lực của máy kéo bánh

1 − động cơ ; 2 − ly hợp chính; 3 − hộp số; 4 − truyền lực chính; 5 − truyền lực cuối

MKn

K

Mô men quay do động cơ truyền đến các bánh chủ động đợc gọi là mô men chủ

động và thờng đợc ký hiệu là Mk

Giá trị của mô men quay Mk phụ thuộc vào mô men quay của động cơ Me, tỷ sốtruyền i và hiệu suất ηm của hệ thống truyền lực Ngoài ra còn phụ thuộc vào chế độchuyển động của máy kéo

Khi máy kéo chuyển động ổn định:

M k = Mei ηm (2.5)

trong đó : Me - mô men quay của động cơ;

i, ηm - tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực :

i = ih.iT.ic

ih - tỷ số truyền của hộp số;

iT - tỷ số truyền của truyền lực trung ơng;

ic - tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng;

Khi máy kéo chuyển động không ổn định :

- mô men quán tính của các chi tiết chuyển động không

đều trongđộng cơ qui đổi đến trục khuỷu và gia tốc góc của động cơ;

- mô men quán tính và gia tốc của bánh xe chủ động

Trong công thức (2.6), dấu cộng (+) đợc sử dụng cho trờng hợp chuyển độngchậm dần và dấu trừ (-) là khi chuyển động nhanh dần

Mối liên hệ giữa gia tốc của máy kéo và gia tốc góc của bánh xe chủ động có thể

đợc biểu diễn qua biểu thức :

a d

dt r

d dt

r i

a

r i d

dt

a

r i d

dt

a r

k x k x

k k

ωωω

trong đó : Mk - mô men chủ động của máy kéo khi chuyển động ổn định;

Mak- tổng mô men của các lực quán tính tiếp tuyến các khối lợng chuyển

động quay không đều qui dẫn đến bánh xe chủ động :

Nh vậy, khi chuyển động không ổn định mô men chủ động của máy kéo M’k

không chỉ phụ thuộc vào mô men quay của động cơ Me, tỷ số truyền chung i, hiệu suấtchung của hệ thống truyền lực ηm mà còn phụ thuộc vào mô men quán tính của cáckhối lợng chuyển động quay không đều và bán kính của bánh xe chủ động

Khi máy kéo chuyển động nhanh dần, thành phần mô men quay Mk đóng vai trò

là mô men cản và mô men chủ động của máy kéo nhỏ hơn so với tr ờng hợp chuyển

động đều (M’k < Mk) Ngợc lại, khi chuyển động chậm dần Mak sẽ bổ xung thêm chomô men chủ động: M’k > Mk

2.3 Hao tổn công suất trong hệ thống truyền lực

Trong quá trình truyền năng lợng từ động cơ đến các bánh chủ động của máy kéo

có một phần bị tiêu hao để khắc phục các lực cản trong hệ thống truyền lực, sự tiêu hao

đó có thể chía thành 2 nhóm :

Nhóm thứ nhất bao gồm sự tiêu hao năng lợng do khuấy dầu và do ma sát giữacác phớt chắn dầu và các trục trong hệ thống truyền lực Nhóm này không phụ thuộcvào tải trọng ngoài mà chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ quay của các chi tiết, độ nhớt củadầu và do đó gọi tất nhóm này là hao tổn thủy lực Tốc độ càng lớn thì hao tổn thủy lựccàng lớn Do không phụ thuộc vào tải trọng nên có thể xác định hao tổn thủy lực ở chế

độ không tải

Nhóm thứ hai bao gồm các hao tổn do ma sát trong các gối đỡ và trên các bánhrăng đang ăn khớp Nhóm này phụ thuộc vào tải trọng, nghĩa là phụ thuộc vào mô menquay đợc truyền

Nh vậy mô men ma sát trong hệ thống truyền lực có thể đợc xác định theo côngthức :

Mm = Mo + MT

trong đó : Mo − mô men ma sát khi chạy không (nhóm 1)

MT − mô men ma sát do tải trọng gây ra (nhóm 2)

Mô men ma sát nhóm 1 không phụ thuộc vào tải trọng, còn mô men ma sát nhóm

2 sẽ tăng tỷ lệ thuận với sự tăng tải trọng, tức là phụ thuộc vào mô men cản Mô mencản trong hệ thống truyền lực sẽ đợc truyền đến trục khuỷu và cân bằng với mô men

động cơ Mô men ma sát nhóm 2 sẽ tỷ lệ thuận với mô men của động cơ

Trên hình 2.5 biểu diễn sự phụ thuộc mô men ma sát vào mô men quay của độngcơ, Mm = f(Me).

Hiệu suất làm việc của hệ thống truyền lực đợc xác định bởi công thức:

ηm=ηmoηmT (2.9)

trong đó : ηmo− hiệu suất của hệ thống truyền lực khi chạy không;

ηmT− hiệu suất của hệ thống truyền lực khi có tải

Từ phân tích trên có thể xác định thành phần hiệu suất ηmo theo công thức :

o

M

k M M

k

trong đó : ko= Mo/ Mn -hệ số ma sát trong hệ thống truyền lực khi chạy không,

ko = 0,03 ữ 0,05 ;

γ = Me/Mn - hệ số sử dụng tải trọng của động cơ;

Mo, Me - mô men quay của động cơ lúc không tải và lúc có tải

ω - tốc độ quay của trục khuỷu

Qua đó cho thấy hiệu suất ηmo phụ thuộc vào mô men đợc truyền hoặc hệ số sửdụng tải trọng

Mô men ma sát MT thay đổi tỷ lệ thuận với mô men quay của động cơ Me, do đóthành phần hiệu suất ηmT là đại lợng không đổi Nguyên nhân chính sinh ra mô men

ma sát M T là do ma sát giữa các bánh răng khi ăn khớp, còn ma sát trong các ổ trục làkhông đáng kể và có thể bỏ qua Khi đó hiệu suất ma sát ηmT có thể đợc xác định theocông thức sau :

ηmT = η1n1.η2n2.η3n3

trong đó : η1, η2, η3 - hiệu suất cơ học của một cặp bánh răng trụ, một ặp bánh răng côn

và của một khớp truyền các đăng;

n1, n2, n3 − số cặp bánh bánh răng trụ, bánh răng côn và số khớp các đăng đang tham gia truyền mô men

Đối với máy kéo : η1 = 0,985 ữ 0,990 ; η2 = 0,975 ữ 0,980 ; η3 = 0,990

Sau khi thay thế các giá trị của ηmo và ηmT vào công thức (2.9) ta sẽ nhận đợc :

