Nghiên cứu xây dựng đường đặc tính kéo thực nghiệm của máy kéo xích b 2010

Luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGUYỄN QUỐC HIỆP

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ðƯỜNG ðẶC TÍNH KÉO THỰC NGHIỆM CỦA MÁY KÉO XÍCH B - 2010

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa

nông – Lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN NGỌC QUẾ

HÀ NỘI - 2011

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan những số liệu và kết quả nghiêm cứu trong luận văn này là trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan các thông tin trích dẫn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Nguyễn Quốc Hiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy giáo, cô giáo, cán bộ công nhân viên Bộ môn ðộng lực, Khoa Cơ ðiện, Viện sau ñại học Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn chỉnh luận vân tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn các chuyên gia Trường ðại học Lâm nghiệp, Học viện Kỹ thuật quân sự, … ñã giúp ñỡ về mặt thiết bị cũng như khi thí nghiệm ñể hoàn thành luận văn

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu, Khoa ðộng lực, Khoa Cơ khí Trường Cao ñẳng nghề kinh tế - kỹ thuật Bắc Ninh ñã tạo ñiều kiện giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia ñình, bạn bè ñã ñộng viên, tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Mặc dù ñã hết sức cố gắng nhưng do những khó khăn về tài liệu, thiết bị, thời gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận ñược sự ñóng góp ý kiến từ các Thầy, cô và bạn bè ñồng nghiệp ñể luận văn này ñược hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Bắc ninh, ngày 20 tháng 11 năm 2011

Tác giả

Nguyễn Quốc Hiệp

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4

2.2 ðộng lực học của bộ phận di ñộng xích 28 2.3 Sự phân bố áp lực trên dải xích tiếp xúc với ñất 31 2.4 Lực cản chuyển ñộng của máy kéo xích 39

2.4.2 Lực cản bên trong của hệ thống di ñộng xích 39

2.7 Chất lượng kéo bám của máy kéo xích 52

CHƯƠNG 3 - XÂY DỰNG ðƯỜNG ðẶC TÍNH KÉO CỦA MÁY KÉO 54

3.2 Xây dựng ñường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo 55

3.3 Xây dựng ñường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo xích B-2010 59

3.3.2 Xây dựng ñường ñặc tính trượt của máy kéo 62 3.3.3 Trình tự xây dựng ñường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo B-2010 62

4.1 Mục ñích, nhiệm vụ và phương pháp thí nghiệm 67

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Sơ ñồ hệ thống truyền lực máy kéo xích 7

Hình 1.2 Hệ thống di ñộng xích 9

Hình 1.3 ðặc tính nén của ñất 12

Hình 1.4 ðặc tính cắt của ñất 14

Hình 1.5 Ảnh hưởng của tải trọng pháp tuyến ñến khả năng chống cắt của ñất 15

Hình 1.6 Sự phụ thuộc lực cắt ñất T vào tải trọng pháp tuyến N 15

Hình 1.7 Ứng suất sinh ra trong ñất do tác dụng của mẫu bám bánh xe 15

Hình 1.8 Sự phụ thuộc của hệ số ma sát nghỉ fn và hệ số ma sát trượt fδ vào áp suất p 17

Hình 1.9 Sự phụ thuộc ứng suất cắt vào biến dạng 17

Hình 1.10 Sự phụ thuộc ứng suất cắt giới hạn τδ và ứng suất pháp σ 17

Hình 2.1 ðộng học của dải xích 22

Hình 2.2 Quỹ ñạo chuyển ñộng của ñiểm trên bánh ñè xích cuối cùng 24

Hình 2.3 Quỹ ñạo chuyển ñộng của một ñiểm trên dải xích khi chuyển ñộng ở các chế ñộ khác nhau 24

Hình 2.4 Quá trình một mắt xích khi ñi vào bánh ñè xích 25

Hình 2.5 Sự chuyển ñộng của nhánh xích chủ ñộng khi vào khớp với bánh chủ ñộng và bánh ñè xích 25

Hình 2.6 Lực tác dụng lên bộ phận di ñộng xích khi chuyển ñộng trên mặt ñồng nằm ngang 28

Hình 2.7 Phân bố áp lực trên phần dải xích tiếp xúc với ñất 31

Hình 2.8 Ứng suất phân bố phía dưới các bánh ñè xích 32

Hình 2.9 Quy luật phân bố ứng suất ứng suất theo chiều dài của phần xích tiếp xúc với ñất 33 Hình 2.10 Biểu ñồ phân bố áp lực theo chiều dài phần xích tiếp xúc với ñất

khi thay ñổi tâm áp lực 38

Hình 2.11 Sơ ñồ xác ñịnh lực cản lăn của máy kéo xích khi tính ñến việc tạo nên vết bánh 41

Hình 2.12 Sơ ñồ lực tác dụng lên nhánh xích phía trước khi chuyển ñộng 42

Hình 2.13 Mối quan hệ giữa lực kéo Pk và trọng lượng G khi cho các giá trị khác môt giá trị 48

Hình 2.14 Sơ ñồ lực và mômen tác dụng lên máy kéo xích 49

Hình 2.15 Tính chất kéo bám của máy kéo xích với trọng lượng máy kéo khác nhau 53

Hình 3.1 ðường ñặc tính kéo của máy kéo dùng hộp số cơ học 54

Hình 3.2 ðường ñặc tính tải trọng của ñộng cơ 56

Hình 3.3 ðường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo 56

Hình 3.4 ðường ñặc tốc ñộ lý thuyết của ñộng cơ JD32 61

Hình 3.5 ðường ñặc tính tải trọng lý thuyết của ñộng cơ JD32 61

Hình 3.6 ðường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo xích B-2010 trên nền ñất cỏ 64

Hình 3.7 ðường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo xích B-2010 trên nền bê tông 65

Hình 4.1 Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của Sensor V1 – Datron 69

Hình 4.2 Sensor quang học E3F3 70

Hình 4.3 Thiết bị ño lực kéo Z4 70

Hình 4.4 Thiết bị ño mômen xoắn 71

Hình 4.6 Thiết bị Spider 8 71

Hình 4.7 Trục ñể lắp với ñầu ño của thiết bị ño mômen 73

Hình 4.8 Giá và gối ñỡ ổ bi của khâu trung gian 73

Hình 4.9 Cụm thiết bị ño mômen, puly và trục 74

Hình 4.10 Khâu trung gian và thiết bị ño mômen 74 Hình 4.11 Các lập là lắp ráp sensor ño vận tốc ñược hàn hoặc

bắt chặt vào khung 75

Hình 4 12 Khớp ña năng và Sensor tốc ñộ V1 75

Hình 4.13 Móc trên máy kéo thí nghiệm và máy kéo gây tải 76

Hình 4.14 Sơ ñồ kết nối các thiết bị ño với bộ gom và máy tính 77

Hình 4.15 Worksheet ño lường trong DasyLab 7.0 khi thí nghiệm máy B-2010 78

Hình 4.16 Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh lực cản lăn trên nền bê tông 79

Hình 4.17 Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh các thông số ñộng học của máykéo xích B-2010 trên nền bê tông (vận tốc, tốc ñộ góc, nhiên liệu) 79

Hình 4.18 Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh lực kéo ở móc và mô men trên trục trung gian trên nền bê tông 80

Hình 4.19 Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh lực cản lăn trên nền ñất cỏ 80

Hình 4.20 Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh các thông số ñộng học của máykéo xích B-2010 trên nền ñất cỏ (vận tốc, tốc ñộ góc, nhiên liệu) 81

Hình 4.21 Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh lực kéo ở móc và mô men trên trục trung gian trên nền ñất cỏ 81

Hình 4.22 ðường ñặc tính tốc ñộ thực nghiệm ñộng cơ JD 32 83

Hình 4.23 ðường ñặc tính kéo thực nghiệm máy kéo xích B-2010 trền nền ñất cỏ ở số truyền 3 83

Hình 4.24 ðường ñặc tính kéo thực nghiệm máy kéo xích B-2010 trền nền bê tông ở số truyền 3 84

MỞ ðẦU

Cơ giới hóa nông lâm nghiệp ở nước ta hiện nay ñã ñạt ñược những thành tựu nhất ñịnh, phụ thuộc từng vùng kinh tế, từng loại cây trồng và tính chất ñất ñai, ñịa hình mà mức ñộ cơ giới hóa ñạt ñược ở trình ñộ khác nhau

Nhờ cơ giới hóa phục vụ sản suất nông lâm nghiệp ñược chú trọng nên vấn

ñề hiện ñại hóa nông nghiệp nông thôn ñược thực hiện khá thành công, bộ mặt nông thôn Việt Nam hiện nay nhìn chung trong cả nước ñã có những biến ñổi khá nhanh, tuy còn những mặt hạn chế nhất ñịnh như vấn ñề cơ cấu lại sản xuất, vấn ñề lao ñộng dư thừa chưa ñược bố trí một cách hợp lý và khoa học nhưng những thành quả ñạt ñược bước ñầu là ñáng khích lệ

