Động lực học ô tô máy kéo - Chương 10

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 10

Tính ổn định của ôtô máy kéo

Tính ổn định của ô tô máy kéo đợc đặc trng bởi khả năng chống lật đổ hoặc chống trợt khi đứng yên cũng nh khi làm việc trên địa hình dốc hoặc trơn Đó là một đặc tính quan trọng vì nó ảnh hởng đến tính an toàn và năng suất làm việc của ô tô máy kéo Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá tính ổn định của máy kéo là các góc dốc giới hạn

mà ô tô máy kéo có thể đứng yên hoặc chuyển động an toàn trên đó

Chúng ta sẽ khảo sát tính ổn định của ô tô máy kéo theo phơng dọc và phơng ngang, khi đứng yên và khi chuyển động

10.1 Tính ổn định dọc của máy kéo

10.1.1 Tính ổn định dọc tĩnh học

Tính ổn định dọc tĩnh học của ô tô máy kéo là khả năng chống lật đổ hoặc trợt khi

đứng yên

Chỉ tiêu để đánh giá tính ổn định dọc tĩnh là góc dốc giới hạn mà ô tô máy kéo có

thể đứng yên đợc trên đó nếu các bánh xe đợc phanh chặt lại

Trị số của các góc dốc giới hạn phụ thuộc vào loại xe, chiều hớng lên hoặc xuống dốc và điều kiện bám của các bánh xe với mặt đờng, Ta sử dụng một số ký hiệu đặc trng sau:

 Góc dốc giới hạn chống lật t (khi lên dốc)và ’t (khi xuống dốc)

 Góc dốc giới hạn chống trợt t (khi lên dốc) và ’t (khi xuống dốc)

1) Tính ổn định dọc tĩnh học của ô tô và máy kéo bánh

Trên hình 10.1 là sơ đồ các lực và các mô men tác dụng lên máy kéo bánh cho tr -ờng hợp quay đầu lên dốc (a) và quay đầu xuống dốc (b), bao gồm: trọng lợng G, lực phanh PP và các phản lực mặt đờng Z1, Z2

Nếu máy kéo bị lật thì nó sẽ quay quanh trục đi qua điểm tiếp xúc giữa mặt đờng và bánh xe ở phía dới Trên hình 10.1a đợc biểu thị bởi điểm O2 và trên hình 10.1b là điểm O1

Dấu hiệu cho biết xe bị lật là các phản lực pháp tuyến trên các bánh xe phía trên dốc

bị triệt tiêu, ứng với khi lên dốc là Z1 = 0 và khi xuống dốc thì Z2 = 0 Khi đó phơng của trọng lực G đi qua trục lật 02 khi lên dốc hoặc 01 khi xuống dốc

Từ điều kiện cân bằng mô men đối với trục lật ta xác định đợc các góc dốc giới hạn chống lật :

 Khi đứng quay đầu lên dốc :

G costb - Gcosth = 0

Do đó : tgt =b

h (10.1)

 Khi đứng quay đầu xuống dốc:

Gcos’t (L - b) - Gsin’th = 0

và do đó : tg’t = L b

h



(10.2)

137

b

C G.sin

n 0

1

G.cos

 L G

P P h

Z K

02



t

 t a)

b C G.sin’

t

Z n

0 1

G.cos

’ t L

G

P P

h

Z K

0 2

’

t

’

t

b)

Hình 10.1 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên máy kéo khi đứng trên dốc

a Đứng quay đầu lên dốc; b Đứng quay đầu xuống dốc

trong đó b, h và L lần lợt là toạ độ của trọng tậm và chiều dài cơ sở của máy kéo Trong phơng trình trên ta bỏ qua mô men cản lăn Mf vì khi đứng trên dốc mô men

Mf thờng có giá trị không đáng kể so với các thành phần mô men khác Mặt khác khi bỏ qua mô men Mf gia trị góc t tính theo (10.1) sẽ giảm xuống một ít và nh vậy tính ổn định của máy kéo càng đợc đảm bảo

Qua các công thức (10.1) và (10.2) cho thấy rằng, tính ổn định dọc tĩnh chống lật phụ thuộc vào sự phân bố trọng tâm và chiều dài cơ sở của máy kéo Đối với các máy kéo bánh trọng tâm thờng đợc dịch gần về cầu sau (b < L  b), do đó khả năng chống lật khi

