bộ giáo dục đàotạo trờng đại học nông nghiệp nông văn vìn động lực học chuyển động máy kéo ô tô (Dùng cho sinh viên ngành khí động lực) Hà Nội 2007 Lời nói đầu Máy kéo ô tô đợc sử dụng nhiều lĩnh vực kinh tế khác nh nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải Trong nông nghiệp máy kéo nguồn động lực thực khâu giới hoá đồng ruộng, vận chuyển sản phẩm vật t nông nghiệp liên hợp với máy tĩnh Do nhu cầu sản xuất, ngành chế tạo máy kéo đà sớm phát triển, tr ớc hết nớc châu Âu Từ khoảng kỷ XVIII Anh, Pháp đà sản xuất số loại máy kéo bánh đến năm 1879 Nga đà sản xuất loại máy kéo xích giới Lúc chủ yếu dùng động nớc Đến năm 1910 Nga đà chế tạo máy kéo dùng động đốt Đó máy kéo lịch sử phát triển máy kéo đại Từ đến đà trải qua nhiều giai đoạn phát triển, kết cấu máy kéo không ngừng đợc cải tiến ngày đợc hoàn thiện Nhờ hiệu sử dụng chúng ngày cao phạm vi sử dụng đợc mở rộng Cùng với phát triển ngành chế tạo ô tô máy kéo, môn Động lực học chuyển động ô tô máy kéo đà đợc hình thành phát triển Đó môn khoa học chuyên nghiên cứu vấn đề động học, động lực học cấu toàn máy điều kiện sử dụng khác nhau; nghiên cứu tính sử dụng, xác lập tiêu thông số đánh giá tính nhằm xây dựng sở khoa học để hoàn thiện kết cấu máy, xác định chế độ sử dụng hợp lý nhằm nâng cao hiệu sử dụng chúng Môn Động lực hoc chuyển động ô tô máy kéo đợc hình thành sở phân tích kết cấu máy, kết hợp với kinh nghiệm đúc kết đ ợc trình sử dụng chúng Môn khoa học đợc hình thành muộn ngành chế tạo ô tô máy kÐo Tuy vËy thùc tÕ nã ®· ®ãng mét vai trò quan trọng việc thúc đẩy phát triển ngành chế tạo ô tô máy kéo Kinh nghiệm nhiều n ớc cho thấy rằng, đa số trờng hợp thành công lĩnh vực thiết kế chế tạo ô tô máy kéo nhờ vào khai thác môn lý thuyết ô tô máy kéo Tuy nhiên, phát triển ngành chế tạo máy kÐo cịng nh sù tÝch lịy kinh nghiƯm sư dơng chúng nguồn thúc đẩy hỗ trợ cho môn khoa học ngày phát triển hoàn thiện Giáo trình giới thiệu kiến thức tính chất động lực học ô tô máy kéo nhằm mục đích làm tài liệu học tập cho sinh viên khí động lực thuộc chuyên ngành khí hóa sản xuất nông nghiệp đồng thời làm tài liệu tham khảo cho kỹ s có quan tâm đến lĩnh vực Do trình độ thời gian có hạn, không tránh khỏi thiếu sót biên soạn, tác giả mong nhận đợc góp ý bạn đồng nghiệp độc giả để bổ sung cho lần biên soạn sau Hà Nội, tháng năm 2006 Tác Giả Chơng Tính sử dụng điều kiện làm việc máy kéo ô tô 1.1 Tính sử dụng máy kéo ô tô Trong sản xuất nông nghiệp máy kéo đợc sử dụng để thực nhiều công việc khác nhau, điều kiện đất đai khí hậu phức tạp đa dạng Do yêu cầu kỹ thuật đặt máy kéo đa dạng Để đáp ứng đợc yêu cầu đòi hỏi máy kéo phải có số tính sử dụng định Các tính giữ vai trò quan trọng việc nâng cao hiệu sử dụng máy kéo điều kiện định Đối với ô tô, điều kiện chuyển động có thuận lợi công việc đỡ phức tạp so với máy kéo nhng đòi hỏi có nhiều tính sử dụng, đặc biệt loại xe dụng quân loại xe chuyên dùng ảnh hởng tính đến hiệu sử dụng chung ô tô máy kéo khác Để đánh giá ảnh hởng cần phải đa đợc thông số đo nh phơng pháp xác định trị số chúng Sự lựa chọn đắn tính sử dụng thông số đo tính có ý nghĩ lớn việc tìm kiếm giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao chất lợng chế tạo nâng cao hiệu sử dụng máy kéo điều kiện khác Các tính sử dụng quan trọng máy kéo ô tô chia thành nhóm : tính kinh tế - kỹ thuật, tính kỹ thuật chung tính chuyên dùng (còn gọi tính đặc thù) Các tính kinh tế-kỹ thuật Những tính quan trọng nhóm tính kéo, tính động lực học tính kinh tế máy kéo ô tô Tính kéo máy kéo thực công việc nông nghiệp đ ợc đặc trng khả thực công việc kéo điều kiện đất đai khác Tính phụ thuộc lớn vào khả bám phận di động với mặt đồng Khi vận chuyển, tính kéo ô tô máy kéo đợc đặc trng tốc độ chuyển động trung bình loại đờng khác Tính động lực học máy kéo thực công việc đồng ruộng công việc xây dựng đợc đặc trng khả khắc phục tợng tải, khả rời chỗ tăng tốc với tải trọng kéo lớn Khi vận chuyển tính động lực học ô tô máy kéo đợc đặc trng tốc độ chuyển động cực đại, gia tốc độ dốc lớn mà xe vợt đợc Tính kéo tính động lực học ảnh h ởng lớn đến suất liên hợp máy kéo ô tô Do việc nghiên cứu tìm hiểu tính nhiệm vụ môn động lực học chuyển động máy kéo ô tô Tính kinh tế máy kéo ô tô đợc đánh giá thông qua giá thành công việc chúng thùc hiƯn TÝnh kinh tÕ phơ thc vµo nhiỊu u tố nh chi phí nhiên liệu vật liệu bôi trơn, chi phí cho chăm sóc kỹ thuật sửa chữa, trả tiền lơng cho công nhân Trong môn học xem xét đến tính tiết kiệm nhiên liệu Tính tiết kiệm nhiện liệu máy kéo chủ yếu phụ thuộc vào tính tiết kiệm nhiên liệu động cơ, phân bố tỷ số truyền hƯ thèng trun lùc cịng nh viƯc sư dơng hỵp lý số truyền phụ thuộc điều kiện sử dụng cụ thể Tính kỹ thuật chung Nhóm tính chủ yếu liên quan đến độ bền, tuổi thọ, tính thuận tiện điều khiển, chăm sãc kü tht , tÝnh an toµn vµ sù chun động êm dịu máy kéo ô tô Độ bền tuổi thọ ô tô máy kéo đợc thể khả làm việc mà không xảy hỏng hóc xẩy mài mòn chi tiết nhanh buộc phải dừng máy để sửa chữa Để cải thiện tính cần phải xác định đợc cách xác lực mô men tác động lên chi tiết cấu máy Đó tiền đề cho việc tính toán thiết kế hợp lý cấu chi tiết máy nhiệm vụ quan trọng môn động lực học chuyển động máy kéo ô tô Tính thuận tiện điều khiển chăm sóc kỹ thuật ô tô máy kéo thể khả lái nhẹ nhàng thoải mái, dễ chăm sóc kỹ thuật Nó phụ thuộc loại tiểu khí hậu cabin, loại cấu treo, tính chuyển động êm dịu, độ ổn định bánh lái, độ lớn lực mà ngời lái cần phải tác động lên vô lăng, bàn đạp cần điều khiển máy, phụ thuộc vào tần số mức