Động lực học ô tô máy kéo - Chương 6

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 6

Tính năng kéo của máy kéo 6.1 Phơng trình cân bằng công suất và hiệu suất kéo

Phơng trình cân bằng công suất của máy kéo là ph ơng trình biểu thị mối quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ và các thành phần công suất chi phí cho các lực cản chuyển động Trờng hợp tổng quát là khi máy kéo có sử dụng trục thu công suất, ph ơng trình có dạng nh sau:

Ne = Nm.s + N + N  Ni  Nj + Nm + N0 (6.1) trong đó:

Ne  công suất hiệu dụng của động cơ;

Nm.s  công suất tiêu hao trong hệ thống truyền lực và trên nhánh xích

chủ động (nếu là máy kéo xích);

N  công suất tiêu hao cho lực cản lăn;

N  công suất tiêu hao do bánh chủ động hoặc xích bị trợt;

Ni  công suất tiêu hao do lực cản dốc, lấy dấu (+) khi lên dốc và lấy

dấu () khi xuống dốc;

Nj  công suất tiêu hao cho lực cản quán tính, lấy dấu (+) khi chuyển

động nhanh dần và lấy dấu () khi chuyển động chậm dần;

Nm  công suất có ích trên móc kéo (công suất kéo);

N0  công suất truyền cho trục thu công suất

Tỷ số giữa công suất kéo và phần công suất động cơ dùng để thực hiện công việc kéo đợc gọi là hiệu suất kéo:

k m

e o

N



 (6.2) Trờng hợp không sử dụng trục thu công suất :

k m

e

N N

 (6.3) Hiệu suất kéo là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất kéo của máy kéo và

để đánh giá so sánh chất lợng kéo của các máy kéo khác nhau

Hiệu suất kéo phụ thuộc vào các thông số cấu tạo, chế độ tải trọng và điều kiện sử dụng chúng Vì vậy, cùng điều kiện sử dụng nh nhau, hiệu suất kéo của các máy kéo khác nhau là khác nhau hoặc cùng một loại máy kéo, hiệu suất kéo sẽ khác nhau khi làm việc ở điều kiện khác nhau

Để đơn giản trớc hết ta xét trờng hợp máy kéo chuyển động ổn định trên đờng nằm ngang và không sử dụng trục thu công suất Các trờng hợp khác sẽ đợc xem nh là trờng hợp đặc biệt

Trong trờng hợp này phơng trình cân bằng công suất nh sau:

Ne = Nm.s+ N + N +Nm (6.4)

Phân tích bản chất của quá trình truyền công suất ta có thể biểu diễn ph ơng trình (6.4) theo dạng sơ đồ sau đây:

Trong đó:

Nk  công suất truyền cho bánh chủ động ;

Nk = Ne  Nm.s = PkvT

NR- công suất truyền lên khung để đẩy máy kéo chuyển động;

NR = Nk  N = Pkv

Nm công suất kéo ở móc

Nm = NR  N = Pmv

Pk  lực kéo tiếp tuyến ;

vT , v  vận tốc lý thuyết và vận tốc thực tế;

Các hao tổn công suất trong từng khâu truyền Nms ,N ,và N cũng đợc đánh giá qua các hiệu suất tơng ứng, cụ thể là:

Sơ đồ truyền công suất từ động cơ đến máy nông nghiệp

N

k= P

kv

R= P

m= P

mv

N



N f

 Hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực:

m k

e

e

m s e

N N

N

N N

   .  1 . (6.5) Suy ra: Nm.S =( 1 -m)Ne

 Hiệu suất tính đến sự ảnh hởng của độ trợt

  N  

N

P v

P v

v v

R k

k

k t T hoặc  = 1 -  (6.6)

 Hiệu suất tính đến sự ảnh hởng của lực cản lăn:

f m

R

m

k

m

k

m

m

N N

P v

P v

P P

P

 (6.7)

Kết hợp các công thức (6.3),(6.6),(6.6)và (6.7) với những phép biến đổi đơn giản

ta nhận đợc:

k   m  f m  m

m

P

fG P

 (1 ) (6.8) Khi tính toán có thể chấp nhận ta giả thiết là hệ số cản lăn và hiệu suất cơ học

trong hệ thống truyền lực là những đại lợng không đổi: f = const; m = const

Trên hình 6.1 là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất kéo k và lực kéo Pm

theo công thức (6.8), Qua hình 6.1 ta thấy khi lực kéo Pm=0 thì k=o, toàn bộ công suất

động cơ đợc sử dụng chỉ để khắc phục lực ma sát trong hệ thống truyền lực và để thắng lực cản lăn Với sự tăng lực kéo hiệu suất kéo cũng tăng lên và đạt giá trị cực đại kmax, sau đó giảm dần đến k=0 (ứng với độ trợt =1) Trờng hợp k =0 toàn bộ công suất

