xác định một số thông số hợp lý trên máy kéo xích b240

Hiện nay chúng ta mới chế tạo được một số loại máy kéo bánh công suất nhỏ như: Bông sen 8, Bông sen 10, Bông sen 12 và Bông sen 20, các máy do Việt Nam sản xuất còn nhiều nhược điểm như

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

- -

ĐINH ĐỨC BIỂN

XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ HỢP LÝ

TRÊN MÁY KÉO XÍCH B240

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ : 60.52.01.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN NGỌC QUẾ

HÀ NỘI, NĂM 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này không trùng lặp với các luận văn, luận án

và các công trình nghiên cứu đã công bố

Mọi tài liệu, số liệu dùng trong tính toán, dẫn chứng đều hợp lệ và trung thực Thông tin trích dẫn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Học viên

Đinh Đức Biển

LỜI CẢM ƠN

Có được kết quả này nghiên cứu này, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp

đỡ nhiệt tình của rất nhiều cá nhân, tập thể

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Nguyễn Ngọc Quế người

đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy giáo, cô giáo, cán bộ công nhân viên Bộ môn Động lực, Khoa cơ điện, Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam đã giúp

đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn chỉnh đề tài của mình

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập tại Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do thời gian và khả năng còn hạn chế của bản thân lên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong được sự góp ý của các thầy, cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Học viên

Đinh Đức Biển

MỤC LỤC

1.2.2 Hiện trạng cơ giới hóa nông nghiệp Việt Nam hiện nay 10 1.3 Các chỉ tiêu chính đánh giá tính năng kéo bám của máy kéo xích 15

2.3 Lực bám và độ trượt của bộ phận di động xích 28 2.4 Cân bằng công suất và hiệu suất kéo của bộ phận di động xích 32

2.5.1 Đường đặc tính kéo không thứ nguyên của máy kéo 34

2.5.4 Trình tự tính toán trọng lượng tối ưu của máy kéo 37

2.5.6 Kết quả tính toán trọng lượng tối ưu của máy kéo B-240 38 2.6 Tính toán thiết kế lựa chọn kích thước xích cao su 40

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT

3.1.1 Phân bố áp suất tiếp xúc dưới nhánh xích chính 47 3.1.2 Độ trượt δ và biến dạng của đất dưới dải xích cứng 47 3.1.3 Xác định các lực tác dụng vào hệ thống di động xích 48 3.1.4 Phương trình cân bằng công suất và hiệu suất kéo 50

2.5 Sơ đồ dịch chuyển của các mắt xích ở nhánh chủ động 29

2.8 Đường đặc tính trượt không thứ nguyên 35

2.10 Đường đặc tính trượt không thứ nguyên của máy kéo B-240 39

3.1 a) Ứng suất chống nén và chống cắt của đất, b) biểu đồ biến dạng cắt 47

3.4 Ảnh hưởng của G đến lực chủ động Pk và lực kéo ở móc máy kéo Pm 54 3.5 Ảnh hưởng của G đến chi phí năng lượng E1,E2,E3,E4 55 3.6 Ảnh hưởng của G đến áp suất riêng của dải xích trên đất 56 3.7 Ảnh hưởng của G đến hiệu suất kéo của máy kéo xích 57 3.8 Ảnh hưởng của chiều dài dải xích tiếp xúc với đất L đến chi phí tiêu

3.9 Ảnh hưởng của chiều dài dải xích đến hiệu suất kéo của máy kéo xích 60 3.10 Ảnh hưởng của bề rộng dải xích B và chiều cao mấu xích h tới độ lún

3.11 Ảnh hưởng của bề rộng dải xích B và chiều cao mấu xích h tới áp 62 3.12 Ảnh hưởng của bề rộng dải xích B và chiều cao mấu xích h tới lực 63 3.13 Ảnh hưởng của bề rộng dải xích B và chiều cao mấu xích h tới chi phí 64 3.14 Các đường biểu diễn hiệu suất ηk tương ứng ba trường hợp cấu tạo 64

MỞ ĐẦU

Nước ta là nước nông nghiệp, để thực hiện thành công sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hóa đất nước cần từng bước cơ giới hoá và hiện đại hoá nền sản xuất nông nghiệp và nông thôn

Những năm vừa qua, việc tăng cường trang bị các nguồn động lực và hệ thống máy móc nông lâm nghiệp khác nhau đã góp phần đáng kể vào sự phát triển chung của nền sản xuất nông lâm nghiệp và nông thôn Việt Nam, giảm bớt cường độ lao động cho nông dân, nâng cao năng xuất và chất lượng sản phẩm của ngành nông lâm nghiệp và các ngành nghề khác Do đặc điểm về mặt kinh tế xã hội cũng như khó khăn về mặt đặc điểm địa lý đất đai, vấn đề cơ giới hoá trong các vùng trung du miền núi của nước ta còn ở mức thấp Tỷ lệ cơ giới hoá các khâu canh tác trong nông lâm nghiệp ở các khu vực này so với vùng đồng bằng còn một khoảng cách chênh lệch lớn Việc nghiên cứu một cách có hệ thống và tổng quát điều kiện tự nhiên, các yếu tố ảnh hưởng đến vấn đề cơ giới hoá nông lâm nghiệp nói chung, đặc biệt là cơ giới hoá trên đất độ ẩm cao và đất đồi dốc trong điều kiện của nước ta hiện nay vẫn chưa được chú ý và quan tâm đúng mức

Nguồn động lực chính trong việc cơ giới hóa các khâu sản xuất trong nông lâm nghiệp của Việt Nam là máy kéo Máy kéo được trang bị ở nước ta chủ yếu được nhập từ nước ngoài Ngành công nghiệp chế tạo máy kéo của nước ta còn rất non trẻ Thực tế đòi hỏi cần được đầu tư hơn nữa về mặt nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các mẫu máy kéo do ngành công nghiệp chế tạo máy kéo trong nước hoặc nhập ngoại các mẫu máy kéo phù hợp với điều kiện sử dụng trong điều kiện sản xuất nông lâm nghiệp Việt Nam Hiện nay chúng ta mới chế tạo được một số loại máy kéo bánh công suất nhỏ như: Bông sen 8, Bông sen 10, Bông sen 12 và Bông sen 20, các máy do Việt Nam sản xuất còn nhiều nhược điểm như tính năng kéo bám thấp, tính ổn định chuyển động không cao, tính kinh tế về nhiên liệu cũng như các thông số kết cấu khác chưa hợp lý, đặc biệt khi sử dụng trong điều kiện đất nông nghiệp có độ ẩm cao hoặc đất đồi dốc nông lâm nghiệp

Để nâng cao mức độ cơ giới hóa nông lâm nghiệp Việt Nam trong giai đoạn trước mắt, cần trang bị hệ thống máy động lực một cách hợp lý về chủng loại, về cỡ công suất cũng như tỷ lệ trang bị giữa máy kéo bánh và máy kéo xích Theo một số tài liệu chuyên môn, máy kéo xích có nhiều ưu điểm vượt trội so với máy kéo bánh, đặc biệt về tính ổn định ngang và dọc khi làm việc trên đất đồi dốc, diện tích tiếp xúc của xích với đất lớn hơn nhiều so với máy kéo bánh vì vậy

áp lực riêng trên đất nhỏ, khả năng bám hay hệ số bám của máy kéo xích lớn Những đặc điểm này làm cho máy kéo xích phát huy lực kéo lớn với độ trượt nhỏ, máy kéo có thể làm việc trên đất độ ẩm cao, độ dốc lớn hơn so với máy kéo bánh có công suất tương đương song vẫn bảo đảm không bị trượt, bị lật và an toàn lao động

