Nghiên cứu ứng dụng bộ truyền động đai vô cấp cho hệ thống truyền lực máy kéo nhỏ

Luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - NGUYỄN HÀ LINH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ TRUYỀN ðỘNG ðAI VÔ CẤP CHO HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC MÁY KÉO NHỎ LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật máy thiết bị giới hóa Nơng – Lâm nghiệp : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: TS BÙI VIỆT ðỨC HÀ NỘI, 2011 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết trình bày luận văn trung thực chưa ñược cơng bố cơng trình khác Tơi xin cam ñoan giúp ñỡ cho việc thực luận văn ñã ñược cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Người cam đoan Nguyễn Hà Linh Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ cảm ơn sâu sắc ñến người hướng dẫn khoa học TS Bùi Việt ðức, tận tình hướng dẫn đóng góp nhiều ý kiến khoa học trình nghiên cứu xây dựng luận văn Tôi xin cảm ơn tập thể thầy, cô giáo mơn ðộng lực – khoa Cơ điện, khoa sau ðại học, Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội, giúp ñỡ tạo ñiều kiện thuận lợi hoàn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên Trường Cao ðẳng Nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc tạo ñiều kiện cho tơi suốt q trình cơng tác học tập Cuối tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè ñồng nghiệp người thân ñã ñộng viên, giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu Mặc dù cố gắng khó khăn tài liệu, thời gian nghiên cứu khả hạn chế thân luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả luận văn Nguyễn Hà Linh Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng vi MỞ ðẦU 1 ðặt vấn ñề: Mục đích nghiên cứu đề tài: Nhiệm vụ ñề tài: Chương I NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Khái quát chung: 1.2 Lịch sử phát triển truyền động vơ cấp: 1.3 Các dạng truyền động vơ cấp dùng máy kéo loại nhỏ: 1.3.1 Hộp số vô cấp loại cơ: 1.3.2 Hộp số vô cấp dạng thủy lực: 14 1.3.3 Hộp số dùng truyền ñộng ñiện (Tðð): 16 1.4 So sánh loại hộp số vô cấp (CVT) 16 1.5 Lựa chọn hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo: 18 CHƯƠNG II LỰA CHỌN KẾT CẤU, TÍNH TỐN THÔNG SỐ HỆ THỒNG TRUYỀN LỰC MÁY KÉO NHỎ 20 2.1 Kết cấu tổng thể 20 2.2 ðộng cơ: 20 2.3 Hệ thống truyền lực: 21 2.3.1 ðặc ñiểm kết cấu truyền động đai vơ cấp rộng: 21 2.3.2 ðặc ñiểm kết cấu ly hợp cho máy kéo nhỏ: 25 2.3.3 Phân tích, lựa chọn kết cấu hộp số cho máy kéo nhỏ: 29 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iii CHƯƠNG III TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ ðỘNG HỌC CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC DÙNG HỘP SỐ VÔ CẤP TRÊN 3.1 MÁY KÉO NHỎ 33 Tính tốn thơng số động học ly hợp máy kéo nhỏ 33 3.1.1 Mômen ma sát yêu cầu ly hợp: 33 3.1.2 Xác ñịnh thơng số đĩa ma sát: 34 3.1.3 Xác định thơng số lị xo ép: 38 3.1.4 Cơng trượt sinh q trình đóng ly hợp: 43 3.1.5 Tính tốn nhiệt độ ly hợp: 50 3.2 3.2.1 Tính tốn thơng số ñộng học truyền ñai rộng vô cấp máy kéo 51 Xác ñịnh loại ñai ñường kính lớn truyền đai vơ cấp: 52 3.2.2 Xác định đường kính nhỏ bánh ñai khoảng ñiều chỉnh 53 3.2.3 Xác ñịnh khoảng cách