Trong cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn, máy ñộng lực là một vấn ñề ñóng vai trò quan trọng và ở cách nhìn trong vấn ñề trang bị năng lượng máy ñộng lực trong ñó có ô tô máy kéo ñóng vai trò quyết ñịnh

Hiện nay máy kéo và ô tô phục vụ trong nông nghiệp nông thôn ở Việt Nam chủ yếu ñược nhập từ các nước XHCN cũ như Liên Xô, Tiệp, CHDC ðức v.v…và gần ñây là của một số nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật và một vài nước khác Việc sử dụng các máy móc này ñã ñóng góp cho việc thực hiện thành công việc cơ giới hóa trong nông nghiệp nước ta trong giai ñoạn vừa qua

Tuy nhiên, do tình hình ñịa lý, ñất ñai và tập quán canh tác cũng như các yếu

tố tự nhiên và xã hội khác mà một số loại máy kéo nhập vào Việt Nam chưa phát huy ñược hết tính năng kinh tế, kỹ thuật của chúng; những máy kéo công suất và trọng lượng lớn như T150, T150K, K700 v.v… có thể sử dụng có hiệu quả cao khi khai thác sử dụng trong công nghiệp, khai thác khoáng sản v.v…những lại có hiệu quả rất thấp khi ñưa vào sử dụng trong nông nghiệp ñặc biệt trong vùng ñồng bằng sông Hồng, nơi chủ yếu sản xuất cây lúa nước, ở ñó ñộ ẩm của ñất cao, dẫn ñến khả năng di ñộng của máy kéo giảm, hiệu suất kéo cũng như các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của các loại máy này thường rất thấp thậm chí nhiều vùng, nhiều nơi máy không có khả năng làm việc do thụt lún

Mỗi quốc gia ñều có những ñặc thù riêng về ñiều kiện tự nhiên, tập quán canh tác nên vấn ñề lựa chọn, tính toán và chế tạo máy kéo có công suất, trọng lượng, loại hệ thống di ñộng (máy kéo bánh hay máy kéo xích) phù hợp với từng vùng sản xuất là một vấn ñề có ý nghĩa quan trọng ñể nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn ñộng lực trong nông nghiệp hiện nay

Các nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan, v.v… ñã có nghành công nghiệp chế tạo máy kéo khá phát triển, hệ thống máy kéo phục vụ

nông nghiệp ñược chế tạo có nhiều mẫu mã khác nhau cả về kích cỡ công suất, trọng lượng cũng như loại hệ thống di ñộng, nhờ vậy vấn ñề cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn ở các nước này phát triển ở mức ñộ cao

Ở nước ta, ngành công nghiệp chế tạo máy kéo còn khá non trẻ, chúng ta chỉ mới chế tạo ñược các máy kéo bánh hiệu Bông sen tới 20 mã lực, hệ thống truyền lực, hộp số và hệ thống trích công suất của các máy kéo này còn khá ñơn giản và chưa phù hợp với nhiều dạng công việc khác nhau, khả năng di ñộng của máy kéo thấp ñặc biệt trên ñất ñộ ẩm cao và ñất ñồi dốc

ðối với máy kéo xích phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp, cho ñến nay chúng

ta chủ yếu nhập từ nước ngoài Việc nghiên cứu tính năng kéo bám, khả năng di ñộng trên ñất nền yếu, ñất ñộ ẩm cao và ñất ñồi dốc, khả năng quay vòng và ñiều khiển, hiệu suất truyền ñộng nói riêng và hiệu suất kéo của máy kéo xích nói chung

từ ñó xác ñịnh các thông số cở bản của máy kéo xích cũng như trọng lượng máy, công suất ñộng cơ v.v… làm cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế, chế tạo một mẫu máy kéo xích phục vụ sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam là một vấn ñề cần thiết có ý nghĩa thực tiễn

Xuất phát từ các vấn ñề phân tích trên ñây, ñược sự phân công của Bộ môn ðộng lực, dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Ngọc Quế tôi ñược giao và

thực hiện ñề tài: “Nghiên cứu xây dựng ñường ñặc tính kéo thực nghiệm của máy kéo xích B-2010”

B-2010 là máy kéo ñang trong gia ñoạn thiết kế, chế tạo ở dạng mẫu Rất nhiều hệ thống như: hệ thống truyền lực, hệ thống di ñộng xích, hệ thống lái, v.v… cần ñược tính toán bằng lý thuyết cũng như cần phải thực nghiệm ñể nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng ñến khả năng làm viêc của máy kéo như: hiệu suất, khả năng kéo bám, v.v… Vì vậy việc thực hiện thành công ñề tài là góp phần cho việc kiểm chứng tính năng kéo bám của máy kéo B-2010 và hoàn thiện thiết kế chế tạo mẫu máy kéo này

Mục tiêu của ñề tài

Nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo xích làm cơ sở xây dựng ñược ñường ñặc tính kéo lý thuyết và ñường ñặc tính kéo thực nghiệm của máy kéo xích B-2010, phân tích các yếu tố ảnh hưởng ñến tính chất kéo bám Từ ñó góp phần hoàn chỉnh máy kéo mẫu B-2010

Nhiệm vụ của ñề tài

ðể thực hiện ñược mục tiêu ñặt ra của ñề tài Trong quá trình thực hiện ñề tài cần hoàn thành nhiệm vụ sau:

- Tìm hiểu tổng quan về máy kéo xích và các ñiều kiện tự nhiên tác ñộng ñến máy kéo xích

- Nghiên cứu tính toán, xác ñịnh lực chủ ñộng của máy kéo xích cũng như các lực cản chuyển ñộng của máy kéo xích

- Xây dựng ñường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo xích

- Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm ñể xây dựng ñường ñặc tính kéo thực nghiệm cho máy kéo xích B-2010

- Phân tích các yếu tố về kết cấu cũng như các yếu tố về sử dụng ảnh hưởng ñến khả năng làm việc của máy kéo B-2010

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về máy kéo xích

Máy kéo là loại xe tự hành bằng bánh lốp hoặc bằng dải xích Nó có thể chuyển ñộng trên ñường và có thể làm việc cả ở những nơi không có ñường xá hay trên ñồng ruộng Máy kéo ñược dùng làm nguồn ñộng lực cho các máy công tác ñi theo chúng ñể hoàn thành các công việc trong nông lâm nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, xây dựng v.v…

Trong nông nghiệp máy kéo ñược sử dụng ñể thực hiện nhiều dạng công việc khác nhau như: Cày, bừa, gieo trồng, chăm sóc cây trồng, thu hoạch, vận chuyển, v.v…Ngoài ra máy kéo cũng có thể làm nguồn ñộng lực cho các máy tĩnh tại như bơm nước, tuốt lúa, nghiền trộn thức ăn giá súc, v.v…

Trong lâm nghiệp, máy kéo ñược sử dụng ñể thực hiện các công việc như làm ñất trồng rừng, khai thác gỗ, nhổ rễ cây, vận chuyển gỗ, v.v…

Trong giao thông vận tải, máy kéo ñược dùng ñể vận chuyển hàng hóa trên các ñường xấu hoặc không có ñường giao thông

ðặc ñiểm chung của loại này là giảm ñược áp lực riêng trên ñất và có khả năng bám tốt, tuy nhiên kết cấu hệ thống di ñộng phức tạp, giá thành cao Máy kéo xích thường ñược sử dụng ñể hoàn thành các công việc cần lực kéo lớn như san ủi, cày bừa trên ñất ñộ ẩm cao, nhổ và ủi gốc cây, v.v…

Các loại này dùng ñể kéo hàng nặng trên nền ñất hoặc ñường tạm thời Chúng còn dùng như một ñầu kéo rơmooc hay là máy cơ sở của các máy xây dựng (máy cạp, máy ủi, máy ñào, cần trục, v.v…) Máy kéo xích có áp lực riêng lên ñất nhỏ, hiệu suất kéo và lực bám cao nên có khả năng thông qua lớn hơn bánh lốp Tốc

