Cải tiến khóa vi sai của máy kéo MTZ 50 để nâng cao hiệu quả làm việc trên dốc ngang

Khái quát về hệ thống truyền lực của ôtô và máy kéo bánh

Sự cần thiết phải có hệ thống truyền lực vì do số vòng quay của trục khuỷu động cơ lớn hơn nhiều so với số vòng quay của bánh xe chủ động máy kéo ngay cả khi nó chuyển động với tốc độ cao. Để phù hợp với yêu cầu đó, mô men quay phải thay đổi đ−ợc khi dẫn truyền đến bánh chủ động, thắng đ−ợc lực cản của bánh xe và sử dụng tối đa công suất của động cơ với chi phí nhiên liệu nhỏ nhất. + Bộ phận truyền lực trung −ơng dùng để tăng mô men quay và truyền qua cơ cấu phân chia đến các bán trục đặt dưới một góc 900 đối vơi trục dọc của máy kéo, biến chuyển động quay dọc của động cơ thành chuyển động quay ngang của các bán trục chủ động máy kéo.

Khái quát về tính năng kéo bám của máy kéo bánh trên dốc ngang

Sự mất ổn định ngang có thể do bị lật nghiêng hoặc tr−ợt ngang và ta có các góc ổn định tương ứng: góc nghiêng giới hạn ổn định ngang theo điều kiện lật đổ βt và góc nghiêng giới hạn ổn định ngang theo điều kiện tr−ợt ngang βϕ. Trong tr−ờng hợp nh− vậy sẽ sinh ra tải trọng động và máy kéo có thể bị lật nghiêng ngay cả khi độ nghiêng của máy kéo không lớn lắm.Trên hình 2.2 là sơ đồ máy kéo khi bị nghiêng đột ngột. Ng−ợc lại nếu động năng tích luỹ ở giai đoạn thứ nhất không đủ nâng trọng tâm từ điểm C1 đến C2 thì sau khi động năng biến thành thế năng trọng tâm máy kéo lại quay trở lại.

Động học, động lực học của cơ cấu vi sai 1. Động học cơ cấu vi sai

Trong hộp vi sai của ôtô - máy kéo bánh bơm thì có 2 hoặc 4 bánh răng hành tinh, các bánh răng hành tinh này luôn quay tự đo trên trục của chúng và luôn ăn khớp với bánh răng bán trục 6, đồng thời bánh răng hành tinh có thể quay cùng với vỏ vi sai 2 trong mặt phẳng thẳng đứng, các bán trục quay làm cho các bánh xe quay. Vi sai là cơ cấu 2 bậc tự do, khi ôtô và máy kéo bánh bơm chuyển động thẳng thì lực cản ở hai bánh chủ động bằng nhau và bán kính lăn của hai bánh cũng bằng nhau nên các bánh răng bán trục có cùng tốc độ quay với vỏ hộp vi sai. Một phần mô men ma sát MT đ−ợc sinh ra do sự quay tương đối giữa bán trục chạy nhanh với vỏ hộp vi sai với vận tốc (ω1- ωk), phần còn lại được sinh ra do sự quay tương đối giữa bán trục chạy chậm với vỏ hộp vi sai với vận tốc (ωk- ω2).

Cấu tạo một số loại vi sai dùng trên ôtô-máy kéo bánh 1. Vi sai đối xứng [17]

Nh− vậy rõ ràng việc khoá vi sai sẽ gây khó khăn cho việc lái máy, tăng mài mòn lốp, tăng tải trọng cho các chi tiết trong hệ thống truyền lực và hệ thống di động. Vì thế việc sử dụng khoá vi sai khi quay vòng là không cho phÐp. Đối với các máy kéo dùng cơ cấu khoá vi sai tự động có hệ số khoá vi sai Kδ lớn hơn loại vi sai thông th−ờng và nâng cao khả năng kéo bám khi truyền động thẳng đó là −u điểm. Nh−ng khi quay vòng nó sẽ xuất hiện những. ảnh hưởng xấu như đã nêu ở trên cho trường hợp quay vòng với vi sai bị khoá. Hệ số khoá vi sai Kδ càng lớn thì ảnh hưởng xấu đến khả năng quay vòng. Do vậy ở loại khoá vi sai tự động không đ−ợc chọn hệ số Kδ lớn hơn 0,5. Cấu tạo một số loại vi sai dùng trên ôtô-máy kéo bánh. cầu kép) bằng đinh tán hay bu lông. Các bánh răng hành tinh luôn luôn quay cùng với vỏ vi sai và ăn khớp với hai bánh răng bán trục, phía trong của bán trục có rãnh then hoa để lắp với bán trục. Vòng ngăn cách tác dụng vào con chạy 2 một lực P và ép con chạy vào vòng cam ngoài lực P'1 và vào vành cam trong lực P'2.

Nếu một trong các bánh xe chủ động (ví dụ bánh nối liền với vành cam trong) có xu hướng tăng vận tốc, các chi tiết của vi sai bắt đầu dịch chuyển tương đối với nhau nên các mặt bên của vánh cam sinh ra lực ma sát h−ớng về các phía khác nhau đối với vành cam quay nhanh và vành cam quay chậm. Lúc đó lực vòng P2 sẽ bé đi và tổng hợp lực P phải dịch chuyển về phía lực P1để đảm bảo điều kiện cân bằng, nghĩa là điểm đặt lực P dịch chuyển về phía vành cam quay chậm. Bộ vi sai cam ma sát cao (hình 2.9) gồm có vòng cách 6 nối cứng với bánh răng bị dẫn của truyền động chính.

