Động lực học kéo và phanh ô tô máy kéo

mặt đường nên tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt đường sẽ phát sinh lực kéo tiếp tuyến hướng theo chiều chuyển động, nó chính là phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe.

PGS.TS LÊ VĂN THÁI

ĐỘNG LỰC HỌC

KÉO VÀ PHANH Ô TÔ - MÁY KÉO

(Tài liệu dùng cho cao học ngành Kỹ thuật cơ khí)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2015

LỜI NÓI ĐẦU

Môn học “Động lực học kéo và phanh ô tô - máy kéo” chiếm một vị trí quan trọng trong chương trình đạo tạo Thạc sĩ ngành Kỹ thuật cơ khí - Khoa Cơ điện và Công trình - Trường Đại học Lâm nghiệp

Để đáp ứng yêu cầu học tập và giảng dạy sau đại học tại Trường Đại học Lâm nghiệp, tài liệu “Động lực học kéo và phanh ô tô - máy kéo” được biên soạn nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về động lực học kéo và phanh của ô tô, máy kéo

Sách dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho nghiên cứu sinh, học viên cao học ngành Kỹ thuật cơ khí, đồng thời cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật chuyên ngành ô tô

Sách gồm hai phần với bốn chương như sau:

Phần thứ nhất - Động lực học kéo ô tô - máy kéo

Chương 1 - Động lực học tổng quát ô tô - máy kéo

Chương 2 - Tính năng kéo của ô tô - máy kéo

Phần thứ hai - Động lực học phanh ô tô - máy kéo

Chương 3 - Cơ sở khoa học của quá trình phanh ô tô - máy kéo

Chương 4 - Dẫn động phanh và cơ cấu phanh

Tác giả chân thành cảm ơn tập thể Bộ môn Kỹ thuật cơ khí, cán bộ Khoa

Cơ điện và Công trình - Trường Đại học Lâm nghiệp và các nhà khoa học đã tạo điều kiện thuận lợi và đóng góp nhiều ý kiến nhằm nâng cao chất lượng chuyên môn của tài liệu này

Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những sơ xuất, chúng tôi mong nhận được sự góp ý của độc giả để bài giảng được hoàn thiện hơn

Thư góp ý xin gửi về Bộ môn Kỹ thuật cơ khí - Khoa Cơ điện và Công trình, Trường Đại học Lâm nghiệp

Hà Nội, ngày 05 tháng 11 năm 2015

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN I ĐỘNG LỰC HỌC KÉO Ô TÔ - MÁY KÉO 7

Chương 1 ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT Ô TÔ - MÁY KÉO 7

1.1 Đường đặc tính tốc độ của động cơ 7

1.1.1 Khái niệm 7

1.1.2 Phương pháp xây dựng đường đặc tính tốc độ của động cơ 7

1.2 Động lực học của ô tô – máy kéo bánh 11

1.2.1 Lực kéo tiếp tuyến và lực bám của bánh xe chủ động 11

1.2.2 Các lực cản chuyển động của ô tô, máy kéo bánh 16

1.2.3 Động học và động lực học bánh xe 25

1.3 Động lực học máy kéo bánh xích 32

1.3.1 Các lực tác dụng lên máy kéo bánh xích 32

1.3.2 Phương trình cân bằng động lực học của máy kéo xích 39

1.3.3 Phân bố áp suất trên mặt tựa xích 39

Chương 2 TÍNH NĂNG KÉO CỦA ÔTÔ - MÁY KÉO 44

2.1 Tính năng kéo của ô tô 44

2.1.1 Cân bằng công suất của ô tô 44

2.1.2 Xây dựng đặc tính động lực học của ô tô 46

2.1.3 Xây dựng đồ thị đặc tính tăng tốc của ô tô 48

2.1.4 Cân bằng lực kéo của ô tô 52

2.2 Tính năng kéo của máy kéo 53

2.2.1 Cân bằng công suất của máy kéo 53

2.2.2 Xây dựng đường đặc tính kéo tổng hợp của máy kéo 55

2.2.3 Quá trình khởi hành và gia tốc của liên hợp máy kéo 63

PHẦN II ĐỘNG LỰC HỌC PHANH Ô TÔ 67

Chương 3 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ 67

3.1 Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh và phương trình cân bằng lực 67

3.1.1 Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh 67

3.1.2 Phương trình cân bằng lực khi phanh 68

3.3 Lực phanh lý thuyết 71

3.4 Cơ sở lý thuyết đánh giá quá trình phanh ô tô 73

3.4.1 Hiệu quả phanh 73

3.4.2 Tính ổn định hướng của ô tô khi phanh 81

3.5 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình phanh ô tô 83

3.5.1 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 83

3.5.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định hướng của ô tô khi phanh 87

3.5.3 Đánh giá hiệu quả phanh bằng vết lết 89

3.6 Phanh đoàn xe……… 90

3.6.1 Các lực tác dụng lên đoàn xe khi phanh 91

3.6.2 Gia tốc phanh đơn vị 96

3.7 Sự phân bố lực phanh trong quá trình phanh và điều kiện đảm bảo sự phanh tối ưu 97

3.8 Các giải pháp nâng cao cao hiệu quả phanh 99

3.8.1 Thiết kế, lắp đặt phanh có khả năng sinh lực phanh lớn 100

3.8.2 Lắp đặt van hạn chế áp suất trên đường dẫn động ra các cầu xe 100

3.8.3 Lắp đặt bộ điều chỉnh lực phanh, tạo ra sự phân bố lực phanh lý tưởng trong quá trình phanh 100

3.8.4 Lắp đặt bộ điều hòa lực phanh 102

3.8.5 Lắp bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh 111

Chương 4 DẪN ĐỘNG VÀ CƠ CẤU PHANH 118

A DẪN ĐỘNG PHANH 118

4.1 Dẫn động phanh thủy lực 118

4.1.2 Dẫn động phanh hai dòng sơ đồ K với cánh tay đòn quay bánh xe quanh trụ đứng âm 121

4.1.3 Tính toán tĩnh dẫn động phanh thủy lực 123

4.1.4 Tính toán động dẫn động phanh thủy lực 127

4.2 Dẫn động phanh khí nén 136

4.2.1 Các sơ đồ dẫn động phanh khí nén 136

4.2.2 Các chế độ làm việc đặc trưng của dẫn động phanh khí nén 138

4.2.3 Tính toán tĩnh dẫn động phanh khí nén 139

B CƠ CẤU PHANH 145

4.3 Đánh giá các sơ đồ kết cấu của cơ cấu phanh 145

4.4 Cơ cấu phanh đĩa 146

4.5 Cơ cấu phanh trống 147

4.5.1 Các sơ đồ phanh trống chủ yếu dùng trên ô tô 147

4.5.2 Xác định mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra 151

4.5.3 Xác định hệ số hiệu quả phanh của từng cơ cấu phanh 159

4.5.4 Xác định các thông số đánh giá khả năng làm việc của cơ cấu phanh 160

TÀI LIỆU THAM KHẢO 163

PHẦN I ĐỘNG LỰC HỌC KÉO Ô TÔ - MÁY KÉO

Chương 1 ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT Ô TÔ - MÁY KÉO

1.1 Đường đặc tính tốc độ của động cơ

1.1.2 Phương pháp xây dựng đường đặc tính tốc độ của động cơ

Đường đặc tính tốc độ của động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động

cơ trên băng thử

Khi thí nghiệm động cơ trên băng thử ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, đối với động cơ xăng để bướm ga mở hoàn toàn, hoặc để thanh răng của bơm cao áp ứng với chế độ cung cấp hoàn toàn đối với động cơ điêzen ta sẽ nhận được đặc tính ngoài động cơ