ñộ di chuyển của chúng không quá 12 km/h, áp lực lên ñất của máy kéo xích

là 0,1 MPa

Thông số của máy kéo chủ yếu là lực kéo tại móc kéo, và cũng dựa vào ñó

mà phân loại máy kéo thành từng nhóm Lực kéo của móc kéo ñược xác ñịnh ở vùng tốc ñộ làm việc chính 5 - 7 km/h ñối với máy kéo bánh lốp Lực kéo của máy kéo xích gần bằng trọng lượng của nó Các loại máy kéo công nghiệp thường phân thành nhóm có sức kéo 100, 150, 200, 350, 500 kN Các loại máy kéo công nghiệp

có các loại khác nhau ñể có thể làm máy cơ sở cho xe nâng hàng, máy ủi, máy xới, v.v… Công suất ñộng cơ của chúng phân bố trong một miền rất rộng từ 50 - 1800

kW hoặc hơn

Các bộ phận và hệ thống chính của máy kéo gồm: ðộng cơ, hệ thống truyền lực, truyền lực các ñăng, cầu chủ ñộng, hệ thống di ñộng, hệ thống treo (hay còn gọi

là hệ thống giảm xóc), hệ thống ñiều khiển gồm hệ thống lái và hệ thống phanh, trang bị ñiện và các trang bị làm việc khác

1.1.1 Hệ thống truyền lực [5]

Hệ thống truyền lực là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm

truyền mômen quay từ trục khuỷu ñộng cơ ñến bánh chủ ñộng của ôtô, máy kéo Hệ thống truyền lực có tác dụng nhằm biến ñổi về trị số và chiều của mômen quay truyền, cho phép máy kéo dừng tại chỗ lâu dài mà ñộng cơ vẫn làm việc, hệ thống truyền lực còn có thể trích một phần công suất của ñộng cơ ñể truyền ñến bộ phận làm việc của máy công tác Phụ thuộc vào ñặc ñiểm cấu tạo của máy kéo cụ thể mà trong hệ thống truyền lực của chúng có thể có một hai hay nhiều cầu chủ ñộng

Cầu chủ ñộng là tổ hợp của các cụm máy và cơ cấu cho phép các bánh chủ

ñộng quay với tốc ñộ khác nhau ñể bảo ñảm các bánh lăn êm dịu trên mặt ñường không bằng phẳng hay khi ñi vào ñường vòng, nó còn làm tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy

Truyền lực các ñăng dùng ñể truyền mômen từ hộp số hay hộp phân phối

ñến các cầu chủ ñộng của ôtô máy kéo, hoặc từ truyền lực chính ñến các bánh xe chủ ñộng trên cùng một cầu khi các bánh xe treo ñộc lập với nhau Truyền lực các ñăng cho phép các trục của các bộ phận máy ñược truyền ñộng không nằm trong cùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương ñối với nhau trong một giới hạn nhất ñịnh

Hệ thống truyền lực của máy kéo có sự khác nhau ñáng kể so với hệ thống truyền lực của ô tô Các loại máy kéo bánh lốp hay bánh xích, thường không có bộ

vi sai, còn khi quay vòng sẽ hãm một trong các dải xích

Hệ thống truyền lực của máy kéo có thể là cơ khí, cơ - thuỷ lực và ñiện

Hệ thống truyền lực cơ khí của máy kéo xích gồm: ly hợp ma sát, hộp số, trục các ñăng, truyền lực chính, ly hợp bên hay còn gọi là ly hợp chuyển hướng với phanh ñai, trưyền lực cuối cùng với bánh chủ ñộng Trên giá xích ở phía trước là bánh xe chuyển hướng với cơ cấu căng xích Truyền ñộng cuối cùng làm tăng mômen quay các bánh chủ ñộng Ly hợp chuyển hướng là một khớp nối ma sát nhiều ñĩa luôn ñóng Nếu bộ ly hợp chuyển hướng của một bên ñược mở, bên kia quay thì công suất ñộng cơ sẽ ñược truyền cho bán trục của phía có ly hợp ñóng Bánh xích chủ ñộng của bên ly hợp ñóng sẽ quay Kết quả là máy kéo sẽ quay vòng về phía ly hợp

mở

Thường tại mỗi bộ ly hợp chuyển hướng có trang bị hệ thống phanh ñể hãm khi cần thiết Do ñó nếu vừa mở ly hợp vừa phanh bán trục bên ly hợp mở thì toàn

bộ mômen quay sẽ truyền cho bán trục bên kia Kết quả là máy kéo có thể quay vòng tại chỗ Khi ñẩy núm của cần ñiều khiển về bên trái, ñĩa ép bị kéo về bên phải, các ñĩa chủ ñộng và bị ñộng tách nhau ra, ly hợp ñược mở Trục bị ñộng của ly hợp tách khỏi truyền lực chính Truyền lực cuối cùng và bánh xích chủ ñộng bên phía ly hợp mở không nhận ñược mômen quay nữa Trả cần ñiều khiển về vị trí ban ñầu, ly hợp ñược ñóng Truyền lực chính và bánh xích chủ ñộng lại nhận ñược mômen quay

Ở bộ truyền cơ khí của máy kéo bánh lốp ñộng cơ ñặt ở phía trước rồi ñến ly hợp, trục các ñăng, hộp số, truyền lực chính, ly hợp bên với phanh ñai, truyền lực bên làm quay các bánh lốp

Ở bộ truyền lực máy kéo xích, ñầu kéo một trục và hai trục, sát xi chuyên dụng cho xe nâng hàng các khớp nối ma sát ñược thay bằng biến tốc thuỷ lực Như vậy mối liên kết ñộng học cứng giữa ñộng cơ và các bánh chủ ñộng ñược thay bằng mối liên kết chất lỏng Hệ truyền thuỷ lực này là hệ thống thuỷ cơ Khi lực cản di chuyển lớn thì việc dùng biến tốc thuỷ lực sẽ làm tăng mômen quay của ñộng cơ nhờ hệ số biến ñổi lớn Quá trình làm việc của biến tốc thuỷ lực chuyển sang chế ñộ làm việc với hiệu suất cao hơn hẳn Khi ấy quá trình sang số ñược thực hiện một cách tự ñộng, tức là số cao chỉ ñược thực hiện khi trụ thứ ñạt ñược số vòng quay nhất ñịnh Lúc này ñộng cơ làm việc ở công suất tối ña, còn việc sang số ñược thực hiện liên tục mà không cần ngắt mômen quay Nhờ vậy mà giảm tải trọng ñộng lên ñộng cơ, có nghĩa là làm tăng tuổi thọ của ñộng cơ và bộ truyền lực

Với máy kéo có bộ truyền lực ñiện thì mômen quay ñược truyền từ ñộng cơ ñiện một chiều tới bánh xích chủ ñộng qua bộ ly hợp bên và bộ truyền lực cuối cùng ðộng cơ ñiện ñược cung cấp ñiện năng do máy phát ñiện dẫn ñộng bởi ñộng

cơ máy kéo Hệ thống dẫn ñộng gồm ñộng cơ diesel - máy phát - ñộng cơ ñiện làm cho sơ ñồ ñộng của hệ truyền lực ñơn giản hơn (không có hộp số và hộp các ñăng), ñặc biệt là cho phép thay ñổi tốc ñộ và mômen quay một cách vô cấp tuỳ theo lực cản bên ngoài Các bộ truyền lực kiểu thuỷ - cơ và truyền ñộng ñiện hoàn toàn ñáp ứng chế ñộ làm việc của máy kéo có rơmooc và các cơ cấu làm việc của máy xây dựng

Bố trí hệ thống truyền lực trên máy kéo

Ở máy kéo, do người lái thường ngồi phía sau ñể quan sát sự làm việc của các máy công tác ñi theo máy kéo, nên khớp nối 2 thường ñược bố trí giữa ly hợp 1

và hộp số 3, bố trí như vậy sẽ giúp cho hộp số máy kéo ñược ñặt ngay phía dưới buồng lái, nhờ ñó cấu tạo cơ cấu ñiều khiển hộp số ñơn giản và thuận tiện khi ñiều khiển Ngoài ra, vì máy kéo cần lực kéo lớn, nên trong hệ thống truyền lực thường

có truyền lực cuối cùng 6 ñể làm tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống truyền lực

Trên hình 1.1 trình bày sơ ñồ bố trí hệ thống truyền lực của máy kéo xích kiểu một dòng công suất, khác với truyền lực của máy kéo bánh, ở máy kéo xích, sau truyền lực trung tâm 4 là ñến hai bộ phận chuyển hướng 7 của máy kéo xích, từ trục bị ñộng của bộ phận chuyển hướng, mômen ñược truyền ñến truyền lực cuối cùng 8 rồi ñến bánh sao chủ ñộng 9, bánh sao chủ ñộng ăn khớp với mắt xích của dải xích và ñẩy cho máy kéo dịch chuyển trên ñường ray vô tận do dải xích tạo nên Hiện nay trên một số máy kéo xích có công suất lớn dùng trong công nghiệp và các

xe chuyên dụng, hệ thống truyền lực của chúng thường dùng kiểu hai dòng công suất truyền từ ñộng cơ ñến hai bánh sao chủ ñộng của hai dải xích riêng biệt Với hệ thống truyền lực như vậy, sẽ làm cho truyền lực chính cũng như các chi tiết trong hộp số có kích thước nhỏ gọn hơn vì chịu tải trọng thấp hơn ðiểm ñặc biệt ở hệ thống truyền lực hai dòng công suất là trong hộp số của máy kéo có hai trục thứ cấp, mỗi trục thứ cấp truyền mômen cho một truyền lực chính riêng ở cầu chủ ñộng

và cho một bánh sao chủ ñộng của một bên dải xích

1.1.2 Hệ thống di ñộng xích

Hệ thống di ñộng xích gồm có hai dải xích khép kín, hai bánh hướng dẫn xích và căng xích 1 và hai bánh sao chủ ñộng 6, ngoài ra trong hệ thống di ñộng xích còn có một loạt các bộ phận phụ trợ khác ñó là các bánh ñè xích 9, các bánh ñỡ

