.8 Đặc tính kéo

Hình 2.8 là đặc tính kéo của hộp số 4 số; đặc tính động cơ lấy từ đặc tính thực nghiệm. Hệ động lực ô tô gồm động cơ đốt trong, hệ truyền lực gồm ly hợp, hộp số và truyền lực cuối. Ly hợp là cơ cấu khởi động, tạo ra mô men

khởi động ban đầu. Nếu là biến mơ thì nó có tỷ số truyền is 2,1. Hộp số đầy đủ gồm một hộp số phụ đặt trước, hộp số chính đặt giữa và hộp số phụ đặt sau. Tỷ số truyền của hộp số là iG i i iGV GH GN . Truyền lực sau cùng gồm hộp trích cơng suất, truyền lực chính, truyền lực cạnh. Khi một ơ tơ có miền biến thiên lực kéo và vận tốc lớn cần có tỷ số truyền lớniAi i i iS(GV GH GN)(i i iEV EA EN). Với tỷ số truyền lớn cần có nhiều cấp số và một hộp số không thể cồng kềnh và sang số nhiều lần. Vì vậy nhóm tỷ số truyền sau cùng là cố định; tỷ số truyền được thay đổi theo số vịng quay của biến mơ is 2,1; cịn thay đổi tỷ số truyền thực hiện trong hộp số với tỷ số truyềniG i i iGV GH GN. Tùy vào điều kiện vận hành mà ta chia ra các miền sang số: số cao số thấp, nhất là máy kéo có các vùng lực kéo, vùng vận tốc canh tác và vùng vận tải. Như vậy hộp số chính là cơ cấu thay đổi số thường xuyên, cần hạn chế số tay số nhỏ hơn 6 để hộp số khơng cồng kềnh, ít thay đổi số, tiết kiệm tiêu hao nhiện liệu và tăng vận tốc trung bình của xe. Hình (2.9) là quan hệ giữa số vịng quay động cơ với tỷ số truyền. Như vậy vận tốc thay đổi theo số vòng quay động cơ, phụ thuộc vị trí chân ga, trong khoảng(nmin....nmax). Sự thay đổi đó ta gọi là vùng biến thiên trong. Vận tốc ô tô cũng được thay đổi bởi tỷ số truyền hộp số trong miền tỷ số truyền (iA,min....iA m, ax).

Hình 2.10 Quan hệ cơng suất khi chọn tỷ số truyền lực cuối iA,min

Đồ thị trong hình (3.5) biểu thị cơng suất phụ thuộc vận tốc với các tỷ số truyền lực chính khác nhau. Đường liền với iA,min 3,25, ta đạt vận tốc cực đại 195 km/h tại công suất cực đại P=100 kW. Với iA,min 2,7tương tự đạt vận tốc cực đại 240 km/h. VớiiA,min 3,7 ta chỉ đạt vận tốc 170 km/h tại công suất cực đại. Tuy nhiên, nếu xét theo điều kiện cản, từ đường công suất cản PZ, ta thấy vận cực đại là khác nhau:(vmax3 vmax2 vmax1). Cùng tại một vận tốc 170 km/h, Dự trữ cơng suất có quan hệ: (Pz,Ex2 Pz,Ex1 Pz,Ex3). Phương pháp chọn các số trung gian cũng ảnh hưởng đến chất lượng kéo. Ta so sánh hai cấp số nhân và điều hịa. Hình (2.7b) là đồ thị lực kéo Fz: phía phải phân theo cấp số nhân, phía trái cấp số điều hịa. Các đường lực kéo của động cơ ở các tay số gần với đặc tính lý tưởng hơn, khoảng trống là ít hơn. Miền biến thiên trong là khơng thay đổi, hình (2.7b) trái. Với cấp số điều hịa, vận tốc giãn cách các thay số khơng đổi, nhưng miền biến thiên trong thì càng lên số cao càng hẹp, hình (2.7b) phải. Ở các số thấp, đặc tính động cơ khơng sát đặc tính lý tưởng, khoảng hổng lớn, có thể xe rơi vào vùng mất ổn định. Hình (2.7b) Quan hệ số vòng quay và vận tốc của cấp số nhân và điều hịa. Hình 2.11 là sự phụ thuộc của mơ men động cơMe, mô men lý tưởng ứng với

một công suất không đổi T(Pconst), mô men cản ứng với các tay số

, ax

( )

B A m

T i và T iB( A,min).

