Động lực học ô tô máy kéo - Chương 8

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

Chơng 8tính năng quay vòng của máy kéo bánh và ô tô8.1. Động học quay vòng của máy kéo bánh và ô tô8.1.1. Các thông số động học quay vòngĐể thực hiện quay vòng máy kéo bánh và ôtô, ngời ta thờng sử dụng một trong các biện pháp sau :Biện pháp thứ nhất: thay đổi chiều chuyển động của các bánh dẫn hớng trớc (hình 8.1a). Biện pháp này đợc sử dụng phổ biến trên nhiều loại ô tô máy kéo thông dụng. Để nâng cao tính cơ động, ở một số loại ô tô còn sử dụng thêm các bánh sau làm nhiệm vụ dẫn hớng.Biện pháp thứ hai : tạo ra sự chênh lệch về trị số mô men chủ động trên các bánh bên trái và bên phải, cũng chính là tạo ra sự chênh lệch các lực chủ động Pk1 và Pk2 (hình 8.1b). Xe sẽ quay vòng sang phía có lực chủ động nhỏ hơn. Biện pháp này đợc áp dụng phổ biến trên máy kéo nhỏ hai bánh, đôi khi cũng đợc áp dụng trên máy kéo công suất lớn có hai cầu chủ động, các bánh xe lớn và nh nhau.Biện pháp thứ ba : kết hợp hai phơng pháp trên, nghĩa là vừa xoay các bánh dẫn hớng đồng thời tạo ra sự chênh lệch mô men chủ động bằng cách phanh bánh chủ động bên phía quay vòng (hình 8.1c). Biện pháp này thờng đợc sử dụng trên máy kéo cầu sau chủ động bánh khi cần quay vòng gấp trên điều kiện chuyển động phức tạp.Biện pháp thứ t (gập khung): xoay tơng đối giữa nửa khung trớc và sau (Hình 8.1d). Biện pháp này thờng áp dụng trên các máy kéo đòi hỏi có bán kính quay vòng nhỏ, tính cơ động cao ( ví dụ máy kéo nhỏ làm vờn hoặc trên các máy kéo công suất lớn K-800, T-150K). Các máy kéo gập khung thờng sử dụng hai cầu chủ động có kích thớc các bánh nh nhau.Hình 8.1. Sơ đồ nguyên lý quay vòng của máy kéo - ôtôCác thông số động học cơ bản đặc trng cho quá trình quay vòng là: quỹ đạo chuyển động, bán kính quay vòng và tốc độ quay vòng. Các thông số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh các thông số cấu tạo, điều kiện mặt đờng, tốc độ chuyển động, tải trọng kéo, trình độ nghề nghiệp của ngời lái, . Trớc hết ta xét trờng hợp đơn giản với giả thiết: máy kéo hoặc ôtô thực hiện quay vòng với bán kính không đổi, chuyển động đều trên mặt phẳng ngang, các bánh xe không bị trợt lê hoặc trợt quay. Trên hình 8.2 là sơ đồ động học quay vòng của máy kéo sử dụng hai bánh dẫn hớng phía trớc. 113PPPK1c)b)PK1PK2PK2PK1a)d)PK1PK2PK4PK3 Một số khái niệm: Tâm quay vòng 0 : là tậm quay tức thời của ô tô máy kéo trong chuyển động vòng Bán kính quay vòng R: là khoảng cách từ tâm quay vòng đến mặt phẳng đối xứng dọc của ô tô máy kéo . Bán kính quay vòng nhỏ nhất Rmin: đó là trị số bán kính quay vòng ứng với góc xoay lớn nhất có thể của các bánh dẫn hớng . Tốc độ quay vòng : là tốc độ quay tơng đối quanh tâm quay vòng.Trong các thông số trên, bán kính quay vòng nhỏ nhất Rmin là một thông số quan trọng dùng để đánh giá khả năng quay vòng và tính cơ động của ô tô máy kéo. Trờng hợp quay vòng không bị trợt (hình 8.2), tâm quay vòng 0 chính là giao điểm của các trục hình học của các bánh xe , còn bán kính quay vòng R chính là khoảng cách từ tâm quay vòng đến điểm giữa của cầu sau. Tốc độ quay vòng quanh tâm 0 là = vk/R. Từ sơ đồ trên hình 8.2 ta có thể rút ra đợc điều kiện để xe quay vòng không bị trợt là: LBgg121cotcot = (8.1)ở đây: 1, 2 góc xoay của các bánh dẫn hớng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng của máy kéo , ô tô; L chiều dài cơ sở của máy kéo , ô tô; B1 khoảng cách giữa hai đờng tâm của hai trụ quay đứng của các bánh dẫn hớng. Nh vậy, về phơng diện lý thuyết để đảm bảo cho các bánh xe lăn thuần tuý (không bị trợt) khi xe vào đờng vòng thì hiệu số cotg của các góc xoay bánh dẫn hớng bên trong và bên ngoài phải luôn luôn bằng B1/L. Nói cách khác là giữa các bánh dẫn hớng có mối quan hệ động học quay vòng 1 = (2) .Trong thực tế, để duy trì đợc mối quan hệ động học quay vòng giữa các bánh dẫn h-ớng, trên các ôtô-máy kéo bánh hiện nay ngời ta thờng sử dụng cơ cấu hình thang lái (hình 8.3). Nó bao gồm cầu trớc 1, các thanh dọc 2 và thanh kéo ngang 3. Nếu lựa chọn 114Hình 8.2Sơ đồ động học khi máy kéo quay vòng không bị trợt vnB1L2vk01RB Hình 8.3 Sơ đồ cơ cấu hình thang lái2321 kích thớc hợp lý, cơ cấu này tạo ra đợc mối quan hệ giữa các góc 1 và 2 gần giống nhbiểu thức (8.1). Từ sơ đồ động học trên hình 8.2 ta xác định đợc bán kính quay vòng : tgLR = (8.2) Trong đó là trung bình cộng của góc lệch bên trái và bên phải: 221+=Khi xoay hết các bánh dẫn hớng về một phía sẽ nhận đợc max và bán kính quay vòng nhỏ nhất: minmintgLR = (8.3)Nh vậy, bán kính quay vòng tối thiểu phụ thuộc vào chiều dài cơ sở L của ô tô máy kéo và góc xoay lớn nhất của các bánh dẫn hớng max , tức là phụ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái. ở các máy kéo thông dụng max= 35 450 .Quá trình vào đờng vòng là quá trình từ chuyển động thẳng đến chuyển động vòng với bán kính không đổi R = const. Để thực hiện quá trình đó ta cần xoay các bánh dẫn h-ớng từ = 0 đến một góc xác định cần thiết. Ngợc lại, khi ra khỏi sự quay vòng bán kính quay vòng sẽ liên tục tăng lên cho đến khi R= . Nh vậy chỉ có một phần quĩ đạo quay vòng là cung tròn với bán kính không đổi, phần còn lại là đờng cong với độ cong thay đổi liên tục còn gọi là phần quĩ đạo chuyển tiếp. Chiều dài của phần quĩ đạo chuyển tiếp phụ thuộc vào chiều dài cơ sở L , các thông số cấu tạo của cơ cấu lái, cũng nh phụ thuộc vào tốc độ chuyển động và tốc độ xoay các bánh dẫn hớng. Tốc độ chuyển động càng cao và tốc độ xoay các bánh dẫn hớng càng chậm thì phần quĩ đạo chuyển tiếp càng tăng và do đó làm tăng diện tích cần thiết để quay vòng. Do vậy khi quay vòng với diện tích bị hạn chế cần phải giảm vận tốc chuyển động của máy và cần xoay các bánh dẫn hớng nhanh.8.1.2. ảnh hởng của tính chất đàn hồi của lốp tới tính năng quay vòng của ôtô máy kéoNhững tính chất động học quay vòng đã đợc xem xét ở phần trên cha kể đến sự ảnh hởng của tính chất đàn hồi của lốp nh đã phân tích ở mục 3.2.Khi xe quay vòng sẽ xuất hiện lực ly tâm gây ra sự biến dạng của lốp theo phơng ngang và dẫn đến chuyển động lệch của các bánh xe so với trờng hợp lốp không bị biến dạng ngang. Trong thực tế độ biến dạng ngang của các bánh xe là khác nhau và do đó mức độ chuyển động lệch của chúng cũng khác nhau. Song có thể chấp nhận giả thiết độ lệch của các bánh trên cùng một cầu là nh nhau. Với giả thiết trên, phơng vận tốc của điểm giữa cầu trớc v1 sẽ lệch đi một góc 1 và vận tốc cầu sau v2 sẽ lệch đi một góc 2 so với trờng hợp lốp không bị biến dạng (Hình 8.4 ).