Bài viết trên cơ sở sử dụng phần mềm tính toán mô phỏng Unigraphics NXCAD và SIMCENTER do tập đoàn Siemens AG cung cấp, chúng tôi đã tiến hành phân tích, lựa chọn hợp lý cấu hình hệ thống truyền lực của máy kéo Thaco bao gồm cụm hộp số chính, cầu chủ động, các cụm khác, và tính toán các tỷ số truyền hợp lý của hệ thống truyền lực máy kéo.
Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(2):383-394 Bài nghiên cứu Open Access Full Text Article Nghiên cứu thiết kế tối ưu hóa hộp số máy kéo Thaco Phạm Xuân Mai1,2,3 , Hồng Đức Thông1,2,* , Nguyễn Xuân Thiện3 , Ngô Ngọc Lĩnh3 , Đinh Viết Nam3 TÓM TẮT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Máy kéo nông nghiệp phương tiện chủ lực để thực thành cơng q trình giới hóa nơng nghiệp Việt Nam Việc lựa chọn loại máy kéo lớp lực kéo đảm bảo tính phù hợp máy kéo làm việc đồng ruộng Việt Nam quan trọng Trên sở sử dụng phần mềm tính tốn mơ Unigraphics NXCAD SIMCENTER tập đoàn Siemens AG cung cấp, chúng tơi tiến hành phân tích, lựa chọn hợp lý cấu hình hệ thống truyền lực máy kéo Thaco bao gồm cụm hộp số chính, cầu chủ động, cụm khác, tính tốn tỷ số truyền hợp lý hệ thống truyền lực máy kéo Bên cạnh đó, chúng tơi thiết kế tính tốn mơ để tối ưu hóa thơng số kỹ thuật kết cấu hệ thống truyền lực máy kéo nhằm tìm thơng số kỹ thuật chúng phù hợp khả làm việc máy kéo Thaco đất đai đặc thù Việt Nam Kết nghiên cứu cho thấy lựa chọn hệ thống truyền lực máy kéo phù hợp với điều kiện làm việc cánh đồng Việt Nam Hệ thống truyền lực thiết kế có kết cấu phù hợp với công nghệ sản xuất chế tạo nước Hệ thống truyền lực triển khai vào sản xuất theo dự án Khoa học Công nghệ ``Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy kéo bánh mang thương hiệu Việt Nam'' Công ty cổ phần ô tô Trường Hải Từ khoá: Máy kéo nông nghiệp, hệ thống truyền lực, hộp số, SIMCENTER, mô GIỚI THIỆU Bộ mơn Kỹ thuật Ơ tơ, Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Bách Khoa TP HCM Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Cơng ty Cổ phần Ơ tơ Trường Hải Liên hệ Hồng Đức Thơng, Bộ mơn Kỹ thuật Ơ tơ, Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Bách Khoa TP HCM Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Email: hongducthong@hcmut.edu.vn Lịch sử • Ngày nhận: 30-01-2020 • Ngày chấp nhận: 25-4-2020 • Ngày đăng: 13-8-2020 DOI : 10.32508/stdjet.v3i2.667 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM Đây báo công bố mở phát hành theo điều khoản the Creative Commons Attribution 4.0 International license Nghiên cứu máy kéo bánh đề cập số đề tài dự án Việt Nam dừng lại công suất nhỏ (dưới 35 mã lực), sử dụng động xy lanh Trong khuôn khổ dự án Khoa học Công nghệ (KHCN) Cơng ty Cổ phần Ơ tơ Trường Hải - Thaco “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy kéo bánh mang thương hiệu Việt Nam”, lần loại máy kéo bánh có cơng suất 50 mã lực Thaco nghiên cứu thiết kế sở hợp tác chuyển giao công nghệ với nước ngồi (cơng ty LS MTron, Hàn Quốc) Và lần Việt Nam thực nội địa hóa máy kéo bánh tỷ lệ nội địa hóa khu vực lên đến 40% RVC (RVC: Regional Value Content: Hàm lượng giá trị khu vực Asean) Máy kéo nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo sở tối ưu hóa nhằm liên kết với máy công tác thành liên hợp máy, thực cơng việc giới hóa sản xuất nơng nghiệp làm đất, gieo trồng, chăm sóc thu hoạch sản phẩm nơng nghiệp, tính quan trọng phải đảm bảo tính kéo bám bánh chủ động khắc phục loại lực cản lớn máy kéo đất, đồng ruộng khác Do đó, tính toán phân bổ tỷ số truyền hợp lý hệ thống truyền lực, hộp số thiết kế tối ưu hóa đóng vai trị quan trọng Ngồi ra, thiết kế quan hệ bố trí chung hệ thống truyền lực cần thiết hệ thống truyền lực có bố trí phận