Động lực học ô tô máy kéo - Chương 1,2

Nội dung: Chương I. Lực và mômen tác dụng lên ô tô máy kéo trong quá trình chuyển động, Chương II. Động lực học tổng quát của ô tô - máy kéo bánh xe, Chương III. Động lực học của máy kéo xích, Chươ

Lời nói đầu

Máy kéo và ô tô đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau nh nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải Trong nông nghiệp máy kéo là nguồn động lực chính thực hiện các khâu cơ giới hoá trên đồng ruộng, vận chuyển sản phẩm và vật t nông nghiệp hoặc liên hợp với các máy tĩnh tại

Do nhu cầu của sản xuất, ngành chế tạo máy kéo đã sớm phát triển, tr ớc hết là ở các nớc châu Âu Từ khoảng giữa thế kỷ XVIII ở Anh, Pháp đã sản xuất ra một số loại máy kéo bánh và đến năm 1879 ở Nga đã sản xuất ra loại máy kéo xích đầu tiên trên thế giới Lúc bấy giờ chủ yếu dùng động cơ hơi nớc Đến năm 1910 ở Nga đã chế tạo ra máy kéo dùng động cơ đốt trong Đó cũng là những chiếc máy kéo đầu tiên trong lịch

sử phát triển máy kéo hiện đại

Từ đó đến nay đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, kết cấu của máy kéo không ngừng đợc cải tiến và ngày càng đợc hoàn thiện Nhờ đó hiệu quả sử dụng chúng ngày càng cao và phạm vi sử dụng cũng đợc mở rộng ra

Cùng với sự phát triển của ngành chế tạo ô tô máy kéo, môn “Động lực học chuyển động ô tô máy kéo” cũng đã đợc hình thành và phát triển Đó là một môn khoa học chuyên nghiên cứu các vấn đề động học, động lực học của từng cơ cấu hoặc của toàn máy trong các điều kiện sử dụng khác nhau; nghiên cứu các tính năng sử dụng, xác lập các chỉ tiêu và các thông số đánh giá các tính năng đó nhằm xây dựng cơ sở khoa học để hoàn thiện kết cấu máy, và xác định các chế độ sử dụng hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng chúng

Môn Động lực hoc chuyển động ô tô máy kéo đợc hình thành trên cơ sở phân tích các kết cấu của máy, kết hợp với những kinh nghiệm đúc kết đ ợc trong quá trình sử dụng chúng Môn khoa học này đợc hình thành muộn hơn ngành chế tạo ô tô máy kéo Tuy vậy trong thực tế nó đã đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển ngành chế tạo ô tô máy kéo Kinh nghiệm của nhiều nớc cho thấy rằng, đa số các trờng hợp thành công trong lĩnh vực thiết kế chế tạo ô tô máy kéo là nhờ vào sự khai thác các môn lý thuyết về ô tô máy kéo Tuy nhiên, sự phát triển của ngành chế tạo máy kéo cũng nh sự tích lũy kinh nghiệm sử dụng chúng sẽ là nguồn thúc đẩy và hỗ trợ cho môn khoa học này ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn

Giáo trình này sẽ giới thiệu các kiến thức cơ bản về tính chất động lực học của ô tô máy kéo nhằm mục đích làm tài liệu học tập chính cho sinh viên cơ khí động lực thuộc chuyên ngành cơ khí hóa sản xuất nông nghiệp đồng thời có thể làm tài liệu tham khảo cho các kỹ s có quan tâm đến lĩnh vực này

Do trình độ và thời gian có hạn, chắc rằng không tránh khỏi những thiếu sót trong khi biên soạn, tác giả rất mong nhận đợc sự góp ý của các bạn đồng nghiệp và của độc giả để bổ sung cho những lần biên soạn sau

