Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu mẩu bám bánh phụ đến dặc tính kéo bám của bánh xe máy kéo nhỏ hai bánh

Luận văn

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO Trường đại học nông nghiệp i

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị

cơ giới hóa Nông - Lâm nghiệp

mG số: 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: TS ĐặNG TIếN HòA

Hà NộI - 2007

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a đ−ợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn đ5 đ−ợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đ5 đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Hoàng Văn Ba

Lời cảm ơn

Trong quá trình thực hiện đề tài này, tôi đ5 nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ Điện và các thầy cô trong trường Nhân dịp này, cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến:

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Đặng Tiến Hòa đ5 trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này

Tôi xin chân thành cảm cam ơn tập thể cán bộ, giáo viên bộ môn Động Lực - Khoa Cơ Điện và toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Điện - Trường Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo đ5 trực tiếp giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại trường và các thầy cô giáo Khoa Sau

Đại Học - Trường Đại học nông nghiệp I- Hà Nội

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô Khoa Cơ Khí - Trường Cao đẳng Nghề Cơ khí Nông nghiệp đ5 tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này

Tác giả

Hoàng Văn Ba

1.1 Khái quát về tình hình phát triển ngành cơ khí nông nghiệp

nói

4

1.3 Đặc điểm về đất nông nghiệp ảnh hưởng đến khả năng di

động của máy kéo

11

1.3.5 Lực cản lăn của đất khi xê dịch 20 1.4 Đặc điểm đất đai vùng đồng bằng sông Hồng có ảnh hưởng

đến sự làm việc của liên hợp máy kéo nhỏ trên đất có độ ẩm cao

22

1.6 Tình hình nghiên cứu, cải tiến và sử dụng các bộ phận di động

cho máy kéo nhỏ làm việc trên đất nông nghiệp ở nước ta

25

Chương 2 Một số cơ sở lý thuyết và tính chất kéo bám của

3.1.Tính toán, lựa chọn xác định một số thông số cơ bản của bánh xe

kết hợp

46

Chuơng 4 Thí nghiệm và kết quả thí nghiệm xác định đặc

tính kéo bám của bánh xe kết hợp với các thông số kết cấu của

mấu bám thay đổi

62

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt nam có số dân sống ở nông thôn chiếm khoảng 80% và chủ yếu bằng nghề nông do đó có nguồn thu nhập rất thấp, vì vậy cần phải có sự quan tâm của các cấp các ngành để đưa kỹ thuật tiên tiến phục vụ cho công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước nói chung ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn nói riêng Chính vì vậy sự phát triển đó được Đảng và nhà nước quan tâm hàng đầu

Trong những năm tới đây Đảng và nhà nước ta sẽ có đường lối giảm

số công lao động trong ngành nông nghiệp nhưng vẫn đảm bảo tăng năng xuất Đặc biệt khi đ5 là thành viên của tổ chức thương mại quốc tế (WTO) thì nền kinh tế nước ta nói chung và nền nông nghiệp nói riêng phải chịu sự cạnh tranh khốc liệt của nền kinh tế thị trường Vì vậy, cần phải đổi mới đồng bộ về cả cây giống, kỹ thuật chăm xóc, cũng như thiết bị máy móc phục vụ cho sản xuất là rất cần thiết

Trước đây đ5 có mô hình cơ khí nông nghiệp theo kiểu các trạm, các

đội máy kéo nhưng hiện nay không còn phù hợp nữa Hiện nay mỗi hộ nông dân đ5 trở thành đơn vị kinh tế tự chủ, họ được giao đất sử dụng lâu dài, do

điều kiện lịch sử, tập quán cũng như điều kiện địa hình nên phần lớn ruộng

được chia thành lô, thửa có kích thước vừa và nhỏ Từ đó, các máy kéo nhỏ ra

đời và phục vụ khá đắc lực cho nên sản xuất nông nghiệp của nước ta Thực trạng các máy kéo nhỏ đang sử dụng ở nước ta chủ yếu là nhà máy do cơ khí nông nghiệp Hà Tây kết hợp với nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo và nhà máy DIEZEL Sông Công sản xuất theo mẫu máy của Nhật Bản, Trung Quốc Phần còn lại là các máy nhập ngoại từ Trung Quốc, trong các năm qua loại máy móc này vẫn được thị trường chấp nhận, nhưng không phải do chất lượng mà

là do giá cả Tuy nhiên cả máy nhập ngoại cũng như máy kéo trong nước chế

tạo, bộ phận di động của máy kéo vẫn chưa đáp ứng được tốt với đồng ruộng Việt nam Với các bộ phận di động hiện có như bánh hơi, bánh mấu, bánh lồng chỉ có thể làm việc phù hợp với ruộng nước, hoặc ruộng cạn có độ ẩm thấp và trung bình, còn trên đất có độ cao thì chưa phù hợp Vì vậy việc nghiên cứu, cải tiến bộ phận di động cho máy kéo nhỏ khi làm việc trên đất có

độ ẩm cao là rất cần thiết

Để góp phần giải quyết vấn đề này, tôi đ5 chọn đề tài: ”Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu mấu bám bánh phụ đến đặc tính kéo bám của bánh xe máy kéo nhỏ hai bánh.” Nhằm có những cải thiện đáng kể tăng lực kéo bám cho liên hợp máy kéo khi làm việc

2 Mục đích và yêu cầu của đề tài

2.1 Mục đích

Mục đích của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu mấu bám bánh phụ đến khả năng kéo bám của bánh xe máy kéo nhỏ hai bánh (bông sen-12), có công xuất từ 12- 20 m5 lực khi làm việc trên đất có độ

ẩm cao (W>40%) Đây là loại máy kéo tay được sử dụng rất rộng r5i, phổ biến

ở đồng bằng các tỉnh phía bắc nước ta hiện nay

2.2 Yêu cầu của đề tài

Phân tích đánh giá máy kéo nhỏ của nước ta trong giai đoạn hiện nay Nắm được ưu nhược điểm của các bộ phận di động của liên hợp máy kéo nhỏ hiện có Nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm sự ảnh hưởng của thông số kết cấu mấu bám đến khả năng bám của máy kéo Định hướng sơ bộ thông số kết cấu cho mấu bám bánh phụ làm việc trên đất độ ẩm cao

3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

3.1 ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu nhằm cải thiện khả năng kéo bám cho loại máy kéo nhỏ

đẩy tay khi làm việc trên đất có độ ẩm cao Làm cơ sở khoa học cho việc tối

ưu hoá hình dạng kết cấu bánh phụ máy kéo nhỏ hai bánh

3.2 ý nghĩa thực tiễn

Góp phần nâng cao năng suất và hiệu quả làm việc của liên hợp máy kéo nhỏ BS-12 khi làm việc trên đất nông nghiệp có độ ẩm cao,

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Bộ phận di động của liên hợp máy kéo nhỏ hai bánh, điển hình là máy kéo BS - 12 làm việc trên đất nông nghiệp có độ ẩm cao