Máy kéo xích cao su hiện nay chưa được chế tạo trong nước, chúng ta chủ yếu nhập từ nước ngoài như Nhật, Trung Quốc v.v Hiện nay loại máy kéo này đang có nhu cầu rất lớn trong sản xuất nông, lâm, ngư nghiệp Máy kéo xích được chế tạo trên cơ sở từ kết quả của đề tài KH&CN cấp Bộ mã số B2010-11-162 Tuy nhiên, do hạn hẹp về kinh phí khi thực hiện đề tài cấp Bộ, nên sản phẩm của đề tài còn một số bộ phận và hệ thống chưa hoàn thiện về mặt công nghệ Chính vì vậy, việc nghiên cứu, hoàn thiện các hệ thống này cũng như xây dựng một quy trình công nghệ chế tạo hoàn thiện cho một mẫu máy kéo xích cao su lần đầu tiên ở trong nước

là một công việc có tính khoa học, cấp thiết và mới ở Việt Nam

Từ những yêu cầu trên, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS NGUYỄN

NGỌC QUẾ, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Xác định một số thông số hợp lý của

máy kéo xích B240”

Mục đích của đề tài:

Nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su công suất 30 mã lực, phân tích ảnh hưởng của một số thông số kết cấu ảnh hưởng đến tính chất kéo bám, từ đó lựa chọn hợp lý một số thông số kết cấu và sử dụng làm cơ sở cho

việc hoàn thiện thiết kế và chế tạo mẫu máy kéo xích cao su ở trong nước

Nhiệm vụ của đề tài:

- Tìm hiểu tổng quan một số vấn đề liên quan đên tính chất kéo bám của máy kéo xích

- Tính toán các lực và mô men tác dụng lên máy kéo xích khi máy kéo làm việc

- Xây dựng mô hình nghiên cứu lý thuyết về tính chất kéo bám của máy kéo xích B240 làm việc trên đất nông nghiệp

- Xây dựng thuật giải và chương trình khảo sát lý thuyết tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su công suất 30 mã lực

- Phân tích ảnh hưởng của một số thông số kết cấu ảnh hưởng đến tính chất kéo bám

- Lựa chọn hợp lý một số thông số kết cấu của máy kéo xích cao su công

suất 30 mã lực chế tạo ở trong nước

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NHỮNG VẤN ĐỀ

LIÊN QUAN TỚI LUẬN VĂN

Trong sản xuất nông nghiệp, máy kéo là nguồn động lực chính để thực hiện các công việc nặng nhọc đòi hỏi chi phí công lao động cao như làm đất, thu hoạch v.v…ngoài ra máy kéo còn thực hiện việc vận chuyển hầu hết các sản phẩm nông nghiệp, giống cây trồng, phân bón, và các vật liệu khác trong nông nghiệp nông thôn Vì vậy để công nghiệp hóa và hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn thì máy kéo đóng một vai trò hết sức quan trọng và không thể thiếu trong nền sản xuất lớn mang tính công nghiệp

Các bộ phận và hệ thống chính của máy kéo gồm: động cơ, hệ thống truyền lực, truyền lực cacđăng, cầu chủ động, hệ thống di động, hệ thống treo, hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệ thống phanh, trang bị điện và các trang

bị làm việc khác

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 quay truyền, cho phép máy kéo dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc, hệ thống truyền lực còn có thể trích một phần công suất của động cơ để truyền đến bộ phận làm việc của máy công tác Phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của xe máy cụ thể mà trong hệ thống truyền lực của máy kéo 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 đường không bằng phẳng hay khi đi vào đường vòng, nó còn làm tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy

Truyền lực cacđăng 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 xe chủ động trên cùng một cầu khi các bánh xe treo độc lập với nhau Truyền lực cacđăng cho phép các trục của các bộ phận máy được truyền động không nằm

trong cùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương đối với nhau trong một giới hạn nhất định

Hệ thống truyền lực của máy kéo xích có sự khác nhau đáng kể so với hệ thống truyền lực của máy kéo bánh và ôtô Các loại máy kéo xích thường không

có bộ vi sai, khi quay vòng thường sử dụng phương pháp ngắt một phần công suất hay cắt hoàn toàn công suất đến bên nhánh xích chạy chậm, nhờ đó sẽ làm máy kéo xích quay vòng

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 phanh đai, trưyền lực cuối cùng với bánh chủ động Trên giá xích ở phía trước là bánh xe chuyển hướng với cơ cấu căng xích Truyền động cuối cùng làm tăng mô men quay cho các bánh chủ động Ly hợp chuyển hướng là một khớp nối ma sát nhiều đĩa luôn đóng Nếu bộ ly hợp chuyển hướng của một bên được mở, bên kia quay thì động cơ tới sẽ được trưyền cho bán trục của phía có ly hợp đóng Bánh xích chủ động của bên ly hợp đóng 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 để hãm khi cần thiết Do đó nếu vừa mở ly hợp lại vừa phanh bán trục của 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 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 hợp tách khỏi truyền lực chính Truyền lực cuối cùng và bánh xích chủ động bên phía ly hợp mở không nhận được mômen quay nữa Trả cần điều khiển về vị trí ban đầu, ly hợp được đóng

Truyền lực chính và bánh xích chủ động lại nhận được mômen quay

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

Với máy kéo có bộ truyền lực điện thì mô men quay được truyền từ động

cơ điện một chiều tới bánh xích chủ động qua bộ ly hợp bên và bộ truyền lực cuối cùng Động cơ điện do động cơ máy kéo làm quay máy phát điện cung cấp điện năng Hệ thống dẫn động gồm động cơ điêzen - máy phát - động cơ điện làm cho sơ đồ động của hệ truyền lực đơn giản hơn (không có hộp số và hộp cacđăng), đặc biệt là cho phép thay đổi tốc độ và mômen quay một cách vô cấp tuỳ theo lực cản bên ngoài Các bộ truyền lực kiểu thuỷ cơ và truyền động điện hoàn toàn đáp ứng chế độ làm việc của máy kéo có rơmooc và các cơ cấu làm việc của máy xây dựng

Ở máy kéo, do người lái thường ngồi phía sau để quan sát sự làm việc của các 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 dưới buồng lái, nhờ đó cấu tạo cơ cấu điều khiển hộp số đơn giản và thuận tiện khi điều khiển 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

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; 6-Truyền lực

cuối cùng;

7- Bán trục; 8 - Cầu sau; 9- Hộp phân phối; 10- Truyền lực cacđăng; 13-Bộ truyền bánh răng nón; 14- Bộ phận chuyển hướng;

15 - Bánh sao chủ động; 16- Dải xích

Trên hình (1.1) trình bày sơ đồ 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 đến hai bộ phận chuyển hướng 14 của máy kéo xích, từ trục bị động của bộ phận chuyển hướng, mômen được truyền đến truyền lực cuối cùng 6 rồi đến bánh sao chủ động 15, bánh sao chủ động ăn khớp với mắt xích của dải 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 sơ đồ hệ thống truyền lực hai dòng công suất 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 Điểm đặc 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 động và cho một bánh sao chủ động của một bên dải xích

Dựa vào kết cấu hệ thống di động, ta chia máy kéo thành hai loại chính là máy kéo bánh và máy kéo xích Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng khi chúng được sử dụng trên từng loại đất khác nhau