Hà Nội, tháng 2 năm 2006

Tác Giả

Chơng 1

Tính năng sử dụng

và điều kiện làm việc của máy kéo và ô tô

1.1 Tính năng sử dụng máy kéo và ô tô

Trong sản xuất nông nghiệp máy kéo đợc sử dụng để thực hiện nhiều công việc khác nhau, trong các điều kiện đất đai khí hậu rất phức tạp và đa dạng Do đó các yêu cầu kỹ thuật đặt ra đối với các máy kéo cũng rất đa dạng Để đáp ứng đ ợc các yêu cầu

đó đòi hỏi máy kéo phải có một số tính năng sử dụng nhất định Các tính năng này giữ vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng máy kéo trong những điều kiện nhất định

Đối với ô tô, điều kiện chuyển động có thuận lợi hơn và các công việc cũng đỡ phức tạp hơn so với máy kéo nhng cũng đòi hỏi có nhiều tính năng sử dụng, đặc biệt là các loại xe dụng trong quân sự hoặc các loại xe chuyên dùng

ảnh hởng của từng tính năng đến hiệu quả sử dụng chung của ô tô máy kéo là khác nhau Để đánh giá ảnh hởng đó cần phải đa ra đợc các thông số đo cũng nh các phơng pháp xác định trị số của chúng Sự lựa chọn đúng đắn các tính năng sử dụng và các thông số đo các tính năng đó sẽ có ý nghĩ rất lớn trong việc tìm kiếm các giải pháp

kỹ thuật nhằm nâng cao chất lợng chế tạo và nâng cao hiệu quả sử dụng của máy kéo ở các điều kiện khác nhau

Các tính năng sử dụng quan trọng của máy kéo và ô tô có thể chia ra thành 3 nhóm chính : tính năng kinh tế - kỹ thuật, tính năng kỹ thuật chung và tính năng chuyên dùng (còn gọi là tính năng đặc thù)

Các tính năng kinh tế-kỹ thuật Những tính năng quan trọng nhất trong nhóm này

là tính năng kéo, tính năng động lực học và tính kinh tế của máy kéo và ô tô

Tính năng kéo của máy kéo khi thực hiện các công việc trong nông nghiệp đợc

đặc trng bởi khả năng thực hiện các công việc kéo ở các điều kiện đất đai khác nhau Tính năng này phụ thuộc rất lớn vào khả năng bám của bộ phận di động với mặt đồng Khi vận chuyển, tính năng kéo của ô tô và máy kéo đ ợc đặc trng bởi tốc độ chuyển

động trung bình trên các loại đờng 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 đợc đặc trng bởi khả năng khắc phục hiện tợng quá tải, khả năng rời chỗ và tăng tốc với tải trọng kéo lớn Khi vận chuyển tính năng động lực học của ô tô và máy kéo đợc đặc trng bởi tốc độ chuyển động cực đại, gia tốc và độ dốc lớn nhất mà xe có thể vợt đợc

Tính năng kéo và tính năng động lực học ảnh hởng rất lớn đến năng suất của liên hợp máy kéo và ô tô 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 và ô tô Tính kinh tế của các máy kéo và ô tô đợc đánh giá thông qua giá thành công việc

do chúng thực hiện Tính kinh tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh chi phí nhiên liệu và các vật liệu bôi trơn, chi phí cho chăm sóc kỹ thuật và sửa chữa, trả tiền l ơng cho công nhân Trong môn học này chỉ xem xét đến tính tiết kiệm nhiên liệu Tính tiết kiệm nhiện liệu của máy kéo chủ yếu phụ thuộc vào tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ, sự phân bố tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực cũng nh việc sử dụng hợp lý các số truyền đó và còn phụ thuộc điều kiện sử dụng cụ thể

Tính năng kỹ thuật chung Nhóm tính năng này chủ yếu liên quan đến độ bền,

tuổi thọ, tính thuận tiện trong điều khiển, chăm sóc kỹ thuật , tính an toàn và sự chuyển