Để dễ so sánh, trên hình 8.4 biểu thị cả hai trờng hợp: khi các bánh xe không bị biến dạng ngang tâm quay vòng là điểm O và bán kính quay vòng là R; còn khi các lốp bị biến dạng tâm quay vòng là O và bán kính quay vòng là R. Để xác định tâm quay vòng O và bán kính quay vòng R trớc hết ta cần xác định ph-ơng vận tốc v1 và v2 so với trục đối xứng dọc của xe , cụ thể là v1 sẽ lệch một góc ( 1 ) và v2 sẽ lệch một góc 2 . Kẻ các đờng vuông góc với véc tơ vận tốc v1 và v2 , điểm cắt nhau của chúng chính là tâm quay vòng O.Từ sơ đồ trên hình 8.4 ta xác định đợc bán kính quay vòng:115 21)(tgtgLR+= (8.4)Trong thực tế các góc lệch 1 và 2 không lớn lắm nên có thể chấp nhận gần đúng tg( 1) = tg 1 , tg2 = 2 và biểu thức (8.4) có thể đợc viết lai: 12+=tgLRTừ công thức (8.5) ta có thể rút ra một số nhận xét sau:1 Trờng hợp 1= 2 : xe có tính năng quay vòng bình thờng R = R;2 Trờng hợp 1> 2 : xe có tính năng quay vòng thiếu R> R, nghĩa là sự quay vòng sẽ khó khăn hơn, ngời lái cần xoay các bánh dẫn hớng nhiều hơn so với trờng hợp lốp không bị biến dạng.3 Trờng hợp 1< 2 : xe có tính năng quay vòng thừa R < R, nghĩa là dễ quay vòng hơn so với hai trờng hợp trên.Những nhận xét trên mới đề cập đến khả năng quay vòng, chúng ta cần phân tích tiếp ảnh hởng tính đàn hồi của lốp đến tính ổn định chuyển động thẳng của ô tô máy kéo. Khi có gió tác động ngang vào xe hoặc khi máy kéo chuyển động ngang qua sờn dốc sẽ xuất hiện lực ngang Y (hình 8.5) gây ra sự biến dạng ngang của lốp và các bánh xe sẽ chuyển động lệch. Góc chuyển động lệch của cầu trớc 1 và cầu sau 2 thờng không nh nhau dẫn đến hiện tợng xe tự quay vòng, tức là không tự duy trì đợc chuyển động thẳng. Đây cũng là một đặc tính quan trọng vì nó ảnh hởng xấu đến năng suất, chất lợng công việc và an toàn lao động. Trờng hợp 1 > 2 (Hình 8.5a), lực ly tâm Plt ngợc chiều với lực ngang Y, nghĩa là lực ly tâm có tác dụng duy trì cho xe tự chuyển động thẳng. Trờng hợp 1 < 2 (Hình 8.5b), lực ly tâm Plt tác động cùng chiều với lực ngang Y và 116Hình 8.4Sơ đồ động học quay vòng ô tô máy kéo khi lốp bị biến dạng ngang0v1B1cLv2021111R22R1 do đó càng làm cho xe tự quay vòng nhanh hơn với bán kính quay vòng nhỏ dần. Sự mất ổn định càng lớn khi vận tốc của xe càng cao vì lực ly tâm tỷ lệ bậc hai với vận tốc . Để tránh khả năng lật đổ ngời lái phải nhanh chóng đánh tay lái theo hớng ngợc với chiều xe bị lệch để mở rộng bán kính quay vòng. Hình 8.5. ảnh hởng tính đàn hồi của lốp đến tính ổn địnhchuyển độngthẳng của ô tô máy kéo 8.2. Động lực học quay vòng máy kéo bánh và ô tôTrên hình 8.6 là sơ đồ lực và mô men tác động lên máy kéo khi chuyển động vòng trên mặt phẳng ngang với tốc độ ổn định = const và bán kính quay vòng không đổi R=const.Khi chuyển động vòng sẽ xuất hiện lực quán tính ly tâm : 2LtLtRgGP = (8.6)Ta có thể phân tích lực quán tính ly tâm thành hai thành phần: thành phần ngang Plty=Pltcos và thành phần dọc theo máy kéo Pltx= Pltsin.Do tác động của lực quán tính ly tâm, trên các bánh xe không chỉ chịu tác động các phản lực pháp tuyến của mặt đờng (không thể hiện trên hình 8.6) và các lực tác dụng theo phơng chuyển động, mà còn xuất hiện các phản lực bên. Các phản lực trên các bánh dẫn h-ớng có thể quy về điểm giữa 0n của cầu trớc, bao gồm: lực cản lăn Pfn và phản lực bênYn. Các phản lực trên bánh chủ động bên trái và bên phải bao gồm: các lực kéo tiếp tuyến Pk1,Pk2; các lực cản lăn Pfk1,Pfk2 và các phản lực bên Yk1,Yk2 Lực cản kéo ở móc PT có phơng nghiêng với mặt phẳng dọc của xe một góc và cũng có