Khảo sát động lực học quá trình chuyển số của máy kéo có hộp số với cơ cấu sang số d−ới tả

máy kéo có hộp số với cơ cấu sang số d−ới tải

3.1. Các hàm và các thông số của quá trình sang số 3.1.1. Hệ thống các công thức phụ trợ [3, 4, 22]

+ M_e là mô men chủ động của moay ơ tại số truyền k (kGm) M_cd = M_e . i_ck (3.1) M_e - là mô men chủ động của động cơ (kGm). Nếu ωe ≤ωeh và ωe≤ ωe Max Thì M_e = - 14,6473. ωe + 3626, 6711. Nếu ωe ≥ωe Min và ωe ≤ωeh Thì M_e = 125,2916 + 2,967. ωe - 0,0105.ωe²

+ M_c - Mô men cản của máy kéo quy dẫn lên tang trống (kGm)

M_c = ^{. .} . η      +  t f G P r m bx i (3.2) Trong đó: f - Hệ số cản lăn của các bánh xe (f = 0,05).

G - Trọng l−ợng của máy kéo (kG). r_bx - Bán kính bánh xe (m).

P_m - Lực kéo moóc (kG)

η - Hiệu suất của hệ thống truyền (η = 0,90 ). i_t - Tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực. i_t = i_cc.i_vs.i_hs;

Kms ms

M - Mô men ma sát sinh ra giữa các ly hợp khoá vào liên kết, đ−ợc xác định theo công thức sau:

1 0 1 0 (1 ) K ms c t t M M k t t − − = − − (3.3) 0 1 0 ( ) K ms c t t M M k t t − = − (3.4)

Trong đó: M_c - Mô men cản ở số truyền thứ k. k - Hệ số

t - Thời gian.

t₀ - Thời gian bắt đầu chuyển số.

ω ω = ^e cd i ck (rad/ s) (3.5)

+ ω_cd - tốc độ góc của phần chủ động khi bắt đầu vào liên kết (rad/ s) và chính là tốc độ góc của moay ơ số truyền k.

+ ω_e - tốc độ góc của trục cơ (rad/ s).

ω_bd = 1 ω − e i ck (rad/ s) (3.6 )

+ω_bd - tốc độ góc phần bị động khi bắt đầu vào liên kết, chính là tốc độ góc của phần tang trống của số truyền k.

+ i_{ck – 1} là tỷ số truyền của cặp bánh răng của số truyền (k-1). + i_ck là tỷ số truyền của cặp bánh răng đang ăn khớp trong hộp số. + J_cd là mô men quán tính của phần chủ động.

+ J_bd là mô men quán tính của phần bị động

3.1.2. Các thông số kỹ thuật của hai loại HTTL

Bảng 3.a. Mô men quán tính của các khối l−ợng chuyển động quay quy về trục sơ cấp hộp số [22] Số truyền i_hs J_e J_bđ (kGms2) I 241,95 0,8604 0.031875 II 142,1 - 0.097568 III 83,55 -- 0.260778 IV 68,0 - 0.397620 V 57,43 - 0.551032 VI 49,6 - 0.73924

Bảng 3.b. Thông số kỹ thuật máy kéo MTZ- 80

TT Các thông số kỹ thuật Đơn vị Độ lớn

1 Trọng l−ợng G Kg 3350

2 Chiều dài cơ sở L m 2,37

3 Toạ độ trọng tâm dọc b đến mặt phẳng thẳng đứng

đi qua cầu chủ động sau của máy kéo ^{m 0,69}

4 Chiều rộng vệt bánh tr−ớc B₁ m 1,40 5 Chiều rộng vệt bánh sau B₂ m 1,60 6 Đ−ờng kính bánh tr−ớc m 0,808 7 Đ−ờng kính bánh sau m 1,57 8 Bề rộng bánh tr−ớc m 0,19 9 Bề rộng bánh sau m 0,32 10 áp suất hơi bánh tr−ớc kG/cm2 1,70 11 áp suất hơi bánh sau kG/cm2 1,00 12 Hệ số lực kéo tiếp tuyến cầu sau - 1,00

