Luận văn nghiên cứu cải tiến khoá vi sai của máy kéo MTZ 50 để làm việc có hiệu quả trên dốc ngang

khóa luận

Mở đầu Nớc ta vốn là nớc 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 định và nâng cao đời sống của đa số nhân dân, đồng thời góp phần ổn định kinh tế chính trị của đất nớc. Đó là nền tảng vững chắc để phát triển công nghiệp cũng nh các ngành khác. Vì vậy nên sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nớc, vấn đề công nghiệp hóa nông nghiệp nông thôn nói chung, vấn đề cơ giới hóa các khâu sản xuất nói riêng đã và đang đợc Đảng, Nhà nớc ta quan tâm giải quyết. Với việc trang bị nhiều máy kéo công suất lớn, sản xuất nông nghiệp ở nớc ta đã có những bớc tiến nhất định, giảm hẳn cờng độ lao động cho nông dân, năng suất lao động đợc năng cao, chất lợng cây trồng tốt hơn bớc đầu thực hiện mục tiêu biến nông nghiệp thành nền sản xuất lớn. Tới những năm gần đây thực hiện đổi mới chính sách phát triển kinh tế nhiều thành phần nhằm đẩy mạnh sự phát triển kinh tế xã hội của đất nớc, nông nghiệp vẫn đợc coi là một ngành kinh tế chiến lợc của nớc ta. Để đạt đợc yêu cầu phát triển của đất nớc trong thời kỳ mới, nền nông nghiệp nớc ta đã phát triển không ngừng và đã đạt đợc những thành tựu to lớn mà Đảng và Nhà nớc ta đã công nhận. Để đạt đợc những thành tựu to lớn đó chúng ta phải kể đến một yếu tố giúp cho ngành nông nghiệp phát triển đó 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 đại hoá nớc ta hiện nay. Nguồn động lực chính trong việc cơ giới hóa các khâu sản xuất đó là máy kéo. Máy kéo đợc trang bị ở nớc ta chủ yếu đợc nhập từ nớc ngoài. Công nghệ chế tạo máy kéo của nớc ta còn rất non trẻ. Thực tế đòi hỏi cần đợc đầu t hơn nữa về mặt nghiên cứu, thiết kế, cải tiến các máy kéo sản 1 xuất trong nớc cũng nh các máy kéo nhập ngoại ngày càng hoàn thiện hơn, phù hợp hơn với điều kiện sử dụng nớc ta. Máy kéo nông nghiệp có rất nhiều tính năng kỹ thuật và tính năng sử dụng quan trọng. Nghiên cứu nắm vững các tính năng đó không những giúp cho việc khai thác sử dụng chúng có hiệu quả nhất mà còn góp phần quan trọng trong công tác thiết kế máy mới, cải tiến máy đã có, đồng thời làm cơ sở để lựa chọn máy kéo phù hợp với điều kiện làm việc trong nớc. Theo quan niệm đơn giản thì trong quá trình máy kéo chuyển động các bánh xe chủ động luôn quay với vận tốc nh nhau. Thực tế các bánh chủ động luôn quay với vận tốc khác nhau do mô men cản tác động lên các bánh xe chủ động luôn có sự thay đổi. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến hiện tợng đó, nhng chủ yếu là trong trờng hợp máy kéo chuyển động quay vòng trên mặt dốc ngang và chuyển động trên đờng không bằng phẳng. Đối với máy kéo MTZ 50, bộ vi sai giữa các bánh chủ động sử dụng loại khoá vi sai kiểu cơ học tức là chỉ khi nào ngời vận hành máy kéo biết một bánh chủ động bị trợt thì mới khoá cỡng bức bộ vi sai lại, khi đó mới có thể khắc phục đợc sự trợt này. Còn nếu ngời vận hành không nhận biết đợc thì sự trợt này vẫn tồn tại và ảnh hởng nhiều đến hiệu suất làm việc. Khi máy kéo làm việc trên đồi dốc ngang thì sự trợt luôn xảy ra nhng ngời vận hành không thể luôn buông chân ga để ấn vào cần điều khiển khoá vi sai trong suốt thời gian của quãng đờng làm việc đợc. Điều đó sẽ làm giảm hiệu suất làm việc của máy, ảnh hởng xấu đến tính năng quay vòng, tính ổn định của máy kéo. Nh vậy việc sử dụng máy kéo MTZ-50, loại dùng để làm việc trên đồng bằng- cho việc cơ giới hoá vùng đồi dốc trong lâm nghiệp cần phải đợc nghiên cứu cải tiến sao cho vi sai của nó phải tự động khoá lại khi máy kéo chuyển động thẳng ngang trên dốc và tự động mở ra khi cần quay vòng cuối các đờng làm việc 2 Xuất phát từ những điều đợc trình bày ở trên, chúng tôi đã chọn đề tài: "nghiên cứu cải tiến khoá vi sai của máy kéo MTZ - 50 để làm việc có hiệu quả trên dốc ngang". 