quan trọng hộp số để máy kéo đạt tiêu kỹ thuật kinh tế đặt tốn cần giải thiết kế tối ưu hóa hộp số cho máy kéo bánh chủ động Thaco Trong tính tốn tối ưu hóa hộp số, cần ý đến phân cấp tỷ số truyền lực, thiết kế cặp bánh theo nguyên tắc dịch chỉnh tính tốn tối ưu hóa độ bền bánh răng, trục hộp số để đảm bảo hộp số gọn nhẹ, đảm bảo độ bền độ bền lâu điều kiện làm việc khắc nghiệt máy kéo đồng ruộng Do vậy, cần sử dụng phương pháp thiết kế phần mềm chun dùng để tối ưu hóa kích thước tính làm việc cụm hộp số linh kiện quan trọng bánh trục hộp số Phần mềm NXCAD SIMCENTER cho phép thiết kế, tính tốn mơ hộp số nhiều chế độ, nhiều phạm vi ảnh hưởng máy kéo hoạt động Trong báo này, tiến hành thiết kế hộp số với phần việc sau: • Thiết kế bố trí chung hệ thống truyền lực • Tính tốn lựa chọn tỷ số truyền hợp lý hệ thống truyền lực có hộp số • Thiết kế cụm hộp số • Tính tốn tối ưu hóa sức bền hộp số Trích dẫn báo này: Mai P X, Thông H D, Thiện N X, Lĩnh N N, Nam D V Nghiên cứu thiết kế tối ưu hóa hộp số máy kéo Thaco Sci Tech Dev J - Eng Tech.; 3(2):383-394 383 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(2):383-394 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tương nghiên cứu Máy kéo bánh dùng nơng nghiệp, có cơng suất 50HP mang thương hiệu Việt Nam, chế tạo công ty cổ phần ô tô Trường Hải với tỷ lệ nội địa hóa RVC 40% Phương pháp nghiên cứu • Phương pháp khảo sát, phân tích đánh giá số liệu nghiên cứu lý thuyết • Phương pháp nghiên cứu thiết kế, tính tốn mơ phần mềm: NXCAD Unigraphic, Simcenter 1D 3D • Nhóm số truyền cơng nghệ (nhóm số chậm), gồm số truyền nhỏ nhất, số truyền máy kéo chuyển động với vận tốc thấp yêu cầu công nghệ canh tác (ví dụ gieo, thu hoạch), khơng yêu cầu lực kéo lớn Vận tốc máy kéo khoảng 0,5 – 3,0 km/h • Nhóm số truyền chính, gồm số truyền để thực công việc máy kéo xác định thiết kế với tốc độ làm việc khoảng - 12 km/h • Nhóm số truyền vận chuyển, gồm số truyền cao nhất, dùng máy kéo vận chuyển di chuyển địa bàn, vận tốc máy kéo lên đến 28 km/h • Kỹ thuật thiết kế ngược (reverse engineering) Thiết kế bố trí chung hệ thống truyền lực KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Thiết kế bố trí chung hệ thống truyền lực 1–5 Phân bố khoảng lực kéo máy kéo Khoảng lực kéo máy kéo tính quan trọng nhất, ảnh hưởng đến trực tiếp đến hiệu suất làm việc chúng Tốc độ máy kéo tính quan trọng, tốc độ máy kéo thường xác định theo u cầu cơng việc thực Mỗi loại cơng việc địi hỏi tốc độ liên hợp máy phải nằm khoảng xác định Mặt khác máy kéo nơng nghiệp phải có khả liên hợp với vài loại máy công tác khác làm việc điều kiện khác Vì hộp số máy kéo địi hỏi phải có nhiều số truyền để đáp ứng tất chế độ làm việc điều kiện khác Với kết nghiên cứu đặc tính kéo bám Hình Hình 2, xác định khoảng lực kéo tương ứng vận tốc máy kéo theo chế độ làm việc, sở chọn cách phân cấp số truyền hộp số Từ đồ thị cho thấy vùng lưc kéo hợp lý: từ ÷ 12 kN, hiệu suất kéo đạt trị số cao, nên lựa chọn vùng có số truyền bao gồm số 3c, 4c, 1n, 2n; chọn số truyền để thực công việc kỹ thuật bao gồm số 1c, 2c; chọn số truyền vận chuyển bao gồm số 3n, 4n lực kéo móc kéo chúng cực đại số 3n tới kN, số 4n tới 3,2 kN, xem đường vận tốc hai số vận tốc chuyển động lại cao Vì chúng tơi chia số truyền máy kéo thành nhóm số truyền: nhóm số truyền cơng nghệ, nhóm số truyền nhóm số truyền vận chuyển: 384 Hệ thống truyền lực (HTTL) hầu hết máy kéo sử dụng HTTL kiểu khí Đối với máy kéo Thaco thiết kế có công suất động 50 mã lực, trọng lượng vận hành G = 1800 kG lớp lực kéo khoảng đến 12 kN, chọn loại HTTL 4x4 bao gồm phận truyền lực sau: • Động cơ: L4AL-D, LS Mtron, Diesel, xy lanh, công suất 50 ML/2600 v/ph, momen