Máy kéo xích có nhiều ưu điểm vượt trội so với máy kéo bánh, đặc biệt về tính ổn định ngang và dọc khi làm việc trên đất đồi dốc, diện tích tiếp xúc của xích với đất lớn hơn nhiều so với máy kéo bánh vì vậy áp lực riêng trên đất nhỏ, khả năng bám hay hệ số bám của máy kéo xích lớn Những đặc điểm này làm cho máy kéo xích phát huy lực kéo lớn với độ trượt nhỏ, máy kéo có thể làm việc trên đất độ ẩm cao, độ dốc lớn hơn so với máy kéo bánh có công suất tương đương song vẫn bảo đảm không bị trượt, bị lật và an toàn lao động

Tuy nhiên máy kéo xích cũng tồn tại một số nhược điểm so với máy kéo bánh: nhược điểm lớn nhất đó là có cấu tạo hệ thống di động xích phức tạp, chế tạo khó khăn và giá thành một máy kéo xích thường đắt hơn máy kéo bánh có công suất tương đương từ 25-30% Máy kéo xích với loại xích sắt không được phép di chuyển trên đường giao thông, hiện nay có thể thay xích sắt bằng xích cao su vì vậy nhược điểm này đã được khắc phục

Từ những ưu nhược điểm chính trên đây của máy kéo xích, chúng ta thấy quá trình nghiên cứu, chế tạo và sử dụng máy kéo xích ở trong nước và trên thế giới là rất khác nhau:

Ở nước ngoài, theo các tài liệu do điều kiện đồng ruộng có kích thước lớn, máy kéo làm việc chủ yếu trên nền đất khô, vì vậy máy kéo xích đã được sử dụng khá phổ biến và chiếm một tỷ lệ khoảng 40% trong tổng số máy kéo trang bị trong một cơ sở sản xuất nông lâm nghiệp Thông thường công suất của máy kéo xích chế tạo dùng trong nông lâm nghiệp ở Tây Âu, Mỹ hay Canada [13] được chia ra làm 3 loại: loại công suất vừa nằm trong khoảng 50-80 Mã lực, loại công suất lớn nằm trong khoảng 100-200 Mã lực, và loại cực lớn để làm việc trong xây dựng, công nghiệp khai thác hầm mỏ có công suất từ 300 đến 1600 Mã lực Các tài liệu chuyên môn đã chứng minh rằng khi điều kiện đồng ruộng có kích thước rộng, khi cần thực hiện các công việc với lực kéo lớn hoặc cần làm việc trên đất dốc hay đất có độ ẩm cao, máy kéo xích cho hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao hơn nhiều so với máy kéo bánh

Ở nước ta do tập quán canh tác, điều kiện đồng ruộng nhỏ, ở đồng bằng, sản xuất nông nghiệp chủ yếu là cây lúa nước, thời gian làm đất và thu hoạch thường trên đất có độ ẩm cao, điều kiện làm việc như vậy sử dụng máy kéo xích

để thu hoạch lúa là phù hợp Ở các tỉnh miền núi và trung du, sản xuất nông lâm nghiệp có tính chất phân tán, xen kẽ cả lúa nước cũng như các cây trồng cạn trên đồi dốc, với điều kiện tự nhiên cũng như đặc điểm canh tác như vậy sử dụng máy kéo xích sẽ cho hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao hơn so với máy kéo bánh Thực

tế hiện nay máy kéo xích phục vụ trong nông nghiệp của chúng ta còn chiếm một

tỷ lệ không đáng kể, việc nhập máy kéo xích dùng trong nông nghiệp từ nước ngoài không chỉ do giá thành cao, công suất chưa hợp lý mà còn do chúng không phù hợp với tập quán canh tác, quy mô sản xuất và điệu kiện tự nhiên của Việt Nam Hiện nay chúng ta vẫn chưa có một cơ sở chế tạo máy kéo xích phục vụ việc cơ giới hoá nông lâm nghiệp nói chung và cho cơ giới hoá đất có độ ẩm cao

và đất đồi dốc ở các tỉnh miền núi nói riêng, vì vậy việc nghiên cứu chế tạo một mẫu máy kéo xích có công suất vừa và nhỏ là một yêu cầu thực tế đặt ra cho các

nhà khoa học và các nhà làm công tác cơ giới hoá sản xuất nông lâm nghiệp ở Việt Nam

1.2.1 Tình hình chế tạo máy kéo trên thế giới

Hiệu quả sử dụng liên hợp máy kéo phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, các yếu tố đó có thể chia thành 3 nhóm chính: các yếu tố về điều kiện tự nhiên, các yếu tố về tính năng kỹ thuật của máy kéo và các yếu tố về tổ chức sử dụng máy Giữa các yếu tố này có quan hệ với nhau, phụ thuộc và ảnh hưởng lẫn nhau

Do vậy việc nghiên cứu hoàn thiện kết cấu máy kéo và tổ chức sử dụng có hiệu quả các liên hợp máy kéo là nhiệm vụ trọng tâm và cũng là nhiệm vụ khó khăn nhất trong công cuộc thực hiện cơ giới hoá nông lâm nghiệp Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã đầu tư rất lớn vào nghiên cứu giải quyết các vấn 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 vậy công việc thiết kế chế tạo máy kéo là công việc phức tạp đòi hỏi đầu tư cao về kỹ thuật, công nghệ chế tạo và thiết bị máy móc hiện đại Thế mạnh về sản xuất máy kéo thuộc về các nước công nghiệp phát triển Những nước đứng đầu về lĩnh vực này là Nhật Bản, Mỹ, Đức, Nga Những nước này hiện nay đã sản xuất được nhiều loại máy kéo mà trên đó đã lắp hệ thống tự động điều khiển chế độ làm việc của liên hợp máy, trên máy kéo đã được trang bị nhiều hệ thống điều khiển điện tử, hỗ trợ cho người điều khiển cũng như làm tăng tính thuận tiện, và tiện nghi cho người lái, nâng cao các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật cho máy kéo dùng trong sản xuất nông lâm nghiệp

Ở các nước chậm phát triển hoặc đang phát triển, việc trang bị hệ thống máy kéo cho quốc gia mình chủ yếu theo hướng nhập khẩu Tuy nhiên do hạn chế về vốn, để tiết kiệm vốn và đồng thời để kích thích, tạo điều kiện cho công nghiệp phát triển, nhiều nước đang phát triển cũng đã hình thành và phát triển ngành chế tạo máy kéo

Ngày nay với sự phát triển nhanh của ngành tin học đã đẩy nhanh quá trình tự động hoá trong chế tạo, nâng cao chất lượng sản phẩm và hạ giá thành

sản phẩm Nhiều quốc gia đang phát triển đã chú ý đến việc đẩy nhanh ngành công nghiệp chế tạo máy kéo phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp phù hợp với đặc điểm khí hậu và địa lý riêng của mình

1.2.2 Hiện trạng cơ giới hóa nông nghiệp Việt Nam hiện nay

Công tác nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy kéo ở nước ta bắt đầu khá sớm, liên tục đã có nhiều nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước về chế tạo máy kéo nhưng cho đến nay vẫn chưa có mẫu máy kéo lớn nào được sản xuất chấp nhận Nguyên nhân chính là do chúng ta chưa có những hệ thống về máy móc hiện đại đáp ứng đựơc yêu cầu chế tạo các loại máy có kết cấu phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao đặc biệt là ngành công nghiệp luyện kim còn chưa phát triển, chưa có công nghệ hợp lý và tiên tiến Có thể nói sự phát triển của ngành chế tạo máy kéo

ở nước ta vẫn đang ở thời kỳ nghiên cứu thăm dò

Theo cổng thông tin điện tử Bộ NN và PT nông thôn Hiện nay, cả nước

có gần 500 nghìn máy kéo các loại sử dụng trong nông nghiệp, với tổng công suất trên 5 triệu Mã lực, tăng 4 lần so với năm 2001; cả nước có 580.000 máy tuốt đập lúa; 17.992 máy gặt lúa các loại (so với năm 2007 máy gặt đập liên hợp năm 2013 tăng 9,75 lần; năm 2014 tăng 16,6 lần)

