2.1. Đặt vấn đề
Với những đặc điểm về kết cấu của hệ thống truyền lực có hộp số kiểu cơ học thì đặc tr−ng cơ bản nhất của HTTL cơ học khi sang số là chuyển số nhiều giai đoạn. Việc sang số nhiều giai đoạn từ khi khởi hành đến khi đạt đ−ợc tốc độ ổn định đòi hỏi tận dụng tối đa lực quán tính và cần có một khoảng thời gian không nhỏ hơn 1,5 đến 2,0 (s) để hoàn thành việc chuyển số. Đối với máy kéo hoặc những máy thi công công trình đất có công suất lớn, tốc độ di chuyển của máy kéo rất nhỏ dẫn tới lực quán tính nhỏ. Khi thực hiện chuyển số nếu sử dụng hộp số cơ học thì vận tốc của máy kéo lúc đó gần nh− bằng 0, để đạt tới tốc độ ổn định ở số truyền mới liên hợp máy cần phải khởi hành và tăng tốc dẫn tới động cơ sẽ bị quá tải gây ra hao mòn các chi tiết trong hệ thống và đòi hỏi phải mất thời gian tăng tốc sau khi chuyển số, dẫn tới chi phí nhiên liệu tăng, năng suất lao động giảm do vậy đây là một trong những nh−ợc điểm cơ bản của hộp số cơ học. Việc sử dụng, điều khiển HTTL máy kéo có hộp số với cơ cấu sang số d−ới tải đ1 phát huy đ−ợc công suất động cơ, từ những cơ sở trên, chúng tôi đ1 tiến hành nghiên cứu động lực học quá trình chuyển số ở một loại máy có hai hệ thống truyền lực khác nhau đó là: Máy kéo MTZ- 80 và Máy kéo MTZ - 80A. Mục đích chính của việc khảo sát động lực học của hai HTTL đ−ợc ứng dụng trên một loại máy đó là đánh giá tính năng động lực học của hai HTTL loại cơ học trên máy kéo MTZ- 80 và loại sang số d−ới tải trọng trên máy kéo MTZ - 80A. Nghiên cứu động lực học quá trình chuyển số của hệ thống truyền lực d−ới tải hiểu rõ các đặc tính của chúng cũng nh− các thông số ảnh h−ởng đến chất l−ợng quá trình sang số, trên cơ sở đó giúp cho công nhân cán bộ kỹ thuật sử dụng xe máy với HTTL có hộp số sang số d−ới tải đạt hiệu quả kinh tế cao và đảm bảo an toàn lao động.
2.2. Cơ sở lý thuyết
2.2.1. Ph−ơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu động lực học quá trình chuyển số ở hệ thống truyền lực có hộp số với cơ cấu sang số d−ới tải trên máy kéo khi hàm biểu diễn chúng là các hàm xác định hoặc các hàm ngẫu nhiên. Để đạt đ−ợc yêu cầu đặt ra, ta cần phải xây dựng đ−ợc mô hình toán sát đúng với thực tế đồng thời sử dụng các ph−ơng pháp phù hợp để nghiên cứu. Yêu cầu mô hình toán phải phản ánh đ−ợc một cách trung thực các đặc điểm cơ bản của hệ thống, phù hợp với việc ứng dụng các ph−ơng pháp nghiên cứu hiện đại. Trên cơ sở đó, thiết lập ph−ơng trình vi phân bao hàm các thông số đầu vào và các thông số đặc tr−ng của mô hình. Hệ ph−ơng trình vi phân này và các điều kiện giới hạn đ−ợc coi là mô hình toán của hệ thống.
Để giải hệ ph−ơng trình vi phân, cần lựa chọn ph−ơng pháp phù hợp với đặc điểm của mô hình nghiên cứu. D−ới đây trình bày một số ph−ơng pháp nghiên cứu sử dụng trong luận văn.
2.2.1.1. Ph−ơng pháp giải tích
Với ph−ơng pháp giải tích, sau khi nghiên cứu và mô hình hoá quá trình chuyển số của các ly hợp khoá số trong hộp số với cơ cấu sang số d−ới tải dựa vào các định luật cơ học mô phỏng các chuyển động của cơ hệ bằng ph−ơng trình vi phân biểu diễn quá trình chuyển số của cơ hệ. Đối với mô hình tuyến tính, việc giải các ph−ơng trình vi phân này có thể tiến hành bằng ph−ơng pháp giải tích hoặc bằng ph−ơng pháp số. Do nghiệm của các ph−ơng trình vi phân là không t−ờng minh vì vậy việc giải các ph−ơng trình bằng giải tích mất nhiều thời gian. Hiện nay do kỹ thuật tin học phát triển các bài toán kỹ thuật phức tạp th−ờng đ−ợc giải bằng ph−ơng pháp số.
2.2.1.2. Ph−ơng pháp số
Do quá trình làm việc, máy kéo hoạt động trong điều kiện tải trọng luôn thay đổi không đều d−ới tác động của lực cản mặt đ−ờng, chiều sâu lớp đất cày... hệ ph−ơng trình vi phân có thể coi là hệ ph−ơng trình phi tuyến chỉ có lời giải theo ph−ơng pháp gần đúng. Ph−ơng pháp giải đ−ợc áp dụng phổ biến
là ph−ơng pháp số. Ph−ơng pháp này có −u điểm là có thể dùng cho nhiều lớp bài toán khác nhau với các điều kiện sử dụng khác nhau.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, với sự hỗ trợ đắc lực của máy tính điện tử, việc giải các bài toán d−ới dạng hệ ph−ơng trình vi phân phi tuyến theo ph−ơng pháp số ngày càng đ−ợc sử dụng rộng r1i. Kết quả xử lý trên máy tính có độ chính xác và độ tin cậy cao, tuy nhiên kết quả tính toán phụ thuộc hoàn toàn vào việc xây dựng các thuật toán và lập trình giải bài toán trên máy vi tính. Trong luận văn khi nghiên cứu động lực học quá trình chuyển số ở hệ thống truyền lực có hộp số với cơ cấu sang số d−ới tải đ1 sử dụng ph−ơng pháp số để giải hệ ph−ơng trình vi phân. Một trong những ph−ơng pháp số đ−ợc sử dụng phổ biến để giải gần đúng hệ ph−ơng trình vi phân là ph−ơng pháp Runghe – Kutta. Nội dung chính của ph−ơng pháp này là:
Giải ph−ơng trình vi phân bậc nhất:
y,, = f(t,y); với y(t0) = yo; (2.1)
Khi cho số gia thời gian ∆t và tk = to + k∆t; (k = 0,1,2,...n), thì các giá trị của hàm số yk + 1 ở thời điểm tk + 1 đ−ợc xác định theo yk ở thời điểm tk nh− sau:
yk + 1 = yk + 1 6( 2 2 1 2 3 4 ∆y + ∆y + ∆y + ∆y ) (2.2) Trong đó: . ( , ); 1 ∆y = ∆t f t y k k ; 1 . ( ; ) 2 2 2 ∆ ∆ ∆y = ∆t f t + t y + y k k ; 2 . ( ; ) 3 2 2 ∆ ∆ ∆y = ∆t f t + t y + y k k (2.3) 3 . ( ; ); 4 2 2 ∆ ∆ ∆y = ∆t f t + t y + y k k
Tr−ờng hợp một ph−ơng trình vi phân bậc cao:
( ) ' ( -1) ( , , ,..., ); =
n n
Với y(t0) = y0; y(t0)( i) = y0( i) ; ( i = 1,2,...,n – 1)
Bằng cách đặt các hàm trung gian, ta sẽ đ−a ph−ơng trình vi phân bậc cao thành hệ n ph−ơng trình vi phân bậc nhất có dạng.
y’ = y1 ; y(t0) = y0; ' " ; 1= = 2 y y y ( ) ' ; 1 0 = 0 y t y --- --- ( 1) ' ; 2 1 − = = − n − y y y n n ( 2) ( ) ; 2 0 0 − = − n y t y n ' ; 1= = − n yn y yn ( ) ( 1); 1 0 0 − = − n y t y n
Nh− vậy thay việc giải ph−ơng trình vi phân bậc n bằng việc giải hệ các ph−ơng trình vi phân bậc nhất. Tr−ờng hợp hệ gồm có m ph−ơng trình vi phân bậc n, khi đó chuyển thành hệ mìn ph−ơng trình vi phân bậc nhất với các điều kiện đầu t−ơng ứng.
2.2.2. Đối t−ợng nghiên cứu
Hiện nay trên thế giới ôtô máy kéo đang có xu h−ớng đ−ợc thay thế HTTL cơ học bằng truyền lực thuỷ lực bởi nh− đ1 biết HTTL thuỷ lực hoặc thuỷ cơ có nhiều −u điểm nổi trội so với HTTL cơ học. Tuy nhiên ở Việt Nam HTTL thuỷ lực hoặc thuỷ cơ trên ô tô và đặc biệt là trên máy kéo còn đ−ợc dùng rất hạn chế, để hiểu rõ đ−ợc những −u điểm của HTTL thuỷ lực và thuỷ cơ chúng tôi tiến hành khảo sát hệ thống truyền lực có cơ cấu sang số một giai đoạn của máy kéo MTZ- 80 và quá trình sang số d−ới tải của máy kéo MTZ- 80A. Việc lựa chọn hai loại máy kéo này làm đối t−ợng nghiên cứu vì đây là hai máy kéo có tất cả các thông số kỹ thuật giống nhau về: động cơ D240, trọng l−ợng của xe 3350 kg, bán kính bánh xe chủ động, chiều dài cơ sở... nh−ng chúng có hộp số khác nhau. ở máy kéo MTZ- 80 là hộp số cơ học còn ở máy kéo MTZ- 80A là loại hộp số có cơ cấu sang số d−ới tải với ly hợp khóa ép bằng thuỷ lực. Hai loại hộp số của hai máy kéo này có thể lắp lẫn cho nhau, nhờ vậy khi nghiên cứu động lực học quá trình sang số của chúnh sẽ có cơ sở
t−ơng đ−ơng để so sánh −u nh−ợc điểm của chúng. Để khảo sát các tính chất động lực học quá trình chuyển số của hai hệ thống truyền lực sang số có cấp trên máy kéo MTZ- 80 và sang số d−ới tải trên máy kéo MTZ - 80A nhằm so sánh, đánh giá những −u nh−ợc điểm của hai loại hộp số, qua đó đ−a ra những kết luận chính xác về các yếu tố động lực học quá trình sang số của hai hệ thống truyền lực máy kéo MTZ - 80 và MTZ- 80A một cách khoa học, thông qua việc xây dựng mô hình khảo sát đúng với thực tế. Để tăng độ chính xác khi lập mô hình khảo sát có độ tin cậy và đảm bảo chính xác chúng tôi đ1 đi tìm hiểu những đặc điểm kết cấu, các thông số kỹ thuật của hai hệ thống truyền lực làm tiền đề cho bài toán khảo sát.
2.2.2.1. Đặc điểm chung của hai hệ thống truyền lực[8,11, 19, 22]
a. Sơ đồ hệ thống truyền lực máy kéo MTZ - 80
Hình 2.1. Sơ đồ động học hệ thống truyền lực máy kéo MTZ – 80
Hệ thống truyền lực máy kéo MTZ - 80 gồm có các bộ phận cơ bản sau + Ly hợp,
+ Bộ phận tăng mô men quay (giảm tốc),
+ Hộp số,
+ Bộ phận truyền lực trung −ơng, + Bộ vi sai,
+ Truyền lực cuối cùng, + Bánh chủ động.
b. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hộp số máy kéo MTZ - 80A
Trên máy kéo MTZ - 80A, HTTL của máy đ1 đ−ợc cải tiến từ máy kéo MTZ- 80 do vậy các thông số kỹ thuật của HTTL hoàn toàn t−ơng đ−ơng nhau [22], tuy nhiên trong HTTL của máy kéo MTZ - 80A đ−ợc trang bị loại hộp số kiểu sang số d−ới tải trọng. Quá trình chuyển số của máy kéo MTZ - 80A có các −u điểm nổi bật đó là.
Hình 2.2. Hộp số máy kéo MTZ – 80A
1. Trục chủ động (Trục sơ cấp); 2. Bộ phận phân phối dầu; 3,4; Các ly hợp khoá số; 5. Khớp răng; 6; bánh răng cố định trên trục trung gian; 7. Trục trung gian.. 5. Khớp răng; 6; bánh răng cố định trên trục trung gian; 7. Trục trung gian..
+ Việc chuyển số sẽ diễn ra nhẹ nhàng, thay vì việc phải ngắt ly hợp rồi chuyển sang tay số mới nh− ở máy kéo MTZ- 80 ng−ời thợ vận hành chỉ cần đẩy tay gạt điều khiển đóng mở các cửa dầu của cơ cấu phân phối thuỷ lực, do vậy giảm đ−ợc c−ờng độ lao động.
1 2 3
45 5
6
+ Thời gian để hoàn thành các thao tác chuyển số diễn ra nhanh chóng trong một khoảng thời gian ngắn nên không ảnh h−ởng đến vận tốc của máy kéo, không phải tăng tốc độ động cơ để phù hợp với tải trọng và lực cản mặt đ−ờng hay lực cản của l−ỡi cày do đó động cơ không bị quá tải, giảm chi phí nhiên liệu, tăng tuổi thọ cho các chi tiết trong hệ thống truyền lực.
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý HTTL máy kéo MTZ - 80A