Hình 1.1 Sơ ñồ hệ thống truyền lực máy kéo xích

1 – Ly hợp; 2 – Khớp nối; 3 – Hộp số; 4 – Truyền lực chính;

5 – Dải xích; 6 – Bán trục; 7 – Bộ phận chuyển hướng;

8 – Truyền lực cuối cùng; 9 – Bánh sao chủ ñộng;

xích 5 cơ cấu căng xích và giảm chấn 4, ở một vài loại bộ phận di ñộng xích khi sử dụng bánh ñè xích có ñường kính lớn (như máy kéo TT - 4) khi ñó không cần sử dụng các bánh ñỡ xích

Xích gồm các mắt xích bằng kim loại liên kết khớp với nhau nhờ chốt xích hoặc xích cao su có lõi thép mềm tạo thành một vòng khép kín Phần lớn máy kéo xích có xích bằng mắt xích kim loại, loại này có ưu ñiểm có ñộ bền cao, cho lực kéo tiếp tuyến lớn, thường sử dụng cho các máy kéo làm việc với lực kéo lớn ở móc hay

ở ben ñẩy

Xích cao su là băng bằng dải cao su có lõi thép thường sử dụng trên các máy kéo nông nghiệp công suất nhỏ và trung bình ñặc biệt các máy kéo dùng cho việc chăm sóc cây trồng, thu hoạch hoặc không cần lực kéo lớn

Khoảng cách giữa tâm của hai chốt xích gọi là bước của xích ký hiệu là t x

Bánh sao chủ ñộng dùng ñể truyền mômen quay từ ñộng cơ truyền ñến qua

hệ thống truyền lực ñến xích, việc ăn khớp giữa bánh sao chủ ñộng với xích có thể nhờ ăn khớp vấu, ăn khớp răng hoặc nhờ ma sát

Hiện nay, trong máy kéo xích nông nghiệp chủ yếu sử dụng loại bánh chủ ñộng hình sao ăn khớp với xích theo kiểu ăn khớp răng

Cơ cấu di dộng

Cơ cấu di ñộng ñảm bảo chuyển ñộng của máy kéo và giữ ổn ñịnh cho khung máy kéo Cơ cấu di ñộng do các bộ phận sau ñây hợp thành:

Cơ cấu treo

Cơ cấu treo có nhiệm vụ nối khung với cơ cấu di ñộng, ñảm bảo chuyển ñộng êm dịu, không gây va ñập bất thường khi máy kéo di ñộng Tùy theo kết cấu của từng loại máy kéo mà số lượng chi tiết của cơ cấu treo nối khung với bánh ñè xích có thể khác nhau

Bánh sao chủ ñộng có nhiệm vụ nhận chuyển ñộng quay từ bộ phận truyền

lực cuối cùng, nhờ ăn khớp với dải xích biến thành lực kéo, ñẩy khung máy lăn trên ñường ray vô tận do dải xích tạo nên làm toàn bộ máy kéo chuyển ñộng tịnh tiến

Bánh bị ñộng hay còn gọi là bánh hướng dẫn và căng xích phụ thuộc vào

việc bố trí bánh sao chủ ñộng, nó có thể bố trí ở phía trước hay phía sau Thiết bị

căng xích dùng ñể ñiểu chỉnh lực căng ban ñầu của xích cũng như ñộ võng tự do h

của dải xích khi làm việc, tăng lực căng ban ñầu dẫn ñến tăng mất mát do ma sát

trong hệ thống di ñộng xích, còn giảm lực căng ban ñầu dẫn ñến làm tăng ñộ võng

tự do h làm tăng rung ñộng nhánh xích không tải dẫn ñến dễ làm tụt xích

Bộ phận giảm chấn dùng ñể làm giảm tải trọng ñộng tác dụng lên bộ phận

di ñộng xích khi máy kéo di ñộng trên ñịa bàn không bằng phẳng hoặc bộ phận di ñộng xích gặp phải các vật cản ñột ngột như gạch ñá v.v…

So sánh phần di ñộng của máy kéo bánh xích và máy kéo bánh lốp

+ Ưu ñiểm

- Nếu xích ñủ rộng và dài thì mặt tựa của xích lên ñất sẽ lớn, nên mặc dù trọng lượng máy kéo xích lớn mà áp suất của máy lên mặt ñất vẫn nhỏ 0,5 ÷ 1 kG/cm2 Vì vậy máy kéo xích có thể chuyển ñộng trên mặt ñất mềm hoặc ñất ñộ ẩm tương ñối cao, mà không lún, không nén sâu xuống ñất

- Mấu bám của dải xích lớn hơn so với mấu bám của bánh lốp và số lượng nhiều hơn nên bám ñất tốt hơn, ít bị trượt

+ Nhược ñiểm

- Có cấu tạo phức tạp, trọng lượng lớn

- Hao mòn nhiều, ñòi hỏi chi phí lớn chăm sóc sửa chữa

Do các ưu, nhược ñiểm trên nên máy kéo bánh xích ñược dùng ở những nơi

và làm những công việc mà máy kéo bánh lốp không thể làm ñược hoặc làm việc

Hình 1.2 Hệ thống di ñộng xích

1- Bánh hướng dẫn và căng xích; 2- Các mắt xích ñang ăn khớp;

3- Các mắt xích ở nhánh không làm việc; 4- Bộ phận căng xích;

kém hiệu quả ðối với một số dạng công việc như san ủi, cạp ñất, cày trên ñất ñộ

ẩm cao v.v…máy kéo xích có năng suất và hiệu quả sử dụng cao hơn máy kéo bánh lốp Nhưng ñối với máy kéo có công suất nhỏ thì việc dùng cơ cấu di ñộng bằng xích bị hạn chế nhiều, ngoài ra tính cơ ñộng của máy kéo xích thấp, giá thành chế

tạo cũng như chăm sóc sửa chữa tốn kém hơn

1.2 Các chỉ tiêu ñánh giá tính chất kéo bám của máy kéo xích

Tính năng kéo là một trong những tính năng sử dụng quan trọng biểu thị khả năng thực hiện các công việc kéo ở các ñiều kiện sử dụng khác nhau Tính năng này phụ thuộc chủ yếu vào khả năng bám của hệ thống di ñộng, công suất của ñộng cơ,

số truyền và sự phân bố tỷ số truyền, lực cản lăn của máy Khả năng bám và lực cản lăn của máy kéo phụ thuộc vào loại, kết cấu của hệ thống di ñộng, sự phân bố trọng lượng trên các bánh xe, tính chất ñất ñai và ñộ dốc mặt ñường

Các chỉ tiêu ñánh giá tính năng kéo bám bao gồm ñộ trượt, tốc ñộ chuyển ñộng, công suất kéo, chi phí nhiên liệu giờ, chi phí nhiên liệu riêng, hiệu suất kéo, lực cản lăn khi làm việc ở các số truyền khác nhau Hệ số bám và lực bám cũng là chỉ tiêu ñánh giá tính năng kéo nhưng không phụ thuộc vào số truyền làm việc

ðể ñánh giá tính năng kéo thường sử dụng ñường ñặc tính kéo, ñó là mối quan hệ giữa các chỉ tiêu kéo với lực kéo khi làm việc với các số truyền khác nhau, trong các ñiều kiện ñất ñai khác nhau

Tính năng ñộng lực học của máy kéo khi thực hiện các công việc trên

ñồng ruộng hoặc các công việc xây dựng sẽ ñược ñặc trưng bởi khả năng khắc phục hiện tượng quá tải, khả năng rời chỗ và tăng tốc với tải trọng kéo lớn Khi vận chuyển tính năng ñộng lực học của máy kéo ñược ñặc trưng bởi tốc ñộ chuyển ñộng cực ñại, gia tốc và ñộ dốc lớn nhất mà xe có thể vượt ñược

Tính năng kéo và tính năng ñộng lực học ảnh hưởng rất lớn ñến năng suất của liên hợp máy kéo Do vậy việc nghiên cứu và tìm hiểu các tính năng này là một trong những nhiệm vụ cơ bản của môn ñộng lực học chuyển ñộng của máy kéo