đứng quay đầu xuống dốc sẽ tốt hơn so với đứng quay đầu lên dốc, nghĩa là ’t > t ở các máy kéo thờng gặp t = 35-450 và ’t=60650, còn ở các khung tự chạy t=20300và

’t = 65  700

Sự mất ổn định dọc tĩnh của máy kéo khi đứng yên trên dốc cũng có thể xảy ra do các bánh xe bị trợt nếu không đủ bám với mặt mặt đờng, hoặc có thể bị lăn xuống dốc nếu lực phanh không đảm bảo bó chặt các bánh xe lại

Trong trờng hợp bị trợt lực phanh cực đại bằng lực bám của các bánh xe Ppmax =P Các máy kéo thờng chỉ đợc phanh các bánh sau nên điều kiện để máy kéo đứng yên trên dốc mà không bị trợt sẽ là :

 Khi đứng quay đầu lên dốc :

L

< G sin t

Từ đó rút ra :

tgt < 



a

L h

(10.3)

 Khi đứng quay đầu xuống dốc , cũng phân tích tơng tự nh trên ta sẽ nhận đợc : tg’t < L ha  (10.4)

Trong đó :   hệ số bám của bánh xe chủ động ;

t , ’t  góc dốc giới hạn chống trợt khi lên dốc và khi xuống dốc

Các công thức (10.3) và (10.4) cho ta thấy khả năng chống tr ợt của các máy kéo bánh khi đứng quay đầu lên dốc sẽ tốt hơn so với khi quay đầu xuống dốc

Tuy nhiên công thức (10.4) chỉ có ý nghĩa khi ’t < ’t vì khi máy kéo bị lật đổ thì phản lực pháp tuyến tác dụng lên các bánh sau Zk = 0 và do đó P = 0.

Hiện tợng lật đổ sẽ nguy hiểm hơn so với hiện tợng trợt, do vậy khi thiết kế ô tô máy kéo cần phải tính toán sao cho t < t , nghĩa là đảm bảo cho máy trợt trớc khi xảy ra hiện tợng lật

2) Tính ổn định dọc tĩnh của máy kéo xích

Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định dọc tĩnh của máy kéo xích cũng đợc sử dụng các góc giới hạn chống lật hoặc chống trợt và việc xác định giá trị của chúng cũng đợc tiến hành tơng tự nh ở máy kéo bánh Song cần lu ý là các trục lật của máy kéo xích phụ thuộc vào hệ thống treo Vì vậy ta cần xem xét tính ổn định của máy kéo xích với các loại hệ thống treo khác nhau

Trên hình 10.2 đợc chỉ ra sơ đồ xác định các góc dốc giới hạn của máy kéo xích với

hệ thống treo cứng

Trong trờng hợp này điều kiện ổn định dọc tĩnh học của máy kéo là tâm áp lực O phải nằm trên nhánh xích tiếp xúc với đất (đoạn O1O2) Trục lật máy kéo khi đứng quay

đầu lên dốc sẽ đi qua điểm O2 và khi quay đầu xuống dốc là điểm O1

Xét tam giác C C’O2 ta sẽ xác định đợc góc dốc giới hạn chống lật khi đứng quay

đầu lên dốc

tgt = 0 5, L a

h

 (10.5)

Và từ tam giác CC 'O1 sẽ xác định đợc góc dốc giới hạn chống lật khi máy kéo đứng quay đầu xuống dốc

tg’t = 0 5, L a

h

 (10.6) Trong đó a,h và L lần lợt là toạ độ trọng tâm của máy kéo và chiều dài nhánh xích tiếp xuác với mặt đờng

138

a

Hình 10.3 Sơ đồ máy kéo xích có cơ cấu treo

loại cân bằng

h h

K

C

G 0

1

C’

0,5l K 0,5l

K



t

0 2

Hình 10.2 Sơ đồ máy kéo xích có cơ cấu treo

loại cứng

a

h

C

G

0

1



t

’ t

0

0,5L 0,5L

Đối với máy kéo xích có hệ thống treo đàn hồi (hay hệ thống treo cân bằng) (hình 10.3) thì các trục lật chính là điểm treo của cụm bánh đè xích phía sau O2 và của cụm bánh

đè xích phía trớc O1 Xét tơng tự nh trên ta sẽ xác định đợc các góc dốc giới hạn chống lật

tgt = 0 5, l a

h h

k k



 (10.7)

tg’t = 0 5, l a

h h

k k





(10.8)