Nếu bướm ga ở động cơ xăng hoặc thanh răng của bơm cao áp động cơ điêzen đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận được đường đặc tính tốc độ cục bộ Như vậy đối với mỗi động cơ đốt trong sẽ có một đường đặc tính tốc độ ngoài và vô

số đường đặc tính tốc độ cục bộ tùy theo vị trí của bướm ga hoặc vị trí thanh răng của bơm cao áp

Hình 1.1a giới thiệu đặc tính ngoài của động cơ xăng không có bộ phận hạn chế số vòng quay, loại động cơ này được dùng trên ô tô du lịch và đôi khi dùng trên xe khách Hình 1.1b giới thiệu đường đặc tính ngoài của động cơ xăng

có bộ phận hạn chế số vòng quay, loại động cơ này thường đặt trên xe tải

Trên hình 1.1a, số vòng quay  (n ) của trục khuỷu là số vòng quay

nhỏ nhất mà động cơ có thể làm việc ổn định ở chế độ toàn tải, khi tăng số vòng quay thì mô men và công suất cũng tăng lên Mô men xoắn đạt cực đại (Mmax) ở

e m

e

 (nN)

Trên hình 1.1b, đường đứt nét ứng với động cơ không có bộ phận hạn chế

số vòng quay, còn đường đậm nét ứng với trường hợp động cơ có bộ phận hạn chế số vòng quay

a) b)

Hình 1.1 Đường đặc tính ngoài động cơ xăng

a- Không hạn chế số vòng quay; b- Có hạn chế số vòng quay

Bên cạnh động cơ xăng, động cơ điêzen được dùng trên xe ô tô tải, ô tô khách và ngày nay còn được dùng trên cả xe du lịch Động cơ điêzen dùng trên

ô tô được trang bị bộ điều tốc hai chế độ hoặc nhiều chế độ Riêng động cơ trên các máy kéo đều trang bị bộ điều tốc đa chế độ Bộ điều tốc đa chế độ giữ cho chế độ làm việc của động cơ ở vùng tiêu hao nhiên liệu riêng ít nhất

Hình 1.2 trình bày đường đặc tính ngoài của động cơ điêzen

Hình 1.2 Đường đặc tính ngoài của động cơ điêzen Trong trường hợp không tải, động cơ sẽ có số vòng quay chạy không tải Khi xuất hiện tải, bộ điều tốc tăng lượng nhiên liệu cung cấp vào trong xilanh động cơ, nhờ vậy mà công suất và mô men của động cơ cũng tăng lên, đồng thời

số vòng quay của trục khuỷu động cơ giảm xuống Khi thanh răng dịch chuyển đến vị trí nhất định tương ứng với điểm tiêu hao nhiên liệu riêng ít nhất thì công suất của động cơ đạt giá trị cực đại Công suất cực đại của động cơ khi làm việc

có bộ điều tốc được gọi là công suất định mức của động cơ Nn,, mô men xoắn tương ứng với công suất cực đại được gọi là mô men xoắn định mức Mn, số vòng quay tương ứng với công suất cực đại được gọi là số vòng quay định mức ( n

e

 ) Các đường đồ thị nằm trong khoảng từ n

e

 đến max gọi là các đồ thị có điều tốc, còn các đường đồ thị nằm trong khoảng tốc độ từ n

e

 đến m

e

 gọi là các đường đồ thị không có đồng tốc Ở vùng tốc độ từ n

Động cơ đặt trên ô tô, máy kéo sẽ phát ra công suất thấp hơn công suất cực đại nhận được trên băng thử nên công suất thực tế mà động cơ phát ra sẽ

bằng công suất cực đại nhận được trên bệ thử nhân với hệ số  Hệ số này luôn nhỏ hơn 1 và nó phụ thuộc vào loại tiêu chuẩn khi thử, loại động cơ được dùng, điều kiện sử dụng và chế độ tải của động cơ Khi tính toán gần đúng có thể lấy

Khi không có đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ bằng thực nghiệm,

ta có thể xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài nhờ công thức kinh nghiệm của Lây Đécman:

max

N e N

e N

e e

n

n c n

n b n

n a N

a, b, c, là các hệ số thực nghiệm chọn theo loại động cơ như sau:

- Đối với động cơ xăng: a = b = c = 1;

- Đối với động cơ điêzen hai kỳ: a = 0,87; b = 1,5; c = 1;

- Đối với động cơ điêzen 4 kỳ có buồng cháy trực tiếp: a = 0,5; b = 1,13; c = 1;

- Đối với động cơ điêzen 4 kỳ có buồng cháy dự bị: a = 0,6; b = 1,4; c = 1;

- Đối với động cơ điêzen 4 kỳ có buồng cháy xoáy lốc: a = 0,7; b = 1,3; c = 1; Cho các trị số ne khác nhau, dựa theo công thức (1.1) sẽ tính được công suất Ne tương ứng và từ đó vẽ được đồ thị: Ne = f(ne)

Có các giá trị Ne và ne có thể tính được các giá trị mô men xoắn Me của động cơ theo công thức:

e

e e

n

N

M  9550 (1.2) Trong đó:

Ne – Công suất động cơ, kW;

ne – Số vòng quay của trục khuỷu, v/p;

Me – Mô men xoắn của động cơ, Nm

Để thuận lợi cho việc xây dựng đồ thị Ne = f(ne) ta biểu diễn công thức (1.1) sang dạng khác:

N e N

e N

e

n

n c n

n b n

n a

M

M

K  max (1.5) + Đối với động cơ điêzen không dùng cơ cấu hiệu chỉnh: KM = 1,1 – 1,15; + Đối với động cơ xăng: KM = 1,2 – 1,45

- Hệ số đàn hồi của động cơ:

N

M n

n

n

K  (1.6) + Đối với động cơ điêzen: kn = 0,55 – 0,75;

+ Đối với động cơ xăng: kn = 0,45 – 0,65

1.2 Động lực học của ô tô – máy kéo bánh

1.2.1 Lực kéo tiếp tuyến và lực bám của bánh xe chủ động

a) Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động

Công suất của động cơ được truyền đến bánh xe chủ động của ô tô, máy kéo bánh qua hệ thống truyền lực Khi truyền như vậy, công suất bị tổn hao do

ma sát trong hệ thống truyền lực nên công suất ở bánh xe chủ động nhận được sẽ nhỏ hơn công suất động cơ phát ra Công suất ở bánh xe chủ động thể hiện qua hai thông số là mô men xoắn và số vòng quay của bánh xe chủ động Nhờ có

mặt đường nên tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt đường sẽ phát sinh lực kéo tiếp tuyến hướng theo chiều chuyển động, nó chính là phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe Nhờ có lực kéo tiếp tuyến mà ô tô, máy kéo có thể thắng các lực cản chuyển động để tiến về phía trước