13 Hệ số khoá vi sai - 0,50

14 Tỷ số truyền lực cuối cùng - 5,31

15 Khoảng cách điểm moóc đến trọng tâm rơ moóc m 1,50 16 Khoảng cách tâm cầu sau đến điểm moóc m 0,225

17 Chiều cao điểm moóc so với đất m 0,40

3.1.3. L−u đồ thuật giải

Giải hệ PTVP (I)

Begin

Nhập số liệu; G_m; M_eh; r_k; J_e Xác định điều kiện đầu ω₂; ω₁; M_c; ...

t := 0 Mφ tn = Mφ max (1 - e-kt) t := t + ∆ t ω2 = ω1 ω₂ < ω₁ S Mφ = Mφ tn Giải hệ PTVP (II) ω_e = ω₁ q₁ = . 1 ϕ ; q₂ = ϕ^.₂;… q_n = ϕ^._n Đ 1 2 2 3 1 1 q q q q ε ε − < − < S Đ

3.2. Kết quả khảo sát

Sau khi lập trình bằng ngôn ngữ pascal và cho chạy ch−ơng trình chúng tôi nhận đ−ợc kết quả cho d−ới dạng đồ thị.

3.2.1. Ph−ơng án 1. ở ph−ơng án này ta cho chuyển từ số 1 lên số 2 với tải trọng danh nghĩa P_m = 1400 kG.

Giai đoạn từ 0ữT₁: là giai đoạn ch−a chuyển số. Đối với hộp số cơ học _{ωe =ωsc =}240 _(1/s)

50 ; 2 /

e

M = Nm V = km h

Đối với hộp số MTZ- 80A

240 e sc

ω =ω = (1/ s)

140 bd

ω = (1/s): là vận tốc của các đĩa bị động trong bộ ly hợp khoá số

40 e c

M =M = Nm; V=2km/ h

Tóm lại ở trong giai đoạn này do ch−a có sự thay đổi về tỉ số truyền, máy kéo làm việc ổn định ở tỉ số truyền 1, không có sự thay đổi các thông số động lực học.

Giai đoạn từ T₁ữT₃: là giai đoạn chuyển từ số truyền 1 lên số truyền 2 đối với máy kéo MTZ- 80 (từ T₁ữT₂ đối với máy kéo MTZ- 80A).

Đối với hộp số máy kéo MTZ - 80.

Trong khoảng thời gian diễn ra quá trình chuyển số ωsc của hộp số máy kéo MTZ- 80 giảm từ 240(1/s) về 0, trên đồ thị là đoạn thẳng trùng với trục hoành; ωe = ωmax; M_e và M_c giảm xuống về 0; M_p tăng lên đến giá trị ≈ 200 (Nm); đồng thời vận tốc máy kéo giảm từ 2 Km/ h về 0 Km/ h.

Để làm sáng tỏ tính chất động lực học của quá trình chuyển số của hệ thống truyền lực với hộp số cơ học trên máy kéo MTZ- 80 chúng ta đi phân tích cụ thể các yếu tố động lực học để từ đó làm rõ sự khác nhau về các yếu tố đó trong quá trình chuyển số của hai HTTL.

Khi ng−ời thợ vận hành thấy rằng lực cản mặt đ−ờng, hoặc lực cản do l−ỡi cày ăn sâu xuống lớp đất là nhỏ, nếu tiếp tục cho máy kéo hoạt động ở số truyền này thì sẽ d− thừa công suất của động cơ, l1ng phí nhiên liệu do đó cần thiết phải thay đổi số truyền khác cho hợp lý.