trục e truyền ñai: 54 3.2.4 Kiệm nghiệm góc ơm β: 55 3.2.5 Tính lực căng ban ñầu ñai lực tác dụng lên trục: 55 3.3 56 Tính tốn cấu điều kiển truyền đai vơ cấp: 3.3.1 Tính tốn cấu ép bánh đai chủ động: 56 3.3.2 Tính tốn lị xo ép bánh đai bị động: 59 3.4 63 Tính tốn thơng số ñộng học cho hộp số cầu chủ ñộng 3.4.1 Xác định khoảng cách trục 65 3.4.2 Kích thước chiều trục hộp số 65 3.4.3 Tính tốn số bánh hộp số 66 3.4.4 Bán kính vịng chia mơmen qn tính bánh hộp số 72 3.4.5 Mơmen qn tính trục hộp số 73 3.4.6 Tính tốn thơng số động học truyền lực 74 3.4.7 Tính tốn thơng số động học vi sai 77 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iv 3.4.8 Tính tốn cho bán trục máy kéo bánh nơng nghiệp 82 3.4.9 Tính tốn thơng số động học truyền lực cuối 85 CHƯƠNG IV KHẢO SÁT HỆ THỐNG TRUYỀN ðỘNG MÁY KÉO NHỎ 88 4.1 Giới thiệu phần mền Matlab – Simulink 88 4.2 ðộng 90 4.3 Truyền động đai vơ cấp 91 4.4 Ly hợp 92 4.5 Hộp số, cầu sau 93 4.6 Xây dựng mơ hình mơ máy kéo: 94 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 5.1 Kết luận 99 5.2 Kiến nghị 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… v DANH MỤC BẢNG Bảng ðánh giá loại truyền ñộng 17 Bảng So sánh loại truyền động bao vịng vơ cấp 17 Bảng 2.2 Kết tính tốn bán kính vịng chia đường kính trục lắp bánh tương ứng 72 Bảng 2-3 Kết tính tốn mơmen qn tính khối lượng bánh Bảng 4-1 Các thơng số tính tốn mơ hình mơ Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 73 96 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hình ảnh hộp số vô cấp Mercedes – Benz .1 Hình 1.2: CVT kiểu vành đai ma sát Hình 1.3: CVT kiểu hình xuyến Hình 1.4: Mẫu xe DAF 600 .4 Hình 1.5: Các xe snowmobile Hình 1.6: Dịng xe ATVs (All - terrain vehicle) .5 Hình 1.7: Dòng xe Justy subaru Hình 1.8: Hình ảnh sơ ñồ phân loại truyền ñộng vô cấp Hình 1.9: Hình ảnh cấu tạo hộp số vơ cấp kiểu puly đai dây đai truyền (VDP) Hình 1.10: Hình ảnh chế độ làm việc hộp số vơ cấp loại đai rộng (VDP) 10 Hình 1.11: Hình ảnh cấu tạo hộp số vơ cấp loại lăn(TCVT) 11 Hình 1.12: Hình ảnh chế độ làm việc hộp số vơ cấp kiểu lăn 11 Hình 1.13: Sơ ñồ cấu tạo hộp số vô cấp kiểu IVT 12 Hình 1.14: Hình ảnh cấu tạo hộp số vơ cấp kiểu lăn tỏa trịn 13 Hình 1.15: Sơ đồ cấu tạo hộp số vô cấp loại thủy tĩnh 14 Hình 1.16: Sơ đồ cấu tạo hộp số dùng truyền động thủy lực 15 Hình 1.17: Sơ ñồ cấu tạo hệ thống Hybrid 16 Hình 1.18: Sơ đồ truyền lực máy kéo Viện máy kéo nông nghiệp TU.Muenchen 18 Hình 2.1: Sơ đồ bố trí phận hệ thống truyền lực dùng hộp số vơ cấp kiểu đai ộng 21 Hình 2.2: Ngun lý thay đổi tỷ số truyền vơ cấp 22 Hình 2.3: Cấu tạo bánh ñai chủ ñộng 23 Hình 2.4: Cấu tạo bánh đai bị ñộng .23 Hình 2.5: Cấu tạo dây đai cao su 24 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vii Hình 2.6: Hình ảnh cấu tạo ly hợp ma sát dùng lực ép lò xo màng 27 Hình 2.7: Nguyên lý cấu tạo làm việc ly hợp ma sát khô đĩa .28 Hình 3.1: Các kích thước đĩa ma sát .34 Hình 3.2 : Lò xo ép ly hợp 38 Hình 3.3: Các kích thước lò xo .40 Hình 3.4: Mơ hình tính tốn cơng trượt ly hợp .45 Hình 3.5: Mơ hình tính tốn cơng trượt máy nơng nghiệp tự hành (khi đóng êm dịu) .48 Hình 3.6: Kết cấu truyền đai vơ cấp RD b .52 Hình 3.7: Sơ đồ ngun lý hoạt ñộng truyền ñai vô cấp 53 Hình 3.8: Các lực tác dụng lên nửa bánh đai di ñộng bánh ñai chủ ñộng .56 Hình 3.9: Xylanh tác động kép có cần piston phía 58 Hình 3.10: Các lực tác dụng lên nửa bánh ñai di ñộng bánh ñai bị ñộng 59 Hình 3.11: Các kích thước tải trọng tác dụng lên lò xo chịu nén .61 Hình 3.12 Sơ đồ lực tác dụng bán trục giảm tải .82 Hình 4.1 Các khối chức Simulink 89 Hình 4.2: Sơ đồ hệ thống truyền lực mà ñề tài ñang xây dựng .90 Hình 4.3: ðồ thị mơ đặc tính động 91 Hình 4.4: Sơ ñồ hoạt ñộng ly hợp 92 Hình 4.5: Hình mơ máy kéo Matlap – Simulink 95 Hình 4.6: : Khảo sát thay ñổi tốc ñộ ñộng bánh ñai bị ñộng thay ñổi tỷ số truyền giảm tăng liên tục 97 Hình 4.7: Khảo sát thay đổi tốc ñộ ñộng bánh ñai bị ñộng thay ñổi tỷ số truyền tăng giảm liên tục 97 Hình 4.8: Khảo sát thay ñổi tốc ñộ ñộng bánh ñai bị ñộng thay ñổi tỷ số truyền tăng giảm liên tục thời gian dài 98 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… viii MỞ ðẦU ðặt vấn ñề: Máy kéo sản xuất lắp ráp Việt Nam ñều sử dụng hộp số khí có cấp hệ thống truyền lực để thay đổi mơmen, tốc độ quay từ động đến phận di ñộng Hệ thống truyền lực ñã trở thành lạc hậu, bộc lộ nhiều hạn chế trước yêu cầu ña dạng, phức tạp công việc sản xuất nông nghiệp Công nghệ chế tạo máy kéo Việt nam sản xuất loại máy kéo cơng suất vừa nhỏ (dưới 30KW) Kết cấu máy kéo, ñặc biệt hệ thống truyền lực dựa thiết kế mẫu máy từ năm 70 kỷ trước, có nhiều hạn chế nặng nề, linh hoạt, tính vạn khơng cao, hiệu suất thấp,…vv, ảnh hưởng khơng tốt ñến suất, chất lượng công việc, sức khỏe người ñiều khiển Nghiên cứu ứng dụng hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo, phù hợp với ñiều kiện sản xuất chế tạo sử dụng Việt Nam cần thiết Vì việc phát triển hệ thống truyền động vơ cấp máy kéo loại nhỏ phù hợp Truyền động vơ cấp máy nơng nghiệp tự hành máy kéo phát triển giới từ vài thập kỷ gần ñây ðối với máy kéo lớn, hệ thống truyền ñộng vô cấp ưu tiên sử dụng hộp số phân nhánh cơng suất thủy tĩnh Truyền động thủy tĩnh u cầu chi phí đầu tư lớn giá thành thành phần cấu trúc thủy lực cao Do nguyên nhân chi phí chế tạo, trọng lượng hiệu suất nên việc sử dụng hộp số thủy tĩnh máy kéo công suất nhỏ không phù hợp Trên loại máy kéo nhỏ ñã ñang ñược ưu tiên phát triển nước ta, truyền ñộng ñai vô cấp ñược ñánh giá phù hợp Truyền động đai vơ cấp có hiệu suất truyền hợp lý, yêu cầu lực ép nhỏ, hệ thống ñiều khiển khơng q phức tạp Do kết cấu đơn giản dẫn đến chi phí chế tạo thấp, an tồn Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ... hành nhỏ Trong lĩnh vực kỹ thuật máy kéo có kết nghiên cứu bước đầu hệ thống truyền động đai vơ cấp lắp máy kéo nhỏ sản xuất Việt nam Hệ thống truyền lực thiết kế cho máy kéo nhỏ hệ thống vô cấp. .. khiển Nghiên cứu ứng dụng hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo, phù hợp với ñiều kiện sản xuất chế tạo sử dụng Việt Nam cần thiết Vì việc phát triển hệ thống truyền động vơ cấp máy kéo loại nhỏ. .. dựng mơ hình mơ hệ thống truyền lực ứng dụng truyền động đai rộng vơ cấp cho máy kéo công suất vừa nhỏ, nhằm thiết lập hệ thống sở liệu phuc vụ cho việc nghiên cứu thiết kế chế tạo máy tự hành vạn