thể phân tích thành hai thành phần: PTcos và PTsin. Sự chuyển động của máy kéo trên đờng vòng sẽ làm thay đổi điều kiện làm việc của các bánh xe so với khi chuyển động thẳng. Sự chuyển động của các bánh xe có thể đợc xem nh là tổng hợp của hai chuyển động: vừa lăn vừa xoay xung quanh trục thẳng đứng với vận tốc góc . Do đó tại bề mặt tiếp xúc sẽ xuất hiện lực ma sát và các phản lực của mặt đờng. Chúng tạo ra một mô men cản chống lại sự xoay của bánh xe, nghĩa là chống lại sự quay vòng của xe. Ngoài ra, sự biến dạng ngang của lốp cũng gây cản trở sự quay vòng. Mô men cản quay vòngTrên hình 8.7 là sơ đồ biểu diễn các phản lực chống lại sự xoay của bánh xe với giả thiết chúng là các lực phân bố đều theo bề rộng của lốp. Trong trờng hợp này mô men cản quay vòng của một bánh xe có thể đợc xác định theo công thức: 117a)2Pl.t1v1Yv20102b)1Y2Pl.tv1v2 4424242111bGbbGbFMPàà=== (8. 7) Trong đó à là hệ số cản quay vòng của bánh xe . Nó phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đờng, khả năng chống biến dạng ngang của đất và của lốp, và bán kính quay vòng của xe. Khi chuyển động thẳng hệ số cản à = 0, còn khi quay vòng với bán kính nhỏ à , trong đó hệ số bám của bánh xe. Mô men cản quay vòng của tất cả các bánh xe là: 44nnkkpbGbGMàà+= (8.8)trong đó : Gk , Gn tải trọng pháp tuyến trên cầu sau và cầu trớc; bk , bn bề rộng của bánh sau và bánh trớc.Đối với ô tô hoặc loại máy kéo có các bánh nh nhau : 4GbMPà= (8.9)trong đó : G, b trọng lợng của xe và bề rộng của bánh xe.Sự chuyển động vòng của ôtô hoặc máy kéo quanh tâm O có thể phân thành hai chuyển động : chuyển động tịnh tiến với vận tốc v bằng vận tốc của điểm giữa của cầu sau (điểm 00 trên hình 8.6) và chuyển động quay quanh điểm 00 với vận tốc góc = v/R. Từ sơ đồ lực và mô men trên hình 8.6 ta thấy mô men cản quay các bánh xe M P và các thành phần lực ngang có chiều chống lại sự chuyển động quay tơng đối của máy kéo quanh điểm giữa cầu sau 00. Các thành phần đó có thể gộp chung lại và gọi là mô men cản quay vòng tổng cộng, ký hiệu là Mc : Mc = MP + PTsin.lT + Pltyb + Pfnsin.L (8.10)118Hình 8.6Các lực và mô men tác dụng lên ô tô máy kéo khi quay vòng PfnYnPltRltLRBMPPK2PK1YK2YK10nC000lT0,5Pfk0,5PfkPTHình 8.7Sơ đồ xác định mô men cản quay vòng trên bánh xeb/4àG1 bFFb Mô men quay vòngThành phần phản lực bên trên các bánh dẫn hớng Yn tạo ra mô men cùng chiều quay vòng và đợc gọi là mô men quay vòng của máy kéo, ký hiệu Mq và đợc xác định theo biểu thức: Mq = Yncos.L (8.11)Điều kiện cần thiết để xe có thể thực hiện quay vòng:Xét sự cân bằng mô men của tất cả các lực lấy đối với điểm giữa cầu sau 00 ta nhận đợc : Mq = Mc (8.12) Từ đó ta xác định đợc giá trị cần thiết của phản lực ngang tác động lên các bánh xe dẫn hớng để xe có thể quay vòng là: coscos0LMLMYCn== (8.13)Phản lực ngang Yn phụ thuộc vào khả năng bám ngang của các bánh xe dẫn hớng, do đó nó sẽ phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến, các thông số cấu tạo của bánh xe , điều kiện mặt đờng và phụ thuộc cả vào tải trọng tiếp tuyến của bánh xe. Nếu lực bám ngang không đủ lớn thì các bánh xe dẫn hớng sẽ vừa lăn vừa trợt ngang và bán kính quay vòng thực tế sẽ lớn hơn bán kính quay vòng lý thuyết. Khi các bánh xe dẫn hớng bị trợt ngang hoàn toàn thì xe sẽ không thể quay vòng đợc. Khả năng lái bình thờng của máy kéo cũng có thể bị phá