5. Nội dung nghiên cứu
2.2.Các lực cản chuyển ựộng trên máy kéo xắch
1). Lực cản lăn của máy kéo xắch
Lực cản lăn của máy kéo xắch sinh ra do ựất bị biến dạng theo phương pháp tuyến và do lực ma sát trong bộ phận di ựộng xắch. Nếu ta ký hiệu PẶn và PẶrlà hai thành phần lực cản lăn tương ứng với hai nguyên nhân sinh ra chúng thì lực cản lăn chung của máy kéo sẽ là:
PẶ = PẶn + PẶr
đất bịến dạng theo phương pháp tuyến là do sự tác ựộng của tải trọng pháp tuyến, chủ yếu là do trọng lượng của máỵ Sự phân bố ứng suất theo chiều dài xắch là không ựều nhau, tại vùng tiếp xúc với các bánh ựề xắch có ứng suất lớn hơn các vùng lân cận.
phân bố phản lực pháp tuyến theo chiều dài của nhánh xắch tiếp ựất là ựồng ựều (hình 2.3). Khi ựó sự biến dạng của ựất theo phương pháp tuyến chủ yếu là do bánh ựè xắch phắa trước gây nên, các bánh ựè xắch tiếp theo chỉ lăn trên nền ựất ựã ựược bánh ựè xắch trước nén chặt. Hợp lực của các phản lực pháp tuyến tác dụng lên nhánh xắch trước có thể phân thành hai thành phần: thành phần thẳng ựứng và thành phần nằm ngang. Thành phần nằm ngang có chiều chống lại sự chuyển ựộng và ựược gọi là lực cản lăn PẶn.
Trị số của thành phần lực cản lăn PẶn có thể ựược xác ựịnh theo một vài phương pháp khác nhau tuỳ theo cách giả thiết. Với giả thiết ựã nêu ra ở trên ta xác ựịnh lực PẶn theo phương pháp cân bằng công do lực PẶn làm dịch chuyển máy kéo theo phương ngangvới ựoạn ựường dL và công của trọng lực G làm mặt ựường biến dạng theo phương pháp tuyến một ựoạn dh.Ta có thể viết phương trình cân bằng năng lượng:
Pf n.dL = G dh.
Tắch phân hai vế phương trình trên với các cận (0 − L) và (0 − h) sẽ nhận ựược: P Gh
L
f n = (2.13) trong ựó: L - chiều dài mặt tựa xắch;
h - ựộ sâu vết xắch.
Hình 2.2 Hình 2.3 Sơ ựồ lực tác dụng lên máy kéo Sơ ựồ xác ựịnh lực cản lăn
MΚ h pfn pfm G L σtb Pj G.sinα G.cosα Pm G PK α Pf
để xác ựịnh ựộ sâu của vết xắch h ta giả thiết ứng suất pháp tuyến phân bố ựồng ựều có trị số là σtb và sự biến dạng của ựất nằm trong giới hạn ựàn hồị
Trị số của σtb có thể ựược xác ựịnh theo công thức (1.1) với n=1 : σtb = kh
trong ựó: k - hệ số biến dạng của ựất theo phương pháp tuyến.
Trong trường hợp này trọng lượng của máy kéo sẽ ựược cân bằng với các phản lực pháp tuyến : G = 2σtbbL = 2khbL trong ựó: b- bề rộng dải xắch. Từ ựó rút ra: h G kbL = 2
Sau khi thay h vào phương trình (2.13) ta nhận ựược: P G
kbL
f n = 22
2 (2.14)
Qua công thức trên ta thấy thành phần lực cản lăn Pfn phụ thuộc vào các thông số cấu tạo của máy và các tắnh chất cơ lý của ựất. Trọng lượng của máy và chiều dài L là hai yếu tố gây ảnh hưởng mạnh nhất. để giảm thành phần lực cản lăn Pfn ta có thể tăng chiều dài L của dải xắch sẽ có hiệu quả hơn so với tăng bề rộng b. Nhưng trong quá trình sử dụng không thể thay ựổi chiều dài L vì không cho phép thay ựổi các thông số cấu tạo của bộ phận di ựộng xắch. Vì vậy, trong thực tế khi máy kéo làm việc trên nền ựất yếu ựể giảm lực cản lăn thường người ta chỉ tăng bề rộng b bằng cách sử dụng các dải xắch có bề rộng lớn hơn.
Lực cản lăn của máy kéo còn do các lực ma sát trong bộ phận di ựộng xắch, bao gồm: ma sát trong các khớp nối của dải xắch do lực căng ban ựầu T0 và lực ly tâm gây ra; lực ma sát giữa dải xắch và các bánh ựỡ xắch; lực ma sát trong các ổ ựỡ và lực cản lăn của các bánh ựè xắch. Các thành phần lực ma sát trên có thể quy dẫn ựến bánh chủ ựộng, tương ựương với một mô men ma sát Mr2 .
để phân biệt với mô men ma sát Mr1 do mô men chủ ựộng Mk gây ra, thường người ta gọi Mr1 là mô men ma sat nhóm I và Mr2 - mô men ma sát nhóm II.
Lực cản lăn do mô men ma sát nhóm II gây ra có thể ựược xác ựịnh theo công thức: P M r t r r k = 2 (2.15)
Xác ựịnh mô men ma sát nhóm II:
Các máy kéo dùng trong nông nghiệp thường làm việc với tốc ựộ chuyển ựộng thấp. Do ựó có thể bỏ qua sự ảnh hưởng của lực ly tâm ựến ựộ căng của xắch. Mô men ma sát trong các gối ựỡ cũng có thể bỏ qua . Như vậy mô men ma sát nhóm II Mr2 ựược sinh ra chủ yếu là do ma sát trên các chốt xắch và lực cản lăn của các các bánh ựè xắch.