độ phức tạp công việc chăm sóc kỹ thuật nhiều yếu tố khác Tính an toàn chuyển động máy kéo làm việc đồng ruộng thực công việc xây dựng chủ yếu phụ thuộc vào khả chống lật chống trợt Khi vận chuyển tính an toàn chuyển động ô tô máy kéo phụ thuộc vào hiệu lực phanh, điều kiện quan sát ngời lái Tính chuyển động êm dịu ô tô máy kéo đợc đặc trng tần số biện độ dao động xe ghế ngồi chuyển động địa hình không phẳng Tính chất chủ yếu phụ thuộc vào loại cấu treo xe ghế ngồi Các tính kỹ thuật chung gây ảnh hởng đến suất chất lợng công việc liên hợp máy kéo ô tô Các tính đặc thù Mỗi loại ô tô máy kéo, tính chung có tính đặc thù riêng để đáp ứng với yêu cầu sử dụng nh tính động tính lái v.v Tính động ô tô máy kéo đợc hiểu khả chuyển động điều kiện đờng xá khó khăn địa hình phức tạp Đối với máy kéo, đáng quan tâm chuyển động ruộng yếu có độ ẩm cao ruộng n ớc Trong trờng hợp tính động máy kéo chủ yếu phụ thuộc vào áp lực riêng phận di động tác động lên đất khả bám bánh xe chủ động dải xích với đất Khi làm việc hàng tính động máy kéo phụ thuộc vào khoảng sáng gầm máy (khoảng cách từ điểm thấp gầm máy đến mặt đờng) khả thayđổi bề rộng sở (khả thay đổi khoảng cách vết bánh xe) Nói chung, tính động ô tô máy kéo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu tính kéo bám kích thớc hình học Ngoài đặc điểm cấu tạo cụm riêng biệt máy kéo nh trình độ nghề nghiệp ngời lái có ảnh hởng đến tính động Tính lái ô tô máy kéo đợc đặc trng khả chuyển động theo quĩ đạo định trớc nhờ tác động vào cấu lái ô tô máy kéo làm việc điều kiện đờng xá điều kiện đất đai khác Một tiêu quan trọng tính ổn định chuyển động thẳng ảnh hởng đến suất, chất lợng công việc tính an toàn chuyển động, đặc biệt làm việc đồi dốc vận chuyển đừơng Tính lái chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo cấu lái trình độ ngời lái Tóm lại, máy kéo ô tô cần có nhiều tính sử dụng tính nằng có mối liên hệ chặt chẽ, phức tạp phụ thuộc lẫn Mức độ ảnh h ởng tính riêng biệt đến hiệu sử dụng chung máy khác tuỳ thuọcc vào kết cấu điều kiện sử dụng cụ thể Do để nâng cao hiệu sử dụng máy kéo ô tô cần phải nghiên cứu ảnh hởng tính riêng rẽ mối liên hệ chúng, sở tìm giải pháp thiết kế chế tạo sử dụng hợp lý Nội dung chơng sau xem xét cụ thể vấn đề 1.2 Các tính chất lý đất Các máy kéo chủ yếu làm việc đồng ruộng chuyển động loại đ ờng đất Việc nghiên cứu trình tác động tơng hỗ phận di động máy (bánh xe dải xích) đất cần thiết quan trọng Để nắm đ ợc vấn đề trớc hết cần nắm đợc tính chất lý đất Đất môi trờng phức tạp - phân tán rời rạc, không đồng đợc cấu tạo ba pha : pha cứng (các hạt cứng), pha lỏng (n ớc) pha khí (không khí hơi) Các tính chất lý đất thay đổi tùy thuộc vào tính chất thành phần pha chứa đất Việc nghiên cứu tính chất lý đất đà đ ợc trình bày kỹ môn học đất xem xét tính chất có ảnh h ởng lớn đến khả kéo bám máy kéo Những tính chất vật lý có ảnh hởng lớn đến tính kéo bám máy kéo thành phần cấu trúc, độ ẩm độ chặt Thành phần cấu trúc đất (còn gọi thành phần hạt) đợc đánh giá kích thớc hàm lợng hạt cứng (cốt liệu) khối đất Theo thành phần cấu trúc loại đất đợc chia thành hai nhóm : nhóm đất sét nhóm đất cát Nhóm đất sét đợc cấu tạo chủ yếu hạt sét, nhóm đất cát chủ yếu hạt cát cấu thành nên Tuỳ theo hàm lợng thành phần nhóm đợc phân loại số loại cụ thể Độ ẩm đất biểu thị lợng nớc chứa khối đất đợc đánh giá tỷ số trọng lợng phần nớc chứa khối đất trọng lợng toàn phần khối đất trạng thái tự nhiên Khi độ ẩm thay đổi trạng thái tính chất học đất thay đổi theo Ví dụ, tùy thuộc vào độ ẩm trạng thái đất sét cứng, dẻo thể lỏng Độ chặt (còn gọi độ cứng) lực cản riêng đất đơn vị diện tích đầu đo (máy đo độ chặt) ấn đầu đo vào đất từ xuống d ới theo phơng thẳng đứng Độ chặt độ ẩm đất có ảnh hởng lớn đến tính chất học Khi khảo nghiệm máy kéo đồng ruộng thờng phải xác định hai thông số độ sâu khác tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu Các tính chất học đất Khi quan sát tác động tơng hỗ giũa phận di động máy đất ngời ta thấy thờng xuất hiện tợng sau : Sự phá vỡ hoàn toàn cấu trúc đất vùng có ứng suất lớn khả tiếp nhận ngoại lực đất Xuất lực ma sát phận di động đất, phần tử đất (ma sát nội tại) chúng bị trợt tơng Đất bị nén lại phần tử đất dịch chuyển theo nhiều hớng khác Do xuất ứng suất đất, trớc tiên xuất vùng tiếp xúc trực tiếp với phận di động sau đợc lan truyền vào bên theo nhiều h ớng khác Độ lớn phân bố ứng suất phụ thuộc vào tính chất tác động tải trọng, loại trạng thái vật lý đất Để tiện cho việc nghiên cứu ngời ta phân tích biến dạng đất theo hai ph ơng : phơng pháp tuyến (vuông góc với mắt đất) ph ơng tiếp tuyến (song song với mặt đất) Các ứng suất đợc phân tích thành hai thành phần tơng ứng với hai phơng : ứng suất pháp tuyến (ứng suất nén) ứng suất tiếp tuyến (ứng suất cắt) Độ sâu vết bánh xe phụ thuộc vào ứng suất nén, tính chất kéo bám phận di động phụ thuộc vào ứng suất cắt Do sức chống nén chống cắt hai tính chất học có ảnh hởng lớn đến tính kéo bám máy kéo Sức chống nén đất đợc đặc trng øng st ph¸p tun Thùc ngiƯm cho thÊy r»ng, mèi quan hệ định lợng ứng suất pháp tuyến độ biến dạng h đất có tính chất phi tuyến Đờng cong biểu diễn mối quan hệ có dạng nh hình 1.1 Đồ thị có tên gọi đặc tính nén đất đờng cong nén đất Đặc tính nén đất chia thành max phần tơng ứng với ba giai đoạn trình nén đất Trong giai đoạn thứ xảy nén chặt làm cho phần tử đất xích lại gần nhau, quan hệ ứng suất độ biến dạng tuyến tính Trong giai đoạn thứ hai nén chặt đất tiếp tục xảy nhng đồng thời xuất cục tợng cắt đất số vùng bao