Nghiên cứu xây dựng đường đặc tính kéo thực nghiệm của máy kéo xích B-2010

Tuy nhiên, do tình hình địa lý, đất đai 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 pháthuy được hết tính năng kinh tế,

MỞ ĐẦU

Cơ giới hóa nông lâm nghiệp ở nước ta hiện nay đã đạt được những thànhtựu nhất định, phụ thuộc từng vùng kinh tế, từng loại cây trồng và tính chất đất đai,địa hình mà mức độ cơ giới hóa đạt được ở trình độ khác nhau

Nhờ cơ giới hóa phục vụ sản suất nông lâm nghiệp được chú trọng nên vấn

đề hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn được thực hiện khá thành công, bộ mặt nôngthôn Việt Nam hiện nay nhìn chung trong cả nước đã có những biến đổi khá nhanh,tuy còn những mặt hạn chế nhất định như vấn đề cơ cấu lại sản xuất, vấn đề laođộng dư thừa chưa được bố trí một cách hợp lý và khoa học nhưng những thành quảđạt được bước đầu là đáng khích lệ

Trong cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn, máy động lực là một vấn đề đóngvai trò quan trọng và ở cách nhìn trong vấn đề trang bị năng lượng máy động lựctrong đó có ô tô máy kéo đóng vai trò quyết định

Hiện nay máy kéo và ô tô phục vụ trong nông nghiệp nông thôn ở Việt Namchủ yếu được nhập từ các nước XHCN cũ như Liên Xô, Tiệp, CHDC Đức v.v…vàgần đây là của một số nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật và một vài nướckhác Việc sử dụng các máy móc này đã đóng góp cho việc thực hiện thành côngviệc cơ giới hóa trong nông nghiệp nước ta trong giai đoạn vừa qua

Tuy nhiên, do tình hình địa lý, đất đai 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 pháthuy được hết tính năng kinh tế, kỹ thuật của chúng; những máy kéo công suất vàtrọng lượng lớn như T150, T150K, K700 v.v… có thể sử dụng có hiệu quả cao khikhai thác sử dụng trong công nghiệp, khai thác khoáng sản v.v…những lại có hiệuquả rất thấp khi đưa vào sử dụng trong nông nghiệp đặc biệt trong vùng đồng bằngsông hồng, nơi chủ yếu sản xuất cây lúa nước, ở đó độ ẩm của đất cao, dẫn đến khảnăng di động của máy kéo giảm, hiệu suất kéo cũng như các chỉ tiêu kinh tế, kỹthuật của các loại máy này thường rất thấp thậm chí nhiều vùng, nhiều nơi máykhông có khả năng làm việc do thụt lún

Mỗi quốc gia đều có những đặc thù riêng về điều kiện tự nhiên, tập quáncanh tác nên vấn đề lựa chọn, tính toán và chế tạo máy kéo có công suất, trọng

lượng, loại hệ thống di động (máy kéo bánh hay máy kéo xích) phù hợp với từngvùng sản xuất là một vấn đề có ý nghĩa quan trọng để nâng cao hiệu quả sử dụngnguồn động lực trong nông nghiệp hiện nay.

Các nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan, v.v… đã cónghành công nghiệp chế tạo máy kéo khá phát triển, hệ thống máy kéo phục vụnông nghiệp được chế tạo có nhiều mẫu mã khác nhau cả về kích cỡ công suất,trọng lượng cũng như loại hệ thống di động, nhờ vậy vấn đề cơ giới hóa nôngnghiệp nông thôn ở các nước này phát triển ở mức độ cao

Ở nước ta, ngành công nghiệp chế tạo máy kéo còn khá non trẻ, chúng ta chỉmới chế tạo được các máy kéo bánh hiệu Bông sen tới 20 mã lực, hệ thống truyềnlực, hộp số và hệ thống trích công suất của các máy kéo này còn khá đơn giản vàchưa phù hợp với nhiều dạng công việc khác nhau, khả năng di động của máy kéothấp đặc biệt trên đất độ ẩm cao và đất đồi dốc

Đối với máy kéo xích phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp, cho đến nay chúng

ta chủ yếu nhập từ nước ngoài Việc nghiên cứu tính năng kéo bám, khả năng diđộng trên đất nền yếu, đất độ ẩm cao và đất đồi dốc, khả năng quay vòng và điềukhiển, hiệu suất truyền động nói riêng và hiệu suất kéo của máy kéo xích nói chung

từ đó xác định các thông số cở bản của máy kéo xích cũng như trọng lượng máy,công suất động cơ v.v… làm cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế, chế tạo mộtmẫu máy kéo xích phục vụ sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam là một vấn đề cầnthiết có ý nghĩa thực tiễn

Xuất phát từ các vấn đề phân tích trên đây, được sự phân công của Bộ mônĐộng lực, dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Ngọc Quế tôi được giao và

thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng đường đặc tính kéo thực nghiệm của máy

kéo xích B-2010”.

B-2010 là máy kéo đang trong gia đoạn thiết kế, chế tạo ở dạng mẫu Rấtnhiều hệ thống như: hệ thống truyền lực, hệ thống di động xích, hệ thống lái, v.v…cần được tính toán bằng lý thuyết cũng như cần phải thực nghiệm để nghiên cứunhững yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm viêc của máy kéo như: hiệu suất, khảnăng kéo bám, v.v… Vì vậy việc thực hiện thành công đề tài là góp phần cho việc

2

kiểm chứng tính năng kéo bám của máy kéo B-2010 và hoàn thiện thiết kế chế tạomẫu máy kéo này.

Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo xích làm cơ sở xây dựng đượcđường đặc tính kéo lý thuyết và đường đặc tính kéo thực nghiệm của máy kéo xíchB-2010, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất kéo bám Từ đó góp phầnhoàn chỉnh máy kéo mẫu B-2010

Nhiệm vụ của đề tài

Để thực hiện được mục tiêu đặt ra của đề tài Trong quá trình thực hiện đề tàicần hoàn thành nhiệm vụ sau:

- Tìm hiểu tổng quan về máy kéo xích và các điều kiện tự nhiên tác động đếnmáy kéo xích

- Nghiên cứu tính toán, xác định lực chủ động của máy kéo xích cũng nhưcác lực cản chuyển động của máy kéo xích

- Xây dựng đường đặc tính kéo lý thuyết của máy kéo xích

- Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng đường đặc tính kéo thựcnghiệm cho máy kéo xích B-2010

- Phân tích các yếu tố về kết cấu cũng như các yếu tố về sử dụng ảnh hưởngđến khả năng làm việc của máy kéo B2010

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU1.1 Tổng quan về máy kéo xích

Máy kéo là loại xe tự hành bằng bánh lốp hoặc bằng dải xích Nó có thểchuyển động trên đường và có thể làm việc cả ở những nơi không có đường xá haytrên đồng ruộng Máy kéo được dùng làm nguồn động lực cho các máy công tác đi

theo chúng để hoàn thành các công việc trong nông lâm nghiệp, công nghiệp, giaothông vận tải, xây dựng v.v…

Trong nông nghiệp máy kéo được sử dụng để thực hiện nhiều dạng công việckhác 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 động lực cho các máy tĩnh tại nhưbơm nước, tuốt lúa, nghiền trộn thức ăn giá súc, v.v…

