Nghiên cứu đặc tính trượt và hiệu suất kéo của bộ phận di động xích cao su

Tuy nhiên do tình hình ñịa lý, ñất ñai và tập quán canh tác cũng như các yếu tố tự nhiên và xã hội khác mà một số loại máy kéo nhập vào Việt nam chưa phát huy ñược hết tính năng kinh tế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LỜI CAM ðOAN

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

Tôi xin cam ñoan rằng mọi thông tin giúp cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 2013

Học viên thực hiện

Kiều Minh Thức

LỜI CẢM ƠN

ðể hoàn luận văn tốt nghiệp này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến PGS

TS Nguyễn Ngọc Quế Giảng viên khoa Cơ ðiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã hướng dẫn, giúp ñỡ tạo ñiều kiện và dạy bảo tận tình cho tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo trong khoa Cơ ðiện ñã truyền ñạt cho tôi kiến thức trong 2 năm học tập, là nền tảng cho tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, ñồng nghiệp và người thân ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện ñể tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Mặc dù tôi ñã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận ñược những ñóng góp của quý thầy cô và các bạn

ñể bản luận văn ñược hoàn thiện hơn./

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Kiều Minh Thức

MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC HÌNH vi

MỞ ðẦU 1

1 ðặt vấn ñề 1

2 Mục tiêu, nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu 2

2.1 Mục tiêu 2

2.2 Nhiệm vụ của ñề tài 3

2.3 Nội dung của ñề tài 3

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về máy kéo xích 4

1.1.1 Hệ thống truyền lực 5

1.1.2 Hệ thống di ñộng xích 8

1.2 Các chỉ tiêu ñánh giá ñặc tính trượt và hiệu suất kéo của máy kéo xích 11

1.3 Tính chất cơ lý của ñất 12

1.3.1 Khả năng chống nén của ñất 13

1.3.2 Khả năng chống cắt của ñất 15

1.4 Tổng quan về tình hình phát triển máy kéo trên thế giới và Việt Nam 21

1.4.1 Tình hình phát triển máy kéo trên thế giới 21

1.4.2 Tình hình phát triển máy kéo ở Việt Nam 21

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23

2.1 Hao tổn công suất trong hệ thống truyền lực: 23

2.2 ðộng lực học của bộ phận di ñộng xích: 25

2.3 Các lực cản chuyển ñộng trên máy kéo xích: 29

2.3.1 Lực cản lăn của máy kéo xích: 29

2.3.2 Lực quán tính: 34

2.3.3 Cân bằng lực kéo: 36

2.4 Lực bám và ñộ trượt của bộ phận di ñộng xích: 36

2.4.1 Lực bám của bộ phận di ñộng xích: 36

2.5 Cân bằng công suất và hiệu suất kéo của bộ phận di ñộng xích: 40

2.5.1 Cân bằng công suất trên bộ phận di ñộng xích: 40

2.5.2 Hiệu suất của bộ phận di ñộng xích: 41

2.6 Sự phân bố áp suất trên mặt tựa xích: 42

2.6.1 Phân bố áp suất khi sử dụng cơ cấu treo nửa cứng: 42

2.6.2 Phân bố áp suất khi có cơ cấu treo ñiều hoà: 43

2.7 Phương trình cân bằng công suất và hiệu suất 45

2.8 ðồ thị cân bằng công suất 48

2.9 Xây dựng ñường ñặc tính trượt và hiệu suất kéo lý thuyết 49

CHƯƠNG III XÂY DỰNG ðƯỜNG ðẶC TÍNH TRƯỢT VÀ HIỆU SUẤT KÉO CỦA BỘ PHẬN DI DỘNG XÍCH MÁY KÉO B-2010 51

3.1 ðặt vấn ñề 51

3.2 Trình tự xây dựng 51

3.2.1 Xây dựng ñường ñặc tính ñộng cơ 53

3.2.2 Xây dựng ñường cong trượt 56

3.2.3 Xây dựng ñường ñặc tính kéo của bộ phận di ñộng xích 57

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 60

4.1 Mục ñích, nhiệm vụ và phương pháp thí nghiệm 60

4.1.1 Mục ñích 60

4.1.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 60

4.1.3 Phương pháp nghiên cứu 61

4.1.4 Xây dựng mô hình thí nghiệm 61

4.1.5 Lựa chọn thiết bị ño 61

4.1.6 Sơ ñồ liên kết thiết bị 63

ño với máy tính 63

4.1.7 Thiết bị chuyển ñổi Analog – Digital (Card A/D) và phần mềm DASYLab 64 4.1.8 Kết quả thí nghiệm 64

4.2 Kết quả nghiên cứu và thảo luận 66

4.2.1 Xác ñịnh mô men của côn ly hợp MC 66

4.2.2 Xác ñịnh mô men chủ ñộng trên bánh sao chủ ñộng Mk 67

4.2.3 Xác ñịnh các thành phần lực tác dụng lên máy kéo 67

4.2.4 Xác ñịnh ñộ trượt của máy kéo 67

4.2.5 Xử lý số liêu 68

4.2.6 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 68

4.3 Phân tích kết quả thí nghiệm 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 74

Hình 1.8 Sự phụ thuộc của hệ số ma sát nghỉ fn và hệ số ma sát trượt fδ

Hình 2.1 Sự phụ thuộc của các thành phần mô men ma sát vào mô men

Hình 2.10 Ảnh hưởng ñộ dịch chuyển tâm áp lực ñến hệ số cản lăn và ñộ

Hình 3.1: Ảnh máy kéo B-2010 52

Hình 3.4 ðường hiệu suất và ñương cong trượt của bộ phận di ñộng xích

Hình 3.5 ðường hiệu suất và ñương cong trượt của bộ phận di ñộng xích