3 1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu 1.1. Tổng quan Máy kéo dùng trong nông nghiệp có những đặc trng riêng khác với những máy dùng trong công nghiệp. Nói chung nó đợc chế tạo để thực hiện một qui trình công nghệ nhng không cố định mà phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố ngoại cảnh nh điều kiện đất đai, đờng xá, lực cản,.v.v. Hệ thống truyền lực của máy kéo có tác dụng truyền mô men quay từ động cơ đến các bánh xe chủ động và đến cơ cấu làm việc. Do vậy nó đợc thiết kế chế tạo với điều kiện tốc độ chuyển động, lực kéo, mô men cản tác động lên các bánh xe chủ động là luôn thay đổi theo điều kiện làm việc, tính chất công việc và tình trạng mặt đờng. Năng suất của máy kéo và lợng nhiên liệu tiêu hao phụ thuộc vào mức độ sử dụng công suất động cơ, hiệu quả đạt cao nhất khi sử dụng tải trọng gần tới công suất cực đại của động cơ. Tải trọng đặt lên động cơ phụ thuộc vào lực cản chuyển động của máy kéo khi thực hiện các công việc khác nhau và tốc độ chuyển động của nó. Vì vậy trong thời gian máy kéo làm việc lực cản thay đổi, để giữ ở chế độ làm việc có lợi nhất của động cơ cần thay đổi tơng ứng tốc độ chuyển động ở những số truyền thích hợp của máy kéo. Với mức tải trọng sao cho công suất của động cơ luôn bằng 80% ữ 90% công suất định mức N eh . Khi máy kéo quay vòng hoặc di chuyển trên đờng không bằng phẳng thì bánh xe chủ động bên trái và bên phải quay với vận tốc góc khác nhau do tác động của mô men cản lên hai bánh xe chủ động khác nhau. Nếu hai bánh xe chủ động quay với vận tốc nh nhau thì sẽ có một bánh xe chủ động nào đó bị trợt quay còn bánh kia bị trợt lết, làm cho lốp và hệ thống truyền lực hao mòn nhanh. Cho nên ở cầu chủ động của máy kéo bánh có trang bị bộ vi sai, 4 cho phép truyền mô men quay tới các bánh xe chủ động với vận tốc góc khác nhau. Trong thực tế có nhiều trờng hợp một bánh xe chủ động rơi xuống hố đất tơi làm cho bánh đó bị trợt quay (hệ số bám 0), còn bánh kia thì vẫn quay bình thờng. Đặc biệt là khi máy kéo làm việc trên đồi dốc ngang thì lực kéo tiếp tuyến giữa các bánh xe chủ động luôn khác nhau, làm ảnh hởng đến tính năng kéo bám, tính ổn định của máy kéo. Để khắc phục đợc vấn đề trên cần phải khoá tức thời bộ vi sai để liên kết cứng hai bán trục lại với nhau nhằm tăng lực kéo tiếp tuyến khắc phục đợc hiện tợng trợt, nhng phải tự động mở khoá vi sai khi xoay bánh dẫn hớng một góc khoảng 7ữ 8 0 . Với những vấn đề nêu trên, việc nghiên cứu cải tiến khoá vi sai của máy kéo là một vấn đề cần thiết. Từ các kết quả nghiên cứu giúp ta xây dựng đợc khả năng làm việc của máy kéo có hiệu quả nhất. 1.2. Phơng pháp và mục đích nghiên cứu 1.2.1. Phơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu cải tiến khoá vi sai của máy kéo bánh khi hàm biểu diễn chúng là các hàm xác định hoặc các hàm ngẫu nhiên, trớc tiên cần xây dựng mô hình tính toán và sử dụng các phơng pháp phù hợp để nghiên cứu. Mô hình phải phản ánh đợc những đặc điểm cơ bản của hệ thống, thích hợp với việc sử dụng phơng pháp