động êm dịu của máy kéo và ô tô

Độ bền và tuổi thọ của ô tô máy kéo đợc thể hiện ở khả năng làm việc mà không xảy ra hỏng hóc hoặc xẩy ra sự mài mòn các chi tiết quá nhanh buộc phải dừng máy để sửa chữa Để cải thiện tính năng này cần phải xác định đợc một cách chính xác các lực

và các mô men tác động lên các chi tiết hoặc các cơ cấu của máy Đó là tiền đề cho việc tính toán thiết kế hợp lý các cơ cấu và các chi tiết máy và cũng là một trong những nhiệm vụ quan trọng của môn động lực học chuyển động của máy kéo và ô tô

Tính thuận tiện điều khiển và chăm sóc kỹ thuật của ô tô máy kéo thể hiện ở khả năng lái nhẹ nhàng thoải mái, dễ chăm sóc kỹ thuật Nó phụ thuộc loại tiểu khí hậu trong cabin, loại cơ cấu treo, tính chuyển động êm dịu, độ ổn định của các bánh lái, độ lớn của các lực mà ngời lái cần phải tác động lên vô lăng, các bàn đạp hoặc các cần

điều khiển máy, phụ thuộc vào tần số và mức độ phức tạp của các công việc chăm sóc

kỹ thuật và còn nhiều yếu tố khác nữa

Tính an toàn chuyển động của máy kéo khi làm việc trên đồng ruộng hoặc khi thực hiện các công việc xây dựng chủ yếu phụ thuộc vào khả năng chống lật và chống trợt Khi vận chuyển tính an toàn chuyển động của ô tô máy kéo phụ thuộc vào hiệu lực của phanh, điều kiện quan sát của ngời lái

Tính chuyển động êm dịu của ô tô máy kéo đợc đặc trng bởi tần số và biện độ dao

động của xe và ghế ngồi khi chuyển động trên các địa hình không bằng phẳng Tính chất này chủ yếu phụ thuộc vào loại cơ cấu treo của xe và ghế ngồi

Các tính năng kỹ thuật chung gây ảnh hởng rất cơ bản đến năng suất và chất lợng công việc của các liên hợp máy kéo và ô tô

Các tính năng đặc thù Mỗi loại ô tô máy kéo, ngoài những tính năng chung còn

có những tính năng đặc thù riêng để đáp ứng với yêu cầu sử dụng nh tính năng cơ động

và tính năng lái v.v

Tính năng cơ động của ô tô máy kéo đợc hiểu là khả năng chuyển động của nó trong những điều kiện đờng xá khó khăn và địa hình phức tạp Đối với máy kéo, đáng quan tâm là khi chuyển động trên ruộng nền yếu và có độ ẩm cao hoặc trên ruộng

n-ớc Trong trờng hợp này tính cơ động của máy kéo chủ yếu phụ thuộc vào áp lực riêng của bộ phận di động tác động lên đất và khả năng bám của các bánh xe chủ động hoặc dải xích với đất Khi làm việc giữa hàng cây tính cơ động của máy kéo phụ thuộc vào khoảng sáng gầm máy (khoảng cách từ điểm thấp nhất của gầm máy đến mặt đ ờng) và khả năng thayđổi bề rộng cơ sở (khả năng thay đổi khoảng cách giữa các vết bánh xe) Nói chung, tính năng cơ động của ô tô máy kéo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu là tính năng kéo bám và các kích thớc hình học Ngoài ra những đặc điểm cấu tạo của các cụm riêng biệt của máy kéo cũng nh trình độ nghề nghiệp của ngời lái cũng

có ảnh hởng đến tính năng cơ động

Tính năng lái của ô tô máy kéo đợc đặc trng bởi khả năng chuyển động theo quĩ

đạo định trớc nhờ tác động vào cơ cấu lái khi ô tô máy kéo làm việc trên các điều kiện

đờng xá và điều kiện đất đai khác nhau Một trong những chỉ tiêu quan trọng là tính ổn

định chuyển động thẳng vì nó ảnh hởng đến năng suất, chất lợng công việc và tính an toàn chuyển động, đặc biệt là khi làm việc trên đồi dốc và khi vận chuyển trên đừơng Tính năng lái chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của cơ cấu lái và trình độ ng ời lái