Tại thời điểm T₁ là thời điểm cắt ly hợp, do động cơ không truyền mô men cho HTTL nữa nên lúc này vận tốc góc ω_e của trục khuỷu tăng lên đạt

đến giá trị cực đại ωe = ωmax đồng thời vận tốc góc của trục sơ cấp hộp số ωsc

lúc này cũng giảm xuống (ω_sc = 0), trên đồ thị biểu diễn đại l−ợng này là một đoạn thẳng nằm trùng với trục hoành. Quá trình chuyển số tiếp tục diễn ra trong khoảng thời gian 1,0(s). Thời gian hoàn thành quá trình sang số là 1,2 (s), đây là khoảng thời gian sang số chính thức (chuyển từ số truyền 1 sang số truyền 2). Do đ1 hoàn thành việc chuyển số, ng−ời thợ vận hành lúc đó đ1 đóng ly hợp do vậy lúc này vận tốc góc của trục sơ cấp hộp số bắt đầu tăng (ω_sc tăng) do nhận đ−ợc mô men của động cơ truyền tới qua ly hợp, đồng thời khi ω_e cũng bắt đầu giảm từ thời điểm T₃ đến thời điểm T₃ + 0,2(s) khi đó ω_e =

ω_sc lúc này máy kéo hoạt động ổn định ở số truyền mới (số truyền 2).

Sự thay đổi giá trị M_e và M_c trong quá trình sang số cụ thể nh− sau. Khi vận tốc góc ω_e đạt đến giá trị ω_{e Min} thì đồng thời M_e = M_Max do vậy tại thời điểm diễn ra việc sang số đặc biệt là thời điểm T₃ do ωe bắt đầu giảm nên M_e tăng lên có thể v−ợt quá giá trị mô men cản (M_c), qua thời điểm T₃ khoảng 0,2(s) do ωsc bắt đầu gia tăng và ωe giảm nên M_e giảm về bằng với giá trị M_c. Đây cũng t−ơng ứng với thời điểm hoàn thành quá trình sang số, liên hợp máy làm việc ổn định ở số truyền mới. Nh− vậy tại thời điểm T₃ để tăng ωsc trong khi M_c và M_p đang gia tăng và vận tốc máy kéo đang ở 0 sẽ làm cho động cơ bị quá tải hết sức nặng nề.

Trên đồ thị biểu diễn vận tốc của máy kéo theo thời gian. T−ơng ứng với các yếu tố: vận tốc góc trục khuỷu động cơ, vận tốc góc trục sơ cấp của hộp số, mô men cản, mô men của động cơ; sự thay đổi vận tốc của máy kéo theo các giá trị t−ơng ứng trên đ−ợc phân tích nh− sau.

Tại thời điểm từ 0ữT₁ do máy kéo đang hoạt động ở số truyền 1 và ch−a có sự thay đổi về số truyền nên máy kéo di chuyển với một vận tốc V₁ = 2km/ h, trên đồ thị kết quả cho thấy là một đ−ờng thẳng nằm ngang song song với trục hoành.

Trong thời điểm từ T₁ữT₃ là khoảng thời gian diễn ra quá trình chuyển từ số truyền 1 lên số truyền 2, truyền lực cuối cùng không nhận đ−ợc mô men của động cơ nên lúc này vận tốc máy kéo v = 0. Với khoảng thời gian hoàn thành việc sang số là ≈1,2(s) máy kéo không có sự gia tăng về vận tốc. Trên đồ thị kết quả cho thấy một đoạn thẳng nằm trùng với trục hoành.

Sau thời điểm từ T₁ữT₃ là giai đoạn kết thúc quá trình chuyển số nên khi đó vận tốc của máy kéo tăng lên đạt đến giá trị vận tốc mới sau đó máy kéo di chuyển ổn định ở số truyền này. Tuy nhiên để đạt đ−ợc vận tốc ổn định ở số truyền mới này bắt buộc ng−ời vận hành phải tăng tốc độ động cơ sẽ dẫn tới hiện t−ợng động cơ bị quá tải một cách nặng nề, điều này đ1 phân tích ở trên sẽ dẫn đến một loạt các yếu tố nh− chi phí nhiên liệu tăng, tải trọng động lớn làm hao mòn nhanh các chi tiết máy trong động cơ cũng nh− các bộ phận trong phần gầm của liên hợp máy. Một trong những vấn đề lớn đối với máy kéo khi làm việc trên đồng ruộng hoặc trên đ−ờng đất do tình trạng mặt đ−ờng có hệ số bám kém sẽ dẫn đến tình trạng quay tr−ợt trơn của bánh xe chủ động, đôi khi còn xuất hiện các tình huống xấu đối với ng−ời vận hành đó là mất khả năng điều khiển. Đây là một trong những vấn đề lớn khó khắc phục đối với máy kéo có hộp số kiểu cơ học có tỷ số truyền phân cấp.