vỡ nếu các bánh chủ động (các bánh sau) bị rê ngang do không đủ bám.Cần lu ý rằng, khi chuyển động vòng bánh xe dẫn h-ớng đồng thời chịu tác động phản lực tiếp tuyến Pfn và phản lực ngang Yn (hình 8.8). Nh vậy trên phơng của hợp lực Rn đất sẽ chịu tải trọng tiếp tuyến lớn nhất. Khi phản lực tổng hợp đạt đến gí trị cực đại bằng lực bám Rnmax= Pn = Gn thì bánh xe sẽ bị trợt hoàn toàn. Do vậy, điều kiện để đảm bảo cho máy kéo có thể quay vòng đợc theo khả năng bám sẽ là: 2222)(nnfnnnfGPGY =< (8.14) và fn hệ số bám và hệ số cản lăn .Qua đó ta thấy rằng để nâng cao tính năng lái của máy kéo bánh và ô tô có thể tăng hệ số bám và tải trọng pháp tuyến trên cầu trớc Gn. Tuy nhiên, khi tăng tải trọng pháp tuyến sẽ làm tăng lực cản lăn, thông thờng ở các máy kéo Gn = (0,3 0,4) G, trong đó G là trọng lợng máy kéo . Hệ số cản lăn fn khi máy kéo quay vòng sẽ lớn hơn so với khi chuyển động thẳng, vì khi đó sự biến dạng của lốp và đất đều tăng lên. Sự quay vòng với bán kính càng nhỏ thì lực cản lăn sẽ càng tăng. Sự tăng lực kéo ở móc cũng sẽ làm xấu khả năng lái vì nó làm giảm tải trọng pháp tuyên trên cầu trớc.Đối với máy kéo, nếu điều kiện (8.14) không đảm bảo thì có thể sử dụng phanh một bên để tăng mô men quay vòng. Trờng hợp này mô men quay vòng sẽ đợc bổ sung thêm một lợng: 2)(21BPPMkk= (8.15)trong đó : B bề rộng cơ sở của máy kéo ; Pk1 , Pk2 lực kéo tiếp tuyến của bánh bên ngoài và bánh bên trong.Từ điều kiện cân bằng lực theo phơng dọc của máy kéo ta nhận đợc phơng trình cân bằng lực:119Rn YnPfnHình 8.8Sơ đồ các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe dẫn hướng Pk = Pk1 + Pk2 Thay các biểu thức tính Pk1 , Pk2 vào ta nhận đợc : Pk = Pfn cos + Pfk +Ynsin + PTcos PltX (8.16)Trên cùng điều kiện nh nhau, nếu chuyển động thẳng lực cản lăn của các bánh dẫn hớng và lực cản kéo sẽ nhỏ hơn so với khi quay vòng thì nhận đợc : Pf0 = Pfncos + Pfk PT0 = PTcos Phơng trình cân bằng lực kéo: Pk0 = Pfncos + Pfk + PTcos (8.17)Từ so sánh hai phơng trình (8.16) và (8.17) ta thấy lực kéo tiếp tuyến khi quay vòng lớn hơn khi chuyển động thẳng Pk > Pk0 , và do đó sẽ cần chi phí công suất động cơ lớn hơn. 8.3. Sự phân bố mô men quay trên các bánh xe chủ độngKhi xe chuyển động trên đờng vòng hoặc trên đờng mấp mô, trong cùng một khoảng thời gian quãng đờng dịch chuyển của bánh xe bên trái và bên phải là không nh nhau và bán kính lăn của chúng cũng khác nhau. Do vậy, để các bánh xe không bị trợt lê nhằm hạn chế sự mòn của lốp đồng thời tạo khả năng cho xe dễ quay vòng, đòi hỏi bánh xe bên phải và bên trái phải đợc quay với tốc độ khác nhau. Để đảm nhiệm chức năng này, trên ô tô máy kéo thờng đợc sử dụng cơ cấu vi sai nối các bánh chủ động với nhau. Vấn đề này sẽ đ-ợc giải thích thông qua việc phân tích các tính chất động học và động lực học của cơ cấu vi sai. Các tính chất này đẫ đợc nghiên cứu kỹ trong các môn học cơ sở, do vậy ở đây chỉ phân tích những tính chất có liên quan đến việc khảo sát tính năng quay vòng cuả ô tô máy kéo. 8.3.1. Động học cơ cấu vi saiTrên hình 8.9 là sơ đồ cơ cấu vi sai đơn, nó nhận chuyển động quay từ trục truyền lực trung ơng và phân phối dòng công suất đến các bán trục. Các bán trục này có thể trực tiếp (ở ô tô) hoặc thông qua truyền lực cuối cùng (ở máy kéo ) sẽ đợc nối với các bánh xe chủ động.Theo tính chất của cơ cấu vi sai đơn tỷ số