động cơ bị hao tổn do ma sát trong hệ thống truyền lực và do trợt

Khi k= kmax máy kéo làm việc có hiệu quả nhất, do đó giá trị lực kéo ứng với

kmax đợc gọi là lực kéo tối u Ptu

Cần lu ý rằng, hệ số  và đờng đặc tính trợt phụ thuộc vào các thông số cấu tạo của máy kéo và các tính chất cơ lý của đất Do vậy các giá trị kmax và Ptu của các máy kéo khác nhau sẽ khác nhau và cũng sẽ thay đổi khi điều kiện sử dụng thay đổi

6.2 Đồ thị cân bằng công suất và đờng đặc tính kéo thế năng

6.2.1 Đồ thị cân bằng công suất

Phơng trình (6.4) biểu thị sự cân bằng công suất của máy kéo không dùng trục thu công suất và chuyển động ổn định trên mặt đờng nằm ngang Các thành phần công suất trong phơng trình đều phụ thuộc vào tải trọng kéo (Pm)

Để dễ nhận thấy sự ảnh hởng của tải trọng kéo đến các thành phần công suất ta biểu diễn phơng trình (6.4) dới dạng đồ thị với trục hoành biểu diễn lực kéo Pm và trục tung là các thành phần công suất

Giả thiết máy kéo có hộp số vô cấp, nhờ đó động cơ luôn phát huy đ ợc hết công suất Ne = Nemax = const Giả thiết này nhằm loại bỏ sự ảnh hởng của đặc tính động cơ và các thông số cấu tạo của hệ thống truyền lực đến công suất kéo Đồ thị cân bằng công suất đợc thể hiện trên Hình 6.2

85

v v

max

v

v

tu

N max





N m

N m

N



Nf

N

f

v

v

T

v

N

P

f

Ne

H

Nk

N mmax



 N

m



N m

N

m

N

f

N





max



v

v

T

N

m.s

0’ 0

P

max

P

m

Hình 6.1 Quan hệ giữa hiệu suất kéo và lực kéo ở móc

P m 0





k







 max

P tu

Ta đã biết công suất truyền cho bánh chủ động có thể đợc xác định theo công thức:

Nk = Pkvt = (G +Pm)vt

suy ra v N

N

m

m e m



  



Trong trờng hợp đang xét công suất động cơ luôn luôn bằng công suất danh nghĩa ( Ne=NeH = const), do đó đờng cong vận tốc lý thuyết có thể xây dựng theo công thức:

v N

G P

m







f (6.9)



Nh vậy, nếu biết quan hệ định lợng giữa độ trợt và lực kéo  = f(Pm), công suất danh nghĩa của động cơ NeH , trọng lợng G, hiệu suất cơ học m, hệ số cản lăn f với giả

thiết m = const, f = conts, thì ta có thể xác định đợc các thành phần công suất theo lực

kéo ở móc và sẽ xây dựng đợc đồ thị cân bằng công suất

1 Xây dựng đờng cong trợt =(Pm) theo số liệu thực nghiệm hoặc theo công thức thực nghiệm

2 Xây dựng đờng cong vận tốc lý thuyết vT = (Pm). theo công thức (6.9) và vận tốc thực tế v = f(Pm) theo (6.10)

3 Công suất hao tổn do ma sát trong hệ thống truyền lực:

Nm.S = NeH(1  m)

4 Công suất hao tổn do trợt : N = (Pm + fG)(vT  v)

6  Công suất hao tổn do cản lăn : Nf = Pf.v = f.G.v

6 Công suấtt kéo ở móc: Nm = Pmv

Qua đó ta thấy khi tăng lực cản kéo Pm công suất hao tổn do trợt N  sẽ tăng vì lực kéo tăng sẽ làm tăng độ trợt dẫn đến làm giảm vân tốc thực tế, còn công suất hao tổn do cản lăn N giảm vì vận tốc giảm

6.2.2 Đờng đặc tính kéo thế năng

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc công suất kéo vào lực kéo Nm= (Pm) khi sử dụng hốp số vô cấp và động cơ làm việc ở chế độ danh nghĩa đợc gọi là đờng đặc tính kéo thế năng của máy kéo (hình 6.3)

Đờng đặc tính kéo thế năng của máy kéo biểu thị khả năng tạo ra công suất kéo lớn nhất có thể với các giá trị lực kéo đã cho, trong điều kiện đất đai đã đợc xác định Khi máy kéo chạy không công suất kéo Nm = 0, toàn bộ công suất truyền cho bánh chủ động chỉ để khắc phục lực cản lăn Với sự tăng lực kéo công suất kéo cũng tăng dần đến giá trị cực đại Nmmax , sau đó sẽ giảm dần do độ trợt tăng nhanh Khi độ

tr-ợt  = 1 (100%) thì Nm =0 và toàn bộ công suất truyền cho bánh chủ động sẽ tiêu hao vô ích cho hiện tợng trợt