Trong lâm nghiệp, máy kéo được sử dụng để thực hiện các công việc nhưlàm đất trồng rừng, khai thác gỗ, nhổ rễ cây, vận chuyển gỗ, v.v…

Trong giao thông vận tải, máy kéo được dùng để vận chuyển hàng hóa trêncác đường xấu hoặc không có đường giao thông

Đặc điểm chung của loại này là giảm được áp lực riêng trên đất và có khảnăng bám tốt, tuy nhiên kết cấu hệ thống di động phức tạp, giá thành cao Máy kéoxích thường được sử dụng để hoàn thành các công việc cần lực kéo lớn như san ủi,cày bừa trên đất độ ẩm cao, nhổ và ủi gốc cây, v.v…

Các loại này dùng để kéo hàng nặng trên nền đất hoặc đường tạm thời.Chúng còn dùng như một đầu kéo rơmooc hay là máy cơ sở của các máy xây dựng(máy cạp, máy ủi, máy đào, cần trục, v.v…) Máy kéo xích có áp lực riêng lên đấtnhỏ, hiệu suất kéo và lực bám cao nên có khả năng thông qua lớn hơn bánh lốp Tốc

độ di chuyển của chúng không quá 12 km/h, áp lực lên đất 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 đó

mà phân loại máy kéo thành từng nhóm Lực kéo của móc kéo được xác định ởvùng tốc độ làm việc chính 5 - 7 km/h đối với máy kéo bánh lốp Lực kéo của máykéo xích gần bằng trọng lượng của nó Các loại máy kéo công nghiệp thường phânthành nhóm có sức kéo 100, 150, 200, 350, 500 kN Các loại máy kéo công nghiệp

có các loại khác nhau để có thể làm máy cơ sở cho xe nâng hàng, máy ủi, máy xới,v.v… Công suất động 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: Động cơ, hệ thống truyềnlực, truyền lực các đăng, cầu chủ động, hệ thống di động, hệ thống treo (hay còn gọi

4

là hệ thống giảm xóc), hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệ thống phanh,trang bị điện và các trang bị làm việc khác.

1.1.1 Hệ thống truyền lực [5]

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

truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô, máy kéo

Hệ thống truyền lực có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mômen quaytruyền, cho phép máy kéo dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc, hệ thốngtruyền lực còn có thể trích một phần công suất của động cơ để truyền đến bộ phậnlàm việc của máy công tác Phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của máy kéo cụ thể màtrong hệ thống truyền lực của chúng có thể có một hai hay nhiều cầu chủ động

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

động quay với tốc độ khác nhau để bảo đảm các bánh lăn êm dịu trên mặt đườngkhông bằng phẳng hay khi đi vào đường vòng, nó còn làm tăng tỷ số truyền chungcho hệ thống truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy

Truyền lực các đăng dùng để truyền mômen từ hộp số hay hộp phân phối

đến các cầu chủ động của ôtô máy kéo, hoặc từ truyền lực chính đến các bánh xechủ động trên cùng một cầu khi các bánh xe treo độc lập với nhau Truyền lực cácđăng cho phép các trục của các bộ phận máy được truyền động không nằm trongcùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương đối với nhau trong một giới hạnnhất định

Hệ thống truyền lực của máy kéo có sự khác nhau đáng kể so với hệ thốngtruyền 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 điện

Hệ thống truyền lực cơ khí của máy kéo xích gồm: ly hợp ma sát, hộp số, trục cácđăng, truyền lực chính, ly hợp bên hay còn gọi là ly hợp chuyển hướng với phanhđai, trưyền lực cuối cùng với bánh chủ động Trên giá xích ở phía trước là bánh xechuyển hướng với cơ cấu căng xích Truyền động cuối cùng làm tăng mômen quaycác bánh chủ động Ly hợp chuyển hướng là một khớp nối ma sát nhiều đĩa luônđóng Nếu bộ ly hợp chuyển hướng của một bên được mở, bên kia quay thì công

suất động cơ sẽ được truyền cho bán trục của phía có ly hợp đóng Bánh xích chủđộng của bên ly hợp đóng sẽ quay Kết quả là máy kéo sẽ quay vòng về phía ly hợpmở.

Thường tại mỗi bộ ly hợp chuyển hướng có trang bị hệ thống phanh để hãmkhi cần thiết Do đó 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 quayvòng tại chỗ Khi đẩy núm của cần điều khiển về bên trái, đĩa ép bị kéo về bên phải,các đĩa chủ động và bị động tách nhau ra, ly hợp được mở Trục bị động của ly hợptách khỏi truyền lực chính Truyền lực cuối cùng và bánh xích chủ động bên phía lyhợp mở không nhận được mômen quay nữa Trả cần điều khiển về vị trí ban đầu, lyhợp được đóng Truyền lực chính và bánh xích chủ động lại nhận được mômenquay

Ở bộ truyền cơ khí của máy kéo bánh lốp động cơ đặt ở phía trước rồi đến lyhợp, trục các đăng, hộp số, truyền lực chính, ly hợp bên với phanh đai, truyền lựcbên làm quay các bánh lốp

Ở bộ truyền lực máy kéo xích, đầu kéo một trục và hai trục, sát xi chuyêndụng cho xe nâng hàng các khớp nối ma sát được thay bằng biến tốc thuỷ lực Nhưvậy mối liên kết động học cứng giữa động cơ và các bánh chủ động được thay bằngmối liên kết chất lỏng Hệ truyền thuỷ lực này là hệ thống thuỷ cơ Khi lực cản dichuyển lớn thì việc dùng biến tốc thuỷ lực sẽ làm tăng mômen quay của động cơnhờ hệ số biến đổi lớn Quá trình làm việc của biến tốc thuỷ lực chuyển sang chế độlàm việc với hiệu suất cao hơn hẳn Khi ấy quá trình sang số được thực hiện mộtcách tự động, tức là số cao chỉ được thực hiện khi trụ thứ đạt được số vòng quaynhất định Lúc này động cơ làm việc ở công suất tối đa, còn việc sang số được thựchiện liên tục mà không cần ngắt mômen quay Nhờ vậy mà giảm tải trọng động lênđộng cơ, có nghĩa là làm tăng tuổi thọ của động cơ và bộ truyền lực

Với máy kéo có bộ truyền lực điện thì mômen quay được truyền từ động cơđiện một chiều tới bánh xích chủ động qua bộ ly hợp bên và bộ truyền lực cuốicùng Động cơ điện được cung cấp điện năng do máy phát điện dẫn động bởi động

cơ máy kéo Hệ thống dẫn động gồm động cơ diesel - máy phát - động cơ điện làm

6

Hình 1.1 Sơ đồ 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 động;

5

6

7 8 9

cho sơ đồ động của hệ truyền lực đơn giản hơn (không có hộp số và hộp các đăng),đặc biệt là cho phép thay đổi tốc độ và mômen quay một cách vô cấp tuỳ theo lựccản bên ngoài Các bộ truyền lực kiểu thuỷ - cơ và truyền động điện hoàn toàn đápứng chế độ làm việc của máy kéo có rơmooc và các cơ cấu làm việc của máy xâydựng