quanh khối đất Khi ứng suất lớn lực nội ma sát lực dính hạt đất, biến dạng tăng III II I nhanh so với tăng ứng suất quan hệ h chúng phi tuyến Cuối giai đoạn hai ứng suất toàn vùng bao quanh khối đất lớn nội Hình 1.1 lực ma sát lực dính phần tử đất, Quan hệ ứng suất pháp trình nén chặt đất kết thúc bắt đầu xảy tợng trợt hoàn toàn khối đất vùng đất độ biến dạng h bao quanh ứng suất pháp tuyến đạt giá trị cực đại Trong giai đoạn thứ ba xảy tợng truợt khối đất, ứng suất không tăng nhng biến dạng tiếp tục tăng số loại đất giai đoạn ứng suất giảm xuống chút Sự xuất ứng suất pháp tuyến đất tác động ngoại lực (lực nén) Khi tăng lực nén làm tăng ứng suất đạt đến ứng suất cực đại, sau dù có tăng lực nén ứng suất không tăng Do ứng suất cực đại max đặc trng cho khả chống nén đất Trị số max phụ thuộc loại đất tính chất vật lý nó, đặc biệt độ ẩm Sự biến dạng đất theo phơng pháp tuyến liên quan đến độ sâu vết bánh xe ảnh hởng đến lực cản lăn máy kéo Vì đờng đặc tính nén đất đợc sử dụng nh sở khoa học để tính toán thiết kế hệ thống di động máy kéo Để tiện sử dụng đặc tính ngời ta thờng biểu diễn mối quan hệ ứng suất pháp tuyến độ biến dạng công thức hồi quy thực nghiệm Tùy theo mục đích nghiên cứu quan điểm tác giả tùy thuộc loại đất, mối quan hệ đợc biểu diễn theo công thức thực nghiệm khác Một công thức hay đợc sử dụng có dạng : = k.hn (1.1) : k hệ số thực nghiệm; h - độ biến dạng; n - số mũ Trị số k n phụ thuộc vào loại đất, trạng thái vật lý đ ợc xác định thực nghiệm Sức chống cắt đất đợc tạo thành hai thành phần : lực ma sát lực liên kết (lực dính) phần tử đất Các thành phần lực phụ thuộc vào tính chất lý phụ thuộc vào áp suất pháp tuyến, tức phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến Trong trình cắt đất theo phơng ngang xảy biến dạng xt hiƯn c¸c øng st tiÕp tun Thùc nghiƯm cho thÊy r»ng, mèi quan hƯ gi÷a øng st tiÕp tun biến dạng l có dạng nh hình 1.2 Hình dạng đờng cong cắt đất tơng tự nh đờng cong nén đất Đối với đất dẻo,sau ứng suất cắt đạt đến giá trị cực đại max ®êng biĨu diƠn lµ ®êng n»m ngang, chøng tá øng suất không thay đổi Nhng đất cứng, sau đạt giá trị cực đại ứng suất cắt giảm xuống chút sau giữ nguyên giá trị Điều đ ợc giải thích rằng, đất cứng sức chống cắt đợc tạo thành chủ yếu lực ma sát phần tử đất Khi < max đất xuất ma sát nghỉ nhng = max bắt đầu xảy tợng trợt hoàn toàn xuất ma sát tr ợt ứng suất cắt giảm xuống τ τmax1 Ngêi ta thêng sư dơng øng suất cắt cực đại max để max2 đặc trng cho khả chống cắt đất gọi sức chống cắt đất Giá trị max phụ thuộc vào áp suất pháp tuyến (ứng suất nén), loại trạng thái vật lý đất Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ sức chống cắt ứng suất pháp gần nh tuyến tính, thể nh hình 1.3 Đối với đất khô lực dính không đáng kể, đồ thị từ gốc tọa độ, loại đất tự l l02 l01 nhiên tồn lực dính phần tử đất, đồ thị đợc biểu diễn o Hình 1.2 Mối quan hệ ứng suất tiếp tuyến ứng suất Quan hệ ứng suất tiếp pháp tuyến đợc biểu diễn theo công thức : độ biến dạng l = o + (1.2) đất dẻo; đất khô : o ứng suất lực dính phần tử đất tạo nên; - hệ số ma sát phần tử đất: = tgϕ ϕ - gãc néi ma s¸t; σ - øng suất pháp tuyến Trong tính chất vật lý, độ ẩm ảnh h ởng lớn đến tính chất học đất Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ hệ số độ ẩm W có dạng nh hình 1.4 Độ ẩm gây ảnh hởng đến tốc độ biến dạng đất chịu tác động tải trọng động Vì tốc độ thoát nớc qua lỗ rỗng đất ảnh h ởng đến tốc độ lan truyền ứng suất tốc độ biến dạng mà tốc độ thoát nớc lại phụ thuộc vào tốc độ thay 0 Hình 1.3 Quan hệ ứng suất tiếpp ứng suất pháp đất mềm; đất cứng w Hình 1.4 ảnh hởng độ ẩm đến hệ số đổi lực tác động lên đất Lực tác động phận di động máy kéo lên đất mang tính chất tải trọng động lực học Do độ ẩm gây ảnh h ởng đến tính kéo bám độ trợt máy kéo Tóm lại, sức chống nén sức chống cắt đất thông số quan trọng thờng đợc sử dụng để tính toán cờng độ chịu tải, tính ổn định đất công trình thủy lợi, xây dựng thông số xác định độ lún, số l ợng, tiết diện góc nghiêng loại mấu bám bánh xe máy kéo làm việc đất có độ ẩm cao Chơng Lực mô men tác động lên ô tô máy kéo 2.1 Đờng đặc tính động Động đặt máy kéo ô tô chủ yếu động đốt loại pitông Các tiêu lợng tính kinh tế động đợc thể rõ đờng đặc tính làm việc Tính chất hoạt động động ảnh h ởng lớn đến tính sử dụng ô tô máy kéo Vì cần thiết phải nắm vững đ ờng đặc tính động để giúp cho việc giải vấn đề lý thuyết ô tô máy kéo nh nghiên cứu tính kéo tính động lực học máy kéo Các đờng đặc tính động chia làm loại : đờng đặc tính tốc độ đờng đặc tính tải trọng 2.1.1 Đờng đặc tính tốc độ Đờng đặc tính tốc độ đồ thị phụ thuộc công suất hiƯu dơng N e, m« men quay Me, chi phÝ nhiên liệu G T chi phí nhiên liệu riêng g e (lợng chi phí nhiên liệu để sản đơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n theo tốc độ góc trục khuỷu Các loại động điezen lắp máy kéo có điều tốc (máy điều chỉnh tốc ®é) ®Ĩ tr× tèc ®é quay cđa trơc khủu tải trọng (mô men cản M c) thay đổi Đờng đặc tính tốc độ động điezen phụ thuộc lớn vào đặc ítnh điều tốc, gọi đờng đặc tính tự điều chỉnh Có hai loại đờng đặc tính tốc độ : Đờng đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt đờng đặc tính Đờng đặc tính cục Các đờng đặc tính động nhận đợc cách khảo nghiệm thiết bị chuyên dùng (bàn khảo nghiệm động cơ) Đờng đặc tính động nhận đợc khảo nghiệm động chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức đặt tay th ớc nhiên liệu (ở động điêden) vị trí cực đại mở hoàn toàn bớm ga (ở động xăng) Nếu tay thớc nhiên liệu bớm ga đặt vị trí