Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tính chất động lực học của hệ thống vi sai và ảnh hưởng của hệ số khoá vi sai đến tính năng kéo bám của máy kéo

Nghiên cứu nắm vững các tính năng ñó không những giúp cho việc khai thác sử dụng máy kéo có hiệu quả mà còn góp phần quan trọng trong công tác thiết kế máy mới, cải tiến máy ñã có, ñồng

TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

Vài nột về vấn ủề nghiờn cứu

Máy kéo nông nghiệp có những đặc trưng riêng biệt so với máy kéo công nghiệp Máy được thiết kế để làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, không cố định mà phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố ngoại cảnh như điều kiện đất đai, địa hình, đường xá, lực cản và các biến động môi trường khác Vì vậy, hiệu suất làm việc và độ bền của máy phụ thuộc vào việc chọn đúng loại máy, phù hợp với loại đất, độ dốc và tải trọng công việc.

Hệ thống truyền lực của máy kéo có tác dụng truyền mô men quay từ ủộng cơ ủến cỏc bỏnh xe chủ ủộng và ủến cơ cấu làm việc Do vậy nú ủược thiết kế chế tạo với ủiều kiện tốc ủộ chuyển ủộng, lực kộo, mụ men cản tỏc ủộng lờn cỏc bỏnh xe chủ ủộng là luụn thay ủổi theo ủiều kiện làm việc, tớnh chất cụng việc và tỡnh trạng mặt ủường

Năng suất của máy kéo và lượng nhiên liệu tiêu hao phụ thuộc vào các chế ủộ sử dụng cụng suất ủộng cơ, hiệu quả ủạt cao nhất khi sử dụng tải trọng gần tới cụng suất cực ủại của ủộng cơ Tải trọng ủặt lờn ủộng cơ phụ thuộc vào lực cản chuyển ủộng của mỏy kộo khi thực hiện cỏc cụng việc khỏc nhau và tốc ủộ chuyển ủộng của nú Vỡ vậy trong thời gian mỏy kộo làm việc lực cản thay ủổi, ủể giữ ở chế ủộ làm việc cú lợi nhất của ủộng cơ cần thay ủổi tương ứng tốc ủộ chuyển ủộng ở những số truyền thớch hợp của mỏy kộo Với mức tải trọng sao cho cụng suất của ủộng cơ luụn bằng 80% ữ 90% cụng suất ủịnh mức Neh

Khi mỏy kộo quay vũng hoặc di chuyển trờn ủường khụng bằng phẳng thỡ bỏnh xe chủ ủộng bờn trỏi và bờn phải quay với vận tốc gúc khỏc nhau do tỏc ủộng của mụ men cản lờn hai bỏnh xe chủ ủộng khỏc nhau Nếu hai bỏnh xe chủ ủộng quay với vận tốc như nhau thỡ sẽ cú một bỏnh xe chủ ủộng nào ủú bị trượt quay cũn bỏnh kia bị trượt lết, làm cho lốp và hệ thống truyền lực

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 5 hao mũn nhanh Cho nờn ở cầu chủ ủộng của mỏy kộo bỏnh cú trang bị bộ vi sai, cho phộp truyền mụ men quay tới cỏc bỏnh xe chủ ủộng với vận tốc gúc khỏc nhau Trong thực tế cú nhiều trường hợp một bỏnh xe chủ ủộng rơi xuống hố ủất tơi làm cho bỏnh ủú bị trượt quay (hệ số bỏm ϕ≈0), cũn bỏnh kia thỡ vẫn quay bỡnh thường ðặc biệt là khi mỏy kộo làm việc trờn ủồi dốc ngang thỡ lực kộo tiếp tuyến giữa cỏc bỏnh xe chủ ủộng luụn khỏc nhau, làm ảnh hưởng ủến tớnh năng kộo bỏm, tớnh ổn ủịnh của mỏy kộo ðể khắc phục ủược vấn ủề trờn cần phải khoỏ tức thời bộ vi sai ủể liờn kết cứng hai bỏn trục lại với nhau nhằm tăng lực kộo tiếp tuyến khắc phục ủược hiện tượng trượt, nhưng phải tự ủộng mở khoỏ vi sai khi xoay bỏnh dẫn hướng một gúc khoảng 7ữ 8 0 Với những vấn ủề nờu trờn, việc nghiờn cứu tớnh chất ủộng lực học của bộ vi sai cú khúa tự ủộng ủể cải tiến khoỏ vi sai cơ học và thiết kế chế tạo mới cỏc loại khúa tự ủộng của mỏy kộo là một vấn ủề cần thiết Từ cỏc kết quả nghiờn cứu giỳp ta xõy dựng ủược khả năng làm việc của mỏy kộo cú hiệu quả nhất.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Lực và mụ men tỏc dụng lờn ụtụ - mỏy kộo khi chuyển ủộng

Khi động cơ hoạt động ở công suất và mô-men quay xác định, lực quay và công suất được truyền qua hệ thống truyền lực từ động cơ đến các bánh xe chủ động Quá trình truyền lực bao gồm hộp số, bộ truyền động và các cơ cấu liên quan, giúp chuyển đổi mô-men quay thành lực kéo và tạo động lực cho xe di chuyển Nhờ tối ưu hóa hệ thống truyền lực, công suất và mô-men quay được tận dụng hiệu quả để tăng tốc, duy trì vận tốc và cải thiện khả năng bám đường trong mọi tình huống.

Hình 2.1 trình bày sơ đồ khái quát của hệ thống truyền lực máy kéo 4x2, gồm năm thành phần chính: động cơ, ly hợp chính, hộp số, truyền lực trung ương và truyền lực cuối cùng Động cơ cung cấp nguồn lực cho toàn hệ thống, ly hợp chính cho phép ngắt liên kết giữa động cơ và hộp số, hộp số điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn, truyền lực trung ương chuyển động từ hộp số tới truyền lực cuối cùng và truyền lực cuối cùng truyền lực tới các trục và bánh xe Sơ đồ này cho phép hình dung cách các bộ phận liên kết với nhau để truyền động từ động cơ tới bánh xe trên máy kéo 4x2.

Mụ men quay do ủộng cơ truyền ủến cỏc bỏnh chủ ủộng ủược gọi là mụ men chủ ủộng, thường ký hiệu là MK

Hỡnh 2.1 S ơ ủồ h ệ th ố ng truy ề n l ự c c ủ a mỏy kộo bỏnh

1- ðộng cơ, 2- Ly hợp, 3- Hộp số, 4- Truyền lực chính, 5- Truyền lực cuối cùng

Giỏ trị mụ men quay MK phụ thuộc vào mụ men quay của ủộng cơ Me, tỷ số truyền i và hiệu suất ηm của hệ thống truyền lực Ngoài ra nó còn phụ thuộc rất nhiều vào chế ủộ chuyển ủộng của mỏy kộo

Khi mỏy kộo chuyển ủộng ổn ủịnh:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 14

MK = Me.i ηm (2.1) với i = ih iT + ic

Trong ủú: Me: Mụ men quay của ủộng cơ i, ηm: Tỉ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực ih; : Tỉ số truyền của hộp số và truyền lực trung ương ic: Tỉ số truyền của truyền lực cuối cùng Khi mỏy kộo chuyển ủộng khụng ổn ủịnh: dt

J ;d dt ω: Mụ men quỏn tớnh của cỏc chi tiết chuyển ủộng khụng ủều trong ủộng cơ quy ủổi ủến trục khuỷu và gia tốc ủộng cơ x x

J ;d dt ω : Mô men quán tính và gia tốc của chi tiết thứ x trong hệ thống truyền lực k k

J ;d dt ω : Mụ men quỏn tớnh và gia tốc của bỏnh xe chủ ủộng

Trong cụng thức (2.2), dấu (+) ủược sử dụng trong trường hợp chuyển ủộng chậm dần và dấu (-) ủược sử dụng trong trường hợp chuyển ủộng nhanh dần

Mối liên hệ giữa gia tốc của máy kéo và gia tốc góc của bánh xe chủ ủộng cú thể ủược biểu diễn bằng biểu thức: k k k d d r a r dt dt i ω ω