4.2 Phạm vi nghiên cứu

a) Nghiên cứu lý thuyết

Sử dụng các cơ sở nghiên cứu lý thuyết về động lực học bánh xe, lý thuyết máy kéo, cơ học đất và cơ sở tác động đất máy Các cơ sở lý thuyết tính toán, lựa chọn các thông số cơ bản của bánh xe chủ động khi làm việc trên đất nông nghiệp Các lý thuyết về đo lường các thông số quá trình động lực học trong ôtô máy kéo, nghiên cứu và sử dụng chương trình phần mềm hiện đại và

đa năng như Dasylab 7.0

b) Nghiên cứu thực nghiệm

Để xác định được đặc tính trượt của một só mấu bám bánh phụ phải nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số làm việc cơ bản của bánh xe thí nghiệm như mô men xoắn trên trục, tốc độ góc, độ trượt Chúng tôi sử dụng phương pháp khảo nghiệm trực tiếp bánh xe thí nghiệm, đo Tenzo với trợ giúp của máy tính số và phần mền của đa năng Dasylab 7.0

Chương 1

Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.1 Khái quát về tình hình phát triển ngành cơ khí nông nghiệp nói chung và phát triển liên hợp máy kéo nhỏ nói riêng ở nước ta

Điểm lại lịch sử phát triển của ngành cơ khí nông nghiệp, ta có thể phân chia theo ba giai đoạn:

- Giai đoạn 1 (1954 - 1982): Phần lớn giai đoạn này gắn liền với cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước Việc phát triển ngành cơ giới hóa nông nghiệp chỉ ở những bước đầu tiên áp dụng chủ yếu với các loại máy kéo có công suất từ 40 m5 lực trở lên, chủ yếu là máy kéo viện trợ của Liên Xô cũ và một số nước x5 hội chủ nghĩa Đông Âu

- Giai đoạn 2 (1983 - 1990): Giai đoạn xây dựng đất nước thống nhất sau chiến tranh Ngành cơ khí nông nghiệp phát triển mạnh mẽ với sự giúp đỡ

to lớn của Liên Xô và các nước x5 hội chủ nghĩa

- Giai đoạn 3 (1990 đến nay): Ruộng đất được chia lâu dài cho các hộ nông dân Mỗi hộ nông dân được coi là một đơn vị kinh tế độc lập, tự chủ trong sản xuất nông nghiệp Mô hình trạm, đội máy kéo lớn không còn thích hợp nữa Các liên hợp máy kéo nhỏ phát triển mạnh đóng vai trò quan trọng

Nó đảm nhận hầu hết các công việc trong sản xuất nông nghiệp từ : cày, bừa, cấy hái v.v Đặc biệt là khâu làm đất, tỏ ra khá thích hợp với các nền kinh tế thị trường hiện nay Khi ruộng đất được chia thành lô, thửa có kích thước vừa

và nhỏ, rất phù hợp với các vốn đầu tư của các hộ nông dân Vì thế nhu cầu sử dụng các nguồn động lực, máy kéo nhỏ ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, Trung Bộ còn rất lớn

Với thị trường máy kéo nhỏ của Việt Nam hiện nay đa phần là các loại máy của Trung Quốc sản xuất với giá thành rẻ với chất lượng chưa tốt Các

cao và phụ tùng thay thế khan hiếm, chủ yếu tiêu thụ ở thị trường các tỉnh phía Nam Máy do trong nước sản xuất, tuy những năm gần đây chúng ta đ5 rất cố gắng, có nhiều tiến bộ trong việc thay đổi chủng loại, nâng cao chất lượng, phát triển số lượng nhưng giá thành vẫn còn cao hơn so với máy nhập từ Trung Quốc Mặt khác do chất lượng còn hạn chế nên chưa đáp ứng được nhiều các yêu cầu, tính năng kỹ thuật đặt ra Do đó trong thời gian tới cần đẩy mạnh đầu tư nghiên cứu, tính toán thiết kế Đổi mới quy trình công nghệ, tạo

ra những sản phẩm có chất lượng và tính năng kỹ thuật, phù hợp với đặc điểm sản xuất trên đồng ruộng của Việt Nam

Một số tính chất động lực học của liên lợp máy kéo:

Liên hợp máy kéo - máy nông nghiệp luôn làm việc trong điều kiện có tác động ngoài thay đổi Các tác động ngoài được đánh giá là đa yếu tố và đa dạng Đó là tính chất không bằng phẳng của mặt đồng, tính chất không đồng nhất của đất, tính đa dạng về cơ cấu cây trồng v.v

Các yếu tố này chủ yếu ảnh hưởng đến độ không đồng đều của tải trọng

và các chỉ tiêu của quá trình công nghệ mà máy phải hoàn thành, cũng như chi phí năng lượng Đối với liên hợp máy khi làm việc thì phải tác động chủ yếu

là tác động qua lại giữa các bộ phận làm việc với các đối tượng sản xuất như : nguyên vật liệu, phân bón, hạt giống, đất, nước v.v, và giữa bộ phận di động với mặt đồng Đồng thời khi tính toán và thiết kế máy, các trạng thái thực không được xem xét đầy đủ Đa số các trường hợp khi tính toán thiết kế người

ta ứng dụng cơ bản là mô hình tĩnh học với sự lý tưởng hóa đáng kể các điều kiện làm việc thực tế, mà thực ra các yếu tố này rất đa dạng và phức tạp Khi

đó sơ đồ tính toán, phân tích các hoạt động của một máy bất kỳ không phụ thuộc vào công dụng của nó, mà có thể đưa về sơ đồ tổng quát theo nguyên lý

đầu vào - đầu ra Với sơ đồ này việc nghiên cứu chủ yếu là giữa các biến đổi thông số vào và thông số ra, cũng như động lực học việc truyền và chuyển đổi các thông số đó

Đặc điểm riêng về động lực học của liên hợp máy kéo nhỏ:

Đối với liên hợp máy kéo nhỏ ở đây chủ yếu là đề cập đến loại máy kéo

đẩy tay hai bánh và có công suất động cơ từ 7 ữ 20 m5 lực, thường được sử dụng loại động cơ một xi lanh, đặt nằm ngang Khi liên hợp với các loại máy nông nghiệp trên đồng, thường có tốc độ chậm và khối lượng mô men quán tính nhỏ, nên rất nhạy cảm đối với sự thay đổi của tải trọng ngoài Đặc biệt là trên mặt đồng không bằng phẳng, tính chất đất không đồng nhất Một đặc

điểm quan trọng nữa là bánh xe máy kéo có đường kính nhỏ, làm giảm khả năng bám, tăng lực cản lăn của máy kéo khi làm việc trên đất có độ ẩm cao, hoặc trên ruộng nước Liên hợp máy kéo nhỏ do có trọng lượng và bề rộng cơ

sở hạn chế, nên khi di chuyển hay làm việc trên đồng rất dễ mất ổn định với các kích thích dao động theo phương thẳng đứng và phương nằm ngang Điều

đó ít nhiều ảnh hưởng tới chất lượng canh tác mà máy đang thực hiện Mặt khác do kết cấu hệ thống lái quá đơn giản, điều khiển bằng ly hợp chuyển hướng và không có trợ lực lái nên tính năng điều khiển kém, nhất là trong những điều kiện làm việc mặt đồng không bằng phẳng, độ mấp mô lớn, tính chất cơ lý của đất không đồng đều v.v Tuy nhiên nếu ta biết cải tiến hệ thống di động của liên hợp máy cho phù hợp với từng công việc, kết hợp với

sử dụng chế độ tải trọng, chế độ tốc độ, nâng cao chất lượng công việc, độ phù hợp thì sẽ cải thiện được điều kiện lái thuận lợi hơn cho người sử dụng