Hiình 6.3

Đờng đặc tính kéo thế năng của

máy kéo

Hiình 6.2

Đồ thị cân bằng công suất

của máy kéo

Quy luật thay đổi công suất kéo cũng tơng tự nh sự thay đổi hiệu suất kéo Nếu chọn tỷ lệ xích phù hợp đờng cong hiệu suất và đờng cong công suất kéo (đặc tính kéo thế năng) sẽ hoàn toàn trùng nhau vì trong trờng hợp này Nm và k quan hệ với nhau theo tỷ lệ thuận ( Nm =kNe max)

Đờng đặc tính kéo thế năng chỉ ra rằng, ở điều kiện đất đai xác định máy kéo làm việc có hiệu quả chỉ trong khoảng lực kéo nhất định (Pcpmin  Pcpmax) Nếu lực kéo nằm ngoài khoảng đó công suất kéo và hiệu suất kéo đều giảm xuống quá thấp Máy kéo làm việc có hiệu quả nhất khi lực cản của liên hợp máy bằng lực kéo tối u Ptu , khi đó hiệu suất và công suất kéo đạt giá trị cực đại

Phân loại máy kéo theo lớp lực kéo

Trong lĩnh vực nông nghiệp, các máy kéo phải đảm nhiệm nhiều loại công việc khác trên những điều kiện đất đai khác nhau, do đó lực cản kéo thay đổi trong phạm vi rất rộng Để máy kéo làm việc có hiệu quả cần phải chế tạo ra nhiều loại máy kéo với các cỡ công suất khác nhau, mỗi loại sẽ có khoảng lực kéo riêng của mình và chỉ làm việc có hiệu quả trong khoảng lực kéo đó

Lực kéo danh nghĩa

Để phân loại máy kéo theo lớp lực kéo ngời ta quy ớc dùng giá trị lực kéo tối u làm tiêu chuẩn so sánh khi chúng làm việc trên cùng điều kiện chuẩn : ruộng gốc rạ, độ chặt và độ ẩm trung bình Các giá trị lực kéo tối u nhận đợc trong điều kiện quy ớc nh

vậy đợc gọi là lực kéo danh nghĩa P H

Độ trợt tơng ứng với lực kéo danh nghĩa PH dợc gọi là độ trợt danh nghĩa H Thực nghiệm cho thấy giá trị H =16-18% đối với máy kéo bánh và H=6-7% đối với máy kéo xích

Hệ thống máy kéo của các nớc khác nhau có thể khác nhau, tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng nớc Thông thờng các máy kéo đợc phân theo các lớp: 2, 6, 9, 14,

20, 30, 40, và 60 KN (lực kéo danh nghĩa)

6.3 Đờng đặc tính kéo của máy kéo dùng hộp số cơ học

6.3.1 Khái niệm chung về đờng đặc tính kéo dùng hốp số cơ học

Trong thực tế, trên các máy kéo hầu hết sử dụng loại hộp số cơ học phân cấp, không thể duy trì cho động cơ luôn luôn làm việc ở chế độ danh nghĩa, nghĩa là dộng cơ làm việc thiếu tải hoặc quá tải tuỳ thuộc vào tải trọng kéo và số truyền làm việc Do vậy các đờng cong công suất ứng với các số truyền là khác nhau và đợc minh hoạ nh hình 6.4

Đờng bao của các đờng cong công suất chính là đờng đặc tính kéo thế năng Nh vậy ở mỗi số truyền chỉ có nhiều nhất là một điểm tiếp xúc với đ ờng đặc tính kéo thế năng Đối với máy kéo xích (Hình 6.4a) do khả năng bám tốt nên điểm cực đại của các

đờng cong công suất nằm trên đờng đặc tính kéo thế năng, lúc đó động cơ làm việc ở chế độ danh nghĩa ở các máy kéo bánh, khi lực kéo lớn độ trợt sẽ tăng nhanh nên điểm cực đại ứng với các số truyền thấp thờng không nằm trên đờng đặc tính kéo thế năng, ví

dụ số truyền 1 trên hình 6.4b

Nh vậy chỉ khi dùng hộp số vô cấp máy kéo mới phát huy hết khả năng kéo, đó chính là lý do tại sao gọi đờng cong công suất kéo Nm=f(Pm ) trên hình 6.2 là đờng đặc tính kéo thế năng

Phân loại đờng đặc tính kéo

Đờng đặc tính kéo của máy kéo là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ trợt , vận

Hình 6.4 Đờng đặc tính kéo của máy kéo dùng hộp số cơ học

a  máy kéo xích; b  máy kéo bánh bơm b)

Nm





4

1

m

Đ ờng đặc tính kéo thế năng

a)

Nm



4 3 2 1



Đ ờng đặc tính kéo thế năng

tốc chuyển động v, công suất kéo Nm, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng gT vào lực kéo ở móc Pm ứng với các số truyền khác nhau khi máy kéo chuyển

động trên mặt đồng nằm ngang

Khi máy kéo làm việc trên các điều kiện đất đai khác nhau, đ ờng đặc tính kéo của

nó cũng thay đổi Bởi vậy để có một khái niệm tổng quát về các tính chất đặc trng của máy kéo, thông thờng ngời ta xây dựng đờng đặc tính kéo của máy kéo trên các loại đất