= Trong ủú: a: Gia tốc tịnh tiến của mỏy kộo rk: Bỏn kớnh bỏnh xe chủ ủộng i: Tỉ số truyền chung của hệ thống truyền lực

Từ ủú suy ra hệ thức sau: r i. a dt d k ω x k x i. r a dt dω k k r a dt dω Sau khi thay cỏc giỏ trị vào cụng thức (2.2) và bằng phộp biến ủổi ủơn giản ta nhận ủược: ak k k M M

Trong ủú: Mk: Mụ men chủ ủộng của mỏy kộo khi chuyển ủộng ổn ủịnh

Mak: Mô men của các lực quán tính của các khối lượng quay khụng ủều quy ủổi ủến bỏnh xe chủ ủộng

Trong cụng thức (2.3), dấu (+) ủược sử dụng trong trường hợp chuyển ủộng chậm dần và dấu (-) ủược sử dụng trong trường hợp chuyển ủộng nhanh dần

Như vậy khi chuyển số, lực truyền động không chỉ phụ thuộc vào mô-men quay của động cơ, tỉ số truyền i và hiệu suất ηm của hệ thống truyền lực mà còn chịu tác động của mô-men quán tính của các khối lượng quay và của bánh xe chủ động Quá trình sang số càng có mô-men quán tính lớn thì sự gia tăng giảm vòng tua và đáp ứng lực kéo sẽ càng chậm, đòi hỏi kiểm soát mượt mà hơn từ hệ truyền động Vì vậy, việc tối ưu hóa tỉ số truyền và quản lý hiệu suất truyền lực đồng thời với việc giảm tác động của mô-men quán tính là yếu tố then chốt để đảm bảo sang số êm ái và tiết kiệm nhiên liệu Thiết kế và vận hành hệ truyền động cần xem xét cả động lực học quay của động cơ, flywheel và các khối lượng quay khác, cũng như tải trọng và ma sát giữa bánh xe và mặt đường để duy trì ổn định trong suốt quá trình sang số.

Khi mỏy kộo chuyển ủộng nhanh dần, thành phần mụ men quay Mk ủúng vai trũ là mụ men cản và mụ men chủ ủộng của mỏy kộo nhỏ hơn so với trường hợp chuyển ủộng ủều (M ′ k < M k ) Ngược lại khi mỏy kộo chuyển ủộng

M k r k chậm dần, thành phần mô men quay Mk sẽ bổ xung thêm cho mô men chủ ủộng (M′ k > M k )

2.1.2 Khỏi niệm về lực kộo, lực bỏm và hệ số bỏm của bỏnh xe chủ ủộng

Trong quỏ trỡnh tỏc ủộng tương hỗ giữa bỏnh xe với mặt ủường hoặc ủất xảy ra rất phức tạp, song về nguyờn lý làm việc của bỏnh xe chủ ủộng cú thể biểu diễn như hình vẽ sau:

Hỡnh 2.2 S ơ ủồ nguyờn lý làm vi ệ c c ủ a bỏnh xe ch ủ ủộ ng

Dưới tỏc dụng của mụ men chủ ủộng bỏnh xe tỏc ủộng lờn mặt ủường một lực tiếp tuyến P, ngược lại mặt ủường tỏc dụng lờn bỏnh xe một phản lực tiếp tuyến P k cựng chiều chuyển ủộng với mỏy kộo cú giỏ trị bằng lực P (P k P) Phản lực P k cú tỏc dụng làm cho mỏy chuyển ủộng

Do vậy phản lực tiếp tuyến Pk ủược gọi là lực kộo tiếp tuyến, ủụi khi cũn ủược gọi là lực chủ ủộng

Về bản chất, lực kộo tiếp tuyến Pk là phản lực của ủất tỏc dụng lờn bỏnh xe do mụ men chủ ủộng gõy ra, cú chiều cựng chiều với chiều chuyển ủộng của máy kéo

Giỏ trị lực kộo tiếp tuyến khi mỏy kộo chuyển ủộng ổn ủịnh ủược xỏc ủịnh theo cụng thức: e m k k k k

Trong ủú: Mk: Mụ men chủ ủộng

M e : Mụ men của ủộng cơ i, ηm: Tỉ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực rk: Bỏn kớnh bỏnh xe chủ ủộng Qua ủú ta thấy rằng, lực kộo tiếp tuyến sẽ ủạt ủược giỏ trị cực ủại Pkmax khi sử dụng tỉ số truyền lớn nhất i = imax và mô men Me = Memax

Khi mỏy kộo chuyển ủộng khụng ổn ủịnh thỡ mụ men chủ ủộng cũn phụ thuộc vào gia tốc và mụ men quỏn tớnh của cỏc chi tiết chuyển ủộng quay khụng ủều trong hệ thống truyền lực và trong ủộng cơ Nờn lực kộo ủược xỏc ủịnh bằng: k ak k k k k r

′ Trong ủú: M ′ k : Mụ men chủ ủộng của mỏy kộo khi chuyển ủộng khụng ổn ủịnh

Mak: Mô men của các lực quán tính của các khối lượng quay khụng ủều quy ủổi ủến bỏnh xe chủ ủộng

Pk, P′ k : Lực kộo tiếp tuyến khi chuyển ủộng ổn ủịnh và khụng ổn ủịnh

Giá trị lực kéo không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay từ ủộng cơ mà cũn phụ thuộc vào khả năng bỏm của bỏnh xe với ủất hoặc mặt ủường Khi bỏnh xe khụng cũn khả năng bỏm sẽ xảy ra hiện tượng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 18 trượt quay hoàn toàn, lỳc ủú trị số của lực kộo tiếp tuyến cũng ủạt ủến giỏ trị cực ủại

Giỏ trị cực ủại của lực kộo tiếp tuyến theo khả năng bỏm của bỏnh xe ủược gọi là lực bỏm Pϕ, nghĩa là:

Về bản chất, lực bỏm ủược tạo thành bởi hai thành phần chớnh: lực ma sỏt giữa xe và mặt ủường, sức chống cắt của ủất sinh ra do tỏc ủộng của cỏc mấu bỏm Khi chuyển ủộng trờn ủường cứng, lực bỏm ủược tạo thành do lực ma sỏt, cũn khi chuyển ủộng trờn nền ủất mềm lực bỏm ủược tạo thành do cỏc lực ma sỏt và lực chống cắt của ủất Do vậy lực bỏm sẽ phụ thuộc vào ủặc ủiểm cấu tạo của bỏnh xe, cơ lý tớnh của ủất và tải trọng phỏp tuyến

Tỷ số giữa lực bỏm và tải trọng phỏp tuyến ủược gọi là hệ số bỏm và ủược ký hiệu là ϕ

ðộng học, ủộng lực học của cơ cấu vi sai

2.2.1 ðộng học cơ cấu vi sai

Sơ ủồ ủộng học và ủộng lực học của cơ cấu vi sai ủược trỡnh bày trờn hình 2.8.Vỏ vi sai 2 gắn liền với bánh răng vành chậu 5 của truyền lực chính nờn 2 luụn quay cựng tốc ủộ với 5 Trong vỏ 2 cú cỏc bỏnh răng hành tinh 1, số lượng cỏc bỏnh răng hành tinh phụ thuộc vào ủại lượng mụ men xoắn cần truyền

Hỡnh 2.8 S ơ ủồ ủộ ng h ọ c c ơ c ấ u vi sai

Trong hộp vi sai của ôtô và máy kéo, hệ bánh răng hành tinh thường có 2 hoặc 4 bánh răng hành tinh Các bánh răng hành tinh quay tự do trên trục của chúng và ăn khớp với bánh răng mặt trời và bánh răng vành ngoài, nhờ đó truyền mô-men và điều chỉnh tỉ lệ truyền động giữa các trục Nhờ cấu hình này, hệ bánh răng hành tinh trong hộp vi sai cho phép phân phối lực giữa các trục một cách linh hoạt và cải thiện khả năng dẫn động khi xe hoạt động ở các điều kiện khác nhau.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 25 quay cựng với vỏ vi sai 2 trong mặt phẳng thẳng ủứng, cỏc bỏn trục quay làm cho các bánh xe quay