Tóm lại, máy kéo và ô tô cần có nhiều tính năng sử dụng và giữa các tính nằng đó

có những mối liên hệ chặt chẽ, phức tạp và phụ thuộc lẫn nhau Mức độ ảnh h ởng của từng tính năng riêng biệt đến hiệu quả sử dụng chung của máy là khác nhau tuỳ thuọcc vào kết cấu và điều kiện sử dụng cụ thể Do vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng máy kéo

và ô tô cần phải nghiên cứu ảnh hởng của từng tính năng riêng rẽ và các mối liên hệ giữa chúng, trên cơ sở đó tìm ra các giải pháp thiết kế chế tạo và sử dụng hợp lý Nội dung của các chơng sau sẽ xem xét cụ thể các vấn đề trên

1.2 Các tính chất cơ lý của đất

Các máy kéo chủ yếu làm việc trên đồng ruộng hoặc chuyển động trên các loại đ -ờng đất Việc nghiên cứu các quá trình tác động tơng hỗ giữa bộ phận di động của máy (bánh xe hoặc dải xích) và đất là cần thiết và quan trọng Để nắm đ ợc vấn đề này trớc hết cần nắm đợc các tính chất cơ lý của đất

Đất là một môi trờng phức tạp - phân tán rời rạc, không đồng nhất và đợc cấu tạo bởi ba pha : pha cứng (các hạt cứng), pha lỏng (nớc) và pha khí (không khí và hơi) Các tính chất cơ lý của đất sẽ thay đổi tùy thuộc vào tính chất và thành phần của các pha chứa trong đất Việc nghiên cứu các tính chất cơ lý của đất đã đ ợc trình bày kỹ trong

năng kéo bám của máy kéo

Những tính chất vật lý có ảnh hởng lớn đến tính năng kéo bám của máy kéo là thành phần cấu trúc, độ ẩm và độ chặt

Thành phần cấu trúc của đất (còn gọi là thành phần hạt) đ ợc đánh giá bởi kích

th-ớc hàm lợng của các hạt cứng (cốt liệu) trong khối đất Theo thành phần cấu trúc các loại đất đợc chia thành hai nhóm chính : nhóm đất sét và nhóm đất cát Nhóm đất sét đ

-ợc cấu tạo chủ yếu bởi các hạt sét, còn nhóm đất cát chủ yếu là do các hạt cát cấu thành nên Tuỳ theo hàm lợng của các thành phần các nhóm này còn đợc phân loại ra một số loại cụ thể

Độ ẩm của đất biểu thị lợng nớc chứa trong khối đất và đợc đánh giá bởi tỷ số giữa trọng lợng của phần nớc chứa trong khối đất và trọng lợng toàn phần của khối đất

đó khi ở trạng thái tự nhiên Khi độ ẩm thay đổi thì trạng thái và các tính chất cơ học của đất cũng thay đổi theo Ví dụ, tùy thuộc vào độ ẩm trạng thái của đất sét có thể là cứng, dẻo hoặc ở thể lỏng

Độ chặt (còn gọi là độ cứng) là lực cản riêng của đất trên mỗi đơn vị diện tích đầu

đo (máy đo độ chặt) khi ấn đầu đo đó vào trong đất từ trên xuống d ới theo phơng thẳng

đứng

Độ chặt và độ ẩm của đất có ảnh hởng lớn đến các tính chất cơ học của nó Khi khảo nghiệm máy kéo trên đồng ruộng thờng phải xác định hai thông số này ở các độ sâu khác nhau tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu

Các tính chất cơ học của đất

Khi quan sát sự tác động tơng hỗ giũa bộ phận di động của máy và đất ngời ta thấy thờng xuất hiện các hiện tợng sau đây :

 Sự phá vỡ hoàn toàn cấu trúc của đất ở những vùng có ứng suất lớn hơn khả năng tiếp nhận ngoại lực của đất

 Xuất hiện lực ma sát giữa bộ phận di động và đất, giữa các phần tử đất (ma sát nội tại) do chúng bị trợt tơng đối với nhau