Sự phụ thuộc hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực và hệ số sử dụng tải trọng

ηm = f(γ) của động cơ đợc thể hiện trên hình 2.6

Qua đồ thị ta thấy hiệu suất cơ học ηm thay đổi trong phạm vi rộng tùy thuộc vàomức độ tải của hệ thống truyền lực và của động cơ (thể hiện qua hệ số tải trọng γ).Hiệu suất ηm = 0 khi γ = ko, tức là khi chạy không tải Lúc đò mô men quay của độngcơ chỉ để khắc phục hao tổn thủy lực trong hệ thống truyền lực Me = Mo Khi tăng tảitrọng hiệu suất cơ học cũng tăng lên và khi γ > 0,5 hiệu suất ηm tăng rất chậm có thểxem là hằng số

Đối với máy kéo, động cơ thờng làm việc với tải trọng lớn do đó khi nghiên cứucác tính năng kéo và tính năng động lực học cho phép bỏ qua ảnh h ởng của tải trọng

đến hiệu suất cơ học và có thể chọn ηm = 0,88 ữ 0,93 cho các loại máy kéo một cầu chủ

động Đối với máy kéo 2 cầu chủ động hiệu suất cơ học ηm sẽ thấp hơn so với loại mộtcầu chủ động Nếu trong hệ thống truyền lực sử dụng các cơ cấu hành tinh thì hiệu suấtcơ học còn thấp hơn chút ít

2.4 Khái niệm về lực kéo tiếp tuyến, lực bám và hệ số bámcủa bánh xe chủ động

2.4.1 Khái niệm về lực kéo tiếp tuyến (lực chủ động)

Quá trình tác động tơng hỗ giữa bánh xe với mặt đờng hoặc đất xảy ra rất phứctạp, song về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động có thể biểu diễn nh hình 2.7.Dới tác dụng của mô men chủ động Mk bánh xe tác động lên mặt đờng một lựctiếp tuyến P (không vẽ trên hình), ngợc lại mặt đờng tác dụng lên bánh xe một phản lựctiếp tuyến Pk cùng chiều chuyển động với máy kéo và có giá trị bằng lực P (Pk = P).Phản lực Pk có tác dụng làm cho máy chuyển động

Do vậy phản lực tiếp tuyến P k đợc gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn đợc gọi là

k k

e m k

(2.11)trong đó : M k - mô men chủ động;

Me - mô men quay của động cơ;

i, ηm -tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực;

max maxη

(2.12)

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động

Khi máy kéo chuyển động không ổn định mô men chủ động còn phụ thuộc vàogia tốc và mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệthống truyền lực và trong động cơ Lực kéo tiếp tuyến có thể đ ợc xác định theo côngthức :

P M

M r

k k

k k

ak k

' = ' = ± (2.13)trong đó: M’ k - mô men chủ động khi chuyển động không ổn định;

Mak - mô men các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ;

Pk, P’k - lực kéo tiếp tuyến khi chuyển động ổn đìnhva khi chuyển

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

lực bám Pϕ , nghĩa là:

Pkmax = Pϕ

Về bản chất, lực bám đợc tạo thành bởi 2 thành phần chính : lực ma sát giữa bánh

xe và mặt đờng; sức chống cắt của đất đợc sinh ra do tác động của các mấu bám Khichuyển động trên đờng cứng, lực bám đợc tạo tành do lực ma sát, còn khi chuyển độngtrên nền đất mềm lực bám đợc tạo thành do cả lực ma sát và lực chống cắt của đất Dovậy lực bám sẽ phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của bánh xe, tính chất cơ lý của đất vàtải trọng pháp tuyến Khi chuyển động trên mặt phẳng ngang ( hình 2.7) tải trọng pháptuyến Gk là phần trọng lợng máy kéo tác động lên bánh xe bao gồm cả trọng lợng bảnthân của bánh xe Tải trọng pháp tuyến Gk sẽ đợc 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 pháptuyến và có mối quan hệ tỷ lệ thuận Do đó mối quan hệ này thờng hay đợc sử dụng khinghiên cứu khả năng bám của bánh xe

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

đợc ký hiệu là ϕ, nghĩa là :

ϕ = P

G k

ϕ (2.14)

Hệ số bám là một thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất bám của máykéo Nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống di động và trạng thái mặt đ ờng Do tínhchất phức tạp và đa dạng của điều kiện sử dụng máy kéo cũng nh sự phức tạp của cácmối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố ảnh hởng cho nên giá trị của hệ số bám chỉ

đợc xác định bằng thực nghiệm và độ chính xác của các số liệu chỉ mang tính tơng đối.Trên cơ sở công thức (2.14) ta có thể viết :

Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ động của máy kéo cần phảixem xét cho 2 trờng 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)

2.5 Các lực cản chuyển động của máy kéo

Các lực cản chuyển động của máy kéo đợc sinh ra do nhiều nguyên nhân khácnhau Thành phần và tính chất của các lực cản phụ thuộc vào tính chất công việc, địahình và chế độ chuyển động Trờng hợp tổng quát là khi máy kéo chuyển động lên dốcvới tốc độ nhanh dần (hình 2.8)

Trong trờng hợp này các thành phần lực cản của máy kéo bao gồm : lực cản lăn

Pf, lực quán tính Pj , lực cản không khí Pw, lực cản kéo Pm, lực cản dốc Gsinα

1) Lực cản lăn

Lực cản lăn của các bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lợng bên trong lốpkhi nó bị biến dạng, do xuất hiện các lực ma sát giữa bánh xe và mặt đ ờng, trong các ổtrục bánh xe hoặc ma sát trong bộ phận di động xích, lực cản không khí chống lại sựquay của bánh xe và sự tiêu hao năng lợng cho việc tạo thành vết bánh xe

Do phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố nên việc xác định mức độ tiêu hao nănglợng của từng thành phần riêng là rất khó khăn Bởi vậy ngời ta qui tất cả các thànhphần tiêu hao năng lợng cho quá trình lăn của bánh xe thành một lực cản và gọi là lựccản lăn

Nh vậy, có rất nhiều yếu tố ảnh hởng đến lực cản lăn của máy kéo Thực nghiệm

đã chứng tỏ rằng, phản lực pháp tuyến của mặt đờng là yếu tố ảnh hởng lớn nhất Do

đó có thể xác định lực cản lăn theo phản lực pháp tuyến Z hoặc theo trọng lơng củamáy G, sự ảnh hởng của các yếu tố còn lại đợc qui thành một hệ số f và có thể viết :

α - góc dốc mặt đờng.