Vi sai là cơ cấu 2 bậc tự do, khi ụtụ và mỏy kộo bỏnh hơi chuyển ủộng thẳng thỡ lực cản ở hai bỏnh chủ ủộng bằng nhau và bỏn kớnh lăn của hai bỏnh cũng bằng nhau nờn cỏc bỏnh răng bỏn trục cú cựng tốc ủộ quay với vỏ hộp vi sai Lúc này các bánh răng hành tinh không quay xung quanh trục của nó mà chỉ có tác dụng như một cái nêm nối cứng vỏ vi sai với các bánh răng bán trục và quay cựng tốc ủộ với vỏ hộp vi sai

Khi máy làm việc trên địa hình không bằng phẳng hoặc tải trọng thay đổi, bánh răng gần trục trong hộp số hành tinh chịu lực cản lớn hơn và quay chậm lại Lực cản tăng lên này làm tăng tải cho bánh răng mặt trời liên kết với nó, từ đó ảnh hưởng đến toàn bộ hệ truyền động trên các bánh răng hành tinh Các bánh răng hành tinh quay quanh trục hộp số và lăn trên vòng ngoài, làm cho các thành phần phía ngoài liên kết với trục ngoài có thể quay nhanh hơn dù chịu lực cản ở đó nhỏ hơn Nhờ cấu trúc đặc thù của hộp số hành tinh, sự phân bổ tải trọng giữa các bánh răng hành tinh giúp duy trì sự ăn khớp giữa các bánh răng và tối ưu hóa hiệu suất truyền động.

Theo tớnh chất của cơ cấu vi sai ủơn tỷ số truyền giữa hai bỏn trục sẽ là:

Tỷ số truyền giữa các bán trục và bánh răng hành tinh:

- ðối với bán trục quay nhanh: c

- ðối với bán trục quay chậm:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 26 c k 2 ω ω ω − r rc

Trong ủú: ω1, ω2: Tốc ủộ gúc của bỏn trục bờn trỏi và bờn phải ωk, ωc: Tốc ủộ gúc của vỏ hộp vi sai (khõu dẫn) và bỏnh răng hành tinh r, rc: Bán kính của bánh răng bán trục và bánh răng hành tinh

Từ các phương trình trên ta rút ra: r rc k c

Từ các phương trình trên ta có thể suy ra rằng: khi máy kéo chuyển ủộng thẳng ω1 = ω2 = ωk và ωc = 0, nghĩa là hai bỏn trục và vỏ hộp vi sai quay cựng tốc ủộ với nhau, cũn cỏc bỏnh răng hành tinh khụng quay xung quanh trục của nú (khụng cú chuyển ủộng tương ủối) Khi bỏnh răng hành tinh cú chuyển ủộng quay quanh mỡnh nú (ωc ≠ 0) thỡ cỏc bỏn trục sẽ ủược quay với tốc ủộ khỏc nhau, một bỏn trục ủược quay nhanh hơn và bỏn trục kia sẽ quay chậm hơn so với tốc ủộ quay của vỏ hộp vi sai Tốc ủộ quay của bỏn trục quay nhanh ủược tăng lờn bao nhiờu thỡ tốc ủộ quay của bỏn trục quay chậm sẽ giảm xuống bấy nhiêu

2.2.2 ðộng lực học cơ cấu vi sai [14]

Khi cú chuyển ủộng tương ủối giữa cỏc bỏn trục, trong hộp vi sai sẽ xuất hiện mụ men ma sỏt MT Một phần mụ men ma sỏt MT ủược sinh ra do sự quay tương ủối giữa bỏn trục chạy nhanh với vỏ hộp vi sai với vận tốc (ω1- ωk), phần cũn lại ủược sinh ra do sự quay tương ủối giữa bỏn trục chạy chậm

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật trình bày một nghiên cứu về hộp số vi sai với sự chênh lệch vận tốc giữa các trục ωk và ω2, nhằm phân tích tác động của ma sát nội cơ cấu lên công suất tiêu hao Công suất tiêu hao do ma sát nội cơ cấu vi sai được xác định thông qua các tham số liên quan, thể hiện qua hệ số k và các thành phần vận tốc liên quan, từ đó đánh giá hiệu suất truyền động và độ bền của hệ thống Nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và số liệu thực nghiệm để đề xuất các giải pháp tối ưu hóa thiết kế và vận hành hộp số vi sai trong các ứng dụng kỹ thuật.

Từ ủú thiết lập phương trỡnh cõn bằng cụng suất trờn cơ cấu vi sai:

Nếu bỏ qua lực ma sỏt trong cỏc gối ủỡ (thực tế lực này khụng ủỏng kể) thỡ phương trỡnh cõn bằng mụ men trờn cơ cấu vi sai ủơn là: Mk = M1 + M2

Kết hợp hai phương trình trên ta rút ra:

Trong ủú: kδ - là hệ số khoỏ vi sai,

Qua các công thức trên cho thấy sự phân bố mô men quay trên các bán trục phụ thuộc vào mụ men ma sỏt trong cơ cấu vi sai Do ủú khi xe quay vũng hoặc di chuyển trờn ủường khụng bằng phẳng, mụ men chủ ủộng trờn cỏc bỏnh xe chạy nhanh sẽ ủược giảm xuống ngược lại trờn bỏnh xe chạy chậm sẽ ủược tăng lờn với cựng một giỏ trị

MT ðối với loại cơ cấu vi sai ủơn, mụ men ma sỏt thường nhỏ và ảnh hưởng khụng ủỏng kể tới sự phõn bố mụ men quay trờn cỏc bỏnh xe chủ ủộng,

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 28 do ủú cú thể bỏ qua Khi ủú sự phõn bố mụ men quay trờn cỏc bỏnh xe sẽ theo quan hệ:

Như vậy, thực tế cơ cấu vi sai ủơn phõn phối mụ men quay ủến cỏc bỏnh xe chủ ủộng coi như là ủều nhau, khụng phụ thuộc vào ủiều kiện chuyển ủộng của xe Tớnh chất này ảnh hưởng xấu ủến tớnh năng kộo bỏm của mỏy kộo khi ủiều kiện bỏm của cỏc bỏnh xe khụng như nhau Nếu một bỏnh xe chủ ủộng khụng ủủ bỏm thỡ lực chủ ủộng do nú tạo ra sẽ ủạt tới lực bỏm P’ϕ Do mụ men chủ ủộng của hai bỏnh luụn bằng nhau (M1 = M2) nờn khụng phỏt huy hết ủược khả năng bỏm của cả hai bỏnh chủ ủộng, lực chủ ủộng của xe chỉ bằng 2 lần lực bỏm của bỏnh xe khụng ủủ bỏm P kmax = 2P’ ϕ Hiện tượng này thường xảy ra ủối với mỏy kộo khi làm việc trờn ủất cú ủộ ẩm khụng ủồng ủều, khi mỏy kộo ủi cày (một bỏnh ủi trờn mặt ủồng cũn bỏnh kia ủi ở rónh ủó cày), hoặc phổ biến nhất là khi mỏy kộo làm việc trờn mặt dốc ngang khi ủú Zph ≠ Ztr ðể khắc phục nhược ủiểm trờn, cỏc mỏy kộo nụng nghiệp thường ủược trang bị cơ cấu khoá vi sai Tuy nhiên khi vi sai bị khoá sẽ rất khó lái nên chỉ sử dụng nó khi một bánh bị trượt hoàn toàn, ví dụ khi cần vượt khỏi chỗ bị sa lầy một bỏnh hoặc ủể giữ cho mỏy kộo chuyển ủộng thẳng khi chuyển ủộng trên dốc ngang trong một khoảng thời gian ngắn Hiện tượng này cũng xảy ra ở cỏc mỏy kộo 2 cầu chủ ủộng Ở một số mỏy kộo ủược trang bị cơ cấu khoỏ vi sai tự ủộng, nú sẽ tự ủộng khoỏ vi sai lại khi mỏy kộo chạy thẳng và tự ủộng mở ra khi cỏc bỏnh dẫn hướng ủược quay ủi một gúc nào ủú Nhờ ủú sẽ nõng cao ủược tớnh năng kộo bỏm của mỏy kộo khi làm việc trờn ủồng ruộng không bằng phẳng hoặc trên mặt dốc ngang

Ảnh hưởng của cơ cấu vi sai ủến tớnh năng kộo bỏm

Trong hệ truyền động, lớp dầu bôi trơn của động cơ được phân phối tới các bánh xe chủ động, tạo ra lực kéo tiếp tuyến và đảm bảo cho sự chuyển động liên tục của máy móc.

