Nghiên cứu khả năng bám kéo của bành xe kết hợp máy kéo BS 12 làm việc trên đất có độ ẩm cao

Luận văn

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

Lâm sơn hùng

NGHIÊN CứU KHả NĂNG KéO Bám CủA bánh xe kết hợp máy kéo bs - 12 làm việc trên đất có độ ẩm cao

LUậN VĂN THạC Sĩ Kỹ THUậT

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị

cơ giới hóa Nông - Lâm nghiệp

M∙ số: 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: TS ĐặNG TIếN HòA

Hà NộI – 2006

đã trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ tôi tận tình để tôi có thể thực hiện và hoàn thành đề tài

Nhân dịp này tôi cũng xin trân trọng cám ơn sự giúp đỡ, hỗ trợ kinh phí, máy móc, vật tư của trường công nhân Cơ Khí Nông Nghiệp I TW - Bình Xuyên - Vĩnh Phúc giúp cho tôi có được những điều kiện thuận lợi nhất để thực hiện đề tài này

Do thời gian và kinh nghiệm có hạn, nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn bè

đồng nghiệp để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2006

Tác giả

Lâm Sơn Hùng

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

5

1.2 Đặc điểm về máy kéo nhỏ hai bánh

1.2.1 Máy kéo Bông Sen - 12 (BS -12)

8

8 1.2.2 Máy kéo GN - 91 và GN - 111 ( Trung Quốc sản xuất ) 11

1.2.3 Đặc điểm một số bộ phận di động của máy kéo BS-12 13

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

15

15

1.5 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

24

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

26

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

1 - Trọng lượng bám của máy kéo tác dụng lên bánh xe 30

2.3 Cơ sở tính toán một số thông số của bánh phụ 51

2.3.1 Góc nghiêng α của mặt chủ động mấu bám 51 2.3.2 Xác định chiều rộng - chiều cao của mấu bám 52

Chương 3 Thiết kế chế tạo bánh phụ, khung khảo nghiệm bánh

3.1.2 Lực bám của bánh phụ khi làm việc với bánh hơi 60

3.1.3 Xác định và tính toán một số thông số của đất 60 3.1.4 Lựa chọn các thông số chính của bánh kết hợp 61

3.3 Thiết kế và chế tạo khung khảo nghiệm bánh xe kết hợp 70

4.1 Mục đích 75 4.2 Phương pháp và sơ đồ tổng thể chuỗi đo thí nghiệm 75

4.8 So sánh đặc tính bánh xe kết hợp với đặc tính bánh lốp máy kéo

Mở Đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nước ta là một nước nông nghiệp với khoảng 80% dân số sống các vùng nông thôn và sống chủ yếu bằng nghề nông Nguồn ngoại tệ thu từ xuất khẩu nông sản là không nhỏ (trên 43% GDP) Đây là nguồn ngoại tệ để nhập các công nghệ, kỹ thuật tiến tiến phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hóa

đất nước nói chung, ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn nói riêng Chính vì vậy mà việc phát triển nông nghiệp nông thôn được Đảng và nhà nước ta xác định là mặt trận hàng đầu

Trong tương lai, với đường lối phát triển nền kinh tế của Đảng và nhà nước

ta: "Giảm số dân lao động trong ngành nông nghiệp nhưng vẫn đảm bảo tăng sản lượng nông nghiệp " Đặc biệt khi nước ta ra nhập vào tổ chức Thương Mại

Thế Giới (WTO) Nền kinh tế nước ta nói chung và nền sản xuất nông nghiệp nói riêng, phải chịu sự cạnh tranh khốc liệt của nền kinh tế thị trường Muốn nông phẩm, hàng hóa có được tính cạnh tranh cần thiết, nhất là với những mặt hàng cùng loại của các nước khác trong khu vực và thế giới Ngoài việc thay đổi giống, áp dụng sản xuất công nghệ cao, tăng năng suất cây trồng, vật nuôi v.v thì tăng năng suất, hiệu quả trong các khâu sản xuất áp dụng cơ giới hóa (trong