Hình 3.6 ðường hiệu suất và ñương cong trượt của bộ phận di ñộng xích

Hình 4.9 Ảnh hưởng của lực kéo ñến ñộ trượt và hiệu suất kéo của bộ phận

MỞ ðẦU

1 ðặt vấn ñề

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

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

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

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

Tuy nhiên do tình hình ñịa lý, ñất ñai và tập quán canh tác cũng như các yếu tố tự nhiên và xã hội khác mà một số loại máy kéo nhập vào Việt nam chưa phát huy ñược hết tính năng kinh tế kỹ thuật của chúng, những máy kéo công suất và trọng lượng lớn như T 150, T 150K, K 700 v.v… có thể sử dụng có hiệu quả cao khi khai thác sử dụng trong công nghiệp, khai thác khoáng sản… nhưng lại có hiệu quả rất thấp khi ñưa vào sử dụng trong nông nghiệp ñặc biệt trong vùng ñồng bằng sông hồng, nơi chủ yếu sản xuất cây lúa nước, ở ñó ñộ ẩm của ñất cao, dẫn ñến khả năng di ñộng của máy kéo giảm, hiệu suất kéo cũng như các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của các loại máy này thường rất thấp, thậm chí ở nhiều vùng nhiều nơi máy không có khả năng làm việc do thụt lún

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

Các nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan… ñã có ngành công nghiệp chế tạo máy kéo khá phát triển, hệ thống máy kéo phục vụ nông nghiệp ñược chế tạo có nhiều mẫu mã khác nhau cả về kích cỡ công suất trọng lượng cũng như loại hệ thống di ñộng, nhờ vậy vấn ñề cơ giới hoá nông nghiệp nông thôn ở các nước này phát triển ở mức ñộ cao

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

ðối với máy kéo xích phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp cho ñến nay chúng ta chủ yếu nhập từ nước ngoài Việc nghiên cứu tính năng kéo bám, trượt, khả năng di ñộng trên ñất nền yếu, ñất ñộ ẩm cao và ñất ñồi dốc, khả năng quay vòng và ñiều khiển, hiệu suất truyền ñộng nói riêng và hiệu suất kéo của máy kéo xích nói chung từ ñó xác ñịnh các thông số cở bản của máy kéo xích cũng như trọng lượng máy, công suất ñộng cơ… làm cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế chế tạo một mẫu máy kéo xích phục vụ sản xuất nông, lâm nghiệp ở Việt Nam là một vấn ñề cần thiết có ý nghĩa thực tiễn Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi thực hiện ñề tài:

“NGHIÊN CỨU ðẶC TÍNH TRƯỢT VÀ HIỆU SUẤT KÉO CỦA BỘ PHẬN DI ðỘNG XÍCH CAO SU "

2 Mục tiêu, nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu

2.1 Mục tiêu

Nghiên cứu ñường ñặc tính trượt và hiệu suất của bộ phận di ñộng xích cao su, từ ñó lựa chọn phương pháp thí nghiệm phù hợp xây dựng ñường ñặc

tính trượt và hiệu suất kéo của máy kéo B 2010 trên một vài nền ñất nông nghiệp ñiển hình Kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo khi phân tích, lựa chọn và tính toán hệ thống di ñộng xích

2.2 Nhiệm vụ của ñề tài

- Tìm hiểu tổng quan nhưng vấn ñề liên quan ñến máy B2010

- Khảo sát ñường ñặc tính trượt và hiệu suất của bộ phân di ñộng xích cao su

- Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm

- Trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm phân tích ñặc tính trượt và hiệu suất

của bộ phận di ñộng xích cao su

2.3 Nội dung của ñề tài

- Tổng quan:

- Tình hình sử dụng máy kéo xích trong và ngoài nước

- Nguyên lý kéo bán của máy kéo xích và bản chất hiện tượng của máy kéo xích

- Ảnh hưởng của ñộ trượt ñến các chỉ tiêu kinh tế , kỹ thuật của máy kéo

- Các phương pháp xác ñịnh ñường ñặc tính trượt của máy kéo bằng lý thuyết

- Phương pháp xác ñịnh ñường ñặc tính trượt của máy kéo bằng thực nghiệm

- Chuẩn bị dụng cụ và thiết bị thí nghiệm

- Tổ chức thí nghiệm

- Xử lý số liệu thí nghiệm

- Phân tích ñánh giá kết quả thí nghiệm

- Hoàn thành luận văn và viết báo cáo luận văn

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về máy kéo xích

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

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

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

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

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

Các loại này dùng ñể kéo hàng nặng trên nền ñất hoặc ñường tạm thời Chúng còn dùng như một ñầu kéo rơmooc hay là máy cơ sở của các máy xây dựng (máy cạp, máy ủi, máy ñào, cần trục, v.v…) Máy kéo xích có áp lực riêng lên ñất nhỏ, hiệu suất kéo và lực bám cao nên có khả năng thông qua lớn hơn bánh lốp Tốc ñộ di chuyển của chúng không quá 12 km/h, áp lực lên ñất của máy kéo xích là 0,1 MPa