+ Lực kộo tiếp tuyến theo khả năng của ủộng cơ: rk

Trong ủú: Me: Mụ men của ủộng cơ; i t : Tỷ số truyền của máy kéo; ηm: Hiệu suất truyền lực; rk: Bỏn kớnh bỏnh xe chủ ủộng

+ Lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám ta có: tr)

Trong ủú: ϕ: Hệ số bỏm của bỏnh xe với mặt ủường; trk

Zk : Phản lực pháp tuyến của bánh xe bên phải và bên trái

Trong ủiều kiện làm việc ở dốc ngang P k thường xỏc ủịnh theo khả năng bám vì nó làm việc ở các số truyền thấp, còn khả năng bám phụ thuộc vào hệ số bám ϕ và trọng lượng bám

Sự bỏm giữa cỏc bỏnh xe chủ ủộng với mặt ủường xỏc ủịnh tớnh chất kộo tới hạn của ụtụ - mỏy kộo Lực kộo tới hạn theo lực bỏm với mặt ủường thay ủổi rừ rệt khi trong hệ thống truyền lực cú vi sai và khụng cú vi sai

Trong các phương trình (2.12) và (2.13), nếu mô-men ma sát trong vi sai MT bằng Mk, ta có M1 = 0 và M2 = Mk Tình huống này cho thấy cơ cấu vi sai bị khóa hoàn toàn: một nhánh truyền mô-men không còn (M1 = 0) trong khi nhánh kia nhận toàn bộ Mk.

2.3.1 Hệ số khoá vi sai K δ δδ δ

Khi không có ma sát trong vi sai và MT = 0, Kδ = 0 Trong trường hợp này lực kéo tới hạn theo điều kiện không trượt của hệ truyền động – máy kéo sẽ chỉ đạt được khi hệ số ma sát φ ở tất cả các bánh xe chủ động là như nhau.

Khi vi sai ủược hóm hoàn toàn MT = Mk thỡ theo cụng thức (2.18) hệ số gài vi sai Kδ = 1

Tuy nhiờn ủể sử dụng hoàn toàn lực bỏm của cỏc bỏnh xe chủ ủộng với ủất ngay cả khi hệ số bỏm ϕ từng bỏnh xe rất khỏc nhau khụng cần thiết phải khoá vi sai hoàn toàn với Kδ = 1

Trong nhiều trường hợp, một trong hai bánh xe bị trượt quay do sự khác biệt về hệ số ma sát giữa hai bánh xe và mặt đường, khiến lực ma sát và mô-men quay không cân bằng và bánh xe không thể truyền động một cách chủ động Trong một trường hợp đặc biệt, nếu một bánh xe nằm trên mặt đường có hệ số ma sát φmax và một bánh xe nằm trên mặt đường có hệ số ma sát φmin Trường hợp này được gọi là Z2, là phản lực tác dụng lên một bánh xe ở cầu sau, và r_bx là bán kính làm việc của bánh xe; ta sẽ có:

Khi ϕmax = 0,8 và ϕmin = 0,1 thay vào công thức (2.18) ta có:

Với giá trị Kδ lớn hơn nữa không làm cho tính chất kéo bám của ôtô- máy kéo tốt hơn Thông thường vì các giá trị ϕmax và ϕmin không khác nhau

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 31 nhiều nên Kδ = 0,3 ÷ 0,7 Cần chú ý là Kδ lớn sẽ khó lái, lốp sẽ mòn nhanh và trờn cỏc ủường trơn cú thể làm cho ụtụ- mỏy kộo bị trượt ngang

2.3.2 Hệ số gài vi sai K’ δ δδ δ

Hệ số gài K’δ là tỷ số giữa mô men của bánh xe quay chậm với mô men của bánh xe quay nhanh:

Theo ủịnh nghĩa về K’δ như trờn thỡ quan hệ giữa K’δ và Kδ như sau: δ δ δ 1 K

Như vậy, khi Kδ thay ủổi từ 0 ủến 1 thỡ K’δ thay ủổi từ 1 ủến ∞.

Cấu tạo một số loại vi sai dùng trên ôtô-máy kéo bánh

Hỡnh 2.9 C ấ u t ạ o b ộ vi sai ủố i x ứ ng

Thuộc loại vi sai có ma sát trong bé.Vỏ bộ vi sai lắp chặt với bánh răng vành chậu hoặc bỏnh răng trung gian lớn (ủối với cầu kộp) bằng ủinh tỏn hay bu lụng Trục chữ thập ủặt cố ủịnh trong vỏ bộ vi sai, cỏc ủầu trục chữ thập lắp tự do với bốn bánh răng hành tinh Các bánh răng hành tinh luôn luôn quay cùng với vỏ vi sai và ăn khớp với hai bánh răng bán trục, phía trong của

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 32 bỏn trục cú rónh then hoa ủể lắp với bỏn trục Ở một số xe, hộp vi sai cú hai cặp bánh răng hành tinh lắp trên một trục thẳng Nguyên lý làm việc của hộp vi sai ủược thể hiện trờn hỡnh 2.10

Hỡnh 2.10 S ơ ủồ nguyờn lý ho ạ t ủộ ng c ủ a vi sai a Khi xe chạy trờn ủường thẳng; b Khi xe chạy trờn ủường vũng

Cú nhiều loại khỏc nhau, loại cam ủặt hướng kớnh, loại cam ủặt hướng trục Trờn hỡnh (2.11) sơ ủồ loại vi sai cam mà cỏc con chạy 2 ủặt theo hướng kớnh nằm giữa cỏc vành dạng cam 3 và 4 của bỏn trục, cỏc con chạy 2 ủược ủặt vào vũng ngăn cỏch ở giữa, vũng này gắn với vỏ vi sai 3 và là phần chủ ủộng Vũng ngăn cỏch tỏc dụng vào con chạy 2 một lực P và ộp con chạy vào vòng cam ngoài lực P'1 và vào vành cam trong lực P'2 Khi cả hai bánh xe chủ ủộng chịu lực cản như nhau (P 1 R n = P 2 R t ) thỡ vận tốc gúc của vũng giữa cỏc vành cam bằng nhau a: Vi sai cam hướng kính

3,4: Bán trục b, c: Lực tác dụng lên con chạy

Hỡnh 2.11 S ơ ủồ vi sai cam lo ạ i m ộ t dãy

Các lực P1 và P2 là hai lực vòng tác dụng lên theo chiều tiếp tuyến Khi một trong các bánh xe chủ động có xu hướng tăng tốc, các chi tiết của vi sai sẽ dịch chuyển tương đối với nhau, làm cho các mặt bên của vành cam sinh ra lực ma sát hướng về các phía khác nhau tùy vào bánh quay nhanh hay quay chậm Lực ma sát này giúp điều tiết mô-men giữa các bánh quay nhanh và bánh quay chậm, duy trì sự cân bằng truyền động và đáp ứng nhanh với sự khác biệt tốc độ giữa các bánh xe.

Trong quá trình làm việc, lực P2 tác dụng lên bộ ép và tổng hợp lực P phải dịch chuyển về phía lực P1 nhằm đảm bảo điều kiện cân bằng Nói một cách khác, điểm đặt lực P dịch chuyển về phía vành cam quay chậm Trên vành cam quay chậm, lực ma sát cộng với lực đẩy chủ động P1 làm tăng mô-men xoắn trên trục bánh xe.