đó có khâu làm đất) cũng là một nhiệm vụ rất cần thiết

Sau khi có Nghị quyết khoán X của Bộ Chính Trị (ban hành ngày 04/05/1988), mô hình cơ khí hóa nông nghiệp theo kiểu các trạm, đội máy kéo lớn trước đây không còn phù hợp nữa Thay vào đó là sự nhập cuộc mạnh

mẽ của các liên hợp máy động lực nhỏ trong hầu hết các khâu canh tác Hiện nay mỗi hộ nông dân trở thành một đơn vị kinh tế tự chủ, họ được giao đất sử dụng sản xuất lâu dài Ruộng đất được chia nhỏ thành từng ô, thửa cho từng

hộ nông dân mà vốn đầu tư cho sản xuất của từng hộ là rất khác nhau và còn nhiều hạn chế Loại máy kéo nhỏ có công suất từ 4 ữ 30 mã lực đi cùng với các máy móc nông nghiệp tương ứng với giá thành phù hợp đang được người nông dân rất ưa chuộng sử dụng, nhất là ở các vùng đồng bằng, trung du Bắc

bộ và Trung bộ Qua thực tế sản xuất cho thấy việc sử dụng liên hợp máy cỡ

nhỏ ở nhiều vùng địa phương tỏ ra ưu việt và hợp lý hơn so với máy móc cỡ lớn Nó cho hiệu quả cao, đáp ứng được nhu cầu sản xuất kinh doanh của nhiều thành phần kinh tế khác nhau Bên cạnh việc tăng năng suất lao động, còn tạo ra một bộ mặt mới cho đời sống kinh tế xã hội ở nông thôn

Các loại máy kéo nhỏ đang được sử dụng nhiều ở nước ta chủ yếu do nhà máy cơ khí nông nghiệp Hà Tây kết hợp với nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo và nhà máy DIEZEL Sông Công sản xuất Phần máy nhập ngoại chủ yếu là từ các cơ sở sản xuất địa phương Trung Quốc Trình độ công nghệ của các cơ sở chế tạo này hầu hết còn lạc hậu Các mẫu máy ít được cải tiến, thiết kế theo kiểu sao chép lại Trong các năm qua, việc các mẫu máy này vẫn được thị trường chấp nhận là do giá cả phù hợp với điều kiện kinh tế của người nông dân Chưa phải là

do chất lượng và sự thích ứng của các mẫu máy này với các điều kiện làm việc thực tế trên đồng ruộng nước ta

Hiện nay ở nước ta, diện tích đất có độ ẩm trong thời gian canh tác chiếm khoảng 50% diện tích đất trồng trọt Đất có độ ẩm cao (W = 40 ữ 45% trở lên) như đất đầu vụ đông xuân ở Miền Bắc (tháng 10 - 11) và đất sau vụ gặt ở vùng trồng lúa nhiều vụ chiếm phần diện tích đáng kể Đất này đòi hỏi máy kéo phải

có cơ cấu di động thích hợp thì mới làm việc cho hiệu quả cao

Nước ta mới chỉ sản xuất một số loại cơ cấu di động cho máy kéo nhỏ là bánh hơi, bánh mấu, bánh lồng Các loại cơ cấu di động này chỉ có thể làm việc phù hợp với ruộng nước hoặc ruộng cạn có độ ẩm và trung bình, còn trên đất

có độ ẩm 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 trên, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng kéo bám của bánh xe kết hợp máy kéo BS -12 làm việc trên đất có độ ẩm cao” Nhằm có những cải thiện đáng kể, tăng lực kéo bám cho liên hợp máy

khi làm việc Giúp người nông dân sử dụng liên hợp máy kéo nhỏ trong khâu làm đất trên loại đất có độ ẩm cao được hiệu quả hơn

2 Mục đích và yêu cầu của đề tài

2.2 Yêu cầu của đề tài

Phân tích đánh giá tình hình sử dụng liên hợp máy kéo nhỏ của nước ta trong giai đoạn hiện nay Nắm được ưu nhược điểm các bộ phận di động của liên hợp máy kéo nhỏ hiện có Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm xác định đặc tính kéo bám của bánh xe kết hợp

3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh khung, hệ thống truyền động dùng để khảo nghiệm đặc tính kéo bám của các loại bánh xe sử dụng cho máy kéo nhỏ đẩy tay

BS –12

Khảo nghiệm và xây dựng được đường đặc tính kéo bám của bánh xe thiết

kế trên một số loại đất nông nghiệp

4.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là loại máy kéo nhỏ hai bánh đẩy tay có công suất từ 12 ữ 15 mã lực (loại máy do Việt Nam và Trung Quốc sản xuất