Tuy nhiên lực Pα chỉ gây cản chuyển động khi máy kéo lên dốc, còn khi xuốngdốc nó sẽ có tác dụng đẩy máy kéo chuyển động Song để tiện cho việc nghiên cứu,trong lý thuyết máy kéo qui ớc chung cho cả hai trờng hợp cùng sử dụng một thuật ngữ

3) Lực cản không khí P w

Khi máy kéo chuyển động sẽ làm di chuyển bộ phận không khí bao quanh máy,làm xuất hiện các dòng khí xoáy phía sau và hình thành một lực cản gọi là lực cảnkhông khí

Lực cản không khí chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, hình dáng bề mặtchắn gió phía trớc Giá trị của lực cản không khí có thể đợc xác định theo công thứcthực nghiệm :

Pw = kw F v2 (2.21)

trong đó : kw - hệ số cản không khí ;

F - diện tíchcản chính diện (diện tích hình chiếu của máy kéo

trên mặt phẳng vuông góc với phơng chuyển động);

v - tốc độ chuyển động tơng đối giữa máy kéo và không khí

Đối với máy kéo thờng chuyển động với tốc độ thấp nên có thể bỏ qua lực cảnkhông khí vì nó rất nhỏ so với các thành phần lực cản khác

4) Lực cản quán tính P j

Khi máy kéo chuyển động có gia tốc sẽ xuất hiện lực quán tính có phơng songsong với phơng chuyển động và điểm đặt tại trọng tâm của máy kéo Nếu chuyển độngchậm dần, lực quán tính Pj sẽ cùng chiều với chiều chuyển động và có tác dụng hỗ trợcho sự chuyển động của máy kéo Ngợc lại, khi chuyển động nhanh dần, lực quán tính

sẽ chống lại sự chuyển động và gọi là lực cản quán tính

Giá trị của lực quán tính có thể xem nh tạo thành bởi hai thành phần :

Pj = Pj’ + Pj’’ (2.22)

trong đó : Pj’ - lực cản quán tính tịnh tiến;

Pj’’ - lực cản quán tính do sự ảnh hởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trên máy kéo gây ra

Lực quán tính tịnh tiến Pj’ có thể đợc xác định theo công thức :

P'' = M r ak M r

k

an n

Jn, rm - mô men quán tính và bán kính của bánh xe dẫn hớng

Thay các giá trị Mak và Man vào (2.24), sau đó thay các giá trị của Pj’ và Pj’’ vào(2.22) ta sẽ nhận đợc lực cản quán tính chung của máy kéo

P G

g a

g G

r

J r

j

k

n n

g G

r

J r

Pj = δa

G

g (2.27)

Trong đó δa đợc gọi là hệ số qui đổi khối lợng tính đến sự ảnh hởng của các chi

tiết chuyển động quay không đều của máy kéo

5) Lực cản kéo ở móc P m

Lực cản kéo ở móc Pm là thành phần lực cản do máy công tác hoặc rơ mooc gây

ra Phơng và độ lớn của lực cản kéo Pm phụ thuộc vào loại máy công tác, tính chất côngviệc và cách liên kết với máy kéo Do đó không có công thức chung để tính toán thànhphần lực cản móc

2.6 Cân bằng lực kéo và phơng trình vi phân chuyển động của máy kéo

Từ sơ đồ lực tác động lên máy kéo (hình 2.8) và xét sự cân bằng lực theo ph ơngchuyển động ta nhận đợc :

Pk = Pf ± Pα± Pj + Pm ± Pw (2.28)Trong (2.28) lấy dấu cộng (+) trớc Pα khi chuyển động lên dốc và lấy dấu trừ (−)khi xuống dốc; trớc Pj lấy dấu cộng (+) khi chuyển động nhanh dần và lấy dấu trừ (−)khi chuyển động chậm dần

Thay Pj từ biểu thức (2.27) vào phơng trình (2.28) ta sẽ rút ra đợc phơng trình viphân chuyển động :

Pc < Pkmax < Pϕ (2.31)trong đó : Pkmax − lực kéo tiếp tuyến cực đại theo khả năng cung cấp mô men quay của động cơ;

Pϕ − lực bám của máy kéo;

Nếu Pkmax > Pc > Pϕ máy kéo không chuyển động đợc do các bánh chủ động bị

tr-ợt quay hoàn toàn

Nếu Pkmax < Pc < Pϕ , máy kéo không chuyển động đợc và động cơ sẽ dừng quay

"chết máy"

Chơng 3

Động lực học tổng quát máy kéo bánh và ô tô

Sự chuyển động của máy kéo bánh và ô tô là kết quả của sự tác động t ơng hỗgiữa bánh xe và mặt đờng Để hiểu đợc các tính chất chuyển động của ô tô máy kéo tr-

ớc hết cần nghiên cứu tính chất động học và động lực học của từng bánh riêng rẽ, sau

đó mới xem xét sự chuyển động của cả xe nh một tổng thể Đây là phần nội dung quantrọng làm cơ sở cho việc tính toán các tính năng sử dụng ô tô máy kéo

Trong chơng này sẽ khảo sát sự lăn của các bánh xe trên các loại đất khác nhau

để hiểu rõ bản chất của sự tác động ttơng hỗ giữa bánh xe và đất hoặc mặt đờng khichúng chuyển động Trên cơ sở đó xác lập các công thức tính toán lực cản lăn, lực chủ

động, lực bám, phản lực pháp tuyến (lực thẳng góc từ mặt đờng tác dụng lên bánh xe)

và hệ số phân bố tải trọng lên các cầu của ô tô máy kéo

men quay đợc truyền từ động cơ đến, còn bánh xe bị động nhận lực đẩy từ khung xe.

