Động lực học ô tô máy kéo - Chương4

Nội dung: Chương I. Lực và mômen tác dụng lên ô tô máy kéo trong quá trình chuyển động, Chương II. Động lực học tổng quát của ô tô - máy kéo bánh xe, Chương III. Động lực học của máy kéo xích, Chươ

Chơng 4

Động lực học máy kéo xích

4.1 Động lực học của bộ phận di động xích

Bộ phận di động xích đợc thể hiện trên Hình 4.1, bao gồm: bánh sao chủ động (hay gọi tắt là bánh chủ động), dải xích, bánh dẫn hớng (bánh căng xích), các bánh đè xích và các bánh đỡ xích Công dụng chính của các máy kéo nông nghiệp là dùng để kéo các máy công tác, do đó bánh chủ động nên bố trí ở phần sau của máy (sẽ đ ợc giải thích ở phần sau)

Hình 4.1 Sơ đồ bộ phận di động xích

Dới tác động của mô men chủ động M k làm cho nhánh xích chủ động bị căng

ra với lực căng:

T M

r k k

 (4.1) trong đó: r k là bán kính động lực của bánh chủ động

Bán kính r k có thể đợc xác định gần đúng Gia sử máy kéo chuyển động đều và không có hiện tợng trợt, ứng với một vòng quay của bánh chủ động máy đi đợc một

đoạn đờng S Quãng đờng S chính bằng tổng chiều dài của số mắt xíchz bao kín bánh chủ động, do đó ta có:

S = 2rk = zlx

Từ đó ta rút ra :

r k  z l x

2 (4.2)

trong đó: lx- chiều dài của một mắt xích

Lực kéo tiếp tuyến:

Lực căng T của nhánh xích chủ động sẽ đợc truyền đến nhánh xích tiếp xúc với mặt đờng và tạo ra lực kéo tiếp tuyến P k

Quá trình vào ăn khớp với bánh chủ động các mắt xích sẽ bị xoay tơng đối vơí nhau và sinh ra mô men ma sát M r1 trên bề mặt làm việc của các chốt xích

Do vậy chỉ có một phần mô men chủ động ( M k - M r1 ) tạo ra lực kéo tiếp tuyến, nghĩa là

P k = M M

r

k

 1 (4.3)

Cân bằng công suất trên nhánh chủ động:

Nhân hai vế của công thức (4.3) với k ta nhận đợc phơng trình cân bằng công suất trên bánh chủ động:

Mkk = Mr1k + Pkrkk (4.4)

trong đó: k  tốc độ quay của bánh chủ động ;

Mkk  công suất do động cơ truyền đến bánh chủ động;

Pkrkk  công suất có ích

39





 M



P K

rk

T

2 A B









T

T

T r

Mr1k  cômg suất mất mát do mô men ma sát nhóm một Mr1

Hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ động:

 



p k k k

k k

k k k

P r M

P r M

  (4.5)

Từ công thức (4.5) rút ra:

P M

r

M i r

k p k

k p

e m k

   (4.6)

trong đó: M e  mô men quay của động cơ

i, m  tỷ số truyền và hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực máy kéo Khác với máy kéo bánh, lực kéo tiếp tuyến của máy kéo xích không chỉ phụ thuộc vào mô men chủ động Mk mà còn phụ thuộc vào hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ động p

Để tổng quát hoá công thức xác định lực kéo tiếp tuyến cho cả hai loại máy, ta

đặt m p   m p, rồi thay vào công thức (4.6) sẽ nhận đợc:

P M i

r

k

e m p k

(4.7)

ở các máy kéo bánh p = 1, còn ở các máy kéo xích p < 1 Do đó khi sử dụng công thức (4.7) hiệu suất cơ học m p của máy kéo xích bao giờ cũng nhỏ hơn so với máy kéo bánh

Từ các công thức (4.4) và (4.5) với phép biến đổi đơn giản sẽ nhận đợc:

  



p

k k r k

k k

r k

M

M M

  1   1 1 (4.8) Mô men ma sát phụ thuộc vào các thông số kết cấu của bộ phận di động xích, lực căng T do mô men M k gây ra và phụ thuộc vào hệ số ma sát  trên bề mặt tiếp xúc giữa chốt xích và mắt xích

Để xác định trị số của Mr1 trớc hết ta phân tích quá trình di chuyển của các mắt xích trên bánh chủ động (xem hình 4.1)

Khi bánh đè xích sau cùng lăn sang mẵt xích tiếp theo thì mắt xích 1 sẽ xoay quay khớp A một góc 1, còn tại khớp B mắt xích 1 và mắt xích 2 cũng xoay t ơng đối với nhau một góc 1 Qúa trình vào ăn khớp với bánh chủ động mỗi mắt xích sẽ xoay quanh khớp C một góc 1 Nh vậy mỗi mắt xích khi đi qua bánh chủ động sẽ xoay

t-ơng đối với hai mắt xích kề bên cạnh một góc 21 + 1 và sinh ra một công ma sát:

L  T r 

2 (2 1 1 )

trong đó:  - hệ số ma sát trong khớp nối của các mắt xích ;

r - bán kính của chốt xích;

T/2- lực căng trên một nhánh xích chủ động do mô men M k tạo ra

Trong một vòng quay của bánh chủ động có z mắt xích vào ăn khớp và sinh ra một công ma sát tơng ứng:

T r   

z Mr

2 (2 1  1 2) 2 1

và có thể rút ra:

M r 1 T r 1 1 z

2 2

    



(4.9) Kết hợp các công thức (4.1), (4.2), (4.8) và (4.9) ta rút ra:

 p r  

l x

 1 (2 1  1) (4.10)

Qua đó cho thấy rằng, hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ động không phụ thuộc vào mô men chủ động M k, mà chỉ phụ thuộc vào các thông số cấu tạo của bộ phận di động xích và hệ số ma sát  Do vậy với một bộ phận di động xích cụ thể có

thể xem p là một đại lợng không đổi trong quá trình làm việc Các số liệu thực nghiệm cho thấy rằng, nếu xích có tình trạng kỹ thuật tốt p = 0,96 o,98

Trong trờng hợp bánh chủ động đợc bố trí ở phần trớc của máy kéo thì nhánh chủ

động bao gồm cả nhánh xích trên Khi đó mô men ma sát đợc tính theo công thức:

M r 1 T r 2 1 2 1 2 z

2

    



(4.11)

Nh vậy, nếu bố trí bánh chủ động ở phần trớc của máy kéo sẽ làm tăng mô men

ma sát Mr1 trên nhánh chủ động và dẫn đế làm giảm hiệu suất làm việc p (khoảng 2

 3%) Đó cũng là lý do tại sao các máy kéo xích dùng trong nông nghiệp không bố trí bánh chủ động ở phía trớc

Trong trờng hợp bánh chủ động bố trí ở phía sau và chạy lùi thì nhánh chủ động

sẽ bao gồm cả nhánh trớc và nhánh trên, khi đó mô men ma sát sẽ đ ợc tính theo công thức:

M r 1 T r 1 2 2 2 2 z

2



(4.12)

Rõ ràng rằng khi chạy lùi mô men ma sát trên nhánh chủ động sẽ lớn hơn so với khi chạy tiến

Trong các công thức trên có sự tham gia của hệ số ma sát  Thực nghiệm cho thấy ngoài sự phụ thuộc vào loại vật liệu và tình trạng kỹ thuật của dải xích, hệ số ma sát  còn phụ thuộc vào góc xoay tơng đối giữa các mắt xích và phụ thuộc vào điều kiện làm việc của máy - làm việc ở môi trờng khô hoặc ớt, mức độ bụi và thành phần hạt bụi cứng Khi tính toán có thể chọn  = 0,2  0,25

4.2- Các lực cản chuyển động trên máy kéo xích

1) Lực cản lăn của máy kéo xích

Lực cản lăn của máy kéo xích sinh ra do đất bị biến dạng theo ph ơng pháp tuyến

và do lực ma sát trong bộ phận di động xích Nếu ta ký hiệu Pn và Prlà hai thành phần lực cản lăn tơng ứng với hai nguyên nhân sinh ra chúng thì lực cản lăn chung của máy kéo sẽ là:

P = Pn + Pr

Đất bịến dạng theo phơng pháp tuyến là do sự tác động của tải trọng pháp tuyến, chủ yếu là do trọng lợng của máy Sự phân bố ứng suất theo chiều dài xích là không

đều nhau, tại vùng tiếp xúc với các bánh đề xích có ứng suất lớn hơn các vùng lân cận

Để đơn giản ta giả thiết: máy chuyển động trên đờng nằm ngang với sự phân bố phản lực pháp tuyến theo chiều dài của nhánh xích tiếp đất là đồng đều (hình 4.3) Khi