điển hình

Tuỳ thuộc vào phơng pháp xác định các chỉ tiêu kéo (v, , Nm, GT, gT), đờng đặc tính kéo của máy kéo có thể phân thành 2 loại: đờng đặc tính kéo thực nghiệm và đờng

đặc tính kéo lý thuyết

 Đờng đặc tính kéo thực nghiệm đợc xây dựng trên cơ sở các số liệu thực nghiệm

thu đợc khi khảo nghiệm máy kéo trên đờng hoặc trên đồng ruộng Các chỉ tiêu kéo có thể thu đợc trực tiếp trên thiết bị đo hoặc có sử dụng một số công thức đơn giản để tính toán

 Đờng đặc tính kéo lý thuyết đợc xây dựng theo các kết quả tính toán lý thuyết

trên cơ sở sử dụng một số số liệu kỹ thuật hoặc số liệu thực nghiệm làm điều kiện đầu Nói cách khác là các giá trị của các chỉ tiêu kéo đ ợc tính toán theo công thức, còn các

số liệu ban đầu chỉ đóng vai trò phụ

6.3.2 Xây dựng đờng đặc tính kéo lý thuyết

Các số liệu ban đầu:

 Đờng đặc tính tự điều chỉnh hoặc đờng đặc tính tải trọng của động cơ (hình 6.6);

 Một số thông số kỹ thuật của máy kéo : loại máy, trọng l ợng và toạ độ trọng tâm, bán kính bánh xe chủ động hoặc bánh sao chủ động ;

 Hệ số cản lăn f và đờng cong trợt thực nghiệm  =f(Pm) của máy kéo tơng tự

Nếu không có đờng cong trợt  =f(Pm) , độ trựơt có thể tính theo công thức thực nghiệm

Trình tự xây dựng :

Việc xây dựng đờng đặc tính kéo lý thuyết có thể đợc tiến hành theo một vài

ph-ơng pháp nhng đều cùng một cơ sở khoa học, chỉ khác nhau các bớc tính toán cụ thể

D-ới đây sẽ trình bày một phơng pháp vD-ới các bớc nh sau :

1) Xây dựng đờng cong trợt  =f(Pm)

2) Xây dựng các đòng cong vận tốc thực tế v= f(Pm)

Khi máy kéo chuyển động đều trên mặt đờng nằm ngang, mô men quay của động cơ Me và vận tốc thực tế của máy kéo v có thể đợc xác định theo các công thức:

i

m

f

 (6.12)

v r

i

k e

  (1 ) (6.13)

Nh vậy, trên cơ sở sử dụng đờng đặc tính của động cơ  =f(Me) và đờng cong trợt

 =f(Pm) ta sẽ xây dựng đợc các đờng cong vận tốc v =f(Pm) cho các số truyền khác nhau của máy kéo

3) Xây dựng các đờng cong công suất kéo Nm=f(Pm)

Các đờng cong công suất kéo của máy kéo đợc xây dựng trên cơ sở công thức :

Nm = Pm v (6.14)

Do các đờng cong vận tốc v = f(Pm) phụ thuộc vào tỷ số truyền nên các đờng cong công suất Nm = f(Pm) cũng phụ thuộc vào tỷ số truyền

4) Xây dựng các đờg cong chi phí nhiên liệu giờ GT=f(Pm)

Cho giá trị bất kỳ của lực kéo Pm Sử dụng công thức (6.12) ta xác định mô men quay Me ứng với Pm đã cho, sau đó từ đờng đặc tính của động cơ GT =f(Me) xác định

đ-ợc giá trị GT tơng ứng Từ cặp giá trị (Pm, GT) vừa xác định đợc ta vẽ đợc một điểm của

đồ thị Thay các giá trị lực kéo khác nhau ta xác định đ ợc nhiều điểm và nối chúng lại

sẽ đợc đờng cong GT = f(Pm ) của số truyền đã cho

Tất cả các đờng cong GT = f(Pm) sẽ cắt nhau tại một điểm, tơng ứng với lúc máy kéo đứng yên và động cơ làm việc ở chế độ chạy không GT = G T0 Tại các điểm cực đại

G T = GTmax , tơng ứng với lúc động cơ làm việc ở chế độ danh nghĩa

Ne = Nemax, Me = MeH và  = H Trên đồ thị các điểm cực đại GTmax phải nằm trên một

đờng thẳng Tơng tự nh vậy, các điểm mút của các đờng cong GT - Pm cũng nằm trên một đờng thẳng, tơng ứng với lúc Me = Memax

6).Xây dựng các đờng cong chi phí nhiên liệu riêng gT=f(Pm)

Chi phí nhiên liệu riêng của máy kéo là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính tiết kiệm nhiên liệu và đợc xác định theo công thức :

g G

N

m

 103 , g/kWh (6.16) trong đó : G T - chi phí nhiên liệu giờ, kg/h; N - công suất kéo, kW