 Đất bị nén lại và các phần tử đất dịch chuyển theo nhiều h ớng khác nhau Do đó xuất hiện các ứng suất ở trong đất, trớc tiên xuất hiện ở vùng tiếp xúc trực tiếp với bộ phận di động và sau đó sẽ đợc lan truyền vào bên trong theo nhiều hớng khác nhau Độ lớn và sự phân bố các ứng suất phụ thuộc vào tính chất tác động của tải trọng, loại và trạng thái vật lý của đất

Để tiện cho việc nghiên cứu ngời ta phân tích sự biến dạng của đất theo hai ph ơng : phơng pháp tuyến (vuông góc với mắt đất) và phơng tiếp tuyến (song song với mặt

đất) Các ứng suất cũng đợc phân tích thành hai thành phần tơng ứng với hai phơng đó : ứng suất pháp tuyến (ứng suất nén) và ứng suất tiếp tuyến (ứng suất cắt)

Độ sâu của vết bánh xe sẽ phụ thuộc vào ứng suất nén, còn tính chất kéo bám của

bộ phận di động sẽ phụ thuộc vào ứng suất cắt Do đó sức chống nén và chống cắt là hai tính chất cơ học cơ bản có ảnh hởng lớn đến tính năng kéo bám của máy kéo

Sức chống nén của đất đợc đặc trng bởi ứng suất pháp tuyến Thực ngiệm cho thấy rằng, mối quan hệ định lợng giữa ứng suất pháp tuyến  và độ biến dạng h của đất

có tính chất phi tuyến Đờng cong biểu diễn mối

quan hệ đó có dạng nh hình 1.1 Đồ thị này còn có

tên gọi là đặc tính nén của đất hoặc đờng cong nén

đất

Đặc tính nén của đất có thể chia thành 3 phần

tơng ứng với ba giai đoạn của quá trình nén đất

Trong giai đoạn thứ nhất chỉ xảy ra sự nén chặt làm

cho các phần tử đất xích lại gần nhau, quan hệ giữa

ứng suất và độ biến dạng là tuyến tính Trong giai

đoạn thứ hai sự nén chặt đất vẫn tiếp tục xảy ra nh

-ng đồ-ng thời xuất hiện cục bộ hiện tợ-ng cắt đất ở

một số vùng bao quanh khối 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 là phi tuyến Cuối

giai đoạn hai ứng suất trên toàn bộ vùng bao quanh

khối đất lớn hơn nội lực ma sát và lực dính giữa

các phần tử đất, quá trình nén chặt đất kết thúc và

bắt đầu xảy ra hiện tợng trợt hoàn toàn giữa khối

đất và vùng đất bao quanh nó và ứng suất pháp

tuyến đạt giá trị cực đại Trong giai đoạn thứ ba chỉ

xảy ra hiện tợng truợt của khối đất, ứng suất không

tăng nhng biến dạng vẫn tiếp tục tăng ở một số

loại đất trong giai đoạn này ứng suất còn giảm xuống chút ít

Sự xuất hiện ứng suất pháp tuyến trong đất là do tác động của ngoại lực (lực nén) Khi tăng lực nén sẽ làm tăng ứng suất cho đến khi đạt đến ứng suất cực đại, sau đó dù

của nó, đặc biệt là độ ẩm

Sự biến dạng của đất theo phơng pháp tuyến liên quan đến độ sâu của vết bánh xe

và do đó ảnh hởng đến lực cản lăn của máy kéo Vì vậy đ ờng đặc tính nén đất đợc sử dụng nh một cơ sở khoa học để tính toán thiết kế hệ thống di động của máy kéo Để tiện sử dụng đặc tính này ngời ta thờng biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến

và độ biến dạng bằng các công thức hồi quy thực nghiệm Tùy theo mục đích nghiên cứu và quan điểm của các tác giả và tùy thuộc cả loại đất, mối quan hệ đó có thể đ ợc biểu diễn theo các công thức thực nghiệm khác nhau Một trong các công thức hay đ ợc

sử dụng có dạng :