trung gian nhận đợc đờng đặc tính cục Nh động lắp điều tốc đa chế (máy điều chỉnh chế độ) có đ ờng đặc tính đờng đặc tính cục tùy thuộc vào vị trí tay ga Trên hình 2.1 biểu diễn đờng đặc tính tự điều chỉnh động điêzen N e N =N Me n G M ge N e emax M e emax e G e Mn Hình 2.1 Đ ờng đặc tính tự điều ge chỉnh động điê den Geo Qua ®ã ta thÊy r»ng, ë chÕ ®é tèc độ n n công suất động đạt giá trị cực đại N emax chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu g emin, động làm việc có hiệu nMlàm việcndanh nghĩa nck chến độ làm việc định mức chế độ đợc gọi chế độ n tiêu động có tên gọi tơng ứng : công suất định mức N n = Nemax, mô men quay định mức M n số vòng quay định mức n n Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức n n đến số vòng quay chạy không n ck phụ thuộc vào độ không đồng điều tốc Phần đồ thị t ơng ứng khoảng tốc độ n n - n ck đợc gọi nhánh tự điều chỉnh (các đờng đồ thị có dạng đờng thẳng), tơng ứng với vùng tốc độ nhỏ n n nhánh điều tốc nhánh tải (các đồ thị có dạng đờng cong) nhánh tải công suất động giảm chi phí nhiên liệu riêng tăng, tức động làm việc hiệu Ngoài ra, chi tiết động chịu tải trọng lớn đồng thời bôi trơn chi tiÕt cịng kÐm ®i tèc ®é quay cđa trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn chi tiết số nhợc điểm khác Do không nên sử dụng động nhánh tải thời gian dài, đợc phép sử dụng để khắc phục tợng tải tức thời nh ánh tải, mô men quay tiếp tục tăng nhng chậm sau đạt giá trị cực đại Mmax tải trọng tiếp tục tăng lên mô men động M e tốc độ quay n giảm dần ngừng quay lúc trình tự đốt cháy nhiên liệu không thực đ ợc Do động hoạt động đợc với tải trọng Mc < Mmax tơng ứng với tốc độ quay n > n M Đối với động xăng, đờng đặc tính có có dạng tơng tự nh động điê den, nhiên có đặc điểm khác định Trên hình 2.2 đờng đặc tính tốc độ động xăng phận hạn chế số vòng quay (a) có phận hạn chế số vòng quay (b) Nemax N Nemax N e e M M e Memax nmin nM Memax e nn nck nmin nck nM nn a) b) Hình 2.2 Đờng đặc tính tốc độ động xăng a hạn chế số vòng quay; bcó hạn chế số vòng quay Để đánh giá khả khắc phục tợng tải hay gọi khả thích ứng động tăng tải, ngời ta đa hệ số thích ứng theo mô men quay đợc xác định nh sau : M max (2.1) Mn ®ã : Mmax - mô men quay cực đại động cơ; Mn - mô men quay định mức động Động có hệ số thích ứng lớn khả khắc phục tợng tải tốt động điêzen thông thờng kM = 1.1 ữ 1,25, động xăng k M = 1,1 ữ 1,35 Máy kéo thờng làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, phạm vi rộng nhiều ngời lái không kịp phản xạ để điều chỉnh ga thay đổi số truyền dẫn đến bị chết máy Do nên sử dụng công suất động nhỏ công suất định mức tất nhiên cho phép làm việc lâu dài nhánh tự điều chỉnh Mức độ sử dụng công suất động đợc đánh giá hệ số sử dụng tải trọng : Mc = (2.2) Mn : Mc - mô men cản đặt lên trục khuỷu; Mn - mô men quay định mức động Khi tính toán tiêu kéo máy kéo chọn = 0,8 ữ 0,9 Đờng đặc tính tốc độ đợc sử dụng nh tài liệu kỹ thuật để đánh giá tính kinh tế - kỹ thuật động Trong lý thuyết máy kéo th ờng đợc sử dụng để tính toán tính kéo tính động lực học sử dụng để tính toán tiêu sử dụng liên hợp máy kéo (máy kéo liên hợp máy công tác) Việc xây dựng xác đờng đặc tính động tiến hành thực nghiệm Tuy nhiên, chấp nhận độ xác tơng đối sử dụng phơng pháp giải tích kết hợp sử dụng số công thức hệ số thực nghiệm Một công thức hay đợc sử dụng công thức S.R Lay Đecman, có dạng nh sau : n n n N e = N n a + b − c (2.3) nn n n n n ®ã : Ne, n - công suất hiệu dụng tốc độ quay động ứng với điểm đờng đặc tính ngoài; Nn, n n - công suất định mức (công suất cực đại) số vòng quay định møc; a, b, c - c¸c hƯ sè thùc nghiƯm đợc chọn theo loại động cơ; động điêzen kú a = 0,87; b = 1,13; c = 1; động điê zen kỳ a = 0,5 ÷ 0,7; b = 1,5 ÷ 1,3; c = Giá trị mô men quay đợc xác định theo c«ng thøc : kM = Me = 10 N e 1,047 n (2.4) ®ã : Ne - công suất động cơ, KW; n - số vòng quay cđa trơc khủu, v/ph; Me - m« men quay cđa động cơ, Nm Nh vậy, nhờ sử dụng công thức (2.3) (2.4) ta xây dựng đợc cách gần đờng cong Ne = f(n) Me = f(n) 2.1.2 Đờng đặc tính tải trọng Đờng đặc tính tải trọng đồ thị biểu diễn mèi quan hƯ cđa c«ng st hiƯu dơng Ne, sè vòng quay trục khuỷu n chi phí nhiên liệu G T với mô men quay động Me Đờng đặc tính tải trọng có dạng nh hình 2.3 Về chất mối liên hệ thông số cách xây dựng mối quan hệ hoàn toàn giống nh đà phân tích đờng đặc tính tốc độ Nhng đờng đặc tính tải trọng thuận lợi cho số vấn đề nghiên cứu, nghiên cứu Phơng pháp học Trên Hình 3.21 sơ đồ cấu điều chỉnh phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe tựa máy công tác Máy nông nghiƯp cã thĨ quay quanh t©m tøc thêi O M giao điểm phơng treo treo díi lR 0M Zc R lZ H H×nh 3.21 Sơ đồ cấu điều chỉnh trọng lợng bám Từ điều kiện cân mô men tâm quay tức thời ta nhận đợc : Zc = RH l R lz (3.45) ®ã : RH - lực cản phận làm việc; Z c - phản lực pháp tuyến mặt đồng tác dụng lên bánh xe tựa cày lR - khoảng cách từ tâm quay tức thời đến phơng lực RH; lz - khoảng cách từ tâm quay tức thời đến phơng lực Z c; Qua ®ã ta thÊy r»ng, nÕu thay ®ỉi vị trí tâm quay tức thời O M làm thay đổi giá trị l R lz nhờ thay đổi phản lực Z c Để thay đổi tâm quay tức thời ta thực cách thay đổi chiều dài vị trí lắp treo, phổ biến thay đổi chiều dài treo Thành phần mô men R HlR có tác dụng làm tăng độ cày sâu đợc gọi mô men ăn sâu cày Do việc điều chỉnh tâm quay tức thời cấu treo có tác dụng làm thay đổi độ cày sâu Vì mục đích trên, cấu treo máy kéo thờng đợc thiết kế có khả điều chỉnh đợc chiều dài treo Nh thông qua việc điều