Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả sử dụng LHM thu hoạch khoai tây

2. Mục tiêu của đề tài

2.3.Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả sử dụng LHM thu hoạch khoai tây

2.3.1. Động học máy kéo bánh lốp

Sự chuyển động của máy kéo là kết quả của sự tác động tƣơng hỗ giữa bánh xe và mặt đƣờng. Để xây dựng cơ sở cho việc tính toán các tính năng sử dụng máy kéo, trƣớc hết cần nghiên cứu tính chất động học và động lực học của từng bánh riêng rẽ, sau đó mới xem xét sự chuyển động của cả xe nhƣ một tổng thể.

Các thông số đặc trƣng quan trọng cho tính chất động học của bánh xe là

vận tốc, gia tốc và quĩ đạo chuyển động của các điểm khác nhau trên bánh xe. Tuỳ theo nguồn năng lƣợng tạo ra sự chuyển động, các bánh xe có thể đƣợc chia ra hai loại: bánh chủ động và bánh bị động. Bánh xe chủ động là loại bánh xe nhận mô men quay đƣợc truyền từ động cơ đến, còn bánh xe bị động

nhận lực đẩy từ khung xe.

Tính chất động học của bánh xe chủ động và bị động có những điểm khác nhau nhất định và bị thay đổi theo điều kiện lăn khác nhau. Trong thực tế, sự lăn của bánh xe luôn luôn kèm theo các hiện tƣợng trƣợt tƣơng đối với mặt đƣờng. Song để dễ hiểu ta sẽ xét cho hai trƣờng hợp : lăn không trƣợt và lăn có trƣợt.

2.3.2. Bánh xe lăn không trƣợt (lăn thuần túy)

Chuyển động của một điểm bất kỳ trên bánh xe có thể đƣợc xem nhƣ tổng hợp của hai chuyển động thành phần: chuyển động theo khung xe vận tốc vo= v và chuyển động quay tƣơng đối quanh trục hình học của nó với vận tốc góc .

Giả thiết rằng xe chuyển động đều với vận tốc v = const thì vận tốc theo của mọi điểm trên vành bánh xe cũng có trị số không đổi vo = v = const.

Trong chuyển động tƣơng đối, vận tốc tiếp tuyến vtt đƣợc xác định theo vận tốc góc:

vtt = r (2.9)

Sơ đồ vận tốc của một điểm A bất kỳ trên vành ngoài bánh xe đƣợc thể hiện trên hình 3.1.

20

Vận tốc tuyệt đối của điểm A (ký hiệu vA) sẽ là véc tơ tổng hợp của 2 véc tơ thành phần :

  

vA v0  vtt

Giá trị của vận tốc tuyệt đối đƣợc xác định theo công thức : vA  vo2vtt2  v v coso t t

2 

Trƣờng hợp lăn không trƣợt ta có : vo = vtt = r

Do đó :

vA = 2r cos(/2) (2.10) Tại điểm B :  = 0o ; vB = 2rcos0 = 2r = 2vo

Tại điểm O1 :  = 180o; vO1 = 2rcos180 = 0

Nếu ta nối điểm A với điểm O1, ta dễ dàng chứng minh đƣợc rằng véc tơ vA

sẽ vuông góc với đoạn thẳng O1A. Vậy có thể kết luận : khi bánh xe lăn không trƣợt tâm quay tức thời của các bánh xe chính là điểm tiếp xúc O1 của bánh xe với mặt phẳng chuyển động (hình 2.9).

Khi đã biết tâm quay tức thời việc xác định vận tốc tuyệt đối của một điểm bất kỳ trên bánh xe càng dễ hơn. Ví dụ, vận tốc tuyệt đối của điểm A sẽ có phƣơng vuông góc với đoạn O1A và có độ lớn vA = O1A.