đang được sử dụng phổ biến ở các tỉnh sản xuất nông nghiệp vùng đồng bằng Bắc Bộ) với bộ phận di động là bánh cao su + bánh phụ – gọi là bánh xe kết hợp - làm việc trên đất nông nghiệp có độ ẩm cao W > 40 trở lên

4.1.2 Phạm vi nghiên cứu

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 và cơ sở tác động đất máy Các mô hình toán được sử dụng để tính toán cũng là các kết quả đã được các nhà khoa học trong, ngoài nước nghiên cứu và công bố 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 sử lý hiện đại và đa năng như Dasylab 7.0

Xây dựng chương trình hồi qui số liệu thực nghiệm xác định quan hệ giữa hệ

số bám và độ trượt theo ngôn ngữ Pascan

Nghiên cứu thực nghiệm

Để xác định được đặc tính trượt của bánh xe ta phải xác định và tính được lực kéo tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe chủ động Để đạt được điều đó cần tiến hành đo mô men xoắn trên trục bánh xe kết hợp theo phương pháp đo Tenzo với trợ giúp của máy tính số và phần mềm đa năng Dasylab 7.0

Để xác định tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe được thực hiện theo phương pháp cân trực tiếp khung đo, thiết bị đo và bánh xe kết hợp

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

Từ sau hoà bình lập lại 1954, bước vào thời kỳ xây dựng kinh tế, khôi phục

đất nước Đảng và nhà nước ta đã trú trọng ngay việc phát triển ngành cơ giới hóa phục vụ nông nghiệp Điểm lại lịch sử phát triển của ngành, ta có thể phân chia theo ba giai đoạn

- Từ năm 1954 đến năm 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 mã lực trở lên, chủ yếu là máy viện trợ của Liên Xô cũ và một số nước xã hội chủ nghĩa Đông Âu

- Từ năm 1983 đến năm 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 xã hội chủ nghĩa

- Từ năm 1990 đến nay: Sau khi thực hiện cơ chế khoán X 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, vận chuyển, đập lúa, xay xát, bơm nước 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 [7]

Trên 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 loại máy kéo nhỏ của Nhật Bản sản xuất cũng nhiều, chất lượng tốt nhưng giá thành 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 đã 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 Mục tiêu của ngành chế tạo máy nước ta là phấn đấu đến năm

2010 chế tạo được khoảng 6000 máy kéo nhỏ cỡ từ 6 ữ15 mã lực trên một năm, chiếm lĩnh được thị trường trong nước góp phần quan trọng vào mục tiêu cơ giới hóa khâu làm đất lên 60 ữ 70% diện tích canh tác nông nghiệp trên cả nước [12]

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 Cũng theo tác giả [17], thì hoạt động của liên hợp máy có thể được xem như là phản ứng với kích thích ngoài ở đầu vào các tác động điều khiển 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 15 mã lực Thường được sử dụng loại động cơ một xi lanh, đặt nằm ngang Có bộ điều chỉnh tốc độ và số vòng quay kiểu bi - đĩa ly tâm Khi làm việc 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 đã

được đề cập đến trong [11] 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 trền 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 Thí dụ: Khi thực hiện khâu cày đất, do trọng lượng của liên hợp máy cày nhỏ, dẫn đến mô men ăn sâu của đường cày kém, độ mất ổn định tăng Hơn nữa liên hợp máy kéo hai bánh đẩy tay phần lớn đều sử dụng đường truyền lực từ động cơ đến phần truyền lực - di động bằng bộ truyền động đai thang Sử dụng bộ truyền động này

có ưu điểm là an toàn cho hệ thống truyền lực của máy kéo, nhưng có nhược

điểm là hiệu suất dẫn truyền kém, hạn chế khả năng làm việc của liên hợp máy trên ruộng nước hay trong những trường hợp phải huy động tối đa lực kéo 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 nâng cao chất lượng công việc độ phù hợp thì sẽ cải thiện được điều kiện lái thuận lợi hơn cho người sử dụng và

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 chi phí phù hợp với điều kiện Việt Nam

Trong phạm vi của đề tài này, chúng tôi chỉ đề cập đến vấn đề cải thiện khả năng kéo bám của bộ phận di động loại máy kéo nhỏ cho phù hợp hơn khi làm việc trên đất có độ ẩm cao (W > 40%) ở vùng đồng bằng Bắc Bộ Với loại máy tiêu biểu nhất là Bông Sen - 12 do Việt Nam chế tạo (các loại máy kéo do Trung Quốc sản xuất hiện đang có mặt rất phổ biến trên thị trường là: GN- 91 có công suất 12 mã lực và GN-111 có công suất 15 mã lực, đều có cấu tạo và tính năng kỹ thuật tương tự)

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 mã lực (8,8 kw), rất phù hợp làm việc trên những thửa ruộng có diện tích nhỏ, trong vườn rau, vườn cây ăn quả, ở vùng đồi núi có độ dốc không lớn

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 móc nông nghiệp khác để thực hiện các khâu: gặt lúa, đập lúa, bơm nước, kéo rơ moóc vận chuyển v.v

+ Máy kéo nhỏ 2 bánh đẩy tay BS-12 chỉ ra trên hình 1.1

B¶ng 1.1 Mét sè th«ng sè kü thuËt cña m¸y kÐo BS -12

1.2.2 M¸y kÐo GN - 91 vµ GN - 111 ( Trung Quèc s¶n xuÊt )

+ Liªn hîp m¸y kÐo GN-91 víi phay ®−îc chØ ra trªn h×nh 1.2

H

H×nh 1.2 C¸c bé phËn chÝnh cña m¸y kÐo GN - 91 vµ GN – 111

liªn hîp víi cµy trô hai l−ìi

+ Mét sè th«ng sè kü thuËt chÝnh cña hai lo¹i m¸y kÐo GN – 91 vµ

GN-111 (do Trung Quèc s¶n xuÊt )

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

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

GN – 111

360

374 Tốc độ ( Km/h) :

Tiến

GN – 91

GN – 111

1,98; 3,52; 5,91; 7,33; 13,01; 21,85

2,18; 3,87; 6,50; 8,06; 14,31; 24,03

Lùi

GN – 91

GN – 111

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

GN – 91

GN – 111

8,8 11,03 Tốc độ định mức (v/ph)

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

Bánh hơi (Bánh cao su)

Khi lắp với máy kéo chủ yếu để sử dụng : 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

Hình 1.3 Bánh phụ kết hợp với bánh hơi

1 - bánh trụ 2 - trụ ren 3 - ống ren 4- đai ốc hãm 5 - bánh hơi

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

ở đất tự nhiên, trong đó có các loại đất dùng cho nông nghiệp bao giờ cũng chứa một lượng nước nhất định Nước trong đất hòa tan các loại khoáng chất, dưỡng chất giúp cho bộ rễ cây dễ dàng hấp thụ được để nuôi cây phát triển 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 mùa vụ 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

Có thể phân độ ẩm của đất ra các loại như sau [6] :

- 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 nhão Chỉ lượng nước có trong mỗi loại đất mà khi vượt quá giới hạn thì đất sẽ chuyển dang trạng thái nhão 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 dất 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%

Công thức tính độ ẩm: W% =

g g

g g

0 2

2 1

ư

ư.100 (1.1)

g1- trọng lượng hộp + mẫu đất trước khi sấy (g)

g2- trọng lượng hộp + mẫu đất sau khi sấy khô kiệt (g)

g0- trọng lượng không (g)

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

Theo tác giả [6], cho rằng nhiều kết quả thực nghiệm đất đã chứng tỏ khi

độ ẩm thay đổi thì tính chất cơ lý của đất cũng thay đổi Nghiên cứu động thái

độ ẩm của đất ở từng vùng để có căn cứ chọn thời gian, chọn loại máy làm đất hoặc máy chăm sóc cây trồng phù hợp với thời gian, tính chất của đất ở mỗi địa phương

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 như sau :

- Đất khô: Là đất có độ ẩm rất thấp (có 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 khoảng 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 (đất ướt) có W = 40 ữ 45 % trở lên Như đất 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 cả 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 đã 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:

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 của 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, 4, 3

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 địa bàn sử

dụng, 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( kg/cm2) =

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);

hcp - 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 [6]

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 bùa, 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 kiệu

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

Qua thực nghiệm cho thấy [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 30cm, trị số f bắt đầu giảm Thể hiện sự liên quan giữa hệ số ma sát ngoài (f) và