chỉnh chiều dài treo cấu treo máy nông nghiệp ta điều chỉnh đợc trọng lợng bám máy kéo Ưu điểm phơng pháp điều chỉnh đợc vô cấp, kết cấu phận điều chỉnh tơng đối đơn giản, dễ điều chỉnh Song thực đợc trớc máy kéo làm việc, tức phải dừng máy điều chỉnh đợc Đó nhợc điểm phơng pháp điều chỉnh học Phơng pháp điều chỉnh thủy lực Để điều chỉnh đợc trọng lợng bám nh điều chỉnh độ ăn sâu cày cách vô cấp liên hợp máy chuyển động, ngời ta sử dụng phơng pháp điều chỉnh thủy lực, ví dụ máy kéo MTZ-50, MTZ - 80 Trên hình 3.22 sơ đồ nguyên lý làm việc phận điều chỉnh trọng l ợng lF bám thủy lực FT bám làm việc, dầu lRthủy lực đợc cung cấp vào Khi phận điều chỉnh trọng lợng ngăn dới xi lanh lực tạo lực đẩy F T tác động vào cấu treo theo chiều nâng máy nông nghiệp lên Nhng lực F T cha đủ lớn để nâng máy nông nghiệp lên khỏi mặt đất, nghĩa đảm bảo máy t làm việc 0M Từ điều kiện cân mô men tâm quay tức thời O M bỏ qua lực cản Z lăn bánh tựa cày ta nhận đợc : Zc R H lZ Hình 3.22 Sơ đồ phận điều chỉnh trọng lợng b¸m b»ng thđy lùc Rc l R − FT l F (3.46) lZ ®ã : l R, lF , lZ cánh tay đòn tơng ứng với lùc Rc, FT , Z c Qua ®ã ta thÊy rằng, với thay đổi giá trị lực F T dẫn đến thay đổi phản lực Zc làm thay đổi phản lực pháp tuyến Z k bánh chủ động máy kéo (xem công thức 3.43), tức làm thay đổi trọng lợng bám máy kéo Giá trị lực F T điều chỉnh vô cấp thông qua điều chỉnh áp suất hệ thống thủy lực nâng hạ máy kéo Bộ phận điều chỉnh áp suất thủy lực đ ợc bố trí buồng lái ngời lái điều chỉnh trọng lợng bám lúc máy kéo chuyển động Đây u điểm bật phơng pháp điều chỉnh trọng lợng bám thủy lực so với phơng pháp học đà nêu Zc = Chơng Động lực học máy kéo xích 4.1 §éng lùc häc cđa bé phËn di ®éng xÝch Bé phận di động xích đợc thể Hình 4.1, bao gồm: bánh chủ động (hay gọi tắt bánh chủ động), dải xích, bánh dẫn hớng (bánh căng xích), bánh đè xích bánh đỡ xích Công dụng máy kéo nông nghiệp dùng để kéo máy công tác, bánh chủ động nên bố trí phần sau máy (sẽ đ ợc giải thích phần sau) MΚ ωκ rk T µT r β1 C T T α1 α2 B A β2 PK H×nh 4.1 Sơ đồ phận di động xích Dới tác động mô men chủ động M k làm cho nhánh xích chủ động bị căng với lực căng: Mk T = (4.1) rk đó: rk bán kính ®éng lùc cđa b¸nh chđ ®éng B¸n kÝnh rk cã thể đợc xác định gần Gia sử máy kéo chuyển động tợng trợt, ứng với vòng quay bánh chủ động máy đ ợc đoạn đờng S QuÃng đờng S tổng chiều dài số mắt xích z bao kín bánh chủ động, ta có: S = 2πr k = zl x Tõ ®ã ta rót : z l x rk = (4.2) 2π ®ã: l x- chiều dài mắt xích Lực kéo tiếp tuyến: Lực căng T nhánh xích chủ động đợc truyền đến nhánh xích tiếp xúc với mặt đờng tạo lực kéo tiếp tuyến Pk Quá trình vào ăn khớp với bánh chủ động mắt xích bị xoay t ơng đối vơí sinh mô men ma sát M r1 bề mặt làm việc chốt xích Do có phần mô men chủ động ( M k - M r1 ) t¹o lùc kÐo tiÕp tuyÕn, nghÜa lµ M k − M r1 Pk = (4.3) rk Cân công suất nhánh chủ động: Nhân hai vế công thức (4.3) với k ta nhận đợc phơng trình cân công suất bánh chđ ®éng: Mkωk = Mr1 ωk + Pkr kωk (4.4) đó: k tốc độ quay bánh chủ động ; Mkk công suất động truyền đến bánh chủ động; Pkr kk công suất có ích Mr1 k cômg suất mát mô men ma s¸t nhãm mét M r1 HiƯu st làm việc nhánh xích chủ động: Pk rk k Pr ηp = = k k (4.5) Mkωk Mk Tõ c«ng thøc (4.5) rót ra: Me i ηm M Pk = η p k = η p (4.6) rk rk đó: Me mô men quay động i, m tỷ số truyền hiệu suất học hệ thống truyền lực máy kéo Khác víi m¸y kÐo b¸nh, lùc kÐo tiÕp tun cđa m¸y kéo xích không phụ thuộc vào mô men chủ động M k mà phụ thuộc vào hiệu suất làm việc nhánh xích chủ động p Để tổng quát hoá công thức xác định lực kéo tiếp tuyến cho hai loại máy, ta đặt m p = η m η p , råi thay vµo công thức (4.6) nhận đợc: Me i m p Pk = (4.7) rk ë c¸c m¸y kÐo b¸nh η p = 1, máy kéo xích p < Do sử dụng công thức (4.7) hiệu suất học m p máy kéo xích nhỏ so với máy kéo bánh Từ công thức (4.4) (4.5) với phép biến đổi đơn giản nhận đợc: M k ω k − Mr ω k Mr ηp = = 1− (4.8) M kω k Mk M« men ma sát phụ thuộc vào thông số kết cấu phận di động xích, lực căng T mô men M k gây phụ thuộc vào hệ số ma sát bề mặt tiếp xúc chốt xích mắt xích Để xác định trị số M r1 trớc hết ta phân tích trình di chuyển mắt xích bánh chủ động (xem hình 4.1) Khi bánh đè xích sau lăn sang mẵt xích mắt xích sÏ xoay quay khíp A mét gãc α , khớp B mắt xích mắt xích xoay t ơng góc Qúa trình vào ăn khớp với bánh chủ động mắt xích xoay quanh khớp C góc Nh mắt xích qua bánh chủ động xoay tơng hai mắt xích kề bên cạnh góc 21 + sinh công ma sát: àTr (2 α + β ) ®ã: µ - hƯ sè ma s¸t khíp nèi cđa mắt xích ; r - bán kính chốt xích; T/2- lực căng nhánh xích chủ động mô men M k tạo Trong vòng quay bánh chủ động có z mắt xích vào ăn khớp sinh công ma sát tơng øng: µTr (2α + β ) z = 2π M r1 vµ cã thĨ rót ra: µ T r (2 α + β 1) z M r1 = (4.9) Kết hợp công thức (4.1), (4.2), (4.8) vµ (4.9) ta rót ra: µ r (2α + β ) η p =1− (4.10) lx Qua cho thấy rằng, hiệu suất làm việc nhánh xích chủ động không phụ thuộc vào mô men chủ động M k , mà phụ thuộc vào thông số cấu tạo phận di động xích hệ số ma sát Do vËy víi mét bé phËn di ®éng xÝch thĨ xem p đại lợng không đổi trình làm việc Các số liệu thực nghiệm cho thấy rằng, xích có tình trạng kỹ thuËt tèt η p = 0,96 ÷ o,98 Trong trêng hợp bánh chủ động đợc bố trí phần trớc máy kéo nhánh chủ động bao gồm nhánh xích Khi mô men ma sát đợc tính theo công thức: T r (2 + β + β ) z M r1 = (4.11) 2π Nh vËy, nÕu bè trÝ b¸nh chđ động phần trớc máy kéo làm tăng mô men ma sát Mr1 nhánh chủ động dẫn đế làm giảm hiệu suất làm việc p (khoảng ữ 3%) Đó lý máy kéo xích