Bằng cách phân tắch tương tự như ựã phân tắch ở nhánh chủ ựộng (Mục 2.1) ta nhận ựược o o k r T r z f Gr M = + + + + π α β β α ộ 2 ) 2 2 2 2 ( . 1 1 2 1 2 (2.16)
trong ựó: T0 - lực căng ban ựầu;
Ặ0 - hệ số cản lăn của các bánh ựè xắch.
Số hạng thứ nhất của công thức (2.16) là thành phần mô men ma sát sinh ra trên các chốt xắch do lực căng ban ựầu T0 gây ra, số hạng thứ hai là mô men ma sát do lực cản lăn của các bánh ựè xắch gây rạ đó là hai thành phần chủ yếu gây ra mô men ma sát Mr2.
Công thức (2.16) cũng cho ta thấy rằng, ựể giảm mô men ma sát Mr2 có thể bằng cách giảm lực căng ban ựầu Tọ.
Nhưng trong công thức trên chưa tắnh ựến sự ảnh hưởng của ựộ võng nhánh xắch trên ựến mô men ma sát Mr2. . Khi giảm lực căng ban ựầu sẽ làm ựộ võng tăng lên và dẫn ựến làm tăng mô men ma sát Mr2 . Như vậy cần phải giải
phận di ựộng xắch là nhỏ nhất.
Vấn ựề này thường chỉ ựược giải quyết theo phương pháp thực nghiệm và ựược kiểm tra thông qua ựo ựộ võng của nhánh xắch trên. Ngoài ra, ựể giảm ựộ võng và ựộ dao ựộng của nhánh xắch trên có thể thực hiện bằng cách lắp thêm các bánh ựỡ xắch.
Các thành phần lực cản lăn Pf.r và Pfn có thể biểu thị qua tải trọng pháp tuyến. Trường hợp máy kéo chuyển ựộng trên ựường nằm ngang, các thành phần lực cản lăn có thể ựược xác ựịnh như sau:
Pf n = f Gn Pf r = f Gr
trong ựó: Ặn và Ặr là các hệ số cản lăn tắnh ựến sự mất công suất do biến dạng của mặt ựường theo phương pháp tuyến và ma sát trong bộ phận di ựộng xắch.
Lực cản lăn chung của cả máy kéo sẽ là tổng của hai thành phần trên, nghĩa là:
Pf = Pf n + Pf r = (fn + fr)G = fG (2.17)
Cần lưu ý rằng, trong thực tế phản lực pháp tuyến lên các nhánh xắch phân bố không ựều theo chiều dài của nhánh xắch tựa, khi ựó ựộ sâu của vết xắch sẽ tăng lên và làm tăng lực cản lăn. Sự ảnh hưởng này sẽ càng lớn khi máy kéo chuyển ựộng trên ựất dốc.
Do phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhất là khi làm việc trên ựồng, nên hệ số cản lăn chỉ có thể xác ựịnh tương ựối chắnh xác bằng phương pháp thực nghiệm. Trong các tài liệu kỹ thuật thường ựược ựưa ra các hệ số cản lăn cho các loại máy kéo ( xắch hoặc bánh) khi làm việc trên các loại ựường, loại ựất khác nhaụ
2). Lực quán tắnh
Lực quán tắnh xuất hiện khi máy kéo chuyển ựộng có gia tốc. Trong trường hợp tổng quát nó bao gồm lực quán tắnh của các khối lượng chuyển ựộng
tịnh tiến và các khối lượng chuyển ựộng quaỵ
Phân tắch tương tự như ở máy kéo bánh (mục 2.5) ta nhận ựược: P G
g a
j = δa (2.18) trong ựó: a − gia tốc chuyển ựộng của máy kéo ;
δa − hệ số quy ựổi khối lượng, tắnh ựến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển ựộng quay không ựều:
δa ηp d ηm x x ηx k b k g G J i J i J J r = +1 2 + ∑ 2 + + 2 (2.19) ηp - hiệu suất làm việc của nhánh xắch chủ ựộng;
Jb - mô men quán tắnh của các chi tiết chuyển ựộg quay trong bộ phận chuyển ựộng xắch ựược quy dẫn ựến bánh chủ ựộng
( )2 ( )2 ( )2 B k2 p k p o k o n k n b r g G r r J r r J r r J J = + + + (2.20) Jn, rn − mô men quán tắnh và bán kắnh của bánh căng xắch;
Jo, ro − mô men quán tắnh và bán kắnh của các bánh ựè xắch; Jp, rp − mô men quán tắnh và bán kắnh của các bánh ựỡ xắch; GB − trọng lượng của nhánh xắch trên.
Các ký hiệu còn lại ựã ựược giải thắch trong công thức (2.25).
Hệ số quy ựổi khối lượng δa cũng có thể ựược tắnh theo công thức thực nghiệm:
δa = 1,2 +0,002i2 (2.21) trong ựó: i - tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực.
3). Cân bằng lực kéo
Từ sơ ựồ lực trên hình 2.2 có thể viết phương trình cân bằng lực: P = P ổ Gsinαổ P + P (2.22)
trong ựó: Pm - lực cản kéo ở móc.
Trong công thức (2.22) dấu (+) hoặc (−) trước G thuỳ thuộc chuyển ựộng lên dốc hoặc xuống dốc, còn dấu (+) hoặc (−) trước lực quán tắnh Pj sẽ tuỳ thuộc chuyển ựộng nhanh dần hoặc chậm dần.