Khả năng kéo bám của hệ thống di động máy kéo là một chỉ tiêu sử dụng rất quan trọng Nó thể hiện khả năng đáp ứng công việc của máy ở những điều kiện sử dụng khác nhau Khả năng này lại phụ thuộc vào các yếu

tố như : mức độ bám của hệ thống di động, công suất động cơ, tỷ số truyền, phân bố tải trọng, lực cản lăn của máy v.v Trong đó kết cấu của hệ thống di

động giữ một vai trò hết sức quyết định Tính chất kéo bám là đặc trưng cho quá trình tương tác giữa bánh xe và đất Việc xác định tính chất kéo bám của bánh xe có thể sử dụng một số phương pháp khác nhau Trong đó phương pháp thí nghiệm bánh xe, tuy rằng chưa thể đạt được đến một mức độ khái quát hóa hết các kết quả thí nghiệm song lại có thể hệ thống hóa các kết quả

đó theo kết cấu bánh xe và điều kiện mặt đồng với trang thiết bị thí nghiệm và

Với phạm vi của đề tài này, chúng tôi chỉ đề cập đến vấn đề nghiên cứu

ảnh hưởng một số thông số kết cấu mấu bám bánh phụ đến khả năng kéo bám của bộ phận di động loại máy kéo nhỏ làm việc trên đất có độ ẩm cao (W > 40%) ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, làm cơ sở cho việc tính toán lựa chọn tối ưu các thông số của mấu bám sau này Với loại máy kéo tiêu biểu nhất là Bông Sen - 12 do Việt Nam chế tạo

1.2 Đặc điểm về máy kéo nhỏ hai bánh

1.2.1 Máy kéo Bông Sen - 12 (BS -12)

BS -12 là loại máy kéo nhỏ đẩy tay, hai bánh do nhà máy cơ khí nông nghiệp Hà Tây sản xuất Máy có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, công suất động cơ

12 m5 lực (8,83 kw), rất phù hợp khi làm việc trên những thửa ruộng có diện tích vừa và nhỏ, trong vườn rau, vườn cây ăn quả

Máy kéo BS –12 có thể liên hợp với: cày (hai lưỡi), phay, máy vun luống, san đất, xới đất v.v, để thực hiện khâu làm đất Ngoài ra còn liên hợp với một số loại máy nông nghiệp khác để thực hiện các khâu như bơm nước, gặt lúa, cấy v.v Sơ đồ máy kéo nhỏ 2 bánh BS-12 chỉ ra trên hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ chung máy kéo đẩy tay BS-12

1- Động cơ; 2- Đèn; 3- Dây đai; 4- Bánh căng đai; 5- Bộ ly hợp; 6- Hộp truyền

động; 7- Hộp số; 8- Tay lái; 9- Tay số; 10- Tay ly hợp; 11- Công tắc; 12- Tay ga; 13- Tay chuyển hướng; 14- Lắp kéo moóc; 15- Bán trục

Bảng 1.1 Một số thông số kỹ thuật của máy kéo đấy tay BS -12

(Khi lắp bánh hơi với áp suất lốp p = 2KG/cm2) Kích thước bên ngoài (mm) (dài x rộng x cao)

2680 ì 960 ì 1250 Khoảng cách thấp nhất đến mặt đất (mm) 200

1.2.2 Máy kéo GN - 91 và GN - 111 ( Trung Quốc sản xuất )

Sơ đồ máy kéo GN-91 do Trung Quốc chế tạo liên hợp với cày trụ hai lưỡi được chỉ ra trên hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ máy kéo hai bánh GN-91 (Trung Quốc chế tạo) liên hợp với cày trụ hai lưỡi

1 Động cơ; 2- ống xả; 3- ống hút; 4- hộp số; 5- Tay gài ly hợp; 6- Ghế ngồi; 7- bánh đỡ; 8- Thân cày; 9- Bánh lốp

Máy kéo GN – 91 và GN – 111 do Trung Quốc chế tạo hiện đang phổ biến ở thị trường Việt Nam, nhất là các tỉnh phía Bắc Máy kéo có khả năng làm việc ở ruộng khô và ruộng nước không tốt hơn các máy kéo do Việt Nam chế tạo, nhưng hơn hẳn ta về hình dáng mẫu m5, đặc biệt là phụ tùng và giá thành tương đối rẻ

Một số thông số kỹ thuật chính của hai loại máy kéo GN – 91 và

GN-111 được chỉ ra trên bảng 1.2

Bảng 1.2 Một số thông số kỹ thuật của máy kéo GN – 91 và GN - 111

(Khi lắp bánh hơi với áp suất lốp p = 2KG/cm2) Khoảng cách hai bánh (mm): GN – 91

GN – 111

570; 630; 690; 750; 810 570; 630; 690; 750; 810 Khối l−ợng kết cấu (Kg): GN – 91

Số lùi : GN – 91

GN – 111

1,56; 5,78 1,72; 6,36

Ký hiệu: GN – 91

GN – 111

S -195 EM-195 Công suất định mức (KW): GN – 91

GN – 111

8,8 11,03 Tốc độ định mức (v/ph): GN – 91

1.2.3 Đặc điểm một số bộ phận di động của máy kéo BS-12

Bánh hơi (Bánh cao su)

Di chuyển trên đường, khi vận chuyển, làm việc trên ruộng khô hoặc ruộng có độ ẩm thấp

Nhược điểm: Không thể làm việc được trên ruộng có độ ẩm cao hoặc ruộng nước

Bánh phụ lắp kèm với bánh hơi

Khi máy kéo lắp các loại bánh này có thể làm việc được trên đất có độ

ẩm cao hoặc ruộng nước

Nhược điểm: Không thể di chuyển được trên đường nền cứng, lắp ráp phức tạp Trong quá trình làm việc, nếu không thường xuyên chăm sóc, bảo dưỡng bánh phụ có thể bị lỏng ra không ôm chặt vào bánh lốp sẽ làm hỏng bánh lốp Bánh mấu (Bánh sắt)

Với các loại bánh này máy kéo nhỏ có thể làm việc được ở ruộng nước, ruộng ẩm ướt

Nhược điểm: Không dùng di chuyển được trên đường hay trên nền cứng Tháo lắp phức tạp, khó điều khiển, chi phí nhiên liệu cao

Bánh lồng

Đây vừa là bộ phận di động vừa là công cụ làm tơi nhuyễn đất ở ruộng nước của máy kéo nhỏ Liên hợp máy có thể làm việc trên ruộng ngập nước với mức nước có độ sâu từ 10 ữ 20 cm Có khả năng chống lầy và làm nhừ nhuyễn đất, dìm cỏ, rạ Thường làm việc với liên hợp máy kéo BS -12 + máy phay

Nhược điểm: Không di chuyển được trên đường và nền cứng, tháo lắp phức tạp, khó điểu khiển, chi phí nhiên liệu cao và không có khả năng di chuyển trên nền ruộng có độ ẩm cao

