luận văn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---------------------- MAI KIM HIẾU NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ðỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG VI SAI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ KHÓA VI SAI ðẾN TÍNH NĂNG KÉO BÁM CỦA MÁY KÉO LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học PGS.TS. NGUYỄN NGỌC QUẾ HÀ NỘI – 2008 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 16 tháng 9 năm 2008 Người cam ñoan Mai Kim Hiếu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc ñến người hướng dẫn khoa học PGS. TS. Nguyễn Ngọc Quế, ñã tận tình hướng dẫn và ñóng góp nhiều ý kiến khoa học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này. Tôi xin cảm ơn tập thể các thày, cô giáo bộ môn ðộng lực - khoa Cơ ñiện, khoa Sau ðại học, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, các cán bộ Trung tâm giám ñịnh máy và thiết bị – Trâu Quỳ – Gia Lâm – Hà Nội ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ của ñề tài. Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên trường Cao ñẳng Công nghiệp Nam ðịnh. Nơi tôi ñang công tác ñã tạo ñiều kiện cho tôi trong suốt quá trình công tác và học tập. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia ñình, bạn bè ñồng nghiệp và những người thân ñã ñộng viên, giúp ñỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Mặc dù ñã cố gắng hết sức mình nhưng do khó khăn về tài liệu, thời gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận ñược các ý kiến ñóng góp từ các Thày, cô và bạn bè ñồng nghiệp ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 16 tháng 9 năm 2008 Tác giả luận văn Mai Kim Hiếu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… iii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN 0 LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH .vii MỞ ðẦU 1 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU .4 1.1. Vài nét về vấn ñề nghiên cứu .4 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 5 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .13 2.1. Lực và mô men tác dụng lên ôtô - máy kéo khi chuyển ñộng 13 2.1.1. Mô men chủ ñộng .13 2.1.2. Khái niệm về lực kéo, lực bám và hệ số bám của bánh xe chủ ñộng .16 2.1.3. Cân bằng lực kéo .22 2.2. ðộng học, ñộng lực học của cơ cấu vi sai 24 2.2.1. ðộng học cơ cấu vi sai 24 2.2.2. ðộng lực học cơ cấu vi sai .26 2.3. Ảnh hưởng của cơ cấu vi sai ñến tính năng kéo bám 29 2.3.1. Hệ số khoá vi sai K δ 30 2.3.2. Hệ số gài vi sai K’ δ 31 2.4. Cấu tạo một số loại vi sai dùng trên ôtô-máy kéo bánh .31 2.4.1. Vi sai ñối xứng .31 2.4.2. Vi sai cam 32 2.4.3. Vi sai kiểu trục vít .34 2.5. Hệ thống truyền lực của máy kéo MTZ - 80 .35 2.5.1. Sơ lược về hệ thống truyền lực .35 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… iv 2.5.2. Cầu sau 36 2.5.3. Bộ cảm biến cơ cấu khóa vi sai .38 2.6. Tính toán mô men trên trục khóa vi sai và hệ số khóa vi sai .40 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT ðỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU VI SAI 43 3.1. Mô hình toán quá trình làm việc của khối vi sai 43 3.2. Mô phỏng ñộng lực học máy kéo MTZ - 80 bằng Simulink – Simdriveline 46 3.2.1. Giới thiệu phần mềm Matlab – Simulink – Simdriveline 46 3.2. 