truyền giữa hai bán trục sẽ là: 111=kk (8.18)hoặc w1 + w2 = 2wk (8.19)Tỷ số truyền giữa các bán trục và bánh răng vệ tinh: Đối với bán trục quay nhanh CCkrr=1 (8.20) Đối với bán trục quay chậm CCkrr=2 (8.21)trong đó : 1 , 2 tốc độ góc của bán trục bên trái và bên phải; , c tốc độ góc của vỏ hộp vi sai (khâu dẫn) và bánh răng hành tinh; r, rc bán kính của bánh răng bán trục và bánh răng hành tinh; Từ các phơng trình trên ta rút ra:120Hình 8.9Sơ đồ cơ cấu vi sai đơnMK, rcrM1, 1M2, 2c =+=rrrrCCkCCk11 (8.22)Từ các phơng trình (8.19) và (8.22) ta có thể suy ra rằng: khi ôtô máy kéo chuyển động thẳng 1 = 2 = và c = 0, nghĩa là hai bán trục và hộp vi sai đợc quay với tốc độ nh nhau, còn các bánh răng hành tinh không quay quanh trục của nó (không có chuyển động quay tơng đối). Khi bánh răng hành tinh tự quay quanh mình nó (c 0) thì các bán trục sẽ đợc quay với tốc độ khác nhau , một bán trục đợc quay nhanh hơn và bán trục kia sẽ quay chậm hơn so với tốc độ quay của hộp vi sai. Tốc độ quay của bán trục quay nhanh đợc tăng lên bao nhiêu thí tốc độ quay của bán trục quay chậm sẽ giảm xuống bấy nhiêu.Giả sử xe quay vòng sang phải (hình 8.10), vận tốc tịnh tiến của bánh xe chạy nhanh (trái) là v1 , bánh xe chạy chậm (phải) là v2 < v1 và vận tốc của điểm giữa của cầu sau là v bằng vận tốc của xe (v = v). Vì vận tốc tịnh tiến của các bánh xe tỷ lệ thuận với vận tốc góc của chúng, nên khi sử dụng cơ cấu vi sai để nối các bánh chủ động thì vận tốc của xe đợc xác định theo công thức: 2'21vvvv+==Quan hệ giữa các vận tốc có thể đợc minh hoạ nh hình 8.10. Qua đó ta thấy độ chênh lệch vận tốc giữa các bánh chủ động (1 2) càng lớn thì bán kính quay vòng càng nhỏ. Khi bánh xe chạy chậm bị phanh hoàn toàn 2 = 0 thì bán kính quay vòng sẽ nhỏ nhất Rmin = B. 8.3.2. Động lực học cơ cấu vi saiKhi có chuyển động tơng đối giữa các bán trục, trong hộp vi sai sẽ xuất hiện mô men ma sát MT. Một phần mô men MT đợc sinh ra do sự quay tơng đối giữa bán trục chạy nhanh và vỏ hộp với vận tốc (1 ), phần còn lại đ-ợc sinh ra là do sự quay tơng đối giữa bán trục chạy chậm và vỏ hộp với vận tốc ( 2) . Công suất chi phí để thắng lực nội ma sát trong cơ cấu vi sai là: 2)(2)(22121=+TkTkTMMMTừ đó ta thiết lập đợc phơng trình cân bằng công suất trên cơ cấu vi sai: = 11 + 22 + 221 (8.23)Nếu bỏ qua lực ma sát trong các gối đỡ ( thực tế lực này không đáng kể) thì ph-ơng trình cân băng mô men trên cơ cấu vi sai đơn là: Mk = M1 + M2 (8.24)Kết hợp hai phơng trình trên ta có thể rút ra: )1(2221kMMMMkTk== (8.25) )1(2222kMMMMkTk+=+= (8.26)12100BR0v2 (2)v (K)v1 (1)Hình 8.10Sơ đồ vận tốc cầu sau khi quay vòng Trong đó k là hệ số khoá vi sai : kTMMk = (8.27)Qua các công thức trên cho thấy sự phân bố mô men quay trên các bán trục phụ thuộc vào mô men ma sát trong cơ cấu vi sai. Do đó khi xe quay vòng mô men chủ động trên bánh xe chạy nhanh sẽ đợc giảm xuống, ngợc lại trên bánh xe chạy chậm mô men chủ động sẽ đợc tăng lên với cùng một gí trị MT/2.