Trong đó : lk - khoảng cách từ trục của bộ phận treo phía sau đến mặt hẳng vuông góc và đi qua điểm giữa của bề mặt tựa của xích ;

hk - chiều cao của trục xoay của cơ cấu treo

Trọng tâm của các máy kéo xích thờng đợc bố trí dịch về phía trớc, do đó tính ổn

định dọc chống lật khi đứng quay đầu lên dốc sẽ tốt hơn khi đứng quay đầu xuống dốc ( ’t

< t) Tính ổn định dọc chống lật của máy kéo xích có hệ thống treo cân bằng sẽ xấu hơn loại có cơ cấu treo cứng Các góc dốc giới hạn tĩnh chống lật của các máy kéo có hệ thống treo cứng t = 35 - 450, còn ở các máy kéo có hệ thống treo cân bằng t = 30-400

Tính ổn định dọc tĩnh chống trợt của máy kéo xích khi lên dốc và xuống dốc có thể

đợc xem là nh nhau và có thể xác định từ điều kiện cân bằng lực :

G sin  = Z = Gcos

Từ đó rút ra : tg = tg’  (10.8)

Trong đó : , ,’ - góc dốc giới hạn tĩnh chống trợt khi máy kéo quay đầu lên dốc và khi quay đầu xuống dốc;

 - hệ số bám của xích với mặt đồng hoặc mặt đờng;

Z- phản lực pháp tuyến của mặt đờng

10.1.2 Tính ổn định dọc khi l m việc àm việc

Khi máy kéo chuyển động, ngoài các yếu tố cấu tạo, còn có các yếu tố khác gây ảnh hởng đến tính ổn định dọc nh lực kéo ở móc, mômen cản lăn và các thành phần lực khác

đang tác động lên máy

Sự mất ổn định dọc của ô tô máy kéo không chỉ do lật đổ hoặc bị tr ợt mà còn do mất khả năng lái khi các bánh dẫn hớng không đủ bám

Tính ổn định dọc của ô tô máy kéo khi chuyển động gọi tắt là tính ổn định dọc động.

Để đánh giá tính ổn định dọc động, ngoài các góc dốc giới hạn, còn sử dụng một số chỉ tiêu khác nh lực kéo lớn nhất cho phép, trọng tải chuyên trở cho phép Các chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh loại máy, điều kiện sử dụng , tốc độ chuyển động

1) Tính ổn định dọc của máy kéo làm việc với máy nông nghiệp móc

a) Đối với máy kéo bánh

Trên hình 10.4 là sơ đồ lực và mô men tác dụng lên máy kéo chuyển động đều lên dốc với giả thiết phơng lực kéo song song vơí mặt đờng

139



fn



fK

C

G.sin

0

1

Z

n

G.cos

P f L 0

2

P

K

P

m



Z

K

h

T

Trong trờng hợp này, khả năng mất ổn định lái sẽ xẩy ra trơc khi bị lật đổ hoặc bị

tr-ợt Do vậy ta cần xác định góc dốc và tải trọng kéo cho phép không chỉ theo khả năng chống lật và chống trợt mà trớc hết phải đảm bảo đợc điều kiện lái

Khả năng lái của máy kéo bánh có thể bị phá huỷ khi phản lực pháp tuyến trên các bánh trớc nhỏ hơn giá trị cho phép Zcp Việc xác định giá trị nhỏ nhất cho phép của phản lực pháp tuyến trên các bánh lái chỉ có thể đợc tiến hành bằng thực nghiệm Các số liệu thực nghiệm cho thấy rằng Zcp = 0,1 - 0,15G khi chuyển động trên nền đất cứng và Zcp = 0,15 - 0,2G khi chuyển động trên nền đất yếu

Từ điều kiện cân bằng mô men của các ngoại lực đối với điểm O2 ta nhận đợc phơng trình :

Gcos.b = ZnL + Gcosh + PmhT + Mf (10.9)

trong đó: Zn  phản lực pháp tuyến tác dụng lên cầu trớc;

Pm  lực kéo ở móc;

hT  chiều cao điểm móc máy nông nghiệp;

Mfk, Mfn  mô men cản lăn của các bánh chủ động và bánh bị động;

Mf  mô men cản lăn của máy kéo :

Mf = Mfk + Mfn = f rkGcos

f  hệ số cản lăn;