Hình 2.11 Đặc tính mơ men của ơ tơ

Tính tốn lực kéo

Khi đã có động cơ và tỷ số truyền cũng như một số thông số của xe ta phải xây dựng các đường sau:

(i) Đặc tính kéo: 0 0 2 ( ) e j , e k j M i i rn F v v r i i     (2.56) (ii) Nhân tố động lực học D(v): 2 0 wD 0 / (1/ 2) 2 ( ) e j , e G j M i i r c Av rn D v v F i i       (2.57)

(iii) Đặc tính gia tốc a(v): 0 ( ) 2 , e j D q f rn a x g v i i        (2.58)

2.2.3 Tính tốn sức kéo với hộp số thủy cơ

Để tính tốn kéo cho hộp số thủy cơ cần thiết phải có Đặc tính động cơ và Đặc tính biến mơ như hình 2.9 và 2.10.

Hình 2.12 Đồ thị đặc tính biến mơ [kt: v/phut)/(Nm)1/2]

Hình 2.13. Đặc tính của động cơ đốt trong

Ta có cơng thức tính lực kéo của ơ tơ khi có biến mơ:

0 w 0 w 2 , e hj e k hj M i i i n r F v r i i i     (2.59) w , T T n P P n M i i n M   (2.60)  i in w (2.61)

Các công thức trung gian để xây dựng đặc tính kéo: T t T n k M  (2.62) e e e n k M  (2.63) Từ đặc tính động cơ đốt trong M ne( )e ta dựng đường k ne( )e như trong hình (2.10). Ta biết rằng, khi Động cơ đốt trong và biến mơ làm việc đồng bộ thì ke kT. Khi biết i kn, T ta có thể xác định được số vòng quay nT và MT. Sau khi xác định được giá trị i kn t ta xác định các giá trị nT và MT . Như vậy các hệ số i in, w hoàn toàn xác định được, thay chúng vào các cơng thức (2.59) ta có thể tính tốn kéo theo cách thơng thường.

Chương 3

TÍNH TỐN MÁY KÉO NƠNG NGHIỆP

3.1. Phương trình cân bằng cơng suất và hiệu suất kéo

Phương trình cân bằng công suất của máy kéo là phương trình biểu thị mối quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ và các thành phần công suất chi phí cho các lực cản chuyển động. Trường hợp tổng quát là khi máy kéo có sử dụng trục thu cơng suất, phương trình có dạng như sau:

Pe Pms Pf P   Pi Pj Pm P0 (3.1) Trong đó:

e

P  công suất hiệu dụng của động cơ;

ms

P  công suất tiêu hao trong hệ thống truyền lực và trên nhánh xích

chủ động (nếu là máy kéo xích);

f

P  công suất tiêu hao cho lực cản lăn;

P  công suất tiêu hao do bánh chủ động hoặc xích bị trượt;

i

P  công suất tiêu hao do lực cản dốc, lấy dấu (+) khi lên dốc và lấy

dấu () khi xuống dốc;

i

P  cơng suất tiêu hao cho lực cản qn tính, lấy dấu (+) khi chuyển động nhanh dần và lấy dấu () khi chuyển động chậm dần;

m

P  cơng suất có ích trên móc kéo (cơng suất kéo); 0

P  công suất truyền cho trục thu công suất.

Tỷ số giữa công suất kéo và phần công suất động cơ dùng để thực hiện công việc kéo được gọi là hiệu suất kéo:

k m e o P P P    (3.2) Trường hợp không sử dụng trục thu công suất :

k m

e P

P

  (3.3) Hiệu suất kéo là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất kéo của máy kéo và để đánh giá so sánh chất lượng kéo của các máy kéo khác nhau.

Hiệu suất kéo phụ thuộc vào các thông số cấu tạo, chế độ tải trọng và điều kiện sử dụng chúng. Vì vậy, cùng điều kiện sử dụng như nhau, hiệu suất kéo của các máy kéo khác nhau là khác nhau hoặc cùng một loại máy kéo, hiệu suất kéo sẽ khác nhau khi làm việc ở điều kiện khác nhau.

Để đơn giản trước hết ta xét trường hợp máy kéo chuyển động ổn định trên đường nằm ngang và không sử dụng trục thu công suất. Các trường hợp khác sẽ được xem như là trường hợp đặc biệt.

Trong trường hợp này phương trình cân bằng cơng suất như sau:

e ms f m

P  P P P P (3.4) Phân tích bản chất của q trình truyền cơng suất ta có thể biểu diễn phương trình (3.4) theo dạng sơ đồ sau đây:

Trong đó:

k

P  cơng suất truyền cho bánh chủ động ;

Pk  Pe Pms F vk T

R

P - công suất truyền lên khung để đẩy máy kéo chuyển động;

PR Pk P F vk

m

P  cơng suất kéo ở móc.