Sơ ủồ loại vi sai cam ủặt hướng trục (hỡnh 2.11a): cỏc con chạy 2 ủược ủặt trong vũng 5, vũng này ủược gắn liền với vỏ 1 của hộp vi sai Số mặt lồi lõm của các vành cam 3 và 4 sinh ra mô men khi vi sai làm việc nên vi sai chóng mòn

Bộ vi sai cam ma sát cao (hình 2.12) gồm có vòng cách 6 nối cứng với bỏnh răng bị dẫn của truyền ủộng chớnh Trong lỗ của vũng cỏch cú lắp lỏng các con trượt 2 xếp thành hai hàng ðầu các con trượt tì vào các vòng trong 3 và ngoài 4 Bề mặt của các vòng này tiếp xúc với các con trượt có các vấu cam

1: Nắp bên trái của hộp vi sai

5: Nắp bên phải của hộp vi sai

Hỡnh 2.12 S ơ ủồ vi sai cam ma sỏt

Ở phần ngoài của bộ vi sai, nắp 1 và nắp 5 được ghép kín lại với nhau Nửa trục đi qua lỗ giữa nắp; một nửa trục được liên kết với vòng trong bằng chốt, nửa trục kia liên kết với vòng ngoài.

Khi bỏnh răng bị dẫn của truyền ủộng chớnh quay cựng với vũng cỏch, cỏc con trượt tỏc dụng một lực ủồng ủều lờn cỏc cam của cả hai vũng và lụi cuốn chỳng quay theo Nếu một bỏnh xe nào ủú gặp lực cản lớn hơn thỡ vũng nối liền với nú quay chậm hơn vũng cỏch; cỏc con trượt tỏc ủộng một ỏp lực lớn lờn vũng kia làm nú quay với tốc ủộ nhanh hơn

2.4.3 Vi sai kiểu trục vít

3: Bánh vít hành tinh phụ

Hỡnh 2.13 S ơ ủồ vi sai ki ể u tr ụ c vớt

Trong vỏ hộp số vi sai, hệ thống gồm ba phần chính: bánh răng bán trục 1 và 5 ăn khớp với bánh răng hành tinh 2 và 4 Các bánh răng hành tinh được liên kết với nhau nhờ bánh vít hành tinh phụ 3 quay quanh các trục gắn trong hộp 6 Để vi sai có khả năng hãm cần thiết mà không xảy ra hiện tượng tự hãm, góc nghiêng của trục xoắn được chọn sao cho lớn hơn rất nhiều so với góc ma sát của hệ thống.

Vi sai loại trục vít làm việc êm dịu và lâu mòn Về kết cấu có phức tạp và giỏ thành ủắt hơn loại vi sai cam Hệ số ma sỏt trong vi sai trục phụ thuộc vào vật liệu làm trục vớt và ủiều kiện bụi trơn thay ủổi trong giới hạn à = 0,08 ữ 0,15 Trục vớt thường ủược chế tạo bằng thộp hợp kim cũn bỏnh răng vớt ủược chế tạo bằng ủồng hoặc thộp

Hệ thống truyền lực của máy kéo MTZ - 80

2.5.1 Sơ lược về hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực của mỏy kộo bỏnh gồm cỏc cơ cấu, bộ phận ủể truyền mụ men quay từ ủộng cơ ủến cỏc bỏnh xe chủ ủộng, thay ủổi mụ men, số vòng quay về trị số và hướng Ngoài ra nó còn truyền một phần công suất của ủộng cơ ủến cỏc mỏy liờn hợp

Việc cần thiết của hệ thống truyền lực xuất phát từ sự chênh lệch giữa tốc độ quay của trục khuỷu và tốc độ quay của bánh xe chủ động; ngay cả khi truyền động với tỉ lệ truyền cao, số vòng quay của trục khuỷu vẫn lớn hơn nhiều so với bánh xe Lực cản khi truyền động liên tục thay đổi theo điều kiện làm việc, làm cho mô-men quay và lực cản lăn tại bánh xe biến thiên theo từng trạng thái tiếp xúc với mặt đường Để đáp ứng yêu cầu về hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu, hệ thống truyền lực phải điều phối mô-men quay sao cho truyền động từ động cơ tới bánh xe một cách tối ưu, hạn chế lực cản và tối đa hóa công suất của động cơ với chi phí nhiên liệu thấp nhất.

Hệ thống truyền lực còn có tác dụng làm cho máy kéo có thể dời chỗ một cỏch ờm dịu và dừng mỏy lõu dài khi ủộng cơ vẫn làm việc Thay ủổi ủược tốc ủộ chuyển ủộng của bỏnh xe chủ ủộng phự hợp với lực kộo, ngoài ra cũn thay ủổi ủược hướng chuyển ủộng của mỏy kộo (tiến hoặc lựi)

Hệ thống truyền lực của máy kéo MTZ – 80 gồm những bộ phận chính sau: + Bộ ly hợp dựng ủể nối ờm dịu và cắt nhanh chúng ủộng cơ với phần truyền lực Ngoài ra bộ ly hợp còn bảo vệ các chi tiết phần truyền lực không bị hỏng khi thay ủổi ủột ngột mụ men quay Bộ ly hợp ma sỏt loại ủĩa gồm cú phần chủ ủộng, phần bị ủộng và cơ cấu ủiều khiển

+ Hộp số cú nhiệm vụ thay ủổi lực kộo và tốc ủộ chuyển ủộng của mỏy kộo tuỳ thuộc vào ủiều kiện làm việc Ngoài ra nú cũn cho phộp lựi và dừng mỏy kộo khi ủộng cơ vẫn ủang làm việc Hộp số cho phộp tăng lực kộo khi

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 36 lực cản tăng bằng cỏch giảm tốc ủộ chuyển ủộng Vỡ khi thực hiện cỏc cụng việc ủồng ỏng, lực cản chuyển ủộng thay ủổi trong giới hạn rộng nờn mỏy kộo càng cú nhiều số truyền thỡ cụng suất ủộng cơ càng cú thể sử dụng hoàn toàn, năng suất càng cao và tiêu hao nhiên liệu càng ít hơn Hộp số máy kéo MTZ –

80 là hộp số cú 9 cấp số truyền cựng với bộ giảm tốc ủảm bảo cú 18 số truyền tiến và 4 số truyền lùi

Bộ phận truyền lực trung ương tăng mô-men quay và truyền qua cơ cấu phân chia các bộ trục, đặt ở dưới một góc 90 độ so với trục dọc của máy khoan Thiết kế này biến đổi động cơ quay dọc thành chuyển động quay ngang, truyền động từ động cơ tới các bộ trục chủ động của máy khoan một cách hiệu quả.

Bộ vi sai cho phép hai bánh chủ động trên cầu xe quay với tốc độ khác nhau khi xe quay vòng hoặc di chuyển trên đường không bằng phẳng, nhằm giảm sự mài mòn và hao tổn các chi tiết truyền lực Nếu hai bánh chủ động quay cùng một tốc độ, một bánh có thể bị trượt và làm lốp cùng các bộ phận truyền lực nhanh hao mòn Vì vậy, trên các phương tiện có cầu chủ động được trang bị bộ vi sai, hệ thống này có tác dụng bảo đảm các bánh xe chủ động quay với vận tốc khác nhau tùy điều kiện mặt đường và sự khác biệt về kích thước lốp, đồng thời phân phối mô-men quay cho các trục phù hợp với lực cản của mặt đường.

Cỏc cơ cấu thuộc cầu sau ủược ủặt trong thõn 14 ủỳc bằng gang Nắp

10 của thõn bằng thộp lỏ Hộp số ủược bắt vào phớa trước của thõn, cũn hai bờn thõn bắt vỏ 15 của phanh hóm và vỏ 17 của bỏn trục Trong thõn cũn ủặt bộ giảm tốc hành tinh của trục thu công suất Hai vách ngăn dọc khoang làm tăng ủộ cứng vững của thõn và dựng là ổ tựa cho bộ vi sai và cỏc bỏnh răng truyền lực cuối cùng

Hình 2.14 C ầ u sau máy kéo MTZ – 80

Bộ vi sai thuộc loại kín Giữa thân 3 và nắp 7 của bộ vi sai có một chạc chữ thập 36 được ép ghép với bốn bánh răng vệ tinh 37, lồng tròn vào núm và bạc đồng thành một khối mỏng Các bánh răng vệ tinh ăn khớp với hai bánh răng bán trục 5 Lực dọc tác dụng lên trục từ các bánh răng vệ tinh và bánh răng bán trục được truyền qua các ổ đệm và bạc đạn, qua đó truyền động của bộ vi sai qua các vùng tiếp xúc.

