c) Xoay tương đối hai nửa khung liên d) Xoay vòng cả 4 bánh xe
6.3.1Lực tác dụng lên bánh xe
Trong nơng nghiệp, ta thường gặp bánh xe lăn tạo thành vết, và bánh xe sẽ chịu những lực tác dụng sau đây :
- Tải trọng phân bố trên bánh xe cộng với bản thân trọng lượng của bánh xe : Q đi qua tâm C của nĩ.
- Lực đẩy từ khung đặt vào tâm trục bánh xe, hướng theo chiều chuyển động,ký hiệu là P, đi qua tâm C.
- Hợp lực của các phản lực pháp tuyến từ đường tác dụng lên bánh xe, ký hiệu là R′. Do lực tác dụng tương hỗ giữa bánh xe và đường, các lực pháp tuyến riêng phần phân bố lệch về phía trước, nên hợp lực R′ cũng lệch về phía trước.
- Hợp lực của các phản lực tiếp tuyến song song với mặt đường và ngược chiều chuyển động xe, ký hiệu là R′′.
Khoảng cách từ điểm đặt hợp lực đến giao điểm của đường thẳng đứng qua tâm trục bánh xe với đường là e.
Trường hợp này bánh xe không bị biến dạng nên tổng hợp lực của R′ và R′′ sẽ đi qua tâm trục bánh xe.
Hình 6.4 Những lực tác dụng vào bánh xe cứng lăn trên đường biến dạng
Phân tích phản lực đáy vết –R và thành hai thành phần R′ và R′′ -thẳng đứng và nằm ngang. Giả giử bánh xe lăn không có gia tốc, nghĩa là chuyển động đều, trong đó không phát sinh lực quán tính, và tổng số số hình chiếu của lực tác dụng lên một trục bất kỳ bằng không. Ta có:
R′= -Q và R′′= -P (6.2) Như vậy, trên bánh xe ta có hai loại cặp lực R′ và Q; R′′ và P. Cặp lực (R′ và Q) có tác dụng chống lại sự quay của bánh xe – gọi là cặp ổn định. Cặp lực (R′′ và P) giúp cho sự quay của bánh xe – gọi là cặp chuyển động- momen tương ứng của hai cặp lực này gọi là momen ổn định và momen chuyển động của bánh xe lăn có vết.
Để bánh lăn đều với vận tốc góc không đổi, thì momen chuyển động phải bằng momen ổn định về trị số.
Ta cần chú ý rằng thành phần lực cản R′′ của đất vừa làm cản trở sự chuyển động của bánh xe mà lực P phải thắng, vừa cần thiết để hợp với lực P thành một cặp lực (R′′
và P) có khả năng thắng cặp lực R′ và Q. Vì rằng, lực cản lăn của của bánh xe thể hiện không thể hiện bằng một lực mà là một cặp lực, được đo bằng momen ổn định, cho nên muốn thắng được nó phải có momen có giá trị tương ứng, nhờ thế mà bánh xe có khả năng quay và tịnh tiến. Rõ ràng là nếu cánh tay đòn của momen chuyển động càng lớn so với cặp ổn định thì lực kéo P sẽ càng nhỏ so với tải trọng Q lên bánh xe. Muốn thế ta thường có thể thực hiện như sau:
- Giảm độ sâu của vết bánh, nghĩa là bánh xe bị lún ít.
- Tăng đường kính bánh xe, sẽ giảm áp lực bánh xe lên trên đất, trái lại cánh tay đòn cặp lực R′′ và P tăng lên nhiều (trong trường hợp này cánh tay đòn cặp lực R′ và Q cũng tăng lên một ít) nên lực P sẽ giảm. Tuy nhiên, nếu tăng đường kính bánh xe thì kích thước và trọng lượng xe sẽ tăng.
Cho nên thồng thường người ta thay bánh cứng bằng bánh bơm để giảm bớt lực cản kéo, vì rằng :
- Bánh cứng không biến dạng nên chỉ có phần trước là cung OB tựa lên trên hết, ngược lại bánh bơm có cùng một kích thước sẽ biến dạng ở lốp nhiều hơn, mặt tựa không chỉ phần trước mà cả phần sau (so với đường kính thẳng đứng của bánh xe).
Vì thế, cùng một tải trọng, điểm đặt của phản lực đáy vết lên vành bánh xe trong bánh bơm sẽ nằm gần đường kính thẳng đứng hơn bánh cứng, do đo cánh tay đòn sẽ giảm đi rất nhiều.
- Ta biết rằng, phản lực của đất lúc nó bị nén tỉ lệ với độ dịch chuyển thể tích đất đó. Như vậy, nếu cùng một tải trọng Q thì thể tích đất dịch chuyển (bị nén) của bánh
cứng và bánh bơm như nhau, nhưng vì bề mặt tiếp xúc của bánh bơm với đáy vết lớn hơn nên độ sâu của vết tạo thành sẽ nhỏ hơn so với bánh cứng. Do đó, công cần thiết để bánh bơm tạo thành vết lăn được nhỏ hơn so với bánh cứng.
o o
x x
0 0
Q= ∫q.b.dx= ∫c.h.bdx (6.3)
Hình 6.5 Sự tạo thành vết của bánh cứng (trái) và bánh bơm (phải)