đó sự biến dạng của đất theo phơng pháp tuyến chủ yếu là do bánh đè xích phía tr ớc gây nên, các bánh đè xích tiếp theo chỉ lăn trên nền đất đã đ ợc bánh đè xích trớc nén chặt Hợp lực của các phản lực pháp tuyến tác dụng lên nhánh xích tr ớc có thể phân thành hai thành phần: thành phần thẳng đứng và thành phần nằm ngang Thành phần

nằm ngang có chiều chống lại sự chuyển động và đợc gọi là lực cản lăn Pn

Trị số của thành phần lực cản lăn Pn có thể đợc xác định theo một vài phơng pháp khác nhau tuỳ theo cách giả thiết Với giả thiết đã nêu ra ở trên ta xác định lực Pn theo phơng pháp cân bằng công do lực Pn làm dịch chuyển máy kéo theo phơng ngangvới

đoạn đờng dL và công của trọng lực G làm mặt đờng biến dạng theo phơng pháp tuyến một đoạn dh.Ta có thể viết phơng trình cân bằng năng lợng:

P f n.dL G dh.

Tích phân hai vế phơng trình trên với các cận (0  L) và (0  h) sẽ nhận đợc:

P G h

L

f n 

(4.13) trong đó: L - chiều dài mặt tựa xích;

h - độ sâu vết xích

41

M

h

p

fn

p

fm

G

L

tb

P

j

G.sin

G.cos

P

m

G

P

K



P

f

Hình 4.2 Hình 4.3

Sơ đồ lực tác dụng lên máy kéo Sơ đồ xác định lực cản lăn

Để xác định độ sâu của vết xích h ta giả thiết ứng suất pháp tuyến phân bố đồng

đều có trị số là tb và sự biến dạng của đất nằm trong giới hạn đàn hồi Trị số của tb có thể đợc xác định theo công thức (1.1) với n=1 :

tb = kh

trong đó: k - hệ số biến dạng của đất theo phơng pháp tuyến

Trong trờng hợp này trọng lợng của máy kéo sẽ đợc cân bằng với các phản lực pháp tuyến :

G = 2tbbL = 2khbL

trong đó: b- bề rộng dải xích

Từ đó rút ra:

h G kbL

 2 Sau khi thay h vào phơng trình (4.13) ta nhận đợc:

kbL

f n 

2 2

2 (4.14) Qua công thức trên ta thấy thành phần lực cản lăn Pfn phụ thuộc vào các thông số cấu tạo của máy và các tính chất cơ lý của đất Trọng lợng của máy và chiều dài L là hai yếu tố gây ảnh hởng mạnh nhất Để giảm thành phần lực cản lăn Pfn ta có thể tăng chiều dài L của dải xích sẽ có hiệu quả hơn so với tăng bề rộng b Nh ng trong quá trình sử dụng không thể thay đổi chiều dài L vì không cho phép thay đổi các thông số cấu tạo của bộ phận di động xích Vì vậy, trong thực tế khi máy kéo làm việc trên nền

đất yếu để giảm lực cản lăn thờng ngời ta chỉ tăng bề rộng b bằng cách sử dụng các dải xích có bề rộng lớn hơn

Lực cản lăn của máy kéo còn do các lực ma sát trong bộ phận di động xích, bao gồm: ma sát trong các khớp nối của dải xích do lực căng ban đầu T0 và lực ly tâm gây ra; lực ma sát giữa dải xích và các bánh đỡ xích; lực ma sát trong các ổ đỡ và lực cản lăn của các bánh đè xích Các thành phần lực ma sát trên có thể quy dẫn đến bánh chủ

động, tơng đơng với một mô men ma sát Mr2

Để phân biệt với mô men ma sát Mr1 do mô men chủ động Mk gây ra, thờng ngời

ta gọi M r1 là mô men ma sat nhóm I và Mr2 - mô men ma sát nhóm II.