Bố trí hệ thống truyền lực trên máy kéo

Ở máy kéo, do người lái thường ngồi phía sau để quan sát sự làm việc củacác máy công tác đi theo máy kéo, nên khớp nối 2 thường được bố trí giữa ly hợp 1

và hộp số 3, bố trí như vậy sẽ giúp cho hộp số máy kéo được đặt ngay phía dướibuồng lái, nhờ đó cấu tạo cơ cấu điều khiển hộp số đơn giản và thuận tiện khi điềukhiển Ngoài ra, vì máy kéo cần lực kéo lớn, nên trong hệ thống truyền lực thường

có truyền lực cuối cùng 6 để làm tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống truyền lực

Trên hình 1.1 trình bày sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực của máy kéo xíchkiểu một dòng công suất, khác với truyền lực của máy kéo bánh, ở máy kéo xích,sau truyền lực trung tâm 4 là đến hai bộ phận chuyển hướng 7 của máy kéo xích, từtrục bị động của bộ phận chuyển hướng, mômen được truyền đến truyền lực cuốicùng 8 rồi đến bánh sao chủ động 9, bánh sao chủ động ăn khớp với mắt xích củadải xích và đẩy cho máy kéo dịch chuyển trên đường 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 động cơ đến hai bánh sao chủ động của hai dải xích riêng biệt Với hệthống truyền lực như vậy, sẽ làm cho truyền lực chính cũng như các chi tiết tronghộp số có kích thước nhỏ gọn hơn vì chịu tải trọng thấp hơn Điểm đặc biệt ở hệthống truyền lực hai dòng công suất là trong hộp số của máy kéo có hai trục thứcấp, mỗi trục thứ cấp truyền mômen cho một truyền lực chính riêng ở cầu chủđộng và cho một bánh sao chủ động của một bên dải xích.

1.1.2 Hệ thống di động xích

Hệ thống di động xích gồm có hai dải xích khép kín, hai bánh hướng dẫnxích và căng xích 1 và hai bánh sao chủ động 6, ngoài ra trong hệ thống di độngxích còn có một loạt các bộ phận phụ trợ khác đó là các bánh đè xích 9, các bánh đỡxích 5 cơ cấu căng xích và giảm chấn 4, ở một vài loại bộ phận di động xích khi sửdụng bánh đè xích có đường kính lớn (như máy kéo TT - 4) khi đó không cần sửdụng các bánh đỡ xích

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

ở ben đẩy

Xích cao su là băng bằng dải cao su có lõi thép thường sử dụng trên các máykéo nông nghiệp công suất nhỏ và trung bình đặc biệt các máy kéo dùng cho việcchăm 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 động dùng để truyền mômen quay từ động cơ truyền đến qua

hệ thống truyền lực đến xích, việc ăn khớp giữa bánh sao chủ động với xích có thểnhờ ăn khớp vấu, ăn khớp răng hoặc nhờ ma sát

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

Cơ cấu di dộng

Cơ cấu di động đảm bảo chuyển động của máy kéo và giữ ổn định cho khungmáy kéo Cơ cấu di động do các bộ phận sau đây hợp thành:

8

Hình 1.2 Hệ thống di động xích

1- Bánh hướng dẫn và căng xích; 2- Các mắt xích đang ăn khớp;

3- Các mắt xích ở nhánh không làm việc; 4- Bộ phận căng xích;

Cơ cấu treo

Cơ cấu treo có nhiệm vụ nối khung với cơ cấu di động, đảm bảo chuyểnđộng êm dịu, không gây va đập bất thường khi máy kéo di động Tùy theo kết cấucủa từng loại máy kéo mà số lượng chi tiết của cơ cấu treo nối khung với bánh đèxích có thể khác nhau

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

lực cuối cùng, nhờ ăn khớp với dải xích biến thành lực kéo, đẩy khung máy lăn trênđường ray vô tận do dải xích tạo nên làm toàn bộ máy kéo chuyển động tịnh tiến

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

việc bố trí bánh sao chủ động, nó có thể bố trí ở phía trước hay phía sau Thiết bị

căng xích dùng để điểu chỉnh lực căng ban đầu của xích cũng như độ võng tự do h

của dải xích khi làm việc, tăng lực căng ban đầu dẫn đến tăng mất mát do ma sáttrong hệ thống di động xích, còn giảm lực căng ban đầu dẫn đến làm tăng độ võng

tự do h làm tăng rung động nhánh xích không tải dẫn đến dễ làm tụt xích.

Bộ phận giảm chấn dùng để làm giảm tải trọng động tác dụng lên bộ phận

di động xích khi máy kéo di động trên địa bàn không bằng phẳng hoặc bộ phận diđộng xích gặp phải các vật cản đột ngột như gạch đá v.v…

So sánh phần di động của máy kéo bánh xích và máy kéo bánh lốp

+ Ưu điểm

- Nếu xích đủ rộng và dài thì mặt tựa của xích lên đất sẽ lớn, nên mặc dùtrọng lượng máy kéo xích lớn mà áp suất của máy lên mặt đất vẫn nhỏ 0,5 ÷ 1kG/cm2 Vì vậy máy kéo xích có thể chuyển động trên mặt đất mềm hoặc đất độ ẩmtương đối cao, mà không lún, không nén sâu xuống đất.

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

+ Nhược điểm

- Có cấu tạo phức tạp, trọng lượng lớn

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

Do các ưu, nhược điểm trên nên máy kéo bánh xích được dùng ở những nơi

và làm những công việc mà máy kéo bánh lốp không thể làm được hoặc làm việckém hiệu quả Đối với một số dạng công việc như san ủi, cạp đất, cày trên đất độ

ẩm cao v.v…máy kéo xích có năng suất và hiệu quả sử dụng cao hơn máy kéo bánhlốp Nhưng đối với máy kéo có công suất nhỏ thì việc dùng cơ cấu di động bằngxích bị hạn chế nhiều, ngoài ra tính cơ động của máy kéo xích thấp, giá thành chế

tạo cũng như chăm sóc sửa chữa tốn kém hơn

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính chất kéo bám của máy kéo xích

Tính năng kéo là một trong những tính năng sử dụng quan trọng biểu thị khảnăng thực hiện các công việc kéo ở các điều kiện sử dụng khác nhau Tính năng nàyphụ thuộc chủ yếu vào khả năng bám của hệ thống di động, công suất của động cơ,

số truyền và sự phân bố tỉ số truyền, lực cản lăn của máy Khả năng bám và lực cảnlăn của máy kéo phụ thuộc vào loại, kết cấu của hệ thống di động, sự phân bố trọnglượng trên các bánh xe, tính chất đất đai và độ dốc mặt đường

Các chỉ tiêu đánh giá tính năng kéo bám bao gồm độ trượt, tốc độ chuyểnđộng, 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 làchỉ tiêu đánh giá tính năng kéo nhưng không phụ thuộc vào số truyền làm việc

Để đánh giá tính năng kéo thường sử dụng đường đặc tính kéo, đó là mốiquan hệ giữa các chỉ tiêu kéo với lực kéo khi làm việc với các số truyền khác nhau,trong các điều kiện đất đai khác nhau

10

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

đồng ruộng hoặc các công việc xây dựng sẽ được đặc trưng bởi khả năng khắcphục hiện tượng quá tải, khả năng rời chỗ và tăng tốc với tải trọng kéo lớn Khivận chuyển tính năng động lực học của máy kéo được đặc trưng bởi tốc độchuyển động cực đại, gia tốc và độ dốc lớn nhất mà xe có thể vượt được