Tính chất động học của bánh xe chủ động và bị động có những điểm khác nhaunhất định và bị thay đổi theo điều kiện lăn khác nhau Trong thực tế, sự lăn của bánh

xe luôn luôn kèm theo các hiện tợng trợt tơng đối với mặt đờng Song để dễ hiểu ta sẽxét cho hai trờng hợp : lăn không trợt và lăn có trợt

3.1.1 Bánh xe lăn không trợt (lăn thuần túy)

Chuyển động của một điểm bất kỳ trên bánh xe có thể đợc xem nh tổng hợp củahai chuyển động thành phần: chuyển động theo khung xe vận tốc vo= v và chuyển

động quay tơng đối quanh trục hình học của nó với vận tốc góc ω

Giả thiết rằng xe chuyển động đều với vận tốc v = const thì vận tốc theo của mọi

điểm trên vành bánh xe cũng có trị số không đổi vo = v = const

Trong chuyển động tơng đối, vận tốc tiếp tuyến vtt đợc xác định theo vận tốcgóc:

0

ψ ω

v A = v o2+ v tt2 + 2v v cos o t t ψ

Trờng hợp lăn không trợt ta có : vo = vtt = rω

Do đó :

vA = 2rω cos(ψ/2) (3.2)

Tại điểm B : ψ = 0o ; vB = 2rωcos0 = 2rω = 2vo

Tại điểm O1 : ψ = 180o; vO1 = 2rωcos180 = 0

Nếu ta nối điểm A với điểm O1, ta dễ dàng chứng minh đợc rằng véc tơ vA sẽvuông góc với đoạn thẳng O1A Vậy có thể kết luận : khi bánh xe lăn không trợt tâmquay tức thời của các bánh xe chính là điểm tiếp xúc O1 của bánh xe với mặt phẳngchuyển động (hình 3.1)

Khi đã biết tâm quay tức thời việc xác định vận tốc tuyệt đối của một điểm bất

kỳ trên bánh xe càng dễ hơn Ví dụ, vận tốc tuyệt đối của điểm A sẽ có ph ơng vuônggóc với đoạn O1A và có độ lớn vA = O1A.ω

Quĩ đạo chuyển động Giả sử bánh xe quay đợc một góc ψ (Hình 3.2), lúc đó

điểm A sẽ dịch đến điểm A' có tọa độ x, y, quãng đờng dịch chuyển của trục bánh xe là

Phơng trình (3.3) đợc gọi là phơng trình chuyển động của một điểm trên vànhbánh xe, đó là phơng trình của đờng cong xiclôit

Nh vậy quĩ đạo chuyển động của một điểm trên vành ngoài bánh xe khi lăn khôngtrợt là đờng cong xiclôit có chu kỳ 2π (đờng 1,Hhình 3.3b)

Nếu lấy đạo hàm phơng trình (3.3) theo thời gian và lu ý ω = dψ/dt, ta nhận đợccác thành phần vận tốc tơng ứng :

Gia tốc tuyệt đối của điểm thuộc vành ngoài bánh xe sẽ là :

a = a x2 +a y2 = rω2 (3.6)

3.1.2 Các hiện tợng trợt của bánh xe

Trong thực tế, do sự biến dạng của lốp và đất, sự lăn của các bánh xe máy kéoluôn kèm theo sự trợt tơng đối giữa bánh xe và mặt đờng Các hiện tợng trợt của bánh

xe theo phơng tiếp tuyến chia thành 2 loại : trợt quay và trợt lê

Hiện tợng trợt quay (còn đợc gọi là trợt lăn) thờng xảy ra ở các bánh chủ động.

Khi đó các phần tử bánh xe tai vùng tiếp xúc tr ợt về phía sau, ngợc với chiều chuyển

động của máy kéo và do đó sẽ làm giảm vận tốc chuyển động của trục bánh xe, quãng

đờng chuyển động thực tế nhỏ hơn so với trờng hợp lăn không trợt Nếu bánh chủ động

bị trợt hoàn toàn, nó chỉ quay tại chỗ và xe dừng lại

Hiện tợng trợt lê thờng xảy ra với bánh bị động hoặc khi bánh chủ động phanh

lại Ngợc với hiện tợng trợt quay, khi trợt lê bánh xe sẽ trợt tơng đối với mặt đờng theochiều chuyển động của xe, quãng đờng chuyển động thực tế lớn hơn so với trờng hợplăn không trợt Khi bị trợt lê hoàn toàn bánh xe sẽ không quay mà chỉ chuyển độngtịnh tiến

Nếu ký hiệu vận tốc tịnh tiến (vận tốc theo) của trục bánh xe khi lăn không tr ợt là

vo, khi trợt quay là vo' và khi trợt lê là vo'' ta sẽ có :

đờng xiclôit giãn dài

Trên hình 3.4 trình bày sơ đồ vận tốc và quĩ đạo chuyển động của bánh xe chocác trờng hợp lăn khác nhau : không trợt, trợt quay và trợt lê Ký hiệu (') dùng cho tr-ờng hợp trợt quay và ký hiệu ('') dùng cho trợt lê

Khái niệm về độ trợt:

Đối với các bánh xe máy kéo, hiện tợng lăn không trợt chỉ là giả định, còn trongthực tế luôn xảy ra hiện tợng trợt của các bánh xe Do đó ngời ta đa ra 2 khái niệm :vận tốc lý thuyết và vận tốc thực tế

− Vận tốc lý thuyết là vận tốc tịnh tiến của trục bánh xe khi lăn không tr ợt, thờng

100% ( 3.8)Khi trợt quay δ = 0 ữ100%,

Khi trợt lê δ = −∞ ữ 0

Độ trợt quay δ là một trong các thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất

bám của bánh xe chủ động và tính năng kéo− bám và tính năng phanh của ô tô máykéo

Độ trợt phụ thuộc vào nhiều yếu tố: các thông số cấu tạo của bánh xe, các tínhchất cơ lý của đất, tải trọng pháp tuyến trên các cầu và các lực cản chuyển động của ôtô máy kéo Những quan hệ này sẽ đợc tiếp tục nghiên cứu ở các phần sau

3.2 Các tính chất của bánh hơi (bánh lốp có săm)

Trên các ô tô và máy kéo bánh hầu hết là sử dụng bánh hơi Các tính chất biếndạng đàn hồi của bánh xe có ảnh hởng lớn đến hầu hết các chỉ tiêu sử dụng máy Cácbiến dạng đó có thể chia thành 4 loại : biến dạng pháp tuyến, biến dạng tiếp tuyến, biến dạng ngang và biến dạng góc.