1.3 Đặc điểm về đất nông nghiệp ảnh hưởng đến khả năng di động của máy kéo

1.3.1 Độ ẩm của đất nông nghiệp

Lượng nước có trong đất sẽ làm thay đổi nhiều tính chất cơ lý của đất Lượng nước trong đất được biểu thị bằng độ ẩm, chỉ số độ ẩm của đất có ý nghĩa rất quan trọng không chỉ với cây trồng mà còn với cả sự hoạt động của máy móc phục vụ cơ giới hoá các khâu canh tác trong nông nghiệp

Độ ẩm của đất biểu thị lượng nước có trong đất ở một độ sâu nhất định Theo nghiên cứu của một số nhà khoa học có thể chia độ ẩm của đất ra các mức như sau:

- Độ ẩm cây héo: Chỉ lượng nước còn ở trong mỗi loại đất mà cây không thể hút được, lúc đó cây bắt đầu héo rồi chết

- Độ ẩm toàn phần: Chỉ sức chứa ẩm tối đa của mỗi loại đất khi các lỗ rỗng của đất chứa đầy nước

- Độ ẩm tương đối: Chỉ lượng nước trong đất so với độ ẩm toàn phần của mỗi loại đất

- Độ ẩm tuyệt đối: Chỉ lượng nước đang có trong đất so với trọng lượng các loại đất rắn của mỗi loại đất

- Độ ẩm đất ở giới hạn nh5o Chỉ lượng nước có trong mỗi loại đất mà khi vượt quá giới hạn thì đất sẽ chuyển dạng trạng thái nh5o ướt

- Độ ẩm của đất ở giới hạn lăn Chỉ lượng nước có trong mỗi loại đất,

mà khi giảm nhỏ hơn giới hạn thì đất chuyển sang trạng thái khô nứt

Trong phạm vi đề tài này, độ ẩm được sử dụng chủ yếu là loại độ ẩm tuyệt đối của đất Ký hiệu là: W% và được tính toán theo công thức:

W =

g g

g g

0 2

2 1

ư

ư.100 (%) (1.1) Trong đó: g1- trọng lượng hộp + mẫu đất trước khi sấy (g); g2- trọng

Đây là công thức thực nghiệm, đất được lấy mẫu tại ruộng bằng dụng

cụ chuyên dùng, phân tích trong phòng thí nghiệm theo phương pháp chung

Dựa vào tính chất của đất và thời gian mùa vụ trong năm Đất nông

nghiệp ở đồng bằng Bắc Bộ được phân loại theo độ ẩm của tác giả [7] ,[ 8] ,

[13] như sau:

- Đất khô: Là đất có độ ẩm thấp (W < 15%), như đất cuối vụ làm đất

mùa khô ở đồng bằng sông Hồng (tháng 1) Đối với loại đất này làm đất

không thích hợp vì tốn năng lượng và dễ gây hao mòn, hư hỏng công cụ, máy

móc

- Đất ẩm: Là đất có độ ẩm vừa phải (W :20 ữ 30 %) Như đất giữa vụ

đông xuân ở miền Bắc (tháng 11 ữ 12) Đây là đất rất thích hợp với yêu cầu

nông học và yêu cầu cơ khí trong việc làm đất

- Đất có độ ẩm cao (W = 40 ữ 45 %) trở lên Như đất đầu vụ đông xuân

ở miền Bắc (tháng 10 ữ 11) hoặc đất trong vụ gặt lúa nhiều vụ ở các tỉnh đồng

bằng Bắc Bộ Đất này đòi hỏi máy kéo phải có cơ cấu di động thích hợp thì

mới làm việc được

ảnh hưởng của độ ẩm đến lực cản chuyển động của máy kéo Theo một

số tác giả đ5 nghiên cứu thì lực cản chuyển động của máy kéo tăng khi độ ẩm

của đất tăng

Giữa độ ẩm và hệ số cản lăn có quan hệ theo công thức:

fw = fw0[1 + Kf ( W n - Wn0 )] (1.2) Trong đó: fw0 - hệ số cản lăn của máy kéo khi làm việc trên đất có độ ẩm

định mức (W = 20%)

Kf - hệ số tính ảnh hưởng độ ẩm của đất đến lực cản chuyển

động của máy kéo

n - hệ số mũ, đối với máy kéo bánh hơi: n = 1,63 ; Kf = 0,0003

ảnh hưởng của độ ẩm đến độ trượt của máy kéo Sự liên quan độ ẩm của đất

(W) đến độ trượt của máy kéo (δ ) thể hiện qua công thức:

δw = δw0[1 + Kδ (W n - Wn0)] (1.3)

Trong đó: δw - độ trượt của máy kéo ứng với độ ẩm của đất W%

δw0 - độ trượt của máy kéo ứng với độ ẩm định mức (%)

Kδ - hệ số tính đến độ ẩm của đất và bằng 0,00039 đối với máy kéo bánh hơi

n - hệ số mũ bằng 2,43

1.3.2 Độ chặt của đất nông nghiệp H (KG/cm2)

Khi liên hợp máy làm việc trên ruộng, có nhiều bộ phận tác động lên

các lớp đất như : cơ cấu di động của máy kéo, các bộ phận làm việc của máy

nông nghiệp (lưỡi cày, lưỡi bừa, lưỡi xới, lưỡi rạch hàng .v.v) Trong đó có

sự tác động trực tiếp lên đất của các bánh xe máy kéo tạo thành độ lún của vết

bánh xe và lực cắt của mấu bám

Độ chặt của đất là một trong những thông số cơ bản xác định tính chất

chịu lực của nền đất, các kiểu loại máy kéo và hệ thống di động của nó làm

việc trên các loại đất, nhất là đất có độ ẩm cao (đất ướt) và đất ngập nước

Thông số này còn cần thiết cho việc tính toán, thiết kế máy, đánh giá độ khó

khăn của việc làm đất

Độ chặt còn gọi là độ cứng của đất, là lực cản riêng của đất tính trên

mỗi đơn vị diện tích đầu đo được ấn từ trên xuống dưới theo phương thẳng

đứng: Ký hiệu H (KG/cm2) xác định theo công thức:

H =

F.L

K.S

=

F

K

hcp

(1.4) Trong đó: S - là diện tích của giản đồ lực đo (mm2)

L - chiều dài của lực giản đồ (mm)

K - hệ số lò xo của trang bị đo (Kg/mm)

F - diện tích của đầu đo (cm2)

h - chiều cao trung bình của đường biểu diễn lực đo (mm)

Nhiều kết quả thực nghiệm trên đất nông nghiệp Việt Nam cho thấy giữa độ chặt và độ ẩm của đất có mối quan hệ được biểu diễn bởi đường cong

có dạng Hypecbol một nhánh của tác giả[6] Mối quan hệ giữa độ chặt và độ

ẩm của đất được biểu diễn trên hình.1.3

Hình 1.3 Biểu đồ trình bày mối quan hệ giữa độ chặt và độ ẩm của

đất phù xa trồng hai vụ lúa đại diện cho vùng đồng bằng Bắc Bộ

1 - độ sâu lớp đất từ 0 ữ 10 cm ; 2 - độ sâu lớp đất từ 20 ữ 30 cm 1.3.3 Hệ số ma sát ngoài của đất