Đối với loại cơ cấu vi sai đơn, mô men ma sát thờng nhỏ và ảnh hởng không đáng kể đến sự phân bố mô men quay trên các bánh xe chủ động, do đó có thể bỏ qua. Khi đó sự phân bố mô men quay tren các bánh xe sẽ theo quan hệ: 221kMMM == (8.28)Nh vậy, thực tế cơ cấu vi sai đơn phân bố mô men quay đến các bánh chủ động xem nh là đều nhau, không phụ thuộc vào điều kiện chuyển động của xe. Tính chất này gây ảnh hởng xấu đến tính năng kéo-bám của ôtô máy kéo khi điều kiện bám của các bánh xe không nh nhau. Nếu một bánh xe chủ động không đủ bám thì lực chủ động do nó tạo ra sẽ đạt đến lực bám P . Do mô men chủ động của hai bánh luôn bằng nhau M1= M2 nên không phát huy đợc hết khả năng bám của cả hai bánh chủ động, lực chủ động của xe chỉ bằng hai lần lực bám của bánh xe không đủ bám Pkmax = 2P . Hiện tợng này thờng hay xẩy ra đối với máy kéo khi làm việc trên nền đất có độ ẩm cao.Để khắc phục nhợc điểm trên, các máy kéo nông nghiệp thờng đợc trang bị cơ cấu khoá vi sai. Tuy nhiên khi vi sai bị khoá sẽ rất khó lái nên chỉ sử dụng nó lúc cần thiết, ví dụ khi cần vợt khỏi chỗ bị sa lầy một bánh hoặc để giữ cho máy kéo chuyển động thẳng khi chuyển động trên dốc ngang. Hiện tợng này cũng xẩy ra ở các máy kéo 2 cầu chủ động. ở một số loại máy kéo đợc trang bị cơ cấu khoá vi sai tự động nó sẽ tự động khoá vi sai lại khi độ trợt của bánh bên trái và bánh bên phải chênh lệch nhau một gía trị xác định nào đó và sẽ tự động mở ra khi độ chênh lệch đó nhỏ hơn . Nhờ đó sẽ nâng cao đợc tính năng kéo-bám của máy kéo khi làm việc trên đồng ruộng không bằng phẳng hoặc tính chất đất đai không đồng nhất. 8.3.3. ảnh hởng cơ cấu vi sai đến mô men cản quay vòngTa hãy xem xét hai trờng hợp quay vòng: khoá vi sai và không khoá vi sai.Khi quay vòng với vi sai không bị khoá, các bánh chủ động có thể xoay tơng đối xung quanh trục đứng của nó (Hình 8.11a) và mô men cản quay vòng do các bánh chủ động gây ra có thể đợc xác định theo công thức: 4bGMkPkà= (8.29)trong đó: à hệ số cản quay vòng của bánh xe chủ động; Gk tải trọng pháp thuyến trên cầu chủ động; b bề rộng của lốp.Khi quay vòng với vi sai bị khoá, các bánh xe chủ động đợc liên kết cứng với nhau và quay cùng một tốc độ nhng lại chuyển động với quãng đờng khác nhau. Do đó độ trợt của chúng sẽ khác nhau bánh xe bên ngoài so với tâm quay vòng (chạy nhanh) sẽ bị trợt lê, còn bánh xe bên trong (bánh chạy chậm) sẽ bị trợt lăn. Mặt khác, do các bán trục bị nối cứng nên các bánh chủ động không còn khả năng chuyển động quay quanh trục đứng của nó. Chúng sẽ cùng chuyển động quay tơng đối quanh trục đứng đi qua điểm giữa cầu sau O0 (Hình 8.11b). Trong trờng hợp này mô men cản quay vòng do các bánh chủ động gây ra sẽ đợc xác định theo công thức : 2222'1BGBbbGMkkPàà== (8.30)122a)00BàGk2bb00Bb)àGk2b [...]...Hình 8. 11 Sơ đồ các lực cản quay vòng lên các bánh xe chủ động a không khoá vi sai; b khóa vi sai Từ các công thức (8. 29) và (8. 30) ta thấy rằng, mô men cản quay vòng do các bánh chủ động gây ra khi vi sai bị khóa sẽ lớn hơn rất đánh kể so với không khóa vi sai Thông thờng ở các máy kéo và các ô tô tải B=(4 6)b và theo các công thức trên mô men cản quay vòng khi khóa vi sai MPk= (8 12)MPk... động không đợc chọn hệ số khoá vi sai k lớn hơn 0,5 8. 4 Sự quay vòng của máy kéo theo phơng pháp gập khung Trên hình 8. 12 là sơ đồ động học của máy kéo có hai nửa khung liên kết với nhau bằng khớp bản lề khi chuyển động vòng trên mặt phẳng ngang với tốc độ ổn định , bán kính quay vòng không đổi và lốp không bị biến dạng ngang A 1 v 0n 1 R no L1 C L 2 A 2 v 2 00 R0 0 Hình 8. 