Các nửa trục đi qua lỗ giữa nắp; một nửa trục nối liền bằng then với vòng trong, còn nửa trục kia nối liền với vòng ngoài. Khi bán răng bị dẫn của truyền động chính quay cùng với vòng cách, các con tr−ợt tác dụng một lực đồng đều lên các cam của cả hai vòng và lôi cuốn chúng quay theo. Nếu một bánh xe nào đó gặp lực cản lớn hơn thì vòng nối liền với nó quay chậm hơn vòng cách; các con tr−ợt tác động một áp lực lớn lên vòng kia làm nó quay với tốc độ nhanh hơn.

Hệ số ma sát trong vi sai trục phụ thuộc vào vật liệu làm trục vít và điều kiện bôi trơn thay đổi trong giới hạn à = 0,08.

Khảo sát kết quả tính toán

Từ đồ thị ta thấy, trong suốt thời gian khảo sát t = 0 ữ 1,6(s) khi hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đất là các hàm ngẫu nhiên nào đó thì tốc. Từ đồ thị ta thấy, trong suốt thời gian khảo sát t = 0 ữ 1,6(s) khi hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đất là các hàm ngẫu nhiên nào đó thì tốc. - Giai đoạn I: Trong khoảng thời gian t = 0 ữ T01, khi đó máy kéo chạy trên đường bằng xem như lực cản lên hai bánh xe chủ động là như nhau thì mô.

Mô men quay của bán trục trái tăng dần rồi ổn định (Mtr ≈ 1400 Nm), còn mô men quay tại bán trục phải giảm dần sau đó cũng không. Mô men khoá vi sai Mkhoa tăng dần nh−ng vẫn nhỏ hơn mô men làm xoay bánh răng hành tinh (Mx) nên tốc độ góc của bán trục trái giảm xuống còn tốc độ góc của bán trục phải tăng lên, nh−ng vẫn đảm bảo quan hệ: ωtr + ωph = 2ωk. - Giai đoạn I: Trong khoảng thời gian t = 0 ữ T01, khi đó máy kéo chạy trên đường bằng coi lực cản lên hai bánh chủ động là như nhau, mô men khoá.

Mô men khoá vi sai Mkhoa tăng dần nh−ng vẫn nhỏ hơn mô men làm xoay bánh răng hành tinh (Mx) nên tốc. - Giai đoạn III: Thời gian t = T02 ữ T03 là lúc gài khoá vi sai, mô men khoá vi sai Mkhoa tăng nhanh đạt tới mô men của bán trục bên trái (Mtr) tại thời gian T03, sau đó giảm dần cân bằng với mô men làm xoay bánh răng hành tinh (Mx). - Giai đoạn I: Trong khoảng thời gian t = 0 ữ T01, khi đó máy kéo chạy trên đường bằng coi lực cản lên hai bánh chủ động là như nhau, mô men khoá.

- Giai đoạn III: Thời gian t = T02 ữ T03 là lúc gài khoá vi sai, mô men khoá vi sai Mkhoa tăng nhanh đạt tới mô men tại bán trục bên trái (Mtr) tại thời gian T03, sau đó giảm dần cân bằng với mô men làm xoay bánh răng hành tinh (Mx).

Nhận xét và kết luận

Khi máy kéo chuyển động với các góc nghiêng ngang β và số truyền khác nhau. - Khi máy kéo chuyển động trên đồi dốc ngang với β = 100, ở các số truyền khác nhau I = 2, 4 thì các giá trị mô men từ động cơ truyền đến vỏ vi sai Mk, mô men sinh ra tại hai bán trục, mô men khoá vi sai Mkhoa, mô men làm xoay bánh răng hành tinh (Mx) trong suốt quá trình khảo sát là nh− nhau. Mô men khoá vi sai tăng chậm, mô men làm xoay bánh răng hành tinh Mx ≈ 200Nm.

Mô men làm xoay bánh răng hành tinh Mx, mô men khoá vi sai Mk tăng lên, lực kéo móc giảm xuống. - Nếu tăng góc nghiêng ngang β = 300 hoặc lớn hơn sẽ làm cho sự chênh lệch về mô men giữa hai bán trục là rất lớn, mô men tại bán trục trái đạt tới mô men tại vỏ vi sai Mk, còn mô men tại bán trục phải trở về 0 ảnh h−ởng. Từ các kết quả khảo sát động lực học hộp vi sai cải tiến của máy kéo MTZ-50 trên máy tính, ta thấy rằng khi máy kéo làm việc mà không khoá vi sai thì tốc độ góc của hai bán trục sẽ quay khác nhau do lực cản của đất lên bánh xe khác nhau.

Khi đó sẽ có một bánh bị tr−ợt lết còn bánh kia tr−ợt quay, dẫn đến giảm tính năng kéo bám, giảm hiệu suất làm việc, ảnh hưởng xấu đến tính ổn định của máy kéo, làm hao mòn lốp nhanh, gây khó khăn cho người điều khiển. Còn khi máy kéo làm việc mà được khoá vi sai tự động giúp tăng đ−ợc tính năng kéo, lực kéo tăng lên khoảng 65% so với không khoá vi sai, tăng tính năng an toàn cho máy kéo nhất là khi chuyển động trên đồi dốc ngang.