Tính năng kéo và tính năng động lực học ảnh hưởng rất lớn đến năng suấtcủa liên hợp máy kéo Do vậy việc nghiên cứu và tìm hiểu các tính năng này làmột trong những nhiệm vụ cơ bản của môn động lực học chuyển động của máykéo

Khi nghiên cứu các chỉ tiêu kéo của máy kéo cần phải nghiên cứu ảnhhưởng của các thông số cấu tạo của hệ thống di động, sự phân bố trọng lượngtrên các cầu, các tính chất cơ lý của đất, sự phù hợp công suất của động cơ, sựphân bố tỉ số truyền với khả năng bám của hệ thống di động

Khi máy kéo làm việc ở độ dốc, còn phải nghiên cứu sự ảnh hưởng của độdốc đến các chỉ tiêu đó

1.3 Tính chất cơ lý của đất

Các tính chất cơ học của đất có ảnh hưởng trực tiếp đến các thành phần tácđộng lên dải xích của máy kéo từ đó làm ảnh hưởng đến khả năng kéo bám của hệthống di động máy, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc và các chỉ tiêu kinh tế, kỹthuật khác của liên hợp máy kéo

Việc nghiên cứu sâu về các tính chất cơ lý của đất đã có chuyên ngành riêng,

đó là cơ học đất Trong phạm vi đề tài luận án, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu một

số tính chất cơ bản liên quan đến khả năng và hiệu suất làm việc của các liên hợpmáy kéo

Nhiều công trình nghiên cứu về sự tương tác giữa hệ thống di động của ô tô,máy kéo với nền đất đã khẳng định khả năng chống biến dạng của đất theo phươngpháp tuyến (vuông góc với nền đất) và theo phương tiếp tuyến (song song với nềnđất) gây ảnh hưởng lớn nhất đến các chỉ tiêu kéo bám, khả năng lái, hiệu quả phanh,

và ảnh hưởng đến tính ổn định chuyển động của liên hợp máy

Dưới tác động của hệ thống đi động sẽ làm cho các phần tử đất xê dịch theocác phương khác nhau và xuất hiện các ứng suất theo các phương đó Để tiện choviệc nghiên cứu, thông thường người ta phân tích các ứng suất theo hai thành phần:thành phần pháp tuyến và thành phần tiếp tuyến Thông qua các quy luật thayđổi và các giá trị giới hạn của các ứng suất này ta có thể đánh giá khả năng chốngbiến dạng và khả năng mang tải của nền đất tiếp xúc với dải xích của máy kéo Cácthông số này thường được sử dụng làm thông số đầu vào cho các mô hình nghiêncứu tính chất kéo bám của hệ thống di động máy kéo.

Các tính chất cơ lý của đất được nghiên cứu khá sâu ở các công trình nghiêncứu của N.A Xưtôvich, M.G Becker, GS.TSKH Phạm Văn Lang, TS Phạm VănNgân [14] Các tính chất này của đất ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng di chuyểncủa máy kéo

ba giai đoạn của quá trình nén đất Trong giai đoạn thứ nhất chỉ xảy ra sự nénchặt làm cho các phần tử đất xích lại gần nhau, quan hệ giữa ứng suất và độ biếndạng là tuyến tính Trong giai đoạn thứ hai sự nén chặt đất vẫn tiếp tục xảy ranhưng đồng thời xuất hiện cục bộ hiện tượng cắt đất ở một số vùng bao quanhkhối đất Khi đó ứng suất lớn hơn lực nội ma sát và lực dính giữa các hạt đất, do

đó biến dạng sẽ tăng nhanh hơn so với sự tăng ứng suất và quan hệ giữa chúng làphi tuyến Cuối giai đoạn hai ứng suất trên toàn bộ vùng bao quanh khối đất lớnhơn nội lực ma sát và lực dính giữa các phần tử đất, quá trình nén chặt đất kếtthúc và bắt đầu xảy ra hiện tượng trượt hoàn toàn giữa khối đất và vùng đất baoquanh nó và ứng suất pháp tuyến đạt giá trị cực đại Trong giai đoạn thứ ba chỉxảy ra hiện tượng truợt của khối đất, ứng suất không tăng nhưng biến dạng vẫn

12

sâu h * phụ thuộc vào loại đất và trạng thái vật lý của nó Do vậy thường được

sử dụng để đánh giá khả năng chống nén và khả năng mang tải của đất

Sự biến dạng của đất theo phương pháp tuyến liên quan đến độ sâu của vếtbánh xe và do đó ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy kéo Vì vậy đường đặc tínhnén đất được sử dụng như một cơ sở khoa học để tính toán thiết kế hệ thống diđộng của máy kéo

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

1 2

– là ứng suất giới hạn của đất khi nén bằng đầu đo, Pa.

Khả năng chống cắt của đất được đặc trưng bởi ứng suất tới hạn của nó Giátrị ứng suất tới hạn phụ thuộc vào loại đất và ứng suất pháp tuyến

Trên hình 1.5a thể hiện đặc tính cắt đất rời khi thay đổi các giá trị ứng suấtpháp khác nhau Với áp suất ngoài càng lớn thì ứng suất giới hạn cũng càng lớn.Quan hệ giữa ứng suất cắt và ứng suất pháp là tuyến tính, thể hiện trên hình1.5b và được biểu diễn bởi công thức:

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

mặt cạch Quan hệ giữa lực cắt T và tải trọng pháp tuyến N có dạng như hình 1.6.

Quá trình cắt đất có thể mô hình hóa như hình 1.7

Lực chống cắt của đất biểu thị qua công thức : T = T 0 + Ntg (1 – 6)

Trong đó : T 0 – Lực dính

16

N – Tải trọng pháp tuyến.

- Góc ma sát trong.

Nếu chúng ta ký hiệu lực ma sát nghỉ là T n = T max và f n là hệ số ma sát nghỉ

thì ta có thể xác định chúng theo công thức sau :

Tn = f n N ; f n = ;

Chia lực T0 và N cho diện tích tiếp xúc A ta nhận được :

- Là ứng suất chống cắt do lực dính tạo ra.

- Áp suất do tải pháp tuyến N gây ra.