Quĩ đạo chuyển động. Giả sử bánh xe quay đƣợc một góc  (Hình 2.10), lúc đó điểm A sẽ dịch đến điểm A' có tọa độ x, y, quãng đƣờng dịch chuyển của trục bánh xe là AO1'.

Hình 2.9

Sơ đồ vận tốc của một điểm trên vành ngoài bánh xe khi lăn không

trƣợt vA y B v0 v0 A vtt r 0 01 v0 vtt x y w

21

Từ hình 3.2 có thể xác định đƣợc các tọa độ của điểm A : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

x r y r cos        ( sin ) ( )    1 (2.11)

Phƣơng trình (2.10) đƣợc gọi là phƣơng trình chuyển động của một điểm trên vành bánh xe, đó là phƣơng trình của đƣờng cong xiclôit.

Nhƣ vậy quĩ đạo chuyển động của một điểm trên vành ngoài bánh xe khi lăn không trƣợt là đƣờng cong xiclôit có chu kỳ 2 (đƣờng 1, hình 2.10).

Nếu lấy đạo hàm phƣơng trình (2.12) theo thời gian, ta nhận đƣợc các thành phần vận tốc tƣơng ứng : v dx dt r cos v dy dt r x y          ( ) sin 1 (2.12)

Tiếp tục lấy đạo hàm theo thời gian một lần nữa sẽ nhận đƣợc các thành phần gia tốc : a dv dt r a dv dt r co s x x y y         2 2 sin (2.13)

Gia tốc tuyệt đối của điểm thuộc vành ngoài bánh xe sẽ là :

a  ax2 ay2  r2 (2.14)

2.3.3. Các hiện tƣợng trƣợt của bánh xe

Trong thực tế, do sự biến dạng của lốp và đất, sự lăn của các bánh xe máy kéo

Hình 2.10

Sơ đồ xác định toạ độ của một điểm trên bánh xe khi lăn không

trƣợt y 0’ 0 y A’ r y A x x 0’1 01 ry

22

luôn kèm theo sự trƣợt tƣơng đối giữa bánh xe và mặt đƣờng. Các hiện tƣợng trƣợt của bánh xe theo phƣơng tiếp tuyến chia thành 2 loại : trƣợt quay và trƣợt lê.

Hiện tượng trượt quay (còn đƣợc gọi là trượt lăn) thƣờng xảy ra ở các bánh chủ động. Khi đó các phần tử bánh xe tai vùng tiếp xúc trƣợt về phía sau, ngƣợc với chiều chuyển động của máy kéo và do đó sẽ làm giảm vận tốc chuyển động của trục bánh xe, quãng đƣờng chuyển động thực tế nhỏ hơn so với trƣờng hợp lăn không trƣợt.. Nếu bánh chủ động bị trƣợt hoàn toàn, nó chỉ quay tại chỗ và xe dừng lại.

Hiện tượng trượt lê thƣờng xảy ra với bánh bị động hoặc khi bánh chủ động phanh lại. Ngƣợc với hiện tƣợng trƣợt quay, khi trƣợt lê bánh xe sẽ trƣợt tƣơng đối với mặt đƣờng theo chiều chuyển động của xe, quãng đƣờng chuyển động thực tế lớn hơn so với trƣờng hợp lăn không trƣợt. Khi bị trƣợt lê hoàn toàn bánh xe sẽ không quay mà chỉ chuyển động tịnh tiến.

Nếu ký hiệu vận tốc tịnh tiến (vận tốc theo) của trục bánh xe khi lăn không trƣợt là vo, khi trƣợt quay là vo' và khi trƣợt lê là vo'' ta sẽ có :

 Khi không trƣợt : vo = vtt

 Khi trƣợt quay : vo' < vtt

 Khi trƣợt lê : vo'' > vtt

Cũng dễ dàng suy luận ra rằng khi trƣợt quay tâm quay tức thời của bánh xe dịch gần về tâm hình học của nó do vo' < vtt , quĩ đạo chuyển động của điểm thuộc vành ngoài bánh xe là đƣờng xiclôit co ngắn. Ngƣợc lại, khi trƣợt lê tâm quay tức thời sẽ dịch ra ngoài bánh xe vì vo'' > vtt và quĩ đạo chuyển động của điểm thuộc vành ngoài bánh xe là đƣờng xiclôit giãn dài.