Cỏc bỏnh răng bỏn trục ủược lắp trờn ủầu rónh khớa của cỏc trục chế tạo liền với cỏc bỏnh răng chủ ủộng 2 và 9 của truyền lực cuối cựng Những trục này quay trong cỏc ổ lăn ủũa hỡnh trụ ủặt trong cỏc cốc 35 Qua cỏc rónh trong cốc, cỏc bỏnh răng chủ ủộng ủược ăn khớp với bỏnh răng bị ủộng 6 và 11 của truyền lực cuối cựng bắt trờn rónh khớa của bỏn trục 19 Một ủầu của mỗi bỏn trục tựa trờn ổ bi 13 ủặt trong lỗ vỏch ngăn bờn trong của thõn cầu sau cũn ủầu kia tựa trên ổ bi 18 nằm trong cổ áo bán trục

Cỏc cơ cấu bờn trong cầu sau ủược bụi trơn bằng dầu từ hộp số chảy vào khoang của thân

2.5.3 Bộ cảm biến cơ cấu khóa vi sai

Cơ cấu khóa tự động của bộ vi sai trên máy kéo MTZ-80 được điều khiển bằng bộ cảm biến lắp trong ổ tựa 11 của thanh răng thuộc hệ thống trợ lái thủy lực Bộ cảm biến gồm cụm ngăn khóa 13 với lực xoắn và cụm lõi 14 có vòng bi và khớp xoay, đảm bảo đóng mở vi sai tự động theo tín hiệu điều khiển.

8 với núm vặn Qua ống dẫn dầu 20 bộ cảm biến thông với mạch dầu của bộ phận trợ lái thủy lực, còn ống dẫn 37 thông với khoang làm việc ð của bộ ly hợp khóa bộ vi sai Ly hợp khi áp suất dầu ép lên màng 38 ở giới hạn 0,7 ÷ 0,8 Mpa Áp suất này ủược duy trỡ van giảm ỏp 21

Khi cơ cấu di chuyển thẳng, viên bi trên 14 thụt vào rãnh của thanh răng 6, khiến ngăn kéo 13 bị dịch chuyển bởi lực xoắn và kích hoạt cảm biến ở thân bộ Để gài cơ cấu vi sai, van điều khiển 8 được đưa về vị trí gài (ON) khi dầu từ ống 20 đi qua lỗ tiết lưu M và vào khoang qua ống dẫn dầu 37, nhờ đó cơ cấu vi sai được hoạt động và khóa lại.

Khi dẫn hướng quay tới một góc nhất định, thanh răng 6 và viên bi bị đẩy ra khỏi ngăn cách 13, làm mất sự khóa và mở thông với lỗ xả G Dầu từ khoang trên xả qua lỗ này vào thân 15 của bộ trợ lực thủy lực, khiến bộ vi sai tự động mở khóa Để ly khai cơ cấu khóa, van 8 được đưa về vị trí ly khai Khi khoang làm việc được thông với mạch thoát qua lỗ L, bộ vi sai không bị khóa và hoạt động độc lập với vị trí của bánh răng dẫn hướng.

Hình 2.15 B ộ c ả m bi ế n c ơ c ấ u khóa vi sai a) b) c)

B ả ng 2.2 M ộ t s ố thông s ố c ủ a h ệ th ố ng truy ề n l ự c c ủ a máy kéo MTZ–80

Số truyền I II III IV

Số truyền V VI VII VII

Số truyền IX Số lùi I Số lùi II

Tính toán mô men trên trục khóa vi sai và hệ số khóa vi sai

2.6.1 Xỏc ủịnh mụ men khúa hai bỏn trục theo ủiều kiện bỏm ðể xỏc ủịnh ủược mụ men trờn trục của khúa vi sai ta xột trường hợp máy kéo bị sa lầy và một bánh bị trượt hoàn toàn Giả sử bánh bên phải bị trượt do cú lực bỏm nhỏ (hỡnh 2.16) Lỳc này ủể mỏy kộo cú thể vượt qua vũng lầy thỡ bộ khoỏ vi sai phải hoạt ủộng ủể nối hai trục 1 và 2 thụng qua việc ộp ly hợp 3 Ly hợp 3 ủược ộp sẽ nối cứng trục ủặc 1 và trục rỗng 2 Khi ủú, nhờ lực kộo chủ ủộng của bờn trỏi (bờn khụng bị trượt) mà mỏy kộo cú thể vượt khỏi vũng lầy

Trong ủú: ϕmax: Hệ số bỏm cực ủại của bỏnh xe với mặt ủường;

Zk: Phản lực phỏp tuyến của ủất lờn bỏnh xe chủ ủộng cú hệ số bám ϕmax

1: Trục ủặc khoỏ vi sai

2: Trục rỗng khoá vi sai

3: Ly hợp khoá vi sai

Hỡnh 2.16 S ơ ủồ l ự c và mô men trên khóa vi sai

Mô men trên trục của cơ cấu khoá vi sai sẽ phải bằng với mô men quay trên bán trục: ic rbx

Trong ủú: ic: Tỷ số truyền của cặp bỏnh răng truyền lực cuối cựng; rbx: Bỏn kớnh bỏnh xe chủ ủộng

Khi máy kéo làm việc với góc nghiêng ngang β = 0 0 thì phản lực pháp tuyến theo tài liệu [19] Zk = 10681 (N); rbx = 0,73 (m); theo tài liệu [14] có ϕmax 0,7; i c = 5,31

Thay cỏc giỏ trị trờn vào cụng thức (2.24) ta ủược:

M khvs = 0 2.6.2 Xỏc ủịnh mụ men ma sỏt của ly hợp khúa

Mụ men ma sỏt của ly hợp ủược xỏc ủịnh theo cụng thức: tbi epR lh P

Trong ủú: à: Hệ số ma sỏt i: Số lượng ủụi bề mặt ma sỏt; i = m + n -1 m: Số lượng ủĩa chủ ủộng n: Số lượng ủĩa bị ủộng

Pep: Lực ộp lờn ủĩa ma sỏt

Rtb: Bỏn kớnh trung bỡnh của ủĩa ma sỏt (bỏn kớnh của ủiểm ủặt lực ma sát tổng hợp)

Với áp suất của bơm dầu trợ lực ở mức p = 8 kg/cm^2, lực ép tối đa tác động lên màng ép của ly hợp được xác định bằng tích giữa áp suất và diện tích làm việc của piston Khi áp suất dầu tăng lên, màng ép được đẩy ra, kéo ly hợp vào trạng thái đóng hoặc mở theo yêu cầu điều khiển, đảm bảo truyền lực giữa động cơ và hộp số được thực hiện mượt mà Trong hệ thống này, các tham số như đường kính piston, diện tích màng ép và lực đàn hồi của lò xo ảnh hưởng trực tiếp đến lực ép và thời gian phản ứng của ly hợp Do đó, việc thiết kế và điều chỉnh áp suất bơm dầu trợ lực cần cân nhắc để tối ưu hóa hiệu suất truyền lực, đáp ứng yêu cầu vận hành và tăng tuổi thọ của các thành phần ly hợp.

Trong ủú: A: Diện tớch của 3 cốc ộp

Rtb: Bỏn kớnh trung bỡnh của ủĩa ma sỏt; Rtb = 0,06 (m) à: Hệ số ma sỏt (à = 0,2); Số lượng ủụi bề mặt ma sỏt: i= 7 Thay vào cụng thức (2.26) ủược:

Thay tất cả cỏc giỏ trị trờn vào cụng thức (2.25) ta ủược:

2.6.3 Xỏc ủịnh hệ số khúa vi sai

Hệ số khúa vi sai ủược tớnh theo cụng thức

Với cỏch tớnh tương tự như trờn ta tớnh ủược hệ số khúa của bộ ly hợp khóa cho các trường hợp áp suất dầu khác nhau: p = 5 KG/cm 2 ⇒ Kδ = 0,34 p = 3 KG/cm 2 ⇒ Kδ = 0,2 Kết quả tớnh toỏn này sẽ ủược sử dụng ủể khảo sỏt mụ hỡnh toỏn và thực nghiệm.

XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT ðỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU VI SAI

Mô hình toán quá trình làm việc của khối vi sai

ðộng lực học cơ cấu vi sai của máy kéo MTZ- 80 là một quá trình diễn ra rất phức tạp, trong ủú nhiều ủại lượng biến ủổi khụng ngừng và phụ thuộc lẫn nhau Vỡ vậy, ủể ủưa ra một mụ hỡnh hoàn chỉnh ủể xột ủến tất cả cỏc yếu tố ảnh hưởng tới sự làm việc của cơ cấu vi sai gặp nhiều khó khăn ðể nghiên cứu ủược quỏ trỡnh làm việc của nú, chỳng tụi ủưa ra cỏc giả thiết khụng ngoài mục ủớch nhằm ủơn giản hoỏ bài toỏn, tuy nhiờn vẫn giữ ủược tớnh tổng quỏt của nú trước khi trỡnh bày mụ hỡnh toỏn học ủề nghị chấp nhận một số giả thiết sau:

- Góc nghiêng ngang β trong từng trường hợp khảo sát là hằng số;

- Coi hệ số bỏm ϕ của cỏc bỏnh xe chủ ủộng là hằng số

- Coi bỏn kớnh bỏnh xe, ỏp suất lốp của cỏc bỏnh chủ ủộng là như nhau

- Tải trọng kộo của mỏy kộo là ổn ủịnh

Qua quá trình nghiên cứu động lực học cơ cấu vi sai, ta nhận thấy cơ cấu này hoạt động dựa trên sự cân bằng giữa mô-men quay giữa hai bán trục và mô-men ma sát giữa các bánh răng với nhau cũng như với vỏ hộp vi sai Khi mô-men quay lớn hơn mô-men ma sát, bánh răng hành tinh bắt đầu quay Tại các vị trí ăn khớp của các bánh răng, lực vòng được sinh ra, tác động đến phân bố mô-men và lực lên toàn bộ hệ vi sai.

Dựa trờn cơ sở của phương phỏp dũng lực, mụ hỡnh khảo sỏt ủộng lực học khối vi sai ủược thể hiện trờn hỡnh 3.1

Hình 3.1 Mô hình kh ả o sát nút vi sai theo dòng l ự c

Phương trình cân bằng năng lượng và mô men nút vi sai thường không kể ủến ma sỏt trong ủược biểu diễn như hệ phương trỡnh 3.1 và 3.2

M0, ω0: Mô men và vận tốc góc trên vỏ vi sai M’0,: Mô men trên vỏ vi sai cung cấp cho hai bán trục

M1, ω1, M2, ω2: Mô men và vận tốc góc trên bán trục

M’1, M’2: Mô men quay hai bán trục nhận từ vỏ vi sai

J0: Mô men quán tính các chi tiết vỏ vi sai

J1, J2: Mô men quán tính bán trục và bánh xe

Jc: Là mô men quán tính của các bánh răng hành tinh ωc: Vận tốc góc của bánh răng hành tinh quay quanh trục của nó Vận tốc gúc của bỏnh răng hành tinh ủược tớnh theo cụng thức: ωc = ic.( ω1 − ω0);

Trong ủú: R1: Bỏn kớnh bỏnh răng bỏn trục

RHT: Bán kính bánh răng hành tinh Phương trỡnh ủộng học ủặc trưng của cơ cấu vi sai ủối xứng là: ω 1 + ω 2 = 2ω 0 (3.4)

Do có ma sát trong của cơ cấu vi sai nên mô men xoắn phân chia ra các bán trục là khác nhau trong trường hợp có sự khác nhau mô men cản giữa các bỏn trục Ở ủõy chỳng ta thừa nhận rằng mụ men ma sỏt M ms sinh ra khi vận tốc gúc của hai bỏn trục khỏc nhau Khi ủú cụng suất bị tiờu hao do ma sỏt trong vi sai có dạng

Như vậy, tổng cụng suất truyền ủến cỏc bỏn trục sẽ bằng cụng suất trờn vỏ vi sai trừ ủi cụng suất mất mỏt do ma sỏt

Từ ủú ta cú: M1 = 0,5(M0 – Mms)

Hệ số khúa vi sai ủược tớnh như sau:

Mụ phỏng ủộ ng lực học mỏy kộo MTZ - 80 bằ ng Simulink – Simdriveline

Mô hình toán học ở trên là một mô hình tương đối phức tạp và đòi hỏi sử dụng các phần mềm chuyên dụng để giải MATLAB là phần mềm được dùng để giải các mô hình toán học từ đơn giản đến phức tạp, với hai công cụ mô phỏng là Simulink và SimDriveline, được sử dụng để khảo sát động lực học của các hệ cơ cấu với nhiều liên kết khác nhau Đặc biệt, SimDriveline (mô phỏng theo dòng công suất) là công cụ chuyên biệt để khảo sát động lực học cho các loại xe mặt đất.

Matlab – Simulink là công cụ phần mềm của Matlab work với giao diện thuận tiện và cú cỏc cụng cụ rất ủa năng, nú cho phộp giải quyết cỏc bài toỏn khỏc nhau, ủặc biệt là cỏc phương trỡnh tuyến tớnh, phi tuyến hay cỏc bài toán ma trận với kết quả nhanh chóng và chính xác Bộ lệnh này lên tới hàng trăm hàng nghỡn ủược mở rộng thụng qua cỏc hàm tạo lập bởi người sử dụng hay thụng qua thư viện Bờn cạnh ủú, Matlab cho phộp xử lý dữ liệu, biểu diễn ủồ họa một cỏch linh hoạt, ủơn giản chớnh xỏc qua khụng gian 2 chiều, 3 chiều giỳp người sử dụng quan sỏt kết quả một cỏch trực quan và ủưa ra giải pháp tốt nhất

Matlab – Simulink là nền tảng mô phỏng mở rộng dành cho thiết kế và phân tích hệ thống Với các khối (modul) thiết kế sẵn trong thư viện, người dùng có thể dễ dàng tùy chỉnh và ghép nối chúng để phù hợp với bài toán của mình Giao diện đồ họa trực quan của Simulink cho phép mô hình hóa, mô phỏng và tối ưu hệ thống một cách nhanh chóng và chính xác Việc tích hợp mượt mà với môi trường Matlab cho phép kết nối các khối từ thư viện với khối do người dùng tự viết, tối ưu hóa quy trình thiết kế và triển khai hệ thống.

Hình 3.2 Các kh ố i ch ứ c n ă ng chính c ủ a Simulink

+ Continuous: Các phần tử liên tục

+ Discontinuities: Các phần tử không liên tục

+ Discrete: Các phần tử rời rạc số

+ Look – up Table: Tổ hợp bảng tìm kiếm

+ Math operation: Tổ hợp xử lý toán học

+ Model - Verification: Tổ hợp mụ ủun kiểm tra

+ Model – Wide Utilities: Tổ hợp mụ ủun tiện ớch mở rộng

+ Porte & Subsytems: Tổ hợp các phần tử liên kết mô phỏng

+ Signal routing: ðịnh tuyến tín hiệu

+ Signal Attributes: Tổ hợp các thuộc tính tín hiệu

+ Sinks: Tổ hợp biểu diễn tín hiệu

+ Sources: Tổ hợp nguồn tín hiệu

Trong bài viết này, người dùng có thể khai thác hàm do người dùng xác định (User-Defined Function) để tùy biến mô hình động lực học Từ phiên bản MATLAB 7.0.4, SimDriveline là một công cụ mở rộng của Simulink nhằm mục đích mô hình hóa, mô phỏng và khảo sát động lực học của các hệ cơ học dựa trên lực tác động trong cơ hệ SimDriveline cung cấp một thư viện các mô hình và công cụ để biểu diễn và tính toán động lực học cho vật thể và hệ vật, đặc biệt là các hệ có liên kết và truyền lực trên các loại xe SimDriveline có thể liên kết với MATLAB–Simulink để hiệu chỉnh tham số sao cho phù hợp với bài toán thực tế.