Khi đó hệ số ma sát nghỉ có thể tính theo công thức:

Qua công thức (1 – 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 = ( trong đó là góc ma sát trong)

Khi ngoại lực tác dụng lên đất bằng hoặc lớn hơn ma sát nghỉ thì sẽ xảy ra sựtrượt tương đối với nhau giữa các phần tử đất Khi đó lực chống cắt sẽ được tínhtheo lực ma sát trượt:

Trong đó : - hệ số ma sát trượt

Đôi khi hệ số ma sát trượt còn được 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 fn và hệ số ma sát trượt fδ vào áp suất p

Hình 1.9 Sự phụ thuộc ứng suất cắt vào biến dạng

1 - Đất chặt; 2- Đất dẻo

1 2

Hình 1.10 Sự phụ thuộc ứng suất cắt giới hạn τδ và ứng suất pháp σ

Quan hệ giữa ứng suất cắt  và độ biến dạng cũng tương tự như thínghiệm cắt đất trong hộp kín

Mô tả toán học đườn cong cắt đất

Đề mô tả đường cong cắt đất, M.G Becker [14] đề xuất áp dụng dao độngđiều hòa có dạng:

Trong đó: - Các hệ số đặc trưng quá trình dao động

18

Ông M.G Becker đã biến đổi phương trình trên để mô tả quan hệ giữa ứngsuất và biến dạng nhận được:

; (1 – 8)Trong đó:

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

∆ - Biến dạng của đất theo phương ngược với chuyển động của máy

Công thức trên không được thực tế chấp nhận vì nó tồn tại một số nhượcđiểm là công thức quá phức tạp và khó xác định được các hệ số thực nghiệm Ngoài

ra, ý nghĩa của các hệ số này là không thực tế Ví dụ, khi độ biến dạng đủ lớn thì

ứng suất giảm rất nhanh, khi k 2 >1, ∆  ∞ thì ứng suất cắt dần tới 0 (  0) Điều

đó không phù hợp với quy luật thực tế

Trên cơ sở phân tích lý thuyết về biến dạng dẻo và giới hạn chảy của đất, ôngG.I Pokpovski (người Nga) đã đề xuất công thức:

Trong đó: c1, c2, c3, c4 – Các hệ số thực nghiệm

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

Khi biến dạng ∆ đủ lớn, ứng suất cắt τ dần đến giá trị hằng số Quá trình cắtđất có thể chia thành 2 giai đoạn (2 pha): trong giai đoạn đầu ứng suất và biến dạng

cùng tăng vì , còn giai đoạn thứ hai ứng suất giảm dần vì Giá trị giớihạn của hàm này tương ứng với quá trình cắt trượt của đất Hàm này sẽ có giá trị

, (1 – 10)

Trong đó: f td – hệ số ma sát tương đương; k τ – hệ số biến dạng, m; p – áp lực

riêng trên đất, Pa; ∆ - biến dạng của đất, m.

Hệ số ma sát tương đương là hàm của hệ số ma sát nghỉ và ma sát trượt Đốivới đất có độ ẩm trung bình, hệ số ma sát tương tương có thể xác định theo công

Hệ số biến dạng tỷ lệ với độ biến dạng ∆0 và phụ thuộc vào hệ số ma sáttương đương:

,Với độ chính xác tương đối, đất hoang hoá, độ 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)

Đối với đất dẻo (đường cong 2, hình 1.9), khi đó: f n = f δ và f td = 0, công thức

(1 – 10 ) được viết lại:

(1 – 11)Công thức (1 – 10) và (1 – 11) cũng tương tự như công thức (1 – 3) mô tảđường cong nén đất nhưng ông V.V Kasưghin sử dung công thức (1 – 10) và (1 –11) để mô tả đường cong và tính toán ứng suất tiếp khi thí nghiệm cắt đất

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

20

Hiệu quả sử dụng các liên hợp máy kéo phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, cóthế chia thành 3 nhóm chính: yếu tố về điều kiện sử dụng, về tính năng kỹ thuật củamáy kéo và tổ chức sử dụng máy Giữa các yếu tố này có mối quan hệ phụ thuộc vàảnh 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 quảcác liên hợp máy kéo là nhiệm vụ trọng tâm nhất và cũng là nhiệm vụ khó khănnhất trong công cuộc cơ giới hoá nông nghiệp Cũng chính vì vậy nhiều cơ quannghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới đã đầu tư rất lớn vào nghiên cứu giải quyếtvấn đề trên, đặc biệt là ở các nước công nghiệp phát triển

Máy kéo thuộc loại máy có cấu tạo phức tạp, có nhiều chi tiết đòi hỏi độ bền

và độ chính xác cao Do đó công việc thiết kế, chế tạo máy kéo là công việc phứctạp đòi hỏi đầu tư cao về kỹ thuật công nghệ chế tạo và thiết bị máy móc hiện đại.Đứng đầu trong lĩnh vực này là Nhật Bản, Mỹ, Đức, Nga

Ở các nước chậm phát triển hoặc đang phát triển việc trang bị một số hệthống máy kéo cho quốc gia của mình chủ yếu theo hướng nhập khẩu Tuy nhiên dohạn chế về vốn, để tiết kiệm vốn và để kích thích, tạo điều kiện cho công nghiệptrong nước phát triển, nhiều nước đang phát triển cũng đã hình thành và phát triểnngành 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 đó số lượng máy nhập từ Liên Xô (cũ) chiếm nhiều nhất

Vê chất lượng, qua thực tế sử dụng nhiều năm đã khẳng định loại máy kéo bánhMTZ – 50/80 và cả loại máy kéo xích DT – 75 do Liên Xô chế tạo là phù hợp vớiđiều kiện sản xuất của nước ta trong thời kỳ đó

Sau Nghị quyết 10 của Bộ Chính trị, ruộng đất được giao cho nông dân sửdụng lâu dài, kích thước ruộng bị thu hẹp, manh mún Các máy kéo lớn không pháthuy được hiệu quả sử dụng và thay vào đó là các loại máy kéo công suất nhỏ

Tại miền Bắc các máy kéo đang sử dụng rất đa dạng về chủng loại, mã hiệu

và tính năng kỹ thuật, công suất khoảng 6 – 12 mã lực đối với máy kéo 2 bánh và

15 – 30 mã lực đối với máy kéo 4 bánh Phấn lớn trong số đó là các máy nhập từ

Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan,… Thực trạng vấn đề này do nhiều nguyên nhângây ra, một phần do kích thước đồng ruộng ở các vùng không giống nhau đặc biệt ởMiền Bắc diện tích thửa ruộng quá nhỏ, vốn đầu tư từ nông hộ thì hạn chế; ngay cảnhóm, cá nhân chuyên kinh doanh các máy nông nghiệp đi làm thuê vẫn còn khókhăn về vốn Mặt khác, do nền công nghiệp chế tạo máy kéo ở nước ta chưa pháttriển các máy kéo chủ yếu nhập ngoại không được quản lý về chất lượng và cũngkhông có chỉ dẫn cần thiết của các cơ quan khoa học Vì thế sự trang bị máy kéo ởcác nông hộ gần giống như một cuộc “thử nghiệm” với trình độ rất thấp và không

có sự hỗ trợ của các nhà khoa học cũng như sự bảo hộ của pháp luật đối với sử dụngmáy Hậu quả của việc trang bị máy móc thiếu những căn cứ khoa học cần thiết lànhiều chủ máy có hiệu quả sử dụng thấp thậm chí còn bị phá sản, chưa thực sự cótác dụng kích thích phát triển sản xuất nông nghiệp Đây cũng là bài học thực tế chocác 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 ởnước ta bắt đầu khá sớm, từ năm 1962 đã nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệmnhiều loại máy MTZ – 7M (lấy tên “Tháng tám”) Tiếp theo đó, liên tục đã cónhiều chương trình nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước về chế tạo máy kéo, nhưngcho đến nay chưa có mẫu máy kéo lớn nào được sản xuất chấp nhận Nguyên nhânchính là chúng ta chưa có những hệ thống máy móc thiết bị hiện đại để đáp ứngđược yêu cầu chế tạo các loại máy kéo có kết cấu phức tạp, đỏi hỏi có độ chính xáccao; chưa có công nghệ hợp lý hoặc tiên tiến và chưa có cả kinh nghiệm thiết kếv.v… Có thể nói sự phát triển của ngành chế tạo máy kéo ở nước ta vẫn đang trongthời kỳ nghiên cứu thăm dò

22

Điểm A trên dải xích tham gia vào hai chuyển động:

- Chuyển động quay tương đối so thân máy kéo với vận tốc , khi đó tâmhình học của bánh chủ động, các bánh hướng dẫn, bánh đè xích, đỡ xích v.v…đượccoi như cố định

- Chuyển động tịnh tiến theo thân máy kéo với tốc độ theo , khi đó tất cảcác điểm trên vành bánh chủ động (hay bị động) đều vẽ lên các quỹ đạo giống nhau

Tốc độ tuyệt đối của điểm A là tổng véc tơ của hai véc tơ vận tốc trên, nghĩalà:

(2 – 1)Đặt hệ toạ độ AXY tại điểm A và góc hợp bởi hai véc tơ vận tốc là , ta có:

,,

(2 – 2)

Trong trường hợp tốc độ theo bằng với tốc độ tương đối v 0 = v t = v m (khi

không có trượt lết và trượt quay), khi đó:

(2 – 3)

Đối với điểm B trên nhánh xích phía trên khi đó góc = 0 do đó v B =2v m.Tốc độ tuyệt đối của điểm B bằng hai lần vận tốc của máy

Đối với điểm C trên nhánh tiếp đất, tại đây = 0 vì vậy v C = 0 Tất cả các

điểm nằm trên nhánh xích tiếp xúc với đất có vận tốc tuyệt đối bằng 0

Khi vận tốc tương đối v 0 và vận tốc theo v t khác nhau, khi đó vận tốc của cácđiểm nằm trên nhánh xích tiếp xúc với đất VC có thể có hai khả năng:

- Nếu v t < v 0, Bộ phận di động bị trượt quay, điểm C khi đó bị ép về phía sau,ngược với hướng chuyển động của máy, khi vận tốc theo bằng 0, khi đó bộ phận diđộng xích bị trượt hoàn toàn, máy kéo dừng tại chỗ và nhánh xích quay theo vận tốctương đối V0.

24

0 1

2

3 3’

2’

1’

c) b) a)

- Nếu v t > v 0, trường hợp này thường xẩy ra khi máy kéo chuyển động theoquán tính, khi máy chuyển động xuống dốc hay phanh, tốc độ tuyệt đối của điểm Ckhi đó có chiều hướng theo chiều chuyển động của máy, các phần tử đất bị ép nén

về phía chiều chuyển động của máy, hiện tượng này gọi sự trượt lết của xích

Quỹ đạo chuyển động của một điểm 0 trên bánh đè xích cuối cùng như hình2.2 Từ các phương trình biểu diễn vận tốc tương đối và vận tốc theo thấy rằng, saumột khoảng thời gian một điểm nằm ở vị trí 0 sẽ dịch chuyển theo cung đến vị trí 1,điểm này sẽ dịch chuyển theo thân máy đến vị trí 1’, rõ dàng chiều dài cung 01 bằngchiều dài 11’, tương tự như vậy từ điểm 2 bất kỳ ta lấy theo chiều nằm ngang mộtđoạn có chiều dài 22’=01+12, ta nhận được điểm 2’, là quỹ đạo chuyển động củađiểm 2, tương tự như vậy cho điểm 3 Bằng cách phân tích tương tự, ta thấy trêncung 01 các điểm ở đây chuyển động theo dạng cycloid, trên đoạn 13 các điểm củaxích chuyển động theo quỹ đạo thẳng, sau đó lại tiếp tục chuyển động theo cycloidtrên cung của bánh sao chủ động Bằng cách phân tích quỹ đạo chuyển động của cácđiểm trên các cung và trên nhánh 13 của dải xích, ta vẽ được quỹ đạo chuyển độngcủa toàn bộ dải xích như trình bày trên hình 2.3

Nếu có trượt quay thì quỹ đạo của các điểm trên dải xích có thể có sự thayđổi như trên hình 2.3b, các điểm tiếp xúc với mặt đất bị dịch chuyển về phía sautheo chiều tiến chính vì vậy nó làm cho thay đổi quỹ đạo cycloid của các điểm nằmtrên cung của bánh đè xích và trên bánh chủ động làm hành trình của cung cycloidgiảm xuống

Khi trượt lết, hình ảnh sẽ ngược lại như hình 2.3c, do đất bị ép trượt vềhướng chuyển động của máy, các điểm trên cung tiếp xúc của bánh đè xích và bánhchủ động có vận tốc theo lớn hơn vận tốc tương đối, lúc này các cung cycloid củacác điểm trên xích trên hai cung này sẽ bị dãn dài ra.

Khi tốc độ tuyệt đối của các điểm trên dải xích biến đổi, sẽ xuất hiện gia tốctuyệt đối Gia tốc của các điểm trên dải xích xuất hiện bởi đặc thù làm việc của bộphận di động xích Gia tốc tuyệt đối cũng được tính bởi tổng hình học của gia tốc

tương đối theo các trục AX và AY Giả sử vận tốc tương đối và vận tốc theo là bằng nhau Đạo hàm vận tốc v AX , v AY theo thời gian ta có:

Gia tốc tuyệt đối của điểm A trên vành bánh chủ động sẽ là:

(2 – 4)

Vì rằng góc quay (Hình 2.1) sau khoản thời gian chính là cung mà điểm A

dịch chuyển được với vận tốc góc , do đó ta có: (2 – 5)

Ở đây r là bán kính bánh sao chủ động, thay các biểu thức này vào công thức

Biểu thức nhận được chính là gia tốc ly tâm, có giá trị cố định khi bán kínhbánh xe là cố định Các điểm trên cung của bánh đè xích và bánh chủ động do cóbán kính khác nhau vì vậy sẽ có gia tốc ly tâm khác nhau Các điểm nằm trên nhánhxích thẳng vì bán kính do đó J=0 Như vậy các điểm tiếp nối giữa nhánh

thẳng và nhánh trên các cung của các bánh đè, căng xích và bánh chủ động (ví dụđiểm 3 hình 2.2) khi đó chúng có giá trị gia tốc từ 0 chuyển đến một giá trị thực nào

26

Hình 2.4 Quá trình một mắt xích khi đi vào bánh đè xích

t

X

1 2

1 2

Đặc trưng về động học của bộ phận di động xích dùng xích kim loại Do mắt

xích có bước t x, ta coi các mắt xích là tuyệt đối cứng khi đó các bánh đè xích ở phíatrước và các bánh đè xích ở phía sau khi lăn trên dải xích tiếp xúc với đất sẽ có cácthời điểm chuyển từ cuối mắt xích này sang đầu mắt xích tiếp theo hình 2.4 và hình2.5

Ta có thể thiết lập quan hệ giữa tốc độ góc của nhánh xích chịu lực căng phía

sau và tốc độ tịnh tiến của máy v Để thực hiện việc đó ta lập quỹ đạo chuyển động

của một điểm của đoạn xích này trên trục OX trong hệ trục tọa độ OXY mà trục OY

đi qua tâm bánh đè xích phía sau như hình 3.7:

Theo quan hệ hình học ta có:

Và

(2 – 7)Tốc độ chuyển động của bánh đè xích phía sau (hay tốc độ chuyển động của

khung máy kéo) chính là đạo hàm của x theo thời gian:

Vì là hàm góc xoay của nhánh xích chủ động sau, và rõ dàng trị số của

nó là hàm biến đổi theo thời gian, giá trị của vận tốc v thay đổi từ giá trị cực tiểu vmin

đến một giá trị trị cực đại v max nào đó Tính chất thay đổi theo chu kỳ này của vận

tốc khung máy kéo diễn ra theo chu kỳ T được xác định bởi chiều dài của bước xích

t x : T = t x /v.

Nếu biểu diễn , khi đó - chính là hàm chuyển động khôngđều của khung máy kéo Đối với một số máy kéo xích thông dụng, ví dụ máy kéo

28

xích DT75, T150, khi thay các số liệu về kết cấu của dải xích vào công thức tính

được , như vậy nếu kết cấu của các bánh đè xích, căng xích,nền đất v.v… là tuyệt đối cứng thì khi tốc độ góc của bánh sao chủ động là khôngđổi thì tốc độ tịnh tiến của khung máy kéo có lúc giảm xuống tới 3 lần so với vậntốc cực đại Về mặt lý thuyết đây là một đặc trưng của máy kéo xích khi dải xích làxích kim loại

Thực tế, sự sai lệch vận tốc này không lớn như vậy do các bánh đè xích,bánh căng xích thậm trí độ cứng của hệ thống dẫn động cũng như mặt đường bị biếndạng lớn cũng như lực quán tính của máy kéo khá lớn Vì vậy sai lệch tốc độ thực

tế có diễn ra song tương đối nhỏ nên cảm giác của người lái là không nhận thấyđược

Như vậy tốc độ chuyển động thực của máy kéo xích thay đổi không đáng kể,

vì vậy trong lý thuyết máy kéo xích ta sử dụng khái niệm vận tốc lý thuyết trungbình và được tính theo công thức:

Trong đó: n k - là số vòng quay của bánh sao chủ động

Mặt khác, tốc độ vòng của bánh sao chủ động còn có thể tính theo công thức:

(2 – 12)

Ở đây: z - số mắt xích bao quanh bánh sao chủ động.

Cân bằng hai biểu thức trên ta có:

(2 – 13)

Từ đó ta có thể xác định được bán kính bánh sao chủ động:

Hình 2.6 Lực tác dụng lên bộ phận di động xích khi chuyển động trên mặt đồng nằm ngang

Pjr

X

R Y‘

Pf

PK 2 PK'1

PK PK

PK rK PK

Trong thực tế vận tốc làm việc của máy kéo thường nhỏ hơn vận tốc lý

thuyết do hiện tượng trượt của máy kéo Nếu gọi v lv là vận tốc làm việc thực tế, và

là độ trượt của dải xích khi đó ta có vận tốc làm việc thực tế của máy kéo là:

2.2 Động lực học của bộ phận di động xích

Giả sử các bánh chủ động, bánh đè xích chuyển động thẳng đều trên mặtđường nằm ngang, bánh chủ động bố trí phía sau và nhận một mômen chủ động từ

động cơ truyền đến M k , dưới tác dụng của mômen này nhánh xích làm việc chịu tác

dụng một lực căng là , lực này truyền tới nhánh xích tiếp xúc với đất,đồng thời nhánh xích tiếp xúc với đất truyền lên mặt đất áp lực mà tổng đại số của

áp lực này chính bằng trọng lượng của máy kéo G, giữa bề mặt tiếp xúc của nhánhxích và mặt đường xuất hiện lực bám, nếu bỏ qua mất mát do ma sát giữa các bánh

đè, bánh đỡ, bánh dẫn hướng, v.v thì hợp lực của tất cả các lực bám này chính

bằng lực kéo tiếp tuyến của máy kéo P k, lực này hướng theo chiều chuyển động củamáy kéo

Mặt khác, do biến dạng của đất, ở nhánh xích phía trước suất hiện phản lực

R, thành phần nằm ngang của phản lực này chính là lực cản lăn của hệ thống di

động xích P f , khi chuyển động trên đường nằm ngang ta có P k = P f Thành phần

thẳng đứng của phản lực này là Y’, thành phần này cùng với phản lực trên toàn bộ chiều dài dải xích tiếp xúc với đất Y cân bằng với trọng lượng của máy kéo, nghĩa là: Y’+Y=G.

30

Tưởng tượng đặt vào tâm bánh sao chủ động một cặp lực P k ngược chiều

nhau (Hình 2.6), một trong hai lực này tạo với lực P k trên nhánh xích làm việc cân

bằng với mômen chủ động M k Lực P k còn lại được phân thành hai thành phần, một

theo chiều chuyển động của máy kéo gọi là P k ’ và một vuông góc bới mặt đường

gọi là P k ’’, như vậy lực P k ’ là lực đẩy vào khung máy kéo còn lực P k ’’ cùng với

trọng lượng máy kéo tác dụng lên các bánh đè xích và truyền lên mặt đường

Mặt khác, trên bánh đè xích cuối cùng, chịu hai lực: lực căng P k lực kéo tiếp

tuyến P k , hợp lực của hai lực này chính là P k , chiếu lực này lên trục 0X ta được lực

(2 – 19)Khi chuyển động ổn định, trong bộ phận di động xích suất hiện các lực masát trong các ổ bi của các bánh đỡ, bánh tỳ, bánh hướng dẫn, v.v…mất mát côngsuất để khắc phục các lực ma sát này có thể được tính một cách tổng quát bằng tíchgiữa mômen ma sát và tốc độ góc của bánh sáo chủ động:

(2 – 20)Khi đó công suất truyền đến khung máy kéo là:

(2 – 21)

Từ phương trình công suât trên ta có thể xác định được lực kéo tiếp tuyến

nếu biết mômen ma sát trong bộ phận di động xích M r

(2 – 22)

Từ các phương trình công suất trên ta cũng có thể xác định được hiệu suấttính đến mất mát công suất trong bộ phận di động xích:

(2 – 23)Khi máy kéo chuyển động tịnh tiến có gia tốc, trong hệ thống di động xích sẽxuất hiện mômen của các lực quán tính của các khối lượng quay không đều, quydẫn tất cả các lực này đến bánh chủ động ta nhận được tổng mômen của các lực

quán tính M jr, công suất chi phí để khắc phục các lực quán tính này là:

(2 – 24)Ngoài ra khi chuyển động tịnh tiến không đều còn xuất hiện lực quán tínhcủa tất cả các bánh trong hệ di động, các lực này cùng với lực quán tính của khốilượng máy kéo đặt tại trọng tâm của máy được ký hiệu là lực Pj, như vậy cân bằnglực cho hệ thống di động xích sẽ là: (2 – 25)

Công suất thực tế truyền lên khung máy kéo sẽ là:

Phương trình (2 – 21) trên đây phương trình cân bằng công suất của bộ phận

di động xích khi máy kéo xích chuyển động không đều trên mặt đường nằm ngang

và có tính đến độ trượt của hệ thống di động Như vậy công suất truyền đến bánhchủ động của máy kéo xích được cân bằng với các công suất sau:

- - là công suất dùng để thắng các ngoại lực bên ngoài như lực kéo ởmóc, lực cản dốc, lực cản gió v.v…