cực đại 164N.m/1600 v/ph • Ly hợp: loại ly hợp ma sát đĩa có kết cấu đơn giản, phổ biến giá thành thấp • Theo tính tốn khoảng lực kéo máy kéo Mục Phân bố khoảng lực kéo máy kéo, chúng tơi lựa chọn hộp số khí có cấp số truyền bao gồm số tiến số lùi Được cấu thành phần hợp lại để đơn giản chế tạo song có đủ số cho số số tiến số số lùi Trên sở này, kết hợp với phân tích khác bố trí tổng thể máy kéo, chúng tơi thiết kế, bố trí sơ đồ chung HTTL máy kéo Hình Hình 3: Bố trí chung HTTL máy kéo Thaco Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(2):383-394 Hình 1: Cơng suất kéo máy kéo tỷ số truyền 1n, 2n, 3n 4n tương ứng với tay số I, II, III, IV cấp số nhanh; 1c, 2c, 3c 4c tương ứng với tay số I, II, III, IV cấp số chậm Hình 2: Vận tốc máy kéo tỷ số truyền 1n, 2n, 3n 4n tương ứng với tay số I, II, III, IV cấp số nhanh; 1c, 2c, 3c 4c tương ứng với tay số I, II, III, IV cấp số chậm Tính tốn tỷ số truyền HTTL 2–4,6,7 Xác định tỷ số truyền lực chung HTTL Dãy tỷ số truyền chính: Để thực công việc với lực kéo lớn thường xuyên sử dụng nhiều Máy kéo thường xuyên làm việc tay số thấp trung gian nên ta chọn phân chia theo cấp số cộng ic1 − ic2 = ic2 − ic3 = = icn−1 − icn = d ′ = const d′ = d = (Pkmax − Pkmin ).rb ηm MN n (2) Xác định Pkmax =12 kN; Pkmin =8.4 kN Khi cơng sai d’ = 19,6 Tỷ số truyền số HTTL dãy số truyền chính, ic1 : ic1 = (Pkmax + f G)rb Mmax ηm (3) Tính tốn tỷ số truyền tay số I: ic1 = 117,96; II: ic2 = 98,36; III: ic3 = 78,76; IV: ic4 = 59,16 Dãy tỷ số truyền công nghệ: dùng cho công việc canh tác (gieo cấy, bón phân ) khơng u cầu lực kéo lớn, vận tốc máy kéo khoảng 0,5 đến 3,5 km/h Chọn số lượng tay số truyền công nghệ 2: icn1 icn2 Khi chọn vận tốc công nghệ v = 2,33 km/h, tay số I là: icn1 = 0, 1047 rbvn1N , từ đó: icn1 = 259, 68 Tỷ số truyền icn2 nằm khoảng giá trị tỷ số truyền (1) icn1 tay số thấp dãy tỷ số truyền (ic1 ): icn2 = icn1 – (icn1 – ic1 )/3 = 212,44 Dãy tỷ số truyền vận chuyển: dùng vận chuyển di chuyển địa bàn, vận tốc máy kéo từ đến 30 km/h Chọn số tay số truyền 2: ivn1 ivc2 Khi chọn vận tốc yêu cầu số truyền đạt vận tốc lớn (ứng với công suất cực đại), = 26,3 km/h tỷ số truyền tay số cao nhất, ivc1 = 23,01 Tỷ số truyền ivc2 nằm khoảng giá trị tỷ số truyền ivn1 số tay số truyền cao (tức ic4 = 59,16), ivc2 = ivn1 + (ivc1 – ic4 )/3 = 35,06 385 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(2):383-394 Bảng 1: Dãy tỷ số truyền tính tốn máy kéo Thaco Tỷ số truyền chung Vận tốc (km/h) lý thuyết iT iT iT iT iT iT iT iT 259,7 212,4 118,0 98,4 78,8 59,2 35,1 23,0 Vlt1 Vlt2 Vlt3 Vlt4 Vlt5 Vlt6 Vlt7 Vlt8 2,3 2,9 5,1 6,2 7,7 10,2 17,3 26,3 Từ đây, xác định tỷ số truyền chung HTTL iT tương ứng tay số Bảng Xác định tỷ số truyền cố định: Bao gồm tỷ số truyền truyền lực truyền lực cạnh Trên sở yêu cầu tính động lực tăng khoảng sáng gầm máy kéo hd = 430 mm chúng tơi tính tỷ số truyền lực cạnh ic = 5,368; tỷ số truyền truyền lực chọn i0 = 5,276 Hiệu chỉnh tỷ số truyền HTTL sau tính tốn lý thuyết Trong thực tế chế tạo đáp ứng tỷ số truyền mà cho giá trị gần đúng, cần phải hiệu chỉnh tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực: phương pháp thay đổi tỷ số truyền vùng giới hạn (dãy tỷ số truyền vận chuyển dãy tỷ số truyền công nghệ), đảm bảo yêu cầu kỹ thuật chế độ canh tác khác Bảng Trong đó: Ký hiệu c : cấp chậm; n : cấp nhanh Sơ đồ HTTL máy kéo Thaco Sau tính tốn tỷ số truyền HTTL điều chỉnh hợp lý cấp số truyền theo khả chế tạo, khả công nghệ Chọn kiểu loại tỷ số truyền cặp bánh truyền lực (thỏa mãn yêu cầu tỷ số truyền chung HTTL Bảng 2), để đơn giản kết cấu hộp số chúng tơi chia hộp số thành phần hợp lại Hình Sau lựa chọn bố trí tỷ số truyền phận truyền động (Hình 4) Phân bố tỷ số truyền hộp truyền động theo yêu cầu: + Số thao tác thường xuyên: dao động quanh để có hiệu suất cao (tỷ số truyền có hiệu suất cao i = 1) + Mơ đun bánh ảnh hưởng đến kích thước cặp bánh ăn khớp + Khoảng cách trục hộp số hộp phân cấp nhanh chậm phù hợp để bố trí gọn + Đảm bảo kết cấu đồng tốc, khớp gài dễ chế tạo, kích thước tương ứng + Tạo hình bao qt hài hịa cho thân hộp truyền lực máy kéo Sơ đồ giải thích sau: + Hộp số tiến lùi (3): Liên kết với ly hợp động cơ, với cấp truyền có truyền 386 dùng cho máy kéo tiến tất số truyền, cịn có thêm bánh đảo chiều, nhờ tạo cho máy kéo có số lùi Với hộp số tiến lùi để đảm bảo công nghệ chế tạo, khả phân bố tải trọng cho hộp số truyền lực ta chọn tỷ số truyền tiến it = 1,635 số lùi il = 1,560 Do tốc độ quay trục sơ cấp tốc độ quay trục khuỷu (tốc độ lớn), cần phải thiết kế đồng tốc để gài số cho hộp tiến lùi + Hộp số (4): có bốn cặp bánh ăn khớp, tạo số truyền, nhờ hai khớp gài, khớp gài cho hai số tạo thành số I, số II, số III số truyền IV Trong số I số truyền dự trữ (dùng cho trường hợp lực cản lớn), chọn số truyền thẳng số II để đảm bảo hiệu suất cao số truyền thường xuyên làm việc máy kéo, số truyền III IV số truyền tăng phù hợp cho khả vận chuyển đa máy kéo thiết kế Trên sở phân bổ cấp số cộng HTTL, ta chọn i1 = 1,234; i2 = 1,000; i3 = 0,613; i4 = 0,400 + Hộp phân cấp nhanh chậm (hộp số phụ) gài cầu trước (5): cịn gọi số nhân đơi số số truyền, nhờ gài hai cặp bánh ăn khớp có tỷ số truyền khác nhau, nhờ số truyền hộp số nhân với hai tỷ số truyền khác hộp tạo thành hộp số có số tiến, số lùi Tỷ số truyền nhanh là: in = 1,244; chậm là: ic = 4,535 + Cầu sau (6, 7, 8, 9): gồm truyền lực (cịn gọi truyền lực trung tâm), vi sai, khóa vi sai, truyền lực cuối cấu phanh bán trục làm hệ thống phanh máy kéo i0 = 5,276; icc = 5,368 + Cơ cấu phanh (8): cấu phanh đĩa ép, bố trí trực tiếp trục dẫn động truyền lực cạnh cầu sau Cơ cấu phanh bán trục cịn có chức hỗ trợ quay vịng gấp cho máy kéo (khi phanh bán trục phía tâm quay vịng) Loại sử dụng phổ biến máy kéo có cỡ cơng suất trung bình Kubota L5018, Yanmar EF514T Nhật Bản nhập vào thị trường Việt Nam + Hộp trích cơng suất (PTO-power take off): chọn hộp trích cơng suất đặt phía sau máy kéo chung với vỏ hộp truyền lực dẫn động độc lập với hai chế độ tốc độ (750 v/ph 540 v/ph) nhờ cặp bánh Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(2):383-394 Bảng 2: Giá trị hiệu chỉnh dãy tỷ số truyền HTTL Tỷ số truyền tính tốn lý thuyết Số truyền hiệu chỉnh thực tế Số cặp ăn khớp iT iT iT iT iT iT iT iT 259,7 212,4 118,0 98,4 78,8 59,2 35,1 23,0 i1c i2c i3c i4c i1n i2n i3n i4n 259,8 210,7 128,8 84,0 71,2 57,7 35,3 23,0 7 7 7 Hình 4: Sơ đồ động học HTTL máy kéo Thaco 1- Động cơ; 2- Ly hợp; 3- Hộp số tiến lùi; 4- Hộp số chính; 5- Hộp số phụ; 6- Truyền lực cầu sau;7- Vi sai cầu sau; 8-phanh; 9- Truyền lực cạnh (cuối cùng); 10- Hộp PTO; 11-Cầu trước ăn khớp dẫn động trực tiếp từ trục khuỷu động thông qua ly hợp + Cầu trước: để tăng khả di động máy kéo, nâng cao khả kéo bám máy kéo Thaco thiết kế loại dẫn động bốn bánh 4x4 Việc tính tốn lựa chọn tỷ số truyền cầu trước phù hợp với lưu thông công suất không phù hợp làm ảnh hưởng đến độ mịn lốp mát cơng suất động Sau xác định tỷ số truyền chung đến cầu trước ta chia nhiều cấp, đảm bảo điều kiện chung: có khớp gài, truyền lực chính, truyền lực cạnh đảm bảo khoảng sáng gầm xe đồng thời thỏa mãn tỷ số truyền chung HTTL Khi chọn tỷ số truyền gài ig = 1,153; truyền lực i01 = 1,924; truyền cạnh (thay đổi chiều quay, khoảng sáng gầm ta chọn cấp) icc1 x icc2 = 2,132 x 3,924 Tỷ số truyền cặp bánh HTTL thể Bảng Thiết kế cụm hộp số 2–4,6,8 Bánh chi tiết quan trọng hộp số, đảm bảo độ xác động học có yêu cầu độ bền cao, vậy, cần phải tính tốn thơng số hình học cặp bánh ăn khớp hộp số để đảm bảo độ xác động học Việc tính tốn thiết kế thực phần mềm Unigraphics NXCAD Thiết kế cụm hộp số tiến lùi Sơ đồ động học hộp số tiến lùi trình bày Hình Dựa vào cơng việc tính tốn lựa chọn phần trên, ta xác định thông số hộp số tiến lùi sau: Dựa vào cơng thức tính khoảng cách trục A = √ Memax (mm) Ta có khoảng cách lý thuyết trục sơ cấp trục thứ cấp: A = 104mm Khoảng cách lý thuyết từ trục sơ cấp đến trục số lùi: A’= 74 mm Khoảng cách lý thuyết từ trục số lùi đến trục thứ cấp: A” = 98mm Chọn modun pháp tuyến góc nghiêng bánh hộp số tiến lùi: m = 2,5; β = 140 Dựa vào công thức tính số để tính tốn số bánh hộp số tiến lùi 2.A.Cosβi ; mi (1 + ihi ) Zi′ = Zi ihi Zi = (4) Ta có bảng thơng số bánh Bảng Tiếp tục áp dụng công thức để tính tốn thơng số hình học bánh hộp số tiến lùi Ta có thơng số hình học bánh hộp số tiến lùi Bảng Tiếp xây dựng vẽ 3D cặp bánh hộp số tiến lùi (Hình 6) Thiết kế cụm hộp số Hình thể sơ đồ động học hộp số Khoảng cách lý thuyết trục sơ cấp trục thứ cấp: A = 78 mm 387 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(2):383-394 Bảng 3: Tỷ số truyền cặp bánh HTTL Vị trí Hộp số tiếnlùi Hộp số Ký hiệu it Giá trị 1,635 1,560 1,234 1,00 il i1 Hộp phụ i2 i3 i4 0,613 0,40 in số ic Cầu sau io Cầu trước icc 1,244 4,535 5,276 5,368 ig i01 icc1 icc2 1,153 1,924 2,132 3,924 Bảng 4: Số bánh hộp số tiến lùi Số chủ động Z1 = 25 Z3 = 33 Z2 =30 Số bị động Z3 = 33 Z4 = 39 Z5 =49 Modun m , mm 2,5 2,5 2,5 Góc nghiêng 140 140 140 Tỷ số truyền ih1 = 1,32 ih2 = 1,18 ih3 = 1,63 Bảng 5: Thông số bánh hộp số tiến lùi Cặp bánh Thông số Cặp BR số Cặp BR số Cặp BR số Góc nghiêng = 14o = 14o = 14o Hướng nghiêng Z1 : Phải Z3 : Trái Z3 : Trái Z4 : Phải Z2 : Phải Z5 : Trái Modun mặt đầu, mm m = 2,577 m = 2,577 m = 2,577 Đường kính vịng chia, mm dc1 =64,4 dc3 =85,02 dc3 =85,02 dc4 =100,5 dc2 =77,3 dc5 =126,3 Đường kính đỉnh răng, mm da1 =69,4 da3 =90,02 da3 =90,02 da4=105,5 da2 =82,3 da5 =131,3 Đường kính chân răng, mm di1 =58,2 di3 =78,77 di3 =78,77 di4 =94,23 di2 =71,04 di5 =120 Chiều cao toàn răng, mm h = 5,62 h = 5,62 h = 5,62 Khe hở đỉnh răng, mm c= 0,625 c= 0,625 c= 0,625 Chiều cao đầu răng, mm = 2,5 = 2,5 = 2,5 Khoảng cách trục chia, mm a = 74,71 a = 92,75 a = 101,77 Góc profil α t = 20,56o α t = 20,56o α t = 20,56o Góc ăn khớp α w = 19,02o α w = 27,6o α w = 24,83o 388 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 3(2):383-394 Hình 7: Sơ đồ động học hộp số Hình 5: Sơ đồ động học hộp số tiến lùi Hình 8: Bản vẽ 3D cụm bánh hộp số Thiết kế cụm hộp phân cấp nhanh chậm Hình 6: Bản vẽ 3D cụm bánh hộp số tiến lùi Chọn modun pháp tuyến góc nghiêng bánh hộp số chính: m = 2,5; β = 140 Dựa vào cơng thức tính số để tính tốn số bánh hộp số chính: Zi = 2.A.Cosβi ; Z ′ = Zi ihi mi (1 + ihi ) i (5) Và tính số Bảng Tiếp tục áp dụng công thức để tính tốn thơng số hình học bánh hộp số Ta có Bảng 7, thơng số hình học bánh hộp số Sau tính tốn thơng số bánh ta tiến hành tính tốn hệ số dịch chỉnh cho cặp bánh hệ số dịch chỉnh bánh Bảng Ta tiến hành xây dựng vẽ 3D cặp bánh hộp số (Hình 8) Khoảng cách trục trục thứ cấp trục trung gian hộp phân cấp nhanh chậm A = 83 mm, trục gài cầu trước trục trung gian, A’= 89 mm (Hình ) Chọn modun pháp tuyến m = 2,75 cho bánh hộp số phân cấp nhanh chậm Chọn m = cho bánh dẫn động gài cầu trước Chọn góc nghiêng răng: β = 00 (răng thẳng) cho cặp bánh hộp phân cấp nhanh chậm Dựa vào cơng thức tính số (5) để tính tốn số bánh hộp phân cấp nhanh chậm Bảng Tiếp tục áp dụng công thức để tính tốn thơng số hình học bánh hộp phân cấp nhanh chậm Ta có Bảng 10 thơng số