Lực kéo tiếp tuyến được xác định theo công thức:

k

k k

r

M

P  (1.7) Trong đó:

Mk - Mô men xoắn ở bánh chủ động, khi xe chuyển động ổn định được xác định theo công thức:

M k M e.i t t (1.8)

rk – Bán kính đặt lực Pk, thông thường được tính từ bán kính lăn của bánh xe:

rk = rbx λ (1.9)

λ – là hệ số kể đến ảnh hưởng của sự biến dạng lốp xe:

- Đối với lốp áp suất thấp: λ = 0,930 – 0,935;

- Đối với lốp áp suất cao: λ = 0,945 – 0,950

Thay các công thức (1.8) và (1.9) vào công thức (1.7) ta có:

bx

t t e k

r

i M

P  (1.10)

Từ công thức (1.10) ta thấy rằng, lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại

Pkmax khi sử dụng số truyền có tỷ số truyền lớn nhất it = imax và mô men quay động cơ đạt giá trị lớn nhất Me = Mmax, nghĩa là:

bx

m e

r

i M

(1.11)

Khi ô tô, máy kéo chuyển động không ổn định mô men chủ động còn phụ thuộc vào gia tốc và mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ Trong trường hợp này, lực kéo tiếp tuyến được xác định theo công thức :

k

ak k k

k k

r

M P r

M

' ' (1.12)

Trong đó:

M’ k - Mô men chủ động khi chuyển động không ổn định;

Mak - Mô men các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ;

Pk, P’k - Lực kéo tiếp tuyến khi chuyển động ổn định và khi chuyển động không ổn định

Trong công thức (1.12) lấy dấu cộng khi gia tốc chuyển động là chậm dần

và dấu trừ khi gia tốc chuyển động là nhanh dần

b) Khả năng bám, hệ số bám và lực bám của bánh xe chủ động

* Khả năng bám của bánh xe chủ động

Như đã được phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến Pk là do kết

quả của tác động tương hỗ giữa bánh xe và mặt đường Do đó giá trị lớn nhất

của lực kéo tiếp tuyến không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay

từ động cơ mà còn phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với đất hoặc mặt

đường Khi bánh xe không còn khả năng bám sẽ xảy ra hiện tượng trượt trơn

hoàn toàn, khi đó giá trị của lực kéo tiếp tuyến đạt đến giá trị cực đại, nghĩa là

P kmax P

Như vậy, khả năng bám là khả năng bánh xe chuyển động bình thường

không có trượt trơn dưới tác dụng của mômen chủ động hoặc không có trượt lết

khi bánh xe đang chịu mômen phanh

* Hệ số bám

Độ bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bởi hệ số bám Tùy

theo chiều của phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe mà hệ số bám sẽ có tên

gọi khác nhau Nếu xét khả năng bám theo chiều dọc (khi dưới bánh xe chỉ có

phản lực dọc như lực kéo hoặc lực phanh), thì hệ số bám được gọi là hệ số bám

dọc xvà được định nghĩa như sau:

b

k x

G



 (1.13) Trong đó:

Pkmax – Lực kéo tiếp tuyến cực đại giữa bánh xe với mặt đường;

Gb – Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe (được gọi là trọng lượng bám)

Nếu xét khả năng bám theo chiều ngang (khi dưới bánh xe chỉ có phản lực

ngang Yb), thì hệ số bám được gọi là hệ số bám ngang y và được định nghĩa như sau:

b

b y

G



 (1.14) Trong đó:

Ybmax – Phản lực ngang cực đại của mặt đường tác dụng lên bánh xe

Trong trường hợp chung, nếu ở vùng tiếp xúc của bánh xe chủ động với mặt đường có cả phản lực tiếp tuyến X và phản lực ngang Y của đường lên bánh

xe chủ động thì điều kiện để bánh xe chủ động không bị trượt là:

X2 Y2 P'   ' Z (1.15) Trong đó:

1 - Đường khô, 2 - Đường ướt

a - Ảnh hưởng của áp suất trong lốp; b - Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động của ô tô; c - Ảnh hưởng của phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe;

d - Ảnh hưởng của độ trượt của bánh xe với mặt đường

Hệ số bám dọc x giữa bánh xe chủ động với mặt đường trước hết phụ thuộc vào nguyên liệu làm đường, nguyên liệu chế tạo lốp, tình trạng mặt đường, kết cấu của hoa lốp, tải trọng tác dụng lên bánh xe, áp suất lốp…Sau đây

là một số đồ thị chỉ sự phụ thuộc của hệ số bám X vào áp suất lốp p (hình 1.3a), tốc độ dịch chuyển của xe v (hình 1.3b), phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe Zb (hình 1.3c), và độ trượt của bánh xe với mặt đường  (hình 1.3d)

* Lực bám

Từ định nghĩa của hệ số bám dọc, chúng ta có thể xác định được lực kéo tiếp tuyến cực đại phát sinh theo điều kiện bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường như sau:

Pkmax xGb (1.16) Nếu gọi Zb là phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên bánh xe thì:

Zb = Gb (1.17) Lúc đó lực bám dọc Px được xác định như sau:

Px xZb (1.18)

Để cho bánh xe chủ động không bị trượt trơn thì lực kéo tiếp tuyến cực đại ở bánh xe đó phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám dọc giữa bánh xe với mặt đường:

Pkmax   Px (1.19) Nếu bánh xe đang phanh, để bánh xe không bị trượt lết thì lực phanh cực đại ở bánh xe đó phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám dọc:

Ppmax   Px (1.20) Trong trường hợp bánh xe có phản lực ngang tác dụng thì khả năng bám theo chiều ngang được thể hiện qua lực bám ngang Py:

Py     y Z b (1.21)

Để cho bánh xe không bị trượt ngang thì phản lực ngang cực đại phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám ngang: Ybmax   Py (1.22)

Từ các biểu thức trên cho thấy lực bám Ptheo một chiều nào đó sẽ tỷ

lệ thuận với hệ số bám  theo chiều đó và Zb (hoặc trọng lượng bám Gb)

Nếu xét theo chiều dọc (chiều chuyển động của xe) thì lực kéo cực đại

Pkmax bị giới hạn bởi lực bám Px Nếu muốn sử dụng toàn bộ lực kéo từ động

cơ truyền xuống để thắng các lực cản chuyển động thì cần phải tăng lực bám

Để tăng lực bám, chúng ta phải tăng hệ số bám hoặc trọng lượng bám, và tốt nhất là tăng cả hai yếu tố đó

Về bản chất, lực bám được tạo thành bởi 2 thành phần chính: Lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường; Sức chống cắt của đất được sinh ra do tác động của các mấu bám Khi chuyển động trên đường cứng, lực bám được tạo thành do lực

ma sát, còn khi chuyển động trên nền đất mềm lực bám được tạo thành do cả lực

ma sát và lực chống cắt của đất Do vậy lực bám sẽ phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của bánh xe, tính chất cơ lý của đất và tải trọng pháp tuyến Khi chuyển động trên mặt phẳng ngang, tải trọng pháp tuyến Gk là phần trọng lượng của ô

tô, máy kéo tác động lên bánh xe bao gồm cả trọng lượng bản thân của bánh xe Tải trọng pháp tuyến Gk sẽ được cân bằng với phản lực pháp tuyến Zk Do vậy,