1) Biến dạng pháp tuyến

Biến dạng pháp tuyến (hoặc còn gọi là biến dạng hớng kính) xuất hiện do tác

động của tải trọng pháp tuyến Gk và đợc đặc trng bởi độ giảm của bán kính ∆r Đặctính biến dạng pháp tuyến đợc trình bày trên Hình 3.4b

Do có biến dạng d, đặc tính biến dạng khi tăng tải sẽ khác với khi thoát tải Qua

đó cho thấy rằng với cùng độ biến dạng nh nhau khi thoát tải lực cần thiết gây ra độbiến dạng đó sẽ nhỏ hơn so với lúc tăng tải

2) Biến dạng tiếp tuyến

Dới tác động của mô men M k (Hình 3.4) phần lốp ở phía trớc sẽ bị nén, còn ởphần sau sẽ đợc giãn ra hồi phục lại trạng thái ban đầu Do biến dạng trục bánh xe sẽ

bị xoay đi một góc α so với trạng thái không chịu tải Mk

Trờng hợp cố định trục bánh xe và tác động lên bánh xe một lực tiếp tuyến Pk thì

sự biến dạng tiếp tuyến của lốp cũng xảy ra tơng tự Trong trờng hợp này độ biến dạngtiếp tuyến đợc đánh giá bởi độ dịch chuyển x của các phần tử lốp ở mặt tiếp xúc so với

vị trí ban đầu

Trên Hình 3.4c trình bày đặc tính biến dạng tiếp tuyến của lốp khi chịu lực tiếptuyến Trong giai đoạn đầu độ dịch chuyển x phụ thuộc gần nh tuyến tính với lực tiếptuyến Pk, sau đó độ biến dạng tăng nhanh hơn Khi lực tiếp tuyến đạt đến giá trị Pk =

Pϕ thì sẽ xảy ra trợt hoàn toàn do bánh xe không đủ bám

Mối quan hệ giữa góc lệch α và mô men quay M k cũng có đặc tính tơng tự nhmối quan hệ giữa độ dịch chuyển x và lực tiếp tuyến Pk

Cần lu ý là đặc tính biến dạng tiếp tuyến phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến Gk

và áp suất trog lốp p Tải trọng pháp tuyến càng tăng độ biến dạng tiếp tuyến cànggiảm, lực bám Pϕ càng tăng áp suất p càng tăng, độ biến dạng tiếp tuyến giảm và đồngthời lực bám cũng giảm do diện tích tiếp xúc giảm làm xấu khả năng bám

3) Biến dạng ngang

c) b)

ZK

Hình 3.4 Đặc tính biến dạng pháp tuyến và biến dạng tiếp tuyến của lốp

a− sơ đồ biến dạng; b− đặc tính biến dạng pháp tuyến;

c− đặc tính biến dạng tiếp tuyến

b)

y

x

3 0

Hình 3.3 Sơ đồ vận tốc và quĩ đạo chuyển động của bánh xe

a) Sơ đồ vận tốc ; b) Quĩ đạo chuyển động

Khi bánh xe chịu tác dụng lực ngang Yk (Hình 3.5) lốp sẽ bị biến dạng ngang (bịuốn ngang) Độ biến dạng ngang đợc đánh giá bởi độ dịch chuyển y của bánh xe so với

vị trí ban đầu khi cha chịu lực ngang Đặc tính biến dạng ngang y= f(Yk) có dạng nhhình 3.5b

Cần lu ý rằng do có biến dạng d nên đờng cong y = f(Yk) khi tăng tải và khi thoáttải sẽ không trùng nhau, tơng tự nh đã khảo sát đặc tính biến dạng pháp tuyến TrênHình 3.5b chỉ trình bày đặc tính biến dạng ngang khi tăng tải

Sự biến dạng ngang của lốp gây ảnh hởng đến phơng chuyển động của bánh xe.Nếu không có lực ngang véc tơ vận tốc v (Hình 3.5a) nằm trên mặt phẳng lăn sẽ trùngvới mặt phẳng quay của bánh xe Khi bị biến dạng ngang bánh xe sẽ lăn trong mặtphẳng nghiêng với mặt phẳng quay một góc δ và tất nhiên véc tơ vận tốc v' cũng sẽnghiêng với véc tơ vận tốc v một góc là δ Hiện tợng chuyển động nh vậy đợc gọi là sựchuyển động lệch của lốp và đặc trng bởi góc lệch δ

Mối quan hệ giữa góc lệch δ và lực ngang Yk (Hình 3.5c) cũng tơng tự nh mốiquan hệ giữa độ lệch ngang và lực ngang y - Yk

Để đánh giá khả năng chống chuyển động lệch ngời ta đa ra hệ số chống lệchngang Ky, đợc xác định bởi tỷ số giữa lực ngang Yk và góc lệch δ:

K y = Y k

δ (3.10)

Khi góc lệch còn nhỏ, mối quan hệ δ −Yk gần nh tuyến tính và hệ số Ky có thểxem nh là đại lợng không đổi Theo các số liệu thực nghiệm, ở đoạn tuyến tính của đ -ờng đặc tính δ−Yk giá trị hệ số Ky = 14 ữ 36kN/độ đối với bánh sau

Khả năng chống biến dạng ngang và chống chuyển động lệch của lốp phụ thuộcvào tải trọng pháp tuyến, tải trọng tiếp tuyến và áp suất trong lốp

4) Biến dạng góc

Hiện tợng biến dạng góc của lốp xuất hiện khi bánh xe chịu tác động mô men Mnằm trong mặt phẳng song song với mặt đờng (hình 3.6) Khi đó bánh xe sẽ xoay đimột góc β so với phơng ban đầu và profin của lốp ở vùng tiếp xúc với mặt đờng sẽ bịuốn trong mặt phẳng ngang Mô men xoay M sẽ đợc cân bằng với mô men ma sát sinh

ra tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đờng

Mối quan hệ giữa góc xoay β và mô men M là phi tuyến (hình 3.6b) Khi M

= Mϕ sẽ xảy ra hiện tợng trợt hoàn toàn Giá trị Mϕ phụ thuộc vào khả năng bám củabánh xe với mặt đờng theo phơng ngang

3.3 Khái niệm về các loại bán kính bánh xe

Do biến dạng của lốp bán kính của bánh ô tô, máy kéo không phải chỉ có một giátrị duy nhất, mà sẽ bị thay đổi tùy thuộc vào tải trọng tác động và điều kiện làm việccủa các bánh xe Do vậy để tiện cho việc nghiên cứu động lực học bánh xe ng ời ta đa ramột số khái niệm về bán kính bánh xe nh sau : bán kinh danh nghĩa, bán kính tĩnh học,bán kính động lực học, bán kính lăn và bán kính làm việc trung bình

c) b)

δ

r o =(d +B) , mm

2 25 4 (3.11)trong đó d , B tính theo đơn vị Anh (insơ)