G  trọng lợng máy kéo;

rk  bán kính động lực học của bánh xe chủ động

Điều kiện duy trì tính năng lái

Để duy trì đợc tính năng lái cần đảm bảo đợc điều kiện

Zn  Zcp

Xét trờng hợp giới hạn Zn = Zcp , các thông số cần xác định là:

 Lực kéo lớn nhất cho phép Pmcp ứng với góc dốc cho trrớc

 Góc dốc giới hạn d ứng với lực kéo Pm cho trớc

Xác định lực kéo cho phép P mcp theo điều kiện lái

Sau khi thay các giá trị Zn = Zcp vào phơng trình cân bằng mô men (10.10) ta xác

định đợc lực kéo lớn nhất cho phép Pmcp theo điều kiện duy trì lái khi máy kéo làm việc trên góc dốc cho trớc :

Pmcp = Gcos(b f r ) Gsin  h Z L

h

T

(10.10)

Xác định góc dốc giới hạn  d theo điều kiện lái

Trong trờng hợp biết trớc lực cản kéo Pm mà ta cần phải xác định góc dốc giới hạn đ theo điều kiện lái, thì có thể giải phơng trình (10.10) theo phơng pháp đồ thị

140

Hình 10.4 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên máy kéo bánh liên hợp với máy nông nghiệp móc

Hiình 10.5

Đồ thị xác định các góc dốc và lực kéo cho phép theo điều kiện lái khi lên dốc

P

m

P

mmax

P

mcp

P

m

P

mmax

P m



dmax 

dm

a x

 0

Theo phơng trình (10.10) ta có thể xây dựng đợc đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lực kéo cho phép Pmcp vào góc dốc  (hình 10.5) Sau khi xây dựng đợc đờng cong Pmcp=

f() ta có thể xác định đợc góc dốc giới hạn động đ cho các giá trị lực kéo Pm khác nhau.

Từ điểm trên trục tung biểu thị Pm ta kẻ song song với trục hoành cho cắt đờng cong Pmcp,

từ điểm cắt nhau đó dóng xuống trục hoành ta sẽ xác định đợc giá trị đ tơng ứng với pm

đã cho

Điểm cắt nhau giữa đờng cong Pmcp = f() với trục hoành sẽ ứng với góc dốc giới hạn cực đại đmax khi máy kéo chạy không Còn điểm cắt nhau giữa đờng cong Pmcp với trục tung sẽ ứng với lực kéo cho phép lớn nhất Pmmax khi máy kéo làm việc trên mặt đồng nằm ngang ( = 0) Giá trị Pmmax cũng có thể đợc xác định theo công thức :

Pmmax = G b f r Z L

h

T

(  ) 

(10.11)

Kiểm tra theo điều kiện bám của bánh chủ động

Các giá trị lực kéo cho phép đợc xác định theo (10.10) hoặc (10.11) mới chỉ xét theo

điều kiện duy trì khả năng lái Các giá trị này cần đợc kiểm tra theo điều kiện bám của các bánh chủ động

Dựa trên sơ đồ lực (hình 10.4) ta có thể xác định đợc phơng trình cân bằng lực theo phơng chuyển động

Pk = fGcos + Gsin + Pm

Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo điều kiện bám chính là lực bám Pkmax = P

Đối với máy kéo 4 x 4 : P =  Gcos

Đối với máy kéo 4 x 2 , cấu sau chủ động :

Gcos(L - b) + Gsin h + Pm hT + M

P = Zk = 

L Sau khi thay Mf=fGcos và P vào phơng trình cân bằng lực ta sẽ rút ra đợc giá trị lực kéo lớn nhất cho phép theo điều kiện bám :

[ (L - b) + rk) - L] cos - (L - h) sin

Pm = G  (10.12)

L -  hT Phơng trình (10.12) có thể giải theo phơng pháp đồ thị, tơng tự nh giải phơng trình (10.10) Từ đờng cong Pm= f() ta có thể giải hai bài toán :

 Biết giá trị góc , cần xác định giá trị lực kéo lớn nhất cho phép theo điều kiện bám Pm ;

 Biết trớc giá trị lực kéo Pm, cần xác định góc dốc giới hạn theo điều kiện bám d

Lu ý: Với cùng một giá trị lực kéo Pm , giá trị của các góc dốc giới hạn d và d th-ờng là khác nhau Phơng trình (10.11) chỉ có nghĩa khi d < d vì nếu d  d thì máy kéo chỉ có thể chuyển động đợc ở các góc dốc  < d , nghĩa là không thể xảy ra sự mất khả năng lái

