Máy kéo là nguồn động lực có khả năng di chuyển và làm việc hiệu quả trong các điều kiện đất dốc, đất nền yếu của sản xuất nông – lâm nghiệp. Ngoài ra máy kéo còn có thể kết nối và truyền động cho nhiều loại máy công tác để thực hiện các công việc khác nhau. Sản xuất Lâm nghiệp với các đặc điểm địa hình, đất đai đặc thù: phân bố rộng, không đồng đều về kích thước, độ dốc lớn, mặt nền không bằng phẳng, tính chất đất không đồng nhất, có nhiều đá lẫn, gốc cây... làm cho LHM canh tác kém ổn định khi làm việc dẫn đến hiệu quả sử dụng thấp. Để nâng cao hiệu quả sử dụng, ngoài các yêu cầu chung của máy đông lực, máy kéo được lựa chọn làm việc trong lâm nghiệp cần thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau [1]: + Độ ổn định tĩnh và động cao, làm việc an toàn trên đất dốc; + Tính chất kéo - bám tốt, tính cơ động cao, khả năng vượt chướng ngại vật tốt, bán kính quay vòng nhỏ, điều khiển linh hoạt, dễ sử dụng, điều kiện làm việc của người lái máy thuận lợi; + Cơ cấu phanh bảo đảm cho các bộ phận làm việc của liên hợp máy có thể dừng, đỗ mà không phụ thuộc vào độ dốc; + Máy kéo phải có tính vạn năng, có thể kết nối và truyền động cho các loại máy công tác để thực hiện hiệu quả cho nhiều khâu công việc ở điều kiện đồi núi. Để đáp ứng các yêu cầu làm việc đặc thù của sản xuất Lâm nghiệp, trên thế giới đã sản xuất chế tạo nhiều loại máy kéo theo hướng chuyên dụng sử dụng trong lâm nghiệp khá đa dạng, phong phú, hiện đại có công suất lớn như: Fiat, Komatsu, Bofort, Volvo, Caterpilar, TZ- 171, T-130 liên hợp với thiết bị chuyên dụng: Ben ủi, răng rà rễ, Rulô có gắn lưỡi cắt (Chopper roller)... để xử lý thực bì; cày ngầm, cày lật, phay đất, khoan hố... để làm đất trồng rừng. Bên cạnh đó, các máy kéo có công suất trung bình và nhỏ như: Kubota, Shibaura, Huyndai, John Deere, Indo Farm... cũng được sử dụng cho các công việc chăm sóc, bón phân, thu hoạch phù hợp với điều kiện sản xuất của mỗi nước. Trên cơ sở các phân tích tổng hợp về hiện trạng cơ giới hóa, yêu cầu và điều kiện làm việc đặc thù, nhu cầu và khả năng sử dụng máy, thiết bị của sản xuất lâm nghiệp, có thể sơ bộ lựa chọn mẫu máy kéo để thực hiện công việc nghiên cứu cải tiến theo hướng nâng cao tính ổn định, an toàn và làm việc hiệu quả trên đất dốc. Máy kéo nguyên bản cần có kết cấu, tính năng và thông số kỹ thuật sau:
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Máy kéo nguồn động lực có khả di chuyển làm việc hiệu điều kiện đất dốc, đất yếu sản xuất nơng – lâm nghiệp Ngồi máy kéo cịn kết nối truyền động cho nhiều loại máy công tác để thực công việc khác Sản xuất Lâm nghiệp với đặc điểm địa hình, đất đai đặc thù: phân bố rộng, khơng đồng kích thước, độ dốc lớn, mặt khơng phẳng, tính chất đất khơng đồng nhất, có nhiều đá lẫn, gốc làm cho LHM canh tác ổn định làm việc dẫn đến hiệu sử dụng thấp Để nâng cao hiệu sử dụng, yêu cầu chung máy đông lực, máy kéo lựa chọn làm việc lâm nghiệp cần thoả mãn yêu cầu sau [1]: + Độ ổn định tĩnh động cao, làm việc an tồn đất dốc; + Tính chất kéo - bám tốt, tính động cao, khả