Trên hình 3.4 trình bày sơ đồ vận tốc và quĩ đạo chuyển động của bánh xe cho các trƣờng hợp lăn khác nhau : không trƣợt, trƣợt quay và trƣợt lê. Ký hiệu (') dùng cho trƣờng hợp trƣợt quay và ký hiệu ('') dùng cho trƣợt lê.

Khái niệm về độ trượt:

Đối với các bánh xe máy kéo, hiện tƣợng lăn không trƣợt chỉ là giả định, còn trong thực tế luôn xảy ra hiện tƣợng trƣợt của các bánh xe. Do đó ngƣời ta

23

đƣa ra 2 khái niệm : vận tốc lý thuyết và vận tốc thực tế.

 Vận tốc lý thuyết là vận tốc tịnh tiến của trục bánh xe khi lăn không trƣợt, thƣờng ký hiệu là vt , nghĩa là :

vt = vo = r. (2.15)

 Vận tốc thực tế là vận tốc trục bánh xe khi lăn có trƣợt, v  vt.

 Độ trượt là một thông số dùng để đánh giá mức độ trƣợt của bánh xe và đƣợc xác định bởi tỷ số giữa độ mất mát vận tốc và vận tốc lý thuyết vt : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

  v v v t t 100% ( 2.16) Khi trƣợt quay  = 0 100%, Khi trƣợt lê  =  0.

Độ trƣợt quay  là một trong các thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất bám của bánh xe chủ động và tính năng kéo bám và tính năng phanh của ô tô máy kéo.

Độ trƣợt phụ thuộc vào nhiều yếu tố: các thông số cấu tạo của bánh xe, các tính chất cơ lý của đất, tải trọng pháp tuyến trên các cầu và các lực cản chuyển động của ô tô máy kéo. Những quan hệ này sẽ đƣợc tiếp tục nghiên cứu ở các phần sau. b) y x 3 0 2r 2r’’ 2r’ 2 1 a)

Hình 2.11. Sơ đồ vận tốc và quĩ đạo chuyển động của bánh xe

a) Sơ đồ vận tốc ; b) Quĩ đạo chuyển động 1 - không trƣợt; 2 - trƣợt quay; 3 - trƣợt lê

vo” vo vo’ r” vtt r 0’1 r’ 01 0”1 va’va va” A

24

2.4. Các tính chất của bánh hơi (bánh lốp có săm)

Trên các ô tô và máy kéo bánh hầu hết là sử dụng bánh hơi. Các tính chất biến dạng đàn hồi của bánh xe có ảnh hƣởng lớn đến hầu hết các chỉ tiêu sử dụng máy. Các biến dạng đó có thể chia thành 4 loại : biến dạng pháp tuyến, biến dạng tiếp tuyến, biến dạng ngang và biến dạng góc.

1) Biến dạng pháp tuyến

Biến dạng pháp tuyến (hoặc còn gọi là biến dạng hƣớng kính) xuất hiện do tác động của tải trọng pháp tuyến Gk và đƣợc đặc trƣng bởi độ giảm của bán kính r. Đặc tính biến dạng pháp tuyến đƣợc trình bày trên Hình 2.12.

Do có biến dạng dƣ, đặc tính biến dạng khi tăng tải sẽ khác với khi thoát tải. Qua đó cho thấy rằng với cùng độ biến dạng nhƣ nhau khi thoát tải lực cần thiết gây ra độ biến dạng đó sẽ nhỏ hơn so với lúc tăng tải.