Các đờng cong gT=f(Pm) cũng đợc xây dựng cho từng số truyền

Cần lu ý rằng các đờng cong trên đờng đặc tính kéo biểu thị mối quan hệ giữa các chỉ tiêu kéo và lực kéo ở móc Các quan hệ này là các quan hệ phi tuyến Do đó để đảm bảo độ chính xác cần thiết phải xác định nhiều điểm, nhất là ở vùng lực kéo mà công suất kéo đạt cực đại Nmax và chi phí nhiên liệu riêng đạt cực tiểu gmin Trên Hình 6.6 là dạng đờng đặc tính kéo lý thuyết

Một số nhận xét:

Qua đờng đặc tính kéo ta thấy rằng các đờng cong công suất kéo đều có giá trị cực đại và các đờng cong chi phí nhiên liệu riêng đều có giá trị cực tiểu gmin và cùng đạt

đợc trong một vùng lực kéo Lúc đó hiệu quả làm việc và tính tiết kiệm nhiên liệu của máy kéo là cao nhất Đối với từng số truyền, việc đánh giá tính tiết kiệm nhiên liệu của máy kéo đợc qui ớc là đánh giá theo mức độ chi phí nhiên liệu riêng trong khoảng lực kéo tơng ứng với sự thay đổi của công suất kéo từ Nmax đến 0,6Nmax

ở các số truyền cao, động cơ có thể bị quá tải và các số truyền này th ờng đợc sử dụng ở vùng độ trựơt thấp, do vậy điểm cực đại của đờng cong công suất kéo và điểm cực đại của đờng cong chi phí nhiên liệu giờ G T thờng đạt đợc tại cùng một giá trị lực kéo Trong trờng hợp này, sự giảm công suất kéo ở nhánh bên phải (còn gọi là nhánh quá tải) của đờng cong công suất chủ yếu là do động cơ làm việc ở chế độ quá tải, tốc

độ quay của động cơ giảm nhanh Do đó không đợc phép sử dụng máy kéo ở nhánh quá tải mặc dù công suất kéo giảm không nhiều so với công suất kéo cực đại

ở vùng lực kéo lớn, cũng là vùng hay sử dụng số truyền thấp, độ trựơt tăng nhanh

do đó điểm cực đại của đờng cong công suất kéo thờng không nhận đợc tại vùng lực kéo

có chi phí nhiên liệu giờ cực đại, thậm chí chi phí nhiên liệu giờ ch a đạt giá trị cực đại

do động cơ thiếu tải Sự giảm công suất kéo ở nhánh quá tải chủ yếu là do độ trựơt lớn làm vận tốc máy kéo giảm nhanh Trong trờng hợp này có thể cho phép máy kéo làm

Hình 6.6

Đ ờng đặc tính kéo lý thuyết

của máy kéo

G

T3

G

T1

N

m1

N

m2

N

m3

g

T1

g

T2

g

T3

G

T0

N

m





g

T

Pf

v

3

v

2

v

1

v

0 v

0 G

GT

0

P

m

P

m.i

Hình 6.5

Đ ờng đặc tính tải trọng của

động cơ

M eH

M e.i



e

N e



e

G

e

N en

N e

G emax

G

e

G

e0

M emax

e

việc ở nhánh quá tải nếu hiệu suất kéo còn trong phạm vi cho phép và động cơ ch a quá tải

Công dụng chính của đờng đặc tính kéo thực nghiệm là để xác định các chỉ tiêu kéo nhằm giúp cho việc chọn liên hợp máy đợc thích hợp và nâng cao hiệu quả sử dụng máy kéo Ngoài ra, thông qua đờng đặc tính kéo ta có thể đánh giá mức độ phù hợp (thông qua hiệu suất kéo cực đại max) máy kéo với điều kiện sử dụng nó, mức độ phù hợp của công suất động cơ với hệ thống di động và sự phân bố tỷ số truyền

Đờng đặc tính kéo lý thuyết chủ yếu đợc sử dụng khi tính toán thiết kế về máy kéo để đánh giá sơ bộ (phỏng đoán) tính chất kéo của loại máy kéo đang thiết kế Cũng

có thể đợc sử dụng để phỏng đoán khả năng làm việc của những máy kéo đang sử dụng

ở những điều kiện làm việc mới mà khi tính toán thiết kế cha đợc xem xét đến

6.4 Đờng đặc tính kéo của máy kéo dùng hộp số thủy lực

Đờng đặc tính kéo của máy kéo dùng hộp số thuỷ lực có thể xây dựng theo số liệu thực nghiệm hoặc theo tính toán lý thuyết Tuy nhiên, do các chỉ tiêu kéo phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên việc xây dựng chính xác các đờng đặc tính kéo chỉ có thể tiến hành theo phơng pháp thực nghiệm

Đờng đặc tính kéo lý thuyết của máy kéo dùng hộp số thuỷ lực đợc xây dựng dựa trên đờng đặc tính không thứ nguyên K b i của hộp số thuỷ lực và đờng cong trợt của

hệ thống di động của máy kéo   Pm Phơng pháp xây dựng có thể đợc tóm tắt nh sau: Khi máy kéo chuyển động đều trên đờng nằm ngang, phơng trình cân bằng lực kéo có thể biểu diễn theo công thức:

Pk = M K i

r

k

.

= fG + Pm , ( N ) (6.16) còn vận tốc chuyển động thực tế :

v = 3,6e i rk(1 - )

T

i

1

, ( km/h) (6.17) trong đó : Pk  lực kéo tiếp tuyến, N;

Me , e  mô men quay ( Nm) và tốc độ góc (1/s) của động cơ ;

iT , i  tỷ số truyền của phần hộp số cơ học và phần hộp số thuỷ lực;

m  hiệu suất ma sát trong phần hộp số cơ học và trong nhánh xích chủ

động (nếu là máy kéo xích) ;

rk  bán kính động lực học của bánh chủ động, giả thiết bán kính động lực học và bán kính lăn lý thuyết bằng nhau,m;

f  hệ số cản lăn;

G  trọng lợng sử dụng của máy kéo, N;

Pm  lực kéo ở móc, N

Nếu sau hộp số thủy lực không có hộp số cơ học thì các phơng trình trên sẽ đợc xác định theo các công thức sau:

Pk =

k

m b e

r

K

= fG + Pm (6.18)

v = 3,6ei rk(1 - ) (6.19)

Trình tự xây dựng:

Dựa vào các công thức trên ta có thể xây dựng đợc đờng đặc tính kéo của máy kéo (hình 6.7) theo các bớc sau:

1) Xác định mô men quay M e và tốc quay của trục khuỷu e :

Các giá trị Me và e phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ và đặc tính làm việc của bộ phận truyền động thuỷ lực Khi xây dựng đờng đặc tính kéo lý thuyết của máy kéo ngời ta quy ớc rằng hộp số thuỷ lực đảm bảo cho động cơ luôn làm việc ở chế

độ danh nghĩa, nghĩa là mô men quay và tốc độ của động cơ luôn bằng giá trị danh nghĩa Me = MeH và e = H

Đờng cong trợt có thể đợc xây dựng theo số liệu thực nghiệm hoặc sử dụng các công thức thực nghiệm để tính toán nh đã trình bày ở phần trên

2) Xây dựng các đờng cong vận tốc thực tế v = f(P m )

3) Xây dựng đờng cong trợt  = f(P m )

N

e = const =N

e H

const G

e= const = G

emax

v

1

v

a

N

m.1 g T.1 g

T.2



m

P m

N m

v

G e

g T



Các giá trị lực kéo đợc tính nh sau:

Trờng hợp không sử dụng hộp số cơ học:

Pm = Pk  Pf = M

eH

 (6.20) Trờng hợp có sử dụng thêm hộp số cơ học:

Pm =M i

.

 (6.21)

Nh vậy, nếu cho trớc các gia trị của tỷ số truyền mô men Kb và sủ dụng công thức (6.20) hoặc (6.21) ta sẽ tính đợc các gía trị tơng ứng của lực kéo Pm Từ đờng cong trợt fPm) ta cũng xác định đợc các giá trị của độ trợt  ứng với các giá trị lực kéo

đã tính đợc Từ đờng đặc tính không thứ nguyên Kb = f(i) của hộp số thuỷ lực (hình 6.7) ta sẽ xác định đợc giá trị của tỷ số truyền động i

Thay các giá trị Kb , i công thức (6.20) ta xác định đợc lực kéo Pm Từ đờng cong trợt fPm) xác định giá trị của  và thay vào (6.19) ta xác định đợc các gía trị của vận tốc thực tế v ứng với các gía trị Kb đã cho và ứng với các giá trị lực kéo đã tính đợc Nh vậy ta sẽ xây dựng đợc đờng cong vận tốc tực tế v = f(Pm)

Nếu sử dụng hộp số thuỷ-cơ, ta cần xây dựng các đờng cong v = f(Pm) cho các số truyền khác nhau (với các giá trị khác nhau của tỷ số truyền iT trong phần truyền động cơ học )

4) Xây dựng các đờng cong công suất kéo N m = f(P m ) :

Nm = P v m

3 6 , , kW (6.22)

Trên cơ sở các đờng cong vận tốc v = f(Pm) đã xây dựng đợc và sử dụng công thức (6.22) ta sẽ xây dựng đợc các đờng cong công suất kéo

Nm= f(Pm) cho các số truyền khác nhau

6) Xây dựng đờng biểu diễn chi phí nhiên liệu giờ G e = f(P m )

Khi sử dụng hộp số thuỷ lực, nh trên đã giả thiết động cơ luôn làm việc ở chế độ danh nghĩa nên chi phí nhiên liệu giờ sẽ không thay đổi Ge = Gemax Trên đồ thị đợc biểu diễn bới đờng thẳng song song với trục hoành

6) Xây dựng các đờng cong chi phí nhiên liệu riêng g T = f(P m )

Chi phí nhiên liệu riêng đợc tính theo công thức:

gT = G

N

e m

103 , g/kWh (6.23) trong đó : Ge  chi phí nhiên liệu giờ của động cơ , kg/h

Sử dụng các đờng cong công suất kéo và công thức (6.23) ta sẽ xây dựng đ ợc các đờng cong chi phí nhiên liệu riêng gT = f( Pm) cho các số truyền khác nhau

M

K

b



b

 b

M 2

i i

0

K

b

K b

Hiình 6.7

Đ ờng đặc tính tốc độ của

biến mô thuỷ lực

Hiình 6.8

Đờng đặc tính kéo lý thuyết của máy kéo dùng

hộp số thuỷ cơ 2 số truyền

a, b đờng đặc tính kéo thế năng ứng với hộp

số thuỷ lực và hộp số cơ học

Trên hình 6.8 đợc trình bày dạng đờng đặc tính kéo lý thuyết của máy kéo dùng hộp số thuỷ-cơ với 2 số truyền

Để so sánh với đờng đặc tính kéo của máy kéo chỉ dùng hộp số cơ học, trên hình 2.8 đợc xây dựng thêm các đờng dặc tính kéo thế năng cho hai loại hộp số Đ ờng đặc

tính kéo thế năng của máy kéo dùng hộp số thủy lực (đờng a) thấp hơn so với máy kéo

dùng hộp số cơ học bình thờng (đờng b) vì công suất mất mát trong truyền động cơ học nhỏ hơn so với truyền động thuỷ lực

Mặc dù vậy, năng suất làm việc thực tế của các máy kéo dùng hộp số thuỷ lực vẫn cao hơn so với máy kéo dùng hộp số cơ học bình thờng nếu các điều kiện khác nh nhau Điều này có thể đợc giải thích nh sau: ở các máy kéo dùng hộp số cơ học thờng xuyên phải dừngmáy hoặc giảm tốc độ chuyển động để sang số khi tải trọng kéo thay

đổi hoặc khi quay vòng đầu bờ Trong khi đó, nếu dùng hộp số thuỷ lực ít khi phải sang

số vì truyền động thuỷ lực sẽ tự động điều chỉnh tỷ số truyền mô men cho phù hợp với

sự thay đổi tải trọng kéo Ngoài ra, khi làm việc với hộp số cơ học động cơ th ờng thiếu tải, nghĩa là hệ số sử dụng tải trọng động cơ  <1 vì phải luôn dự trữ một phần công suất để khắc phục các hiện tợng quá tải đột ngột mà ngời laí không kịp phản xạ Còn ở loại hộp số thuỷ lực công suất động cơ luôn phát huy gần nh hoàn toàn =1

Tuy nhiên, do khoảng thay đổi tỷ số truyền của hộp số thuỷ lực rất hạn chế trong khi đó khoảng thay đổi lực kéo của máy kéo thờng rất lớn, do đó để mở rộng khoảng lực kéo nhằm đáp ứng đợc nhiều loại công việc khác nhau thì cần bố trí thêm phần hộp

số cơ học sau phần hộp số thuỷ lực Phần hộp số cơ học thờng bố trí 23 số truyền

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

Một trong những bộ phận nâng cao chất lợng kéo của máy kéo bánh là sử dụng sơ

đồ kết cấu 2 cầu chủ động 4  4, nghĩa là tất cả các bánh xe đều là chủ động Toàn bộ trọng lợng của máy kéo trở thành trọng lợng bám, nhờ đó tính chất kéo - bám đợc nâng cao đáng kể, nhất là khi làm việc trên các đồng ruộng nền yếu và có độ ẩm cao

Khi sử dụng sơ đồ dẫn động cứng hầu nh luôn luôn xuất hiện sự không tơng ứng

động học giữa các bánh xe trớc và sau Trờng hợp chuyển động thẳng, sự không tơng ứng động học biểu thị ở chỗ : vận tốc lý thuyết của các bánh xe tr ớc và sau có thể khác nhau vz1  vz2 trong khi đó vận tốc thực tế của chúng luôn luôn bằng nhau v1 = v2 vì các trục bánh xe đợc gắn chặt với khung và buộc chúng phải chuyển động với cùng vận tốc tịnh tiến

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

2

2 2

1

1

i

r v

i

r

(6.24)

trong đó :  - tốc độ quay của động cơ ;

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

r1, r2 - bán kính lăn lý thuyết của các bánh trớc và các bánh sau

Trong thực tế việc đảm bảo cho vận tốc lý thuyết của các bánh xe luôn luôn bằng nhau là không thực hiện đợc do nhiều nguyên nhân gây ra sự thay đổi bán kính bánh

xe : sai số chế tạo, độ mòn của lốp, áp suất không khí trong lốp và dao đông thẳng đứng trên các bánh xe v.v