Một số bộ phận làm việc và di động của máy kéo, máy nông nghiệp như: bánh xe, lưỡi cày, lưỡi bừa, lưỡi xới, bàn ben ủi v.v Khi tiếp xúc và di chuyển tương đối với lớp đất mặt hay trong các lớp đất nền Thì giữa các bề mặt tiếp xúc của chúng với đất luôn có lực ma sát cản lại chuyển động của máy

Lực ma sát đó phụ thuộc vào tính chất của mỗi loại đất, độ ẩm, tình trạng bề mặt vật liệu của bộ phận làm việc, áp suất pháp tuyến, tốc độ trượt v.v

Hệ số ma sát ngoài giữa đất và bề mặt bộ phận làm việc tiếp xúc với đất

được xác định theo công thức:

f = tgϕ (1.5)

Trong đó: f - hệ số ma sát ngoài giữa đất và vật liệu

ϕ - góc ma sát giữa vật liệu và đất (độ)

Qua thực nghiệm cho thấy tác giả [6] độ chênh lệch về trị số giữa các lớp đất tương đối lớn Hệ số ma sát tăng theo độ sâu từ 0 ữ 25 cm Đến độ sâu

25 ữ 30 cm, trị số f bắt đầu giảm Thể hiện sự liên quan giữa hệ số ma sát ngoài (f) và độ sâu các lớp đất (a) trên hình 1.4, thí nghiệm trên loại đất phù sa thịt nặng, trồng lúa hai vụ có độ ẩm cao (đất ướt)

Hình 1.4 Sự thay đổi của hệ số ma sát ngoài vào độ sâu lớp đất Theo tác giả [11] qua kết quả thực nghiệm trên một số loại đất chính ở Việt Nam cho thấy, khi đất quá khô và đất ở trạng thái bùn nh5o ngập nước thì

có trị số f nhỏ Đất ở một giới hạn nhất định thì trị số f lại bắt đầu giảm Trị số

f giảm nhanh khi độ ẩm của đất đạt quá độ ẩm b5o hòa, đất bắt đầu ngập nước Các loại đất phù sa trồng lúa nước có thành phần cơ giới thịt nặng, hoặc

đất thịt trung bình ở Việt Nam có trị số f lớn nhất khi độ ẩm từ 50 ữ 57% Trường hợp ruộng ở trạng thái độ ẩm rất cao mất lấm (đất ướt), nhiều khi hệ

số ma sát ngoài của lớp đất mặt tiếp xúc với thép lên đến 1,4 ữ 1,6 Sự phụ thuộc hệ số ma sát f vào độ ẩm W% của đất phù sa trồng lúa nước từ trạng thái khô đến trạng thái bùn nh5o, ngập nước được thể hiện trên hình 1.5

Hình 1.5 Quan hệ của hệ số ma sát giữa thép

với đất ở độ ẩm khác nhau

1.3.4 Lực dính giữa đất và thép

Khi máy làm việc trên đất có độ ẩm cao thường có hiện tượng bị dính

đất vào các bộ phận làm việc của máy nông nghiệp và hệ thống di động của máy kéo, có trường hợp đất dính chặt xung quanh các mấu bám, vành bánh, lưỡi, diệp cày, bừa v.v Làm cho liên hợp máy không thể di chuyển được Có hai loại lực dính :

- Lực dính pháp tuyến: Sinh ra khi tách vật liệu đó khỏi mặt đất theo phương thẳng góc với bề mặt tiếp xúc

- Lực dính tiếp tuyến: Sinh ra khi tách vật liệu đó khỏi mặt đất theo phương song song với bề mặt tiếp xúc

Căn cứ vào đặc điểm dính bết của đất để các nhà thiết kế tính toán thiết

kế máy, còn người sử dụng máy thì chọn thời gian thích hợp để máy làm việc phù hợp với tính chất mỗi loại đất

Lực dính pháp tuyến giữa đất với thép được tính bằng (G/cm2 ) được xác định theo công thức:

D =

S

Q

(G/cm2) (1.6) Trong đó: Q - trọng lượng nước tạo lực tách đầu đo khỏi mặt đất (G)

S - diện tích tiếp xúc giữa đầu đo với mẫu đất (cm2)

Lực dính giữa đất và thép phụ thuộc vào các yếu tố:

- Độ sâu của đất canh tác: Qua kết quả thực nghiệm cho thấy nói chung

từ lớp đất mặt đến các lớp đất sâu 20 ữ 25 cm, lực dính của đất tăng dần Từ

độ sâu 25 ữ 30 cm trở xuống lực dính giữa đất với thép bắt đầu giảm (H 1.6)

Hình 1.6 Lực dính phụ thuộc độ sâu các lớp đất

(áp suất nén δ = 0,2 KG/cm2)

1 - đất lầy thụt, thịt nặng, nhiều sét, trồng một vụ lúa

2 - đất có nền, trồng hai vụ lúa

Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi đất khô lực dính giữa đất và thép nhỏ Lực dính của đất tăng dần khi độ ẩm của đất tăng Khi độ ẩm của đất tăng gần tới độ ẩm b5o hòa thì trị số lực dính giữa đất và thép cao nhất Khi độ

ẩm của đất đạt b5o hòa thì lực dính của đất bắt đầu giảm Lượng nước trong

đất càng cao, thì lực dính giữa đất với thép càng giảm Khi đất ngập nước đến mức độ đất tự r5 thành dạng bùn lỏng thì lực dính giữa đất với thép lại nhỏ

Qua nhiều thực nghiệm trên đất phù sa trồng lúa nước ở Việt Nam cho thấy: Lực dính giữa đất và thép phụ thuộc vào áp suất nén được biểu hiện bởi những đường thẳng không đi qua góc tọa độ khi đất có độ ẩm nhỏ hơn 42% Khi đất có độ ẩm lớn hơn 42% thì mối quan hệ giữa chúng được biểu hiện bởi những đường cong dạng bậc hai Kết quả thực nghiệm điển hình được trình bày ở hình 1.7 và hình 1.8

Hình 1.7 Quan hệ giữa lực dính của đất và độ

ẩm

Hình 1.8 Lực dính giữa đất và thép phụ thuộc vào độ ẩm của

đất

1.3.5 Lực cản lăn của đất khi xê dịch

Khi máy kéo dịch chuyển có tải trọng trên móc kéo, mấu bám của bánh

xe sẽ dịch chuyển đất về phía ngược lại với chiều chuyển động của máy kéo

ở trong mặt phẳng tác động tương hỗ giữa bộ phận di động và đất sẽ xuất hiện lực ma sát Những lực ma sát này là các phản lực tiếp tuyến của các lực bên ngoài tác động tới Khi các lực này tăng làm cho ma sát cũng tăng, nhưng không vượt quá giới hạn:

FT = fT Gk (1.8) Trong đó: FT – lực ma sát trượt (N)

fT - hệ số ma sát trượt

Gk - tải trọng pháp tuyến

Thông thường fn > fT Khi bộ phận di động của máy kéo tác động vào đất, chế độ làm việc luôn luôn thay đổi và chuyển từ trạng thái tĩnh tương đối, sang trạng thái động tương đối Do đó các lực tiếp tuyến xuất hiện trên các bề mặt tiếp giáp không chỉ đơn thuần xác định bằng tích của hệ số không đổi với tải trọng pháp Trong một số thí nghiệm được nêu ở tác giả [16], [18], cho thấy: Trong quá trình xê dịch của các bề mặt, lực Pk là một hàm số của độ dịch chuyển tương