1 2 3

Hình 1.6 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

độ sâu các lớp đất (a) trên hình 1.7, thí nghiệm trên loại đất phù sa thịt nặng, trồng lúa hai vụ có độ ẩm cao (đất ướt)

Hình 1.7 Hệ số ma sát phụ thuộc

vào độ sâu các 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 nhão 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 bộ bão hòa, đất bắt đầu ngập nước Các loại đất phù sa trồng lúa nươc có thành phần cơ giới thịt nặng, hoặc 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 của hệ số ma sát f vào độ ẩm W% của đất phù sa trồng lúa nước từ trạng thái khô đến trạng thái bùn nhão, ngập nước được thể hiện trên hình 1.8

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 đo khỏi mặt đất theo phương thẳng góc với bề mặt tiếp xúc

- Lực dính tiếp tuyến: Sinh ra khi tách vật liệu đo 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 =

F

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

F - 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

2 - đất có nền, trồng hai vụ lúa

Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi

đất kho 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 bão hòa thì trị số lực dính giữa đất tăng gần tới độ bão hòa thì trị số lực dính giữa đất và thép cao nhất Khi độ ẩm của đất đạt bão 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 rã 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 1.10

Hình 1.10 Biểu diễn mối

quan hệ giữa lực dính của đất và

thép phụ thuộc vào độ ẩm của

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 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 qua giới hạn:

Fn = fn.G (1.7) Trong đó: Fn - lực ma sát tĩnh (N)

fn - hệ số ma sát tĩnh

G - tải trọng pháp tuyến (N)

Hình 1.12 Lực dính phụ thuộc vào áp suất nén trên đất có độ ẩm khác nhau

Đất phù sa thịt nặng, trồng hai vụ lúa Lớp đất mặt 0 ữ 10cm

1- W = 47,7 % ; 2- W = 42,9 % ; 3- W = 36,4 % ; 4- W = 29,7

Khi các lực bên ngoài lớn bằng giới hạn trên sẽ xuất hiện sự dịch chuyển tương đối Trong trường hợp này sẽ xuất hiện hiện tượng trượt Lực ma sát trượt bằng tích các hệ số ma sát trượt nhân với tải trọng pháp tuyến G

FT = fT G (1.8)

Trong đó: FT - lực trượt (N)

fT - hệ số ma sát trượt

G - tải trọng pháp tuyến Thông thường fn > fT

Khi cơ cấu 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 [14], [16], cho thấy: Trong quá trình xê dịch của các bề mặt, lực T là một hàm số của độ dịch chuyển tương đối ∆0

Nếu quy lực tác dụng cho một đơn vị diện tích của các vật tiếp xúc, có thể viết đẳng thức sau đây:

S

T

= τ = ψ(∆) (1.9)

ở đây : T - lực tiếp tuyến

S - diện tích của các vật tiếp xúc

τ - ứng suất tiếp tuyến

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 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 hiện vẫn chưa có được 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 đã có, để có thể tập hợp được hệ thống các đường đặc tính của các bánh xe đối với máy kéo 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 đã được nhiều tác giả quan tâm và giải quyết [9], [15] Đối với bánh

xe máy kéo nhỏ đặc biệt với bánh xe máy kéo BS -12 đã được tác giả [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 1.5 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 nhỏ, 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 nhiều 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 máy với đất 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

Trong điều kiện đất có độ ẩm cao, khả năng di động của liên hợp máy 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, manh mún cho các hộ sản xuất Với diện tích trên một triệu héc ta đã 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

1.6 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 đã 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 mã 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:

- Loại làm việc trên ruộng có nền: trên bánh di chuyển có mấu bám dạng

đặc biệt, chìm sâu vào lớp nền cứng ở dưới đất lớp mặt, tạo lực kéo bám cho máy kéo: bánh phụ, bánh mấu, bánh lồng

- Loại làm việc trên ruộng mất nền (lầy thụt): có lắp thêm bộ phận hạn chế

độ chìm sâu cho máy kéo : tấm phao, thuyền phao, tấm trượt, bánh xe rộng bản v.v khả năng kéo, bám của máy kéo nhờ vào khả năng “bơi” của máy trên mặt ruộng

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

XX Nhưng việc nghiên cứu, cải tiến hệ thống di động của loại máy kéo này cho phù hợp với điều kiện làm việc trên đất có độ ẩm cao chưa được quan tâm