Hình 1.1 Quan hệ giữa ứng suất pháp 

và độ biến dạng h



max

 = k.h (1.1)

trong đó : k là hệ số thực nghiệm;

h - độ biến dạng;

n - chỉ số mũ

Trị số của k và n phụ thuộc vào loại đất, trạng thái vật lý của nó và đ ợc xác định bằng thực nghiệm

Sức chống cắt của đất đợc tạo thành bởi hai thành phần : lực ma sát và lực liên kết (lực dính) giữa các phần tử đất Các thành phần lực này phụ thuộc vào các tính chất cơ

lý và phụ thuộc vào áp suất pháp tuyến, tức là phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến

Trong quá trình cắt đất theo phơng ngang xảy ra sự biến dạng và xuất hiện các ứng suất tiếp tuyến Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa ứng suất tiếp tuyến 

và biến dạng l có dạng nh hình 1.2

Hình dạng của đờng cong cắt đất cũng tơng tự nh đờng cong nén đất Đối với đất

chứng tỏ ứng suất không thay đổi Nhng đối với đất

cứng, sau khi đạt giá trị cực đại ứng suất cắt giảm

xuống chút ít rồi sau đó sẽ giữ nguyên giá trị Điều này

đợc giải thích rằng, ở đất cứng sức chống cắt đợc tạo

thành chủ yếu do lực ma sát giữa các phần tử đất Khi

 < max trong đất xuất hiện ma sát nghỉ nhng khi  =

xuất hiện ma sát trợt và ứng suất cắt sẽ giảm xuống

đặc trng cho khả năng chống cắt của đất và gọi là sức

chống cắt của đất Giá trị max phụ thuộc vào áp suất

pháp tuyến (ứng suất nén), loại và trạng thái vật lý của

đất

Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa sức

chống cắt  và ứng suất pháp  gần nh là tuyến tính, thể

hiện nh hình 1.3 Đối với đất khô lực dính là không

đáng kể, đồ thị đi từ gốc tọa độ, còn ở các loại đất tự

nhiên bao giờ cũng tồn tại lực dính giữa các phần tử đất,

Mối quan hệ giữa ứng suất tiếp tuyến và ứng suất

pháp tuyến có thể đợc biểu diễn theo công thức :

 = o +  (1.2)

tạo nên;

 - hệ số ma sát giữa các phần tử đất:  = tg

 - góc nội ma sát;

 - ứng suất pháp tuyến

Trong các tính chất vật lý, độ ẩm ảnh hởng rất lớn đến các tính chất cơ học của

đất Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa hệ số  và độ ẩm W có dạng nh hình 1.4

Hình 1.2 Quan hệ giữa ứng suất tiếp 

và độ biến dạng l

1 đất dẻo; 2 đất khô.

02 l 01

2 1

l



 max2

 max1

Hình 1.4 ảnh h ởng độ

ẩm đến hệ số 

Hình 1.3 Quan hệ giữa ứng

suất tiếpp và ứng suất pháp 

 đất mềm; 2 đất cứng



w













Độ ẩm còn gây ảnh hởng đến cả tốc độ biến dạng của đất khi nó chịu tác động tải trọng động Vì tốc độ thoát nớc qua các lỗ rỗng trong đất ảnh hởng đến tốc độ lan truyền ứng suất và tốc độ biến dạng mà tốc độ thoát nớc lại phụ thuộc vào tốc độ thay