Lực cản lăn do mô men ma sát nhóm II gây ra có thể đ ợc xác định theo công thức:

P M

r

t r r k

 2 (4.15)

Xác định mô men ma sát nhóm II:

Các máy kéo dùng trong nông nghiệp thờng làm việc với tốc độ chuyển động thấp Do đó có thể bỏ qua sự ảnh hởng của lực ly tâm đến độ căng của xích Mô men

ma sát trong các gối đỡ cũng có thể bỏ qua Nh vậy mô men ma sát nhóm II Mr2 đợc sinh ra chủ yếu là do ma sát trên các chốt xích và lực cản lăn của các các bánh đè xích Bằng cách phân tích tơng tự nh đã phân tích ở nhánh chủ động (Mục 4.1) ta nhận

đợc

M r  T o r    z f o Gr k













2

) 2 2

2 2

(

2 (4.16)

trong đó: T0 - lực căng ban đầu;

0 - hệ số cản lăn của các bánh đè xích

Số hạng thứ nhất của công thức (4.16) là thành phần mô men ma sát sinh ra trên các chốt xích do lực căng ban đầu T0 gây ra, số hạng thứ hai là mô men ma sát do lực cản lăn của các bánh đè xích gây ra Đó là hai thành phần chủ yếu gây ra mô men ma sát Mr2

Công thức (4.16) cũng cho ta thấy rằng, để giảm mô men ma sát Mr2 có thể bằng cách giảm lực căng ban đầu To

Nhng trong công thức trên cha tính đến sự ảnh hởng của độ võng nhánh xích trên

đến mô men ma sát Mr2 Khi giảm lực căng ban đầu sẽ làm độ võng tăng lên và dẫn

đến làm tăng mô men ma sát Mr2 Nh vậy cần phải giải bài toán tối u chọn lực căng ban

đầu To để sao cho mô men ma sát trong bộ phận di động xích là nhỏ nhất

Vấn đề này thờng chỉ đợc giải quyết theo phơng pháp thực nghiệm và đợc kiểm tra thông qua đo độ võng của nhánh xích trên Ngoài ra, để giảm độ võng và độ dao

động của nhánh xích trên có thể thực hiện bằng cách lắp thêm các bánh đỡ xích

Các thành phần lực cản lăn Pf. r và Pfn có thể biểu thị qua tải trọng pháp tuyến Tr-ờng hợp máy kéo chuyển động trên đTr-ờng nằm ngang, các thành phần lực cản lăn có thể

đợc xác định nh sau:

P f n  f G n

P f r f G r

trong đó: n và r là các hệ số cản lăn tính đến sự mất công suất do biến dạng của mặt đờng theo phơng pháp tuyến và ma sát trong bộ phận di động xích

Lực cản lăn chung của cả máy kéo sẽ là tổng của hai thành phần trên, nghĩa là:

P f P f n  P f r  (f n  f G r) fG (4.17)

Cần lu ý rằng, trong thực tế phản lực pháp tuyến lên các nhánh xích phân bố không đều theo chiều dài của nhánh xích tựa, khi đó độ sâu của vết xích sẽ tăng lên và làm tăng lực cản lăn Sự ảnh hởng này sẽ càng lớn khi máy kéo chuyển động trên đất dốc

Do phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhất là khi làm việc trên đồng, nên hệ số cản lăn chỉ có thể xác định tơng đối chính xác bằng phơng pháp thực nghiệm Trong các tài liệu kỹ thuật thờng đợc đa ra các hệ số cản lăn cho các loại máy kéo ( xích hoặc bánh) khi làm việc trên các loại đờng, loại đất khác nhau

2) Lực quán tính

Lực quán tính xuất hiện khi máy kéo chuyển động có gia tốc Trong tr ờng hợp tổng quát nó bao gồm lực quán tính của các khối lợng chuyển động tịnh tiến và các khối lợng chuyển động quay

Phân tích tơng tự nh ở máy kéo bánh (mục 2.5) ta nhận đợc:

P G

j  a (4.18) trong đó: a  gia tốc chuyển động của máy kéo ;

a  hệ số quy đổi khối lợng, tính đến sự ảnh hởng của các chi tiết chuyển

động quay không đều:

a p d m x x x k b

k

g G

J i J i J J

r

2 (4.19)

p - hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ động;

Jb - mô men quán tính của các chi tiết chuyển độg quay trong bộ phận chuyển

động xích đợc quy dẫn đến bánh chủ động

( )2 ( )2 ( )2 B k2

p

k p o

k o n

k n

g

G r

r J r

r J r

r J

(4.20)

Jn, rn  mô men quán tính và bán kính của bánh căng xích;

Jo, ro  mô men quán tính và bán kính của các bánh đè xích;

Jp, rp  mô men quán tính và bán kính của các bánh đỡ xích;