vượt chướng ngại vật tốt, bán kính quay vịng nhỏ, điều khiển linh hoạt, dễ sử dụng, điều kiện làm việc người lái máy thuận lợi; + Cơ cấu phanh bảo đảm cho phận làm việc liên hợp máy dừng, đỗ mà khơng phụ thuộc vào độ dốc; + Máy kéo phải có tính vạn năng, kết nối truyền động cho loại máy công tác để thực hiệu cho nhiều khâu công việc điều kiện đồi núi Để đáp ứng yêu cầu làm việc đặc thù sản xuất Lâm nghiệp, giới sản xuất chế tạo nhiều loại máy kéo theo hướng chuyên dụng sử dụng lâm nghiệp đa dạng, phong phú, đại có cơng suất lớn như: Fiat, Komatsu, Bofort, Volvo, Caterpilar, TZ- 171, T-130 liên hợp với thiết bị chun dụng: Ben ủi, rà rễ, Rulơ có gắn lưỡi cắt (Chopper roller) để xử lý thực bì; cày ngầm, cày lật, phay đất, khoan hố để làm đất trồng rừng Bên cạnh đó, máy kéo có cơng suất trung bình nhỏ như: Kubota, Shibaura, Huyndai, John Deere, Indo Farm sử dụng cho cơng việc chăm sóc, bón phân, thu hoạch phù hợp với điều kiện sản xuất nước Trên sở phân tích tổng hợp trạng giới hóa, yêu cầu điều kiện làm việc đặc thù, nhu cầu khả sử dụng máy, thiết bị sản xuất lâm nghiệp, sơ lựa chọn mẫu máy kéo để thực công việc nghiên cứu cải tiến theo hướng nâng cao tính ổn định, an tồn làm việc hiệu đất dốc Máy kéo nguyên cần có kết cấu, tính thơng số kỹ thuật sau: Công suất động từ 50 – 60 Hp, hai cầu chủ động, có cabin Có tối thiểu 01 điểm trích cơng suất khí, 02 điểm trích cơng suất thủy lực Hệ thống truyền lực có phận đảo chiều chuyển động (tiến lùi) Có khả kết nối truyền động cho máy công tác phía sau, trước bên cạnh máy Có khả cải tiến cấu điều khiển hệ thống di động theo hướng linh hoạt, an toàn hiệu Một mẫu máy đáp ứng yêu cầu lựa chọn máy kéo Yanmar F535D Nhật Bản Theo định hướng nghiên cứu cải tiến nâng cao tính ổn định, an tồn hiệu làm việc máy kéo đất dốc, để tài tập trung vào vấn đề: “Thiết kế chế tạo cấu điều khiển dẫn động phanh chuyển đổi cho máy kéo sử dụng sản xuất Lâm nghiệp” Trong thời gian giao đề tài, với hướng dẫn, giúp đỡ tận tình, cụ thể Thầy giáo TS Bùi Việt Đức thầy giáo Viện phát triển cơng nghệ điện, em hồn thành đồ án Mặc dù thân có cố gắng quan tâm giúp đỡ thầy giáo kiến thức, kinh nghiệm thời gian hạn chế nên đồ án em tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo, phê bình thầy mơn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Bùi Việt Đức thầy giáo Viện phát triển công nghệ điện, Học viện nông nghiệp Việt Nam giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt đồ án Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Lê Đắc Tùng CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN MÁY KÉO 1.1 Công dụng, yêu cầu phân loại 1.1.1 Công dụng - Hệ thống phanh máy kéo có cơng dụng giảm vận tốc xe tới tốc độ 1.1.2 a - dừng hẳn; Giữ xe lâu dài đường, đặc biệt đường dốc; Trên máy kéo số xe chuyên dụng hệ thống phanh kết hợp với hệ thống lái dùng để quay vòng xe; Ngày hệ thống phanh cịn bố trí thêm thiết bị nâng cao hiệu phanh Phân loại Theo công dụng Hệ thống phanh (Phanh chân); Hệ thống phanh dừng (Phanh tay); Hệ thống phanh dự phòng; Hệ thống phanh chậm dần (phanh động cơ, thủy lực điện từ) b Theo kết cấu cấu phanh - Hệ thống phanh với cấu phanh guốc; - Hệ thống phanh với cấu phanh đĩa; - Hệ thống phanh với cấu phanh dải c Theo dẫn động phanh - Hệ thống phanh dẫn động khí; - Hệ thống phanh dẫn động thủy lực; - Hệ thống phanh dẫn động khí nén; - Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén - thủy lực; - Hệ thống phanh dẫn động có cường hóa; - Hệ thống phanh dẫn động điện từ 1.1.3 Yêu cầu Hệ thống phanh cần bảo đảm yêu cầu sau: - Có hiệu phanh cao nghĩa đảm bảo quãng đường phanh ngắn phanh đột ngột trường hợp nguy hiểm; Phanh êm dịu trường hợp để đảm bảo ổn định máy kéo phanh; Dẫn động phanh có độ nhạy cao, chậm tác dụng nhỏ; Phân bố mômen phanh bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám phanh với cường độ nào; Khơng có tượng tự siết phanh ơtơ chuyển động tịnh tiến quay vịng; Cơ cấu phanh nhiệt tốt; Có hệ số ma sát má phanh trống phanh (đĩa phanh) cao, ổn định điều kiện sử dụng; Giữ tỷ lệ thuận lực bàn đạp đòn điều khiển với lực phanh bánh xe; Có khả phanh máy kéo dừng thời gian dài; Dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng sữa chữa Hệ thống phanh máy kéo Hệ thống phanh máy kéo gồm có phanh (phanh bánh xe hay cịn gọi phanh chân) phanh phụ (phanh truyền lực hay gọi phanh tay) Sở dĩ phải làm phanh phanh phụ để đảm bảo an tồn tơ chuyển động Phanh phanh phụ có cấu phanh truyền động hồn tồn riêng rẽ cá thể có chung cấu phanh ( đặt bánh xe) truyền động phanh hoàn toàn riêng rẽ Truyền động phanh phanh phụ thường dùng loại 1.2 Phanh thường dùng truyền động loại thủy – gọi phanh dầu truyền động loại khí – gọi phanh khí 1.2.1 Kết cấu, nguyên lí hoạt động, tính hệ thống phanh máy kéo 1.2.1.1 1.2.1.1.1 Hệ thống phanh dầu Kết cấu hệ thống phanh dầu Ở phanh dầu lực tác dụng từ bàn đạp đến cấu phanh qua chất lỏng (chất lỏng coi không đàn hồi ép) đường ống Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống phanh dầu máy kéo Sơ đồ hệ thống phanh dầu (hình 1-1) gồm có phần chính: truyền động phanh cấu phanh - Truyền động phanh bố trí khung xe gồm có: Bàn đạp (1), xilanh có bầu chứa dầu (2) để tạo áp suất cao, ống dẫn dầu (3) đến cấu phanh - Cơ cấu phanh đặt bánh xe gồm có: Xilanh làm việc (4), má phanh (5), lị xo kéo (6), trống phanh (7) 1.2.1.1.2 Ngun lí hoạt động Nguyên lí làm việc hệ thống phanh dầu sau: Khi người lái tác dụng vào bàn đạp (1) qua hệ thống đòn đẩy pitton nằm xilanh (2), dầu bị ép sinh áp suất cao xilanh (2) đường ống dẫn (3) Chất lỏng với áp suất cao tác dụng lên bề mặt hai pitton xilanh (4) Hai pitton thắng lực lò xo (6) đẩy hai má phanh (5) ép sát vào trống phanh (7) tiến hành phanh máy kéo trống phanh (7) gắn liền với moay bánh xe Khi nhả bàn đạp nghĩa lúc ngừng phanh, lò xo (6) kéo hai má phanh (5) vị trí ban đầu, tác dụng lị xo (6) pitton xilanh làm việc (4) ép dầu trở lại xilanh (2) 1.2.1.1.3 Tính Đặc điềm quan trọng hệ thống phanh dầu bánh xe phanh lúc áp suất đường ống dầu tăng lên tất má phanh ép sát bào trống phanh khơng phụ thuộc vào đường kính xi lanh làm việc khe hở trống phanh má phanh Hệ thống phanh dầu có ưu điểm sau: - Phanh đồng thời bánh xe với phân bố lực phanh bánh xe má phanh theo yêu cầu Hiệu suất cao Độ nhạy tốt, kết cấu đơn giản Có thể dụng nhiều loại máy kéo ô tô khác mà cần thay đổi cấu phanh Hệ thống phanh dầu có khuyết điểm sau: - Khi có chỗ hư hỏng tồn hệ thống phanh khơng làm việc - Hiệu suất truyền động giảm nhiệt độ thấp 1.2.2 Hệ thống phanh khí - 1.2.2.1.1 Kết cấu hệ thống phanh khí Phanh khí sử dụng lượng khí nén để tiến hành phanh, người lái không cần nhiều lực để điều khiển phanh mà cần thắng lò xo van phân phối để điều khiển việc cung cấp khí nén làm khí phận làm việc Nhờ mà phanh khí điều khiển nhẹ nhàng Hình 1-2: Sơ đồ hệ thống phanh khí máy kéo Sơ đồ hệ thống phanh khí (hình 1-2) gồm có phần chính: truyền động phanh cấu phanh Truyền động phanh bố trí khung xe gồm có: Máy nén khí (1), bình lắng nước dầu (2), bình chứa khí nén (3), áp kế (8), bàn đạp (7), van phân phối (4), bầu phanh (5,6) - Cơ cấu phanh đặt bánh xe gồm có: cam phanh (9), má phanh (10), trống phanh (11) 1.2.2.1.2 Nguyên lí hoạt động - Nguyên lí làm việc hệ thống phanh khí theo sơ đồ (hình 1-2) sau: Máy nén khí (1) dẫn động bơm khí qua bình lắng nước dầu (2) đến bình chứa khí nén (3) Áp suất khí nén bình xác định theo áp kế (8) đặt buồng lái Khi cần phanh người lái tác dụng vào bàn đạp (7), bàn đạp dẫn động đòn van phân phối 4, lúc khí nén từ bình chứa (3) qua van phân phối (4) đến bầu phanh (5) (6) Màng bầu phanh bị ép dẫn động cam phanh (9) quay, má phanh (10) ép vào trống phanh (11) để tiến hành q trình phanh 1.2.2.1.3 Tính Ưu điểm hệ thống phanh khí: - Có khả khí hóa q trình điều khiển máy kéo sử dụng khơng khí nén cho phận làm việc hệ thống treo loại khí Khuyết điểm hệ thống phanh khí: Số lượng cụm nhiều, kích thước chúng lớn giá thành cao, độ nhạy ít, nghĩa thời gian hệ thống phanh bắt đầu làm việc kể từ người lái bắt đầu tác dụng lớn 1.2.3 Hệ thống phanh thủy khí 1.2.3.1.1 Kết cấu hệ thống phanh thủy khí - Hình 1-3: Sơ đồ hệ thống phanh thủy khí Trên (hình 1-3) trình bày sơ đồ phanh thủy khí Hệ thoonhs phanh thủy khí bao gồm: Máy nén khí (1) dẫn động động máy kéo, bình lọc (2), bình chứa khí nén (3), xilanh lực, van xilanh phanh (4) (ba phận kết hợp làm cụm), ống dẫn dầu 5, xilanh làm việc (6), má phanh (7), trống phanh (8), bàn đạp điều khiển (9) 1.2.3.1.2 Nguyên lí hoạt động Nguyên lí hoạt động hệ thống phanh thủy khí sau: Máy nén khí (1) qua bình lọc (2) cung cấp khí nén đến bình chứa (3) Khi tác dụng lên bàn đạp (9) van mở để khí nén từ bình (3) đến xilanh lực sinh lực ép pitton xilanh (4), dầu áp lực cao truyền qua ống dẫn (5) đến xilanh (6) dẫn động đến má phanh (7) tiến hành q trình phanh Tính Hệ thống phanh thủy khí phối hợp ưu điểm phanh khí phanh dầu, cụ thể lực tác dụng lên bàn đạp bé, độ nhạy cao, hiệu suất lớn sử dụng cấu phanh nhiều loại khác 1.2.3.1.3 Phanh thủy khí sử dụng chưa rộng rãi phần truyền động thủy lực có nhược điểm: nhiệt độ thấp hiệu suất giảm, chăm sóc kĩ thuật phức tạp kiểm tra mức