hình học bánh hộp phân cấp nhanh chậm Sau tính tốn thơng số bánh ta tiến hành tính tốn hệ số dịch chỉnh cho cặp bánh Bảng 11 Ta xây dựng vẽ 3D cặp bánh hộp phân cấp nhanh chậm (Hình 10) 389 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(2):383-394 Bảng 6: Số cặp bánh hộp số Số bánh chủ động Z8 = 21 Z6 = 38 Z12 =31 Z10 =38 Số bánh bị động Z9 = 41 Z7 = 24 Z13 =30 Z11 =24 Modun, mm 2,5 2,5 2,5 2,5 Góc nghiêng 140 140 140 140 Tỷ số truyền ih1 = 1,23 ih2 = ih3 = 0,61 ih4 = 0,4 Bảng 7: Thông số bánh hộp số Cặp bánh Cặp BR ăn khớp Cặp BR gài số Cặp BR gài số Cặp BR gài số Góc nghiêng β = 14o β = 14o β = 14o β = 14o Hướng nghiêng Z6 : Phải Z7 : Trái Z8 : Trái Z9 : Phải Z12 : Trái Z13 : Phải Z10: Trái Z11: Phải Modun mặt đầu, mm m = 2,57 m = 2,57 m = 2,57 m = 2,57 Đường kính vịng chia, mm dc6 =97,9 dc7 =61,8 dc8 =54,1 dc9 =105,6 dc12 =79,8 dc13 =77,3 dc10=97,9 dc11=61,8 Đường kính đỉnh răng, mm da6 =102,9 da7 =66,8 da8 =59,1 da9 =110,6 da12 =84,8 da13 =82,4 da10=102,9 da11=66,8 Đường kính chân răng, mm di6 =91,65 di7 =55,58 di8 =47,8 di9 =99,3 di12 =73,6 di13 =71,0 di10=91,65 di11=55,58 Chiều cao toàn răng, mm h = 5,62 h = 5,62 h = 5,62 h = 5,62 Khe hở đỉnh răng, mm c= 0,625 c= 0,625 c= 0,625 c= 0,625 Chiều cao đầu răng, mm = 2,5 = 2,5 = 2,5 = 2,5 Khoảng cách trục chia, mm a = 79,87 a = 79,87 a = 78.58 a = 79,87 Góc profil α t = 20,56o α t = 20,56o α t = 20,56o α t =20,56o Góc ăn khớp αw = αw = αw α w = 16,5o 16,5o 16,5o =19,38o Bảng 8: Hệ số dịch chỉnh bánh hộp số Bánh Cặp BR số -7 Cặp BR số 8-9 Cặp BR số 12-13 Cặp BR số 10-11 Hệ số dịch chỉnh tổng xΣ =-0,68 xΣ =-0,68 xΣ =-0,23 xΣ =-0,68 Hệ số dịch chỉnh tiếp nhận y = -0,75 y = -0,75 y = -0,23 y = -0,75 Hệ số dịch chỉnh x1 x1 = -0,42 x1 = -0,26 x1 = -0,23 x1 = -0,42 Hệ số dịch chỉnh x2 x2 = -0,26 x2 = -0,42 x2 = x2 = -0,26 Bảng 9: Số cặp bánh cấp nhanh chậm Tỷ số truyền ia = 2,05 ign = 0,58 igc = 2,15 i1ct = 1,05 i2ct = 1,05 Số chủ động Z14 = 20 Z16 = 38 Z18 =19 Z20 =27 Z21 =29 Số bị động Z15 = 41 Z17 = 24 Z19 =42 Z21 =29 Z22 =31 Modun, mm 2,75 2,75 2,75 3 Góc nghiêng 00 00 00 00 00 390 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(2):383-394 Bảng 10: Thông số bánh hộp nhanh chậm Bánh Thông số Cặp BR số 14-15 Cặp BR số 16-17 Cặp BR số 18-19 Cặp BR số 20-21 Cặp BR số 21-22 Góc nghiêng β = 0o β = 0o β = 0o β = 0o β = 0o Loại bánh Răng thẳng Răng thẳng Răng thẳng Răng thẳng Răng thẳng Modun mặt đầu, mm m = 2,75 m = 2,75 m = 2,75 m=3 m=3 Đường kính vòng chia, mm dc14 =55 dc15 =112,75 dc16 =104,5 dc17 =63,25 dc18 =52,25 dc19 =115,5 dc20 =81 dc21 =87 dc21 =87 dc22 =93 Đường kính đỉnh răng, mm da14 =60,5 da15 =118,25 da16 =110 da17 =68,75 da18 =57,75 da19 =121 da20 =87 da21 =93 da21 =93 da22 =99 Đường kính chân răng, mm di6 =48,125 di7 =105,875 di16 =97,625 di17 =56,375 di18 =45,375 di19 =108,625 di20 =73,5 di21 =79,5 di21 =79,5 di22 =85,5 Chiều cao toàn răng, mm h = 6,187 h = 6,187 h = 6,187 h = 6,75 h = 6,75 Khe hở đỉnh răng, mm c= 0,6875 c= 0,6875 c= 0,6875 c= 0,75 c= 0,75 Chiều cao đầu răng, mm = 2,75 = 2,75 = 2,75 = = Khoảng cách trục chia, mm a = 83,875 a = 83,875 a = 83,875 a = 84 a = 90 Góc profil α t = 20o α t = 20o α t = 20o α t = 20,56o α t =20,56o Góc ăn khớp α w =18,16o α w =18,16o α w =18,16o α w =27,13o α w =17,54o Bảng 11: Hệ số dịch chỉnh bánh hộp nhanh chậm Bánh Thông số Cặp BR số 14-15 Cặp BR số 16-17 Cặp BR số 18-19 Cặp BR số 20-21 Cặp BR số 21-22 Hệ số dịch chỉnh tổng xΣ =-0,305 xΣ =-0,305 xΣ =-0,305 xΣ =-0,317 xΣ =-0,408 Hệ số dịch chỉnh tiếp nhận y =-0,318 y= -0,318 y=-0,318 y=-0,33 y=-0,43 Hệ số dịch chỉnh x1 x1 = x1 =-0,305 x1 = x1 = x1 = Hệ số dịch chỉnh x2 x2 = -0,305 x2 = x2 =-0,305 x2 =-0,317 x2 =- 0,408 Hình 