Qua hình 10.5 ta thấy rằng, điểm cắt nhau giữa đờng cong Pm = f() và trục hoành

sẽ ứng với góc dốc giới hạn lớn nhất theo điều kiện bám d khi máy kéo chạy không và

điểm cắt nhau giữa đờng cong đó với trục tung sẽ ứng với lực kéo lớn nhất theo điêù kiện bám Pmmax cho trờng hợp máy kéo làm việc trên mặt đồng nằm ngang ( = 0) Đối với các máy kéo bánh thờng gặp dmax < dmax Giá trị dmax đối với máy kéo 4 x 2 có thể xác định theo công thức :

(L - b + rk) - L

L - hT Khi lực kéo Pm = 0 sẽ nhận đợc  dmax và có thể xác định theo công thức :

(L - b + rk) - L

141

tgdmax =  (10.14)

L - hT

Đối với máy kéo 4 x 4 lực bám P= Gcos và lực kéo cho phép theo điều kiện bám Pm khi chuyển động lên dốc sẽ là::

Pm = G[( - f) cos - sin] (10.15) Khi  = 0 sẽ nhận đợc lực kéo lớn nhất theo điều kiện bám :

Pmmax = ( - f) G (10.16) Khi Pm = 0 sẽ nhận đợc góc dốc giới hạn dmax :

dmax =  - f (10.17)

b) Đối với máy kéo xích

Khả năng lái bình thờng và tính ổn định dọc của máy kéo xích sẽ bị phá huỷ khi tâm

áp lực dịch chuyển về phía sau quá một giới hạn nhất định xcp

Theo điều kiện duy trì khả năng lái bình thờng, độ dịch chuyển cho phép của tâm áp lực chọn xcp = L/6 = 0,167L ở các máy kéo xích dùng trong nông nghiệp, góc nghiêng của nhánh xích chủ động thờng nhỏ nên khi phần trớc của nhánh xích tiếp xúc vơí đất không tham gia truyền tải trọng pháp tuyến thì nhánh xích chủ động có thể tham gia đồng thời vừa truyền tải trọng pháp tuyến, vừa tạo ra lực bám Do đó, khi máy kéo làm việc trên loại đất mềm thì có thể cho phép tăng độ dịch chuyển cho phép của tâm áp lực xcp = 0,2L

Để xác định góc dốc giới hạn ổn định dọc ta hãy xem xét trờng hợp máy kéo kéo máy nông nghiệp móc chuyển động đều lên dốc (hình 10.6)

Từ điều kiện cân bằng mô men đối với tâm áp lực 0 ta sẽ nhận đợc phơng trình :

G cos (a + x) = G sinh + PmhT Trong đó x - độ lệch chuyển tâm áp lực so với điểm giữa của dải xích tiếp xúc với đất Sau khi thay đổi giá trị cho phép lớn nhất của độ dịch chuyển tâm theo điều kiện duy trì khả năng lái, tức là thay x = xcp vào phơng trình trên ta sẽ rút ra công thức xác định lực kéo lớn nhất cho phép theo điều kiện lái :

T

cp mcp

h

h x

a G

P  (  )cos  sin (10.18)

Để xác định góc dốc giới hạn theo điều kiện lái d khi đã biết trớc lực kéo ta cần phải giải phơng trình trên theo biến số Pm Cũng tơng tự nh đã giải phơng trình (10.11), bằng phơng pháp đồ thị ta có thể xác định đợc d tơng ứng với lực kéo đã cho Khi máy kéo làm việc trên đồng bằng ( = 0), lực kéo lớn nhất cho phép sẽ là :

T

cp mcp

h

x a G

P max   (10.19)

Khi Pm = 0 sẽ nhận đợc góc dốc giới hạn ổn định dọc lớn nhất theo điều kiện lái

dmax, giá trị của nó có thể đợc xác định bằng đồ thị hoặc tính theo công thức :

142

Hình 10.6 Sơ đồ lực tác dụng lên máy kéo xích

Sơ đồ

a

C

h

Pf

x Z

0 P

m

h

K

G.sin

G.cos

0,5L

h

x a

tgdmax   cp (10.20) Góc dốc giới hạn theo điều kiện bám d có thể xác định theo công thức (10.15) hoặc

(10.17)