GB  trọng lợng của nhánh xích trên

Các ký hiệu còn lại đã đợc giải thích trong công thức (2.25)

Hệ số quy đổi khối lợng a cũng có thể đợc tính theo công thức thực nghiệm: a = 1,2 +0,002i2 (4.21)

trong đó: i - tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực

3) Cân bằng lực kéo

43

Từ sơ đồ lực trên hình 4.2 có thể viết phơng trình cân bằng lực:

Pk = P  Gsin  Pj + Pm (4.22)

trong đó: Pm - lực cản kéo ở móc

Trong công thức (4.22) dấu (+) hoặc () trớc G thuỳ thuộc chuyển động lên dốc hoặc xuống dốc, còn dấu (+) hoặc () trớc lực quán tính Pj sẽ tuỳ thuộc chuyển động nhanh dần hoặc chậm dần

4.3 Lực bám và độ trợt của bộ phận di động xích

Lực bám của bộ phận di động xích

Phản lực tiếp tuyến Pk tác dụng lên xích đợc tạo thành bởi hai thành phần: lực ma sát giữa xích và mặt đờng, và lực chống cắt của đất khi các mấu bám tác dụng lên nó theo phơng tiếp tuyến Do đó lực kéo tiếp tuyến PK (hay lực chủ động) của máy kéo xích có thể đợc xác định theo công thức:

Pk = G + 2Sn (4.23) trong đó:  - hệ số ma sát giữa xích và mặt đờng;

G - trọng lợng máy kéo ;

 - ứng suất tiếp tuyến trong đất;

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

n - số mấu bám đang bám với mặt đờng

Khi xích bị trợt hoàn toàn, trị số của lực kéo tiếp tuyến đạt cực đại và đ ợc gọi

là lực bám, ký hiệu P :

P = G + 2maxSn (4.24) hoặc P = G

trong đó: max - ứng suất tiếp cực đại trong đất;

 - hệ số bám của máy kéo xích

Qua đó ta thấy lực bám của máy kéo xích phụ thuộc vào các thông số cấu tạo của dải xích, trọng lợng máy và các tính chất cơ lý của đất Để tăng khả năng bám có thể tăng kích thớc của mấu bám, tăng chiều dài của nhánh xích tựa và giảm chiều dài các mắt xích, tăng trọng lợng máy Tuy nhiên, việc thay đổi các thông số đó sẽ ảnh hởng

đến các chỉ tiêu kỹ thuật khác nh lực cản lăn, tính năng quay vòng, chi phí chế tạo Do vậy kết cấu của xích phải đợc tính cho phù hợp với công việc chính và điều kiện làm việc của từng loại máy kéo cụ thể

Độ trợt của bộ phận di động xích:

Do sự biến dạng của đất theo phơng tiếp tuyến sẽ gây ra hiện tợng trợt Độ trợt của máy kéo xích cũng đợc định nghĩa nh ở máy kéo bánh:

 v  v

v t t

trong đó: vt - vận tốc lý thuyết: vt = rkk

v - vận tốc thực tế: v = rk

rk, r - bán kính lăn lý thuyết và bán kính lăn thực tế

Bán kính lăn lý thuyết của máy kéo xích có thể chấp nhận bằng bán kính động lực học đợc xác định theo công thức (4.2)



k

M

X





r



l

L 

Hình 4.4 Sơ đồ xác định lực bám và độ tr ợt

Cần lu rằng vận tốc lý thuyết vt của máy kéo xích là đại lợng ngẫu nhiên có tính chu kỳ, ngay cả trờng hợp tốc độ quay của bánh chủ động là không thay đổi Do đó trị

số của vận tốc đợc xác định theo các công thức trện chỉ là những giá trị trung bình

Để giải thích vấn đề này ta khảo sát sự di chuyển của nhánh xích chủ động (hình 4.5)

Khi bánh đè xích sau cùng ở vị trí nh Hình 4.5a nhánh chủ động luôn căng, nghĩa

là bộ phận di động xích đang tạo ra lực chủ động để đẩy máy kéo chuyển động với vận tốc lý thuyết vt = rkk

Tại thời điểm bánh đè xích sau cùng dịch chuyển sang mắt xích tiếp theo (Hình 4.5b), mắt xích 1 có thể quay tự do, nhánh chủ động bị trùng lại đột ngột và không tạo

ra lực chủ động, nghĩa là không tạo ra sự chuyển động tịnh tiến của máy kéo Tuy nhiên , trong thời gian đó máy kéo vẫn chuyển động đợc là nhờ lực quán tính

