ch−ơng 4 Xác định một số thông số của liên hợp máy
4.1.2. Tính ổn định chuyển động của liên hợp máy khi di chuyển
Khả năng di chuyển của liên hợp máy khi chạy theo đ−ờng đồng mức từ hố khoan này sang hố khoan khác đ−ợc thể hiện qua khả năng di chuyển và khả năng lái .
4.1.2.1. Khả năng lái đ−ợc của liên hợp máy
Máy kéo sẽ không mất khả năng lái khi trọng l−ợng đặt lên cầu tr−ớc không nhỏ hơn 0,3 trọng l−ợng máy kéo. Khi máy kéo di chuyển ngang dốc, trọng l−ợng máy kéo phân bố trên các bánh phía d−ới lớn hơn các bánh phía trên dốc, nh−ng khả năng lái không phụ thuộc điều này mà chỉ phụ thuộc tổng trọng l−ợng máy kéo đặt lên cầu tr−ớc mà thôi.
Sơ đồ kiểm tra khả năng lái của máy kéo khi liên hợp máy di chuyển ngang dốc đ−ợc thể hiện trên hình 4.3.
GS* G*
Gt*
l
lt* ls*
Từ các số liệu về trọng l−ợng máy kéo (kể cả ng−ời lái) và trọng l−ợng máy khoan hố và vị trí trọng tâm của máy kéo và máy khoan hố, ta xác định đ−ợc trọng l−ợng LHM đặt lên cầu tr−ớc (Gt*) và cầu sau (GS*) của máy kéo:
Trọng l−ợng đặt lên cầu tr−ớc : Gt*= 1020,5 kG Trọng l−ợng đặt lên cầu sau: Gs* = 669,5 kG Trọng l−ợng liên hợp máy: G*= 1690 kG.
Điều kiện lái đ−ợc của liên hợp máy đ−ợc thỏa mãn, vì: Gtr= 669,5 kG > 0,3G* = 507 kG.
4.1.2.2. Khả năng di chuyển của liên hợp máy
Khi thực hiện việc khoan hố, máy kéo di chuyển theo đ−ờng đồng mức. Giả thiết máy kéo chuyển động với vận tốc đều. Máy kéo có khả năng di chuyển đ−ợc hay không tùy thuộc vào t−ơng quan giữa các lực: Lực kéo tiếp tuyến Pk do động cơ máy kéo sản ra, lực cản chuyển động Pc và lực bám của máy kéo Pϕ.
Lực kéo tiếp tuyến khi máy kéo chuyển động ổn định đ−ợc xác định theo công thức:
Pk=Mk/r = Mđ cơ.i.η/r; (4.10)
ở đây, Mk là mô men chủ động đặt lên các bánh chủ động của máy kéo; Mđ cơ - mô men quay của động cơ máy kéo;
i,η - tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực; r- bán kính bánh xe chủ động của máy kéo.
Lực cản chuyển động, trong tr−ờng hợp tổng quát bao gồm lực cản của máy móc kéo sau máy kéo, lực cản lăn, lực cản dốc khi máy kéo lên dốc, lực cản của không khí và lực cản quán tính khi máy kéo chuyển động có gia tốc.
Trong tr−ờng hợp máy kéo di chuyển với máy khoan hố treo trên cơ cấu treo phía sau, di chuyển theo đ−ờng đồng mức, vận tốc chuyển động rất chậm, thì lực cản chuyển động chỉ do lực cản lăn Rf.
Pf= f.G* = f.(G+Gkh); (4.11)
Hệ số cản lăn của máy kéo có mấu bám cao trên đất đồi trồng cây lâm nghiệp có thể lấy trong khoảng 0,1 - 0,2 [22] .
Lực bám Pϕ đ−ợc xác định theo công thức:
Pϕ = ϕ.Gk = ϕ.Zk. (4.12)
trong đó Gk là tải trọng pháp tuyến của bánh xe chủ động trên mặt đ−ờng, Zk là phản lực pháp tuyến của đất tác dụng lên bánh chủ động của máy kéo;
Trong tr−ờng hợp máy kéo di chuyển ngang mặt dốc, tải trọng pháp tuyến của hai bánh chủ động phiá bên trên dốc và phía bên d−ới dốc không bằng nhau. Khi này, nếu máy kéo chuyển động mà không gài khóa vi sai thì lực bám lớn nhất sẽ đ−ợc xác định theo phản lực pháp tuyến Zt của bánh xe phía trên dốc, nghĩa là:
Pϕ = ϕ.2.Zt; (4.13)
Trong tr−ờng hợp liên hợp máy khoan hố chuyển động ngang dốc với vận tốc đều, điều kiện để máy kéo chuyển động đ−ợc sẽ là:
Pf < Pk < Pϕ; (4.14)
Nếu Pk >Pf>Pϕ thì máy kéo không thể chuyển động đ−ợc do các bánh chủ động bị tr−ợt quay hoàn toàn.
Nếu Pk < Pf < Pϕ thì máy kéo không chuyển động đ−ợc và động cơ sẽ bị chết máy.
Ta sẽ xác định các thành phần Pϕ và Pf theo các công thức t−ơng ứng, sau đó căn cứ theo điều kiện chuyển động đ−ợc của máy kéo để chọn số truyền hợp lý.