Khả năng bám của máy kéo xích khi làm việc trên các loại đất cứng rất tốt nên sự

mất tính ổn định lái thờng xảy ra trớc khi mất tính ổn định dọc do trợt, còn khi làm việc

trên đất mềm khả năng bám kém hơn Sự phân bố các đờng cong Pmcp và Pm cũng tơng tự

nh máy kéo bánh (hình 10.5)

2) Tính ổn định dọc của máy kéo khi làm việc với máy nông nghiệp treo

a) Đối với máy kéo bánh

Dễ mất ổn định nhất là trờng hớp lắp máy nông nghiệp ở phía sau, ở thế vận chuyển

lên dôc (Hình 10.7)

Từ điều kiện cân bằng mô men lấy với điểm 02 ta nhận đợc :

G.cosbZnL + G.sin.h + GC.cos.bC + GCsin.hC + Mf

Trong đó: Mf là mô men cản lăn

Mf = f.(G + GC).cosrk

Để đảm bảo điều kiện lái đợc bình thờng, phản lực pháp tuyến tác dụng lên cầu trớc

Zn không đợc nhỏ hơn một giá trị cho phép Zncp Thay Zn = Zncp vào phơng trình trên ta

nhận đợc:

G G b r G h Z L

ccp

f f



  (10.21)

GCCP  trọng lợng cho phép của máy nông nghiệp ứng với vị trí nâng và góc dốc đã

đ-ợc xác định

Phơng trình (10.21) có thể biểu diễn bằng đồ thị GCCP = f((hình 10.8) Từ đó có

thể xác định :

 Góc dốc nếu biết trớc trọng lợng máy nông nghiệp GC;

 Trọng lợng cho phép GCCP , nếu biết trớc góc dốc 

143

Hình 10.8

Đồ thị xác định trọng lợng cho phép của máy nông nghiệp và góc dốc theo điều

kiện lái

GC

Pmax

G C

G cp

G C



dmax

Hình 10.7 Sơ đồ liên hợp máy kéo bánh với cày treo khi vận chuyển

Pf b

L

fn

G.sin

0

1 Z n M

fK

G.cos

P P 0

2 Z K



b C

G

C.sin

h C

G

C.cos

Khi chuyển động trên đờng bằng (=0) trọng lợng cho phép của máy nông nghiệp là lớn nhất GCPmax Trị số của nó có thể xác định theo đồ thị hoặc theo công thức:

G G b r Z L

cp

k ncp

max

.





f

f (10.22)

Từ các công thức trên cho thấy tính ổn địng dọc động của máy kéo khi vận chuyển máy nông nghiệp phụ thuộc vào các thông số cấu tạo , vị trí nâmg máy nông nghiệp , độ dốc mặt đờng

Để tăng tính ổn định chuyển động , trên các máy kéo dùng cho vùng đồi thờng đợc thiết kế có trọng tâm thấp hoặc có thể lắp thêm trọng vật Trờng hợp chuyển động trên đ-ờng có độ dốc lớn nhng ngắn có thể chạy lùi sẽ an toàn hơn

b) Đối với máy kéo xích

Trên hình 10.9 là sơ đồ máy kéo xích vận chuyển máy nông nghiệp chuyển động đề lên dốc

Lập phơng trình cân bằng mô men đối với tâm áp lực 0 ta nhận đợc :

Gcos(a + x) = GsinGCcos(b + bC  a  x) + GCsin.hC

Điều kiện đảm bảo lái đợc bình thờng

Để có thể lái đợc bình thờng cần đảm bảo điều kiện :

x < xcp

Trong đó: xcp là trị số lớn nhất cho phép của độ dịch chuyển tâm áp lực x Nếu x> xcp khả năng lái sẽ rất khó kăn Trị số xcp đợc xác định bằng thục nghiệm

Thay x= xcp vào phơng trình cân bằng mô men ta xác định đợc trọng lợng cho phép của máy nông nghiệp GCCP ứng với góc dốc cho trớc 

. ( ) cos .sin

ccp

cp

  (10.23) Khi trọng lợng cho phép của máy nông nghiệp là lớn nhất:

G G a x

b b a x C

cp

   (10.24)

Để tiện cho việc sử dụng các công thức trên, khi cần xác định trọng l ợng cho phép của máy nông nghiệp Gccp (nếu biết góc dốc ) hoặc xác định góc dốc lớn nhất cho phép  (nếu biết trọng lợng của máy n GC), ta có thể biểu diễn phơng trình (10.23)