Hiện nay, trang bị động lực trong sản xuất nông nghiệp cả nước đạt 1,3

Mã lực/ha canh tác

Mức độ cơ giới hoá bình quân các khâu trong sản xuất nông nghiệp như sau: làm đất trồng lúa đạt 35- 80 %; tưới lúa chủ động đạt 85%; thu hoạch đạt 23% (vùng ĐBSCL đạt 36%); sấy lúa chủ động ĐBSCL 39%; tuốt lúa 95%; xay xát lúa, gạo 95%, nhờ vậy góp phần bảo đảm tính thời vụ khẩn trương, tăng năng suất, chất lượng và giảm tổn thất sau thu hoạch Một số tỉnh đồng bằng sông Cửu Long có mức độ cơ giới hóa cao như: Đồng Tháp làm đất và bơm tưới đạt 100%, thu hoạch bằng máy đạt 85%; Long An thu hoạch bằng máy đạt 70%, sấy lúa 40-45% vụ hè thu và 25-30% vụ Đông Xuân; Tiền Giang làm đất bằng máy 100%; Vĩnh Long 100% diện tích làm đất bằng máy trong đó cày ải chiếm 78,34%; thu hoạch đạt 76% diện tích; Kiên Giang máy gặt đập liên hợp phục vụ trên 45% diện tích, lò sấy lúa bảo đảm 50% sản lượng, máy làm đất phục vụ trên 98% diện

tích Cần Thơ bảo đảm 100% cơ giới hóa làm đất, tuốt lúa, bơm tưới, sấy lúa hè thu đạt 68%, thu hoạch lúa 54,7% An Giang làm đất và tưới tiêu đạt 95%, gieo

xạ 48%, thu hoạch đạt 42%

Tuy nhiên, trên phạm vi cả nước cơ giới hoá trong sản xuất nông nghiệp còn thấp, chưa đồng bộ và phát triển chưa toàn diện So với các nước trong khu vực, mức độ trang bị động lực của nông nghiệp Việt Nam còn thấp, bình quân

đạt 1,3 Mã lực/ha canh tác (Các khâu canh tác chủ yếu trong nông nghiệp được

cơ giới hóa trên 90% của một số nước trong khu vực như: Thái Lan đạt 4 Mã lực/ha, Hàn Quốc 4,2 Mã lực/ha, Trung Quốc 6,06 Mã lực/ha)

Cơ giới hóa nông nghiệp chủ yếu ở khâu làm đất, tuốt đập, vận chuyển và xay xát lúa, gạo Các khâu canh tác như gieo cấy, chăm sóc, thu hoạch lúa và các loại cây trồng khác mức độ cơ giới hóa rất thấp, lao động thủ công vẫn là chủ yếu Quy mô đồng ruộng ở nước ta nhỏ, phân tán, manh mún Hiện cả nước có tới 70 triệu thửa ruộng, bình quân mỗi hộ nông dân chỉ có 0,7 ha đất canh tác, gồm 7-8 thửa Mặc dầu đã có chủ trương ”dồn điền đổi thửa”, song nhìn chung tình trạng manh mún vẫn là phổ biến Điều này đã hạn chế việc xây dựng kết cấu

hạ tầng kỹ thuật nội đồng (cứng hoá các mương thuỷ lợi, đường cho di chuyển máy móc, san phẳng đồng ruộng ) cũng như việc áp dụng máy móc, thiết bị trong nông nghiệp có hiệu quả

Mặt khác, mối liên kết hữu cơ giữa các cơ quan nghiên cứu với các doanh nghiệp chưa cao, nên rất ít sản phẩm hàng hóa, có thương hiệu xuất xứ từ kết quả nghiên cứu, chuyển giao khoa học công nghệ trong lĩnh vực cơ điện nông nghiệp Một số sáng chế, cải tiến máy móc của nông dân được đánh giá cao, song chỉ sản xuất được ở quy mô nhỏ lẻ, đơn chiếc, chắp vá và thiếu tính tiêu chuẩn, hoạt động không ổn định và không thể trở thành sản phẩm hàng hóa

Các yếu kém trên có nguyên nhân cơ bản sau:

- Sản xuất nông nghiệp phổ biến vẫn là sản xuất nhỏ

- Thu nhập từ sản xuất nông nghiệp thấp, bấp bênh, khả năng tích luỹ để đầu tư, mua sắm máy móc, trang thiết bị sản xuất của nông dân gặp nhiều khó khăn;

- Trình độ sản xuất công nghiệp, nhất là công nghiệp chế tạo của nước ta vẫn ở điểm xuất phát thấp Năng lực nghiên cứu khoa học, cũng như năng lực chế tạo máy động lực còn nhiều hạn chế

Hiện nay, thị trường sản phẩm cơ khí phục vụ sản xuất nông nghiệp từ các nguồn sau: nhập khẩu từ Trung Quốc và một số cơ sở lắp ráp máy nông nghiệp của Trung Quốc, Nhật lắp ráp tại Việt Nam; máy kéo và máy nông nghiệp nhập khẩu từ các nước: Nga, Mỹ, Hàn Quốc sản phẩm đã qua sử dụng của Nhật Bản, Hàn Quốc; từ các doanh nghiệp nhà nước (chủ yếu tập trung ở Tổng Công ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam, VEAM - Bộ Công Thương); các

cơ sở ở các địa phương Trong đó sản phẩm máy kéo và máy nông nghiệp nhập khẩu mới từ Trung Quốc đã qua sử dụng và của Nhật chiếm khoảng 70% thị phần (báo cáo của Bộ Công Thương 2012) Cụ thể như sau:

- Các loại động cơ diesel và xăng của VEAM chiếm 25% thị phần (hiện nay đã chế tạo được động cơ diesel tới 30 Mã lực), máy động lực đã qua sử dụng chiếm 20%, Trung Quốc chiếm 50% và 5% nhập khẩu từ các nước khác

- Máy xới nhỏ dưới 15 Mã lực chủ yếu là máy đã qua sử dụng và máy Trung Quốc chiếm 90% thị phần Máy Bông Sen (công ty máy kéo, máy nông nghiệp) chiếm khoảng 10% ở khu vực phía Bắc Các loại máy kéo 4 bánh đến nay chúng ta vẫn hoàn toàn nhập khẩu từ nước ngoài, khoảng 90% là sản phẩm đã qua sử dụng của Nhật (công suất 24-37 Mã lực), 10% còn lại được nhập khẩu từ Mỹ, Nga, Trung Quốc và một số ít được sản xuất lắp ráp tại các thành viên của VEAM

- Máy gặt lúa các loại (máy gặt đập liên hợp, máy cắt lúa xếp dãy, máy cắt lúa cầm tay): Năm 2010-2013 khoảng 60-70% máy gặt đập liên hợp lúa nhập khẩu mới từ Trung Quốc, máy đã qua sử dụng của Hàn Quốc, còn lại do các cơ

sở tư nhân ở đồng bằng sông Cửu Long, của VINAPPRO và Cơ khí An Giang (chủ yếu máy cắt lúa xếp dãy), đến nay máy gặt liên hợp lúa KUBOTA lắp ráp tại Việt Nam và của các cơ sở tư nhân chế tạo đang dần thay thế máy gặt liên hợp lúa Trung Quốc ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long

b) Năng lực sản xuất của các doanh nghiệp trong nước:

+ Theo báo cáo của Tổng Công ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam (VEAM) – Bộ Công Thương, đang tập trung một số sản phẩm chủ lực:

- Động cơ diesel và động cơ xăng phục vụ sản xuất nông nghiệp có thể cung cấp cho thị trường 100.000 – 120.000 chiếc/năm

- Máy xới công suất dưới 15 Mã lực cung cấp cho thị trường trong nước

và xuất khẩu 12.000-15.000 chiếc/năm

- Máy gặt đập liên hợp lúa đang đầu tư đẩy mạnh sản xuất tại một số công

ty thành viên của VEAM như Cơ khí An Giang, VIKYNO & VINAPPRO, cơ khí Vinh cùng với sự liên kết của các đối tác nước ngoài, các doanh nghiệp cơ khí địa phương trong vòng 1-2 năm tới có thể đáp ứng khoảng 3.000 chiếc/năm + Tổng Công ty Cơ điện, xây dựng nông nghiệp và thủy lợi - Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn Hiện có 20 đơn vị thành viên, trong đó có một số đơn vị chế tạo, kinh doanh các loại phụ tùng, thiết bị, máy móc nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy lợi Hàng năm nhập khẩu số lượng nhỏ máy móc, thiết bị phục

vụ sản xuất nông lâm nghiệp như máy kéo 4 bánh của Belarus, máy đào hố + Công ty TNHH KUBOTA Việt Nam, công suất thiết kế 15.000 máy kéo/năm và 2.000 máy gặt đập liên hợp/năm, khánh thành 9/2013 tại huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương, chuyên lắp ráp máy kéo bánh (24-45 Mã lực), máy phay; máy gặt lúa liên hợp (1,5-2 m); máy cấy 4-6 hàng; máy thu hoạch ngô Hiện đã

có 30 đại lý bán hàng trên cả nước (trong đó miền Bắc có 04 đại lý) Các loại máy nông nghiệp của KUBOTA chất lượng tốt, phù hợp với điều kiện canh tác ở Việt Nam, tuy nhiên giá máy còn rất cao

+ Về công nghệ chế tạo: Xét về vị trí cạnh tranh giữa các đơn vị sản xuất máy động lực và máy nông nghiệp trong nước có tính chất công nghiệp thì VEAM là đơn vị đứng đầu về máy động lực và máy nông nghiệp (động cơ, máy kéo nhỏ, máy làm đất, bơm nước, máy móc, thiết bị nuôi trồng hải sản) Thời gian vừa qua, VEAM đã thực hiện hàng loạt các dự án nâng cao khả năng chế tạo phôi liệu đúc, rèn, gia công cơ khí lắp ráp ở các đơn vị, như: VIKYNO & VINAPPRO; Phụ tùng 1; DISOCO; Cơ khí Trần Hưng Đạo Nhờ chú ý quan

tâm đầu tư trang thiết bị và tài chính không chỉ bảo đảm cho nhu cầu phát triển của doanh nghiệp trong tương lai, mà còn nâng cao mặt bằng công nghệ chung của ngành Cơ khí nông nghiệp Việt Nam

+ Đối với các địa phương:

Từ năm 2004 đến năm 2014 Chính phủ cho phép các tỉnh hỗ trợ nông dân mua sắm máy móc phục vụ sản xuất nông nghiệp từ ngân sách của địa phương

(văn bản số 3095/VPCP-KTTH ngày 18 tháng 6 năm 2004 của Văn phòng Chính phủ về việc hỗ trợ lãi suất cho nông dân mua máy, thiết bị phục vụ sản xuất nông nghiệp) Tính đến 2014, đã có trên 40 tỉnh, thành phố thực hiện chính sách hỗ trợ

(tỉnh Nghệ An thực hiện từ năm 1998), với cơ chế tỉnh hỗ trợ nông dân từ 70- 80% tổng giá trị vốn vay với lãi suất ưu đãi, hoặc hỗ trợ 50- 100% lãi suất tiền vay, thời gian trả vốn vay 3 năm Qua 10 năm thực hiện (2004-2004) đã có hàng chục nghìn máy kéo, máy nông nghiệp đến được với bà con nông dân, góp phần đẩy nhanh quá trình cơ giới hoá sản xuất nông nghiệp đồng thời đã hướng dẫn và đào tạo được một

bộ phận nông dân vận hành, sử dụng máy móc Thị phần chế tạo máy kéo, máy nông nghiệp trong nước được mở rộng; chương trình thực hiện có sự tham gia tích cực của các doanh nghiệp và Hội Nông dân Việt Nam

+ Từ Trung Ương:

- Thực hiện Quyết định số 497/QĐ-TTg ngày 17/4/2009 và QĐ 2213 ngày 31/12/2009 của Thủ tướng Chính phủ về việc hỗ trợ lãi suất vốn vay mua máy móc, thiết bị, vật tư phục vụ sản xuất nông nghiệp và vật liệu xây dựng nhà ở khu vực nông thôn (gói kích cầu của Chính phủ) Theo báo cáo của Bộ Công Thương (ngày 26/7/2013), đã có 1.011.000 hộ gia đình và cá nhân được hưởng gói hỗ trợ này, với dư nợ cho vay theo QĐ 497 là 739 tỷ đồng trong đó 656,4 tỷ đồng mua máy móc, thiết bị cơ khí và phương tiện phục vụ sản xuất, chế biến nông nghiệp (85%); QĐ 2213 (đến 31/12/2014) đạt 1.560,14 tỷ đồng trong đó 374,45 tỷ đồng

là dư nợ cho vay với nhóm vật tư nông nghiệp

- Năm 2013, Quyết định số 63/2010/QĐ-TTg ngày 15/10/2013 của Thủ tướng Chính phủ về chính sách hỗ trợ nhằm giảm tổn thất sau thu hoạch đối với nông sản, thủy sản; Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đã ban hành Thông

tư số 62/2013/TT-BNNPTNT ngày 28/10/2013 về quy định danh mục các loại máy móc, thiết bị được hưởng chính sách theo Quyết định số 63 của Thủ tướng Chính phủ; Ngân hàng Nhà nước Việt Nam đã ban hành thông tư số 03/2013/TT-NHNN ngày 08/3/2013 về hướng dẫn chi tiết thực hiện Quyết định số 63/2010/QĐ-TTg ngày 15/10/2010 của Thủ tướng Chính phủ về chính sách hỗ trợ nhằm giảm tổn thất sau thu hoạch đối với nông sản, thủy sản có hiệu lực từ ngày 01 tháng 5 năm 2011 Bộ Tài chính đã ban hành Thông tư 65/2011/TT-BTC ngày 16/5/2011 về hướng dẫn hỗ trợ lãi suất vay vốn và cấp bù chênh lệch lãi suất do thực hiện chính sách hỗ trợ nhằm giảm tổn thất sau thu hoạch đối với nông sản, thủy sản

Từ các thông tin chính thức của Bô NN & PT nông thôn về tình trạng cơ giới hóa nông lâm nghiệp, về năng lực chế tạo máy động lực ở trong nước cho thấy: ngành chế tạo máy kéo nói riêng và máy động nói chung của chúng ta hiện nay còn rất nhỏ bé, thị phần trong sử dụng chỉ chiếm tới 20%, đặc biệt là máy kéo công suất trung bình và máy kéo xích chúng ta còn phải nhập khẩu 100% của nước ngoài, trước mắt và trong những năm tới chúng ta chưa thể chế tạo ra máy kéo lớn có chất lượng kỹ thuật cao đáp ứng được yêu cầu cơ giới hoá sản xuất nông lâm nghiệp, hướng chủ yếu vẫn là cố gắng chế tạo các máy kéo bánh và máy kéo xích có công suất trung bình và nhỏ, nâng cao chất lượng sản phẩm để

có tính cạnh tranh trong khu vực Từng bước đầu tư trang thiết bị kỹ thuật, đào tạo đội ngũ cán bộ công nhân kỹ thuật để trong vòng 10 đến 15 năm nữa chúng ta

có khả năng chế tạo được máy kéo, và các máy động lực phục vụ sản xuất nông lâm ngư nghiệp chiếm thị phần trong nước từ 40-50%