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

ñó mà phân loại máy kéo thành từng nhóm Lực kéo của móc kéo ñược xác ñịnh

ở vùng tốc ñộ làm việc chính 5 - 7 km/h ñối với máy kéo bánh lốp Lực kéo của máy kéo xích gần bằng trọng lượng của nó Các loại máy kéo công nghiệp

thường phân thành nhóm có sức kéo 100, 150, 200, 350, 500 kN Các loại máy kéo công nghiệp có các loại khác nhau ñể có thể làm máy cơ sở cho xe nâng hàng, máy ủi, máy xới, v.v… Công suất ñộng cơ của chúng phân bố trong một miền rất rộng từ 50 - 1800 kW hoặc hơn

Các bộ phận và hệ thống chính của máy kéo gồm: ðộng cơ, hệ thống truyền lực, truyền lực các ñăng, cầu chủ ñộng, hệ thống di ñộng, hệ thống treo (hay còn gọi là hệ thống giảm xóc), hệ thống ñiều khiển gồm hệ thống lái và hệ thống phanh, trang bị ñiện và các trang bị làm việc khác

1.1.1 Hệ thống truyền lực

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

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

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

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

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

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

Hệ thống truyền lực của máy kéo có sự khác nhau ñáng kể so với hệ thống truyền lực của ô tô Các loại máy kéo bánh lốp hay bánh xích, thường không có bộ vi sai, còn khi quay vòng sẽ hãm một trong các dải xích

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

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

là máy kéo sẽ quay vòng về phía ly hợp mở

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

mở thì toàn bộ mômen quay sẽ truyền cho bán trục bên kia Kết quả là máy kéo có thể quay vòng tại chỗ Khi ñẩy núm của cần ñiều khiển về bên trái, ñĩa

ép bị kéo về bên phải, các ñĩa chủ ñộng và bị ñộng tách nhau ra, ly hợp ñược

mở Trục bị ñộng của ly hợp tách khỏi truyền lực chính Truyền lực cuối cùng

và bánh xích chủ ñộng bên phía ly hợp mở không nhận ñược mômen quay nữa Trả cần ñiều khiển về vị trí ban ñầu, ly hợp ñược ñóng Truyền lực chính

và bánh xích chủ ñộng lại nhận ñược mômen quay

Ở bộ truyền cơ khí của máy kéo bánh lốp ñộng cơ ñặt ở phía trước rồi ñến

ly hợp, trục các ñăng, hộp số, truyền lực chính, ly hợp bên với phanh ñai, truyền lực bên làm quay các bánh lốp

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

tối ña, còn việc sang số ñược thực hiện liên tục mà không cần ngắt mômen quay Nhờ vậy mà giảm tải trọng ñộng lên ñộng cơ, có nghĩa là làm tăng tuổi thọ của ñộng cơ và bộ truyền lực

Với máy kéo có bộ truyền lực ñiện thì mômen quay ñược truyền từ ñộng cơ ñiện một chiều tới bánh xích chủ ñộng qua bộ ly hợp bên và bộ truyền lực cuối cùng ðộng cơ ñiện ñược cung cấp ñiện năng do máy phát ñiện dẫn ñộng bởi ñộng cơ máy kéo Hệ thống dẫn ñộng gồm ñộng cơ diesel - máy phát - ñộng cơ ñiện làm cho sơ ñồ ñộng của hệ truyền lực ñơn giản hơn (không có hộp số và hộp các ñăng), ñặc biệt là cho phép thay ñổi tốc ñộ và mômen quay một cách vô cấp tuỳ theo lực cản bên ngoài Các bộ truyền lực kiểu thuỷ - cơ và truyền ñộng ñiện hoàn toàn ñáp ứng chế ñộ làm việc của máy kéo có rơmooc và các cơ cấu làm việc của máy xây dựng

Bố trí hệ thống truyền lực trên máy kéo

Ở máy kéo, do người lái thường ngồi phía sau ñể quan sát sự làm việc của các máy công tác ñi theo máy kéo, nên khớp nối 2 thường ñược bố trí giữa ly hợp 1 và hộp số 3, bố trí như vậy sẽ giúp cho hộp số máy kéo ñược ñặt ngay phía dưới buồng lái, nhờ ñó cấu tạo cơ cấu ñiều khiển hộp số ñơn giản và thuận tiện khi ñiều khiển Ngoài ra, vì máy kéo cần lực kéo lớn, nên trong hệ thống truyền lực thường có truyền lực cuối cùng 6 ñể làm tăng tỷ số truyền chung cho

hệ thống truyền lực

Hình 1.1 Sơ ñồ hệ thống truyền lực máy kéo xích

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

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

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

Trên hình 1.1 trình bày sơ ñồ bố trí hệ thống truyền lực của máy kéo xích kiểu một dòng công suất, khác với truyền lực của máy kéo bánh, ở máy kéo xích, sau truyền lực trung tâm 4 là ñến hai bộ phận chuyển hướng 7 của máy kéo xích, từ trục bị ñộng của bộ phận chuyển hướng, mômen ñược truyền ñến truyền lực cuối cùng 8 rồi ñến bánh sao chủ ñộng 9, bánh sao chủ ñộng ăn khớp với mắt xích của dải xích và ñẩy cho máy kéo dịch chuyển trên ñường ray vô tận do dải xích tạo nên Hiện nay trên một số máy kéo xích có công suất lớn dùng trong công nghiệp và các xe chuyên dụng, hệ thống truyền lực của chúng thường dùng kiểu hai dòng công suất truyền từ ñộng cơ ñến hai bánh sao chủ ñộng của hai dải xích riêng biệt Với hệ thống truyền lực như vậy, sẽ làm cho truyền lực chính cũng như các chi tiết trong hộp số có kích thước nhỏ gọn hơn vì chịu tải trọng thấp hơn ðiểm ñặc biệt ở hệ thống truyền lực hai dòng công suất là trong hộp

số của máy kéo có hai trục thứ cấp, mỗi trục thứ cấp truyền mômen cho một truyền lực chính riêng ở cầu chủ ñộng và cho một bánh sao chủ ñộng của một bên dải xích