đúng mức Chủ yếu vẫn là sản xuất và sử dụng các loại di động theo mẫu thiết

kế sẵn từ nước ngoài Đặc thù của đất nông nghiệp Việt Nam đất ẩm, ruộng canh tác có nền yếu, vùng đất có độ ẩm cao tương đối rộng lớn, nhất là về thời vụ cuối hè - thu, đầu đông - xuân Các bộ phận di động kể trên của máy kéo nhỏ hai bánh làm việc chưa phù hợp hoặc có hiệu quả rất thấp Vấn đề

đặt ra cho đề tài là thiết kế lựa chọn bánh xe phù hợp cho máy kéo nhỏ đẩy tay làm việc trên vùng đất có độ ẩm cao

Để góp phần giải quyết vấn đề trên, tôi đã chọn đề tài: “ Nghiên cứu khả năng kéo bám của bánh xe kết hợp máy kéo BS -12 làm việc trên đất có độ ẩm cao”, nhằm có những cải thiện đáng kể tăng lực kéo bám cho liên hợp máy khi

làm việc Giúp người nông dân sử dụng liên hợp máy kéo nhỏ trong khâu làm đất trên loại đất có độ ẩm cao được hiệu quả hơn

1.7 Nội dung của đề tài

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

2 Nghiên cứu những tính chất trượt của bánh xe

3 Thiết kế chế tạo bánh phụ lắp cho máy kéo BS -12

4 Thiết kế, chế tạo khung đo khảo nghiệm đặc tính bánh xe

5 Khảo nghiệm xác định đặc tính kéo bám của bánh xe chế tạo

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 vẽ sau:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động

Dưới tác dụng của mômen 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 P (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 Giá trị lực kéo PK khi máy kéo chuyển động ổn định được xác định theo công thức:

K

m

e .η

(2.1) Trong đó: PK - lực kéo tiếp tuyến của bánh xe (N)

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 truyền 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 mômen quay đạt giá trị lớn nhất

Me = Mmax nghĩa là:

PKmax =

r

i M

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

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

G - là trọng lượng của máy kéo

Các yếu tố ảnh hưởng đến lực bám của bánh xe

1 - 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.Gb Trong đó Gb phần trọng lượng của máy kéo phân bố trực tiếp lên bánh xe chủ động, nếu trị số này 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=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 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

2 - Tình trạng mặt đồng, đường

Chất lượng nền đất canh tác trong nông nghiệp và trạng thái mặt đồng, đường

là yếu tố ảnh hưởng đến ma sát giữa bề mặt bánh xe với lớp đất mà nó tiếp xúc Chính vì vậy mà các tính chất cơ lý tính của đất nông nghiệp cũng như

độ chặt nền ruộng sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng bám của bánh xe máy kéo Khi máy kéo làm việc trên vùng đất có độ ẩm cao (> 45 %) thì hệ số ma sát giữa bánh xe và đất sẽ giảm đi dẫn đến lực bám sẽ giảm đáng kể

4 - Kết cấu hình dạng mấu bám của bánh xe

Hình dạng và kích thước của mấu bám (đặc biệt là chiều cao mấu bám) 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 hình dạng và 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

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 lực cản gọi là lực cản lăn

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy kéo Thực nghiệm đã 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 Z hoặc theo trọng lượng của máy G Còn sự ảnh hưởng của các yếu tố còn lại được quy thành một hệ số f và có thể viết:

Pf = f.z = f.G (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 cản chuyển động theo công thức sau:

R =

D b K

w

R =

D K

b K n

n

w

n

n n n

n

n n

1 1 2

1 1

2 2 2

1 2 2 2

)(

)1()3

(

3

+

+ + +

+

+ +

++

b K n

w c

n

)(

)3

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

K - hệ số miết đất theo thể tích

Kϕ- hệ số bám của bánh xe

Các công thức trên có thể áp dụng đ−ợc cho các loại bánh vành cứng, bánh

phụ động cũng nh− bánh chủ động của máy kéo

X −.100 (%) (2.10)

1 Quỹ 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 được thể hiện theo

Trong đó: r 1 - 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 tr−ợt (r 1 >r)

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 lòng đất

Vận tốc của một điểm nào đó nhận đ−ợc nếu đem vi phân công thức trên

2 = r1ω2sinθ

jy = dy d

t

2 = r1ω2cosθ

jtong= r1ω2 (2.14)

rθ