Từ tổng quan các vấn đề nghiên cứu, có thể kết luận rằng với tình hình sử dụng máy kéo và máy nông lâm nghiệp cũng như năng lực và công nghệ chế tạo hiện nay ở trong nước là có tính khả thi Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy kéo

có công suất trung bình là phù hợp, đặc biệt là máy kéo xích, vì chúng có khả năng di động và tính chất kéo bám tốt trên đất đồi dốc và đất độ ẩm cao

Tính năng kéo là một trong những tính năng sử dụng quan trọng biểu thị

khả năng thực hiện cấc công việc kéo ở các điều kiện sử dụng khác nhau Tính năng

này phụ 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 cản lăn của máy kéo phụ thuộc vào loại, kết cấu của hệ thống di động, sự phân bố trọng lượng 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 chuyển động, 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 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 mối quan 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

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 khắc phục hiện tượng quá tải, khả năng rời chỗ, khả năng quay vòng và tăng tốc với tải trọng kéo lớn Khi vận chuyển tính năng động lực học của máy kéo được đặc trưng bởi tốc độ chuyển 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 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 động lực học chuyển động của máy kéo

Sự phân bố áp lực của mặt đất lên mặt tựa xích và vị trí tâm áp lực phụ thuộc vào kết cấu của bộ phận di động xích và điều kiện làm việc của máy kéo

Sự phân bố áp lực gây ảnh hưởng lớn đến các tính chất kéo bám, tính ổn định và tính năng điều khiển 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 động, sự phân bố trọng lượng trên các cầu, các tính chất cơ lý của đất, sự phù hợp công suất của động cơ, sự phân 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

độ dốc đến các chỉ tiêu đó

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LUẬN VĂN

2.1 Động lực học bộ phận di động xích

Bộ phận di động xích được thể hiện trên hình 2.1, bao gồm: bánh sao chủ

động (hay gọi tắt là bánh chủ động), dải xích, bánh dẫn hướng (bánh căng xích),

các bánh đè xích và các bánh đỡ xích Công dụng chính của các máy kéo nông

nghiệp là dùng để kéo các máy công tác, do đó bánh chủ động nên bố trí ở phần

sau của máy

Hình 2.1 Sơ đồ bộ phận di động xích

Dưới tác động của mô men chủ độngM k làm cho nhánh xích chủ động bị

căng ra với lực căng:

r

k k

= (2.1) Trong đó: r k là bán kính động lực của bánh chủ động

Bán kính r k có thể được xác định gần đúng Giả sử máy kéo chuyển

động đều và không có hiện tượng trượt, ứng với một vòng quay của bánh chủ

động máy đi được một đoạn đường S Quãng đường S chính bằng tổng chiều

dài của số mắt xích z bao kín bánh chủ động, do đó ta có:

x

k z l r

Từ đó ta rút ra :

r k = z l. x

2π (2.2) Trong đó: lx - chiều dài của một mắt xích

Lực kéo tiếp tuyến:

Lực căng T của nhánh xích chủ động sẽ được truyền đến nhánh xích tiếp xúc với mặt đường và tạo ra lực kéo tiếp tuyến P k

Quá trình vào ăn khớp với bánh chủ động các mắt xích sẽ bị xoay tương đối vơí nhau và sinh ra mô men ma sát M r1 trên bề mặt làm việc của các chốt xích

Do vậy chỉ có một phần mô men chủ động (M k - M r1 ) tạo ra lực kéo tiếp tuyến, nghĩa là

Cân bằng công suất trên nhánh chủ động:

Nhân hai vế của công thức (2.3) với ωk ta nhận được phương trình cân

bằng công suất trên bánh chủ động:

k k k k r k

M ϖ = ϖ + ϖ

1 (2.4) Trong đó: ωk − tốc độ quay của bánh chủ động ;

Mkωk − công suất do động cơ truyền đến bánh chủ động;

Pkrkωk − công suất có ích;

Mr1ωk − cômg suất mất mát do mô men ma sát nhóm một Mr1

Hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ động:

P r M

P r M

k p

k

= η = η η (2.6)

Trong đó: M e − mô men quay của động 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 động Mk mà còn phụ thuộc vào hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ động ηp

Để tổng quát hoá công thức xác định lực kéo tiếp tuyến cho cả hai loại máy, ta đặt ηm p = η ηm p, rồi thay vào công thức (2.6) sẽ nhận được:

Ở các máy kéo bánh ηp = 1, còn ở các máy kéo xích ηp < 1 Do đó khi

sử dụng công thức (2.7) hiệu suất cơ học ηm p của máy kéo xích bao giờ cũng nhỏ hơn so với máy kéo bánh

Từ các công thức (2.4) và (2.5) với phép biến đổi đơn giản sẽ nhận được:

M

M M

= − 1 = 1 − 1 (2.8)

Mô men ma sát phụ thuộc vào các thông số kết cấu của bộ phận di động xích, lực căng ban đầu T do mô men M k gây ra và phụ thuộc vào hệ số ma sát

µ trên bề mặt tiếp xúc giữa chốt xích và mắt xích

Để xác định trị số của Mr1 trước hết ta phân tích quá trình di chuyển

của các mắt xích trên bánh chủ động (xem hình 2.1)

Khi bánh đè xích sau cùng lăn sang mắt xích tiếp theo thì mắt xích 1 sẽ xoay quay khớp A một góc α1, còn tại khớp B mắt xích 1 và mắt xích 2 cũng xoay tương đối với nhau một góc α1 Qúa trình vào ăn khớp với bánh chủ động mỗi mắt xích sẽ xoay quanh khớp C một góc β1 Như vậy mỗi mắt xích khi đi qua bánh chủ động sẽ xoay tương đối với hai mắt xích kề bên cạnh một góc 2α1 + β1 và sinh ra một công ma sát:

L = µT r +

2 (2 1 1)Trong đó:

µ - hệ số ma sát trong khớp nối của các mắt xích ;

r - bán kính của chốt xích;

T/2 - lực căng trên một nhánh xích chủ động do mô menM k tạo ra

Trong một vòng quay của bánh chủ động có z mắt xích vào ăn khớp và sinh ra một công ma sát tương ứng:

η p µr α β

l x

= 1 − (2 1 + 1) (2.10) Qua đó cho thấy rằng, hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ động không phụ thuộc vào mô men chủ độngM k, mà chỉ phụ thuộc vào các thông

số cấu tạo của bộ phận di động xích và hệ số ma sát µ Do vậy với một bộ phận di động xích cụ thể có thể xem ηp là một đại lượng không đổi trong quá trình làm việc Các số liệu thực nghiệm cho thấy rằng, nếu xích có tình trạng

kỹ thuật tốt ηp = 0,96 ÷0,98

Trong trường hợp bánh chủ động được bố trí ở phần trước của máy kéo thì nhánh chủ động bao gồm cả nhánh xích trên Khi đó mô men ma sát được tính theo công thức:

Trong trường hợp bánh chủ động bố trí ở phía sau và chạy lùi thì nhánh chủ động sẽ bao gồm cả nhánh trước và nhánh trên, khi đó mô men ma sát sẽ được tính theo công thức:

M r1 T r 1 2 2 2 2 z

2

π( ) (2.12)

Rõ ràng rằng khi chạy lùi mô men ma sát trên nhánh chủ động sẽ lớn hơn so với khi chạy tiến