Khi nghiên cứu các chỉ tiêu kéo của máy kéo cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cấu tạo của hệ thống di ñộng, sự phân bố trọng lượng trên các cầu, các tính chất cơ lý của ñất, sự phù hợp công suất của ñộng cơ, sự phân bố tỉ số truyền với khả năng bám của hệ thống di ñộng

Khi máy kéo làm việc ở ñộ dốc, còn phải nghiên cứu sự ảnh hưởng của ñộ dốc ñến các chỉ tiêu ñó

1.3 Tính chất cơ lý của ñất

Các tính chất cơ học của ñất có ảnh hưởng trực tiếp ñến các thành phần tác ñộng lên dải xích của máy kéo từ ñó làm ảnh hưởng ñến khả năng kéo bám của hệ thống di ñộng máy, ảnh hưởng ñến hiệu suất làm việc và các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật khác của liên hợp máy kéo

Việc nghiên cứu sâu về các tính chất cơ lý của ñất ñã có chuyên ngành riêng,

ñó là cơ học ñất Trong phạm vi ñề tài luận án, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu một

số tính chất cơ bản liên quan ñến khả năng và hiệu suất làm việc của các liên hợp máy kéo

Nhiều công trình nghiên cứu về sự tương tác giữa hệ thống di ñộng của ô tô, máy kéo với nền ñất ñã khẳng ñịnh khả năng chống biến dạng của ñất theo phương pháp tuyến (vuông góc với nền ñất) và theo phương tiếp tuyến (song song với nền ñất) gây ảnh hưởng lớn nhất ñến các chỉ tiêu kéo bám, khả năng lái, hiệu quả phanh,

và ảnh hưởng ñến tính ổn ñịnh chuyển ñộng của liên hợp máy

Dưới tác ñộng của hệ thống ñi ñộng sẽ làm cho các phần tử ñất xê dịch theo các phương khác nhau và xuất hiện các ứng suất theo các phương ñó ðể tiện cho việc nghiên cứu, thông thường người ta phân tích các ứng suất theo hai thành phần: thành phần pháp tuyến σ và thành phần tiếp tuyến τ Thông qua các quy luật thay ñổi và các giá trị giới hạn của các ứng suất này ta có thể ñánh giá khả năng chống biến dạng và khả năng mang tải của nền ñất tiếp xúc với dải xích của máy kéo Các thông số này thường ñược sử dụng làm thông số ñầu vào cho các mô hình nghiên cứu tính chất kéo bám của hệ thống di ñộng máy kéo

Các tính chất cơ lý của ñất ñược nghiên cứu khá sâu ở các công trình nghiên cứu của N.A Xưtôvich, M.G Becker, GS.TSKH Phạm Văn Lang, TS Phạm Văn Ngân [14] Các tính chất này của ñất ảnh hưởng trực tiếp ñến khả năng di chuyển của máy kéo

ba giai ñoạn của quá trình nén ñất Trong giai ñoạn thứ nhất chỉ xảy ra sự nén chặt làm cho các phần tử ñất xích lại gần nhau, quan hệ giữa ứng suất và ñộ biến

dạng là tuyến tính Trong giai ñoạn thứ hai sự nén chặt ñất vẫn tiếp tục xảy ra nhưng ñồng thời xuất hiện cục bộ hiện tượng cắt ñất ở một số vùng bao quanh khối ñất Khi ñó ứng suất lớn hơn lực nội ma sát và lực dính giữa các hạt ñất, do

ñó biến dạng sẽ tăng nhanh hơn so với sự tăng ứng suất và quan hệ giữa chúng là phi tuyến Cuối giai ñoạn hai ứng suất trên toàn bộ vùng bao quanh khối ñất lớn hơn nội lực ma sát và lực dính giữa các phần tử ñất, quá trình nén chặt ñất kết thúc và bắt ñầu xảy ra hiện tượng trượt hoàn toàn giữa khối ñất và vùng ñất bao quanh nó và ứng suất pháp tuyến ñạt giá trị cực ñại Trong giai ñoạn thứ ba chỉ xảy ra hiện tượng truợt của khối ñất, ứng suất không tăng nhưng biến dạng vẫn tiếp tục tăng Ở một số loại ñất trong giai ñoạn này ứng suất còn giảm xuống chút ít

Sự xuất hiện ứng suất pháp tuyến trong ñất là do tác ñộng của ngoại lực (lực nén) Khi tăng lực nén sẽ làm tăng ứng suất cho ñến khi ñạt ñến ứng suất cực ñại, sau ñó dù có tăng lực nén ứng suất không tăng nữa Do ñó ứng suất cực ñại σmax sẽ ñặc trưng cho khả năng chống nén của ñất Giá trị cực ñại σmax và ñộ

sâu h * phụ thuộc vào loại ñất và trạng thái vật lý của nó Do vậy σmax thường ñược

sử dụng ñể ñánh giá khả năng chống nén và khả năng mang tải của ñất

Sự biến dạng của ñất theo phương pháp tuyến liên quan ñến ñộ sâu của vết bánh xe và do ñó ảnh hưởng ñến lực cản lăn của máy kéo Vì vậy ñường ñặc tính nén ñất ñược sử dụng như một cơ sở khoa học ñể tính toán thiết kế hệ thống di ñộng của máy kéo

Khi chỉ nghiên cứu vùng quan hệ tuyến tính có thể sử dụng công thức ñơn

Hình 1.3 ðặc tính nén của ñất

hh*

ðối với ñất chặt, ứng suất cắt cực ñại τmax và δ0, sau ñó giảm dần ñến một giá trị tới hạn nào ñó τδ1 rồi xảy ra trượt hoàn toàn (ñường ñồ thị số 1) ðối với ñất xốp thì ứng suất cắt τ tang dần tới giá trị cực ñại τmax 2 rồi xảy ra hiện tượng trượt hoàn toàn, nghĩa là giá trị tới hạn bằng bằng giá trị cực ñại τδ2 = τmax 2 (ñường ñồ thị số 2)

Khả năng chống cắt của ñất ñược ñặc trưng bởi ứng suất tới hạn của nó Giá trị ứng suất tới hạn τδ phụ thuộc vào loại ñất và ứng suất pháp tuyến τ

Trên hình 1.5a thể hiện ñặc tính cắt ñất rời khi thay ñổi các giá trị ứng suất pháp khác nhau Với áp suất ngoài càng lớn thì ứng suất giới hạn τδ cũng càng lớn Quan hệ giữa ứng suất cắt τδ và ứng suất pháp σ là tuyến tính, thể hiện trên hình 1.5b và ñược biểu diễn bởi công thức:

δ0 τ 0

τ

Trong thực tế, ñiều kiện làm việc của máy kéo thường chuyển ñộng trên các loại ñất tự nhiên Quá trình tương tác giữa hệ thống di ñộng xích (xích hoặc bánh xe) với nền ñất xảy ra phức tạp hơn Các mấu bám cắt ñất theo 3 mặt: mặt ñáy, và 2

mặt cạch Quan hệ giữa lực cắt T và tải trọng pháp tuyến N có dạng như hình 1.6

Quá trình cắt ñất có thể mô hình hóa như hình 1.7

b) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τδ và

chuyển vị σ khi cắt ñất rời

c) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τδ và

2 τ

3 τ

τδ

σ

0 τ

Lực chống cắt của ựất biểu thị qua công thức : T = T 0 + Ntgϕ (1 Ờ 6)

Trong ựó : T 0 Ờ Lực dắnh

N Ờ Tải trọng pháp tuyến

ϕ - Góc ma sát trong

Nếu chúng ta ký hiệu lực ma sát nghỉ là T n = T max và f n là hệ số ma sát nghỉ

thì ta có thể xác ựịnh chúng theo công thức sau :

T A

τ = - Là ứng suất chống cắt do lực dắnh tạo ra

N p A

= - Áp suất do tải pháp tuyến N gây ra

Khi ựó hệ số ma sát nghỉ có thể tắnh theo công thức:

f n = tg 0

N

τ

Qua công thức (1 Ờ 7) ta thấy hệ số ma sát nghỉ phụ thuộc vào áp suất p (với

sự tăng p làm giảm f n) đôi khi người ta còn gọi hệ số ma sát nghỉ là hệ số ma sát

nằm ngoài nhằm phân biệt ma sát trong f = tgϕ ( trong ựó ϕ là góc ma sát trong)

Khi ngoại lực tác dụng lên ựất bằng hoặc lớn hơn ma sát nghỉ thì sẽ xảy ra sự trượt tương ựối với nhau giữa các phần tử ựất Khi ựó lực chống cắt sẽ ựược tắnh theo lực ma sát trượt:

Tδ = f Nδ

Trong ựó : fδ - hệ số ma sát trượt

đôi khi hệ số ma sát trượt còn ựược gọi là hệ số ma sát trong Hệ số này phụ

thuộc vào áp suất ngoài p Thực nghiệm cho thấy rằng sự phụ thuộc của các hệ số

ma sát vào áp suất p có dạng như hình 1.8

Quan hệ giữa ứng suất cắt τ và ñộ biến dạng ∆ cũng tương tự như thí nghiệm cắt ñất trong hộp kín

Mô tả toán học ñườn cong cắt ñất

ðề mô tả ñường cong cắt ñất, M.G Becker [14] ñề xuất áp dụng dao ñộng ñiều hòa có dạng:

τc = τ0 + σf δ τ

Hình 1.10 Sự phụ thuộc ứng suất cắt giới hạn τ δ và ứng suất pháp σ

Trong ñó: B1, ,α1 B2,α2 - Các hệ số ñặc trưng quá trình dao ñộng

Ông M.G Becker ñã biến ñổi phương trình trên ñể mô tả quan hệ giữa ứng suất τ và biến dạng ∆ nhận ñược:

k 1 , k 2 – Các hệ số thực nghiệm xác ñịnh quá trình trượt của máy kéo xích;

∆ - Biến dạng của ñất theo phương ngược với chuyển ñộng của máy

Công thức trên không ñược thực tế chấp nhận vì nó tồn tại một số nhược ñiểm là công thức quá phức tạp và khó xác ñịnh ñược các hệ số thực nghiệm Ngoài

ra, ý nghĩa của các hệ số này là không thực tế Ví dụ, khi ñộ biến dạng ñủ lớn thì

ứng suất giảm rất nhanh, khi k 2 >1, ∆
∞ thì ứng suất cắt dần tới 0 (τ
0) ðiều

ñó không phù hợp với quy luật thực tế

Trên cơ sở phân tích lý thuyết về biến dạng dẻo và giới hạn chảy của ñất, ông G.I Pokpovski (người Nga) ñã ñề xuất công thức:

Phân tích công thức này có thể rút ra một số nhật xét:

Khi biến dạng ∆ ñủ lớn, ứng suất cắt τ dần ñến giá trị hằng số Quá trình cắt ñất có thể chia thành 2 giai ñoạn (2 pha): trong giai ñoạn ñầu ứng suất và biến dạng cùng tăng vì ∂τ >0

∂∆ , còn giai ñoạn thứ hai ứng suất giảm dần vì 0

p

f td

k ch

k

τ τ

Trong ñó: f td – hệ số ma sát tương ñương; k τ – hệ số biến dạng, m; p – áp lực

riêng trên ñất, Pa; ∆ - biến dạng của ñất, m

Hệ số ma sát tương ñương là hàm của hệ số ma sát nghỉ và ma sát trượt ðối với ñất có ñộ ẩm trung bình, hệ số ma sát tương tương có thể xác ñịnh theo công

thức thực nghiệm:

0,825 2,55 f n f

2

td td

k

f arc

Với ñộ chính xác tương ñối, ñất hoang hoá, ñộ ẩm trung bình, hệ số biến

dạng có thể tính theo công thức k τ = 0,4t (t – bước mấu xích của xích hoặc của bánh

xe)

ðối với ñất dẻo (ñường cong 2, hình 1.9), khi ñó: f n = f δ và f td = 0, công thức

(1 – 10 ) ñược viết lại:

1.4 Tổng quan về tình hình phát triển máy kéo trên thế giới và Việt Nam

1.4.1 Tình hình phát triển máy kéo trên thế giới

Hiệu quả sử dụng các liên hợp máy kéo phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, có thế chia thành 3 nhóm chính: yếu tố về ñiều kiện sử dụng, về tính năng kỹ thuật của máy kéo và tổ chức sử dụng máy Giữa các yếu tố này có mối quan hệ phụ thuộc và ảnh hưởng lẫn nhau, có thể hỗ trợ cho nhau hoặc kìm hãm nhau

Do vậy việc nghiên cứu hoàn thiện kết cấu và tổ chức sử dụng có hiệu quả các liên hợp máy kéo là nhiệm vụ trọng tâm nhất và cũng là nhiệm vụ khó khăn nhất trong công cuộc cơ giới hoá nông nghiệp Cũng chắnh vì vậy nhiều cơ quan nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới ựã ựầu tư rất lớn vào nghiên cứu giải quyết vấn ựề trên, ựặc biệt là ở các nước công nghiệp phát triển

Máy kéo thuộc loại máy có cấu tạo phức tạp, có nhiều chi tiết ựòi hỏi ựộ bền

và ựộ chắnh xác cao Do ựó công việc thiết kế, chế tạo máy kéo là công việc phức tạp ựòi hỏi ựầu tư cao về kỹ thuật công nghệ chế tạo và thiết bị máy móc hiện ựại đứng ựầu trong lĩnh vực này là Nhật Bản, Mỹ, đức, Nga

Ở các nước chậm phát triển hoặc ựang phát triển việc trang bị một số hệ thống máy kéo cho quốc gia của mình chủ yếu theo hướng nhập khẩu Tuy nhiên do hạn chế về vốn, ựể tiết kiệm vốn và ựể kắch thắch, tạo ựiều kiện cho công nghiệp trong nước phát triển, nhiều nước ựang phát triển cũng ựã hình thành và phát triển ngành chế tạo máy kéo

1.4.2 Tình hình phát triển máy kéo ở Việt Nam

Trong thời kỳ bao cấp, Miền Bắc nhập nhiều loại máy kéo từ các nước đông

Âu, Trung Quốc Trong ựó số lượng máy nhập từ Liên Xô (cũ) chiếm nhiều nhất

Vê chất lượng, qua thực tế sử dụng nhiều năm ựã khẳng ựịnh loại máy kéo bánh MTZ Ờ 50/80 và cả loại máy kéo xắch DT Ờ 75 do Liên Xô chế tạo là phù hợp với ựiều kiện sản xuất của nước ta trong thời kỳ ựó

Sau Nghị quyết 10 của Bộ Chắnh trị, ruộng ựất ựược giao cho nông dân sử dụng lâu dài, kắch thước ruộng bị thu hẹp, manh mún Các máy kéo lớn không phát huy ựược hiệu quả sử dụng và thay vào ựó là các loại máy kéo công suất nhỏ

Tại miền Bắc các máy kéo ựang sử dụng rất ựa dạng về chủng loại, mã hiệu

và tắnh năng kỹ thuật, công suất khoảng 6 Ờ 12 mã lực ựối với máy kéo 2 bánh và

15 Ờ 30 mã lực ựối với máy kéo 4 bánh Phấn lớn trong số ựó là các máy nhập từ Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan,Ầ Thực trạng vấn ựề này do nhiều nguyên nhân gây ra, một phần do kắch thước ựồng ruộng ở các vùng không giống nhau ựặc biệt ở Miền Bắc diện tắch thửa ruộng quá nhỏ, vốn ựầu tư từ nông hộ thì hạn chế; ngay cả nhóm, cá nhân chuyên kinh doanh các máy nông nghiệp ựi làm thuê vẫn còn khó khăn về vốn Mặt khác, do nền công nghiệp chế tạo máy kéo ở nước ta chưa phát triển các máy kéo chủ yếu nhập ngoại không ựược quản lý về chất lượng và cũng không có chỉ dẫn cần thiết của các cơ quan khoa học Vì thế sự trang bị máy kéo ở các nông hộ gần giống như một cuộc Ộthử nghiệmỢ với trình ựộ rất thấp và không

có sự hỗ trợ của các nhà khoa học cũng như sự bảo hộ của pháp luật ựối với sử dụng máy Hậu quả của việc trang bị máy móc thiếu những căn cứ khoa học cần thiết là

nhiều chủ máy có hiệu quả sử dụng thấp thậm chí còn bị phá sản, chưa thực sự có tác dụng kích thích phát triển sản xuất nông nghiệp ðây cũng là bài học thực tế cho các nhà khoa học, các nhà quản lý và những người sử dụng máy

Cùng với việc nhập khẩu thì công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy kéo ở nước ta bắt ñầu khá sớm, từ năm 1962 ñã nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm nhiều loại máy MTZ – 7M (lấy tên “Tháng tám”) Tiếp theo ñó, liên tục ñã có nhiều chương trình nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước về chế tạo máy kéo, nhưng cho ñến nay chưa có mẫu máy kéo lớn nào ñược sản xuất chấp nhận Nguyên nhân chính là chúng ta chưa có những hệ thống máy móc thiết bị hiện ñại ñể ñáp ứng ñược yêu cầu chế tạo các loại máy kéo có kết cấu phức tạp, ñỏi hỏi có ñộ chính xác cao; chưa có công nghệ hợp lý hoặc tiên tiến và chưa có cả kinh nghiệm thiết kế v.v… Có thể nói sự phát triển của ngành chế tạo máy kéo ở nước ta vẫn ñang trong thời kỳ nghiên cứu thăm dò