2. Mô phỏng khối ñộng cơ trong Simulink - Simdriveline 50 3.2.3. Mô phỏng khối vi sai trong Simulink – Simdriveline 53 3.2.4. Mô phỏng khối quan hệ ñất bánh trong Simulink – Simdriveline .54 3.2.5. Mô phỏng khối thân xe trong Simulink – Simdriveline .55 3.2.6. Mô hình tổng quát khảo sát tổng hợp .56 3.3. Phương án và kết quả khảo sát mô hình 59 3.3.1. Phương án 1: .59 3.3.2. Phương án 2: .62 3.3.3. Phương án 3: .63 3.3.4. Phương án 4: .64 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .67 4.1. Mục ñích và phương pháp thí nghiệm .67 4.1.1. Mục ñích .67 4.1.2. Phương pháp .67 4.2. ðiều kiện và các phương án thí nghiệm. .78 4.2.1. ðiều kiện thí nghiệm .78 4.2.2. Các phương án thí nghiệm 79 4.3. Kết quả thí nghiệm .79 4.3.1. Thí nghiệm N0_1: Không khóa vi sai .79 4.3.2. Thí nghiệm N0_2: Khóa vi sai với hệ số khóa K δ = 0,55 .80 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… v 4.3.3. Thí nghiệm N0_3: Khóa vi sai với hệ số khóa K δ = 0,34 .81 4.3.4. Thí nghiệm N0_4: Khóa vi sai với hệ số khóa K δ = 0,2 .82 5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 86 5.1. Kết luận 86 5.2. ðề nghị .86 TÀI LIỆU THAM KHẢO .88 PHỤ LỤC .90 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ-80 .11 Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại ñường .19 Bảng 2.2. Một số thông số của hệ thống truyền lực của máy kéo MTZ–8040 Bảng 3.1. Số liệu khảo nghiệm ñộng cơ D-240 .52 Bảng 3.2. Số liệu khảo sát mô hình với K δ = 0,55 63 Bảng 3.3. Số liệu khảo sát mô hình với K δ = 0,34 64 Bảng 3.4. Số liệu khảo sát mô hình với K δ = 0,2 65 Bảng 4.1. Kết quả hiệu ñính ñầu ño lực .78 Bảng 4.2. Các phương án thí nghiệm 79 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… vii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Sơ ñồ hệ thống truyền lực của máy kéo bánh 13 Hình 2.2. Sơ ñồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ ñộng .16 Hình 2.3. Sự phụ thuộc của hệ số bám φ vào áp suất lốp 19 Hình 2.4. Sự phụ thuộc của hệ số bám vào ñộ nháp mặt ñường 19 Hình 2.5. Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc .20 Hình 2.6. ðường ñặc tính trượt của máy kéo .21 Hình 2.7. Sơ ñồ lực tác dụng lên máy kéo .22 Hình 2.8. Sơ ñồ ñộng học cơ cấu vi sai .24 Hình 2.9. Cấu tạo bộ vi sai ñối xứng .31 Hình 2.10. Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của vi sai .32 Hình 2.11. Sơ ñồ vi sai cam loại một dãy 32 Hình 2.12. Sơ ñồ vi sai cam ma sát .33 Hình 2.13. Sơ ñồ vi sai kiểu trục vít .34 Hình 2.14. Cầu sau máy kéo MTZ – 80 37 Hình 2.15. Bộ cảm biến cơ cấu khóa vi sai .39 Hình 3.1. Mô hình khảo sát nút vi sai theo dòng lực .44 Hình 3.2. Các khối chức năng chính của Simulink .47 Hình 3.3. Các khối chức năng của Simdriline .48 Hình 3.4. Sơ ñồ khảo sát ñộng lực học chuyển ñộng thẳng của máy kéo .49 Hình 3.5. Khối Look – up Table .51 Hình 3.6. ðường ñặc tính ngoài ñộng cơ D-240 .52 Hình 3.7. Mô hình khảo sát ñộng cơ .52 Hình 3.8. Mô hình khảo sát truyền lực chính và vi sai 53 Hình 3.9. Bảng nhập các thông số ñầu vào của mô hình bánh xe 54 Hình 3.10. Mô hình khảo sát khối quan hệ ñất bánh .54 Hình 3.11. Bảng nhập các thông số ñầu vào của mô hình khối thân xe .55 Hình 3.12. Mô hình khảo sát khối thân xe 56 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… viii Hình 3.13. Mô hình khảo sát tổng hợp 58 Hình 3.14. ðồ thị vận tốc chuyển ñộng của máy kéo (K δ = 0) 60 Hình 3.15. ðồ thị tốc ñộ quay của hai bánh chủ ñộng (K δ = 0) .61 Hình 3.16. ðộ trượt (K δ = 0) .61 Hình 3.17. ðồ thị tốc ñộ quay của hai bánh chủ ñộng (K δ = 0,55) .62 Hình 3.18. ðồ thị tốc ñộ quay của hai bánh chủ ñộng (K δ = 0,34) 63 Hình 3.19. ðồ thị tốc ñộ quay của hai bánh chủ ñộng (K δ = 0,2) 65 Hình 3.20. ðồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ñộ trượt và lực kéo ở các hệ số khóa vi sai khác nhau. 66 Hình 4.1. Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của Sensor − V1 .68 Hình 4.2. Sensor quang học E3F3 .69 Hình 4.3. Sensor ño lực kéo theo nguyên lý tenxơ ñiện trở .70 Hình 4.4. Sơ ñồ nguyên lý của thiết bị ño và ñiều chỉnh áp suất .71 Hình 4.5. Vị trí lắp ñặt thiết bị ño và ñiều chỉnh áp suất 72 Hình 4.6. ðường thí nghiệm .73 Hình 4.7. Một số hình ảnh về quá trình chuẩn bị thí nghiệm .74 Hình 4.8. Gây tải bằng máy kéo MTZ - 50 .75 Hình 4.9. Sơ ñồ kết nối thiết bị 76 Hình 4.10. Sơ ñồ các mô ñun thu thập số liệu thí nghiệm 77 Hình 4.11. Sơ ñồ các mô ñun xử lý số liệu thí nghiệm 77 Hình 4.12. Sơ ñồ các mô ñun hiệu chuẩn thiết bị ño lực 78 Hình 4.13. ðồ thị hiệu chuẩn thiết bị ño lực 78 Hình 4.14. Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm N0_1 79 Hình 4.15. Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm N0_2 80 Hình 4.16. Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm N0_3 81 Hình 4.17. Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm N0_4 82 Hình 4.18. ðồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ñộ trượt và lực kéo ở các hệ số khóa vi sai khác nhau (xác ñịnh bằng thực nghiệm) 83 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… 1 MỞ ðẦU Nước ta vốn là nước nông nghiệp, sản xuất nông nghiệp luôn chiếm tỷ trọng cao trong nền kinh tế quốc dân, thu nhập từ nông nghiệp góp phần ổn ñịnh và nâng cao ñời sống của ña số nhân dân, ñồng thời góp phần ổn ñịnh kinh tế, chính trị của ñất nước. ðó là nền tảng vững chắc ñể phát triển công nghiệp cũng như các ngành khác. Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện ñại hóa ñất nước ñã và ñang ñược ðảng, Nhà nước ta quan tâm giải quyết. Với việc trang bị nhiều máy kéo công suất lớn trong sản xuất nông nghiệp ở nước ta ñã có những bước tiến nhất ñịnh, nhằm giảm hẳn cường ñộ lao ñộng cho nông dân, nâng cao năng suất lao ñộng, chất lượng cây trồng tốt hơn bước ñầu thực hiện mục tiêu biến nông nghiệp thành nền sản xuất lớn. Trong những năm gần ñây thực hiện ñổi mới chính sách phát triển kinh tế nhiều thành phần nhằm ñẩy mạnh sự phát triển kinh tế xã hội của ñất nước, nông nghiệp vẫn ñược coi là một ngành kinh tế chiến lược của nước ta. ðể ñạt ñược yêu cầu phát triển của ñất nước trong thời kỳ mới, nền nông nghiệp nước ta ñã phát triển không ngừng và ñã ñạt ñược những thành tựu to lớn mà ðảng và Nhà nước ta ñã công nhận. ðể ñạt ñược những thành tựu to lớn ñó chúng ta phải kể ñến một yếu tố giúp cho ngành nông nghiệp phát triển ñó là sự phát triển cơ giới hóa sản xuất nông nghiệp, nó luôn giữ một vai trò hết sức quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện ñại hoá nước ta hiện nay. Nguồn ñộng lực chính trong việc cơ giới hóa các khâu sản xuất ñó là máy kéo. Máy kéo ñược trang bị ở nước ta chủ yếu ñược nhập từ nước ngoài là do nền công nghiệp chế tạo máy kéo của nước ta còn rất non trẻ. Thực tế ñòi hỏi chúng ta cần ñược ñầu tư hơn nữa về mặt nghiên cứu, thiết kế, cải tiến [...]... ñư c nghiên c u trong nư c và th gi i - Nghiên c u lý thuy t: + Nghiên c u v vi sai trên ô tô - máy kéo + Xây d ng mô hình toán v ñ ng l c h c c a vi sai + Gi i và mô ph ng mô hình toán trên máy tính - Nghiên c u th c nghi m trên máy kéo MTZ-80: + Xác ñ nh tính năng kéo bám c a máy kéo khi khoá và không khoá vi sai + Xác ñ nh nh hư ng c a h s khoá vi sai ñ n tính năng kéo bám, khi ñi u ki n làm vi c... thì vi c nghiên c u ñ ng l c h c xe nói chung và ñ ng l c h c vi sai khá sâu s c ðã xây d ng ñư c các phương trình vi phân mô t quá trình ñ ng l c h c c a vi sai, mô t khá ñ y ñ quá trình chuy n ñ ng c a máy kéo Sau ñó ng d ng các k t qu nghiên c u tính năng kéo bám c a máy kéo là cơ s cho vi c tính toán h th ng truy n ñ ng c a máy kéo 1.3 Phương pháp nghiên c u Nghiên c u nh hư ng c a h s khóa vi