Đối với hộp số máy kéo MTZ - 80A.

ω_e giảm từ giá trị 240 (1/ s) xuống đến giá trị 180 (1/ s) mà không giảm về không nh− ở hộp số máy kéo MTZ - 80, trong khi đó ω_sc và ω_bd cùng bắt đầu gia tăng (điều này chỉ diễn ra đối với hộp số có cơ cấu sang số d−ới tải).

Tại thời điểm diễn ra quá trình sang số, M_e đột ngột tăng nhanh và đạt gần đến giá trị 300 (Nm); M_c ≈ 80 (Nm); V= 2km/ h ở thời điểm tr−ớc khi diễn ra quá trình chuyển số và đạt gần 4 km/ h ở thời điểm sau khi chuyển số. Thời gian hoàn thành quá trình chuyển số bằng 0,2(s).

Nh− vậy sự khác nhau cơ bản của hai hộp số trong quá trình chuyển số là thời gian sang số đối với hộp số máy kéo MTZ- 80 lớn hơn so với thời gian

sang số máy kéo MTZ- 80A, thời gian sang số phụ thuộc nhiều vào tay nghề của ng−ời điều khiển cũng nh− phụ thuộc vào chất l−ợng mới, cũ của hộp số, quá trình chuyển số bắt buộc phải ngắt dòng công suất ra khỏi HTTL. Đối với hộp số máy kéo MTZ - 80A quá trình chuyển số có sự tham gia đồng thời của hai số truyền từ số truyền tr−ớc (k-1) lên số truyền (k), thời gian để hoàn thành việc chuyển số rất ngắn do đó không có sự ngắt dòng công suất, duy trì đ−ợc sự làm việc ổn định của động cơ, thao tác chuyển số đơn giản không bị lệ thuộc vào tay nghề của ng−ời điều khiển.

3.2.2. Ph−ơng án 2

ở ph−ơng án này chúng tôi khảo sát từ số 2 lên số 3 với tải trọng danh nghĩa P_m = 1400 kG.

Giai đoạn 1 từ 0ữT₁: là giai đoạn ch−a chuyển số

Đối với hộp số máy kéo MTZ- 80

ω_e = ω_sc =240 (1/s) M_e = M_c = 60 (Nm) V ≈ 4km/ h

Đối với máy kéo MTZ- 80A

ω_bd =140 (1/s) tăng nhanh tại thời điểm T₁ đồng thời ω_e giảm đến khi

ωbd gặp ωe ở giá trị 180 (1/s) sau đó tiếp tục gia tăng. V ≈ 4km/ h

Giai đoạn từ T₁ đến T₃: là giai đoạn diễn ra quá trình chuyển số.

Đối với hộp số máy kéo MTZ - 80

Tại thời điểm T₁ thì ωsc bắt đầu giảm sau khoảng thời gian ngắn 0,25 (s) vận tốc góc trục sơ cấp giảm về không.

Tại T₃ thì ωe bắt đầu giảm trong khi đó M_p tăng nhanh đến giá trị 300 (Nm) và M_e cũng gia tăng đến giá trị 250 (Nm) v−ợt qua cả giá trị của mô men cản và lớn hơn nhiều so với khi chuyển từ số truyền 1 lên số truyền 2 ở cùng một giá trị tải trọng danh nghĩa.

Trong khoảng thời gian ngắn từ T₁ đến T₂ vận tốc máy kéo giảm nhanh từ V ≈ 4km/ h về 0.