Hiện tợng trên lặp lại có tính chu kỳ và do đó vt, v và  là những đại lợng biến thiên có tính chu kỳ Biên độ dao động của vận tốc phụ thuộc và các thông số cấu tạo của bộ phận di động xích, trong đó chiều dài của các mắt xích gây ảnh h ởng cơ bản nhất

Nếu ta quy ớc vận tốc lý thuyết là đại lợng không đổi vt = const , thì trong giá trị của độ trợt đợc tính theo công thức lý thuyết xem nh không kể đến mất vận tốc do bánh chủ động quay không tải trong thời gian nhánh xích chủ động bị trùng lại Đó là một

điểm khác nhau giữa độ trợt của máy kéo xích và máy kéo bánh

Về nguyên nhân gây ra sự trợt của máy kéo xích, cơ bản vãn do biến dạng của đất theo phơng tiếp tuyến

Tại cùng một thời điểm, độ biến dạng của đất do các mấu bám gây ra sẽ không

nh nhau, mấu bám sau cùng (hình 4.4) gây ra biến dạng lớn nhất và mấu bám đầu tiên

sẽ gây ra biến dạng nhỏ nhất

Giả sử không có hiện tợng trợt, trong khoảng thời gian mắt xích tiếp xúc với mặt

đờng máy kéo sẽ dịch chuyển đợc một quãng đờng bằng chiều dài của một mắt xích lx.

Do bị trợt cùng trong thời gian đó máy kéo chỉ dịch chuyển đ ợc một đoạn đờng lx - l

Do vậy độ trợt của máy kéo có thể đợc xác định theo công thức sau:

 l  l  l 

l

l l

x x

Độ biến dạng của đất l phụ thuộc vào tải trọng tiếp tuyến và tính chất cơ lý của

đất Quan hệ giữa ứng suất tiếp  và độ biến dạng của đất l đã đợc nghiên cứu trong chơng 1 và có thể biểu diễn theo công thức;

 = kcl

Trong đó: kc là hệ số chống biến dạng ngang của đất (theo phơng song song với mặt đơng;  - ứng suất pháp tuyến (vuông góc với mặt đờng)

Kết hợp hai công thức trên ta có:

 = kclx

Thay  vào công thức (4.23) với lu ý rằng nlx = L (chiều dài nhánh xích tựa ), ta nhận đợc :

Pk = G + 2kcSL

Từ đó rút ra mối quan hệ giữa độ trợt các thông số cấu tạo và điều kiện đất đai

nh sau :

L S k

G P

c

k

2



(4.25)

hoặc:

45

b) a)

 K

2 1

 K

2 1

Hình 4.5 Sơ đồ dịch chuyển của các mắt xích ở nhánh chủ động

a  khi bánh đè xích nằm trên mắt xích; b  khi bánh đè xích nằm trên chốt xích

L S k

G P

P

c

f m

2



(4.26)

Công thức (4.26) chỉ ra rằng, độ trợt của máy kéo xích phụ thuộc vào trọng lợng của máy, các thông số cấu tạo của xích, tải trọng kéo và các tính chất cơ lý của đất

Đờng đặc tính trợt  = f(Pk) hoặc  = f(Pm) cũng có dạng tơng tự nh ở máy kéo

bánh (hình 3.19) Nhng độ trợt của các máy kéo xích thờng nhỏ hơn nhờ diện tích tiếp xúc với đất lớn hơn và số mấu bám vào đất cũng lớn hơn

4.4 Cân bằng công suất và hiệu suất kéo của bộ phận di động xích

Cân băng công suất trên bộ phận di động xích:

Trờng hợp máy kéo chuyển động đều trên đờng nằm ngang phơng trình cân bằng công suất trên bánh chủ động có dạng:

Mkk= Mr1k+PkV

Thêm vào vế phải của phơng trình một đạI lợng O=PkV-PkV và qua vài phép biến

đổi đơn giản ta có:

Mkk= Mr1k+Pk(vt-v)+Pk

hoặc:

Mkk= Mr1k+Pk(vk-v)+Pfv+Pmv (4.27) trong đó: Mkk - công suất truyền cho bánh chủ động

Mr1k - công suất mất mát do ma sát trong nhánh xích chủ động:

Pk(vt-v)- công suất mất mát do trợt;

Pfv - công suất mất mát để khắc phục lực cản lăn;

Pmv - công suất kéo (công suất có ích)

Hiệu suất của bộ phận di động xích:

Hiệu quả làm việc của bộ phận di động xích đợc đánh giá bởi tỷ số giữa công suất có ích và công suất truyền cho bánh chủ động:

k k

m B M

v P



và đợc gọi là hiệu suất kéo của bộ phận di động xích.