2) Bán kính tĩnh học

Bán kính tĩnh học rt là khoảng cách từ tâm hình học của bánh xe đến mặt phẳngtiếp xúc (Hình 37a) khi bánh xe đứng yên và chịu tải trọng thẳng đứng Bán kính tĩnhhọc phụ thuộc vào tải trọng và áp suất trong lốp Đối với các bánh xe đàn hồi rt < ro ,còn đối với các bánh xe cứng rt = ro

3) Bán kính động lực học

Bán kính động lực học rđ là khoảng cách từ trục bánh xe đến phơng tác dụng củaphản lực tiếp tuyến lên bánh xe Trị số của bán kính động lực học phụ thuộc vào tảitrọng pháp tuyến, áp suất trong lốp, mô men chủ động Mk hoặc mô men phanh Mp vàphụ thuộc vào các tính chất cơ lý của đất Trên Hình 3.7b là tr ờng hợp bánh chủ độngcứng lăn trên đờng biến dạng Do mặt đờng biến dạng, bề mặt tiếp xúc là mặt cong và

do đó tâm hợp lực dịch sang phía trớc Bán kính động lực học rđ nhỏ hơn bán kính tĩnhhọc rt

4) Bán kính lăn

Bán kính lăn (hay bán kính động học) rl là bán kính của bánh xe tởng tợng lănkhông trợt, có vận tốc góc ω và vận tốc tịnh tiến v nh bánh xe thực tế Giá trị của bánkính lăn rl chính bằng khoảng cách từ tâm quay tức thời đến tâm hình học bánh xe nh

đã trình bày trên Hình 3.3

Bán kính lăn là một thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất động học củabánh xe Giá trị của rl phụ thuộc vào mức độ trợt của bánh xe và chỉ có thể xác địnhbằng thực nghiệm

Nếu bánh xe lăn không trợt thì bán kính lăn chính bằng bán kính tĩnh học rl = rt

và trong trờng hợp này nó đợc gọi là bán kính lăn lý thuyết Khi bánh xe bị trợt quay

hoặc trợt lê sẽ nhạn đợc bán kính lăn thực tế Nh vậy khi trợt quay bán kính lăn thực tế

sẽ nhỏ hơn bán kính lăn lý thuyết và khi trợt lê bán kính lăn thực tế sẽ lớn hơn bánkính lăn lý thuyết

5) Bán kính làm việc trung bình

Bán kính tĩnh, bán kính động lực học và bán kính lăn của bánh xe phụ thuộc vàorất nhiều yếu tố, do vậy giá trị của chúng chỉ có thể xác định chính xác bằng thựcnghiệm

Khi tính toán thiết kế có thể sử dụng bán kính làm việc trung bình rb và đợc tínhtheo công thức :

r b =(d + ) ,B mm

2 λ 25 4 (3.12)Trong đó : λ là hệ số biến dạng pháp tuyến của lốp:

đối với các bánh xe máy kéo λ = 0,8 ữ 0,85,

đối với ô tô tải : λ = 0,8 ữ 0,9

3.4 Động lực học bánh xe bị động

Tùy thuộc vào đặc điểm cấu tạo và điều kiện làm việc, sự lăn của các bánh xe ô tômáy kéo có thể rơi vào một trong các trờng hợp sau :

− Sự lăn của bánh xe đàn hồi trên nền không biến dạng (đờng cứng);

− Sự lăn của bánh xe đàn hồi trên nền biến dạng (đờng mềm);

Khi các bánh hơi lăn trên đờng nhựa hoặc trên nền xi măng có thể xem nh làbánh xe mềm lăn trên đờng cứng

Trong trờng hợp này chỉ có lốp bị biến dạng Các phần tử lốp ở phía tr ớc lần lợttiếp xúc với mặt đờng và bị nén lại, còn các phần tử phía sau lần lợt ra khỏi vùng tiếpxúc và phục hồi trạng thái ban đầu

Nh vậy, phần trớc của lốp là phần tăng tải và phần sau là phần thoát tải Do đótheo đặc tính biến dạng của các bánh xe đàn hồi ta có thể suy ra rằng, biểu đồ ứng suấtpháp tuyến sẽ phân bố không đều − ở phần trớc sẽ có ứng suất pháp tuyến lớn hơnphần sau

Trên hình 3.8 trình bày sơ đồ lực và mô men tác động lên bánh xe bị động khichuyển động ổn định trên đờng cứng

Các ngoại lực tác động lên bánh xe bao gồm:

− Tải trọng của bánh xe theo phơng pháp tuyến Gn

− Lực đẩy từ khung tác động lên trục bánh xe Pn, có chiều cùng với chiều chuyển

động

− Phản lực pháp tuyến Zn của mặt đờng tác dụng lên bánh xe

− Hợp lực các phản lực tiếp tuyến của mặt đờng Pfn , có chiều chống lại sựchuyển động và đợc gọi là lực cản lăn.

Hợp lực của các thành phần phản lực pháp tuyến Zn sẽ có điểm đặt lùi về phía

tr-ớc một đoạn an và tạo thành mô men cản lăn :

fn n n

n

n n n

trong đó : rn − bán kính động lực học của bánh bị động;

an− khoảng cách từ điểm đặt hợp lực Zn đến mặt phẳng vuông góc với

phơng chuyển động và đi qua tâm trục bánh xe

Khi chuyển động có gia tốc còn có lực

quán tính và mô men của các lực quán tính tiếp

tuyến Đối với các máy kéo gia tốc chuyển động

thờng không lớn nên có thể bỏ qua các thành

phần lực và mô men này

3.4.2 Bánh xe đàn hồi lăn trên đờng biến dạng

Trong trờng hợp này cả lốp và mặt đờng

đều bị biến dạng Bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe

và mặt đờng sẽ là mặt cong, diện tích tiếp xúc ở

dịch chuyển của điểm đặt phản lực pháp tuyến Zn về phía trớc, nghĩa là khoảng cách an

sẽ lớn hơn so với trờng hợp bánh mềm lăn trên đờng cứng Cũng do nguyên nhân trên,phơng của phản lực tiếp tuyến Pfn sẽ dịch lên một đoạn nào đó so với mặt phẳng tiếpxúc, tức là bán kính động lực học sẽ nhỏ hơn bán kính tĩnh học

Trên hình 3.9 chỉ ra sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe đàn hồi lăn trên đờng mềmvới tốc độ chuyển động ổn định

Các thành phần lực cũng tơng tự nh ở trờng hợp bánh mềm lăn trên đờng cứng Qua phân tích trên ta thấy rằng, nếu đất càng mềm thì độ sâu vết bánh xe cànglớn, độ dịch chuyển an càng lớn và do đó sẽ làm tăng mô men cản lăn và lực cản lăn