12 Sơ đồ động học máy kéo. .. cũng giảm xuống đến mức nhỏ nhất Đó là một trong những u điểm của máy kéo khung gập so với máy kéo bình thờng Các máy kéo khung gập thờng là loại hai cầu chủ động và có các bánh xe đều nh nhau Để tránh hiện tợng sinh ra công suất ký sinh khi quay vòng, nói cách khác là để không xẩy ra hiện tợng không tơng xứng động học giữa hai cầu chủ động, thì vận tốc của cầu trớc và cầu sau phải bằng nhau v1 = v2... O2O vào các công thức xác định R 1 và R2 ta sẽ nhận đợc : L1 (cos 2 sin ) + L2 R1 = (8. 33) (1 + 1 2 ) sin ( 1 2 ) cos L2 (cos + 1 sin ) + L1 R2 = (8. 34) (1 + 1 2 ) sin ( 1 2 ) cos Nếu R1 = R2 thì sẽ không có hiện tợng không tơng xứng động học khi máy kéo quay vòng Từ công thức (11.31) và (11.32) ta có thể rút ra: 1 sin cos L1 = L2 (8. 35) (1 cos ) ( 1 2 ) sin Công thức trên... nhau R0 = Rn0 Nếu không tính đến sự ảnh hởng của biến dạng ngang của lốp, để R0 = Rn0 thì cần chọn L1 = L2 = 0,5L Trong thực tế khi máy kéo chuyển động các lốp ít nhiều cũng bị biến dạng và sẽ ảnh hởng đến động học quay vòng của nó Trên hình 11.13 là sơ đồ động học quay vòng của máy kéo khung gập khi tính đến ảnh hởng của biến dạng ngang của lốp, trong đó 1 và 2 là các góc chuyển động lệch của các bánh... trình trên ta nhận đợc : L L L1 1 cos Rn 0 = 1 + Rn L1 (8. 32) tg sin sin trong đó : Rn bán kính quay vòng của cầu trớc của máy kéo bình thờng Nh vậy bán kính quay vòng của cầu trớc máy kéo khung gập sẽ nhỏ hơn so với máy kéo bình thờng Rn0 < Rn Nhờ đó diện tích cần thiết để thực hiện quay vòng của máy kéo khung gập sẽ nhỏ hơn so với máy kéo bìmh thờng Nếu lùi điểm C về phía sau (tăng L1) thì bán... việc khoá vi sai sẽ gây khó kăn cho việc lái máy, tăng độ mài mòn lốp, tăng tải trọng cho các chi tiết trong hệ thống truyền lực và hệ thống di động Vì thế việc sử dụng khoá vi sai khi quay vòng là không cho phép Đối với các máy kéo dùng cơ cấu khoá vi sai tự động có hệ số khoá vi sai k lớn hơn loại vi sai thông thờng và nâng cao khả năng kéo bám khi chuyển động thẳng, đó là u điểm Nhng khi quay vòng... cơ sở của máy kéo L = L1 + L2 vào phơng trình trên ta nhận đợc : L L1 L 1 cos R0 = + 1 = R + L1 (8. 31) tg sin sin trong đó : R bán kính quay vòng của máy kéo bình thờng, đợc xác định theo công thức (8. 2) Qua đó ta thấy rằng, bán kính quay vòng của cầu sau máy kéo khung gập sẽ lớn hơn so với máy kéo bình thờng ( R0 > R) nếu chúng có cùng chiều dài và cùng góc xoay cầu trớc là Khớp nối hai nửa... tợng không tơng xứng động học giữa hai cầu chủ động phải chọn điểm nối khung C sao cho không trùng vào điểm giữa của chiều dài cơ sở L, nghĩa là L1 L2 Việc dịch điểm C lên phía trớc hoặc lùi về phía sau và dịch bao nhiêu cho hợp lý sẽ phụ thuộc vào mối quan hệ giữa các góc chuyển động lệch 1 và 2 Thông thờng các góc này khác nhau cả về độ lớn và dấu và bị thay đổi theo điều kiện làm việc của máy kéo. .. thay đổi theo điều kiện làm việc của máy kéo Do vậy cần chọn điểm nối khung C theo các giá trị của các góc chuyển động lệch 1 và 2 mà trong thực tế thờng hay xẩy ra nhất ở một số máy kéo của Liên xô cũ thờng chọn điểm C lùi về phía cầu sau Thí dụ ở máy kéo T150K chọn L1= 0,52L hoặc máy kéo K800 chọn L1= 0,524L 125 . Chơng 8tính năng quay vòng của máy kéo bánh và ô t 8 .1. Động học quay vòng của máy kéo bánh và ô t 8 .1.1. Các thông số động học quay vòngĐể. Hình 8. 5. ảnh hởng tính đàn hồi của lốp đến tính ổn địnhchuyển độngthẳng của ô tô máy kéo 8. 2. Động lực học quay vòng máy kéo bánh và ô tôTrên hình 8. 6