Nếu biểu thị Mk theo công thức (4.5) và nhân thêm vào tử số và mẫu số của công thức trên một đại lợng Pkv ta sẽ nhận đợc:

B P m   

k

k

k t

p f

P v

P v

P v

P v

  (4.28) trong đó: P- hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ động;

ì- hiệu suất tính đến sự mất mát do lực cản lăn;

f m

k

m k

P v

P v

P P

- hiệu suất tính đến sự mất mát công suất do trợt:

  P v 

P v

v v k

k t t

Thực nghiệm đã cho thấy rằng, khi máy kéo xích làm việc trên đồng ruộng có độ

ẩm trung bình thì sự mất mát công suất do ma sát trong bộ phận di động xích khoảng 50- 60% trong tổng mất mát công suất Do vậy việc duy trì tình trạng kỹ thuật của bộ phận di động xích đợc tốt sẽ có ý nghĩa rất lớn

ở các loại đất có độ ẩm cao độ trợt và lực cản lăn do chèn dập đất sẽ tăng lên

đồng thời mômen ma sát trong bộ phận xích cũng tăng lên do không đảm bảo bôi trơn Khi đó tổng mất mát công suất sẽ tăng lên và độ trợt có thể là yếu tố ảnh hởng lớn nhất Trong thực tế khó có thể phân biệt đợc mức độ ảnh hởng của độ trợt và của lực cản lăn vì hai thông số này có ảnh hởng lẫn nhau Khi tải trọng kéo tăng sẽ làm tăng

độ trợt, đồng thời tăng ma sát trong bộ phận di động xích Do đó lực cản lăn và độ tr ợt

sẽ đồng thời tăng khi tải trọng tăng

4.5 Tâm áp lực của máy kéo xích

Phản lực pháp tuyến của mặt đất tác dụng lên mặt tựa của xích là lực phân bố

Điểm O đặt lực tổng hợp áp lực của mặt đất tác dụng lên mặt tựa của xích xét trong mặt phẳng dọc đợc gọi là tâm áp lực của máy kéo xích (Hình 4.6)

Vị trí tâm áp O lực phụ thuộc vào các thông số cấu tạo và điều kiện làm việc của máy kéo Ta hãy xem xét sự thay đổi của vị trí tâm áp lực khi máy kéo làm việc với các loại máy nông nghiệp khác nhau

1) Khi máy kéo làm việc với máy nông nghiệp móc

Trên Hình 4.6 là sơ đồ máy kéo xích làm việc với máy nông nghiệp móc, chuyển

động đều trên đờng nằm ngang

Các lực tác dụng lên máy kéo gồm có: trọng l ợng máy kéo G, lực cản lăn Pf, lực kéo tiếp tuyến Pk, lực cản léo Pm, phản lực pháp tuyến Z đặt tại tâm áp lực O

Để đơn giản ta giả thiết lực cản lăn P và lực kéo tiếp tuyến Pk nằm trên mặt phẳng tiếp xúc giữa xích và mặt đất

Trong trờng hợp này phản lực pháp tuyến là:

Z =G +Pm sin

Khoảng cách từ vị trí tâm áp lực O đến điểm giữa của nhánh xích tựa đ ợc gọi là

độ dịch chuyển cuả tâm áp lực, ký hiệu là x

Xét sự cân bằng mô mencủa các ngoại lực đối với tâm áp lực O ta có:

G(a + x) = Pm coshm +Pmsin(b +lc – a – x)

Từ đó rút ra:

P G

l b P

h P

x

m

c m

m















sin

) (

sin cos

(4.29)

trong đó: b – khoảng cách từ trọng tâm máy kéo đến cầu sau;

a - toạ độ dọc của trọng tâm máy kéo đối với điểm giữa của nhánh xích tựa

l c , h m - toạ độ của điểm đặt lực kéo

Công thức (4.29) cho thấy rằng, độ dịch chuyển của tâm áp lực x phụ thuộc toạ

độ trọng tâm máy kéo, độ lớn, phơng và điểm đặt của lực cản kéo Lực cản kéo càng tăng thì độ dịch chuyển tâm áp lực càng lùi về phái sau