Do vậy để giảm lực cản lăn cần phải giảm áp suất trong lốp hoặc sử dụng loại lốp có bềrộng lớn Tuy nhiên, nếu giảm áp suất không khí sẽ làm tăng độ biến dạng của lốp, đócũng là mọt nguyên nhân làm tăng mô men cản lăn

3.4.3 Bánh xe cứng lăn trên đờng biến dạng

Các lực tác dụng lên bánh xe cũng tơng tự nh trờng hợp bánh mềm lăn trên đờngmềm, song chỉ khác là trong trờng hợp này chỉ có mặt đờng bị biến dạng Sơ đồ nghiêncứu đợc biểu thị trên hình 3.05

Cần lu ý rằng, nếu bánh xe chuyển động đều thì tổng hợp lực của Zn và Pfn sẽ điqua tâm trục bánh xe vì trờng hợp này bánh xe không bị biến dạng

Việc xác định lực cản lăn Pfn, mô men cản lăn Mfn và hệ số cản lăn cũng tơng tự

nh hai trờng hợp trớc Nếu kích thớc của 2 loại bánh xe nh nhau thì độ sâu vết bánh xe

do bánh cứng tạo ra sẽ sâu hơn so với bánh mềm và do đó lực cản lăn của bánh cứng sẽlớn hơn

3.5 Động lực học bánh xe chủ động

3.5.1 Cân bằng lực và mô men

Sự lăn của các bánh xe chủ động cũng xảy ra ba trờng hợp nh đã khảo sát cácbánh bị động ở đây chỉ xét một trờng hợp chung là sự lăn của bánh xe đàn hồi trênnền biến dạng (Hình 3.12)

Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe bao gồm :

Gk = Zk (3.17)

Pk = Rk + Pfk (3.18)

Mk = Zkak + (Pk − Pfk).rk (3.19)

Tơng tự nh đã phân tích ở bánh bị động, ta sử dụng một số định nghĩa sau:

− Lực đẩy khung máy : đó là thành phần (Pk − Pfk) = Rk đợc truyền lên khung

và đẩy ô tô−máy kéo chuyển động tịnh tiến

fk k

k k k

k k k

Mkωk = Pk(vt - v) + Pkv

Thay Pk từ (3.20) vào số hạng thứ hai của phơng trình trên ta sẽ nhận đợc phơngtrình cân bằng công suất :

Mkωk = Pk(vt - v) + Pfkv + Rkv (3.24)trong đó : Mkωk là công suất truyền cho bánh chủ động;

Pk(vt− v) − phần công suất hao tổn do trợt;

Pfkv − công suất chi phí để thắng lực cản lăn;

Rkv − công suất có ích (truyền lên khung máy)

Nh vậy trong tổng công suất truyền cho bánh chủ động (Mkωκ) chỉ có một phầncông suất (Rkv) đợc truyền lên khung máy để tạo ra sự chuyển động, phần còn lại làvô ích

k

k

k k

= = ηfk− hiệu suất tính đến mất mát công suất do lực cản lăn ; Thay ηδ và ηfk vào (3.26) ta có:

ηκ = ηfk.ηδ (3.27)

Việc tách hiệu suất chung ηk thành hai thành phần ηfk và ηδ chỉ là qui ớc nhằmgiúp cho việc nghiên cứu đợc thuận lợi hơn Thực tế hiệu suất cản lăn lại phụ thuộc vàohiệu suất trợt vì khi độ trợt tăng sẽ làm tăng biến dạng của lốp và biến dạng của mặt đ-ờng dẫn đến tăng lực cản lăn.

Trên hình 3.13 biểu thị sự phụ thuộc của hệ số cản lăn f vào độ tr ợt δ Qua đó chothấy độ trựơt càng tăng thì hệ số cản lăn càng lớn

3.6 ảnh hởng của lực cản kéo đến độ trợt

Độ trợt của các bánh chủ động phụ thuộc rất lớn vào độ lớn của lực kéo tiếptuyến Bản chất của lực kéo tiếp tuyến là phản lực của đất hoặc mặt đ ờng tác dụng lênbánh xe , nó bao gồm lực ma sát giữa bánh xe với đất và phản lực sinh ra khi các mấubám tác động vào đất Lực kéo tiếp tuyến càng lớn thì ứng suất tiếp tuyến trong đấtcàng lớn và dẫn đến độ biến dạng của đất và lốp cũng càng lớn, tức là độ tr ợt càngtăng

Nh đã phân tích ở phần động lực học bánh xe chủ động, lực kéo tiếp tuyến đ ợc sửdụng một phần để khắc phục lực cản lăn, phần còn lại Rk đợc truyền lên khung máy tạo

ra sự chuyển động của máy kéo Lực đẩy Rk sẽ đợc sử dụng để khắc phục các thànhphần lực cản của máy kéo, trong đó chủ yếu là lực cản kéo Pm

Do vậy khi lực cản kéo Pm càng lớn thì đòi hỏi phải có lực kéo tiếp tuyến Pk cànglớn, khi đó độ trợt cũng tăng lên, nghĩa là độ trợt của bánh chủ động phụ thuộc vào lựckéo δ = f(Pm)

Để hiểu rõ đợc vấn đề trên ta hãy khảo sát sự lăn của bánh xe có mấu bám trên

đất mềm (hình 3.14)

Nếu bánh xe không bị trợt, khi nó quay đợc một góc α thì trục bánh xe sẽ dịchchuyển đi một đoạn l, bằng khoảng cách giữa hai mấu bám kề nhau Nh ng nếu bị trợtquay thì đoạn đờng thực tế sẽ nhỏ hơn l, hay nói cách khác đoạn đờng thực tế chỉ là ( l

- ∆l) Trên cơ sở đó ta có thể xác định vận tốc lý thuyết vt và vận tốc thực tế v theo cáccông thức sau :

v l t

v l l

t

t =

trong đó : t - thời gian cần thiết để bánh xe quay đợc một góc α;

∆l - độ biến dạng của mặt đờng dới tác động của mấu bám khi bánh

l l l v

v v

0,1 0,05

Hình 3.14 Sơ đồ nghiên cứu độ tr ợt của bánh chủ động

Theo khả năng chống biến dạng của đất, lực kéo tiếp tuyến có thể đ ợc xác

định theo công thức :

Pk = àGk + τ Sn (3.29)

trong đó : à - hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đờng;