đổi lực tác động lên đất Lực tác động của bộ phận di động của máy kéo lên đất mang tính chất tải trọng động lực học Do đó độ ẩm sẽ gây ảnh hởng đến tính năng kéo bám

và độ trợt của máy kéo

Tóm lại, sức chống nén và sức chống cắt của đất là những thông số quan trọng và thờng đợc sử dụng để tính toán cờng độ chịu tải, tính ổn định của đất ở những công trình thủy lợi, xây dựng và là một trong những thông số cơ bản xác định độ lún, số l -ợng, tiết diện và góc nghiêng của các loại mấu bám bánh xe máy kéo làm việc trên đất

có độ ẩm cao

Chơng 2

Lực và mô men tác động lên ô tô máy kéo

2.1 Đờng đặc tính của động cơ

Động cơ đặt trên các máy kéo và ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loại pitông Các chỉ tiêu năng lợng và tính kinh tế của động cơ đợc thể hiện rõ trên đờng đặc tính làm việc của nó Tính chất hoạt động của động cơ ảnh hởng rất lớn đến tính năng sử dụng của ô tô máy kéo Vì vậy cần thiết phải nắm vững các đ ờng đặc tính của động cơ

để giúp cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô máy kéo nh nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng động lực học của máy kéo

Các đờng đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại : đờng đặc tính tốc độ và đ-ờng đặc tính tải trọng

2.1.1 Đờng đặc tính tốc độ

men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge (lợng chi phí nhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc

độ góc  của trục khuỷu

Các loại động cơ điezen lắp trên máy kéo đều có bộ điều tốc (máy điều chỉnh tốc

đổi Đờng đặc tính tốc độ của động cơ điezen phụ thuộc rất lớn vào đặc ítnh của bộ

điều tốc, do đó nó còn gọi là đờng đặc tính tự điều chỉnh

Có hai loại đờng đặc tính tốc độ :

 Đờng đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đờng đặc tính ngoài

 Đờng đặc tính cục bộ

Các đờng đặc tính của động cơ nhận đợc bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bị chuyên dùng (bàn khảo nghiệm động cơ)

Đờng đặc tính ngoài của động cơ nhận đợc khi khảo nghiệm động cơ ở chế độ

cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thớc nhiên liệu (ở động cơ điêden) ở vị trí cực đại hoặc mở hoàn toàn bớm ga (ở động cơ xăng) Nếu tay thớc nhiên liệu hoặc bớm

ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận đợc đờng đặc tính cục bộ Nh vậy ở các động cơ lắp

bộ điều tốc đa chế (máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có một đờng đặc tính ngoài và vô vàn đờng đặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga

Trên hình 2.1 biểu diễn đờng đặc tính ngoài tự điều chỉnh của động cơ điêzen

nhất và đợc gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế độ làm việc định mức ở chế độ

Hình 2.1

Đ ờng đặc tính tự điều chỉnh của động cơ điê den

n

N

e

M

e

G

e

g

e

N

n = N

emax

M

emax

M

e

N

e

M

n

g

e

G

e

G eo

n

ck

nhánh quá tải (các đồ thị có dạng đờng cong) ở nhánh quá tải công suất của động cơ giảm còn chi phí nhiên liệu riêng tăng, tức là động cơ làm việc kém hiệu quả Ngoài ra, các chi tiết của động cơ sẽ chịu tải trọng lớn hơn đồng thời sự bôi trơn các chi tiết cũng kém đi do tốc độ quay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn các chi tiết và còn một số nhợc điểm khác nữa Do vậy không nên sử dụng động cơ ở nhánh quá tải trong thời gian dài, chỉ đợc phép sử dụng để khắc phục các hiện tợng quá tải tức thời

giảm dần rồi ngừng quay vì lúc đó quá trình tự đốt cháy nhiên liệu không thực hiện

độ quay n > nM

Đối với động cơ xăng, đờng đặc tính cũng có có dạng tơng tự nh động cơ điê den, tuy nhiên nó cũng có những đặc điểm khác nhau nhất định Trên hình 2.2 là đ ờng

đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng khi không có bộ phận hạn chế số vòng quay (a)

và khi có bộ phận hạn chế số vòng quay (b)

a) b)

Hình 2.2 Đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng

Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tợng quá tải hay còn gọi là khả năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải, ngời ta đa ra hệ số thích ứng theo mô men quay và

đợc xác định nh sau :

k M

M max n

M (2.1)