CHƯƠNG 2 - CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ðỀ TÀI

2.1 ðộng học bộ phận di ñộng xích

Khảo sát ñộng học tổng quát của bộ phận di dộng xích [15][16], ở ñó dải xích ñược coi như một dây ñai mềm ñược truyền ñộng từ hai puly và có các bánh căng ñai là các bánh ñè xích, không có ñộ võng ở nhánh ñai phụ ñộng (nhánh trên), khi ñó máy kéo xích chuyển ñộng thẳng (Hình 2.1)

ðiểm A trên dải xích tham gia vào hai chuyển ñộng:

- Chuyển ñộng quay tương ñối so thân máy kéo với vận tốc v0, khi ñó tâm hình học của bánh chủ ñộng, các bánh hướng dẫn, bánh ñè xích, ñỡ xích v.v…ñược coi như cố ñịnh

- Chuyển ñộng tịnh tiến theo thân máy kéo với tốc ñộ theov t, khi ñó tất cả các ñiểm trên vành bánh chủ ñộng (hay bị ñộng) ñều vẽ lên các quỹ ñạo giống nhau

Tốc ñộ tuyệt ñối của ñiểm A là tổng véc tơ của hai véc tơ vận tốc trên, nghĩa là:

C

B

A V

Trong trường hợp tốc ñộ theo bằng với tốc ñộ tương ñối v 0 = v t = v m (khi

không có trượt lết và trượt quay), khi ñó:

ðối với ñiểm C trên nhánh tiếp ñất, tại ñây ϕ = π vì vậy v C = 0 Tất cả các

ñiểm nằm trên nhánh xích tiếp xúc với ñất có vận tốc tuyệt ñối bằng 0

Khi vận tốc tương ñối v 0 và vận tốc theo v t khác nhau, khi ñó vận tốc của các ñiểm nằm trên nhánh xích tiếp xúc với ñất VC có thể có hai khả năng:

- Nếu v t < v 0, Bộ phận di ñộng bị trượt quay, ñiểm C khi ñó bị ép về phía sau, ngược với hướng chuyển ñộng của máy, khi vận tốc theo bằng 0, khi ñó bộ phận di ñộng xích bị trượt hoàn toàn, máy kéo dừng tại chỗ và nhánh xích quay theo vận tốc tương ñối V0.

- Nếu v t > v 0, trường hợp này thường xẩy ra khi máy kéo chuyển ñộng theo quán tính, khi máy chuyển ñộng xuống dốc hay phanh, tốc ñộ tuyệt ñối của ñiểm C khi ñó có chiều hướng theo chiều chuyển ñộng của máy, các phần tử ñất bị ép nén

về phía chiều chuyển ñộng của máy, hiện tượng này gọi sự trượt lết của xích

Quỹ ñạo chuyển ñộng của một ñiểm 0 trên bánh ñè xích cuối cùng như hình 2.2 Từ các phương trình biểu diễn vận tốc tương ñối và vận tốc theo thấy rằng, sau một khoảng thời gian một ñiểm nằm ở vị trí 0 sẽ dịch chuyển theo cung ñến vị trí 1, ñiểm này sẽ dịch chuyển theo thân máy ñến vị trí 1’, rõ dàng chiều dài cung 01 bằng chiều dài 11’, tương tự như vậy từ ñiểm 2 bất kỳ ta lấy theo chiều nằm ngang một ñoạn có chiều dài 22’=01+12, ta nhận ñược ñiểm 2’, là quỹ ñạo chuyển ñộng của ñiểm 2, tương tự như vậy cho ñiểm 3 Bằng cách phân tích tương tự, ta thấy trên cung 01 các ñiểm ở ñây chuyển ñộng theo dạng cycloid, trên ñoạn 13 các ñiểm của xích chuyển ñộng theo quỹ ñạo thẳng, sau ñó lại tiếp tục chuyển ñộng theo cycloid trên cung của bánh sao chủ ñộng Bằng cách phân tích quỹ ñạo chuyển ñộng của các ñiểm trên các cung và trên nhánh 13 của dải xích, ta vẽ ñược quỹ ñạo chuyển ñộng của toàn bộ dải xích như trình bày trên hình 2.3

Nếu có trượt quay thì quỹ ñạo của các ñiểm trên dải xích có thể có sự thay ñổi như trên hình 2.3b, các ñiểm tiếp xúc với mặt ñất bị dịch chuyển về phía sau theo chiều tiến chính vì vậy nó làm cho thay ñổi quỹ ñạo cycloid của các ñiểm nằm trên cung của bánh ñè xích và trên bánh chủ ñộng làm hành trình của cung cycloid giảm xuống

Khi trượt lết, hình ảnh sẽ ngược lại như hình 2.3c, do ñất bị ép trượt về hướng chuyển ñộng của máy, các ñiểm trên cung tiếp xúc của bánh ñè xích và bánh chủ ñộng có vận tốc theo lớn hơn vận tốc tương ñối, lúc này các cung cycloid của các ñiểm trên xích trên hai cung này sẽ bị dãn dài ra

Khi tốc ñộ tuyệt ñối của các ñiểm trên dải xích biến ñổi, sẽ xuất hiện gia tốc tuyệt ñối Gia tốc của các ñiểm trên dải xích xuất hiện bởi ñặc thù làm việc của bộ phận di ñộng xích Gia tốc tuyệt ñối cũng ñược tính bởi tổng hình học của gia tốc

tương ñối theo các trục AX và AY Giả sử vận tốc tương ñối và vận tốc theo là bằng nhau ðạo hàm vận tốc v AX , v AY theo thời gian ta có:

A

v j r

Hình 2.2 Quỹ ñạo chuyển ñộng của

ñiểm trên bánh ñè xích cuối cùng

0

1 2

Biểu thức nhận ñược chính là gia tốc ly tâm, có giá trị cố ñịnh khi bán kính bánh xe là cố ñịnh Các ñiểm trên cung của bánh ñè xích và bánh chủ ñộng do có bán kính khác nhau vì vậy sẽ có gia tốc ly tâm khác nhau Các ñiểm nằm trên nhánh xích thẳng vì bán kính r = ∞ do ñó J=0 Như vậy các ñiểm tiếp nối giữa nhánh

thẳng và nhánh trên các cung của các bánh ñè, căng xích và bánh chủ ñộng (ví dụ ñiểm 3 hình 2.2) khi ñó chúng có giá trị gia tốc từ 0 chuyển ñến một giá trị thực nào

ñó, hiện tượng này làm cho bộ phận di ñộng xích có tính chất va ñập mềm khi các ñiểm ñi vào phần cung của các bánh ñè, bánh chủ ñộng và bánh căng xích

ðặc trưng về ñộng học của bộ phận di ñộng xích dùng xích kim loại Do mắt

xích có bước t x, ta coi các mắt xích là tuyệt ñối cứng khi ñó các bánh ñè xích ở phía trước và các bánh ñè xích ở phía sau khi lăn trên dải xích tiếp xúc với ñất sẽ có các thời ñiểm chuyển từ cuối mắt xích này sang ñầu mắt xích tiếp theo hình 2.4 và hình 2.5

Hình 2.4 Quá trình một mắt xích khi ñi vào bánh ñè xích

Ta có thể thiết lập quan hệ giữa tốc ñộ góc của nhánh xích chịu lực căng phía

sau và tốc ñộ tịnh tiến của máy v ðể thực hiện việc ñó ta lập quỹ ñạo chuyển ñộng

của một ñiểm của ñoạn xích này trên trục OX trong hệ trục tọa ñộ OXY mà trục OY

ñi qua tâm bánh ñè xích phía sau như hình 3.7:

khung máy kéo) chính là ñạo hàm của x theo thời gian:

( cos )sin cos

( cos ) sin cos

k

k k

k

k k k

Vì f(ϕ) là hàm góc xoay của nhánh xích chủ ñộng sau, và rõ dàng trị số của

nó là hàm biến ñổi theo thời gian, giá trị của vận tốc v thay ñổi từ giá trị cực tiểu

vmin ñến một giá trị trị cực ñại v max nào ñó Tính chất thay ñổi theo chu kỳ này của

vận tốc khung máy kéo diễn ra theo chu kỳ T ñược xác ñịnh bởi chiều dài của bước xích t x : T = t x /v

Nếu biểu diễn ax

min

( ) ( )

m

r

f f

ϕ

ξ

ϕ = , khi ñó ξr- chính là hàm chuyển ñộng không ñều của khung máy kéo ðối với một số máy kéo xích thông dụng, ví dụ máy kéo xích DT75, T150, khi thay các số liệu về kết cấu của dải xích vào công thức tính ñược ( ) 0, 29 3