10: Bản vẽ 3D hộp phân cấp nhanh chậm 391 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 3(2):383-394 Hình 11: Kết ứng suất tổng hợp cặp bánhrăng (6-7) Hình 9: Sơ đồ động học hộp phân cấp nhanh chậm Tính tốn tối ưu hóa sức bền hộp số 4,5,7 Đối với hộp số, cần tính bền tối ưu hóa cho cặp bánh chịu tải nặng dễ hỏng nhất: Hộp số tiến lùi: cặp bánh số tiến (2 - 5) Hộp số chính: cặp bánh luôn ăn khớp (6 - 7) cặp bánh gài số (12 - 13) Hộp nhanh chậm: cặp bánh luôn ăn khớp (14 – 15) cặp bánh gài số chậm (18 – 19) Trong khuôn khổ báo, giới thiệu trường hợp tối ưu hóa độ bền hộp số Tính tốn tối ưu hóa bền cặp bánh ln ln ăn khớp hộp số (6-7) + Ứng suất tổng hợp: (xem Hình 11) Từ kết tính toán phần mềm ta thấy ứng suất tổng hợp lớn tập trung chân Giá trị ứng suất là: 654,22 MPa Phần mềm kể đến hệ số an toàn vật liệu n =1,25 nên xét đến hệ số tải trọng động nd = 1,3 Với vật liệu 30CrMnTi, σch = 1250 MPa; σtt ≤ [σ ]vl = σnchd ⇔ σtt nd ≤ σch Hay 850, 48 ≤ 1250 Thỏa mãn điều kiện, chi tiết trục bánh đủ bền Tính tốn tối ưu hóa bền cặp bánh gài số hộp số (12-13) + Ứng suất tổng hợp: Từ kết tính tốn phần mềm (Hình 12) ta thấy ứng suất tổng hợp lớn tập trung chân Giá trị ứng suất là: 752,02 MPa Phần mềm kể đến 392 Hình 12: Kết ứng suất tổng hợp cặp bánh (12-13) hệ số an toàn vật liệu n =1,25 nên xét đến hệ số tải trọng động nd = 1,3 Với vật liệu 30CrMnTi, σch = 1250 MPa, ta có: σtt ≤ [σ ]vl = σnchd ⇔ σtt nd ≤ σch Hay 077, 62 ≤ 1250 KẾT LUẬN Máy kéo nông nghiệp phương tiện để thực thành cơng giới hóa nơng nghiệp Việt Nam Việc tính chọn thiết kế tối ưu HTTL đảm bảo tính phù hợp máy kéo làm việc đồng ruộng Việt Nam Dự án KHCN “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy kéo bánh mang thương hiệu Việt Nam” Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 3(2):383-394 Công ty cổ phần tơ Trường Hải thực có ý nghĩa khơng mặt nơng nghiệp mà cịn có tầm quan trọng việc thúc đẩy trình giới hóa ngành cơng nghiệp khí nơng nghiệp Việt Nam Trên sở sử dụng phần mềm Unigraphics NXCAD SIMCENTER, tiến hành phân tích, lựa chọn hợp lý cấu hình HTTL máy kéo Thaco bao gồm cụm hộp số chính, cầu chủ động cụm khác, từ tính tốn tỷ số truyền hợp lý HTTL Mặt khác, chúng tơi thiết kế tính tốn mơ tối ưu hóa thơng số kỹ thuật kết cấu HTTL để tìm thơng số kỹ thuật tối ưu HTTL máy kéo đảm bảo máy kéo hoạt động tốt, phù hợp đồng ruộng Việt Nam Kết nghiên cứu cho thấy lựa chọn HTTL máy kéo phù hợp điều kiện Việt Nam DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT HTTL: Hệ thống truyền lực KHCN: Khoa học Công nghệ RVC (Regional Value Content): Hàm lượng giá trị khu vực PTO (Power Take Off): Hộp trích cơng suất XUNG ĐỘT LỢI ÍCH Nhóm tác giả xin cam đoan khơng có xung đột lợi ích cơng bố báo ĐÓNG GÓP CỦA TÁC GIẢ Phạm Xuân Mai nghiên cứu bố trí chung HTTL phân bổ tỷ số truyền cho HTTL Hồng Đức Thông chỉnh sửa nội dung khoa học báo, bảng biểu hình ảnh trình bày báo Nguyễn Xuân Thiện nghiên cứu thiết kế cặp bánh HTTL Đinh Viết Nam Ngơ Ngọc Lĩnh nghiên cứu tính tốn mơ HTTL LỜI CẢM ƠN Bài báo thực khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu thiết kế máy kéo bánh công suất đến 50HP mang thương hiệu Việt Nam” mã đề tài DAKH-01/18-No1 Thaco chủ trì Chúng tơi chân thành cảm ơn Bộ KHCN, Ủy ban Nhân dân tỉnh Quảng Nam tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO Mai PX, Hường NH, Ngát NX Tính tốn sức kéo Ơ tơ - máy kéo NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh 2007; Tường DG, Lâm TK Nguyên lý máy NXB KHKT, Hà Nội 1999; Đích TT Chi tiết máy tập NXB Giao thông vận tải, Hà Nội 2001; Dimitrov I, Veleb H Tính tốn thiết kế máy kéo (bản tiếng Nga) Nhà xuất Kỹ thuật Sofia 1981; Siemens Company NXCAD & SIMCENTER, Siemens documents 2019; Aninovich VI, Vodolazenko IT Tính tốn thiết kế máy kéo nông nghiệp, (bản tiếng Nga) Nhà xuất Chế tạo máy, Matxcơva 1978; Raikwar S Simulation of components of a power shuttle transmission system for an agricultural tractor Agricultural and Food Engineering Department, Indian Institute of Technology 2015;114(C):114–124 Available from: https://doi.org/10.1016/j compag.2015.03.006 Anurev VI Sổ tay chế tạo máy, tập 2, (bản tiếng Nga) Nhà xuất Chế tạo máy, Matxcơva 1978; 393 Science & Technology Development Journal – Engineering and Technology, 3(2):383-394 Research Article Open Access Full Text Article Design and optimization of gearbox for the Thaco’s tractor Mai Xuan Pham1,2,3 , Thong Duc Hong1,2,* , Thien Xuan Nguyen3 , Linh Ngoc Ngo3 , Nam Viet Dinh3 ABSTRACT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Agricultural tractors are one of the key means r to implement the agricultural mechanization process in Vietnam Choosing the right type of tractor and the range of traction to ensure suitability for the tractor working on Vietnamese fields are very important Base on using Unigraphics NXCAD and SIM CENTER simulation software provided by Siemens AG, we analyzed and selected the configuration of the power transmission system (PTS) of the Thaco tractor including gearbox assemblies, drive axle, other clusters, and then calculated the appropriate gear ratios of the PTS Besides, we have also designed, calculated, and simulated to optimize the specifications and structures of the PTS of the tractor in order to find out a set of specifications that is suitable for the working ability of the Thaco tractor on specific fields of Vietnam The results show the selection of the PTS for the Thaco tractor is suitable for the working conditions in the Vietnam's fields The designing PTS has the structure that is consistent with domestic manufacturing technology This PTS is going to be deployed into production under the project of science and technology "Research, Design and Manufacture 4-Wheel Tractor with Vietnamese Brand" of Truong Hai Auto Corporation Key words: Agricultural tractor, drivetrain, transmission, SIMCENTER, simulation Department of Automotive Engineering, Faculty of Transportation Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT) Vietnam National University Ho Chi Minh City (VNU-HCM) Truong Hai Auto Corporation (THACO Correspondence Thong Duc Hong, Department of Automotive Engineering, Faculty of Transportation Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT) Vietnam National University Ho Chi Minh City (VNU-HCM) Email: hongducthong@hcmut.edu.vn History • Received: 30-01-2020 • Accepted: 25-4-2020 • Published: 13-8-2020 DOI : 10.32508/stdjet.v3i2.667 Copyright © VNU-HCM Press This is an openaccess article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license Cite this article : Pham M X, Hong T D, Nguyen T X, Ngo L N, Dinh N V Design and optimization of gearbox for the Thaco’s tractor Sci Tech Dev J – Engineering and Technology; 3(2):383-394 394 ... đủ số cho số số tiến số số lùi Trên sở này, kết hợp với phân tích khác bố trí tổng thể máy kéo, chúng tơi thiết kế, bố trí sơ đồ chung HTTL máy kéo Hình Hình 3: Bố trí chung HTTL máy kéo Thaco. .. nhanh chậm Tính tốn tối ưu hóa sức bền hộp số 4,5,7 Đối với hộp số, cần tính bền tối ưu hóa cho cặp bánh chịu tải nặng dễ hỏng nhất: Hộp số tiến lùi: cặp bánh số tiến (2 - 5) Hộp số chính: cặp bánh... từ tính tốn tỷ số truyền hợp lý HTTL Mặt khác, chúng tơi thiết kế tính tốn mơ tối ưu hóa thơng số kỹ thuật kết cấu HTTL để tìm thơng số kỹ thuật tối ưu HTTL máy kéo đảm bảo máy kéo hoạt động tốt,