hiện đại. Từ đó thiết lập phơng trình vi phân diễn tả các mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và các thông số đặc trng của mô hình. Hệ phơng trình vi phân này và các điều kiện giới hạn đợc coi là mô hình toán của hệ thống. Để giải hệ phơng trình vi phân, cần sử dụng phơng pháp phù hợp tuỳ thuộc vào đặc điểm của mô hình nghiên cứu, các thông số đầu vào và mục đích nghiên cứu. Dới đây trình bày một số phơng pháp nghiên cứu đợc sử dụng trong luận văn. 5 a) Phơng pháp giải tích Theo phơng pháp giải tích, sau khi lựa chọn mô hình hoá bộ truyền động vi sai và mô hình tính toán động lực học cho cơ hệ, dựa vào các định luật cơ học ta mô tả các chuyển động của các cơ hệ cơ học bằng phơng trình vi phân biểu diễn quá trình làm việc của bộ vi sai. Đối với mô hình tuyến tính, việc giải các phơng trình vi phân này có thể tiến hành theo nhiều cách khác nhau tuỳ thuộc vào từng phơng pháp giải. b) Phơng pháp số Do đặc tính phi tuyến của cơ cấu khoá vi sai tự động bằng thuỷ lực nên phơng trình vi phân biểu diễn động lực học của hộp vi sai dới tác động của hệ số bám không đều và luôn thay đổi ở các bánh xe chủ động, đây là phơng trình vi phân phi tuyến chỉ có lời giải theo phơng pháp gần đúng. Một phơng pháp giải đợc sử dụng phổ biến là phơng pháp số. u điểm của phơng pháp này là có thể dùng cho nhiều lớp bài toán khác nhau với các điều kiện sử dụng khác nhau. Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử, việc giải các bài toán dới dạng hệ phơng trình vi phân phi tuyến theo phơng pháp số ngày càng đợc sử dụng rộng rãi. Các kết quả xử lý trên máy tính có độ chính xác và độ tin cậy cao. Tuy nhiên kết quả tính toán phụ thuộc hoàn toàn vào việc xây dựng các thuật toán và lập trình giải bài toán trên máy tính. Trong luận văn, khi nghiên cứu cải tiến khoá vi sai của máy kéo bánh khi làm việc trên đồi dốc ngang đã sử dụng phơng pháp số để giải gần đúng phơng trình vi phân phi tuyến. Một phơng pháp số đợc sử dụng phổ biến để giải gần đúng các phơng trình phi tuyến là phơng pháp Runghe- Kutta. Nội dung chính của phơng pháp này là: Giải phơng trình vi phân bậc nhất: 6 )y,t(f'y = ; với 0 y) 0 t(y = ; (1.1) Khi cho số gia thời gian t và t k = t 0 + k t; (k = 0, 1, 2, ., n), thì các giá trị của hàm số y k+1 ở thời điểm t k+1 đợc xác định theo y k ở thời điểm t k nh sau: += + k y 1k y ) 43 2 2 2 1 ( 6 1 yyyy +++ (1.2) Trong đó: ; ) k y, k t(f.t 1 y = ) 2 1 y k y; 2 t k t(f.t 2 y + += ; ) 2 2 y k y; 2 t k t(f.t 3 y + += ; (1.3) ) 2 3 y k y; 2 t k t(f.t 4 y + += ; Trờng hợp một phơng trình vi phân bậc cao: y (n) = f(t, y, y', ., y (n-1) ); (1.4) với y(t 0 ) = y 0 ; y(t 0 ) (i) = y 0 (i) ; (i = 1,2, .,n-1); Bằng cách đặt các hàm trung gian, ta sẽ đa phơng trình vi phân bậc cao thành hệ n phơng trình vi phân bậc nhất có dạng: 1 yy = ; 0 y) 0 t(y = ; 2 yy 1 y = = ; =) 0 t( 1 y 0 y ; - - - - - - - - - - - - - - 1n y )1n( y 2n y = = ; )2n( 0 y) 0 t( 2n y = ; n y n y 1n 'y == ; )1n( 0 y) 0 t( 1n y = ; 7 Nh vậy thay việc giải phơng trình vi phân bậc n bằng việc giải hệ các phơng trình vi phân bậc nhất. Trờng hợp hệ gồm m phơng trình vi phân bậc n, khi đó chuyển thành hệ m ì n phơng trình vi phân bậc nhất với các điều kiện đầu tơng ứng. 1.2.2. Đối tợng nghiên cứu Trên cơ sở thực tế sản xuất hiện nay, máy kéo MTZ-50 trang bị khá phổ biến ở Việt Nam. Chúng ta có nhà máy cơ khí Sông Công đang chế tạo thử loại máy kéo này theo giấy phép của nhà máy