Trong các công thức trên có sự tham gia của hệ số ma sát µ Thực nghiệm cho thấy ngoài sự phụ thuộc vào loại vật liệu và tình trạng kỹ thuật của dải xích,

hệ số ma sát µ còn phụ thuộc vào góc xoay tương đối giữa các mắt xích và phụ thuộc vào điều kiện làm việc của máy - làm việc ở môi trường khô hoặc ướt, mức

độ bụi và thành phần hạt bụi cứng Khi tính toán có thể chọn µ = 0,2 ÷ 0,25

Lực cản lăn của máy kéo xích sinh ra do đất bị biến dạng theo phương pháp tuyến và do lực ma sát trong bộ phận di động xích Nếu ta ký hiệu Pƒn và Pƒr

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:

Pfr P

P f = fn +

Đất bị biến dạng theo phương pháp tuyến là do sự tác động của tải trọng pháp tuyến, chủ yếu là do trọng lượng của máy Sự phân bố ứng suất theo chiều dài xích là không đều nhau, tại vùng tiếp xúc với các bánh đề xích có ứng suất lớn hơn các vùng lân cận

Để đơn giản ta giả thiết: máy chuyển động trên đường nằm ngang với sự phân bố phản lực pháp tuyến theo chiều dài của nhánh xích tiếp đất là đồng đều

(hình 2.3) Khi đó sự biến dạng của đất theo phương pháp tuyến chủ yếu là do

bánh đè xích phía trước gây nên, các bánh đè xích tiếp theo chỉ lăn trên nền đất

đã được bánh đè xích trước nén chặt Hợp lực của các phản lực pháp tuyến tác dụng lên nhánh xích trước có thể phân thành hai thành phần: thành phần thẳng đứng và thành phần nằm ngang Thành phần nằm ngang có chiều chống lại sự

chuyển động và được gọi là lực cản lăn P ƒn

Trị số của thành phần lực cản lăn Pƒn có thể được xác định theo một vài phương pháp khác nhau tuỳ theo cách giả thiết Với giả thiết đã nêu ra ở trên ta xác định lực Pƒn theo phương pháp cân bằng công do lực Pƒn làm dịch chuyển

máy kéo theo phương ngang với đoạn đường dL và công của trọng lực G làm mặt

đường biến dạng theo phương pháp tuyến một đoạn dh.Ta có thể viết phương

trình cân bằng năng lượng:

h - độ sâu vết xích

Hình 2.2 Hình 2.3

Sơ đồ lực tác dụng lên máy kéo Sơ đồ xác định lực cản lăn

Để xác định độ sâu của vết xích h ta giả thiết ứng suất pháp tuyến phân bố

đồng đều có trị số là σtb và sự biến dạng của đất nằm trong giới hạn đàn hồi Trị

số của σtb có thể được xác định theo công thức σ = k.hn, với n=1:

σtb =k.h

Trong đó: k - hệ số biến dạng của đất theo phương pháp tuyến

Trong trường hợp này trọng lượng của máy kéo sẽ được cân bằng với các

Sau khi thay h vào phương trình (2.13) ta nhận được:

kbL

f n =

2 2

2 (2.14) Qua công thức trên ta thấy thành phần lực cản lăn Pfn phụ thuộc vào các thông số cấu tạo của máy và các tính chất cơ lý của đất Trọng lượng của máy

và chiều dài L là hai yếu tố gây ảnh hưởng mạnh nhất Để giảm thành phần lực cản lăn Pfn ta có thể tăng chiều dài L của dải xích sẽ có hiệu quả hơn so với tăng bề rộng b Nhưng trong quá trình sử dụng không thể thay đổi chiều dài L vì không cho phép thay đổi các thông số cấu tạo của bộ phận di động xích Vì vậy, trong thực tế khi máy kéo làm việc trên nền đất yếu để giảm lực cản lăn thường người ta chỉ tăng bề rộng b bằng cách sử dụng các dải xích có

bề rộng lớn hơn

Lực cản lăn của máy kéo còn do các lực ma sát trong bộ phận di động xích, bao gồm: ma sát trong các khớp nối của dải xích do lực căng ban đầu T0 và lực ly tâm gây ra; lực ma sát giữa dải xích và các bánh đỡ xích; lực ma sát trong các ổ đỡ và lực cản lăn của các bánh đè xích Các thành phần lực ma sát trên có thể quy dẫn đến bánh chủ động, tương đương với một mô men ma sát Mr2

Để phân biệt với mô men ma sát Mr1 do mô men chủ động Mk gây ra, thường người ta gọi Mr1 là mô men ma sát nhóm I và Mr2 - mô men ma sát nhóm II

Lực cản lăn do mô men ma sát nhóm II gây ra có thể được xác định theo công thức:

Xác định mô men ma sát nhóm II:

Các máy kéo dùng trong nông nghiệp thường làm việc với tốc độ chuyển động thấp Do đó có thể bỏ qua sự ảnh hưởng của lực ly tâm đến độ căng của xích Mô men ma sát trong các gối đỡ cũng có thể bỏ qua Như vậy mô men ma sát nhóm II Mr2 được sinh ra chủ yếu là do ma sát trên các chốt xích và lực cản lăn của các các bánh đè xích

Phân tích tương tự như đã phân tích ở nhánh chủ động ta nhận được:

ƒ0 - hệ số cản lăn của các bánh đè xích

Số hạng thứ nhất của công thức (2.16) là thành phần mô men ma sát sinh

ra trên các chốt xích do lực căng ban đầu T0 gây ra, số hạng thứ hai là mô men

ma sát do lực cản lăn của các bánh đè xích gây ra Đó là hai thành phần chủ yếu gây ra mô men ma sát Mr2

Công thức (2.16) cũng cho ta thấy rằng, để giảm mô men ma sát Mr2 có thể bằng cách giảm lực căng ban đầu To

Nhưng trong công thức trên chưa tính đến sự ảnh hưởng của độ võng nhánh xích trên đến mô men ma sát Mr2 Khi giảm lực căng ban đầu sẽ làm độ võng tăng lên và dẫn đến làm tăng mô men ma sát Mr2 Như vậy cần phải giải bài toán tối ưu chọn lực căng ban đầu To để sao cho mô men ma sát trong bộ phận di động xích là nhỏ nhất

Vấn đề này thường chỉ được giải quyết theo phương pháp thực nghiệm

và được kiểm tra thông qua đo độ võng của nhánh xích trên Ngoài ra, để giảm

độ võng và độ dao động của nhánh xích trên có thể thực hiện bằng cách lắp thêm các bánh đỡ xích

Các thành phần lực cản lăn Pf.r và Pfn có thể biểu thị qua tải trọng pháp tuyến Trường hợp máy kéo chuyển động trên đường nằm ngang, các thành phần lực cản lăn có thể được xác định như sau:

P f n = f G n

P f r = f G r

Trong đó: ƒn và ƒr là các hệ số cản lăn tính đến sự mất công suất do biến dạng của mặt đường theo phương pháp tuyến và ma sát trong bộ phận di động xích

Lực cản lăn chung của cả máy kéo sẽ là tổng của hai thành phần trên, nghĩa là:

P f = P f n + P f r = (f n + f G r) = fG (2.17) Cần lưu ý rằng, trong thực tế phản lực pháp tuyến lên các nhánh xích phân bố không đều theo chiều dài của nhánh xích tựa, khi đó độ sâu của vết xích sẽ tăng lên và làm tăng lực cản lăn Sự ảnh hưởng này sẽ càng lớn khi máy kéo chuyển động trên đất dốc