1.1.2 Hệ thống di ñộng xích

Hệ thống di ñộng xích gồm có hai dải xích khép kín, hai bánh hướng dẫn xích và căng xích 1 và hai bánh sao chủ ñộng 6, ngoài ra trong hệ thống di ñộng xích còn có một loạt các bộ phận phụ trợ khác ñó là các bánh ñè xích 9, các bánh ñỡ xích 5 cơ cấu căng xích và giảm chấn 4, ở một vài loại bộ phận di ñộng xích khi sử dụng bánh ñè xích có ñường kính lớn (như máy kéo TT - 4) khi ñó không cần sử dụng các bánh ñỡ xích

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

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

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

Bánh sao chủ ñộng dùng ñể truyền mômen quay từ ñộng cơ truyền ñến qua hệ thống truyền lực ñến xích, việc ăn khớp giữa bánh sao chủ ñộng với xích

có thể nhờ ăn khớp vấu, ăn khớp răng hoặc nhờ ma sát

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

Cơ cấu di dộng

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

Cơ cấu treo

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

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

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

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

vào việc bố trí bánh sao chủ ñộng, nó có thể bố trí ở phía trước hay phía sau Thiết bị căng xích dùng ñể ñiểu chỉnh lực căng ban ñầu của xích cũng như ñộ

võng tự do h của dải xích khi làm việc, tăng lực căng ban ñầu dẫn ñến tăng mất

mát do ma sát trong hệ thống di ñộng xích, còn giảm lực căng ban ñầu dẫn ñến

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

làm tụt xích

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

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

Hình 1.2 Hệ thống di ñộng xích

1- Bánh hướng dẫn và căng xích; 2- Các mắt xích ñang ăn khớp; 3- Các mắt xích ở nhánh không làm việc; 4- Bộ phận căng xích; 5- Bánh ñỡ xích; 6- Bánh sao chủ ñộng; 7- Nhánh xích làm việc; 8- Nhánh xích tiếp xúc mặt ñất; 9- Các bánh ñè xích

ẩm tương ñối cao, mà không lún, không nén sâu xuống ñất

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

+ Nhược ñiểm

- Có cấu tạo phức tạp, trọng lượng lớn

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

Do các ưu, nhược ñiểm trên nên máy kéo bánh xích ñược dùng ở những nơi và làm những công việc mà máy kéo bánh lốp không thể làm ñược hoặc làm việc kém hiệu quả ðối với một số dạng công việc như san ủi, cạp ñất, cày trên ñất ñộ ẩm cao v.v…máy kéo xích có năng suất và hiệu quả sử dụng cao hơn máy kéo bánh lốp Nhưng ñối với máy kéo có công suất nhỏ thì việc dùng cơ cấu di ñộng bằng xích bị hạn chế nhiều, ngoài ra tính cơ ñộng của máy kéo xích thấp,

giá thành chế tạo cũng như chăm sóc sửa chữa tốn kém hơn

1.2 Các chỉ tiêu ñánh giá ñặc tính trượt và hiệu suất kéo của máy kéo xích

Tính năng kéo là một trong những tính năng sử dụng quan trọng biểu thị khả năng thực hiện các công việc kéo ở các ñiều kiện sử dụng khác nhau Tính năng này phụ thuộc chủ yếu vào khả năng bám của hệ thống di ñộng, công suất của ñộng cơ, số truyền và sự phân bố tỉ số truyền, lực cản lăn của máy Khả năng bám và lực cản lăn của máy kéo phụ thuộc vào loại, kết cấu của hệ thống

di ñộng, sự phân bố trọng lượng trên các bánh xe, tính chất ñất ñai và ñộ dốc mặt ñường

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

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

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

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

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

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

Khi máy kéo làm việc ở ñộ dốc, còn phải nghiên cứu sự ảnh hưởng của

ñộ dốc ñến các chỉ tiêu ñó

1.3 Tính chất cơ lý của ñất

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

tế, kỹ thuật khác của liên hợp máy kéo

Việc nghiên cứu sâu về các tính chất cơ lý của ñất ñã có chuyên ngành riêng, ñó là cơ học ñất Trong phạm vi ñề tài luận án, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu một số tính chất cơ bản liên quan ñến khả năng và hiệu suất làm việc của các liên hợp máy kéo

Nhiều công trình nghiên cứu về sự tương tác giữa hệ thống di ñộng của ô

tô, máy kéo với nền ñất ñã khẳng ñịnh khả năng chống biến dạng của ñất theo phương pháp tuyến (vuông góc với nền ñất) và theo phương tiếp tuyến (song song với nền ñất) gây ảnh hưởng lớn nhất ñến các chỉ tiêu kéo bám, khả năng lái, hiệu quả phanh, và ảnh hưởng ñến tính ổn ñịnh chuyển ñộng của liên hợp máy

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

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

1.3.1 Khả năng chống nén của ñất

ðể nghiên cứu khả năng chống nén của ñất thường người ta sử dụng thiết

bị chuẩn ñể ép ñầu ño vào trong ñất

Hình 1.3 ðặc tính nén của ñất

Quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến σ và biến dạng h [14][15] trong quá

trình nén ñược thể hiện trong hình 1.3 ðồ thị này có tên gọi là ñặc tính nén của ñất hay ñường cong nén ñất ðặc tính nén của ñất có thể chia thành 3 phần tương ứng với ba giai ñoạn của quá trình nén ñất Trong giai ñoạn thứ nhất chỉ xảy ra sự nén chặt làm cho các phần tử ñất xích lại gần nhau, quan hệ giữa ứng suất và ñộ biến dạng là tuyến tính Trong giai ñoạn thứ hai sự nén chặt ñất vẫn tiếp tục xảy ra nhưng ñồng thời xuất hiện cục bộ hiện tượng cắt ñất ở một số vùng bao quanh khối ñất Khi ñó ứng suất lớn hơn lực nội ma sát và lực dính giữa các hạt ñất, do ñó biến dạng sẽ tăng nhanh hơn so với sự tăng ứng suất và quan hệ giữa chúng là phi tuyến Cuối giai ñoạn hai ứng suất trên toàn bộ vùng bao quanh khối ñất lớn hơn nội lực ma sát và lực dính giữa các phần tử ñất, quá trình nén chặt ñất kết thúc và bắt ñầu xảy ra hiện tượng trượt hoàn toàn giữa khối ñất và vùng ñất bao quanh nó và ứng suất pháp tuyến ñạt giá trị cực ñại Trong giai ñoạn thứ ba chỉ xảy ra hiện tượng truợt của khối ñất, ứng suất không tăng nhưng biến dạng vẫn tiếp tục tăng Ở một số loại ñất trong giai ñoạn này ứng suất còn giảm xuống chút ít

hh*

Sự xuất hiện ứng suất pháp tuyến trong ñất là do tác ñộng của ngoại lực (lực nén) Khi tăng lực nén sẽ làm tăng ứng suất cho ñến khi ñạt ñến ứng suất cực ñại, sau ñó dù có tăng lực nén ứng suất không tăng nữa Do ñó ứng suất cực ñại

σmax sẽ ñặc trưng cho khả năng chống nén của ñất Giá trị cực ñại σmax và ñộ sâu

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

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

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

hệ thống di ñộng của máy kéo

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

Hình 1.4 ðặc tính cắt của ñất

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

δ0 τ0

τ

Hình 1.6 Sự phụ thuộc lực cắt ñất

T vào tải trọng pháp tuyến N

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

Với áp suất ngoài càng lớn thì ứng suất giới hạn τδ cũng càng lớn Quan

hệ giữa ứng suất cắt τδ và ứng suất pháp σ là tuyến tính, thể hiện trên hình 1.5b

và ñược biểu diễn bởi công thức:

chuyển vị σ khi cắt ñất rời

2τ

3τ

τδ

σ

0τ

Trong ựó: τ0- Ứng suất cắt do lực dắnh gây ra

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

ựáy, và 2 mặt cạch Quan hệ giữa lực cắt T và tải trọng pháp tuyến N có dạng

như hình 1.6 Quá trình cắt ựất có thể mô hình hóa như hình 1.7

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

Chia lực T0 và N cho diện tắch tiếp xúc A ta nhận ựược :

0 0

T A

N p A

= - Áp suất do tải pháp tuyến N gây ra

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

N

τ

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

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

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

Khi ngoại lực tác dụng lên ựất bằng hoặc lớn hơn ma sát nghỉ thì sẽ xảy ra

sự trượt tương ựối với nhau giữa các phần tử ựất Khi ựó lực chống cắt sẽ ựược tắnh theo lực ma sát trượt:

Tδ = f Nδ

Trong ựó : fδ - hệ số ma sát trượt

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

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

hệ số ma sát vào áp suất p có dạng như hình 1.8

Hình 1.8 Sự phụ thuộc của hệ số ma sát nghỉ f n và hệ số ma sát trượt f δ

f n , f δ

p

τ

0τ

τc = τ0 + σf δ τ

Mô tả toán học ñường cong cắt ñất

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

X =B e−α +B e−α

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

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

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

∆ - Biến dạng của ñất theo phương ngược với chuyển ñộng của máy Công thức trên không ñược thực tế chấp nhận vì nó tồn tại một số nhược ñiểm là công thức quá phức tạp và khó xác ñịnh ñược các hệ số thực nghiệm Ngoài ra, ý nghĩa của các hệ số này là không thực tế Ví dụ, khi ñộ biến dạng ñủ

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

 0) ðiều ñó không phù hợp với quy luật thực tế

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

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

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

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

τ

∂ <

∂∆ Giá trị giới hạn của hàm này tương ứng với quá trình cắt trượt của ñất

Hàm này sẽ có giá trị cực ñại t maxvà chính là lực ma sát nghỉ

Theo tính chất của hàm trên cho thấy bản chất về toán học và vật lý không

mẫu thuẫn nhau và tương ñối phù hợp với các số liệu thực nghiệm

Khái quát hoá các công thức (1 – 9) và sử dụng hàm hypebolic, ông V.V

Kasưghin (người Nga) ñã ñề xuất công thức cho loại ñất chặt:

1

p

f td

k ch

k

ττ

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

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

Hệ số ma sát tương ñương là hàm của hệ số ma sát nghỉ và ma sát trượt

ðối với ñất có ñộ ẩm trung bình, hệ số ma sát tương tương có thể xác ñịnh theo

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

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

bánh xe)

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

thức (1 – 10 ) ñược viết lại:

f pth k

τ

∆

Công thức (1 – 10) và (1 – 11) cũng tương tự như công thức (1 – 3) mô tả

ñường cong nén ñất nhưng ông V.V Kasưghin sử dung công thức (1 – 10) và (1

– 11) ñể mô tả ñường cong và tính toán ứng suất tiếp khi thí nghiệm cắt ñất

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

1.4.1 Tình hình phát triển máy kéo trên thế giới

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

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

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

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

1.4.2 Tình hình phát triển máy kéo ở Việt Nam

Trong thời kỳ bao cấp, Miền Bắc nhập nhiều loại máy kéo từ các nước đông Âu, Trung Quốc Trong ựó số lượng máy nhập từ Liên Xô (cũ) chiếm nhiều nhất Về chất lượng, qua thực tế sử dụng nhiều năm ựã khẳng ựịnh loại máy kéo bánh MTZ Ờ 50/80 và cả loại máy kéo xắch DT Ờ 75 do Liên Xô chế tạo là phù hợp với ựiều kiện sản xuất của nước ta trong thời kỳ ựó

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

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

hiệu và tính năng kỹ thuật, công suất khoảng 6 – 12 mã lực ñối với máy kéo 2 bánh và 15 – 30 mã lực ñối với máy kéo 4 bánh Phấn lớn trong số ñó là các máy nhập từ Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan,… Thực trạng vấn ñề này do nhiều nguyên nhân gây ra, một phần do kích thước ñồng ruộng ở các vùng không giống nhau ñặc biệt ở Miền Bắc diện tích thửa ruộng quá nhỏ, vốn ñầu tư

từ nông hộ thì hạn chế; ngay cả nhóm, cá nhân chuyên kinh doanh các máy nông nghiệp ñi làm thuê vẫn còn khó khăn về vốn Mặt khác, do nền công nghiệp chế tạo máy kéo ở nước ta chưa phát triển các máy kéo chủ yếu nhập ngoại không ñược quản lý về chất lượng và cũng không có chỉ dẫn cần thiết của các cơ quan khoa học Vì thế sự trang bị máy kéo ở các nông hộ gần giống như một cuộc

“thử nghiệm” với trình ñộ rất thấp và không có sự hỗ trợ của các nhà khoa học cũng như sự bảo hộ của pháp luật ñối với sử dụng máy Hậu quả của việc trang

bị máy móc thiếu những căn cứ khoa học cần thiết là nhiều chủ máy có hiệu quả

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

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

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hao tổn công suất trong hệ thống truyền lực:

Trong quá trình truyền năng lượng từ ñộng cơ ñến các bánh chủ ñộng của máy kéo có một phần bị tiêu hao ñể khắc phục các lực cản trong hệ thống truyền lực, sự tiêu hao ñó có thể chía thành 2 nhóm :

Nhóm thứ nhất bao gồm sự tiêu hao năng lượng do khuấy dầu và do ma sát giữa các phớt chắn dầu và các trục trong hệ thống truyền lực Nhóm này không phụ thuộc vào tải trọng ngoài mà chủ yếu phụ thuộc vào tốc ñộ quay của các chi tiết, ñộ nhớt của dầu và do ñó gọi tất nhóm này là hao tổn thủy lực Tốc ñộ càng lớn thì hao tổn thủy lực càng lớn Do không phụ thuộc vào tải trọng nên có thể xác ñịnh hao tổn thủy lực ở chế ñộ không tải

Nhóm thứ hai bao gồm các hao tổn do ma sát trong các gối ñỡ và trên các bánh răng ñang ăn khớp Nhóm này phụ thuộc vào tải trọng, nghĩa là phụ thuộc vào mô men quay ñược truyền

Như vậy mô men ma sát trong hệ thống truyền lực có thể ñược xác ñịnh theo công thức :

Mm = Mo + MT

trong ñó : Mo − mô men ma sát khi chạy không (nhóm 1)

MT − mô men ma sát do tải trọng gây ra (nhóm 2)

Mô men ma sát nhóm 1 không phụ thuộc vào tải trọng, còn mô men

ma sát nhóm 2 sẽ tăng tỷ lệ thuận với sự tăng tải trọng, tức là phụ thuộc vào

mô men cản Mô men cản trong hệ thống truyền lực sẽ ñược truyền ñến trục khuỷu và cân bằng với mô men ñộng cơ Mô men ma sát nhóm 2 sẽ tỷ lệ thuận với mô men của ñộng cơ

trong ñó : ηmo − hiệu suất của hệ thống truyền lực khi chạy không

ηmT − hiệu suất của hệ thống truyền lực khi có tải

Từ phân tích trên có thể xác ñịnh thành phần hiệu suất ηmo theo công thức :

η ω ω

mo

e o e

o n e

o

M

k M M

k

trong ñó : ko= Mo/ Mn -hệ số ma sát trong hệ thống truyền lực khi chạy

không, ko = 0,03 ÷ 0,05 ;

γ = Me/Mn - hệ số sử dụng tải trọng của ñộng cơ;

Mo, Me - mô men quay của ñộng cơ lúc không tải và lúc có

tải

ω - tốc ñộ quay của trục khuỷu

Qua ñó cho thấy hiệu suất ηmo phụ thuộc vào mô men ñược truyền hoặc hệ

số sử dụng tải trọng

Mô men ma sát MT thay ñổi tỷ lệ thuận với mô men quay của ñộng cơ Me,

do ñó thành phần hiệu suất ηmT là ñại lượng không ñổi Nguyên nhân chính

hm0,8

sinh ra mô men ma sát M T là do ma sát giữa các bánh răng khi ăn khớp, còn

ma sát trong các ổ trục là không ñáng kể và có thể bỏ qua Khi ñó hiệu suất

ma sát ηmT có thể ñược xác ñịnh theo công thức sau :

ηmT = η1n1.η2n2.η3n3

trong ñó : η1, η2, η3 - hiệu suất cơ học của một cặp bánh răng trụ, một cặp bánh răng côn và của một khớp truyền các ñăng;

n1, n2, n3 − số cặp bánh bánh răng trụ, bánh răng côn và số

khớp các ñăng ñang tham gia truyền mô men

ðối với máy kéo : η1 = 0,985 ÷ 0,990 ; η2 = 0,975 ÷ 0,980 ; η3 = 0,990 Sau khi thay các giá trị của ηmo và ηmT vào công thức (2.1) ta sẽ nhận ñược:

Me = Mo Khi tăng tải trọng, hiệu suất cơ học cũng tăng lên và khi γ > 0 , 5 hiệu suất ηm tăng rất chậm có thể xem là hằng số

ðối với máy kéo, ñộng cơ thường làm việc với tải trọng lớn do ñó khi nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng ñộng lực học cho phép bỏ qua ảnh hưởng của tải trọng ñến hiệu suất cơ học và có thể chọn ηm= 0 , 88 ÷ 0 , 93cho các loại máy kéo một cầu chủ ñộng ðối với máy kéo 2 cầu chủ ñộng hiệu suất cơ học ηm sẽ thấp hơn so với loại một cầu chủ ñộng Nếu trong hệ thống truyền lực sử dụng các cơ cấu hành tinh thì hiệu suất cơ học còn thấp hơn chút ít

2.2 ðộng lực học của bộ phận di ñộng xích:

Bộ phận di ñộng xích ñược thể hiện trên hình 2.3, bao gồm: bánh sao chủ ñộng (hay gọi tắt là bánh chủ ñộng), dải xích, bánh dẫn hướng(bánh căng xích), các bánh ñè xích và các bánh ñỡ xích Công dụng chính của các máy kéo nông

nghiệp là dùng ñể kéo các máy công tác, do ñó bánh chủ ñộng nên bố trí ở phần sau của máy(sẽ ñược giải thích ở phần sau)

Bán kính rk có thể ñược xác ñịnh gần ñúng Giả sử máy kéo chuyển ñộng ñều

và không có hiện tượng trượt, ứng với một vòng quay của bánh chủ ñộng máy ñi ñược một ñoạn ñường S Quãng ñường S chính bằng tổng chiều dài của một số mắt xích z bao kín bánh chủ ñộng, do ñó ta có:

x

k z l r

r = (2.4)

Trong ñó: lx - chiều dài của một mắt xích

Lực kéo tiếp tuyến:

Lực căng T của nhánh xích chủ ñộng sẽ ñược truyền ñến nhánh xích tiếp xúc với mặt ñường và tạo ra lực kéo tiếp tuyến Pk

Quá trình vào ăn khớp với bánh chủ ñộng các mắt xích sẽ bị xoay tương ñối với nhau và sinh ra mô men ma sát Mrl trên bề mặt làm việc của các chốt xích

Do vậy chỉ có một phần mô men chủ ñộng (Mk – Mrl) tạo ra lực kéo tiếp tuyến, nghĩa là:

k

rl k k

r

M M

= (2.5)

Cân bằng công suất trên nhánh chủ ñộng:

Nhân hai vế của công thức (2.5) với ωk ta nhận ñược phương trình cân bằng công suất trên bánh chủ ñộng:

Mkωk = Mr1ωk + Pkrkωk (2.6)

Trong ñó: ωk - tốc ñộ quay của bánh chủ ñộng;

Mkωk – công suất do ñộng cơ truyền ñến bánh chủ ñộng;

Pkrkωk – công suất có ích;

Mr1ωk – công suất mất mát do mô men ma sát nhóm một Mrl.

Hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ ñộng:

k

k k k k

k k k p

M

r P M

r P

k p

r

i M r

η

η = (2.8)

Trong ñó: Me – mô men quay của ñộng cơ

i,ηm - tỷ số truyền và hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền

lực của máy kéo

Khác với máy kéo bánh, lực kéo tiếp tuyến của máy kéo xích không chỉ phụ thuộc vào mô men chủ ñộng Mk mà còn phụ thuộc vào hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ ñộng ηp

ðể tổng quát hoá công thức xác ñịnh lực kéo tiếp tuyến cho cả hai loại máy,

ta ñặt ηmp = ηmηp, rồi thay vào công thức (2.8) sẽ nhận ñựơc:

k

mp e k

r

i M

= (2.9)

Ở các máy kéo bánh ηp = 1, còn ở máy kéo xích ηp <1 Do ñó khi sử dụng công thức (2.9) hiệu suất cơ học ηmp của máy kéo xích bao giờ cũng nhỏ hơn so với máy kéo bánh