Trờng hợp phơng lực kéo song song với mặt đờng (=0), phản lực pháp tuyến Z=G, còn độ dịch chuyển của tâm áp lực sẽ là:

a

G

h P



 (4.30) Khi x = 0 , áp suất phân bố đều theo chiều dài nhánh xích tựa Điều kiện này đ

-ợc thoả mãn khi:

a P h

G

m m

 (4.31) Khi thiết kế máy kéo, toạ độ trọng tâm sẽ đợc xác định theo công thức (4.31) với giá trị lực kéo đợc chọn bằng lực kéo danh nghĩa PH hoặc chọn theo lực cản kéo của máy nông nghiệp mà máy kéo thiết kế sẽ hay sử dụng nhất Các số liệu thống kê cho thấy ở các máy kéo nông nghiệp a=(0,05-0,08)L

2) Khi máy kéo làm việc với máy nông nghiệp treo

Xét hai trờng hợp: khi vận chuyển trên đờng và khi làm việc trên đồng ruộng

47

Hình 4.6 Sơ đồ xác định tâm áp lực khi máy kéo làm việc với máy nông nghiệp móc

b l

c

G Z

h

m Pm

Pk

0,5L 0,5L



Trên hình 4.7a là sơ đồ máy kéo với cày treo ở thế vận chuyển trên đ ờng nằm ngang khi chuyểng động ổn định

Lập phơng trình cân bằng mô men các ngoại lực đối với tâm áp lực O nhận đợc: a

G G

b b G x

c

c c







(4.32)

trong đó: Gc - trọng lợng của cày;

bc - khoảng cách từ trọng tâm cày đến trục bánh sao chủ động máy kéo ;

b - khoảng cách từ trọng tâm máy kéo đến trục bánh sao chủ động máy kéo ;

a - khoảng cách từ trọng tâm máy kéo đến điểm giữa của nhánh xích tựa;

G - trọng lợng của máy kéo

Tổng phản lực pháp tuyến của mặt đờng lên máy kéo là

Z=G+Gc

Khi liên hợp máy làm việc trên đồng ruộng, tuỳ thuộc vào loại máy công tác và tính chất công việc các thành phần lực tác dụng lên liên hợp máy có thể sẽ khác nhau

ở đây chọn loại cày treo làm ví dụ và để đơn giản ta xét tr ờng hợp liên hợp máy chuyển động đều trên mặt đồng nằm ngang(hình4.7b)

Các thành phần lực tác dụng lên cày (đã phân tich ở Mục 3.7.3) bao gồm: Rx là thành phần nằm ngang , Rxtgthành phần thẳng đứng , Zc  phản lực pháp tuyến lên bánh tựa đồng

Lập phơng trình cân bằng lực theo phơng thẳng đứng sẽ xác định đợc tổng phản lực pháp tuyến tác dụng lên máy kéo:

Z = G + Rxtg - Zc

Từ điều kiện cân bằng mô men của các ngoại lực đối với tâm áp lực O ta xác định

đợc độ dịch chuyển của tâm áp lực:

 = R tg b b Z b l





   a (4.33)

Qua đó ta thấy phản lực pháp tuyến Z của mặt đồng tác dụng lên máy kéo cũng

nh độ dịch chuyển tâm áp lực  đều phụ thuộc vào thành phần phản lực pháp tuyến Zc tác dụng lên bánh tựa đồng Do đó để điều chỉnh tâm áp lực ta có thể sử dụng biện pháp

điều chỉnh phản lực Zc nh đã trình bày ở mục 3.6.3

Nếu không có bánh tựa đồng Zc= 0, thì độ dịch chuyển tâm áp lực sẽ là:

 



R tg b b

x

(4.34)

So sánh các công thức (4.33) và (4,34) ta thấy độ dịch chuyển của tâm áp lực của máy kéo xích khi làm việc với máy nông nghiệp treo không có bánh tựa đồng sẽ lớn

b

c

a

x

b

G

c

0 P

K 0,5L

0,5L

P

f

a)

Hình 4.7 Sơ đồ xác định tâm áp lực khi liên hợp với cày treo

a  khi vận chuyển; b  khi làm việc.

b)

b

c

Z c

R

X

l

c

R

X tg

a

x

b

0

PK

0,5L

0,5L

P

f