Hình 3.3 Các kh ố i ch ứ c n ă ng c ủ a Simdriline

+ Dynamic Elements: Cỏc phần tử ủộng lực

+ Gears: Các bộ truyền bánh răng

+ Senors & Actuators: Bộ phát mô men

+ Solver & Interias: Khối môi trường, quán tính

+ Transmission Templates: Khối hộp số chuẩn

+ Vehicle Comonents: Các phần tử xe

Mụ hỡnh khảo sỏt ủộng lực học của mỏy kộo gồm cỏc khối cơ bản: Khối ủộng cơ, khối ly hợp, khối hộp số, khối vi sai, khối truyền lực cuối cựng, khối tương tỏc ủất - bỏnh và khối thõn xe Toàn bộ mụ hỡnh khảo sỏt ủược thể hiện trên hình 3.4

Hỡnh 3.4 S ơ ủồ kh ả o sỏt ủộ ng l ự c h ọ c chuy ể n ủộ ng th ẳ ng c ủ a mỏy kộo

Hệ truyền động và truyền lực cho máy kéo là tập hợp các cơ cấu nối giữa động cơ và bánh chủ động, như hình 3.4 mô tả Trong ví dụ cụ thể, hệ thống gồm động cơ Diesel D240 và ly hợp, đảm nhận việc truyền mô-men và lực quay từ động cơ tới bánh chủ động của máy kéo.

HS hộp số; TLC-VS truyền lực chính - vi sai; TLCC truyền lực cuối cùng và bánh xe chủ động là các thành phần then chốt của hệ truyền động Hệ thống này không chỉ truyền động từ động cơ mà còn phân phối mô-men giữa hai bánh qua vi sai, giúp xe ổn định khi tăng tốc và vào cua Truyền lực cuối cùng được TLCC chuyển từ hộp số tới các trục và bánh xe, đảm bảo lực kéo hiệu quả và kiểm soát vận hành Các tham số điều khiển liên quan được đặt theo thứ tự U1–U6: U1 tham số điều khiển động cơ; U2 tham số điều khiển ly hợp; U3 tham số điều khiển hộp số; U4 tham số điều khiển vi sai; U5 tham số điều khiển truyền lực cuối và U6 tham số tương tác giữa các thành phần hệ truyền động.

Muốn khảo sỏt ủộng lực học của toàn xe cần khảo sỏt ủộng lực học cỏc khối trờn Mỗi khối trong hệ thống ủộng lực và truyền lực là một cơ hệ cú

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật trình bày về động lực học phức tạp và sự khác biệt giữa các khối hệ thống Để xây dựng một mô hình tổng thể hiệu quả, cần khảo sát riêng biệt từng khối, từng hệ thống và sau đó tổng hợp chúng lại thành một mô hình chung thống nhất.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài giới hạn ở việc nghiên cứu, khảo sát và đánh giá các khối cấu thành như khối động cơ, khối truyền lực chính và vi sai, đồng thời phân tích mối quan hệ giữa các khối nhằm làm rõ ảnh hưởng của từng thành phần tới hiệu suất tổng thể của hệ thống Cụ thể, bài toán tập trung vào đặc tính kỹ thuật, hiệu suất làm việc, độ tin cậy và sự tương tác giữa khối động cơ, khối truyền lực và vi sai, từ đó đề xuất các biện pháp tối ưu hóa liên kết giữa chúng nhằm nâng cao hiệu quả vận hành.

Sử dụng Simdriveline kết hợp với Simulink và các số liệu thực nghiệm ủể mụ phỏng ủường ủặc tớnh ngoài của ủộng cơ D240

Sử dụng Simdriveline kết hợp với Simulink mụ phỏng ủộng lực học khối vi sai

Sử dụng Simdriveline kết hợp với Simulink mụ phỏng mối quan hệ ủất – bánh và khối thân xe

Khối hộp số chỳng ta chọn một số truyền nhất ủịnh và trong suốt quỏ trỡnh khảo sỏt khụng thay ủổi tỉ số truyền

Khối ly hợp không thay đổi trong quá trình khảo sát tải trọng ổn định, bảo đảm tính nhất quán và độ tin cậy của kết quả Việc liên kết các khối lại với nhau cho ta một mô hình tổng hợp, từ đó khảo sát động lực học của xe một cách đầy đủ và chính xác hơn, đồng thời giúp đánh giá đáp ứng của hệ truyền động và cấu trúc xe dưới tải.

3.2 2 Mụ phỏng khối ủộng cơ trong Simulink - Simdriveline ðộng cơ là nguồn ủộng lực trờn xe, nú cú nhiệm vụ chuyển húa năng thành nhiệt năng và từ nhiệt năng chuyển thành cơ năng Mô phỏng quá trình này là một vấn ủề lớn, phức tạp, ỏp dụng cho những lĩnh vực nghiờn cứu chuyờn về ủộng cơ Trong lĩnh vực khảo sỏt sự ảnh hưởng của vi sai ủến tớnh năng kộo bỏm của mỏy kộo chỳng tụi chỉ khảo sỏt ủộng lực học của ủộng cơ theo ủặc tớnh ngoài là ủường cong thể hiện mối quan hệ của mụ men với tốc ủộ quay khi mức ga ủể ở vị trớ cực ủại

Dựng khối look – up table (n – D) trong Matlab Simulink ủể khảo sỏt ủộng cơ ủốt trong cụ thể là:

Hình 3.5 Kh ố i Look – up Table

Khối Look – up table (2 – D) tạo tín hiệu ra từ tín hiệu vào trên cơ sở thông tin cất trong một bảng tra Khối Look – up table (2 – D) cho phép tạo ra một bảng n chiều Bằng tham số Table ta khai báo một ma trận cất các tín hiệu ủầu ra Muốn tỡm ủược giỏ trị ủưa tới ủầu ra, ta cần biết Row ủể tỡm hàng và Colum ủể tỡm cột của ụ giỏ trị trong ma trận Nghĩa là bằng Row và Colum ta ủịnh nghĩa cỏc ủiểm trờn mặt phẳng xy, cũn table là bảng cỏc giỏ trị z tương ứng

Tớn hiệu ở ủầu vào phớa trờn khối ủược so với Row, cũn tớn hiệu phớa dưới khối ủược so với Column Nếu tồn tại trong Table một ụ tương ứng với cặp giỏ trị ủầu vào, giỏ trị trong ụ ủú ủược ủưa ra ủầu ra

Trong mô hình Simulink, khi giá trị đầu vào nằm giữa hai giá trị trên lưới của đầu vào (Row và Column), Simulink thực hiện nội suy để xác định các giá trị đầu vào và đầu ra tương ứng Ngoài ra, khi tín hiệu đầu vào và đầu ra nằm ngoài vùng giá trị của lưới đã cho, Simulink vẫn thực hiện nội suy để lấy các giá trị tương ứng ngoài biên Áp dụng khối Look‑Up Table để lấy đặc tính ngoài của cơ cấu D240, và tiến hành khảo nghiệm như trình bày ở [14] Kết quả như sau:

B ả ng 3.1 S ố li ệ u kh ả o nghi ệ m ủộ ng c ơ D-240

Hỡnh 3.6 ðườ ng ủặ c tớnh ngoài ủộ ng c ơ D-240

Sử dụng các số liệu thí nghiệm trên và kết hợp với các khối trong Simulink – Simdriveline ta cú ủược ủặc tớnh của ủộng cơ D240:

Hỡnh 3.7 Mụ hỡnh kh ả o sỏt ủộ ng c ơ a) Mụ hỡnh ủầy ủủ b) Mụ hỡnh thu gọn a) b)

3.2.3 Mô phỏng khối vi sai trong Simulink – Simdriveline

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

Định dạng
Số trang	100
Dung lượng	2,61 MB