dùng nông nghiệp không bố trí bánh chủ động phía trớc Trong trờng hợp bánh chủ động bố trí phía sau chạy lùi nhánh chủ động bao gồm nhánh trớc nhánh trên, mô men ma sát đợc tính theo công thức: T r ( β + β + 2α ) z M r1 = (4.12) 2π Râ rµng r»ng chạy lùi mô men ma sát nhánh chủ động lớn so với chạy tiến Trong công thức có tham gia hệ số ma sát Thực nghiệm cho thấy phụ thuộc vào loại vật liệu tình trạng kỹ thuật dải xích, hệ số ma sát phụ thuộc vào góc xoay tơng đối mắt xích phụ thuộc vào điều kiện làm việc máy - làm việc môi trờng khô ớt, mức độ bụi thành phần hạt bụi cứng Khi tính toán chọn = 0,2 ữ 0,25 L= 4.2- Các lực cản chuyển động máy kéo xích 1) Lực cản lăn máy kéo xích Lực cản lăn máy kéo xích sinh đất bị biến dạng theo phơng pháp tuyến lực ma sát phận di động xích Nếu ta ký hiƯu P ƒn vµ P ƒr lµ hai thành phần lực cản lăn tơng ứng với hai nguyên nhân sinh chúng lực cản lăn chung máy kéo là: P = Pn + Pr Đất bịến dạng theo phơng pháp tuyến tác động tải trọng pháp tuyến, chủ yếu trọng lợng máy Sự phân bố ứng suất theo chiều dài xích không nhau, vùng tiếp xúc với bánh đề xích có ứng suất lớn vùng lân cận Để đơn giản ta giả thiết: máy chuyển động đ ờng nằm ngang với phân bố phản lực pháp tuyến theo chiều dài nhánh xích tiếp đất đồng (hình 4.3) Khi biến dạng đất theo phơng pháp tuyến chủ yếu bánh đè xích phía tr ớc gây nên, bánh đè xích lăn đất đà đợc bánh đè xích trớc nén chặt Hợp lực phản lực pháp tuyến tác dụng lên nhánh xích tr ớc phân thành hai thành phần: thành phần thẳng đứng thành phần nằm ngang Thành phần nằm ngang có chiều chống lại chuyển động đợc gọi lực cản lăn P n Trị số thành phần lực cản lăn P n đợc xác định theo vài phơng pháp khác tuỳ theo cách giả thiết Với giả thiết đà nêu ta xác định lực P n theo phơng pháp cân công lực P n làm dịch chuyển máy kéo theo phơng ngangvới đoạn đờng dL công trọng lực G làm mặt đờng biến dạng theo phơng pháp tuyến đoạn dh.Ta viết phơng trình cân lợng: P f n dL = G dh Tích phân hai vế phơng trình với cận (0 L) (0 h) nhận đợc: h Pf n = G L (4.13) ®ã: L - chiều dài mặt tựa xích; h - độ sâu vÕt xÝch G.sinα G Pm α Pj MΚ G.cosα PK Hình 4.2 Sơ đồ lực tác dụng lên máy kéo Pf h G pfm pfn L tb Hình 4.3 Sơ đồ xác định lực cản lăn Để xác định độ sâu vết xích h ta giả thiết ứng suất pháp tuyến phân bố đồng có trị số tb biến dạng đất nằm giới hạn đàn hồi Trị số tb đợc xác định theo công thức (1.1) với n=1 : tb = kh đó: k - hệ số biến dạng đất theo phơng pháp tuyến Trong trờng hợp trọng lợng máy kéo đợc cân với phản lực pháp tuyến : G = 2tbbL = 2khbL đó: b- bề rộng dải xích Từ rót ra: G h = kbL Sau thay h vào phơng trình (4.13) ta nhận đợc: G2 Pf n = kbL2 (4.14) Qua công thức ta thấy thành phần lực cản lăn P fn phụ thuộc vào thông số cấu tạo máy tính chất lý đất Trọng lợng máy chiều dài L hai yếu tố gây ảnh hởng mạnh Để giảm thành phần lực cản lăn P fn ta tăng chiều dài L dải xích có hiệu so với tăng bề rộng b Nh ng trình sử dụng thay đổi chiều dài L không cho phép thay đổi thông số cấu tạo phận di động xích Vì vậy, thực tế máy kéo làm việc đất yếu để giảm lực cản lăn thờng ngời ta tăng bề rộng b cách sử dụng dải xích có bề rộng lớn Lực cản lăn máy kéo lực ma sát phận di động xÝch, bao gåm: ma s¸t c¸c khíp nèi cđa dải xích lực căng ban đầu T lực ly tâm gây ra; lực ma sát dải xích bánh đỡ xích; lực ma sát ổ đỡ lực cản lăn bánh đè xích Các thành phần lực ma sát quy dẫn đến bánh chủ động, tơng đơng với mô men ma sát M r2 Để phân biệt với mô men ma sát M r1 mô men chủ động M k gây ra, thờng ngời ta gọi Mr1 mô men ma sat nhóm I Mr2 - mô men ma sát nhóm II Lực cản lăn mô men ma sát nhóm II gây đợc xác định theo công thức: M r2 Pt r = (4.15) rk Xác định mô men ma sát nhóm II: Các máy kéo dùng nông nghiệp thờng làm việc với tốc độ chuyển động thấp Do ®ã cã thĨ bá qua sù ¶nh hëng cđa lùc ly tâm đến độ căng xích Mô men ma sát gối đỡ bỏ qua Nh mô men ma sát nhóm II M r2 đợc sinh chủ yếu ma sát chốt xích lực cản lăn các bánh đè xích Bằng cách phân tích tơng tự nh đà phân tích nhánh chủ động (Mục 4.1) ta nhận đợc To r (2 + β1 + β + 2α1 ) z M r2 = + f o Grk (4.16) 2π ®ã: T0 - lực căng ban đầu; - hệ số cản lăn bánh đè xích Số hạng thứ công thức (4.16) thành phần mô men ma sát sinh chốt xích lực căng ban đầu T gây ra, số hạng thứ hai mô men ma sát lực cản lăn bánh đè xích gây Đó hai thành phần chủ yếu gây mô men ma sát Mr2 C«ng thøc (4.16) cịng cho ta thÊy r»ng, để giảm mô men ma sát M r2 cách giảm lực căng ban đầu To Nhng công thức cha tính đến ảnh hởng độ võng nhánh xích đến mô men ma sát Mr2 Khi giảm lực căng ban đầu làm độ võng tăng lên dẫn đến làm tăng mô men ma sát M r2 Nh cần phải giải toán tối u chọn lực căng ban đầu To để cho mô men ma sát phận di động xích nhỏ Vấn đề thờng đợc giải theo phơng pháp thực nghiệm đợc kiểm tra thông qua đo độ võng nhánh xích Ngoài ra, để giảm độ võng độ dao động nhánh xích thực cách lắp thêm bánh đỡ xích Các thành phần lực cản lăn P f.r P fn biểu thị qua tải trọng pháp tuyến Trờng hợp máy kéo chuyển động đờng nằm ngang, thành phần lực cản lăn đợc xác định nh sau: Pf n = f n G Pf r = f r G đó: n r hệ số cản lăn tính đến công suất biến dạng mặt đờng theo phơng pháp tuyến ma sát phận di động xích Lực cản lăn chung máy kéo tổng hai thành phần trên, nghĩa là: Pf = Pf n + Pf r = ( f n + f r ) G = fG (4.17) CÇn lu ý rằng, thực tế phản lực pháp tuyến lên nhánh xích phân bố không theo chiều dài nhánh xích tựa, độ sâu vết xích tăng lên làm tăng lực cản lăn Sự ảnh hởng lớn máy kéo chuyển động đất dốc Do phụ thuộc vào nhiều yếu