ở dạng đồ thị , tơng tự nh trên hình 10.5

3) Tính ổn định dọc của máy kéo khi các bánh chủ động bị nêm chặt

Khi máy kéo làm việc trên các địa hình mấp mô, các bánh chủ động có thể rơi vào khe, rãnh và bị nêm chặt lại Khi đó có thể xảy ra hiện tợng lật trong mặt phẳmg dọc, phần trớc của máy kéo sẽ nâng lên và xoay xung quanh trục của bánh xe chủ động Ok (hình 10.10)

144

a

C

h

P

f

x

Z 0

h

C

b

bC

PK

G.sin

G



0,5L

Hiình 10.9 Sơ đồ liên hợp máy kéo xích với cày treo khi vận chuyển

Hình 10.10 Sơ đồ máy kéo khi bánh chủ động bị nêm chặt

b

C P C

0

h r K

C

h G P r

K 0 K

M L

G

l

P

0 K

MK

P K

M

L

r

K

Mô men lật

Khi máy kéo chuyển động , động cơ truyền đến bánh xe một mô men chủ động Mk Trên cặp bánh răng truyền lực cuối cùng xuất hiện một mômen phản lực ML , có giá trị bằng mômen chủ động Mk nhng có chiều ngợc lại

Mô men phản lực ML có xu hớng làm cho khung máy xoay xung quanh trục bánh chủ động 0K, do đó Mr còn đợc gọi là mômen lật

ML = MK = Me.m.iT (10.25)

Me, m , iT lần lợt là mô men quay của động cơ , hiệu suất cơ học và tỉ số truyền trong hệ thống truyền lực

Nh vậy mô men lật phụ thuộc vào mô men động cơ , tỉ số truyền trong hệ thống truyền lực Mặt khác nó còn phụ thuộc vào khả năng bám và mô men cản trên các bánh chủ động Trị số cực đại của mô men lật đợc xác định theo các điều kiện sau:

 Theo mô men quay của động cơ :

MLmax = Memaxmi (10.26)

 Theo mô men ma sát của bộ ly hợp:

MLmax = maxmi (10.27)

 Theo khả nằng bám của bánh xe chủ động:

MLmax= P.rk = .Zk.rk (10.28)

Trong đó: Memax  mô men cực đại của động cơ ;

Mmax  mô men ma sát cực đại của côn ly hợp;

P , lực bám và hệ số bám của bánh chủ động;

Zk  phản lực pháp tuyến của mặt đờng tác dụng lên bánh chủ động

Mô men chống lật

Trọng lợng phần khung máy có khả năng xoay quang trục bánh chủ động là GP sẽ tạo ra một mô men chống lật MP , duy trì sự chuyển động ổn định:

Trong đó : lp  khoảng cách từ phần trọng lợng Gp đến trục cầu sau

Điều kiện duy trì chuyển động ổn định

Để máy kéo có thể duy trì chuyển động ổn định các bánh trớc không đợc nâng lên khỏi mặt đờng Muốn vậy mô men ổn định phải lớn hơn mô men lật:

Mp  ML = Mk

(10.30)

Điều kiện (10.30) có thể viết cho các trờng hợp giới nh sau:

 Theo khả năng của động cơ : MP  Memaxmi

 Theo khả năng của côn ly hợp : MP  maxmi

 Theo khả năng bám của bánh xe chủ động: MP  Zk.rk

145

Điều kiện để máy kéo không bị lật đổ khi các bánh bị nêm chặt

Khi các bánh chủ động bị nêm chặt, hệ số bám  sẽ rất lớn nên Mk chỉ còn phụ thuộc vào mômen quay của động cơ và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực Giá trị cực

đại của mô men lật MLmax phụ thuộc vào mômen ma sát cực đại của bộ li hợp và mô men cực đại của động cơ

Để đa máy kéo ra khỏi chỗ bị kẹt, ngời lái phải từ gài côn để thực hiện quá trình khởi hành nh đã phân tích ở chơng 5 Trong trờng hợp này mô men lật phải đợc tính theo mô men ma sát cực đại của côn ly hợp

Từ các phơng trình trên ta có thể rút ra đợc điều kiện máy kéo không bị lật khi các bánh chủ động bị nêm chặt là:

max i m  Gp lp (10.31) Mặt khác ta thấy rằng trọng lợng của các bánh chủ động và trọng lợng của bánh răng phụ động của cặp truyền lực cuối cùng không tham gia vào ph ơng trình cân bằng mômen lấy đối với trục của bánh xe chủ động và khi các bánh trớc bắt đầu nâng lên khỏi mặt đất Z1 = 0 Do đó ta có thể suy ra :