Thay trọng l−ợng máy kéo (kể cả ng−ời lái) G*= 1690 kG, hệ số cản lăn f= 0,15 vào công thức (4.10), ta đ−ợc:
Từ kết quả tính toán sự phân bố lại trọng l−ợng toàn LHM trên các cầu máy kéo ở mục 4.1.2.1, ta xác định đ−ợc phần trọng l−ợng đặt lên cầu sau khi liên hợp máy di chuyển là:
Gs* = 1020,5 kG
Sơ đồ tính toán phần trọng l−ợng đặt lên bánh phía trên và bánh phía d−ới dốc đ−ợc xác định từ sơ đồ trên hình 4.4. Zp Zp h 02 Zt β Y2 Y1 GS*.cosβ GS* B/2 B/2 01 β Zd D GS*.sinβ Ms GS *.cosβ GS*.sinβ C Hình 4.4. Sơ đồ xác định phản lực đất lên các bánh chủ động
Trên hình vẽ, C là điểm đặt của thành phần trọng l−ợng LHM đặt lên cầu sau GS* . Điểm C nằm trong mặt phẳng thẳng đứng ngang đi qua tâm trục cầu sau, có độ cao bằng độ cao tọa độ trọng tâm máy kéo h=552 mm. Phân tích Gs* thành hai lực GS*.cosβ và GS*.sinβ nằm theo ph−ơng vuông góc và song song với mặt nghiêng của s−ờn dốc. Dời các lực này về điểm D là điểm giữa của cầu sau chiếu thẳng góc lên mặt s−ờn dốc, ta đ−ợc GS*.cosβ, GS*.sinβ và mô men Ms= GS*.sinβ.h.
Lực GS*.cosβ gây ra các lực pháp tuyến Zd và Zt tại các điểm tiếp xúc giữa bánh xe phía d−ới và bánh xe phía trên với mặt dốc. Ta có:
Zd = Zt = GS*.cosβ/2=1020,5.cos200/2= 480 kG; (4.15)
Lực GS*.sinβ gây ra lực đẩy ngang Yd và Yt tại bánh phía d−ới và bánh phía trên:
Yd=Yt= GS*.sinβ/2= 1020,5.sin200/2= 173,5 kG; (4.16)
Mô men Ms gây ra các lực pháp tuyến Zmd và Zmt . Hai lực này bằng nhau về trị số nh−ng ng−ợc chiều, tạo thành một ngẫu. Trị số của chúng xác định theo công thức:
Zmd = Zmt= GS*.sinβ.h/B= 160 kG; (4.17)
Vậy các thành phần tải trọng pháp tuyến toàn phần trên các bánh xe máy kéo sẽ là:
ZΣd = 480+ 160= 640 kG; ZΣt = 480 – 160 = 320 kG.
Lực bám cực đại đ−ợc xác định theo tải trọng pháp tuyến hay phản lực pháp tuyến của bánh phía trên dốc. Với ϕ= 0,85, ta có:
Pϕ = ϕ.2. ZΣt = 544 kG.
Để máy kéo hoạt động đ−ợc, ta cần thỏa mãn điều kiện (4.14): Pf < Pk < Pϕ;
Từ điều kiện này, có thể chọn số truyền làm việc cho LHM.
Từ các số liệu về máy kéo và căn cứ theo đồ thị đặc tính của động cơ, ta chọn chế độ làm việc của động cơ gần với chế độ định mức về phía gốc tọa độ, có Me= 9 kGm, n= 2700 v/ph. Biết bán kính bánh chủ động r= 613,5 mm, chọn hiệu suất trung bình của hệ thống truyền lực là 0,8, ta có thể lập bảng để xác định trị số lực kéo tiếp tuyến theo khả năng của động cơ. Số liệu cho trong bảng 4.1.
Bảng 4.1. Trị số lực kéo tiếp tuyến ứng với các số truyền (của máy kéo SHIBAURA-3000A.)
Tỷ số truyền i Lực kéo tiếp tuyến Pk, kG
Tầng Số 1 Số 2 Số 3 Số 4 Tầng Số 1 Số 2 Số 3 Số 4
I 719,93 317,38 144,47 68,98 I 8970 3954 1800 859
II 560,71 247,05 113,76 52,34 II 6986 3078 1417 652
III 458,51 200,96 918,20 41,36 III 5713 2504 1144 515
Các kết quả ở bảng trên cho thấy hầu nh− ở tất cả các chế độ làm việc (trừ số truyền 4, tầng nhanh III), ta đều có Pk > Pϕ, nghĩa là khả năng chuyển động của LHM bị giới hạn bởi khả năng bám của các bánh chủ động của máy kéo. Trong tr−ờng hợp này, lực kéo tiếp tuyến đ−ợc tính theo lực bám.
Nói cách khác LHM vẫn di chuyển đ−ợc nh−ng không phát huy hết khả năng của máy kéo do không đủ lực bám.
Kết luận trên cho thấy khi máy kéo di chuyển trên s−ờn dốc, rất cần có các biện pháp cải tiến nhằm nâng cao tính năng kéo bám của máy kéo.