- - là phần công suất dùng để khắc phục độ trượt của bộ phận

di động xích nghĩa là phần công suất làm biến dạng ngang của đất dưới dải xích tiếpxúc với đất, ma sát của bề mặt tiếp xúc giữa xích và đất v.v…

- , là phần công suất chi phí để thắng ma sát bên trong các bộ phận của

2.3 Sự phân bố áp lực trên dải xích tiếp xúc với đất

Trọng lượng của máy kéo được truyền lên mặt đất nhờ các bánh đè xích và

bề mặt nhánh xích tiếp xúc với đất

Nếu dải xích chịu một lực căng ban đầu với giá trị lớn, các bánh đè xích lắpcứng với khung và tọa độ trọng tâm của máy kéo trùng với tâm đối xứng của nhánhxích tiếp xúc với đất, thì áp lực được phân bố đều theo chiều dài dải xích tiếp xúcvới đất như hình 2.7a và nó được xác định bằng công thức [10][16]:

b)

a)

2

G q bL

VG

phận treo v.v… áp lực của nhánh xích tiếp xúc với đất được phân bố không đều như

hình 2.7b Giá trị trung bình của áp lực này chính bằng q.

Trong đất dưới tác dụng của trọng lượng G truyền lên, xuất hiện ứng suất

pháp Khả năng di động của máy kéo cũng như lực cản chuyển động của hệthống di động phụ thuộc vào trị số của ứng suất này của đất Ứng suất lớn nhất

thường phân bố phía dưới các bành đè xích (Hình 2.8), giá trị của nó tại vị trí i bất

kỳ chính bằng áp lực tại điểm đó nghĩa là :

Theo Guskob quy luật phân bố áp lực trên đất tính theo chiều dài của dảixích tiếp xúc với đất tuân thủ quy luật của đường cong nén tang hypecpolic

34

Hình 2.7 Phân bố áp lực trên phần dải xích tiếp xúc với đất

X

B1 B A1

A

h1 T

Trong đó: h i - là độ nén của đất tại điểm thứ i.

Nhánh xích giữa hai bánh đè xích bị uốn cong lên như hình 2.9

Giả sử trên cung AB của giải xích tiếp xúc với đất chịu một phần trọng lượngcủa máy Gi vì độ uốn của cung AB là không lớn do đó coi chiều dài các đoạn AA1

và chiều dài cung là bằng nhau, tương tự như vậy đối với các đoạn khác như

BB1

Chúng ta xây dựng một hệ tọa độ như hình 2.9a sao cho trục hoành nằmtrùng mặt phẳng ngang bằng với độ lún của mặt đường, trục tung đi qua điểm lúnthấp nhất của đoạn nhánh xích giữa hai bánh đè xích Chúng ta khảo sát vi phân

diện tích (có bề rộng bằng bề rộng dải xích b, còn chiều dài là dx), nằm cách gốc tọa

độ một khoảng cách là x, vi phân diện tích này được cân bằng dưới tác dụng của lực căng p và dp, cũng như áp lực của đất :

,

Ở đây: q x - là áp lực trên vi phân diện tích bdx.

Chiếu tất cả các lực trên lên các trục OX và OY ta có tổng hình chiếu của tất

cả các lực này trên các trục phải bằng 0

Tang của góc nghiêng đoạn xích chính bằng đạo hàm bậc nhất của độ cong y

của đoạn xích theo x, nghĩa là: Ngoài ra ta có (giá trị độ lún

h x được thể hiện bằng tọa độ trên trục y) Như vậy ta có:

36

(2 – 33)Đây chính là phương trình vi phân bậc 2 thuần nhất đối với độ lún của nhánhxích giữa hai bánh đè xích Nghiệm của nó được tìm dưới dạng hàm số mũ

Đạo hàm hai lần y = f(x) và thay vào phương trình vi phân trên đây ta có:

(2 – 34)Hay:

(2 – 35)Rút gọn ta có:

Phương trình trên bằng không khi: từ đó ta có các nghiệm riêngcủa phương trình (2 – 33) là:

;

Trường hợp khảo sát của vi phân diện tích có tọa độ x dương, do đó nghiệm

y 2 không phù hợp với điều kiện và chỉ có nghiệm y1 phù hợp với điều kiện khảo sát

Ở đây ta có thể đi tìm các hệ số c1, c2 theo điều kiện đầu:

x = 0 y = h 1 ; khi h 1 = c 1 e 0 = c 1 ; hay h 1 = c 2 e 0 = c 2 như vậy c 1 =c 2 =h 1

Điều này chứng minh cho nhận định rằng áp suất riêng trên đất tỷ lệ thuậnvới độ lún của xích vào đất:

(2 – 38)

Để xác định trị số áp suất riêng cần phải xác định độ lún h 1 giữa các bánh đè

Hay tính cho một nửa nhánh xích:

Sau khi lấy tích phân và thay cận tích phân vả rút gọn ta được:

(2 – 40)

Thay trị số h 1 vào biểu thức tính q x ta cócó áp suất riêng trên đất là:

(2 – 42)Biểu thức (2 – 42) cho thấy giá trị của áp suất phụ thuộc vào tải trọng phân

bố giữa các bánh đè xích, bề rộng dải xích, lực căng ban đầu cũng như các tính chất

cơ lý của đất Để xác định sự phân bố áp lực không đồng đều theo chiều dài của dảixích tiếp xúc với đất chúng ta đưa vào hệ số phân bố áp lực không đều :

(2 – 43)

Ở đây:

q max - là áp lực riêng cực đại tại vị trí

q min - là áp lực riêng cực tiểu tại vị trí khi x = 0.

38

Từ các biểu thức trên nếu biết các thông số cơ lý của hai loại đất, các thông

số kết cấu của xích ta có thể xác định được sự phân bố áp lực không đều trên các

loại đất sẽ khác nhau Ví dụ: Với đất phù xa gốc rạ k 2=0,05.107 N/m3; đất sét k1

=5.107 N/m3 thì , nghĩa là khi làm việc trên đất phù xa, ápsuất phân bố không đều trên đất lớn hơn 10 lần só với khi máy kéo làm việc trên đấtsét

Nếu tọa độ trọng tâm trùng với tâm của bề mặt dải xích tiếp xúc với đất,

phân bố áp lực có dạng hình chữ nhật khi đó:

Khi có ngoại lực đặt vào máy kéo như lực kéo, lực quán tính hoặc ngoại lựcbất kỳ khi đó tâm áp lực sẽ dịch chuyển về phía trước hoặc phía sau tâm dải xíchtrong các trường hợp này quy luật phân bố áp lực có hình thang như hình 2.10 b và

Xd Y

Xd = 0 PKP

c Sử dụng công thức xác định tọa độ trọng tâm của hình thang ta xác định được độ

dịch chuyển của tâm áp lực theo công thức:

Ta biết: ; mặt khác, giá trị q cp còn được tính theo công thức:

Đặt các giá trị của q cp vào công thức xác định q max và q min ta được:

(2 – 48)Công thức (2 – 48) này chỉ áp đúng khi: Khi đó ta có:

Khi điều kiện này không được bảo đảm thì lực cản kéo theo chiều dài tiếpxúc thực tế của dải xích tiếp xúc với đất bị giảm đi (Hình 2.10d), chiều dài này đượcxác định bằng công thức: ở đây x d có trị số tuyệt đối, không mang dấu

40