Gk - tải trọng thẳng đứng tác động lên bánh xe chủ động;

τ - ứng suất cắt đất do sự tác động của các mấu bám;

S - diện tích mặt tựa phía sau của một mấu bám;

n - số mấu bám đang tác động vào đất,

n = Lk/ l

L k - chiều dài của bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đờng

Sau khi thay τ từ (3.28) vào (3.29) ta sẽ nhận đợc :

m kSL

G P

δ= + − (3.32)

Từ phơng trình (3.32) ta thấy rằng, độ trợt của máy kéo sẽ phụ thuộc vào lực cảnkéo, chiều dài của bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đờng, tải trọng pháp tuyến, kếtcấu của mấu bám và các tính chất cơ lý của đất

Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng, trong các yếu tố ảnh hởng thì lực cản kéo có ảnhhởng lớn đến độ trợt của máy kéo Mối quan hệ giữa độ trợt và lực cản kéo δ = f(Pm) đ-

ợc biểu thị trên hình 3.15 Đồ thị này thờng đợc gọi là đặc tính trợt của máy kéo

Qua đó ta thấy rằng, lực cản kéo càng lớn độ trợt càng tăng Khi lực cản kéo đạt

đến Pm = Pmax bánh xe sẽ bị trợt quay hoàn toàn (δ = 100%)

Đặc tính trợt của máy kéo δ - Pm thể hiện khả năng kéo của máy kéo và đợc sửdụng phổ biến khi nghiên cứu các tính năng sử dụng, đặc biệt là tính năng kéo của máykéo Do vậy trong các tài liệu kỹ thuật thờng có các đặc tính trợt của máy kéo cho cácloại đất điển hình

Tuy nhiên, cần lu ý rằng do phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên việc xác định độ tr ợtchủ yếu đợc tiến hành theo phơng pháp thực nghiệm Công thức (3.32) chỉ mang ýnghĩa lý thuyết giúp cho việc phân tích sự ảnh hởng của các yếu tố đến độ trợt

3.7 Xác định phản lực pháp tuyến của mặt đờng tác dụng lên các bánh xe máy kéo

Phản lực pháp tuyến ảnh hởng lớn đến lực cản lăn, độ trợt và do đó sẽ ảnh hởng

đến tính năng kéo bám của máy kéo Ngoài ra còn ảnh hởng đến các tính năng sử dụngkhác nh tính ổn định, tính năng cơ động, tính năng quay vòng và tính năng phanh củamáy kéo

Phản lực pháp tuyến tác dụng lên các bánh xe phụ thuộc vào các lực tác dụng lênmáy kéo và điều kiện làm việc

Chúng ta sẽ lần lợt khảo sát phản lực pháp tuyến lên các bánh xe máy kéo chomột số trờng hợp điển hình :

- Khi máy kéo đứng yên

- Khi máy kéo làm việc với máy nông nghiệp móc

- Khi máy kéo làm việc với máy nông nghiệp treo.

3.7.1 Phản lực pháp tuyến khi máy kéo đứng yên

Sơ đồ lực đợc biểu diễn ở hình 3.16, trong đó G là trọng lợng của máy kéo, Zk0 phản lực pháp tuyến trên bánh chủ động và Zn0 - phản lực pháp tuyến trên bánh bị

n0 = ; k0 = ( − ) (3.33)trong đó : L - chiều dài cơ sở;

b - tọa độ dọc của trọng tâm so với cầu sau

Để tiện cho việc đánh giá mức độ phân bố tải trọng lên các bánh xe ngời ta đa racác hệ số phân bố tải trọng lên các cầu của máy kéo, đợc biểu thị bằng tỷ số giữa phảnlực pháp tuyến và trong lợng máy kéo :

Đối với cầu sau :

λn b λk λk λn

L

L b L

0 = ; 0 = − ; 0 + 0=1 Đối với các máy kéo cầu sau chủ động : λko = 0,65 ữ 0,7

3.7.2 Xác định phản lực pháp tuyến trên máy kéo khi làm việc với máy nông

Lực cản kéo ở móc thờng có phơng nghiêng với phơng chuyển động một góc θ Ta

có thể phân tích thành hai thành phần : Pmcosθ và Pmsinθ

Xét sự cân bằng mô men lần lợt lấy đối với điểm O2 và O1 nhận đợc :

lT - khoảng cách từ điểm móc máy nông nghiệp đến đờng thẳng

đứng đi qua tâm bánh sau;

b - tọa độ dọc của trọng tâm so với cầu sau;

G - trọng lợng của máy kéo;

Pm - lực cản kéo ở móc;

hT - chiều cao điểm móc máy nông nghiệp

Từ điều kiện cân bằng lực theo phơng thẳng đứng ta có :

P h M L

Z G L b

L

P h M L

Từ các công thức trên ta thấy dới tác động của lực cản kéo Pm và mô men cản lăn

Mf các bánh sau sẽ đợc tăng tải Zk > Zko và các bánh trớc sẽ đợc giảm tải Zn < Zno Nếulực kéo song song với mặt đờng, phản lực trên các bánh sau tăng lên bao nhiêu thì trêncác bánh trớc cũng sẽ giảm xuống bấy nhiêu Ngoài ra do ảnh h ởng của lực kéo, tổngphản lực tác dụng lên các bánh xe còn tăng thêm một lợng Pmsinθ Khi θ = 0, λk + λn =1; khi θ > 0, λk + λn > 1

Đa số các máy kéo chỉ có cầu sau là chủ động (4 x 2), do đó hệ số phân bố tảitrọng lên cầu sauλk còn đặc trng cho sự phân bố trọng lợng bám của máy kéo và do đóngời ta còn gọi hệ số này là hệ số phân bố trọng lợng bám, khi đó có thể tính trọng l-ợng bám theo công thức :

Gc = Zk = λkG (3.41)

Nh vậy tăng λk sẽ cải thiện đợc tính năng kéo bám của máy kéo, nhất là khi làmviệc trên đồng ruộng Tuy nhiên không thể tăng tùy ý, vì nếu tăng lên nhiều sẽ phá hủy

điều kiện lái và làm xấu tính chuyển động ổn định do các bánh trớc không đủ bám

3.7.3 Phản lực pháp tuyến trên máy kéo khi làmviệc với máy nông nghiệp treo

Khi làm việc với máy nông nghiệp treo cần phải xét cho hai trờng hợp : khi ở thếvận chuyển và khi ở thế làm việc

1) Khi ở thế vận chuyển