ở đây : Pk - lực kéo tiếp tuyến

S - diện tích của các vật tiếp xúc

ττττ- ứng suất tiếp tuyến

∆0 - độ dịch chuyển tương đối

Qua thí nghiệm cho thấy khi tăng độ xê dịch của vật (bánh xe, dải xích

so với mặt đất), ứng suất tiếp tuyến lúc đầu tăng tỉ lệ thuận đối với độ dịch chuyển và sau đó tỉ lệ thuận bị phá và ở trị số dịch chuyển ∆0 ứng suất tiếp đạt giá trị cực đại, nghĩa là :

ττττ = ττττmax = fn.q

ở đây q là áp suất riêng ( KG/cm2) Nếu tiếp tục dịch chuyển, ứng suất tiếp tuyến ττττ bắt đầu giảm xuống và tiếp cận với giá trị: ττττT = fT.q (ττττT : ứng suất trượt)

Như vậy có thể xem là lực ma sát không đổi và không phụ thuộc vào biến dạng khi có độ xê dịch lớn

Xác định quy luật thay đổi của ứng suất xê dịch có ý nghĩa trong việc xác định những thông số của hệ thống di động máy kéo

1.4 Đặc điểm đất đai vùng đồng bằng sông Hồng có ảnh hưởng đến sự làm việc của liên hợp máy kéo nhỏ trên đồng đất có độ ẩm cao

Đất trồng lúa ở đồng bằng sông Hồng cũng như ở các tỉnh đồng bằng phía Bắc nước ta đều có độ ẩm cao và hay ngập nước

ở đất có độ ẩm cao, một số tính chất cơ lý của đất giảm đi rõ rệt, nhất

là ở lớp đất bề mặt Độ dính, bám của đất tăng gây khó khăn đáng kể cho sự hoạt động của liên hợp máy

Thông thường trên đất có độ ẩm cao được chia làm hai lớp không rõ rệt:

- Lớp mặt có độ chặt thấp, độ sâu trung bình từ 13 ữ 15cm Tương ứng với độ sâu của tầng đất canh tác Do lớp đất mặt có độ bền cơ học yếu nên khi máy kéo di chuyển trên bề mặt ruộng tạo thành vết bánh gây lực cản chuyển

động lớn Cũng do lớp đất bề mặt yếu nên bánh máy kéo dễ bị trượt lăn kể cả khi chạy không

- Nền là lớp đất tương đối cứng, chắc ở độ sâu 15 ữ 25 cm, dưới lớp đất canh tác Trong quá trình làm việc nhờ lực tác động tương hỗ giữa bánh xe máy kéo và nền đất tạo thành lực kéo của liên hợp máy

Đặc điểm quan trọng nhất của đất có độ ẩm cao là độ dính, bám của đất

đến các bề mặt tiếp xúc của bộ phận di động tăng lên đáng kể Do lực dính bám lớn, gây cản chuyển động nên công suất tiêu hao cho lăn và trượt cũng lớn hơn so với khi di chuyển trên các loại đất khác

Mức độ dính bám của đất phụ thuộc vào thành phần cơ lý của đất, mức

độ ngập nước và kết cấu của hệ thống di động

phụ thuộc vào áp suất riêng trên đất, phụ thuộc vào tính chất kéo bám của hệ thống di động, phụ thuộc vào nguồn dự trữ công suất của động cơ để thắng độ trượt và lực cản của chuyển động vào tính chất đất, chiều cao gầm máy, đặc

điểm kết cấu và lực cản của máy nông nghiệp

Địa hình và kích thước ruộng đồng là chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến năng suất, chi phí nhiên liệu và điều kiện làm việc của liên hợp máy Xác định

đúng địa hình, kích thước ruộng đất ở từng vùng sản xuất là một trong những cơ sở để nghiên cứu chọn kiểu, loại công cụ, máy móc nông nghiệp cho phù hợp

Việc xác định địa hình và kích thước đồng ruộng ở từng vùng sản xuất

được tiến hành theo phương pháp kết hợp giữa điều tra trên thực địa với việc

sử dụng bản đồ giải thửa và thống kê, tổng hợp số liệu của ngành quản lý ruộng đất

Do tính chất, đặc điểm của việc sản xuất cây lúa nước và do tập quán canh tác của bà con nông dân nước ta nên kích thước, diện tích một thửa ruộng trồng lúa tương đối nhỏ

Vùng đồng bằng sông Hồng là khu vực có diện tích canh tác cây lúa nước lớn nhất phía Bắc Đồng thời tương đối bằng phẳng, tập trung thành những cánh đồng lớn Tuy vậy vẫn bị chia cắt bởi những con sông, ao, hồ, mương máng v.v Hơn nữa các diện tích canh tác này còn bị chia nhỏ, cho các hộ sản xuất Với diện tích trên một triệu héc ta đ5 chia thành hơn mười sáu triệu thửa ruộng nhỏ Mỗi thửa ruộng có chiều dài từ 50 ữ 100m và chiều rộng từ 10 ữ 30 m nên thích hợp với việc sử dụng các liên hợp máy nông nghiệp cỡ nhỏ Nhưng để liên hợp máy có khả năng di động tốt, đặc biệt là trên những thửa ruộng có độ ẩm cao thì cần thay thế những loại bánh thông thường bằng những bánh cải tiến phù hợp Những loại bánh này phải đảm bảo

có đủ lực bám, có độ trượt và lực cản chuyển động nhỏ Đồng thời có khả năng tự làm sạch tốt và có thể di chuyển được trên nền đường cứng

1.5 Đặc tính kéo bám của bánh xe

Khi tính toán lựa chọn thành lập liên hợp máy cho một công việc nông nghiệp nhất định, làm việc trên nền đất cụ thể thì cần thiết chúng ta phải dựa vào kết cấu bộ phận di động, cũng như khả năng bám của bánh xe trên nền đất tương ứng Các thông số này sẽ có được trong các sổ tay thiết kế bánh xe và hướng dẫn của nhà sản xuất Tuy nhiên điều này đối với các bánh xe máy kéo trong nước chế tạo, đặc biệt bánh xe máy kéo nhỏ hiện vẫn chưa có Đây cũng

là một vấn đề cần nghiên cứu và thực hiện đối với các bánh xe thiết kế cũng như khảo nghiệm đối với các bánh xe đ5 có, để có thể tập hợp được hệ thống các đường đặc tính của các bánh xe đối với máy kéo nhỏ như máy kéo hai bánh đẩy tay BS - 12

Với mỗi loại bánh xe nhất định thì cần phải có đặc tính của bánh xe

Đường đặc tính này phản ánh khả năng làm việc của bánh xe trên nền đất tương ứng với tải trọng tác dụng lên bánh xe Ngoài ra nó còn giúp cho việc tính toán quan hệ đất bánh khi khảo sát chế độ động lực học của liên hợp máy kéo nhỏ cũng như để tính toán các chỉ tiêu động lực và kinh tế của liên hợp máy kéo