Minckher. Mặt khác máy kéo đặc chủng dùng cho lâm nghiệp và vùng đồi dốc là các nhà máy của ta cha sản xuất đợc, việc nhập các loại máy này rất đắt tiền. Để có cơ sở khoa học cho việc cho việc sử dụng máy kéo MTZ-50 trong vùng đồi dốc và trong lâm nghiệp, chúng tôi chọn máy kéo MTZ-50 làm đối tợng nghiên cứu. Máy kéo MTZ-50 là máy kéo vạn năng loại 1,4 tấn 4 bánh, có cầu sau chủ động do nhà máy cơ khí Minckher- Bêlarút chế tạo. Máy kéo MTZ-50 chỉ có trang bị cơ cấu khóa vi sai kiểu cơ học nên không thể tự động đóng ngắt vi sai khi mô men cản giữa các bánh xe chủ động khác nhau. Các thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ-50 đợc trình bày ở bảng 1.2 1.2.3. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài a) Mục đích cần đạt đợc của đề tài - Phân tích đợc một số chỉ tiêu kỹ thuật gây ảnh hởng đến tính năng làm việc của máy kéo; - Xây dựng đợc mô hình nghiên cứu động lực học của bộ vi sai; - Xác định đợc mô men khoá vi sai; - Tính toán và thiết kế đợc cơ cấu khoá vi sai tự động trên máy kéo MTZ-50; 8 - Xác định đợc các thông số ban đầu của bộ vi sai cải tiến để làm việc có hiệu quả trên đồi dốc ngang; - Mô phỏng đợc sự làm việc của bộ vi sai cải tiến khi máy kéo chạy thẳng, khi máy kéo làm việc trên dốc ngang. b) Nhiệm vụ của đề tài - Nghiên cứu đặc điểm chế tạo khoá vi sai máy kéo MTZ-50, các nhợc điểm của nó khi làm việc trên dốc ngang. Từ đó đa ra các phơng án cải tiến để bảo đảm cho máy kéo MTZ-50 làm việc có hiệu quả trên đất dốc ngang. - Nghiên cứu xây dựng mô hình động lực học của bộ vi sai cải tiến trên máy kéo MTZ-50 khi làm việc trên dốc ngang. Đồng thời mô hình trên đợc nghiên cứu kết hợp các phơng án thay đổi tốc độ ở các số truyền và góc nghiêng ngang khác nhau. Từ mô hình đó tính toán các thông số động lực học của bộ vi sai cải tiến. Xác định đợc tốc độ an toàn cho máy kéo trong quá trình làm việc trên dốc ngang khi lực bám giữa hai bánh xe chủ động khác nhau. Bảng 1.1: Các tính chất của bề mặt ma sát Hệ số ma sát à Nguyên liệu của các bề mặt ma sát Khô Trong dầu áp suất cho phép (KN/m 2 ) Thép với gang Thép với thép Thép với phêrađô Gang với phêrađô Thép hoặc gang với kim loại sứ 0,15 ữ 0,18 0,15 ữ 0,20 0,25 ữ 0,35 0,2 0,40 ữ 0,55 0,03 ữ 0,07 0,07 ữ 0,15 0,09 ữ 0,12 150 ữ 300 250 ữ 400 100 ữ 250 100 ữ 250 400 ữ 600 9 Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ-50 Các thông số kỹ thuật Đơn vị Độ lớn Động cơ Loại động cơ Công suất danh nghĩa Tốc độ quay danh nghĩa Mô men xoắn cực đại Kw v/p Kgm D-50 37,2 1700 26 (260) Lực kéo móc Kg 1400 Kích thớc biên của máy kéo Dài Rộng Cao mm mm mm 3815 1970 2485 Chiều dài cơ sở mm 2360 Vết bánh xe máy kéo Giữa hai bánh trớc Giữa hai bánh sau mm mm 1200-1800 1350-1800 Trọng lợng máy kéo Kg 3350 Phân bố tải trọng lên các cầu Cầu trớc Cầu sau Kg Kg 1340 2010 Toạ độ trọng tâm Toạ độ dọc so với cầu sau Chiều cao trọng tâm mm mm 735 783 Bán kính bánh xe chủ động mm 730 áp suất dầu trong bộ trợ lực lái thuỷ lực hạn chế bởi van an toàn Bánh răng hành tinh Khối lợng (M ht ) Bán kính (r ht ) Mô men quán tính (J ht ) MPa Kg m Kgm 2 0,68- 0,71 2 0,05 0,02 10 . khoá vi sai máy kéo MTZ- 50, các nhợc điểm của nó khi làm vi c trên dốc ngang. Từ đó đa ra các phơng án cải tiến để bảo đảm cho máy kéo MTZ- 50 làm vi c có hiệu. cơ cấu khoá vi sai tự động trên máy kéo MTZ- 50; 8 - Xác định đợc các thông số ban đầu của bộ vi sai cải tiến để làm vi c có hiệu quả trên đồi dốc ngang;