Do phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhất là khi làm việc trên đồng, nên hệ số cản lăn chỉ có thể xác định tương đối chính xác bằng phương pháp thực nghiệm Trong các tài liệu kỹ thuật thường được đưa ra các hệ số cản lăn cho các loại máy kéo (xích hoặc bánh) khi làm việc trên các loại đường, loại đất khác nhau

Lực quán tính xuất hiện khi máy kéo chuyển động có gia tốc Trong trường hợp tổng quát nó bao gồm lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và các khối lượng chuyển động quay

Khi máy kéo chuyển động có gia tốc sẽ xuất hiện lực quán tính có phương song song với phương chuyển động và điểm đặt tại trọng tâm của máy kéo Nếu chuyển động chậm dần, lực quán tính Pj sẽ cùng chiều với chiều chuyển động và có tác dụng hỗ trợ cho sự chuyển động của máy kéo Ngược lại, khi chuyển động nhanh dần, lực quán tính sẽ chống lại sự chuyển động và gọi là lực cản quán tính

Giá trị của lực quán tính có thể xem như tạo thành bởi hai thành phần:

P j = P j' +P j'' (2.18)

Trong đó : Pj’ - lực cản quán tính tịnh tiến;

Pj’’ - lực cản quán tính do sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trên máy kéo gây ra

Lực quán tính tịnh tiến Pj’ có thể được xác định theo công thức :

Pj' = a

g

G

(2.19) Trong đó : a - gia tốc tịnh tiến của máy kéo;

G - trọng lượng máy kéo;

ak k

an n

r

Jn a

M =

Jn, rm - mô men quán tính và bán kính của bánh xe dẫn hướng

Thay các giá trị Mak và Man vào (2.20), sau đó thay các giá trị của Pj’

và Pj’’ vào (2.18) ta sẽ nhận được lực cản quán tính chung của máy kéo

P G

g a

g G

r

J r

j

k

n n

k

n n

g G

r

J r

δa − hệ số quy đổi khối lượng, tính đến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều:

δa ηp d ηm x x ηx k b

k

g G

ηp - hiệu suất làm việc của nhánh xích chủ động;

Jb - mô men quán tính của các chi tiết chuyển độg quay trong bộ phận chuyển động xích được quy dẫn đến bánh chủ động

B k

= ( ) 2 + ( ) 2 + ( ) 2 + 2 (2.25)

Jn, rn − mô men quán tính và bán kính của bánh căng xích;

Jo, ro − mô men quán tính và bán kính của các bánh đè xích;

Jp, rp − mô men quán tính và bán kính của các bánh đỡ xích;

GB − trọng lượng của nhánh xích trên

Hệ số quy đổi khối lượng δa cũng có thể được tính theo công thức thực nghiệm:

2

.002,02,

a = +

δ (2.26) Trong đó: i - tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực

Từ sơ đồ lực trên hình (2.2) có thể viết phương trình cân bằng lực:

m j f

P = ± sin α ± + (2.27) Trong đó: Pm - lực cản kéo ở móc

Trong công thức (2.27) dấu (+) hoặc (−) trước G tùy thuộc chuyển động lên dốc hoặc xuống dốc, còn dấu (+) hoặc (−) trước lực quán tính Pj sẽ tuỳ thuộc chuyển động nhanh dần hoặc chậm dần

Pk = µ G + 2 τ Sn (2.28)

Trong đó: µ - hệ số ma sát giữa xích và mặt đường;

G - trọng lượng máy kéo ;

τ - ứng suất tiếp tuyến trong đất;

S - diện tích mặt tựa sau của một mấu bám;

n - số mấu bám đang bám với mặt đường

Khi xích bị trượt hoàn toàn, trị số của lực kéo tiếp tuyến đạt cực đại

và được gọi là lực bám, ký hiệu Pϕ :

Sn G

Pϕ = µ + 2 τmax (2.29) hoặc Pϕ = ϕ G

Trong đó: τmax - ứng suất tiếp cực đại trong đất;

ϕ - hệ số bám của máy kéo xích

Qua đó ta thấy lực bám của máy kéo xích phụ thuộc vào các thông số cấu tạo của dải xích, trọng lượng máy và các tính chất cơ lý của đất Để tăng khả năng bám có thể tăng kích thước của mấu bám, tăng chiều dài của nhánh xích tựa

và giảm chiều dài các mắt xích, tăng trọng lượng máy Tuy nhiên, việc thay đổi các thông số đó sẽ ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kỹ thuật khác như lực cản lăn, tính năng quay vòng, chi phí chế tạo Do vậy kết cấu của xích phải được tính cho phù hợp với công việc chính và điều kiện làm việc của từng loại máy kéo cụ thể

Trong đó: vt - vận tốc lý thuyết: vt = rkωk

v - vận tốc thực tế: v = rωk

rk, r - bán kính lăn lý thuyết và bán kính lăn thực tế

Bán kính lăn lý thuyết của máy kéo xích có thể chấp nhận bằng bán kính động lực học được xác định theo công thức (2.2)

Cần lưu rằng vận tốc lý thuyết vt của máy kéo xích là đại lượng ngẫu nhiên

có tính chu kỳ, ngay cả trường hợp tốc độ quay của bánh chủ động là không thay đổi Do đó trị số của vận tốc được xác định theo các công thức trên chỉ là những giá trị trung bình

Để giải thích vấn đề này ta khảo sát sự di chuyển của nhánh xích chủ

Khi bánh đè xích sau cùng ở vị trí như Hình 2.5a nhánh chủ động luôn

căng, nghĩa là bộ phận di động xích đang tạo ra lực chủ động để đẩy máy kéo chuyển động với vận tốc lý thuyết vt = rkωk

Tại thời điểm bánh đè xích sau cùng dịch chuyển sang mắt xích tiếp theo

(hình 2.5b), mắt xích 1 có thể quay tự do, nhánh chủ động bị trùng lại đột ngột

và không tạo ra lực chủ động, nghĩa là không tạo ra sự chuyển động tịnh tiến của máy kéo Tuy nhiên, trong thời gian đó máy kéo vẫn chuyển động được là nhờ lực quán tính

Hiện tượng trên lặp lại có tính chu kỳ và do đó vt, v và δ là những đại lượng biến thiên có tính chu kỳ Biên độ dao động của vận tốc phụ thuộc và các thông số cấu tạo của bộ phận di động xích, trong đó chiều dài của các mắt xích gây ảnh hưởng cơ bản nhất

Nếu ta quy ước vận tốc lý thuyết là đại lượng không đổi vt =const, thì trong giá trị của độ trượt được tính theo công thức lý thuyết xem như không

kể đến mất vận tốc do bánh chủ động quay không tải trong thời gian nhánh xích chủ động bị trùng lại Đó là một điểm khác nhau giữa độ trượt của máy kéo xích và máy kéo bánh

Về nguyên nhân gây ra sự trượt của máy kéo xích, cơ bản vẫn do biến dạng của đất theo phương tiếp tuyến

Tại cùng một thời điểm, độ biến dạng của đất do các mấu bám gây ra sẽ

không như nhau, mấu bám sau cùng (Hình 2.6) gây ra biến dạng lớn nhất và

mấu bám đầu tiên sẽ gây ra biến dạng nhỏ nhất

Giả sử không có hiện tượng trượt, trong khoảng thời gian mắt xích tiếp xúc với mặt đường máy kéo sẽ dịch chuyển được một quãng đường bằng chiều dài của một mắt xích lx Do bị trượt cùng trong thời gian đó máy kéo chỉ dịch chuyển được một đoạn đường lx - ∆l Do vậy độ trượt của máy kéo có thể được xác định theo công thức sau:

δ = l − l − l =

l

l l