Việc xác định đường đặc tính kéo bám của bánh xe chính là xác

định quan hệ giữa hệ số bám à và độ trượt δ của bánh xe: à = f(δ) đối với bánh xe máy kéo lớn đ5 được nhiều tác giả quan tâm và giải quyết tác giả [9], [17] Đối với bánh xe máy kéo nhỏ đặc biệt với bánh xe máy kéo BS -12 đ5

được tác giả [10], [11] nghiên cứu và mới chỉ xác định đặc tính kéo bám đối với bánh hơi trên đường bê tông và trên đất gốc rạ theo phương pháp khảo nghiệm trực tiếp bánh xe

1.6 Tình hình nghiên cứu, cải tiến và sử dụng các bộ phận di động cho máy kéo nhỏ làm việc trên đất nông nghiệp ở nước ta

Việt Nam là một nước nằm trong khu vực trồng cây lúa nước và có nền văn minh lúa nước Diện tích trồng cây lúa nước trên toàn thế giới khoảng gần

150 triệu héc ta (trong đó châu á là chiếm chủ yếu)

Có nhiều quốc gia, từ nhiều năm nay đ5 chú trọng việc cơ giới hóa trồng cây lúa nước Nhật Bản là một nước dẫn đầu, chủ yếu dựa vào các loại máy kéo nhỏ hai bánh và bốn bánh có công suất từ 30 ữ 40 m5 lực trở xuống Ngoài các loại bánh cao su mấu bám cao máy kéo còn được trang bị nhiều kiểu, nhiều loại bánh xe có kết cấu phù hợp với từng loại đất, từng loại công việc Nhưng nhìn chung hiện nay để làm việc ở ruộng nước, hệ thống di động máy kéo thường có hai loại chính thay cho bánh hơi là sử dụng bánh lồng và bánh mấu

Máy kéo nhỏ ở nước ta được sử dụng rộng r5i từ những năm 90 của thế

kỷ XX Nhưng việc nghiên cứu, cải tiến hệ thống di động của loại máy kéo này làm việc trên đất có độ ẩm cao chưa được quan tâm đến Chủ yếu vẫn là sản xuất và sử dụng các bộ phận di động theo mẫu thiết kế sẵn từ nước ngoài, làm việc phù hợp với ruộng khô độ ẩm thấp và ruộng nước Đặc thù của đất nông nghiệp Việt Nam rất đa dạng, ruộng canh tác có nền yếu, vùng đất nông nghiệp có độ ẩm cao tương đối lớn, nhất là về thời vụ cuối Hè - Thu, đầu

Đông - Xuân Các bộ phận di động hiện có của máy kéo nhỏ hai bánh làm việc chưa phù hợp hoặc có hiệu quả rất thấp trên đất có độ ẩm cao Để đáp ứng vấn đề này tác giả [15] đ5 nghiên cứu, thiết kế được mẫu bộ bánh phụ liên kết với bánh hơi cho máy kéo hai bánh BS -12 làm việc trên đất có độ ẩm cao Tác giả đ5 tiến hành khảo nghiệm xác định được đặc tính kéo bám của bộ bánh xe đ5 thiết kế trên đất có độ ẩm cao Tuy nhiên việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu mấu bám bánh phụ đến khả năng kéo bám của bánh xe thì tác giả chưa đề cập đến Để thấy được sự ảnh hưởng của thông số kết cấu bánh phụ như chiều cao mấu bám, góc nghiêng mặt chủ động của mấu bám với phương hướng kính (α), bề rộng và số lượng mấu bám, đường kính

bánh xe …vv, đến khả năng kéo bám của bánh xe, thì cần phải tiến hành nghiên cứu lý thuyết cũng như nghiên cứu thực nghiệm toàn diện về bánh xe Trong phạm vi của luận văn này chúng tôi chỉ đề cập đến việc nghiên cứu ảnh hưởng của hai thông số là chiều cao mấu bám và góc nghiêng mấu bám đến khả năng bám của bánh xe làm việc trên đất có độ ẩm cao, làm cơ sở cho việc nghiên cứu tiếp theo về bánh xe Vì vậy, tôi đ5 chọn đề tài:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thống số kết cấu mấu bám bánh phụ đến đặc tính kéo bám của bánh xe máy kéo nhỏ hai bánh” 1.7 Nội dung của đề tài

1 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đặc tính kéo bám và tính chất trượt của bánh xe máy kéo

2 Thiết kế chế tạo năm bộ mấu bám với chiều cao, góc α khác nhau

3 Thiết kế chế tạo khung bánh phụ đa năng cho phép lắp được các bộ mấu bám khác nhau khi khảo nghiệm

4 Hoàn thiện thiết bị khảo nghiệm bánh xe và tiến hành khảo nghiệm xác

định đặc tính kéo bám của bánh xe với năm bộ mấu bám bánh phụ khác nhau trên đất có độ ẩm cao

Chương 2

Một số cơ sở lý thuyết về đặc tính kéo bám vàtính chất trượt của bánh xe

2.1 Lực kéo trên bánh chủ động 2.1.1 Lực kéo tiếp tuyến

Quá trình tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường hoặc đất xảy ra rất phức tạp, song dựa vào về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động ta có thể biểu diễn như hình 2.1

Dưới tác dụng của mô men chủ động Mk, bánh xe tác động lên mặt

đường một lực chủ động P Ngược lại mặt đường tác dụng lên bánh xe một phản lực tiếp tuyến Pk cùng chiều chuyển động với máy kéo và có giá trị bằng lực chủ động (Pk=P) Lực tiếp tuyến Pk của mặt đường tác dụng lên bánh xe

đẩy máy kéo chuyển động Do vậy phản lực tiếp tuyến Pk được gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn được gọi là lực chủ động

Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến là phản lực của đất tác dụng lên bánh xe

do mômen chủ động gây ra, có cùng chiều với chiều chuyển động của máy kéo Ngoài ra bánh xe còn chịu tác dụng của phản lực pháp tuyến Zk của mặt

đường tác dụng lên bánh xe

Giá trị lực kéo Pk khi máy kéo chuyển động ổn định được xác định theo công thức:

k

m e

k

k k

r

.i.Mr

Mk - mô men chủ động (N.m)

rk - bán kính động lực học của bánh xe

Me- mômen quay của động cơ (N.m)

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

Qua đó thấy rằng, lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại Pkmax khi sử dụng số truyền có tỉ số truyền lớn nhất: i = imax và mô men quay đạt giá trị lớn nhất Me = Mmax nghĩa là:

m max max e max k

r

.i.M

=

(2.2) Khả năng di động của máy kéo hai bánh, chủ yếu là khả năng di chuyển trên ruộng, có lực kéo hay công suất dự trữ để hoàn thành một công việc nào

đó Khả năng di động phụ thuộc vào áp suất riêng của liên hợp máy lên đất, các tính chất kéo bám của bộ phận di động, nguồn dự trữ công suất của động cơ để cân bằng chuyển động, phụ thuộc vào các tính chất cơ lý tính của đất, chiều cao gầm máy, độ êm dịu khi di chuyển, đặc điểm kết cấu và lực cản của máy nông nghiệp v.v

Nếu ta xét điều kiện để cho liên hợp máy kéo di chuyển được trên ruộng theo điều kiện bám sẽ là:

λ- hệ số phân phối tải trọng của máy kéo lên cầu chủ động

Gk - là trọng lượng của máy kéo

Các yếu tố ảnh hưởng đến lực bám của bánh xe:

Trọng lượng bám của máy kéo tác dụng lên bánh xe:

Khi phân tích hệ thống công thức về tính toán lực bám ta thấy rằng:

Pbam = ϕ GbTrong đó Gb phần trọng lượng của máy kéo phân bố trực tiếp lên bánh

xe chủ động, trên loại đất có hệ số bám nhất định ϕ, nếu trị số Gb càng lớn thì lực bám Pbam càng tăng Điều này có nghĩa rằng nếu như hệ số phân bố trọng lượng máy kéo đến các bánh xe chủ động λ càng cao (λ=Gb/Zk=1) thì khả năng bám của bánh xe sẽ tốt nhất Lúc đó trọng lượng bám bằng trọng lượng của máy kéo Đối với máy kéo nhỏ đẩy tay chỉ có hai bánh chủ động phía trước và một bánh phụ kéo theo phía sau, ta có thể tính toán trọng lượng bám tác dụng lên bánh xe chủ động sẽ được tính gần như chính bằng trọng lượng của máy kéo

ma sát giữa bánh xe và đất sẽ giảm đi dẫn đến lực bám sẽ giảm đáng kể

áp lực riêng bánh xe trên đất:

Khi ta tăng diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đồng sẽ làm tăng lực bám của bánh xe Tuy nhiên vấn đề tăng diện tích tiếp xúc còn phải lưu tâm

đến vấn đề làm tăng lực cản lăn và tăng chi phí năng lượng khi di chuyển nên

ta không thể tăng quá mức được Đối với bánh xe kết hợp, phần bánh bơm khi làm việc trên đất có độ ẩm cao thì có sự bám kém nhất, lực bám chủ yếu được tạo ra là phần diện tích của bánh phụ lắp kèm theo Nhưng với mức giảm áp suất hợp lý của bánh hơi thì cũng sẽ cải thiện được khả năng bám của bánh xe, vì vậy khi thí nghiệm sẽ phải xác định xem với mức áp suất lốp là bao nhiêu thì cho khả năng bám của bánh xe kết hợp là tốt nhất

Kết cấu mấu bám của bánh xe:

Kích thước của mấu bám (đặc biệt là chiều cao mấu bám và góc nghiêng chủ động) có vai trò rất quan trọng ảnh hưởng lớn đến khả năng bám của bánh xe với mặt đồng Nói chung việc tính toán và lựa chọn kích thước mấu bám là tương đối phức tạp vì khi khảo sát sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường chưa thể phân lập được lực cản lăn tác dụng lên bánh xe Các nhà thiết kế bánh xe cũng như chuyên gia trong và ngoài nước đ5 rất quan tâm vấn

đề này, vì hai thông số này có ảnh hưởng rất lớn đến lực kéo tiếp tuyến Pk 2.1.2 Lực cản lăn của bánh xe

Lực cản lăn của bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lượng bên trong lốp khi nó bị biến dạng do xuất hiện các lực ma sát giữa bánh xe và mặt

đường, do lực ma sát trong các ổ trục bánh xe, trong hệ thống di động v.v

Đặc biệt khi di chuyển trên nền đất có độ ẩm cao sẽ tiêu hao đi một phần năng lượng đáng kể trong quá trình lăn tạo thành vết bánh xe

Do phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố nên việc xác định mức độ tiêu hao năng lượng của từng phần riêng là rất khó khăn Bởi vậy người ta quy tất cả các thành tiêu hao năng lượng trong quá trình lăn của bánh xe thành một

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy kéo Thực nghiệm đ5 chứng tỏ rằng phản lực pháp tuyến của mặt đường là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất Do đó có thể xác định lực cản lăn theo phản lực pháp tuyến

Zk hoặc theo trọng lượng của máy Gk Còn sự ảnh hưởng của các yếu tố còn lại được quy thành một hệ số f và có thể viết:

Pf = Pfk + Pfn = f.Zk= f.Gk (2.4) Trong đó:

Pf = f.Zk = f.Gk (2.6) Khi tính toán ta có thể xác định lực cản lăn tính đến ảnh hưởng của một

số thông số khác như tải trọng, các tính chất cơ lý của đất

Đối với các bánh xe làm việc trên đất mềm, đất có độ ẩm cao ta có thể xác định lực cản chuyển động theo công thức sau:

D.b.k

Gp

2 k

k - hệ số tỉ lệ khi nén đất

Trong trường hợp tổng quát ta có thể tính toán lực cản theo công thức thực nghiệm áp dụng cho nhiều loại bánh xe có kích thước, hình dạng khác nhau theo công thức sau:

2 n 1 n 1 n 1

c 1

n 2 n

1 n 2 n k f

D.)k.bk)(

1n()n3(

G.3P

+

+ + ϕ +

+

+ +

++

n3(

G.3Z

Trong đó: n - hệ số mũ, với máy kéo bánh lấy bằng 1,63

K - hệ số miết đất theo thể tích

nn

X

X K

Tuy nhiên khi sử dụng công thức trên cần lưu ý khi chạy không coi như

độ trượt của bánh xe chủ động là không có Nhưng trên thực tế ở ruộng độ ẩm

cao, khi chạy không vẫn có độ trượt nhất định

a) Quĩ tích chuyển động, gia tốc, tốc độ của các điểm trên bánh xe khi có

trượt:

Khi biết được độ trượt của bánh xe sẽ dễ dàng tính được bán kính lăn

của bánh xe Nếu lấy r là bán kính lăn của bánh xe khi lăn trên đường thẳng

thì quỹ tích các điểm trên bánh xe là một đường xy-clô-it và có thể thể hiện

r r x

(2.11) Nếu tính r qua bán kính đỉnh mấu rđỉnh, quỹ tích các điểm trên bánh xe

thay đổi theo công thức:

θ θ

δ

cos ) 1 (

sin )

1 (

1 nh

1

r r

y

r r

x

di dinh (2.12) Trong đó: r1 - khoảng cách từ điểm bất kỳ đến tâm bánh xe

θ - góc quay của bánh xe

Quỹ đạo chuyển động của bánh xe như hình vẽ:

Hình 2.2: Quỹ đạo chuyển động của điểm đỉnh mấu bám

khi lăn có trượt (r1 >r)

θ

θ

Quỹ đạo của điểm đỉnh mấu bám với các độ tr−ợt khác nhau thay đổi khá lớn, đặc biệt là phần cuộn lại của quỹ tích, phần cuộn lại này có mối quan

hệ mật thiết với việc nghiên cứu vết của mấu bám tạo thành trong đất

Vận tốc của một điểm nào đó nhận đ−ợc nếu đem vi phân công thức trên: VX = dx/dt = rω - rωcosθ

VY = dy/dt = r1sinθ = r1ωsinθ

1 1

2 tong r 2rr cos r

Gia tốc của một điểm nào đó trên bánh xe đ−ợc xác định theo công thức:

θω

=

= r sindt

dx

2 x

θω

=

= r cosdt

j = ω

+ Tốc độ chuyển động của các điểm trên vành bánh xe

Hình 2.3: Tốc độ chuyển động của các điểm trên vành bánh xe Khi bánh xe máy kéo di chuyển trên đất có độ ẩm cao với độ tr−ợt nào