tố, làm việc đồng, nên hệ số cản lăn xác định tơng đối xác phơng pháp thực nghiệm Trong tài liệu kỹ thuật thờng đợc đa hệ số cản lăn cho loại máy kéo ( xích bánh) làm việc loại đờng, loại đất kh¸c 2) Lùc qu¸n tÝnh Lùc qu¸n tÝnh xuÊt máy kéo chuyển động có gia tốc Trong tr ờng hợp tổng quát bao gồm lực quán tính khối lợng chuyển động tịnh tiến khối lợng chuyển động quay Phân tích tơng tự nh máy kéo bánh (mục 2.5) ta nhận đợc: G Pj = δ a a (4.18) g ®ã: a gia tốc chuyển động máy kéo ; a hệ số quy đổi khối lợng, tính đến ảnh hởng chi tiết chuyển động quay không đều: 2 g J d i m + ∑ J x ix η x + J k + Jb (4.19) δ a = 1+ ηp G r2k p - hiệu suất làm việc nhánh xích chủ động; Jb - mô men quán tính chi tiÕt chun ®ég quay bé phËn chun ®éng xích đợc quy dẫn đến bánh chủ động r r r G J b = J n ( k ) + J o ( k ) + J p ( k ) + B rk2 (4.20) rn ro rp g Jn, r n mô men quán tính bán kính bánh căng xích; Jo, r o mô men quán tính bán kính bánh đè xích; Jp , r p mô men quán tính bán kính bánh đỡ xích; GB trọng lợng nhánh xích Các ký hiệu lại đà đợc giải thích công thức (2.25) Hệ số quy đổi khối lợng a đợc tính theo công thức thực nghiệm: a = 1,2 +0,002i2 (4.21) ®ã: i - tû sè trun hƯ thèng trun lùc 3) C©n b»ng lùc kéo Từ sơ đồ lực hình 4.2 viết phơng trình cân lực: Pk = P Gsinα ± Pj + P m (4.22) ®ã: P m - lực cản kéo móc Trong công thức (4.22) dÊu (+) hc (−) tríc G th thc chun động lên dốc xuống dốc, dấu (+) (−) tríc lùc qu¸n tÝnh P j sÏ t thc chuyển động nhanh dần chậm dần k 4.3 Lực bám độ trợt phận di động xích Mk G r lX µG τ τ L τ τ l Hình 4.4 Sơ đồ xác định lực bám độ trợt Lực bám phận di động xích Phản lực tiếp tuyến P k tác dụng lên xích đợc tạo thành hai thành phần: lực ma sát xích mặt đờng, lực chống cắt đất mấu bám tác dụng lên theo phơng tiếp tuyến Do lực kéo tiếp tuyến P K (hay lực chủ động) máy kéo xích đợc xác định theo công thức: Pk = àG + 2Sn (4.23) đó: - hệ số ma sát xích mặt đờng; G - trọng lợng m¸y kÐo ; τ - øng suÊt tiÕp tuyÕn ®Êt; S - diƯn tÝch mỈt tùa sau cđa mét mấu bám; n - số mấu bám bám với mặt đờng Khi xích bị trợt hoàn toàn, trị số lực kéo tiếp tuyến đạt cực đại đ ợc gọi lực bám, ký hiệu P : P = àG + 2maxSn (4.24) P = G đó: max - ứng suất tiếp cực đại đất; - hệ số bám máy kéo xích Qua ta thấy lực bám máy kéo xích phụ thuộc vào thông số cấu tạo dải xích, trọng lợng máy tính chất lý đất Để tăng khả bám tăng kích thớc mấu bám, tăng chiều dài nhánh xích tựa giảm chiều dài mắt xích, tăng trọng lợng máy Tuy nhiên, việc thay đổi thông số ảnh hởng đến tiêu kỹ thuật khác nh lực cản lăn, tính quay vòng, chi phí chế tạo Do kết cấu xích phải đợc tính cho phù hợp với công việc điều kiện làm việc loại máy kéo cụ thể Độ trợt phận di động xích: Do biến dạng đất theo phơng tiếp tuyến gây tợng trợt Độ trợt máy kéo xích đợc định nghĩa nh máy kÐo b¸nh: v − v δ = t vt ®ã: vt - vËn tèc lý thuyÕt: v t = r k ωk v - vËn tèc thùc tÕ: v = rk r k, r - bán kính lăn lý thuyết bán kính lăn thực tế Bán kính lăn lý thut cđa m¸y kÐo xÝch cã thĨ chÊp nhËn bán kính động lực học đợc xác định theo công thức (4.2) Cần lu vận tốc lý thuyết vt máy kéo xích đại lợng ngẫu nhiên có tính chu kỳ, trờng hợp tốc độ quay bánh chủ động không thay đổi Do trị số vận tốc đợc xác định theo công thức trện giá trị trung bình Để giải thích vấn đề ta khảo sát di chuyển nhánh xích chủ động (hình 4.5) ωK ωK a) b) H×nh 4.5 Sơ đồ dịch chuyển mắt xích nhánh chủ động a bánh đè xích nằm mắt xích; b bánh đè xích nằm chốt xích Khi bánh đè xích sau vị trí nh Hình 4.5a nhánh chủ động căng, nghĩa phận di động xích tạo lực chủ động để đẩy máy kéo chuyển động với vận tốc lý thuyết vt = r kk Tại thời điểm bánh đè xích sau dịch chuyển sang mắt xích (Hình 4.5b), mắt xích quay tự do, nhánh chủ động bị trùng lại đột ngột không tạo lực chủ động, nghĩa không tạo chuyển động tịnh tiến máy kéo Tuy nhiên , thời gian máy kéo chuyển động đợc nhờ lực quán tính Hiện tợng lặp lại có tính chu kỳ v t, v đại lợng biến thiên có tính chu kỳ Biên độ dao động vận tốc phụ thuộc thông số cấu tạo phận di động xích, chiều dài mắt xích gây ảnh h ởng b¶n nhÊt NÕu ta quy íc vËn tèc lý thut đại lợng không đổi vt = const , giá trị độ trợt đợc tính theo công thức lý thuyết xem nh không kể đến vận tốc bánh chủ động quay không tải thời gian nhánh xích chủ động bị trùng lại Đó điểm khác độ trợt máy kéo xích máy kéo bánh Về nguyên nhân gây trợt máy kéo xích, vÃn biến dạng đất theo phơng tiếp tuyến Tại thời điểm, độ biến dạng đất mấu bám gây không nh nhau, mấu bám sau (hình 4.4) gây biến dạng lớn mấu bám gây biến dạng nhỏ Giả sử tợng trợt, khoảng thời gian mắt xích tiếp xúc với mặt đờng máy kéo dịch chuyển đợc quÃng đờng chiều dài mắt xích l x Do bị trợt thời gian máy kéo dịch chuyển đợc đoạn đờng lx - l Do độ trợt máy kéo đợc xác định theo c«ng thøc sau: l − ( lx − ∆l ) l = x = lx lx Độ biến dạng đất l phụ thuộc vào tải trọng tiếp tuyến tính chất lý đất Quan hệ ứng suất tiếp độ biến dạng đất l đà đợc nghiên cứu chơng có thĨ biĨu diƠn theo c«ng thøc; τ = kc∆l Trong đó: kc hệ số chống biến dạng ngang đất (theo phơng song song với mặt đơng; - ứng suất pháp tuyến (vuông góc với mặt đờng) Kết hợp hai công thức ta có: = kclx Thay vào công thức (4.23) với lu ý nl x = L (chiều dài nhánh xích tựa ), ta nhận đợc : Pk = àG + 2kcSL Từ rút mối quan hệ độ trợt thông số cấu tạo điều kiện đất đai nh sau : = hoặc: = Pk àG 2k c S L Pm + Pf − µG 2k c S L (4.25) (4.26) Công thức (4.26) rằng, độ trợt máy kéo xích phụ thuộc vào trọng lợng máy, thông số cấu tạo xích, tải trọng kéo tính chất lý