dầu khơng khí khỏi truyền động 1.2.4 Các cấu dẫn động phanh thông dụng 1.2.4.1 Cơ cấu dẫn động khí a Sơ đồ cấu tạo Hình 1-4: Sơ đồ dẫn động phanh khí Sơ đồ cấu tạo cấu dẫn động khí gồm có: Tay phanh (1), dẫn (2), lăn (3,5), dây cáp (4), mút dẫn trung gian (6), trục (7), dây cáp (8,10), cân (9) b Đặc điểm - Chủ yếu dùng cho phanh tay c Nguyên lí hoạt động Thanh dẫn với phanh tay (1) vùng bảng điều khiển Thanh dẫn (2) nối liền với dây cáp Các lăn (3) (5) dẫn hướng cho dây cáp Dây cáp (4) bắt vào mút dẫn trung gian (6), trục (7) lắp dẫn nối với cân (9) Thanh dẫn (6) lắp với lề giá đỡ, cân (9) phân bố lực phanh truyền qua dây cáp (8) (10) tới cấu phanh bánh xe trái phải phía sau Địn dây cáp nối với địn bẩy ép, tác động lên guốc phanh thơng qua đỡ, đòn bẩy ép lắc trục lệch tâm (12) Khi kéo phanh (1), dây cáp tác động lên đòn bẩy hãm bánh xe lại, thực q trình phanh Khi nhả phanh, địn bẩy ép trở vị trí ban đầu tác động lị xo hồi vị, kết thúc trình phanh 1.2.4.2 Cơ cấu dẫn động thủy lực a Sơ đồ cấu tạo Hình 1-5: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực 10 Y: 0.0000 Momen quán tính tiết diện: X: 2630,2845 Y: 2721,8499 Mơ men qn tính tiết diện: XY: -2605,4057 Bán kính quán tính: X: 10,2276 Y: 10,4041 Kiểm tra lại cơng thức tính bán kính qn tính: Xác định Momen kháng uốn Wx, Wy theo Momen qn tính Jx, Jy Cơng thức: Trong đó: xmax, ymax: khoảng cách từ điểm xa theo phương X, Y so với trọng tâm tiết diện Với tiết diện ta có: xmax = 49,92 mm, ymax = 111,5 mm Thay số vào công thức ta Điều kiện cân tĩnh học cho dầm: Xác định phản lực liên kết VA = Q = 890,56 N 40 Thanh chịu lực phức tạp, Xác định Momen mặt cắt: Ứng suất lớn nhỏ nhất: Với Xmax = 50 – 19,4 = 30,6 mm Ymax = a/2 = 25 mm Thay số vào công thức ta : Đối với vật liệu dẻo: = 16kN/cm2 Đảm bảo bền • Độ cứng: Độ võng chủ yếu gây lực tập trung gối đỡ, theo hình dạng dầm độ võng tính theo cơng thức: Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1765-75, Thép sử dụng thép CT38, nhóm A có modul đàn hồi E = 200000 Mpa = 2.105 N/mm2 Đối với dầm thép, độ võng cho phép Đảm bảo độ cứng • Độ bền mối hàn: Khơng cần kiểm tra bền liên kết hàn đối đầu dùng loại que hàn theo Bảng B.1, cấu kiện liên kết hàn đầy có kiểm tra chất lượng mối hàn phương pháp vật lý 41 Bền bu lông: Bu lông phổ thông dùng cho kết cấu thép phải phù hợp với yêu cầu TCVN 1916:1995 Cấp độ bền bulông chịu lực phải từ 4.6 trở lên Bulông cường độ cao phải tuân theo qui định riêng tương ứng Cường độ tính tốn liên kết bulơng xác định theo cơng thức Bảng sau: • Trị số cường độ tính tốn chịu cắt kéo bulơng theo cấp độ bền bulơng cho Cường độ tính tốn chịu ép mặt thép liên kết bulông cho Bảng: Theo TCVN 1765 – 75 Thép CT38 có giới hạn chảy cho độ dày 20mm 240 KG/mm2, ứng suất kéo : Sử dụng bulong có cấp bền 4.8, có cường độ chịu cắt, kéo: Đối với bulong làm trục quay: Cường độ chịu cắt, kéo < 160 đảm bảo bền Đối với bu lông gắn vào khung xe: Cường độ chịu cắt, kéo = 0,52 N/mm2 < 160 đảm bảo bền Đối với Bulong chốt đầu dây cáp: Cường độ chịt cắt, kéo = 2,22 N/mm2