để tăng hệ số bám, người ta thường sử dụng lốp có vấu cao Để tăng trọng lượng bám, người ta sẽ thiết kế xe có nhiều cầu chủ động nhằm sử dụng toàn

bộ trọng lượng của xe làm trọng lượng bám

1.2.2 Các lực cản chuyển động của ô tô, máy kéo bánh

Xét trường hợp chuyển động của ô tô, máy kéo dạng tổng quát, nghĩa là khi ô tô, máy kéo chuyển động trên dốc dọc, không ổn định (có gia tốc) và có lực kéo moóc

Sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên ô tô, máy kéo chuyển động tăng tốc

ở trên dốc như hình 1.4

Hình 1.4 Lực và mô men tác dụng lên ô tô chuyển động tăng tốc ở trên dốc

Lực và mô men tác dụng lên ô tô, máy kéo chuyển động tăng tốc ở trên dốc dọc bao gồm:

G - Trọng lượng toàn bộ của xe ô tô, máy kéo;

Pk - Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động;

Pj - Lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định;

Pm - Lực cản kéo moóc (khi ô tô kéo moóc hoặc máy kéo có kéo các máy nông nghiệp theo sau);

Z1, Z2 - Các phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe

ở cầu trước và cầu sau;

Mf1 - Mô men cản lăn ở bánh xe bị động;

Mf2 - Mô men cản lăn ở bánh xe chủ động

M P

bx bx

Như vậy, lực cản lăn phát sinh là do sự biến dạng của lốp và đường, do

sự tạo thành vết bánh xe trên đường và do sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp

và đường, vì thế lực cản lăn tác dụng song song với mặt đường và ngược với chiều chuyển động và đặt tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

Để đơn giản ta coi lực cản lăn là ngoại lực tác dụng lên bánh xe khi nó chuyển động và được xác định theo công thức:

Đối với bánh bị động và bánh chủ động lực cản lăn thính theo các công thức:

P f1  f1.Z1; P f2  f2.Z2 (1.24)

Lực cản lăn tổng cộng: P f P f1P f2 (1.25) Trong đó:

f1, f2 tương ứng là các hệ số cản lăn ở các bánh xe bị động và chủ động

Nếu coi hệ số cản lăn ở bánh trước và bánh sau như nhau, nghĩa là:

f1  f2  f (1.26) Vậy lực cản lăn tác dụng lên các bánh xe:

2 0

V f

f (1.28) Trong đó:

fo là hệ số cản lăn ở vận tốc dưới 14 (m/s) chọn theo bảng 1.2;

- Ở các loại ô tô khi sử dụng các kiểu lốp khác nhau, hệ số cản lăn có thể được tính theo công thức của Hahn:

0042 , 0 10

13 00245 , 0 019 ,

p

V p

p K

Trong đó:

K - Hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào trạng thái lốp;

K = 1 đối với lốp hoàn toàn mới, chưa sử dụng;

K = 1,25 đối với lốp mới, ít sử dụng;

K = 0,90 đối với lốp đã mòn;

p - Áp suất không khí trong lốp, (kG/cm2)

Bảng 1.2 Hệ số cản lăn phụ thuộc vào loại và trạng thái mặt đường

Loại và trạng thái mặt đường Hệ số cản lăn (f) Đường bê tông nhựa và bê tông xi măng Tốt

Trung bình

0,012 – 0,018 0,018 – 0,020

Trung bình

0,020 – 0,022 0,022 – 0,025

Trung bình

0,025 – 0,030 0,030 – 0,035

Ướt

0,023 – 0,025 0,050 – 0,150

Ướt

0,100 – 0,300 0,080 – 0,100

b) Lực cản lên dốc

Khi ô tô, máy kéo chuyển động trên dốc thì trọng lượng của xe được phân

làm hai thành phần:

- Thành phần Gcos  có phương thẳng góc với mặt đường;

- Thành phần Gsin  có phương song song với mặt đường;

Thành phần thứ nhất (Gcos  ) sẽ tác dụng lên mặt đường và gây ra các

phản lực pháp tuyến của đường lên các bánh xe tương ứng là Z1 và Z2 Thành

phần thứ hai (Gsin ) sẽ cản lại chuyển động của ô tô, máy kéo khi lên dốc nên

được gọi là lực cản lên dốc, biểu thị bằng Pi

P i Gsin  (1.30)

Chú ý:

Mức dốc của mặt đường được thể hiện qua góc dốc  hoặc qua độ dốc i

Mối quan hệ giữa góc dốc  và độ dốc i thông qua công thức:

Trong trường hợp khi góc dốc nhỏ (  5 ) có thể coi: sin  tg nên lực cản lên dốc có dạng:

P i Gsin  G.i (1.32) Trong trường hợp ô tô, máy kéo chuyển động xuống dốc thì lực Pi sẽ cùng chiều với chiều chuyển động của xe và lúc đó lực Pi trở thành lực hỗ trợ chuyển động của ô tô, máy kéo Vì thế khi xe lên dốc thì Pi là lực cản có dấu (+), còn khi xe xuống dốc thì Pi là lực đẩy nên lấy dấu (-) trong biểu thức tính lực cản tổng cộng

c) Lực cản không khí

Khi ô tô, máy kéo chuyển động sẽ làm thay đổi áp suất không khí trên bề mặt của nó và làm xuất hiện các dòng xoáy khí ở phía sau ô tô, máy kéo gây ra ma sát giữa không khí với bề mặt của chúng, do đó phát sinh ra lực cản không khí P

Lực cản không khí đặt tại tâm của diện tích cản chính diện của ô tô, máy kéo cách mặt đường ở độ cao h

Lực cản không khí được các định bằng công thức thực nghiệm:

2

0

V F K

P  (1.33) Trong đó:

K – Hệ số cản không khí, nó phụ thuộc vào hình dạng khí động ô tô, máy kéo

và chất lượng bề mặt của nó, phụ thuộc vào mật độ không khí, Ns2/m4;

F – Diện tích cản chính diện của ô tô, máy kéo, nghĩa là diện tích hình chiếu của ô tô, máy kéo trên mặt phẳng vuông góc với trục của chúng, m2;

V0 – Vận tốc tương đối giữa ô tô, máy kéo và không khí, m/s

ô tô, máy kéo

Vận tốc chuyển động tương đối của ô tô, máy kéo được tính theo công thức:

V0 V V g (1.34)

Ở đây:

V - Vận tốc của ô tô, máy kéo ; Vg - Vận tốc của gió;

Dấu (+) khi chiều vận tốc chuyển động của ô tô với chiều vận tốc của gió ngược chiều nhau, dấu (-) khi chúng cùng chiều

Tích số KF còn gọi là nhân tố cản không khí, ký hiệu là W, (Ns2/m2) Vậy ta có: 2

0

.V

W

P  (1.35) Việc xác định diện tích cản chính diện của ô tô, máy kéo một cách chính xác gặp nhiều khó khăn, vì vậy trong thực tế người ta sử dụng các công thức tính toán gần đúng sau:

- Đối với xe ô tô vận tải (hình 1.5a): F B.H (1.36)

- Đối với xe ô tô du lịch (hình 1.5b): F  0 , 8B0.H (1.37) Trong đó:

B – Chiều rộng cơ sở của ô tô;

B0 – Chiều rộng lớn nhất của ô tô;

H – Chiều cao lớn nhất của ô tô

Chú ý: Khi xe kéo rơmoóc theo sau thì hệ số cản không khí K sẽ tăng lên từ 9%

- 32% tùy theo rơmoóc bố trí sát hoặc xa ô tô kéo

Hình 1.5 Sơ đồ xác định diện tích cản chính diện của ôtô

d) Lực cản quán tính

Khi ô tô, máy kéo chuyển động không ổn định (lúc tăng tốc hoặc giảm tốc) sẽ xuất hiện lực quán tính Lực quán tính P j gồm các thành phần sau:

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô, máy kéo, ký hiệu là '

G - Trọng lượng toàn bộ của ô tô, máy kéo;

dt

dv

j  - Gia tốc tịnh tiến của ô tô, máy kéo;

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của ô tô, máy kéo (gồm các khối lượng chuyển động quay của động cơ, của hệ thống truyền lực và của các bánh xe), ký hiệu là ''

t b b t b e

r

i j r

i r dt

n b b n b n

r

i j r

i r dt

b b b

r

j r

r dt

j – Gia tốc tịnh tiến của ô tô, máy kéo;

rb – Bán kính làm việc của bánh xe

Thay các giá trị từ các công thức (1.40), (1.42), (1.43), (1.44) vào công thức (1.41) rồi rút gọn ta có:

n n t

t e t

t e k

r

I i

I i

I j i M



2 2

Thành phần thứ hai của công thức (1.45) là mô men của các lực quán tính của các chi tiết quay trong động cơ do chuyển động không ổn định gây nên và được biểu thị bằng Mj (cần chú ý rằng mô men này luôn có chiều ngược với chiều gia tốc góc của bánh xe chủ động) Như vậy thì:

M k' M k M j (1.46) Với Mj là mô men của các lực quán tính của các chi tiết quay:

n n t

t e j

r

I i

I i

I j

''

b

b n

n n t

t e j

r

I i

I i

I j

(1.48)

Mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay của hệ thống truyền lực có thể bỏ qua do khối lượng của chúng nhỏ hơn nhiều so với khối lượng bánh đà và khối lượng bánh xe Vì vậy công thức (1.48) có thể viết dưới dạng:

b

b t

t e j

r

I i

I j

(1.49) Thay các công thức (1.38), (1.49) vào công thức (1.39), ta có:

b

b t

t e j

r

I i

I g

G j

(1.50)

j g

G g Gr

I i

I P

b

b t

t e j

I

b

b t

t e

b

t e

Gr

g i

ih – Tỷ số truyền hộp số;

i0 - Tỷ số truyền của truyền lực chính;

Các hệ số 1 và 2 có giá trị gần đúng như sau, nghĩa là:

05 , 0

P m nQ (1.57) Trong đó: Q - Trọng lượng toàn bộ của một moóc, bao gồm trọng lượng bản thân nó và tải trọng đặt lên nó;

n - số lượng moóc được kéo theo sau ô tô, máy kéo;

Ví dụ: Loại lốp có ký hiệu là B - d, trong đó: B là bề rộng của lốp tính theo đơn

vị Anh (inch); d là đường kính vành bánh xe (inch) thì:

) 25 , 4

2

( 0

d B

r   (mm) (1.58)

b) Bán kính tĩnh của bánh xe:

Là bán kính đo được bằng khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến mặt phẳng của đường khi bánh xe đứng yên và chịu tải trọng thẳng đứng, bán kính tĩnh được ký hiệu là rt

c) Bán kính động lực học của bánh xe

Là bán kính đo được bằng khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến mặt phẳng của đường khi bánh xe lăn, ký hiệu là rđ Trị số của bán kính này phụ thuộc vào các thông số như: Tải trọng thẳng đứng, áp suất không khí trong lốp,

mô men xoắn Mk hoặc mô men phanh Mp và lực ly tâm khi bánh xe quay

d) Bán kính lăn của bánh xe:

Là bán kính của một bánh xe giả định, ký hiệu là rl Bánh xe giả định này không bị biến dạng khi làm việc, không bị trượt lết, trượt quay và có cùng tốc độ tịnh tiến và tốc độ quay như bánh xe thực tế Qua nghiên cứu cho thấy, bán kính động lực học và bán kính lăn phụ thuộc vào rất nhiều thông số như: Tải trọng tác dụng, áp suất không khí trong lốp, độ dãn đàn hồi của vật liệu lốp và khả năng bám của bánh xe với đường Những thông số này luôn thay đổi trong quá trình ô

tô máy kéo chuyển động Vì vậy, trong thực tế trị số của các bán kính bánh xe

e) Bán kính làm việc trung bình của bánh xe

Trong thực tế khi tính toán người ta thường sử dụng bán kính bánh xe có

kể đến sự biến dạng của lốp do ảnh hưởng của các thông số đã trình bày ở trên Trị số của bán kính này được tính theo công thức:

r bx  r0 (1.59) Trong đó:

r0 - Bán kính thiết kế của bánh xe;

 - Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp (xem mục 1.2.1)

1.2.3.2 Động lực học bánh xe bị động

Khi ô tô chuyển động, bề mặt của lốp tiếp xúc với mặt đường ở rất nhiều điểm và tạo thành một khu vực tiếp xúc Do tác dụng tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường, tại khu vực tiếp xúc sẽ xuất hiện các phản lực riêng phần Hợp lực của các lực riêng phần tác dụng từ mặt đường lên bánh xe ở khu vực tiếp xúc gọi

là phản lực của đường Phản lực này có thể biểu thị thành ba thành phần lực sau:

- Phản lực pháp tuyến Z, vuông góc với mặt đường;

- Phản lực tiếp tuyến X, tác dụng trong mặt phẳng quay của bánh xe;

- Phản lực ngang Y, nằm trong mặt phẳng đường và vuông góc với mặt phẳng quay của bánh xe

Ngoài ra bánh xe còn chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng Gb và lực đẩy từ khung tác dụng lên trục bánh xe Px

Xét về sự tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường chia thành các trường hợp sau:

- Bánh xe đàn hồi lăn trên đường cứng (bánh xe cao su lăn trên đường nhựa, bê tông);

- Bánh xe đàn hồi lăn trên đường mềm (bánh xe cao su lăn trên đường đất);

- Bánh xe cứng lăn trên đường mềm (bánh thép lăn trên đường đất);

- Bánh xe cứng lăn trên đường cứng (bánh thép lăn trên đường nhựa, bê tông)

a) Động lực học của bánh xe đàn hồi lăn trên mặt đường cứng

Khi ô tô chuyển động, trường hợp bánh xe đàn hồi lăn trên mặt đường

cứng sẽ chịu tác dụng của các lực sau:

- Trọng lượng của ô tô truyền xuống mặt đường qua bánh xe (Gb1);

- Lực đẩy từ khung xe đặt tại tâm trục bánh xe, hướng theo chiều chuyển động, ký hiệu là Px;