Pm PR Pf F vm Pk=FkvT

Pe PR=Fkv Pm=Fmv

k

F  lực kéo tiếp tuyến ;

T

v , v  vận tốc lý thuyết và vận tốc thực tế;

Các hao tổn công suất trong từng khâu truyền Pms ,P ,và Pf cũng được đánh giá qua các hiệu suất tương ứng, cụ thể là:

 Hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực:

k e ms 1 ms m e e e P P P P P P P       (3.5) Suy ra: Pms  (1 m)Pe

 Hiệu suất tính đến sự ảnh hưởng của độ trượt

R k k k t T P F v v P F v v      hoặc   1  (3.6)

 Hiệu suất tính đến sự ảnh hưởng của lực cản lăn:

f m m m m R k k G m P F v F F P F v F fF F       (3.7)

Kết hợp các công thức (3.3),(3.5),(3.6)và (3.7) với những phép biến đổi đơn giản ta nhận được:

(1 ) m k m f m G m F fF F           (3.8)

Khi tính tốn có thể chấp nhận ta giả thiết là hệ số cản lăn và hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực là những đại lượng không đổi: f = const; ηm =

const

Trên hình 3.1 là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất kéo k và lực kéo Fm theo công thức (3.8), Qua hình 3.1 ta thấy khi lực kéo Fm 0

ma sát trong hệ thống truyền lực và để thắng lực cản lăn. Với sự tăng lực kéo hiệu suất kéo cũng tăng lên và đạt giá trị cực đại max, sau đó giảm dần đếnk 0(ứng với độ trượt Trường hợp k 0 tồn bộ cơng suất động cơ bị hao tổn do ma sát trong hệ thống truyền lực và do trượt)

Khi  k  maxmáy kéo làm việc có hiệu quả nhất, do đó giá trị lực kéo ứng với max được gọi là lực kéo tối ưuFtu.

Cần lưu ý rằng, hệ số  và đường đặc tính trượt phụ thuộc vào các thơng số cấu tạo của máy kéo và các tính chất cơ lý của đất. Do vậy các giá trị max và Ftu của các máy kéo khác nhau sẽ khác nhau và cũng sẽ thay đổi khi điều kiện sử dụng thay đổi.

Hình 3.1. Đặc tính trượt và hiệu suất

3.2. Đồ thị cân bằng cơng suất và đường đặc tính kéo thế năng

3.2.1 Đồ thị cân bằng cơng suất

Phương trình (3.4) biểu thị sự cân bằng công suất của máy kéo không dùng trục thu công suất và chuyển động ổn định trên mặt đường nằm ngang. Các thành phần cơng suất trong phương trình đều phụ thuộc vào tải trọng kéo (Fm).

Để dễ nhận thấy sự ảnh hưởng của tải trọng kéo đến các thành phần cơng suất ta biểu diễn phương trình (3.4) dưới dạng đồ thị với trục hoành biểu diễn lực kéoFm và trục tung là các thành phần công suất.

Giả thiết máy kéo có hộp số vơ cấp, nhờ đó động cơ ln phát huy được hết công suất Pe  Pemax const. Giả thiết này nhằm loại bỏ sự ảnh hưởng của đặc tính động cơ và các thông số cấu tạo của hệ thống truyền lực đến công suất kéo. Đồ thị cân bằng cơng suất được thể hiện trên Hình 3.2.

Hình 3.2 Đồ thị cơng suất

Hình 3.3 Đặc tính kéo thế năng

Ta đã biết công suất truyền cho bánh chủ động có thể được xác định theo công thức:

Pk F vk T (fFG F vm) T

suy ra T k m e G m G m P P v fF F fF F     

Trong trường hợp đang xét công suất động cơ luôn luôn bằng cơng suất danh nghĩa (Pe PeH const), do đó đường cong vận tốc lý thuyết có thể xây dựng theo công thức:

v vT(1) T m eH G m P v fF F    (3.9) Vận tốc thực tế: v vT(1)

Như vậy, nếu biết quan hệ định lượng giữa độ trượt và lực kéo

( m)

f F

  , công suất danh nghĩa của động cơ PeH , trọng lượng FG, hiệu suất cơ học m, hệ số cản lăn f với giả thiết m cons ,t f const , thì ta có thể xác định được các thành phần cơng suất theo lực kéo ở móc và sẽ xây dựng được đồ thị cân bằng cơng suất.