đất Đờng đặc tính trợt = f(Pk) = f(P m) có dạng tơng tự nh máy kéo bánh (hình 3.19) Nhng độ trợt máy kÐo xÝch thêng nhá h¬n nhê diƯn tÝch tiÕp xóc với đất lớn số mấu bám vào đất lớn 4.4 Cân công suất hiệu suất kéo phận di động xích Cân băng công suất phận di động xích: Trờng hợp máy kéo chuyển động đờng nằm ngang phơng trình cân công suất bánh chủ động có dạng: Mkk= Mr1 k+PkV Thêm vào vế phải phơng trình đạI lợng O=P kV-PkV qua vài phép biến đổi đơn giản ta có: Mkk= Mr1 k+Pk(vt-v)+Pk hoặc: M kk= Mr1 k+Pk(vk-v)+Pfv+Pmv (4.27) đó: Mkk - công suất truyền cho bánh chủ động Mr1 k - công st mÊt m¸t ma s¸t nh¸nh xÝch chđ động: Pk(vt-v)- công suất mát trợt; Pfv - công suất mát để khắc phục lực cản lăn; Pmv - c«ng st kÐo (c«ng st cã Ých) HiƯu suất phận di động xích: Hiệu làm việc phận di động xích đợc đánh giá tỷ số công suất có ích công suất truyền cho bánh chủ động: Pv B = m M kk đợc gọi hiệu suất kéo phận di động xích Nếu biểu thị Mk theo công thức (4.5) nhân thêm vào tử số mẫu số công thức đại lợng P kv ta nhận đợc: P v Pk v B = η P m = η p η f ηδ (4.28) Pk v Pk vt ®ã: ηP - hiƯu suất làm việc nhánh xích chủ động; ì- hiệu suất tính đến mát lực cản lăn; Pv P ηf = m = m Pk v Pk - hiệu suất tính đến mát công suất trỵt: Pv v ηδ = k = Pk vt vt Thực nghiệm đà cho thấy rằng, máy kéo xích làm việc đồng ruộng có độ ẩm trung bình mát công suất ma sát phận di động xích khoảng 50- 60% tổng mát công suất Do việc trì tình trạng kỹ thuật phận di động xích đợc tốt có ý nghĩa lớn loại đất có độ ẩm cao độ tr ợt lực cản lăn chèn dập đất tăng lên đồng thời mômen ma sát phận xích tăng lên không đảm bảo bôi trơn Khi tổng mát công suất tăng lên độ tr ợt yếu tố ảnh hởng lớn Trong thực tế khó phân biệt đợc mức độ ảnh hởng độ trợt lực cản lăn hai thông số có ảnh hởng lẫn Khi tải trọng kéo tăng làm tăng độ trợt, đồng thời tăng ma sát phận di động xích Do lực cản lăn độ tr ợt đồng thời tăng tải trọng tăng 4.5 Tâm áp lực máy kéo xích Phản lực pháp tuyến mặt đất tác dụng lên mặt tựa xích lực phân bố Điểm O đặt lực tổng hợp áp lực mặt đất tác dụng lên mặt tựa xích xét mặt phẳng dọc đợc gọi tâm áp lực máy kéo xích (Hình 4.6) Vị trí tâm áp O lực phụ thuộc vào thông số cấu tạo điều kiện làm viƯc cđa m¸y kÐo Ta h·y xem xÐt sù thay đổi vị trí tâm áp lực máy kéo làm việc với loại máy nông nghiệp khác 1) Khi máy kéo làm việc với máy nông nghiệp móc Trên Hình 4.6 sơ đồ máy kéo xích làm việc với máy nông nghiệp móc, chuyển động đờng nằm ngang l b c x hm P m Z θ a G Pf Pk 0,5L 0,5L Hình 4.6 Sơ đồ xác định tâm áp lực máy kéo làm việc với máy nông nghiệp móc Các lực tác dụng lên máy kéo gồm có: trọng lợng máy kéo G, lực cản lăn P f, lực kéo tiÕp tuyÕn P k, lùc c¶n lÐo P m, ph¶n lực pháp tuyến Z đặt tâm áp lực O Để đơn giản ta giả thiết lực cản lăn P lực kéo tiếp tuyến P k nằm mặt phẳng tiếp xúc xích mặt đất Trong trờng hợp phản lực pháp tuyến là: Z =G +Pm sin Khoảng cách từ vị trí tâm áp lực O đến điểm nhánh xích tựa đ ợc gọi độ dịch chuyển cuả tâm áp lực, ký hiệu x Xét cân mô mencủa ngoại lực tâm áp lực O ta có: G(a + x) = P m cosθh m +Pmsinθ(b +lc – a – x) Tõ ®ã rót ra: x= Pm cos θ hm + Pm sin θ (b+l c ) −a G + Pm sin θ (4.29) ®ã: b khoảng cách từ trọng tâm máy kéo đến cầu sau; a - toạ độ dọc trọng tâm máy kéo điểm nhánh xích tựa lc , hm - toạ độ điểm đặt lực kéo Công thức (4.29) cho thấy rằng, độ dịch chuyển tâm áp lực x phụ thuộc toạ độ trọng tâm máy kéo, độ lớn, phơng điểm đặt lực cản kéo Lực cản kéo tăng độ dịch chuyển tâm áp lực lùi phái sau Trờng hợp phơng lực kéo song song với mặt đờng (=0), phản lực pháp tuyến Z=G, độ dịch chuyển tâm áp lực là: x= Pm hm a G (4.30) Khi x = , áp suất phân bố theo chiều dài nhánh xích tựa Điều kiện đ ợc thoả mÃn khi: Pm hm (4.31) G Khi thiết kế máy kéo, toạ độ trọng tâm đợc xác định theo công thức (4.31) với giá trị lực kéo đợc chọn lực kéo danh nghĩa P H chọn theo lực cản kéo máy nông nghiệp mà máy kéo thiết kế hay sử dụng Các số liệu thống kê cho thấy máy kéo nông nghiệp a=(0,05-0,08)L a= 2) Khi máy kéo làm việc với máy nông nghiệp treo Xét hai trờng hợp: vận chuyển đờng làm việc đồng ruộng Trên hình 4.7a sơ đồ máy kéo với cày treo vận chuyển đ ờng nằm ngang chuyểng động ổn định Lập phơng trình cân mô men ngoại lực tâm áp lực O nhận đợc: x= Gc (b + bc ) −a G + Gc (4.32) ®ã: Gc - trọng lợng cày; bc - khoảng cách từ trọng tâm cày đến trục bánh chủ động máy kéo ; b - khoảng cách từ trọng tâm máy kéo đến trục bánh chủ động máy kéo ; a - khoảng cách từ trọng tâm máy kéo đến điểm nhánh xích tựa; G - trọng lợng máy kéo Tổng phản lực pháp tuyến mặt đờng lên máy kéo Z=G+Gc Khi liên hợp máy làm việc đồng ruộng, tuỳ thuộc vào loại máy công tác tính chất công việc thành phần lực tác dụng lên liên hợp máy khác chọn loại cày treo làm ví dụ để đơn giản ta xét tr ờng hợp liên hợp máy chuyển động mặt đồng nằm ngang(hình4.7b) Các thành phần lực tác dụng lên cày (đà phân tich Mục 3.7.3) bao gồm: R x thành phần nằm ngang , Rxtg thành phần thẳng đứng , Z c phản lực pháp tuyến lên bánh tựa đồng bc b x Z G c PK 0,5L bc Z Zc RXtgθ l PK c Pf a) 0,5L b x RX a G 0,5L a G Pf b) 0,5L Hình 4.7 Sơ đồ xác định tâm áp lực liên hợp với cày treo a − vËn chun; b − lµm viƯc Lập phơng trình cân lực theo phơng thẳng đứng xác định đợc tổng phản lực pháp tuyến tác dụng lên máy kéo: 0,5L 0,5L Z = G + R xtg Zc l0 G Từ điều kiện cân mô men ngoại lực tâm áp lực O ta xác định đợc độ dịch chuyển tâm áp lực: = a) R x tg (b + bc ) − Z c (b + lc ) Z − a G + R x tgθ − Z c x=0 b) (4.33) x Z Qua ®ã ta thấy phản lực pháp tuyến Z 0< x