- Phản lực pháp tuyến từ đường tác dụng lên bánh xe đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, ký hiệu là Z1;

- Phản lực tiếp tuyến song song với mặt đường và ngược chiều chuyển động của xe, ký hiệu là Pf1;

Ngoài ra còn có mô men mát sát trong ổ trục, mô men quán tính

Hình 1.6 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe đàn hồi lăn trên đường cứng Trong trường hợp bánh xe đàn hồi lăn trên đường không biến dạng nên khi bánh xe lăn chỉ có các phần tử của lốp bị biến dạng Các phần tử của lốp ở phía trước lần lượt tiếp xúc với đường và bị nén lại Các phần tử của lốp ở phía sau sẽ lần lượt ra khỏi khu vực tiếp xúc và phục hồi lại trạng thái ban đầu Như vậy sẽ xuất hiện lực ma sát giữa các phần tử của lốp, ma sát giữa lốp với đường

và phát sinh lực cản chuyển động Nếu lốp có độ đàn hồi lý tưởng thì năng lượng tiêu hao để ép các phần tử của lốp phía trước sẽ được khôi phục lại hoàn toàn ở các phần tử của lốp phía sau và khi đó áp lực lên mặt đường sẽ phân bố đều trên khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Nhưng thực tế, phần năng lượng tiêu hao cho biến dạng ở các phần tử trước của lốp không được trả lại hoàn toàn mà một phần đã biến thành nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh Do vậy áp lực lên mặt đường phân bố không đều như hình 1.6 nên điểm đặt của tổng hợp lực dịch về phía trước một khoảng a1 so với tâm mặt tiếp xúc

Để xác định trị số của lực cản lăn bằng cách viết phương trình cân bằng

mô men các lực đối với tâm trục bánh xe:

f r P a

Z1. 1  1. hoặc Z1.a1 G b1.a1 P x'.r đ (1.60)

Rút gọn ta được:

đ b đ f

r

a G r

a Z

1 1 1

1   (1.61) Trong đó:

Mô men cản lăn: M f1 P f1.r đ (1.64)

b) Động lực học của bánh xe cứng lăn trên mặt đường đàn hồi

Khác với trường hợp trên là bánh xe cứng nên không biến dạng, còn đường sẽ bị biến dạng

Khi bánh xe lăn, đất sẽ bị biến dạng và tạo thành vết lún Sự biến dạng này sẽ tăng nếu tăng tải trọng tác dụng lên bánh xe Do tác dụng tương hỗ giữa bánh xe và mặt đường, các phản lực pháp tuyến riêng phần sẽ phân bố lệch về phía trước Khoảng cách từ điểm đặt hợp lực đến giao điểm của đường thẳng đứng đi qua tâm bánh xe với mặt đường là a1 (hình 1.7) Trường hợp này do bánh xe không bị biến dạng nên tổng hợp lực của Z1 và Pf1 sẽ đi qua tâm trục bánh xe Việc xác định lực cản lăn Pf1 cũng tương tự như trường hợp trên

Hình 1.7 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe cứng lăn trên mặt đường đàn hồi

c) Động lực học của bánh xe đàn hồi lăn trên mặt đường biến dạng

Khi bánh xe lăn, cả bánh xe và mặt đường đều biến dạng Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe đàn hồi lăn trên mặt đường biến dạng (hình 1.8) Theo nghiên cứu cho thấy, trường hợp này độ biến dạng của lốp nhỏ hơn trường hợp 1 và độ biến dạng của đường cũng nhỏ hơn trường hợp 2 Phương pháp xác định lực cản lăn, hệ số cản lăn, mô men cản lăn cũng tương tự như ở trường hợp 1

Hình 1.8 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe đàn hồi lăn trên đường biến dạng

Nhận xét: Khi bánh xe đàn hồi lăn trên đường cứng, giảm lực cản lăn

bằng cách tăng áp suất không khí trong lốp Ngược lại, khi bánh xe đàn hồi lăn trên đường mềm, muốn giảm tổn thất do cản lăn thì phải giảm áp suất không khí

trong lốp

1.2.3.3 Động lực học bánh xe chủ động

Khi bánh xe lăn cũng xảy ra ba trường hợp như đối với bánh xe bị động Ở đây ta chỉ xét trường hợp phổ biến là bánh xe đàn hồi lăn trên đường biến dạng

Khi lăn, bánh xe chịu tác dụng của các lực sau:

- Phần trọng lượng của ô tô, máy kéo tác dụng lên mỗi bánh xe, ký hiệu là

- Hợp lực của các phần tử phản lực pháp tuyến riêng phần từ đường tác dụng lên bánh xe được ký hiệu là R và phản lực tiếp tuyến T hướng theo chiều chuyển động của xe Điểm đặt các lực này sẽ nằm tại điểm cách giao điểm của đường thẳng đứng với mặt đường một đoạn là a2 (hình 1.9)

Hình 1.9 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe chủ động

Để xác định lực cản lăn, hệ số cản lăn, ta viết phương trình cân bằng mô men các lực đối với tâm trục bánh xe, ta có:

đ R T T

R

k Z Z a X X r

M  (  ). 2  (  ). (1.65) Trong đó:

T

R Z Z

Z2   và X T X R  X K (1.66)

Ở đây:

Z2 – Hợp lực của các phản lực thẳng góc lên bánh xe chủ động;

XK – Hợp lực của các phản lực tiếp tuyến

Thay các công thức (1.66) vào (1.65) ta có:

đ K

k Z a X r

M  2. 2  (1.67) Mặt khác ta lại có:

2 2

2 2 2

2 a G b .a P f .r đ M f

Z    (1.68)

Mf2 – Mô men cản lăn của bánh xe chủ động;

Nên lực cản lăn của bánh xe chủ động:

đ b đ f

r

a G r

a Z

2 2 2

2   (1.69)

Do ảnh hưởng của Mk nên a2>a1, điều đó chứng tỏ hệ số cản lăn của bánh

xe chủ động lớn hơn bánh xe bị động Nhưng trong tính toán, để đơn giản gần đúng coi là như nhạu, nghĩa là: f1  f2  f ;

1.2.3.4 Sự trượt của bánh xe chủ động

Khi bánh xe lăn, dưới tác dụng của mô men xoắn chủ động, các bánh xe

có mấu bám tác dụng vào đất ép đất theo phương nằm ngang và có chiều ngược với chiều chuyển động của xe Đất bị nén về phía sau một đoạn làm cho trục bánh xe dịch chuyển về phía sau một đoạn so với trường hợp đất không bị biến dạng, đó chính là bản chất của hiện tượng trượt bánh xe chủ động Mặt khác, sự biến dạng theo hướng tiếp tuyến (biến dạng vòng) của các thớ lốp do tác dụng của mô men xoắn Mk cũng làm giảm vận tốc của xe gây ra sự trượt Điều đó được giải thích rằng, các phần tử của lốp khi đi vào vùng tiếp xúc bị nén lại làm cho bán kính thực tế của bánh xe nhỏ lại, quãng đường mà bánh xe đi được sau một vòng quay sẽ giảm đi Vì vậy do mô men xoắn Mk là một trong các nguyên nhân gây ra sự trượt Ngoài ra còn nhiều nguyên nhân khác như tải trọng tác dụng, cấu tạo vật liệu lốp, áp suất không khí trong lốp và điều kiện đường sá

* Xác định hệ số trượt

Sự trượt của bánh xe chủ động được đánh giá bằng hệ số trượt, ký hiệu là

 và được tính theo công thức sau:

% 100 ).