Trình tự xây dựng đồ thị cân bằng công suất:

1 Xây dựng đường cong trượt   f F( m)theo số liệu thực nghiệm hoặc theo công thức thực nghiệm.

2 Xây dựng đường cong vận tốc lý thuyết vT  f F( m)theo công thức (3.9) và vận tốc thực tế v  f F( m) theo (3.10).

3 Công suất hao tổn do ma sát trong hệ thống truyền lực:

(1 )

ms eH m

P P 

4 Công suất hao tổn do trượt: P (Fm  fFG)(vt v)

5  Công suất hao tổn do cản lăn: Pf  fF vG F vf

Qua đó ta thấy khi tăng lực cản kéo Pm công suất hao tổn do trượt N  sẽ tăng vì lực kéo tăng sẽ làm tăng độ trượt dẫn đến làm giảm vân tốc thực tế, cịn cơng suất hao tổn do cản lăn N giảm vì vận tốc giảm.

3.2.2 Đường đặc tính kéo thế năng

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc công suất kéo vào lực kéoPm  f F( m) khi sử dụng hốp số vô cấp và động cơ làm việc ở chế độ danh nghĩa được gọi

là đường đặc tính kéo thế năng của máy kéo (hình 3.3)

Đường đặc tính kéo thế năng của máy kéo biểu thị khả năng tạo ra công suất kéo lớn nhất có thể với các giá trị lực kéo đã cho, trong điều kiện đất đai đã được xác định.

Khi máy kéo chạy không công suất kéoPm 0, tồn bộ cơng suất truyền cho bánh chủ động chỉ để khắc phục lực cản lăn. Với sự tăng lực kéo công suất kéo cũng tăng dần đến giá trị cực đại Pm m, ax, sau đó sẽ giảm dần do độ trượt tăng nhanh. Khi độ trượt  = 1 (100%) thì Pm 0 và tồn bộ cơng suất truyền cho bánh chủ động sẽ tiêu hao vơ ích cho hiện tượng trượt.

Quy luật thay đổi công suất kéo cũng tương tự như sự thay đổi hiệu suất kéo. Nếu chọn tỷ lệ xích phù hợp đường cong hiệu suất và đường cong công suất kéo (đặc tính kéo thế năng) sẽ hồn tồn trùng nhau vì trong trường hợp này Nm và k quan hệ với nhau theo tỷ lệ thuận (Pm kPemax) .

Đường đặc tính kéo thế năng chỉ ra rằng, ở điều kiện đất đai xác định máy kéo làm việc có hiệu quả chỉ trong khoảng lực kéo nhất định FcpminFcp max. Nếu lực kéo nằm ngồi khoảng đó cơng suất kéo và hiệu suất kéo đều giảm xuống quá thấp. Máy kéo làm việc có hiệu quả nhất khi lực cản của liên hợp máy bằng lực kéo tối ưu Ftu, khi đó hiệu suất và cơng suất kéo đạt giá trị cực đại.

Hinh 3.4a Đặc tính máy kéo xích hộp số có cấp

Hinh 3.4b Đặc tính máy kéo xích hộp số có cấp

Phân loại máy kéo theo lớp lực kéo

Trong lĩnh vực nông nghiệp, các máy kéo phải đảm nhiệm nhiều loại công việc khác trên những điều kiện đất đai khác nhau, do đó lực cản kéo thay đổi trong phạm vi rất rộng. Để máy kéo làm việc có hiệu quả cần phải chế tạo ra nhiều loại máy kéo với các cỡ cơng suất khác nhau, mỗi loại sẽ có khoảng lực kéo riêng của mình và chỉ làm việc có hiệu quả trong khoảng lực kéo đó.

Lực kéo danh nghĩa

Để phân loại máy kéo theo lớp lực kéo người ta quy ước dùng giá trị lực kéo tối ưu làm tiêu chuẩn so sánh khi chúng làm việc trên cùng điều kiện chuẩn: ruộng gốc rạ, độ chặt và độ ẩm trung bình. Các giá trị lực kéo tối ưu nhận được trong điều kiện quy ước như vậy được gọi là lực kéo danh nghĩa FH.

Độ trượt tương ứng với lực kéo danh nghĩa PH dược gọi là độ trượt danh nghĩa H. Thực nghiệm cho thấy giá trị H =15-18% đối với máy kéo bánh và

H=5-7% đối với máy kéo xích.

Hệ thống máy kéo của các nước khác nhau có thể khác nhau, tuỳ thuộc vào