2) Biến dạng tiếp tuyến

Dƣới tác động của mô men M k (Hình 2.12) phần lốp ở phía trƣớc sẽ bị nén, còn ở phần sau sẽ đƣợc giãn ra hồi phục lại trạng thái ban đầu. Do biến dạng trục bánh xe sẽ bị xoay đi một góc  so với trạng thái không chịu tải Mk.

Trƣờng hợp cố định trục bánh xe và tác động lên bánh xe một lực tiếp tuyến Pk thì sự biến dạng tiếp tuyến của lốp cũng xảy ra tƣơng tự. Trong trƣờng hợp này độ biến dạng tiếp tuyến đƣợc đánh giá bởi độ dịch chuyển x của các phần tử lốp ở mặt tiếp xúc so với vị trí ban đầu.

c) b) a) GK Tăng tải Giảm tải Dr a b 0 a MK GK PK r0 D r x x PK Pj 0 ZK

Hình 2.12. Đặc tính biến dạng pháp tuyến và biến dạng tiếp tuyến của lốp

a sơ đồ biến dạng; b đặc tính biến dạng pháp tuyến; c đặc tính biến dạng tiếp tuyến

25

Trên Hình 2.12c trình bày đặc tính biến dạng tiếp tuyến của lốp khi chịu lực tiếp tuyến. Trong giai đoạn đầu độ dịch chuyển x phụ thuộc gần nhƣ tuyến tính với lực tiếp tuyến Pk, sau đó độ biến dạng tăng nhanh hơn. Khi lực tiếp tuyến đạt đến giá trị Pk = P thì sẽ xảy ra trƣợt hoàn toàn do bánh xe không đủ bám.

Mối quan hệ giữa góc lệch  và mô men quay M k cũng có đặc tính tƣơng tự nhƣ mối quan hệ giữa độ dịch chuyển x và lực tiếp tuyến Pk.

Cần lƣu ý là đặc tính biến dạng tiếp tuyến phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến Gk và áp suất trog lốp p. Tải trọng pháp tuyến càng tăng độ biến dạng tiếp tuyến càng giảm, lực bám P càng tăng. áp suất p càng tăng, độ biến dạng tiếp tuyến giảm và đồng thời lực bám cũng giảm do diện tích tiếp xúc giảm làm xấu khả năng bám.

3) Biến dạng góc

Hiện tƣợng biến dạng góc của lốp xuất hiện khi bánh xe chịu tác động mô men M nằm trong mặt phẳng song song với mặt đƣờng (hình 2.13). Khi đó bánh xe xoay đi một góc  so với phƣơng ban đầu và profin của lốp ở vùng tiếp xúc với mặt đƣờng bị uốn trong mặt phẳng ngang. Mô men xoay M đƣợc cân bằng với mô men ma sát sinh ra tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đƣờng.

Mối quan hệ giữa góc xoay  và mô men M là phi tuyến (hình 2.13). Khi M = M sẽ xảy ra hiện tƣợng trƣợt hoàn toàn. Giá trị M phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với mặt đƣờng theo phƣơng ngang.

a)

M

b

Hình 2.13. Đặc tính biến dạng góc của lốp

a) Sơ đồ biến dạng; b) Đặc tính biến dạng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

b M Mj 0 b) bmax

26

2.5. Bán kính bánh xe

Do biến dạng của lốp bán kính của bánh máy kéo không phải chỉ có một giá trị duy nhất, mà sẽ bị thay đổi tùy thuộc vào tải trọng tác động và điều kiện làm việc của các bánh xe. Do vậy để tiện cho việc nghiên cứu động lực học bánh xe ngƣời ta đƣa ra một số khái niệm về bán kính bánh xe nhƣ sau : bán kinh danh nghĩa, bán kính tĩnh học, bán kính động lực học, bán kính lăn và bán kính làm việc trung bình.