1 ( 1

lt bx lt

lt

lt

r

r v

v v

v v

 - Hệ số trượt tính theo %;

v1t - Vận tốc lý thuyết của ô tô, máy kéo;

v – Vận tốc thực tế của ô tô, máy kéo;

rb - Bán kính thực tế của bánh xe chủ động;

n0 – Số vòng quay không tải của bánh xe chủ động;

nb – Số vòng quay thực tế của bánh xe chủ động

Thực tế, rất khó xác định bán kính lý thuyết một cách chính xác, có thể xác định bán kính lý thuyết bằng cách đo số vòng quay không tải của bánh xe chủ động

Hiện tượng trượt xảy ra đối với ô tô, máy kéo gây ảnh hưởng xấu tới chỉ tiêu kinh tế của nó Vì thế cần thiết phải giảm trượt bằng cách tăng cường chất lượng bám của bánh xe với mặt đường

1.3 Động lực học máy kéo bánh xích

1.3.1 Các lực tác dụng lên máy kéo bánh xích

Xét trường hợp tổng quát: Máy kéo xích chuyển động có kéo moóc (hoặc làm việc với máy canh tác) trên địa hình dốc và có gia tốc (hình 1.10) Khi đó máy kéo xích chịu tác dụng của các lực sau đây:

G – Trọng lượng máy kéo xích;

Pm – Lực kéo moóc hay máy canh tác;

Pj – Lực quán tính;

Z – Phản lực của đất lên xích;

Pf – Lực cản lăn khi máy kéo chuyển động;

Pk – Lực kéo tiếp tuyến

Hình 1.10 Sơ đồ lực tác dụng lên máy kéo xích

a) Lực kéo tiếp tuyến

Lực kéo tiếp tuyến là phản lực của đất tác dụng lên dải xích Khi máy kéo chuyển động xích tác dụng lên mặt đất làm đất bị biến dạng và đất sẽ tác dụng lên dải xích một lực ngược lại, theo chiều chuyển động của máy, đẩy máy về phía trước Lực này gọi là lực kéo tiếp tuyến

Mô men quay từ động cơ được truyền qua hệ thống truyền lực đến bánh sao chủ động và mô men từ bánh sao chủ động khi truyền xuống mặt đất thông qua dải xích phải chịu một lượng tổn thất do lực ma sát trong bản thân dải xích, lực quán tính ở các bánh sao và các khâu của dải xích Do đó lực kéo tiếp tuyến được tính theo công thức sau:

l

jk rl k k

r

M M M

P    (1.72) Trong đó:

Mk – Mô men do động cơ truyền đến bánh sao chủ động;

Mrl – Mô men ma sát trong các khâu khớp của nhánh xích chủ động do

mô men xoắn của bánh sao chủ động gây nên;

Mjk – Mô men các lực quán tính của bánh sao chủ động và các khâu của xích;

rl – Bán kính lăn của bánh sao chủ động

Mô men Mrl được tính như sau:

Khi bánh xe đè xích cuối cùng chuyển động từ khâu xích A sang khâu kế tiếp thì khâu A quay cùng chiều kim đồng hồ quanh khớp 1 một góc 1 (hình 1.11), đồng thời khớp 2 cũng quay ngược chiều kim đồng hồ một góc 1 Còn khâu B khi chạy quanh bánh sao chủ động cũng quay quanh khớp 3 một góc 

Hình 1.11 Sơ đồ tính toán mô men ma sát trong các khâu khớp

Như vậy công ma sát trong các khớp 1,2 và 3 là:

L f r.T.r c( 2 1  ) (1.73) Trong đó:

1, - Các góc quay khi khâu xích chuyển động (xem hình 1.11)

Nếu gọi z là tổng số răng của bánh sao chủ động thì khi bánh sao quay được một vòng, công ma sát theo công thức (1.73) tăng lên z lần do đó mô men

.

f

M r c rl

Khác với ô tô và máy kéo bánh, điểm đặt lực kéo moóc được quy định đặt tại giao điểm của phương mặt phẳng vuông góc với mặt địa hình đi qua tâm của bánh sao chủ động và được gọi là điểm đặt lực kéo moóc giả định

c) Lực quán tính của máy kéo

Lực quán tính xuất hiện khi máy kéo chuyển động có gia tốc Trong trường hợp tổng quát nó bao gồm lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến và khối lượng chuyển động quay Lực quán tính tổng cộng được thu gọn thành một lực đặt tại trọng tâm máy kéo và được xác định theo công thức:

J

g G

P j  t . (1.75)

Trong đó:

t

 - Hệ số kể đến ảnh hưởng của các chi tiết quay;

G – Trọng lượng của máy kéo;

J – Gia tốc tịnh tiến của máy kéo

Phương của lực Pj song song với mặt đường máy kéo chuyển động, chiều của nó xác định như sau:

Khi máy kéo chuyển động nhanh dần, Pj có chiều ngược với chiều chuyển động Ngược lại khi máy kéo chuyển động chậm dần thì Pj có hướng cùng chiều chuyển động

d) Lực cản lăn

Lực cản lăn của máy kéo xích gồm lực cản lăn do chèn dập đất (nhóm 1)

và lực cản lăn do ma sát giữa các bánh xe đè với dải xích và ma sát do lực căng ban đầu gây ra ở các khâu xích (nhóm 2)

* Lực cản do chèn dập đất

Trong quá trình chuyển động, dải xích đè đất lún xuống làm cho các lớp đất bề mặt bị chèn dập, kết quả là tạo thành vết xích trên mặt đường Trong quá trình biến dạng, đất đá làm cản trở sự chuyển động của dải xích và xuất hiện lực cản chèn dập Lực cản chèn dập sinh ra không chỉ do lực cản ở tiết diện mặt đầu (tiết diện phần xích trước bị lún xuống đất) của dải xích mà còn sinh ra trên cả tiết diện dải xích do các bánh đè phía sau vẫn tiếp tục làm biến dạng đất

Quá trình sinh ra lực cản chèn dập của đất được minh họa ở hình 1.12

Khi bánh xe đè thứ nhất đi qua, đất bị lún xuống một độ sâu h0 Sau đó, chỗ lún được phục hồi lại ở mức độ nào đó rồi lại bị bánh xe đè thứ hai tác dụng làm cho lún sâu hơn Quá trình cứ tiếp diễn như thế cho đến khi bánh xe đè cuối cùng đi qua Kết quả đất bị lún xuống một độ sâu h (h>h0)

Trong quá trình chuyển động như vậy máy kéo đã sinh ra một công nào

đó để làm biến dạng đất, công đó được tính theo công thức sau:

L cd P fl.S (1.76) Trong đó:

Pfl – Lực cản chèn dập đất;

S – Quãng đường đi được của máy kéo

Mặt khác, công đó chính là công máy kéo cần sinh ra để làm biến dạng đất tạo nên vết xích trên mặt đường Công này được tính cho hai bánh xe đè thứ nhất như sau:

0 '

1 2 p.b.S.h

L cd  (1.77) Trong đó:

p – Áp suất trung bình của dải xích tác dụng lên đất;

b – Bề rộng một dải xích;

h0 – Độ lún của đất do bánh đè xích thứ nhất gây lên

Khi các bánh đè xích thứ nhất đi qua, các bánh đè tiếp theo lại tác dụng lên đất làm lún sâu thêm Do đó, công do các bánh xe đè còn lại sinh ra sau khi

đi được quãng đường S được tính như sau:







n i

i

cd p b S h L

1

'

2 2 (1.78) Trong đó:

n – Số bánh xe đè xích còn lại sau bánh xe đè đầu tiên;

hi – Độ lún của đất do bánh xe đè thứ i gây ra

Công chủ động bằng công cản cho nên ta có phương trình:

' 2 '

cd

cd L L

L   (1.79) Thay các công thức (1.76), (1.77), (1.78) vào công thức (1.79) ta được:

i

fl S p S h p b S h P

1

2

Để đơn giản cho quá trình tính toán ta coi độ võng của từng nhịp xích bằng nhau và bằng ½ độ lún của bánh đè xích thứ nhất, nghĩa là:

0

5 ,

0 h

h i  (1.81) Thay (1.81) vào (1.80) và biến đổi đi ta có:

) 2 ( b h0 n p

P fl   (1.82)

Hệ số cản chèn dập:

) 2 1 (

2

) 2 (

1

n l

h l

b p

n h b p G

P

f  fl     (1.83) Trong đó:

l – Chiều dài mặt tựa xích;

G – Trọng lượng máy kéo, G 2 p.b.l

Theo kết quả nghiên cứu của Ôpâycô đối với bề mặt tiếp xúc là hỉnh chữ nhật (tương tự bề mặt tựa xích) ta có:

0 l.b E

p

h  (1.84) Trong đó:

E là mô đun đàn hồi của đất

Thay (1.84) vào (1.83) ta có:

3 5 1

4

) 2 (

b l E

n G

f   (1.85)

Nhận xét: Hệ số càn chèn dập đất phụ thuộc vào trọng lượng máy kéo, kích

thước bề mặt tựa xích (áp suất lên đất), tính chất cơ lý của đất và số lượng bánh

đè xích

* Lực cản do ma sát trong hệ thống xích

Lực cản do ma sát trong hệ thống xích gồm: Lực cản do ma sát giữa các bánh đè với dải xích và ma sát do lực căng ban đầu gây ra trong các khớp của nhánh xích bị động Hệ số cản lăn do ma sát giữa bánh xe đè với dải xích và ma sát do lực căng ban đầu gây ra trong các khớp của nhánh xích bị động ký hiệu là

f2 và được tính như sau:

Gọi lực căng ban đầu của dải xích là T0: Lực T0 gây ra mô men cản do ma sát trong các khớp của nhánh xích bị động khi chuyển động Mô men này khi thu gọn về trục bánh sao được tính như sau:

( )

2

4

3 1 2

0 '

M (1.86) Trong đó:

2

.

r

r f G

r  (1.87) Trong đó:

f0 – Hệ số ma sát thu gọn, tính đến ma sát lăn của các bánh xe đè trên dải xích và ma sát trong ổ bi của các bánh đè (hệ số này có đơn vị là mm);

r0 – Bán kính bánh xe đè;

rl – Bán kính lăn của bánh sao chủ động

2 '

1 2

0

2

4

r

r f G r

z T f

Hệ số cản do ma sát trong hệ thống xích gây ra:

0 0 3

1 2

0 2

2

) (

2

4

r f G G

r

r z T f G r

M f

l l l

c r l

Rút gọn ta có:

0

0 3 1 2

0 2

) (

.

4

r

f G

t

r T f

0

0 3 1 2

0

.

4 4

) 2 (

r

f G

t

r T f b l E

n G

f    r c         (1.92) Lực cản lăn của máy kéo xích sẽ là:

Pf = f.G (1.93)

1.3.2 Phương trình cân bằng động lực học của máy kéo xích

Khi máy kéo xích chuyển động, lực kéo tiếp tuyến cân bằng với các lực cản chuyển động Trong trường hợp tổng quát, phương trình cân bằng động lực học của máy kéo xích như sau:



G P P P

P k  m  f  j  sin  (1.94)

Chú ý:

- Dấu của Pj phụ thuộc vào máy kéo chuyển động nhanh dần hay chậm dần;

- Dấu của lực Gsin  phụ thuộc vào máy kéo lên dốc hay xuống dốc

- P là lực cản không khí, trong thực tế máy kéo xích chuyển động với vận tốc thấp do đó có thể bỏ qua, khi đó phương trình cân bằng động lực học của máy kéo xích được viết như sau:



sin

G P P P

P k  m  f  j  (1.95)

1.3.3 Phân bố áp suất trên mặt tựa xích

Phân bố áp suất trên mặt tựa xích phụ thuộc vào tâm áp lực, loại hệ thống treo, đặc điểm địa hình nơi máy kéo làm việc Để xác định phân bố áp suất trên mặt tựa xích trước hết phải xác định tâm áp lực của máy kéo xích

a) Tâm áp lực của máy kéo xích

Tâm áp lực của máy kéo xích chính là điểm đặt lực tổng hợp của áp lực mặt đất tác dụng lên dải xích xét trong mặt phẳng dọc Nghĩa là mô men phản lực của đất tác dụng lên dải xích đối với tâm áp lực bằng không

Xét máy kéo xích làm việc trong trường hợp tổng quát Tâm áp lực là điểm C, tọa độ của điểm C được xác định bởi khoảng cách b0 trên hình 1.10

Phương trình mô men của các ngoại lực đối với tâm áp lực C như sau:

0 ) (

sin

cos ).

sin ( ) (

cos

Trong đó:

b0 - Khoảng cách từ điểm tâm đối xứng của mặt tựa xích đến tâm áp lực;

a0 - Khoảng cách từ trọng tâm máy và tâm đối xứng của mặt tựa xích;

hg, hm - Tung độ của trọng tâm máy kéo và điểm đặt lực moóc kéo giả định;

h1 - Cánh tay đòn của lực cản chèn dập đất

Biến đổi công thức (1.96), bỏ qua thành phần Pf1.h1, ta có:

sin cos

) sin cos ( ).

sin (

a P

G

b h

P h P G

b

m

m m g j

sin

) sin cos (.

a P

G

b h

P b

- Qua các công thức (1.97), (1.98) ta thấy b0 phụ thuộc vào a0 nên khi thiết

kế đối với máy kéo nông nghiệp nên duy trì khoảng cách a0 trong khoảng:

l

a0  ( 0 , 05  0 , 08 ) ;

- b0 càng lớn thì khả năng bám của máy kéo càng giảm vả lực cản lăn càng tăng

b) Phân bố áp suất trên mặt tựa của xích

* Trường hợp phân bố áp suất đều

Trường hợp phân bố áp suất đều lên mặt tựa xích là trường hợp đơn giản

và lý tưởng nhất đối với máy kéo xích (hình 1.14)