sai. .. chung, ñ ng l c h c c a h th ng vi sai nói riêng cũng như kh o sát h s khóa vi sai ñ n tính năng kéo bám c a máy kéo là c n thi t Xu t phát t nhu c u trên chúng tôi ñã ch n ñ tài: Nghiên c u tính ch t ñ ng l c h c c a h th ng vi sai và nh hư ng c a h s khoá vi sai ñ n tính năng kéo bám c a máy kéo" N i dung chính c a ñ tài ñư c chia ra thành 5 ph n 1 T ng quan v các v n ñ nghiên c u 2 Cơ s lý thuy t 3... nay, máy kéo MTZ - 80 trang b khá ph bi n Vi t Nam Máy kéo MTZ - 80 là máy kéo v n năng, có c u sau ch ñ ng do nhà máy cơ khí Minckher- Bêlarút ch t o Máy kéo MTZ - 80 có trang b cơ c u khóa vi sai t ñ ng vi c ñóng m khóa vi sai b i d u th y l c M t khác do lo i máy kéo này ñã ñư c ki m ch ng t i ñi u ki n ñ ng ru ng Vi t Nam ð có cơ s khoa h c cho vi c c i ti n các lo i máy kéo có khóa cơ h c và thi... cơ s khoa h c góp ph n hoàn thi n công vi c tính toán, thi t k , ch t o máy kéo dùng trong Nông – Lâm nghi p Vi t Nam - Phân tích m t s ch tiêu k thu t gây nh hư ng ñ n tính năng làm vi c c a máy kéo - Xây d ng mô hình nghiên c u ñ ng l c h c c a b vi sai - Xác ñ nh mô men khoá vi sai - Mô ph ng s làm vi c c a b vi sai, khi máy kéo ch y th ng v i ñi u ki n làm vi c c a các bánh ch ñ ng khác nhau 1.5.2... cơ c u ho c c a toàn máy trong ñi u ki n s d ng khác nhau Theo nhi u chuyên gia khi nghiên c u lý thuy t tính toán liên h p máy nói chung và máy kéo nói riêng ñ u ñi ñ n k t lu n r ng, sau tính năng kéo bám c a máy kéo thì ñ ng l c h c c a vi sai là m t tính năng k thu t quan tr ng c a máy kéo, c n ñư c quan tâm nghiên c u m t cách ñ y ñ Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c s k thu t………………... KG/cm2 1,00 12 H s l c kéo ti p tuy n c u sau - 1,00 13 H s khóa vi sai - 0,5 14 T s truy n l c cu i cùng - 5,31 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c s k thu t……………… ………………………11 1.5 M c ñích và nhi m v c a ñ tài 1.5.1 M c ñích Nghiên c u tính ch t ñ ng l c h c c a vi sai và nh hư ng c a h s khoá vi sai ñ n tính năng kéo bám c a máy kéo K t qu nghiên c u lý thuy t và th c nghi m c a ñ tài...các máy kéo s n xu t trong nư c cũng như các máy kéo nh p ngo i ngày càng hoàn thi n hơn, phù h p hơn v i ñi u ki n s d ng c a nư c ta Máy kéo nông nghi p có r t nhi u tính năng k thu t và tính năng s d ng quan tr ng Nghiên c u n m v ng các tính năng ñó không nh ng giúp cho vi c khai thác s d ng máy kéo có hi u qu mà còn góp ph n quan tr ng trong công tác thi t k máy m i, c i ti n máy ñã có,... t……………… ………………………5 nư c ta v n ñ ñ ng l c h c vi sai chưa th c s ñư c quan tâm và nghiên c u ñ y ñ Có l do quan ni m chưa ñúng v tương lai phát tri n c a máy kéo nông nghi p Vi t Nam, v n lâu nay v n s d ng máy kéo nh p ngo i, ho c ch t o chép m u c a nư c ngoài T nhi u năm nay các nhà nghiên c u ch t p trung nghiên c u tính năng kéo bám c a máy kéo ch ñ ng nghiên c u c i ti n b ph n di ñ ng (bánh m... tính n ñ nh c a máy kéo ð kh c ph c ñư c v n ñ trên c n ph i khoá t c th i b vi sai ñ liên k t c ng hai bán tr c l i v i nhau nh m tăng l c kéo ti p tuy n kh c ph c ñư c hi n tư ng trư t, nhưng ph i t ñ ng m khoá vi sai khi xoay bánh d n hư ng m t góc kho ng 7÷ 80 V i nh ng v n ñ nêu trên, vi c nghiên c u tính ch t ñ ng l c h c c a b vi sai có khóa t ñ ng ñ c i ti n khoá vi sai cơ h c và thi t k ch t . tài: Nghiên cứu tính chất ñộng lực học của hệ thống vi sai và ảnh hưởng của hệ số khoá vi sai ñến tính năng kéo bám của máy kéo& quot;. Nội dung chính của. quả nghiên cứu tính năng kéo bám của máy kéo là cơ sở cho vi c tính toán hệ thống truyền ñộng của máy kéo. 1.3. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng