TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
BẢN RỘNG ĐAI XÍCH ĐAI KIM LOẠ
Các dạng truyền động vô cấp sử dụng trong hệ thống truyền lực của ô tô - máy kéo có thể là truyền động thủy lực, truyền động điện hay truyền động cơ khí (hình 1.4).
* Truyền động thủy động (TĐTĐ)
Truyền động thủy động là dạng truyền động mà công suất đƣợc truyền chủ yếu là động năng của dòng chất lỏng trong truyền động. Một ứng dụng khá phổ biến của dạng truyền động này trong hệ thống truyền lực của ô tô – máy kéo là biến mô thủy lực.
Biến mô đƣợc sử dụng để đóng ngắt truyền động (li hợp) và thay đổi mô men (biến mô). Trong hệ thống truyền lực của các loại xe ô tô tốc độ cao hoặc máy tự hành công suất lớn, biến mô thƣờng kết hợp với hộp số cơ học (truyền động hành tinh) điều khiển tự động hoặc bán tự động (hình 1.5).
Hình 1.5. Hộp số tự động 7G-Tronic
Nguồn: Mercedes, 2013
1. Biến mô; 2. Khóa li hợp; 3. Hộp số hành tinh; 4. HT điều khiển thủy lực; 5. Hệ thống tự chẩn đoán; 6. Các cơ cấu chấp hành
Hệ thống truyền lực này có kết cấu phức tạp, giá thành chế tạo cao, không phù hợp với truyền lực máy kéo công suất nhỏ và điều kiện sản xuất, năng lực chế tạo của Việt nam.
3 5 6 1 2 4
* Truyền động thủy tĩnh (TĐTT)
Dựa vào tính chất không nén đƣợc của chất lỏng, TĐTT có thể biến đổi mô men và tốc độ từ động cơ đến cơ cấu chấp hành êm dịu và vô cấp từ 0 đến cực đại. TĐTT đƣợc sử dụng rất phổ biến trên máy kéo nông nghiệp, máy xây dựng và máy công trình công suất lớn. Ngoài ra trên một số loại máy kéo công suất nhỏ sử dụng trong các công việc cắt cỏ, chăm sóc cây trồng.. cũng đƣợc thiết kế kiểu truyền động này (hình 1.6).
So với truyền động thủy động, TĐTT có kết cấu đơn giản và ít chi tiết hơn. Tuy nhiên do yêu cầu cao về độ chính xác và độ tin cậy, việc sản xuất các chi tiết của TĐTT cũng đòi hỏi công nghệ cao, vật liệu đặc biệt, do đó giá thành chế tạo cũng lớn.
Hình 1.6. Truyền động thủy tĩnh trên máy kéo
Nguồn: Murrenhoff and Wallentowitz, 1998
a. Sử dụng một động cơ thủy lực cho cầu trước và một động cơ cho cầu sau (2/4); b. Sử dụng một động cơ thủy lực cho cầu sau và hai động cơ thủy lực cho cầu trước (3/4); c. Sử dụng động cơ thủy lực độc lập cho các bánh xe (4/4);
* Truyền động điện (TĐĐ)
Truyền động điện đƣợc ứng dụng phổ biến trên các loại xe lai (Hybrid) hoặc xe nâng hàng. Kiểu truyền động này không gây tiếng ồn, tiết kiệm nhiên liệu. Hình 1.7 giới thiệu các phƣơng án kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện trên các dòng xe hybrid.
ĐC ĐC ĐC
b. c.
Trong các sơ đồ này, động cơ đốt trong chỉ cung cấp cơ năng cho máy phát điện (hình 1.7a), điện năng chuyển đổi thành cơ năng tại máy điện đƣa tới các bánh xe chủ động – phƣơng án bố trí nối tiếp; hoặc động cơ đốt trong đƣợc bố trí song song với máy điện, trong các bố trí này máy điện có thể bố trí trƣớc hệ thống truyền lực (hình 1.7b) hay bố trí sau hệ thống truyền lực (hình 1.7c).
Việc sử dụng máy điện thuận nghịch (làm việc chế động động cơ khi dẫn động, chế độ máy phát khi tận dụng động năng của xe) cho phép tận dụng năng lƣợng quán tính của xe khi phanh để tạo ra năng lƣợng điện tích lũy trong ắc quy nhằm giảm chi phí nhiên liệu, nhƣng chỉ thích hợp với ô tô chuyển động với tốc độ cao.
Tuy nhiên do một số hạn chế nhƣ hiệu suất thấp, giá thành chế tạo cao, thể tích riêng lớn, nên TĐĐ hầu nhƣ không đƣợc ứng dụng trên máy kéo (Bernhardt and Heidemeyer, 1990).
Hình 1.7. Hệ thống Hybrid
Nguồn: Bosch, 1991
G - máy phát điện; M/G- máy điện thuận nghịch
* Truyền động cơ khí vô cấp
Truyền động cơ khí vô cấp dựa trên nguyên tắc ma sát giữa các chi tiết của bộ phận dẫn động. Sự thay đổi tỷ số truyền đƣợc thực hiện liên tục, thông
G M/G M/G LI HỢP HỘP SỐ M/G LI HỢP HỘP SỐ a. b. c.
qua sự thay đổi vị trí của con lăn với đĩa ma sát (hình 1.8) hoặc của dây đai với bánh đai (hình 1.9).
Hình 1.8. Truyền động đĩa ma sát vô cấp
Hình 1.9. Truyền động bao vòng vô cấp
Trong hệ thống truyền lực của ô tô - máy kéo, truyền động bao vòng vô cấp đƣợc ứng dụng phổ biến hơn cả. Có 3 loại truyền động bao vòng vô cấp:
- Truyền động xích vô cấp (hình 1.10).
Dây đai truyền động có kết cấu dạng xích, ma sát đƣợc tạo ra giữa chốt xích và bánh đai. Do có hệ số ma sát thấp (< 0.1) nên cần có lực ép lớn giữa bánh đai và dây xích để đảm bảo khả năng truyền mô men. Để tạo ra lực ép theo yêu cầu (20 – 30 kN) cần thiết kế một hệ thống truyền lực riêng, thƣờng là truyền lực thủy lực. Truyền động xích vô cấp có phạm vi thay đổi tỷ số truyền (imax/imin) từ 5 - 6, có khả năng truyền mô men lớn (500 Nm).
Đĩa chủ động Đĩa bị động Bánh đai chủ động Bánh đai bị động
Hình 1.10. Truyền động xích vô cấp
Nguồn: Audi, 1999
- Truyền động dây đai kim loại vô cấp
Có đặc điểm tƣơng tự nhƣ truyền động xích vô cấp, dây đai có cấu tạo khá đặc biệt bao gồm nhiều miếng kim loại ghép liên tiếp trên 2 dây đai gồm nhiều lá cũng bằng kim loại mỏng (hình 1.11). Với kết cấu nhƣ vậy, hiệu suất của bộ truyền cao hơn truyền động xích vô cấp do dây đai kim loại có thể thực hiện truyền lực trên cả 2 nhánh, một nhánh kéo và một nhánh đẩy.
Hình 1.11. Truyền động dây đai kim loại vô cấp
Nguồn: Bonsen, 2006
Truyền động xích và dây đai kim loại vô cấp đƣợc ứng dụng cho các loại ô tô con và trên máy kéo công suất vừa và nhỏ. Hai loại truyền động này có kết cấu khá phức tạp cần có bộ phận tạo lực ép riêng (thủy lực) nên giá thành chế tạo cao.
- Truyền động đai thang bản rộng vô cấp
Do hệ số ma sát giữa dây đai và bánh đai lớn, lực ép yêu cầu không lớn từ 1 - 3 kN, nên việc thiết kế bộ phận tạo lực ép không quá phức tạp, có thể thực hiện bằng các cơ cấu truyền động cơ khí. Truyền động đai bản rộng vô cấp có kết cấu đơn giản, phạm vi thay đổi tỷ số truyền rộng (imax/imin = 9), có khả năng truyền mô men đến 200 Nm. Kiểu truyền động này đƣợc ứng dụng trên các loại
máy nông nghiệp tự hành, máy kéo công suất vừa và nhỏ (hình 1.12).
Hình 1.12. Truyền động đai bản rộng vô cấp
Nguồn: Berges AG, 2013