Sau T₃ vận tốc góc của trục sơ cấp bắt đầu tăng trong khi đó ω_e đang giảm cho đến khi ωsc gặp ωe tại giá trị 230 (1/ s) thì ωe = ωsc cũng là lúc máy kéo làm việc ổn định ở số truyền (3). Trong khi đó M_c bắt đầu tăng lên từ giá trị rất nhỏ lên đến giá trị 140 (Nm) và đồng thời M_e cũng giảm từ giá trị 250 (Nm) về giá trị này, trong khi đó ở thời điểm này nếu chuyển từ số 1 lên số 2 thì giá trị này là 80 (Nm) điều này có nghĩa rằng nếu với cùng một tải trọng danh nghĩa khi thực hiện chuyển số ở số truyền cao thì động cơ sẽ phải chịu lực cản lớn hơn dẫn đến động cơ bị quá tải và làm tăng chi phí nhiên liệu, làm

giảm tuổi thọ các chi tiết và hệ thống. Trên đồ thị cho thấy sau T₃ một khoảng thời gian khá lâu (≈ 0,5 s) thì máy kéo mới làm việc ổn định ở số truyền mới với vận tốc đạt 6 km/ h.

Đối với hộp số máy kéo MTZ - 80A

Thời gian chuyển số chỉ tập trung từ T₁ đến T₂. Tại T₁ vận tốc góc của trục khuỷu động cơ ω_e giảm từ giá trị 240 (1/ s) xuống đến giá trị 180 (1/ s) do không giảm về không nên máy kéo vẫn di chuyển ổn định.

Cũng tại thời điểm T₁ mô men của động cơ tăng rất nhanh từ giá trị 120 (Nm) lên giá trị trên 300 (Nm) và giảm đến giá trị ≈ 200 (Nm) sau khoảng thời gian 0,7 (s). Sau T₁ khoảng 0,2 (s) ω_sc tăng lên đạt giá trị ≈ 240 (1/ s) và bằng giá trị của ω_e nh− vậy máy kéo làm việc ổn định ở số truyền mới với vận tốc đạt 6 km/ h, thời gian hoàn thành việc chuyển số là ≈ 0,25 (s). Thời gian này ngắn hơn rất nhiều so với thời gian chuyển số của hộp số máy kéo MTZ - 80. Nh− vậy chúng ta thấy rằng cũng với cùng một tải trọng danh nghĩa khi cùng thực hiện chuyển từ số truyền 2 lên số truyền 3 thì hộp số máy kéo MTZ - 80A vẫn duy trì đ−ợc sự làm việc ổn định cho máy kéo, đây là một trong những −u điểm nổi trội của hộp số có cơ cấu sang số d−ới tải.

3.2.3. Ph−ơng án 3

ở ph−ơng án này, chúng tôi khảo sát quá trình chuyển từ số truyền 3 lên số truyền 4 với tải trọng danh nghĩa P_m = 1400 kG.

Giai đoạn từ 0ữT₁.

T−ơng tự nh− các tr−ờng hợp tr−ớc, đây là giai đoạn ch−a diễn ra chuyển số do đó ch−a có sự thay đổi về các thông số động lực học, tuy nhiên khi so sánh với các tr−ờng hợp chuyển số ở tr−ớc khi chuyển từ số truyền thấp lên số truyền cao với cùng một tải trọng danh nghĩa ở trong giai đoạn này chúng ta nhận thấy mức độ chênh lệch giữa các đại l−ợng nh− ω_sc; ω_e và M_e; M_c khi chuyển từ số 3 lên số 4 là nhỏ hơn so với khi chuyển từ số 1 lên số 2 và số 2 lên số 3.

Đối với hộp số của máy kéo MTZ - 80A

Nếu gọi ∆ω là thông số minh hoạ cho mức độ chênh lệch giữa ω_e và ω_sc

thì ∆ω khi chuyển từ số 1 lên số 2 và số 2 lên số 3 lớn hơn so với khi chuyển từ số 3 lên số 4, điều này phản ánh càng lên số truyền cao thì vận tốc góc của trục sơ cấp hộp số tiến gần với vận tốc góc của trục khuỷu động cơ, do vậy trong quá trình vận hành nên tránh tr−ờng hợp chuyển số truyền cao ở tải