Max r

Thực tế, sự sai lệch vận tốc này không lớn như vậy do các bánh ñè xích, bánh căng xích thậm trí ñộ cứng của hệ thống dẫn ñộng cũng như mặt ñường bị biến dạng lớn cũng như lực quán tính của máy kéo khá lớn Vì vậy sai lệch tốc ñộ thực

tế có diễn ra song tương ñối nhỏ nên cảm giác của người lái là không nhận thấy ñược

Như vậy tốc ñộ chuyển ñộng thực của máy kéo xích thay ñổi không ñáng kể,

vì vậy trong lý thuyết máy kéo xích ta sử dụng khái niệm vận tốc lý thuyết trung bình và ñược tính theo công thức:

2 60

k k T

r n

v π

Trong ñó: n k - là số vòng quay của bánh sao chủ ñộng

Mặt khác, tốc ñộ vòng của bánh sao chủ ñộng còn có thể tính theo công thức:

;60

r k T

zt n

Ở ñây: z - số mắt xích bao quanh bánh sao chủ ñộng

Cân bằng hai biểu thức trên ta có:

;60

r k T

t z r

π

Trong thực tế vận tốc làm việc của máy kéo thường nhỏ hơn vận tốc lý

thuyết do hiện tượng trượt của máy kéo Nếu gọi v lv là vận tốc làm việc thực tế, và

δ là ñộ trượt của dải xích khi ñó ta có vận tốc làm việc thực tế của máy kéo là:

M P r

= , lực này truyền tới nhánh xích tiếp xúc với ñất,

ñồng thời nhánh xích tiếp xúc với ñất truyền lên mặt ñất áp lực mà tổng ñại số của

áp lực này chính bằng trọng lượng của máy kéo G, giữa bề mặt tiếp xúc của nhánh xích và mặt ñường xuất hiện lực bám, nếu bỏ qua mất mát do ma sát giữa các bánh

ñè, bánh ñỡ, bánh dẫn hướng, v.v thì hợp lực của tất cả các lực bám này chính

bằng lực kéo tiếp tuyến của máy kéo P k, lực này hướng theo chiều chuyển ñộng của máy kéo

Mặt khác, do biến dạng của ñất, ở nhánh xích phía trước suất hiện phản lực

R, thành phần nằm ngang của phản lực này chính là lực cản lăn của hệ thống di

ñộng xích P f , khi chuyển ñộng trên ñường nằm ngang ta có P k = P f Thành phần

thẳng ñứng của phản lực này là Y’, thành phần này cùng với phản lực trên toàn bộ chiều dài dải xích tiếp xúc với ñất Y cân bằng với trọng lượng của máy kéo, nghĩa là: Y’+Y=G

Hình 2.6 Lực tác dụng lên bộ phận di ñộng xích khi chuyển ñộng trên mặt ñồng nằm ngang

Tưởng tượng ñặt vào tâm bánh sao chủ ñộng một cặp lực P k ngược chiều

nhau (Hình 2.6), một trong hai lực này tạo với lực P k trên nhánh xích làm việc cân

bằng với mômen chủ ñộng M k Lực P k còn lại ñược phân thành hai thành phần, một

theo chiều chuyển ñộng của máy kéo gọi là P k ’ và một vuông góc bới mặt ñường

gọi là P k ’’, như vậy lực P k ’ là lực ñẩy vào khung máy kéo còn lực P k ’’ cùng với

trọng lượng máy kéo tác dụng lên các bánh ñè xích và truyền lên mặt ñường

Mặt khác, trên bánh ñè xích cuối cùng, chịu hai lực: lực căng P k lực kéo tiếp

tuyến P k , hợp lực của hai lực này chính là P k , chiếu lực này lên trục 0X ta ñược lực

N =P v =M ω (2 – 19) Khi chuyển ñộng ổn ñịnh, trong bộ phận di ñộng xích suất hiện các lực ma sát trong các ổ bi của các bánh ñỡ, bánh tỳ, bánh hướng dẫn, v.v…mất mát công suất ñể khắc phục các lực ma sát này có thể ñược tính một cách tổng quát bằng tích giữa mômen ma sát và tốc ñộ góc của bánh sáo chủ ñộng:

Từ phương trình công suât trên ta có thể xác ñịnh ñược lực kéo tiếp tuyến

nếu biết mômen ma sát trong bộ phận di ñộng xích M r

quán tính M jr, công suất chi phí ñể khắc phục các lực quán tính này là:

j jr k

Ngoài ra khi chuyển ñộng tịnh tiến không ñều còn xuất hiện lực quán tính của tất cả các bánh trong hệ di ñộng, các lực này cùng với lực quán tính của khối lượng máy kéo ñặt tại trọng tâm của máy ñược ký hiệu là lực Pj, như vậy cân bằng lực cho hệ thống di ñộng xích sẽ là: Pk, = Pj + Pjr (2 – 25)

Công suất thực tế truyền lên khung máy kéo sẽ là:

di ñộng xích khi máy kéo xích chuyển ñộng không ñều trên mặt ñường nằm ngang

và có tính ñến ñộ trượt của hệ thống di ñộng Như vậy công suất truyền ñến bánh chủ ñộng của máy kéo xích ñược cân bằng với các công suất sau:

- P vk lv - là công suất dùng ñể thắng các ngoại lực bên ngoài như lực kéo ở móc, lực cản dốc, lực cản gió v.v…

- P vk( T − vlv)- là phần công suất dùng ñể khắc phục ñộ trượt của bộ phận

di ñộng xích nghĩa là phần công suất làm biến dạng ngang của ñất dưới dải xích tiếp xúc với ñất, ma sát của bề mặt tiếp xúc giữa xích và ñất v.v…

- Mrωk, là phần công suất chi phí ñể thắng ma sát bên trong các bộ phận của

hệ thống di ñộng xích, ma sát trong các ổ bi bánh ñỡ, bánh tỳ, bánh căng xích v.v…

chuyển ñộng tịnh tiến không ñều

jr k

M ω - là phần công suất do biến ñổi ñộng năng của các chi tiết trong hệ thống di ñộng xích do chuyển ñộng quay không ñều

2.3 Sự phân bố áp lực trên dải xích tiếp xúc với ñất

Trọng lượng của máy kéo ñược truyền lên mặt ñất nhờ các bánh ñè xích và

bề mặt nhánh xích tiếp xúc với ñất

Nếu dải xích chịu một lực căng ban ñầu với giá trị lớn, các bánh ñè xích lắp cứng với khung và tọa ñộ trọng tâm của máy kéo trùng với tâm ñối xứng của nhánh xích tiếp xúc với ñất, thì áp lực ñược phân bố ñều theo chiều dài dải xích tiếp xúc với ñất như hình 2.7a và nó ñược xác ñịnh bằng công thức [10][16]:

2

G q bL

hình 2.7b Giá trị trung bình của áp lực này chính bằng q

b)

a)

2

G q bL

V

G

M K

Trong ñất dưới tác dụng của trọng lượng G truyền lên, xuất hiện ứng suất

pháp σ Khả năng di ñộng của máy kéo cũng như lực cản chuyển ñộng của hệ thống di ñộng phụ thuộc vào trị số của ứng suất này của ñất Ứng suất lớn nhất

thường phân bố phía dưới các bành ñè xích (Hình 2.8), giá trị của nó tại vị trí i bất

kỳ chính bằng áp lực tại ñiểm ñó nghĩa là :σi =q i

Theo Guskob quy luật phân bố áp lực trên ñất tính theo chiều dài của dải xích tiếp xúc với ñất tuân thủ quy luật của ñường cong nén tang hypecpolic

0 0

Trong ñó: h i - là ñộ nén của ñất tại ñiểm thứ i

Nhánh xích giữa hai bánh ñè xích bị uốn cong lên như hình 2.9

Giả sử trên cung AB của giải xích tiếp xúc với ñất chịu một phần trọng lượng của máy Gi vì ñộ uốn của cung AB là không lớn do ñó coi chiều dài các ñoạn AA1

và chiều dài cung AA1 là bằng nhau, tương tự như vậy ñối với các ñoạn khác như

BB1

Chúng ta xây dựng một hệ tọa ñộ như hình 2.9a sao cho trục hoành nằm trùng mặt phẳng ngang bằng với ñộ lún của mặt ñường, trục tung ñi qua ñiểm lún thấp nhất của ñoạn nhánh xích giữa hai bánh ñè xích Chúng ta khảo sát vi phân

diện tích (có bề rộng bằng bề rộng dải xích b, còn chiều dài là dx), nằm cách gốc tọa

ñộ một khoảng cách là x, vi phân diện tích này ñược cân bằng dưới tác dụng của lực căng p và dp, cũng như áp lực của ñất :

Hình 2.8 Ứng suất phân bố phía dưới các bánh ñè xích