Gl = Gp lp Trong đó : G, GP  trọng lợng của cả máy kéo và trọng lợng phần khung máy xoay tơng đối quanh trục bánh chủ động

l  khoảng cách từ trọng tâm máy kéo đến mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục bánh xe chủ động

Từ điều kiện cân bằng mômen lấy đối với trục bánh xe chủ động Ok ta xác định đợc khoảng cách lP và thay nó vào điều kiện (10.31) sẽ nhận đợc :

max i m  G [cos b - sin (h - rk)] (10.32) Cần lu ý là mômen ma sát cực đại Mmax phụ thuộc vào tốc độ gài côn Khi gài côn một cách êm dịu thì trị số mômen ma sát cực đại có thể đ ợc xác định theo công thức :

Trong đó : - hệ số dự trữ mômen ma sát của côn li hợp chính :  = 2 3;

Mh - mô men quay danh nghĩa của động cơ

Nếu gài côn một cách đột ngột thì mômen ma sát cực đại có thể tăng lên rất đáng

kể so với giá trị max đợc xác định theo công thức (10.32) và khi đó có thể xảy ra hiện tợng lật máy kéo

Qua điều kiện (10.32) còn cho thấy rằng, sự mất tính ổn định của máy kéo còn phụ thuộc vào tỷ số truyền mômen i và hiển nhiên là ở số truyền I tỷ số truyền sẽ là lớn nhất

Do đó điều kiện đảm bảo một cách chắc chắn không xẩy ra hiện tợng lật:

max i1 m < G [cos b - sin (h - rk)] (10.33) Nếu điều kiện (10.32) bị phá huỷ thì phần trớc của máy kéo sẽ bị nâng lên Nhng liệu có bị lật đổ hẳn về phía sau hay không còn tuỳ thuộc vào công suất và động năng của động cơ trong quá trình máy kéo bị lật

Trong quá trình lật, năng lợng của động cơ (truyền qua bộ li hợp và sau đó truyền

đến các bánh chủ động) sẽ đợc chi phí để nâng phần trớc máy kéo lên, tức là làm tăng thế năng của máy kéo Nếu năng lợng của động cơ đủ lớn để nâng phần trớc của máy kéo đến

vị trí mà trọng tâm của máy kéo nằm trên mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục lật Ok thì quá trình tiếp theo máy kéo sẽ bị lật đổ về phía sau Nói một cách khác nếu công suất và động năng của động cơ đủ lớn để xoay phần trớc của máy kéo xung quanh trục bánh chủ động với một góc  để trọng tâm máy kéo dịch chuyển từ điểm C đến C’ (hình 10.10) thì máy kéo sẽ bị lật đổ hoàn toàn Trờng hợp ngợc lại thì động cơ sẽ bị tắt, quá trình lật sẽ dừng lại

và phần trớc của máy kéo sẽ tự hạ xuống dới tác động của mômen ổn định Mp

Phần động năng của động cơ truyền đến bộ li hợp sẽ phụ thuộc vào tốc độ gài bộ li hợp Do vậy một lần nữa khẳng định thêm việc gài bộ li hợp một cách đột ngột sẽ dễ gây ra hiện tợng lật đổ máy kéo khi các bánh chủ động bị nêm chặt

Một vấn đề khác cần đợc xem xét đó là sự "ngóc đầu dậy" của các máy kéo bánh khi làm việc trên ruộng nớc Hiện tợng này thờng xuyên xảy ra khi các máy kéo lắp bánh lồng Trong trờng hợp này do các bánh chủ động không bị nêm chặt hoàn toàn nên máy kéo vẫn chuyển động đợc , nhng do mômen lật ML đủ lớn để nâng phần trớc của máy kéo lên Sự tăng mômen lật có thể đợc giải thích nh sau Nguyên nhân chính là do các bánh chủ động ngập sâu vào trong đất làm tăng mômen cản lăn và do đó đòi hỏi mômen chủ động phải

đ-ợc tăng lên thì mới làm cho máy kéo chuyển động đđ-ợc Mặt khác ở loại ruộng nớc có nền sâu, tuy các bánh chủ động bị ngập sâu vào trong đất nhng vẫn đảm bảo độ bám nên các bánh xe không bị trợt hoàn toàn, nghĩa là đồng thời với sự tăng mômen cản lăn thì lực bám

146