Từ công thức (2.6) và (2.7) với phép biến ñổi ñơn giản sẽ nhận ñược:

k rl k

k

k rl k k p

M

M M

M M

η (2.10)

Mô men ma sát phụ thuộc vào các thông số kết cấu của bộ phận di ñộng xích, lực căng T do mô men Mk gây ra phụ thuộc vao hệ số ma sát µ trên bề mặt tiếp xúc giữa chốt xích và mắt xích

ðể xác ñịnh trị số của Mrl trước hết ta phân tích quá trình di chuyển của các mắt xích trên bánh chủ ñộng ( xem hình 2.3 )

Khi bánh ñè xích sau cùng lăn sang mắt xích tiếp theo thì mắt xích l sẽ xoay quanh khớp A một góc α1, còn tại khớp B mắt xích l và mắt xích 2 cũng xoay tương ñối với nhau một góc α1 Quá trình vào ăn khớp với bánh chủ ñộng mỗi mắt xích sẽ quay quanh khớp C một góc β1 Như vậy mỗi mắt xích khi ñi qua bánh chủ ñộng sẽ xoay tương ñối với hai mắt xích kề bên cạnh một góc 2α1 + β1

và sinh ra một công ma sát:

) 2

α

µ

2 2 ) 2

2

) 2

phận di ựộng xắch và hệ số ma sát ộ Do vậy với một bộ phận di ựộng xắch cụ thể có thể xem ηp là một ựại lượng không ựổi trong quá trình làm việc Các số liệu thực nghiệm cho thấy rằng, nếu xắch có tình trạng kỹ thuật tốt

98

π

α β β ộ

2

) 2 2

1

z Tr

= (2.13)

Như vậy, nếu bố trắ bánh chủ ựộng ở phần trước của máy kéo sẽ làm tăng

mô men ma sát Mrl trên nhánh chủ ựộng và dẫn ựế làm giảm hiệu suất làm việc

ηp (khoảng 2 ọ 3 0) đó củng là lý do tại sao các máy kéo xắch dùng trong nông nghiệp không bố trắ bánh chủ ựộng ở phắa trước

Trong trường hợp bánh chủ ựộng bố trắ ở phắa sau và chạy lùi thì nhánh chủ ựộng sẽ bao gồm cả nhánh trước và nhánh trên, khi ựó mô men ma sát sẽ ựược tắnh theo cộng thức:

π

α β β ộ

2

) 2 2

2.3 Các lực cản chuyển ựộng trên máy kéo xắch:

2.3.1 Lực cản lăn của máy kéo xắch:

Lực cản lăn của máy kéo xắch sinh ra do ựất bị biến dạng theo phương pháp tuyến và do lực ma sát trong bộ phận di ựộng xắch Nếu ta ký hiệu Pfn và Pfr là

hai thành phần lực cản lăn tương ứng với hai nguyên nhân sinh ra chúng thì lực

cản lăn chung của máy kéo sẽ là:

fr fn

f P P

P = +

ðất bị biến dạng theo phương pháp tuyến là do sự tác ñộng của tải trọng pháp

tuyến, chủ yếu là do trọng lượng của máy Sự phân bố ứng suất theo chiều dài

xích là không ñều nhau, tại vùng tiếp xúc với các bánh ñề xích có ứng suất lớn

hơn các vùng lân cận

ðể ñơn giản ta giả thiết: máy chuyển ñộng trên ñường nằm ngang với sự

phân bố phản lực pháp tuyến theo chiều dài của nhánh xích tiếp ñất là ñồng ñều

(hình 2.5) Khi ñó sự biến dạng của ñất theo phương pháp tuyến chủ yếu là do

bánh ñè xích phía trước gây nên, các bánh ñè xích tiếp theo chỉ lăn trên nền ñất

ñã ñược bánh ñè xích trước nén chặt Hợp lực của các phản lực pháp tuyến tác

dụng lên nhánh xích trước có thể phân thành hai phần: thành phần thẳng ñứng

và thành phần nằm ngang Thành phần nằm ngang có chiều chống lại sự chuyển

ñộng và ñược gọi là lực cản lăn Pfn

Trị số của thành phần lực cản lăn Pfn có thể ñựoc xác ñịnh theo một và

phương pháp khác nhau tuỳ theo các giả thiết Với giả thiết ñã nêu ra pử trên ta

xác ñịnh lực Pfn theo phương pháp cân bằng công do lực Pfn làm dịch chuyển

máy kéo theo phương ngang với ñoạn ñường dL và công của trọng lực G làm

mặt ñường biến dạng theo phương pháp tuyến một ñoạn dh Ta có thể viết

phương trình cân bằng năng lượng :

Hình 2.4 Sơ ñồ lực tác dụng

lên máy kéo

Hình 2.5 Sơ ñồ xác ñịnh lực cản

lăn

ðể xác ñịnh ñộ sâu của vết xích h ta giả thiết ứng suất pháp tuyến phân

bố ñồng ñều có trị số là σtb và sự biến dạng của ñất nằm trong giới hạn ñàn hồi Trị số của σtb có thể ñược xác ñịnh theo công thức n

h k.

=

σ với n=1:

h k

tb =

σ

Trong ñó: k - hệ số biến dạng của ñất theo phương pháp tuyến

Trong trường hợp này trọng lượng của máy kéo sẽ ñược cân bằng với các phản lực pháp tuyến:

L b h k L b