Động cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiện t ợng quá tải

1,1  1,35

Máy kéo thờng làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, trong phạm vi rộng nhiều khi ngời lái không kịp phản xạ để điều chỉnh ga hoặc thay đổi số truyền và dẫn

đến bị chết máy Do vậy chỉ nên sử dụng công suất động cơ nhỏ hơn công suất định mức và tất nhiên chỉ cho phép làm việc lâu dài ở nhánh tự điều chỉnh Mức độ sử dụng công suất động cơ đợc đánh giá bởi hệ số sử dụng tải trọng :

N

emax

N

e

M

e

n

M n

ck

nmin

M

emax

N

emax

N

e

M

e

M

emax

n ck n

n n

min

 = M

M

c

n (2.2)

Khi tính toán các chỉ tiêu kéo của máy kéo có thể chọn  = 0,8  0,9

Đờng đặc tính tốc độ ngoài đợc sử dụng nh một tài liệu kỹ thuật để đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ Trong lý thuyết máy kéo th ờng đợc sử dụng để tính toán tính năng kéo và tính năng động lực học hoặc sử dụng để tính toán các chỉ tiêu sử dụng các liên hợp máy kéo (máy kéo liên hợp máy công tác)

Việc xây dựng chính xác đờng đặc tính của động cơ chỉ có thể tiến hành bằng thực nghiệm Tuy nhiên, nếu chấp nhận độ chính xác tơng đối cũng có thể sử dụng

ph-ơng pháp giải tích kết hợp sử dụng một số công thức hoặc hệ số thực nghiệm Một trong những công thức hay đợc sử dụng là công thức S.R Lay Đecman, có dạng nh sau :

n

n n



 



  



 





















(2.3)

một điểm bất kỳ trên đờng đặc tính ngoài;

định mức;

a, b, c - các hệ số thực nghiệm đợc chọn theo loại động cơ;

ở động cơ điêzen 2 kỳ a = 0,87; b = 1,13; c = 1;

ở động cơ điê zen 4 kỳ a = 0,5  0,7; b = 1,5  1,3; c = 1

Giá trị của mô men quay đợc xác định theo công thức :

n

1 047

4

, (2.4)

n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph;

Nh vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.3) và (2.4) ta có thể xây dựng đ ợc một cách

2.1.2 Đờng đặc tính tải trọng

Đờng đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất hiệu dụng

Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng các mối quan hệ đó hoàn toàn giống nh đã phân tích trên đờng đặc tính tốc độ Nhng đờng đặc tính tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn đề nghiên cứu, nhất là khi nghiên cứu các tính năng kéo của máy kéo Vì rằng, nhánh điều chỉnh trong đờng đặc tính tải trọng

giá trị của các thông số trên đồ thị sẽ chính xác hơn Tuy nhiên, để đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ thì đ ờng đặc tính tốc độ thể hiện đầy đủ hơn, dễ so sánh

2.2 Mô men chủ động

Khi ô tô máy kéo làm việc công suất và mô men quay của động cơ đợc truyền qua hệ thống truyền lực rồi đến các bánh xe chủ động để tạo ra sự chuyển động tịnh tiến của ôtô máy kéo

Trên hình 2.4 trình bày sơ đồ đơn giản của hệ thống truyền lực máy kéo bánh bao gồm ly hợp chính 2, hộp số 3, truyền lực trung ơng 4 và truyền lực cuối cùng 5

Mô men quay do động cơ truyền đến các bánh chủ động đ ợc gọi là mô men chủ

n

n

N

e

n G

e

g

e

n

N

e

G

e

0

g

e

M

e

M

emax

M

n

Hình 2.3 Đ ờng đặc tính tải trọng của động cơ

Hình 2.4 Sơ đồ động học hệ thống truyền lực của máy kéo bánh

1 động cơ ; 2 ly hợp chính; 3 hộp số; 4 truyền lực chính; 5 truyền lực cuối cùng

N

e , M

e, n i

h

i

c

i

T

4 3

M

K

n

K