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

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

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

K v

v

r i

i r

t

t

 2 

1

1 2

1 2

(6.26)

Đối với từng máy kéo cụ thể hệ số k có thể bị thay đổi trong quá trình làm việc, nhng phạm vi thay đổi không lớn lắm

Sự không tơng ứng động học sẽ gây ra sự khác nhau về độ trựơt của các bánh xe trớc và sau Nếu bánh sau là bánh chạy nhanh (vt2 > vt1) thì luôn luôn bị trợt quay 2 >

0, còn các bánh chạy chậm (các bánh trớc) có thể bị trợt lê 1 < 0, hoặc không bị trợt 1

= 0 hoặc bị trợt quay nhng mức độ nhỏ hơn so với các bánh sau 0 < 1 < 2 Vì vận tốc thực tế của các bánh xe luôn luôn bằng nhau v1 = v2 nên ta có thể viết :

vt1(1 - 1) = v t2(1 - 2) (6.26)

Từ đó ta có thể xác định đợc mối quan hệ giữa độ trợt của các bánh trớc và của các bánh sau :

1 = 1  v

v

t t

2 1

(1 - 2) = 1 - k(1 - 2) (6.27)

Trên hình 6.9 là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa 1 và 2 khi giả thiết k = const Khi hệ số không tơng ứng động học k = 1, độ trợt các bánh trớc và sau sẽ nh nhau

1 = 2, nghĩa là mức độ sử dụng khả năng bám của chúng là nh nhau, chất lợng kéo của máy kéo sẽ tốt nhất

Khi tồn tại sự không tơng ứng động học (k > 1) chất lợng kéo bám của máy kéo sẽ

bị giảm vì mức độ sử dụng khả năng bám của các bánh chạy chậm thấp hơn khả năng bám của các bánh chạy nhanh Độ không tơng ứng động học càng lớn thì chất lợng bám của các bánh xe trớc và sau càng mất đồng đều, chất lợng kéo của máy kéo càng giảm Trờng hợp xấu nhất là khi các bánh trớc bị trợt lê ở trờng hợp này, thực chất máy kéo chỉ có cầu sau là chủ động, còn cầu trớc làm việc ở chế độ bị động Dấu hiệu cho biết thời điểm cầu trớc mất hiệu lực chủ động là 1 = 0 khi đó độ trợt của các bánh sau

sẽ là :

2 = 1  1

k (6.28)

Nh vậy, nếu độ trợt của các bánh sau 2 < 1 < 1/k thì các bánh trớc sẽ bị trợt lê

1 < 0 Nói cách khác, điều kiện để cầu chủ động tr ớc góp phần vào nâng cao chất lợng kéo - bám của máy kéo là :

2 > 1  1

k (6.29)

Trờng hợp các bánh truớc bị trợt lê, không những chúng không góp phần tạo ra khả năng kéo - bám của máy kéo mà còn gây ra sự hao tổn công suất vô ích Phần công suất này đợc gọi là công suất ký sinh Để thấy rõ vấn đề này ta hãy phân tích quá trình tạo ra lực kéo tiếp tuyến và sự nảy sinh công suất ký sinh trên máy kéo (hình 6.10)

chúng Pk1 sẽ truyền qua khung máy rồi tác động vào trục các bánh trớc đẩy chúng chuyển

động với cùng vận tốc nh các bánh sau Khi đó phản lực tiếp tuyến của mặt đất tác dụng lên các bánh trớc Pk1 sẽ có chiều chống lại sự chuyển động của máy kéo và tạo mô men quay làm cho các bánh trớc quay theo chiều tiến Thông qua hệ thống truyền lực mô men do Pk1

tạo ra sẽ đợc truyền trở lại cho bánh chủ động sau

Nh vậy, công suất truyền đến các bánh chủ động sau bao gồm 2 dòng: môt dòng

từ động cơ truyền đến (đờng 1) và một dòng từ cầu trớc truyền trở lại (đờng 2)

Phần công suất do cầu trớc truyền trở lại cầu sau thực chất không phải là nguồn năng lợng bổ xung mà chính do các bánh chủ động sau tạo ra và truyền cho cầu tr ớc thông qua khung máy Nh vậy, sẽ tồn tại một phần công suất lu thông theo một vòng khép kín : từ các bánh chủ động sau qua khung máy đến các bánh tr ớc, rồi lại từ các bánh trớc qua hệ thống truyền lực trở lại các bánh chủ động sau Phần công suất l u thông này là vô ích, thậm chí là có hại, vì vậy nó đợc gọi là công suất ký sinh Nó sẽ gây thêm tải trọng phụ cho hệ thống truyền lực và làm tăng tổn thất cơ học Do đó cần hết sức tránh sử dụng cầu chủ động trớc của máy kéo khi tồn tại công suất ký sinh

Hình 6.9 Quan hệ giữa độ trợt của

bánh trớc và bánh sau 





0

k





k

Hình 6.10 Sơ đồ minh hoạ sự truyền công suất ký sinh

v

P

k1

Động cơ

1

2