1) Bán kính danh nghĩa

Bán kính dang nghĩa (bán kính thiết kế) ro là bán kính của bánh xe khi nó không chịu tải trọng và đƣợc xác định theo kích thƣớc tiêu chuẩn của lốp, cụ thể là xác định theo đƣờng kính vành d và bề rộng của lốp B theo công thức :

ro (d B). , mm

2 25 4 (2.17) trong đó d , B tính theo đơn vị Anh (insơ).

2) Bán kính tĩnh học

Bán kính tĩnh học rt là khoảng cách từ tâm hình học của bánh xe đến mặt phẳng tiếp xúc (Hình 2.14a) khi bánh xe đứng yên và chịu tải trọng thẳng đứng. Bán kính tĩnh học phụ thuộc vào tải trọng và áp suất trong lốp. Đối với các bánh xe đàn hồi rt < ro , còn đối với các bánh xe cứng rt = ro.

3) Bán kính động lực học

Bán kính động lực học rđ là khoảng cách từ trục bánh xe đến phƣơng tác dụng của phản lực tiếp tuyến lên bánh xe. Trị số của bán kính động lực học phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến, áp suất trong lốp, mô men chủ động Mk hoặc mô men phanh Mp và phụ thuộc vào các tính chất cơ lý của đất. Trên Hình 2.14b là trƣờng hợp bánh chủ động cứng lăn trên đƣờng biến dạng. Do mặt đƣờng biến dạng, bề mặt tiếp xúc là mặt cong và do đó tâm hợp lực dịch sang phía trƣớc. Bán kính động lực học rđ nhỏ hơn bán kính tĩnh học rt.

27

4) Bán kính lăn

Bán kính lăn (hay bán kính động học) rl là bán kính của bánh xe tƣởng tƣợng lăn không trƣợt, có vận tốc góc  và vận tốc tịnh tiến v nhƣ bánh xe thực tế. Giá trị của bán kính lăn rl chính bằng khoảng cách từ tâm quay tức thời đến tâm hình học bánh xe nhƣ đã trình bày trên hình 2.14.

Bán kính lăn là một thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất động học của bánh xe. Giá trị của rl phụ thuộc vào mức độ trƣợt của bánh xe và chỉ có thể xác định bằng thực nghiệm.

Nếu bánh xe lăn không trƣợt thì bán kính lăn chính bằng bán kính tĩnh học rl = rt và trong trƣờng hợp này nó đƣợc gọi là bán kính lăn lý thuyết. Khi bánh xe bị trƣợt quay hoặc trƣợt lê sẽ nhạn đƣợc bán kính lăn thực tế. Nhƣ vậy khi trƣợt quay bán kính lăn thực tế sẽ nhỏ hơn bán kính lăn lý thuyết và khi trƣợt lê bán kính lăn thực tế sẽ lớn hơn bán kính lăn lý thuyết.

5) Bán kính làm việc trung bình

Bán kính tĩnh, bán kính động lực học và bán kính lăn của bánh xe phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, do vậy giá trị của chúng chỉ có thể xác định chính xác bằng thực nghiệm.

Khi tính toán thiết kế có thể sử dụng bán kính làm việc trung bình rb và đƣợc tính theo công thức : b) a) GK ZK rt MK GK ZK PK rđ Hình 2.14. Sơ đồ xác định các loại bán kính bánh xe a) Xác định bán kính tĩnh học; b) Xác định bán kính động lực học. Pfk

28

rb (d  . ). ,B mm

2  25 4 (2.18) Trong đó :  là hệ số biến dạng pháp tuyến của lốp:

đối với các bánh xe máy kéo  = 0,8  0,85, đối với ô tô tải :  = 0,8  0,9.

2.6. Cân bằng công suất và hiệu suất

Cân bằng công suất:

Công suất truyền cho bánh chủ động có thể đƣợc xác định theo công thức : Nk = Mkk = Pkrkk = Pkvt (2.19)

trong đó : Mk - mô men quay chủ động; k - tốc độ quay của bánh chủ động;

rk - bán kính động lực học bánh xe chủ động;