Nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành của liên hợp máy kéo MTZ - 80 trên dốc dọc

h−a hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đ−ợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đã đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Nguyễn Cảnh Tỉnh i Lời cảm ơn Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận đ−ợc sự giúp đỡ và h−ớng dẫn tận tình của T.S Nguyễn Ngọc Quế. Nhân dịp này tôi xin đ−ợc bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Quế, ng ời đã tận tình h−ớng dẫn và tạo mọi điều kiện cho tôi nghiên cứu và hoàn thành đề tài này. − Tôi cũng xin đ−ợc bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong bộ môn Ô tô - Máy kéo, các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Điện và toàn thể các thầy cô giáo trong Tr−ờng ĐHNNI - Hà Nội đã tận tình giảng dạy và tạo điều kiện giúp đỡ. Xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp đang công tác tại tr−ờng THCN Việt Đức - Sông Công - Thái Nguyên đã động viên và giúp đỡ trong thời gian thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đ−ợc các ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn. Tác giả Nguyễn Cảnh Tỉnh ii Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các bảng v Danh mục các hình vi Mở đầu 1 Ch−ơng 1. Tổng quan và các vấn đề cần nghiên cứu 4 1.1. Tổng quan 4 1.2. Đối t−ợng nghiên cứu 5 1.3. Khái quát về ảnh h−ởng của hệ thống truyền lực đến quá trình khởi hành. 5 1.4. Đ−ờng đặc tính động cơ MTZ – 80 8 1.5. Những thông số cơ bản đánh giá chất l−ợng quá trình khởi hành 10 1.5.1. Giai đoạn thứ nhất của quá trình khởi hành 10 1.5.2. Giai đoạn thứ hai của quá trình khởi hành 12 1.5.3. Một số thông số ảnh h−ởng đến quá trình khởi hành của liên hợp máy trên dốc dọc 13 1.5.4. Nhận xét 16 1.6. Mục đích - nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 17 1.6.1. Mục đích 17 1.6.2. Nhiệm vụ của đề tài 17 Ch−ơng 2. Cơ sở lý thuyết của đề tài 18 2.1. Ph−ơng pháp nghiên cứu 18 2.1.1. Ph−ơng pháp giải tích 18 2.1.2. Ph−ơng pháp mô phỏng số 18 2.2. Mô hình động học của liên hợp máy 22 2.2.1. Mô hình động học của liên hợp máy 22 iii 2.2.2. Khái niệm về lực kéo tiếp tuyến, lực bám và hệ số bám của bánh xe chủ động 27 2.3. Xác định các thông số ảnh h−ởng đến quá trình khởi hành của liên hợp máy 37 2.3.1.Thời gian tăng tốc của máy kéo 37 2.3.2. Quãng đ−ờng tăng tốc của máy kéo 39 2.3.3. Mô men cản của liên hợp máy trong quá trình khởi hành 40 Ch−ơng 3. Khảo sát quá trình khởi hành của liên hợp máy kéo với rơ moóc trên dốc 53 3.1. Các giả thiết 53 3.2. Ph−ơng trình vi phân chuyển động của liên hợp máy 54 3.3. Xác định điều kiện đầu 56 3.4. L−u đồ thuật toán 59 3.5. Kết quả mô phỏng trên máy tính 60 Kết luận và đề nghị 69 1. Kết luận 69 2. Đề nghị 70 Tài liệu tham khảo 71 iv Danh mục các bảng Bảng 1. Một số thông số của hệ thống truyền lực máy kéo MTZ- 80 7 Bảng 2. Các thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ – 80 23 Bảng 3. Thông số kỹ thuật của rơ moóc 24 v Danh mục các hình Hình 1.1. Sơ đồ động học hệ thống truyền lực máy kéo MTZ-80 6 Hình 1.2. Đồ thị khởi hành và tăng tốc của liên hợp máy 10 Hình 2.1. Mô hình toán học 19 Hình 2.2. Mô hình động học của liên hợp máy 22 Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động 27 Hình 2.4. Đồ thị cân bằng lực kéo 33 Hình 2.5. Thời gian tăng tốc của máy kéo 38 Hình 2.6. Quãng đ−ờng tăng tốc của máy kéo. 39 Hình 2.7. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên liên hợp máy khi chuyển động lên dốc 40 Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên máy kéo bánh liên hợp với máy nông nghiệp móc 51 vi Mở đầu Trong những năm gần đây thực hiện việc đổi mới cơ chế quản lý, phát triển chính sách kinh tế nhiều thành phần, nền sản xuất nông nghiệp n−ớc ta không ngừng phát triển, góp phần đáng kể vào sự phát triển chung của nền kinh tế quốc dân. Để khai thác tốt hơn thế mạnh của nền nông nghiệp. Đảng và nhà n−ớc ta đã và đang thực hiện chính sách công nghiệp hoá - hiện đại hoá nông nghiệp, nông thôn. Trong đó cơ khí hoá nông nghiệp giữ vai trò rất quan trọng. Đó là th−ớc đo để đánh giá mức độ phát triển của nghành sản xuất nông nghiệp hiện đại. Trong cơ khí hoá sản xuất nông nghiệp, máy kéo là nguồn lực chính để thực hiện các công việc trên đồng ruộng. Hiệu quả sử dụng các liên hợp máy kéo cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện cơ giới hoá sản xuất nông nghiệp, góp phần nâng cao năng suất cây trồng và chất l−ợng hàng hoá nông sản. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng các liên hợp máy kéo phụ thuộc vào chất l−ợng kỹ thuật của máy, điều kiện sử dụng, ph−ơng thức tổ chức sản xuất... Các máy kéo nông nghiệp phải đảm bảo nhiệm nhiều loại công việc khác nhau nh− cày, bừa, gieo, thu hoạch, vận chuyển... và hoạt động trong những điều kiện rất phức tạp thiên về khó khăn nhiều hơn là thuận lợi. Do đó đòi hỏi các máy kéo phải có nhiều tính năng sử dụng để đáp ứng đ−ợc nhiều loại công việc và phù hợp với các điều kiện sử dụng khác nhau. Tuy nhiên, mỗi loại máy kéo chỉ có một tính năng kỹ thuật nhất định và chỉ có thể phát huy đ−ợc hiệu quả trong những điều kiện sử dụng nhất định. Vì thế công việc thiết kế chế tạo cũng nh− tổ chức khai thác các liên hợp máy kéo phải đ−ợc xem xét một cách đầy đủ và khoa học trên cơ sở phân tích, nghiên cứu thực - 1 - nghiệm, kế thừa các kinh nghiệm thực tế và đặc biệt quan tâm đến các điều kiện sử dụng. Việc nghiên cứu một số vấn đề động lực học của liên hợp máy kéo đã đ−ợc nhiều tác giả quan tâm đến và đạt đ−ợc những kết quả nhất định. Nh−ng vẫn còn nhiều vấn đề phải quan tâm. Do điều kiện làm việc trên đồng ruộng hoặc di chuyển trên địa hình rất phức tạp nhiều liên hợp máy ch−a hoạt động tốt và không phát huy đ−ợc hiệu quả sử dụng nhất là trong khâu làm đất và vận chuyển [3], [9]. Qua thực tế cho thấy việc khởi hành và tăng tốc của liên hợp máy rất khó khăn, việc điều khiển rất vất vả khi làm đất cũng nh− khi vận chuyển với tải trọng lớn. Các công trình nghiên cứu tr−ớc đây chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu quá trình khởi hành của liên hợp máy trên điều kiện đồng bằng phẳng chứ ch−a đề cập đến vấn đề khởi hành của liên hợp máy trên dốc, đặc biệt là các liên hợp vận chuyển trên dốc dọc. Việc khởi hành của liên hợp máy trên dốc dọc là một quá trình phức tạp và khó khăn nhất trong sử dụng liên hợp vận chuyển. Quá trình khởi hành của liên hợp máy không chỉ phụ thuộc vào các đặc tính kỹ thuật của liên hợp máy nh− công suất động cơ, tải trọng… mà còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khách quan nh− độ dốc, hệ số bám và kỹ năng thao tác, vận hành của ng−ời điều khiển. Tr−ờng hợp liên hợp máy phải dừng ở trên dốc và ng−ời điều khiển phải thực hiện lại quá trình khởi hành là rất phổ biến. Vì vậy việc cung cấp cho ng−ời vận hành những khuyến cáo hay những chỉ dẫn phù hợp là rất quan trọng. Qua đó góp phần nâng cao khả năng làm việc hay kéo dài tuổi thọ cho liên hợp máy và tránh đ−ợc những sai sót đáng tiếc có thể gây tai nạn cho ng−ời và thiết bị. Để hiểu rõ bản chất quá trình khởi hành của liên hợp máy trên dốc dọc và đánh giá các yếu tố ảnh h−ởng đến chất l−ợng khởi hành đồng thời giúp - 2 - cho việc sử dụng liên hợp vận chuyển làm việc có hiệu quả cao và đảm bảo an toàn trong lao động sản xuất, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành của liên hợp máy kéo MTZ - 80 trên dốc dọc" Đề tài sẽ nghiên cứu quá trình khởi hành của liên hợp máy kéo MTZ-80 với rơ moóc 4T. Việc lựa chọn mô hình hợp lý để khảo sát các yếu tố ảnh h−ởng đến chất l−ợng quá trình khởi hành nhằm khai thác thiết bị vận chuyển trong nông nghiệp - đặc biệt ở vùng trung du, miền núi đạt hiệu quả kinh tế cao và an toàn là việc làm cấp thiết đang thu hút đ−ợc nhiều sự quan tâm của xã hội. . - 3 - Ch−ơng 1 Tổng quan và các vấn đề cần nghiên cứu 1.1. Tổng quan ở n−ớc ta hiện nay liên hợp máy sử dụng trong nông nghiệp nói riêng và trong sản xuất nói chung đã và đang khá phù hợp với điều kiện kinh tế và địa lý các vùng. Đặc biệt trong công cuộc hiện đại hoá - cơ khí hoá nông nghiệp đang diễn ra mạnh mẽ nhằm đ−a máy móc ngay càng thay thế nhiều hơn cho sức lao động của con ng−ời. Vì vậy liên hợp máy đã đ−ợc chế tạo ,cải tiến ngày càng hoàn thiện trong thực tế sản xuất. Trong quá trình làm việc một số yếu tố ngoại cảnh nh−: Điều kiện địa hình, địa lý, lực cản của máy nông nghiệp, tải trọng làm việc và khả năng vận hành, xử lý của ng−ời điều khiển đã quyết định không nhỏ đến chất l−ợng, tuổi thọ và hiệu quả sử dụng của liên hợp máy. Quá trình khởi hành là một quá trình diễn ra rất phức tạp, nhất là khi liên hợp máy ở trên đ−ờng dốc. Thực chất đây là quá trình làm thay đổi vận tốc của liên hợp máy từ 0 cho đến vận tốc làm việc ổn dịnh nhờ việc đóng mở ly hợp để truyền công suất từ động cơ đến hệ thống di động và bộ phận máy nông nghiệp thông qua hệ thống truyền lực của máy kéo. Khi khởi hành nhất là khởi hành trên dốc dọc là một quá trình diễn biến đặc biệt phức tạp vì bản thân liên hợp máy đã có tải trọng tĩnh rất lớn, khi chuyển động ở một số truyền bất kỳ với hệ số sử dụng tải trọng cho phép từ vận tốc v = 0 cho tới vận tốc làm việc ổn định trong khoảng thời gian nhất định. Đó chính là thời gian khởi hành. Thời gian và chất l−ợng của quá trình này phụ thuộc vào rất nhiều vào điều kiện làm việc nh− các yếu tố ngoại cảnh, tải trọng kéo, trình độ sử dụng của ng−ời điều khiển khi đóng, ngắt ly hợp, phối hợp với việc sử dụng phanh và ga cùng với sử dụng số truyền và sự hoàn thiện của kết cấu máy nông nghiệp. Nếu khởi hành không hợp lý thì thời gian khởi hành kéo dài, thậm chí không khởi hành đ−ợc, hiện t−ợng tr−ợt ly hợp xảy ra làm cho ly hợp bị mòn dẫn đến tuổi thọ của liên hợp máy giảm. Hoặc khi khởi hành trên dốc việc - 4 - phối hợp của ng−ời điều khiển không hợp lý có thể gây mất an toàn cho ng−ời và ph−ơng tiện. Chất l−ợng quá trình khởi hành có ảnh h−ởng rất lớn đến năng suất làm việc, tuổi thọ của liên hợp máy và đặc biệt là vấn đề an toàn lao động Chính vì vậy việc khảo sát chính xác những thông số ảnh h−ởng đến quá trình khởi hành để đ−a ra những khuyến cáo khi sử dụng liên hợp vận chuyển trong điều kiện đ−ờng dốc một cách an toàn, trên cơ sở phân tích các thông số kỹ thuật và thông số sử dụng ảnh h−ởng đến chất l−ợng quá trình khởi hành có một ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật rất to lớn. 1.2. Đối t−ợng nghiên cứu Hiện nay trong điều kiện sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam, cụ thể là tại các nông - lâm tr−ờng ở vùng trung du và miền núi, đang sử dụng t−ơng đối nhiều các liên hợp vận chuyển là máy kéo MTZ - 50/52, MTZ - 80/82 với rơ moóc 4T. Trên cơ sở thực tế và trang thiết bị hiện có của khoa cơ điện Tr−ờng ĐHNN I Hà Nội và Tr−ờng THCN Việt Đức tôi lựa chọn đối t−ợng nghiên cứu là máy kéo MTZ - 80 và rơ moóc 4T. Liên hợp này có các đặc điểm kỹ thuật đ−ợc trình bày trong bảng 2 và bảng 3. 1.3. Khái quát về ảnh h−ởng của hệ thống truyền lực đến quá trình khởi hành. Hệ thống truyền lực máy kéo gồm một loạt các cơ cấu, bộ phận di truyền mô men quay của động cơ đến các bánh chủ động, thay đổi mô men quay, số vòng quay cả về trị số và về h−ớng. Ngoài ra còn truyền một phần công mất của động cơ đến cho phần tử liên hợp với nó [7], [8]. Hệ thống truyền lực ảnh h−ởng trực tiếp đến chất l−ợng của quá trình khởi hành là do số vòng quay của trục khuỷu của động cơ lớn hơn nhiều so với số vòng quay của bánh chủ động của máy kéo ngay cả khi nó chuyển động với tốc độ cao. Mặt khác lực cản của chuyển động khi khởi hành liên hợp máy là sự thay đổi trong - 5 - phạm vi rất rộng, nhất là khi khởi hành liên hợp máy ở trên dốc dọc, hệ thống truyền lực phải đảm bảo truyền đ−ợc công suất của động cơ sao cho thắng đ−ợc mô men cản của liên hợp máy, để đ−a vận tốc của liên hợp máy từ vận tốc v = 0 cho đến vận tốc làm việc ổn định mà đảm bảo phát huy đ−ợc công suất của động cơ với chi phí nhiên liệu là kinh tế nhất, đảm bảo an toàn và tuổi thọ của các chi tiết. * Hệ thống truyền lực máy kéo MTZ - 80 [6], [9]. * Bộ ly hợp chính: Dùng để nối êm dịu và cắt nhanh chóng động cơ với phần truyền lực. Ngoài ra nó còn bảo vệ các chi tiết của phần truyền lực không bị gãy khi mô men quay thay đổi đột ngột. * Hộp số có nhiệm vụ cơ bản là thay đổi lực kéo và tốc độ chuyển động của máy kéo tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc. Ngoài ra hộp số còn cho phép máy kéo tiến hoặc lùi và dừng máy lâu dài khi động cơ vẫn làm việc. Hộp số của máy kéo MTZ- 80 là loại hộp số cơ học phân cấp với bộ giảm hành trình cho 18 số truyền tiến và 4 số lùi. Hình 1.1. Sơ đồ động học hệ thống truyền lực máy kéo MTZ-80 I. Côn (ly hợp); II. Bộ phận tăng mô men quay (giảm tốc). III.Hộp số; IV. Bộ phận giảm hành trình; V. Bộ phận truyền lực trung −ơng. VI. Bộ vi sai; VII. Truyền lực cuối cùng. VIII. Bánh chủ động. - 6 - * Bộ giảm hành trình là thiết bị phụ cho phép máy kéo chuyển động cực chậm ở số truyền I và II (khi tiến từ 1,26 đến 0,56km/h và khi lùi từ 0,6 đến 0,26 km/h). * Bộ phận truyền lực chính dùng để tăng mô men quay và tăng tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực. Biến chuyển động quay dọc của trục động cơ thành chuyển động quay ngang của các bán trục. * Bộ vi sai: Đảm bảo cho các bánh xe chủ động làm việc với vận tốc khác nhau khi máy kéo quay vòng hoặc di chuyển với các hệ số cản lăn khác nhau đồng thời phân bố mô men quay cho hai bán trục. Bảng 1. Một số thông số của hệ thống truyền lực máy kéo MTZ- 80 STT. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Số răng(Z) 27 24 21 45 37 38 19 40 43 43 26 20 STT 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Số ră ng 28 20 32 17 31 12 41 13 69 12 22 Số truyền I II III IV 10.15.8.4.19.21 10.15.8.5.19.20 9.4.19.21 8.4.19.21 Các bánh răng ă n khớp 3.11.16.12.18.20 3.11.16.13.18.20 8.4.19.21 2.12.18.20 Tỷ số truyền 214,95 142,1 83,55 68,0 Số truyền V VI VII VIII 6.4.19.21 9.5.19.21 8.5.19.21 6.5.19.21 Các bánh răng ă n khớp 1.12.18.20 3.13.18.20 2.13.18.20 1.13.18.20 Tỷ số truyền 57,43 49,60 39,94 33,73 Số truyền IX Số lùi I Số lùi II 4.19.21 10.15.7.4.19.21 10.15.7.5.19.21 Các bánh răng ă n khớp 3.18.20 3.11.16.13.18.20 3.11.16.13.18.20 Tỷ số truyền 18,13 144,93 67,5 - 7 - 1.4. Đ−ờng đặc tính động cơ MTZ – 80 Trong các tài liệu về máy kéo th−ờng có kèm theo các đ−ờng đặc tính tự điều chỉnh của động cơ. Trên cơ sở các đ−ờng đặc tính này ta có thể xác định đ−ợc mối quan hệ giữa mối mô men quay Me với số vòng quay n, chi phí nhiên liệu Ge và công suất N. Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ nn là công suất động cơ đạt cực đại Nemax và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu gemin khi đó động cơ làm việc có hiệu quả nhất đ−ợc gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc chế độ làm việc định mức. ở chế độ này các chỉ tiêu của động cơ có tên gọi t−ơng ứng. Công suất định mức Nn = Nemax, mô men định mức Mn và số vòng quay định mức nn.. Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức nn. đến số vòng quay chạy không nck phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc. Phần đồ thị t−ơng ứng khoảng tốc độ nn - nck đ−ợc gọi là nhánh tự điều chỉnh( các đ−ờng đồ thị có dạng tuyến tính), còn t−ơng ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn nn là nhánh không có điều tốc hoặc nhánh quá tải, ở nhánh quá tải công suất động cơ giảm còn chi phí nhiên liệu riêng tăng tức là động cơ làm việc kém hiệu quả. Ngoài ra, các chi tiết của động cơ sẽ chịu tải trọng lớn hơn đồng thời các - 8 - chi tiết đ−ợc bôi trơn kém đi do tốc độ quay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn của các chi tiết và các nh−ợc điểm khác. Do vậy không nên sử dụng động cơ ở nhánh quá tải trong thời gian dài, chỉ đ−ợc phép sử dụng nhánh quá tải để khắc phục hiện t−ợng quá tải tức thời. ở nhánh quá tải mô men quay vẫn tiếp tục tăng nh−ng chậm và sau khi đạt giá trị cực đại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên mô men động cơ sẽ giảm xuống rồi ngừng quay. Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động đ−ợc với tải trọng Me nm. ở động cơ của máy kéo MTZ - 80 số vòng quay định mức là n = 2200 v/p khi đó mô men định mức của động cơ đ−ợc xác định theo công thức thực nghiệm: Me = - 1,6132n + 3814,6 Từ đó xác định đ−ợc mô men định mức của động cơ là Me = 245,5 ( Nm). Nhận xét: Trong quá trình mô men liên hợp máy truyền xuống bánh chủ động phụ thuộc vào mô men quay của động cơ, tỷ số truyền chung i, hiệu suất chung của hệ số truyền lực η và mô men quán tính của các khối l−ợng chuyển động quay không đều [3]. Nh− vậy các yếu tố ảnh h−ởng cơ bản tới quá trình khởi hành là sự phụ thuộc vào tỷ số truyền, tức là thay đổi mô men quán tính quy đổi của hệ thống, sự thay đổi tải trọng của động cơ, thay đổi hệ số dự trữ mô men ma sát của ly hợp (β), sự thay đổi của từng kết cấu liên hợp máy hoặc ph−ơng pháp liên kết với máy nông nghiệp. [6], [9]. Chất l−ợng quá trình khởi hành có ảnh h−ởng rất lớn đến năng suất làm việc, tuổi thọ của liên hợp máy và đặc biệt là vấn đề an toàn lao động. Chính vì vậy việc khảo sát chính xác những thông số ảnh h−ởng đến quá trình khởi hành để đ−a ra những điều chỉnh phù hợp là việc làm cấp thiết. - 9 - 1.5. Những thông số cơ bản đánh giá chất l−ợng quá trình khởi hành Khởi hành và tăng tốc của liên hợp máy đ−ợc tiến hành theo trình tự sau: - Khởi động động cơ. - Mở ly hợp (với ly hợp th−ờng đóng). - Gài số. - Đóng ly hợp từ từ. Quá trình khởi hành và gia tốc của liên hợp máy có thể đ−ợc chia thành hai giai đoạn và đ−ợc biểu thị trên hình 1.4 [2]. 1.5.1. G Đ đối giữa trục sơ c động cơ vận tốc bằng nh K Hình 1.2. Đồ thị khởi hành và tăng tốc của liên hợp máy iai đoạn thứ nhất của quá trình khởi hành ặc tr−ng cơ bản của giai đoạn này là sự tr−ợt của ly hợp (Tr−ợt t−ơng các phần chủ động và phần bị động của ly hợp). Vận tốc góc ω sc của ấp của hệ thống truyền lực tăng dần, còn vận tốc góc của trục khuỷu ω e giảm dần tới điểm H là giao điểm của ω sc và ω e; điểm biểu thị góc của trục khuỷu động cơ và trục sơ cấp của hệ thồng truyền lực au, tại đây kết thúc sự tr−ợt của ly hợp. ể từ thời điểm bắt đầu đóng ly hợp, theo trục hoành ( biểu thị thời - 10 - gian), tại gốc O tức là t=0, đến thời điểm t=to, số vòng quay trục khuỷu động cơ giảm từ điểm A t−ơng ứng với só vòng quay không tải ωx của động cơ đến điểm B t−ơng ứng với lúc trục sơ cấp của liên hợp máy bắt đầu quay, liên hợp máy kéo bắt đầu di chuyển. Tại điểm t = 0 mô men ma sát của ly hợp M = 0, tại thời điểm t = t0, mô men ma sát đã tăng lên bằng mô men cản của liên hợp máy M = Mc (điểm C). Đến thời điểm t = t’o, kết thúc quá trình đóng ly hợp nh−ng vẫn còn sự tr−ợt trong ly hợp (điểm F), số vòng quay của trục khuỷu động cơ tiếp tục giảm đến điểm D, số vòng quay của trục sơ cấp hộp cấp hộp sốtăng đến điểm E. Mô men ma sát ly hợp tăng lên đến điểm F sẽ đạt đ−ợc giá trị lớn nhất theo biểu thức: Mmax = β .Mn (1.1) . Trong đó: Mmax - mô men ma sát lớn nhất của ly hợp. β - hệ số dự trữ mô men ma sát của ly hợp. Mn- mô men định mức của động cơ. Trong giai đoạn này thì mô men ma sát của ly hợp đóng vai trò là mô men cản đối với mô men chủ động của động cơ, còn đối với trục sơ cấp của hệ thống truyền lực thì nó đóng vai trò là mô men chủ động. Sau thời điểm t = t’o thì số vòng quay của trục khuỷu động cơ vẫn giảm dần và số vòng quay trục sơ cấp hệ thống truyền lực vẫn tăng dần. Mô men ma sát của ly hợp có giá trị không đổi và bằng mô men ma sát cực đại. Đến thời điểm t = t1, kết thúc quá trình tr−ợt của ly hợp và cũng kết thúc giai đoạn thứ nhất của quá trình khởi hành và tăng tốc của liên hợp máy kéo. Tại thời điểm này trục khuỷu của động cơ và trục ly hợp ( trục sơ cấp của hệ thống truyền lực) có thể xem nh− nối cứng với nhau, vận tốc góc của trục khuỷu động cơ và vận tốc góc của hệ thống truyền lực bằng nhau: ω e = ω sc (điểm H trên đồ thị). Từ sau thời điểm t = t’o thì mô men của động cơ luôn có giá trị nh− sau: Me = Mn + Je. ε e (1. 2). Và mô men ở trục sơ cấp của hệ thống truyền lực sẽ có giá trị: - 11 - Msc = Mc + Jsc.ε sc (1.3). Trong đó: Mn- mô men định mức của động cơ. Mc- mô men cản của liên hợp máy kéo. Je- mô men quán tính của bánh đà và các chi tiết quay khác và các phần chuyển động tịnh tiến của động cơ qui dẫn về trục khuỷu động cơ. ε e: Gia tốc góc chậm dần của trục khuỷu động cơ. Jsc: Mô men quán tính các khối l−ợng của liên hợp máy qui dẫn về trục sơ cấp của hệ thống truyền lực. ε sc- gia tốc góc nhanh dần của trục sơ cấp. Trong giai đoạn này do có sự tr−ợt ly hợp nên phát sinh công tr−ợt L của ly hợp và đ−ợc xác định theo công thức sau đây [10]. )Jsc/1Je/1)(/11(2 L 2 c +β ω= - (1.4) Trong đó: ω c - vận tốc góc của trục khuỷu động cơ; β - hệ số dự trữ mô men ma sát của ly hợp. 1.5.2. Giai đoạn thứ hai của quá trình khởi hành Giai đoạn này đ−ợc tính từ khi t ≥ t1. Đặc tr−ng cơ bản của giai đoạn thứ hai là ly hợp của liên hợp máy không bị tr−ợt, trục sơ cấp và thứ cấp của ly hợp có cùng tốc độ và liên hợp máy tăng tốc dần dần đến khi chuyển động ổn định. Vận tốc góc của trục khuỷu động cơ kể từ khi bắt đầu giai đoạn thứ hai (điểm H) sẽ tăng dần đến khi đạt đ−ợc vận tốc góc định mức ω n thì kết thúc giai đoạn thứ hai, máy kéo chuyển động với tốc độ ổn định. Trong giai đoạn này, mô men ma sát của ly hợp không đ−ợc sử dụng hết và chỉ truyền đến trục sơ cấp của hệ thống truyền lực bằng mô men xoắn của động cơ. Khi t ≥ t1, mô men của ly hợp sẽ bằng Me và dần dần bằng với Mc, khi gia tốc góc của trục khuỷu và trục sơ cấp của hộp số bằng 0 ( lúc này coi nh− - 12 - liên hợp máy có v = cosnt). Kết thúc quá trình khởi hành và tăng tốc của liên hợp máy. 1.5.3. Một số thông số ảnh h−ởng đến quá trình khởi hành của liên hợp máy trên dốc dọc Quá trình khởi hành liên hiệp máy kéo và rơ moóc là quá trình diễn biến hết sức phức tạp. Do đặc thù của vận chuyển trong nông - lâm nghiệp ở trung du và miền núi nên việc liên hợp máy phải khởi hành ở địa hình dốc là rất th−ờng xuyên. Trong quá trình khởi hành ở trên dốc ng−ời điều khiển cùng lúc phải thao tác phối hợp tất cả các cơ cấu điều khiển: Cắt ly hợp, đạp phanh, chuyển số sau đó lại nhả phanh, chuyển chân từ bàn đạp phanh sang bàn đạp ga trong khoảng thời gian ngắn nhất có thể. Sau đó lại buông ly hợp từ từ và điều khiển h−ớng đi của liên hợp máy. Chỉ trong một khoảng thời gian rất ngắn mà ng−ời điều khiển liên hợp máy phải thao tác nhiều nh− vậy đủ để thấy chất l−ợng của một quá trình khởi hành ở trên dốc dọc phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó đặc tr−ng nhất là những yếu tố sau: 1.5.3.1. Góc dốc dọc α Với một trọng tải cố định của rơ moóc, thì góc dốc ảnh h−ởng rất lớn đến chất l−ợng của quá trình khởi hành. Nếu liên hợp máy khởi hành trên đ−ờng bằng (α = 00) thì thao tác của ng−ời điều khiển không nhiều, vì lúc này lực cản của dốc không làm cho liên hợp máy có nguy cơ mất điều khiển và khả năng quá tải cho động cơ ng−ời điều khiển không phải lựa chọn số truyền thấp mà có thể chọn số truyền cao cũng đủ để liên hợp máy khởi hành bình th−ờng. Vì máy kéo có khả năng khởi hành có tải ở mọi số truyền khi Mc < Memax. Tr−ờng hợp liên hợp máy bị chết máy trên dốc hoặc không đủ khả năng leo qua dốc thì bắt buộc ng−ời điều khiển phải thực hiện lại quá trình khởi - 13 - hành trong giai đoạn này nếu góc dốc càng lớn thì hiện t−ợng mất khả năng điều khiển xảy ra càng rõ rệt. Vì lực cản của dốc luôn có xu h−ớng kéo liên hợp máy tr−ợt xuống dốc. Có tr−ờng hợp tuy ch−a đến mức liên hợp máy bị mất điều khiển nh−ng do góc dốc lớn làm cho thời gian khởi hành của liên hợp máy kéo dài. Lúc này do trong động cơ bị quá tải nên bắt buộc ng−ời điều khiển phải tiến hành theo tác chuyển số sang số có tý số truyền lớn hơn để có thể đ−a liên hợp máy v−ợt dốc đ−ợc, nh− vậy đồng nghĩa với việc khởi hành lại trên mặt dốc. Nh−ng ở một góc dốc nào đó thì khả năng v−ợt dốc của liên hợp máy là không thể thực hiện đ−ợc. Tr−ờng hợp này đ−ợc gọi là góc dốc giới hạn mà liên hợp máy không đ−ợc phép làm việc, góc dốc giới hạn là góc dốc lớn nhất mà ở đó liên hợp máy có thể làm việc an toàn theo khả năng làm việc của động cơ và khả năng lái. ở góc dốc nào đó cả hai khả năng này cùng đồng thời phải bảo đảm, đ−ợc gọi là góc dốc giới hạn. Khi liên hợp vận chuyển khởi hành trên dốc có độ dốc lớn hơn góc dốc giới hạn sẽ có 3 khả năng xảy ra: * Động cơ bị '' chết máy'' khi mô men cản lớn hơn mô men cực đại của động cơ. * Liên hợp máy bị mất khả năng điều khiển khi phản lực pháp tuyến của bánh dẫn h−ớng nhỏ hơn phản lực pháp tuyến cho phép. * Liên hợp máy bị tuột dốc khi tốc độ nhả phanh lớn và tốc độ đóng ly hợp chậm thì lực chủ động Pk < ΣPc làm cho liên hợp máy bị tuột dốc. 1.5.3.2. Số truyền của liên hợp máy Mỗi loại công việc cụ thể đòi hỏi tốc độ làm việc của liên hợp máy phải nằm trong một phạm vi xác định nào đó. Mặt khác mỗi loại máy kéo th−ờng có thể liên hợp đ−ợc với một vài loại máy công tác khác nhau và làm việc trên các điều kiện khác nhau. Vì vậy trên các máy kéo th−ờng bố trí 5 – 10 truyền, thậm chí nhiều hơn. - 14 - Nh− trên đã nói, khi khởi hành ở số truyền càng cao thì càng khó khăn cho liên hợp máy thắng đ−ợc lực cản. Vì vậy, trong thực tế khi liên hợp máy khởi hành ở một độ dốc bất kỳ nào đó, đòi hỏi ng−ời điều khiển ph−ơng tiện phải phán đoán để sử dụng số truyền nào cho phù hợp. Với góc dốc nhỏ không nhất thiết phải dùng số truyền thấp mà liên hợp máy vẫn khởi hành an toàn. Nh−ng trong tr−ờng hợp góc dốc lớn hơn bắt buộc ng−ời điều khiển sẽ phải lựa chọn số truyền thấp thì mới khắc phục đ−ợc các lực cản. Nếu chọn số truyền không phù hợp ví dụ chọn số truyền quá cao thì có hình thànhể liên hợp máy bị tuột dốc nếu lực chủ động nhỏ hơn lực cản chuyển động, động cơ máy kéo sẽ bị quá tải hoặc ''chết máy''. 1.5.3.3. Chiều cao móc của rơ moóc Chiều cao điểm móc của rơ moóc là điểm liên kết giữa máy kéo với rơ moóc. Nếu chiều cao móc của rơ moóc cao sẽ làm giảm góc dốc giới hạn, lúc này hiện t−ợng mất khả năng điều khiển rất dễ xảy ra. Vì tại điểm móc lực kéo làm cho phản lực pháp tuyến cầu tr−ớc của liên hợp máy giảm nhanh. Hay có xu h−ớng làm cho lực bám của các bánh xe dẫn h−ớng giảm đi. Nếu chiều cao móc của rơ moóc nhỏ thì có thể làm tăng đ−ợc góc dốc giới hạn theo điều kiện lái, song nếu chiều cao này nhỏ quá sẽ có nguy cơ va chạm với các mấp mô mặt đ−ờng, làm tăng tải trọng động cho liên hợp máy và cũng có thể làm mất khả năng điều khiển. Vì vậy cần chọn chiều cao móc hợp lý. Thông th−ờng chiều cao này chọn từ 0,2 đến 0,4m (giới hạn d−ới đ−ợc chọn khi hệ thống địa hình tốt). 1.5.3.4. Tốc độ đóng ly hợp và tốc độ nhả phanh Hai yếu tố này cũng ảnh h−ởng rất lớn đến quá trình khởi hành của liên hợp máy. - 15 - Tr−ớc khi khởi hành liên hợp máy ở một địa hình bất kỳ nào đó, ngoài việc phải chọn số truyền hợp lý thì trình độ thao tác của ng−ời điều khiển đóng vai trò rất lớn đối với chất l−ợng của quá trình khởi hành. Khi mà tốc độ nhả phanh lớn hơn rất nhiều so với tốc độ đóng ly hợp, thì trong một khoảng thời gian nhất định liên hợp máy sẽ không khởi hành đ−ợc, thậm chí là bị tr−ợt dốc. Vì trong khoảng thời gian đó lực chủ động ch−a đạt đ−ợc giá trị để có thể thắng đ−ợc lực cản trong khi đó lại mất đi một lực hỗ trợ khi liên hợp máy đứng ở trên dốc là lực phanh. Còn trong tr−ờng hợp tốc độ nhả phanh nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ đóng ly hợp thì hiện t−ợng quá tải của động cơ sẽ xảy ra. Vì trong khoảng thời gian đó lực chủ động không thể thắng đ−ợc lực cản, vì ở thời điểm đó thành phần lực phanh lại là lực cản chuyển động của liên hợp máy. Khi nhả phanh và đóng ly hợp không hợp lý sẽ th−ờng xuyên xảy ra hai khả năng sau: * Động cơ bị ''chết máy'' do quá tải. * Liên hợp máy bị tuột dốc. Hiện t−ợng này th−ờng xảy ra đối với ng−ời vận hành thiếu kinh nghiệm. 1.5.4. Nhận xét Chất l−ợng quá trình khởi hành của một liên hợp máy sẽ đ−ợc đánh giá thông qua một số yếu tố sau: - Thời gian khởi hành và tăng tốc của liên hợp máy phụ thuộc rất nhiều vào thời gian đóng, ngắt ly hợp. Hay là trình độ thao tác của ng−ời điều khiển, nếu vận hành không hợp lý rất dễ dẫn đến tai nạn cho ng−ời và ph−ơng tiện. - Khởi hành ở số truyền càng cao thì càng khó khăn cho việc liên hợp máy thắng đ−ợc các lực cản. Vì mô men quán tính của liên hợp máy và mô men cản là rất lớn. - 16 - 1.6. Mục đích - nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 1.6.1. Mục đích Thông qua nghiên cứu quá trình khởi hành của liên hợp máy trên dốc dọc để tìm hiểu ảnh h−ởng của các thông số kết cấu cũng nh− các thông số sử dụng đến khả năng khởi hành của liên hợp máy. Từ đó nhằm đ−a ra những khuyến cáo, chỉ dẫn có ích cho ng−ời vận hành, điều khiển liên hợp máy trong sản xuất góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng năng suất lao động, bảo đảm an toàn cho ng−ời và ph−ơng tiện, tránh đ−ợc những rủi ro đáng tiếc trong lao động, sản xuất. 1.6.2. Nhiệm vụ của đề tài Nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành của liên máy trên dốc dọc và các thông số ảnh h−ởng đến quá trình đó. Thành lập mô hình tính toán quá trình khởi hành của liên hợp máy trên dốc dọc. Thông qua mô hình tính toán thành lập ph−ơng trình vi phân cho cơ hệ. Giải quyết bài toán vi phân bằng ph−ơng pháp gần đúng Runger - Kuta 4 và mô phỏng trên máy tính điện tử thông qua ngôn ngữ lập trình Pascal. Để từ đó xác định chính xác các thông số gây ảnh h−ởng trực tiếp đến chất l−ợng của quá trình khởi hành. Qua kết quả nghiên cứu đề xuất những giải pháp cải thiện những tính năng kỹ thuật để nâng cao chất l−ợng của quá trình khởi hành và khắc phục những thông số có ảnh h−ởng xấu đến quá trình khởi hành. Trang bị cho ng−ời sử dụng, điều khiển ph−ơng tiện những kiến thức khoa học góp._. phần nâng cao năng suất lao động. Đ−a ra những khuyến cáo, cảnh báo để giảm thiểu những tai nạn lao động đáng tiếc có thể xảy ra. - 17 - Ch−ơng 2 Cơ sở lý thuyết của đề tài Nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành của liên hợp máy bánh hơi khi hàm biểu diễn chúng là các hàm xác định hoặc các hàm ngẫu nhiên, tr−ớc hết phải xây dựng mô hình tính toán và các ph−ơng pháp phù hợp để nghiên cứu. Mô hình để tính toán phải phản ánh đ−ợc đầy đủ những đặc điểm cơ bản của hệ thống, thích hợp với việc sử dụng các ph−ơng pháp hiện đại. Từ đó thiết lập mô hình toán diễn tả các mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và các đặc tr−ng của cơ hệ. Để giải mô hình toán cần phải sử dụng các ph−ơng pháp phù hợp, tuỳ thuộc vào đặc điểm của mô hình nghiên cứu, các thông số đầu vào và mục đích nghiên cứu. D−ới đây trình bày các ph−ơng pháp đ−ợc sử dụng trong đề tài. 2.1. Ph−ơng pháp nghiên cứu 2.1.1. Ph−ơng pháp giải tích Sau khi lựa chọn mô hình mô tả động lực quá trình khởi hành và mô hình tính toán kết hợp với các thông số của hệ thống, dựa vào các định luật cơ học ta mô tả các chuyển động của cơ hệ bằng các ph−ơng trình vi phân biểu diễn quỹ đạo chuyển động của trọng tâm liên hợp máy. Ph−ơng trình vi phân này có thể giải đ−ợc bằng ph−ơng pháp giải tích. Đối với mô hình tuyến tính, việc giải các ph−ơng trình vi phân này có thể tiến hành theo nhiều cách khác nhau, kết quả nhận đ−ợc cũng có độ chính xác khác nhau tuỳ thuộc vào từng ph−ơng pháp [4], [5]. 2.1.2. Ph−ơng pháp mô phỏng số Ph−ơng pháp này đ−ợc xây dựng với mô hình tính toán cụ thể có các thông số đầu vào, trong ch−ơng trình sử dụng các ph−ơng tiện toán học, vật lý học... - 18 - với sự sự trợ giúp của các phần mềm máy tính chuyên dùng cho kết quả ở dạng bảng biểu, đồ thị... từ đó làm cơ sở phân tích, rút ra những kết luận khi nghiên cứu. Tuy nhiên ph−ơng pháp này yêu cầu khi xây dựng mô hình tính toán phải thật sát với thực tế và có các bộ mô phỏng t−ơng ứng để kiểm chứng kết quả, nh− vậy mỗi hệ thống cần đ−ợc phân tích theo các tính chất khác nhau riêng biệt của chúng. Đối với nghành chế tạo ôtô - máy kéo, máy nông nghiệp các ph−ơng pháp mô phỏng số đã và đang thể hiện đ−ợc tính hiệu quả nhờ độ tin cậy và độ chính xác cao, cũng nh− cùng một lúc có thể khảo sát đ−ợc sự ảnh h−ởng của nhiều thông số đến chất l−ợng khởi hành của cơ hệ. Khi nghiên cứu về quá trình khởi hành của liên hợp máy, việc giải chính xác hệ ph−ơng trình vi phân gặp rất nhiều khó khăn nên th−ờng giải quyết bài toán bằng ph−ơng pháp gần đúng. Có thể giải bằng ph−ơng pháp Ơcle (Euler), ph−ơng pháp cải biên Ơcle - Cosi (Euler - Cauchy) hoặc ph−ơng pháp Runghen - Kuta...ngày nay ph−ơng pháp gần đúng rất hiệu quả là ph−ơng pháp số với sự trợ giúp của máy tính rất nhiều ph−ơng trình phức tạp đã đ−ợc giải quyết [4]. Trong phạm vi của đề tài sử dụng ph−ơng pháp giải gần đúng Runghen - Kuta 4 với sự trợ giúp của máy tính điện tử. [3], [7]. Nội dung của ph−ơng pháp Runghen - Kuta 4 nh− sau: Với mỗi hệ thống thành phần có một số xác định các thông số đầu vào xtn và các thông số đầu ra ytn cùng các thông số trạng thái biểu diễn qua hàm fn = f(xtn), mối quan hệ đặc biệt đ−ợc biểu diễn qua sơ đồ: Xtn Xt2 Xt1 Hình 2.1. Mô hình toán học Ytn Yt2 Yt1 f1 f2 ......................... fn Theo Runghen - Kuta: - 19 - Y’ = f(x,y) với f(xo) = yo . Cho ∆x và xk = x0 + i. x. ∆ Chia [ thành n đoạn nhỏ với b−ớc chia h =]Xxo, n xoX − Tính yi : Từ yi+1 = yi + y ∆ ∆ ∆y = yi+1 - yi Ta có : k1 = h.f(xi ,yi ) k2 = h.f(xi + 2 h ; yi + 2 1k ) k3 = h.f(xi + 2 h ; yi + 2 2k ) k4 = h.f(xi+h ; yi + k3) y = ∆ 6 1 (k1 + 2k2 + 2k3 + k4) yi+1 = yi + ∆ 6 1 (k1 + 2k2 + 2k3 + k4) T−ơng ứng ta có: Thay trục Ox bằng trục Ot Khi đó : yk+1 = yk+1 + 6 1 ( y1 +∆ ∆2y2 +∆2y3 +∆y4) ; Với: y1 = t.f(tk,yk); ∆ ∆ y2 = t.f(tk +∆ ∆ 2 t∆ ; yk + 2 1y∆ ) ; y3 = ∆ t.f( tk + ∆ 2 t∆ ; yk + 2 2y∆ ) ; y4 = ∆ t.f( tk + t; yk +∆ ∆ ∆y3) ; ứng dụng để giải ph−ơng trình vi phân bậc nhất dạng: y’ = f(t,y) với điều kiện ban đầu y(to) = y0 Nếu hệ có dạng: ; Với: x- biến độc lập; y,z- hàm phải tìm. ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = = .......................... ),,()(' ),,()(' zyxgxz zyxfxy Vậy: yk+1 = yk + 6 1 (∆y1 + 2∆y2 +2∆y3 +∆y4) ; - 20 - zk+1 = zk + 6 1 (∆ z1 +2∆ z2 + 2∆ z3 +∆ z4) ; ............................................................. ứng dụng để giải ph−ơng trình và hệ ph−ơnh trình vi phân bậc cao (bậc n). y(n) = f ( t, y, y’,..., y(n-1) ) z(n) = f ( t, z, z’,..., z(n-1) ) .................................... Với điều kiện ban đầu: y(t0 ) = y0 ; y(t0) ( i ) = y0 ( i ) với i = 1, 2, 3,..., ( n-1 ) z(t0) = z0 ; z(t0) ( i ) = z0 ( i) với i = 1, 2, 3,..., ( n-1 ) ......................................................................... Bằng cách hạ bậc: Đặt các hàm trung gian để đ−a hệ ph−ơng trình vi phân bậc cao (n) thành hệ n ph−ơng trình vi phân bậc nhất có dạng: y’ = y1 ; y(t0) = y0 ; y1’ = y’’ = y2 y1(t0) = y’0 ; ...................... ..................... y’n-2 = y (n-1) = y(n-1) ; yn-2(t0) = y0 (n-2) ; y’n-1 = y n = yn ; yn-1(t0) = y0 (n-1) ; Và: z’ = z1 ; z(t0) = z0 ; z1’ = z’’ = z2 ; z1(t0) = z’0 ; ........................ ......................... z’n-2 = z (n-1) = zn-1; zn-2(t0) = z0 (n-2) ; z’n-1 = z n = zn ; zn-1(t0) = z0 (n-1) ; Nh− vậy từ việc giải ph−ơng trình vi phân bậc n ta sẽ giải hệ n ph−ơng trình vi phân bậc nhất. Nếu hệ gồm m ph−ơng trình vi phân bậc n, t−ơng tự cũng lập đ−ợc hệ gồm (m.n) ph−ơng trình bậc nhất với điều kiện ban đầu t−ơng ứng. - 21 - Hiện nay kỹ thuật mô phỏng số lý thuyết phát triển ngày càng hoàn thiện, nó đã trở thành ph−ơng tiện và là công cụ cho các nhà khoa học đi sâu nghiên cứu nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau.Với sự phát triển mạnh mẽ của nghành công nghệ thông tin, ph−ơng pháp mô phỏng số ngày càng thể hiện tính −u việt của mình, đó là nhanh, cho kết quả chính xác, giải quyết đ−ợc nhiều vấn đề mà tr−ớc đây rất khó khăn, chi phí nhân lực và thời gian giảm đáng kể, việc triển khai nghiên cứu không phụ thuộc vào thời tiết, mùa vụ. Song ph−ơng pháp này đòi hỏi việc lập mô hình toán phải chính xác, xây dựng mô hình phải sát với thực tế [9]. 2.2. Mô hình động học của liên hợp máy 2.2.1 - Mô hình động học của liên hợp máy [10]. 7 10 6 4 8 Me, Ne, n Pmih 5 92 1 3 Pk,ωk Hình 2.2. Mô hình động học của liên hợp máy 1. Động cơ; 2. Ly hợp; 3. Hộp số; 4. Truyền lực chính; 5. Truyền lực cuối cùng; 6. Trục chủ động máy kéo; 7. Bánh xe chủ động máy kéo; 8. Rơ moóc; 9. Các trục của rơ moóc; 10. Các bánh xe rơ moóc. - 22 - Liên hợp máy để tính toán trong đề tài là máy kéo MTZ - 80 và rơ moóc 4 bánh hơi. * Máy kéo MTZ - 80 là loại máy kéo vạn năng có công suất động cơ là 80 ml, có trục thu công suất là loại đồng bộ và độc lập với 2 chế độ tốc độ cùng hệ thống treo và hệ thống nâng hạ thuỷ lực, các xi lanh lực đ−ợc bố trí ở phía sau và hai bên s−ờn. Với các đặc điểm và các thông số kỹ thuật rất phù hợp với công việc ở các nông tr−ờng trồng Mía, Dứa...ngoài ra còn có thể liên hợp với rơ moóc 4 tấn dùng để vận chuyển giá thể cho máy đóng bầu Mía hoặc téc n−ớc để t−ới tiêu cho cây trồng [6], [9]. Bảng 2. Các thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ – 80 TT Các thông số kỹ thuật Đơn vị Độ lớn 1 Trọng l−ợng G kg 3380 2 Chiều dài cơ sở L m 2,37 3 Toạ độ trọng tâm dọc b 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 remoóc 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 18 Mô men quán tính khối l−ợng với trục ngang J’ y Kgm2 3825 19 Mô men quán tính khối l−ợng với trục dọc J’ x Kgm2 3500 20 Mô men quán tính khối l−ợng với trục đứng J’ z Kgm2 3852 21 Hệ số chống uốn ngang của lốp cầu tr−ớc K Kg/radian 28000 22 Hệ số chống uốn ngang của lốp cầu sau K Kg/radian 37700 - 23 - * Rơ moóc: Đây là loại rơ moóc nửa treo. Bộ phận di động của rơ moóc là loại hai trục gồm bốn bánh hơi và một đầu đ−ợc liên kết khớp với máy kéo. Bảng 3. Thông số kỹ thuật của rơ moóc TT Các thông số kỹ thuật Đơn vị Độ lớn 1 Kích th−ớc thùng rơ moóc m 2,1 x 1,2 x 0,5 2 Khối l−ợng toàn bộ rơ moóc Kg 4000 3 Chiều cao điểm móc m 0,4 4 Khoảng cách điểm móc đến trục rơ moóc m 1,2 5 áp suất lốp Kg/cm2 2 – 2,5 * Hoạt động của liên hợp máy kéo với rơ moóc: Khi động cơ làm việc, ng−ời điều khiển ngắt ly hợp, vào số và từ từ đóng ly hợp. Lúc này công suất của động cơ đ−ợc truyền qua bộ ly hợp, qua hộp số, qua hệ thống truyền lực chính, qua truyền lực cuối cùng để truyền mô men quay cho các bánh xe chủ động của máy kéo. Khi tăng ga, máy kéo chuyển động kéo theo rơ moóc chuyển động. Tuỳ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, công suất của liên hợp máy, tải trọng của rơ moóc nhiều hay ít mà chất l−ợng quá trình khởi hành sẽ thay đổi. Ngoài ra chất l−ợng quá trình khởi hành còn phụ thuộc rất nhiều vào trình độ thao tác của ng−ời điều khiển khi chọn số truyền nào cho phù hợp với mức tải hoặc điều kiện địa hình, đ−ờng xá cũng nh− tốc độ đóng ly hợp và tốc độ nhả phanh sao cho hợp lý. Khi khởi hành ở mức ga thấp, công suất động cơ phát ra nhỏ không thắng đ−ợc mô men cản của liên hợp máy, thời gian khởi hành kéo dài, thậm chí quá tải gây chết máy, suất tiêu hao nhiên liệu tăng, có khi dẫn đến hỏng hóc ph−ơng tiện. Ng−ợc lại, khi khởi hành ở mức ga cao, tải trọng nhỏ làm cho liên hợp máy có xu h−ớng chồm lên làm mất khả năng điều khiển gây nguy hiểm cho - 24 - ng−ời và ph−ơng tiện cùng tham gia hoạt động. Hoặc việc phối hợp mức ga, tốc độ đóng ly hợp, tốc độ nhả phanh của ng−ời điều khiển không phù hợp làm cho liên hợp máy bị tuột dốc gây mất an toàn khi khởi hành trên dốc. Khi khởi hành vận tốc của động cơ tăng dần từ v = 0 cho đến vận tốc ổn định. Lúc này công suất và mô men quay của động cơ thông qua hệ thống truyền lực đến các bánh xe chủ động của liên hợp máy tạo ra sự chuyển động tịnh tiến của liên hợp máy. Đó chính là mô men chủ động Mk. Giá trị của Mk phụ thuộc vào mô men quay Me của động cơ, tỷ số truyền i và hiệu suất η của hệ thống truyền lực. Ngoài ra còn phụ thuộc vào chế độ chuyển động của máy kéo [2], [7]. - Khi máy kéo chuyển động ổn định: Mk = Me.i.η ( 2.1 ) Trong đó: i = ih. it.ic Với: Me- mô men quay của động cơ; i, η - tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực; ih- tỷ số truyền của hộp số; it- tỷ số truyền của truyền lực trung tâm; ic- tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng. - Khi máy kéo chuyển động không ổn định: M’k = (Me ± J dt dω )i.η ± dt xdJx ωΣ ix.η x ± Jx dt kdω ( 2.2 ) Trong đó: Jd, dt dω - mô men quán tính và gia tốc của các chi tiết chuyển động không đều trong động cơ qui đổi đến trục khuỷu và gia tốc của động cơ; Jx, dt xdω - mô men quán tính và gia tốc của chi tiết thứ x trong hệ thống truyền lực; Jk, dt kdω - mô men quán tính và gia tốc của bánh xe chủ động. - 25 - Trong công thức (2.2), dấu (+) sử dụng cho tr−ờng hợp chuyển động chậm dần còn dấu (-) sử dụng cho tr−ờng hợp chuyển động nhanh dần. Mối liên hệ giữa gia tốc của máy kéo và gia tốc góc của bánh xe chủ động đ−ợc biểu diễn qua biểu thức: a = dt kdω rk = dt dω . i rk (2.3) Trong đó: a- gia tốc tịnh tiến của máy kéo; Rk- bán kính bánh xe chủ động; i- tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực. Có hệ thức sau: dt dω = rk a i ; dt xdω = rk a ix ; dt kdω = rk a (2.4) Thay vào công thức ( 2.2 ) và biến đổi sẽ đ−ợc: M’k = Mk ± Mak (2.5) Trong đó: Mk- mô men chủ động của máy kéo khi chuyển động ổn định; Mak- tổng mô men của các lực quán tính tiếp tuyến các khối l−ợng chuyển động quay không đều qui dẫn đến bánh xe chủ động. Jdi 2 η ± ∑ Jxi2x η x ± Jk (2.6) k ak r aM = (2.7) Nh− vậy khi chuyển động không ổn định mô men chủ động của máy kéo M’k không chỉ phụ thuộc vào mô men quay của động cơ Me, tỷ số truyền chung i, hiệu suất chung của hệ thông truyền lực η mà còn phụ thuộc vào mô men quán tính các khối l−ợng chuyển động quay không đều và bán kính của bánh xe chủ động. - 26 - Có thể nhận thấy quá trình khởi hành phụ thuộc rất nhiều vào mô men chủ động của máy kéo. Tuỳ thuộc mô men chủ động truyền tới bánh xe chủ động mà quá trình khởi hành nhanh hay chậm. Nếu mô men chủ động nhỏ quá thì quá trình khởi hành sẽ kéo dài, suất tiêu hao nhiên liệu lớn. Nếu mô men này quá lớn liên hợp máy sẽ có xu h−ớng chồm lên gây mất an toàn. Vì vậy ta phải điều chỉnh mô men chủ động hợp lý. Muốn vậy phải điều chỉnh số truyền phù hợp với tải trọng của liên hợp máy [2]. 2.2.2. Khái niệm về lực kéo tiếp tuyến, lực bám và hệ số bám của bánh xe chủ động 2.2.2.1. Khái niệm về lực kéo tiếp tuyến (lực chủ động) Quá trình tác động t−ơng hỗ giữa bánh xe với mặt đ−ờng hoặc đất xảy ra rất phức tạp, song về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động có thể biểu diễn nh− hình 2. 3 [2], [7]. D−ới tác dụng của mô men chủ động Mk bánh xe tác động lên mặt đ−ờng một lực tiếp tuyến P, ng−ợc lại mặt đ−ờng tác dụng lên bánh xe một phản lực tiếp tuyến Pk cùng chiều chuyển động với máy kéo và có giá trị bằng lực P (P = Pk). Phản lực Pk có tác động làm cho máy chuyển động. Do vậy phản lực tiếp tuyến Pk đ−ợc gọi là lực kéo tiếp tuyến hay còn gọi là lực chủ động. Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động - 27 - Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến là phản lực của đất tác dụng lên bánh xe do mô men chuyển động có chiều cùng chiều chuyển động của máy kéo. Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi máy chuyển động ổn định đ−ợc xác định theo công thức: k me k k k r iM r M P η== (2.8) Trong đó: Mk- mô men chủ động Me- mô men quay của động cơ i, ηm- tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực. Rk- bán kính bánh xe chủ động Qua đó thấy rằng, lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại Pkmax khi sử dụng số truyền có tỷ số truyền lớn nhất i = imax và mô men quay động cơ đạt giá trị lớn nhất Mc = Mmax, nghĩa là: k me k r iM P ηmaxmax max = (2.9) Khi máy kéo chuyển động không ổn định mô men còn phụ thuộc vào gia tốc và mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ. Lực kéo tiếp tuyến có thể đ−ợc xác định theo công thức: k ak k k k k r M P r M P ±== (2.10) Trong đó: M’k- mô men chủ động khi chuyển động không ổn định; Mak- mô men lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ; Pk, P’k- lực kéo tiếp tuyến khi chuyển động ổn định và khi chuyển động không ổn định. - 28 - Trong công thức (2.10) lấy dấu cộng khi chuyển động chậm dẫn và dấu trừ khi chuyển động nhanh dần [7], [8]. 2.2.2.2. Khái niệm về lực bám và hệ số bám Nh− đã đ−ợc phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến Pk là do kết quả của tác động t−ơng hỗ giữa bánh xe và mặt đ−ờng. Do đó giá trị lớn nhất của lực kéo tiếp tuyến không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay từ động cơ mà còn phụ thuộc vào khả năng bám sẽ xảy ra hiện t−ợng tr−ợt quay hoàn toàn, lúc đó trị số của lực kéo tiếp tuyến cũng đạt đến giá trị cực đại [2]. Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe đ−ợc gọi là lực bám Pϕ nghĩa là: Pϕ = Pmax (2.11) Về bản chất, lực bám đ−ợc tạo thành bởi 2 phần chính: Lực ma sát giữa bánh xe và mặt đ−ờng; sức chống cắt của đất đ−ợc sinh ra do tác dụng của các mấu bám. Khi chuyển động trên đ−ờng cứng, lực bám đ−ợc tạo ra do lực ma sát, còn khi chuyển động trên nền đất mềm lực bám đ−ợc tạo thành do cả lực ma sát và lực chống cắt của đất. Do vậy, lực bám sẽ phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của bánh xe, tính chất cơ lý của đất và tải trọng pháp tuyến Gk là phần trọng l−ợng máy kéo tác động lên bánh xe bao gồm cả trọng l−ợng bản thân của bánh xe. Tải trọng pháp tuyến Gk sẽ đ−ợc cân bằng với phản lực pháp tuyến Zk của đất. Thực nghiệm đã khẳng định rằng, lực bám phụ thuộc rất lớn vào tải trọng pháp tuyến, chúng có mối quan hệ tỷ lệ thuận với nhau. Do đó mối quan hệ này th−ờng hay đ−ợc sử dụng khi nghiên cứu khả năng bám của bánh xe. Tỷ số giữa lực bám Pϕ và tải trọng pháp tuyến Gk đ−ợc gọi là hệ số bám và th−ờng đ−ợc ký hiệu là ϕ, nghĩa là: kG Pϕϕ = (2.12) - 29 - Hệ số bám là một thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất bám của máy kéo. Nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống di động và trạng thái mặt đ−ờng. Do tính chất phức tạp và đa dạng của điều kiện sử dụng máy kéo cũng nh− sự phức tạp của các mối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố ảnh h−ởng cho nên giá trị của hệ số bám chỉ đ−ợc xác định bằng thực nghiệm và độ chính xác của các số liệu chỉ mang tính t−ơng đối [10]. Trên cơ sở công thức (2.12) ta có thể viết: Pϕ = ϕ.Gk = ϕZk (2.12') Nh− vậy điều kiện cần để máy kéo có thể chuyển động đ−ợc sẽ là: Điều kiện trên cũng nói lên rằng khả năng chuyển động của máy kéo sẽ bị giới hạn bởi khả năng bám của các bánh xe chủ động. Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ động của máy kéo cần phải xem xét cho 2 tr−ờng hợp: Khi đủ bám sẽ tính theo mô men của động cơ, có thể sử dụng công thức (2. 12'). Khi không đủ bám sẽ tính theo lực bám: Plmax = Pϕ (2.13) 2.2.2.3. Cân bằng lực kéo Ph−ơng trình cân bằng lực kéo Xét tr−ờng hợp tổng quát khi ô tô máy kéo sử dụng rơ moóc vận chuyển với tốc độ không ổn định trên đ−ờng dốc [2], [10]. Giả thiết rằng hệ số cản lăn của rơ moóc và của ô tô máy kéo là nh− nhau. Dựa vào ph−ơng trình Pk= Pf + Pα+ Pj + Pm + Pw có thể suy ra ph−ơng trình ph−ơng trình cân bằng lực kéo khi sử dụng rơ moóc: Pk= Pf + Pα+ Pj + Pw (2.14) Trong đó: Pk – lực kéo tiếp tuyến; Pf – lực cản lăn: Pf = f Gacosα; - 30 - Pα - lực cản dốc: Pα = Gacosα; Pj - lực quán tính: Pj = jg Ga aδ ; Pw - lực cản không khí: Pw = kw.v 2; f- hệ số cản lăn; kw- hệ số cản của không khí; v- vận tốc t−ơng đối giữa ô tô máy kéo và không khí; Ga - trọng l−ợng liên hợp máy (máy kéo – rơ moóc); δa - hệ số tính đến ảnh h−ởng của các khối l−ợng quay trên ô tô máy kéo và trên rơ moóc; j, g - gia tốc của liên hợp máy và gia tốc trọng tr−ờng. Trong ph−ơng trình (2.14), sử dụng dấu (+) hoặc (-) tr−ớc Pα là tuỳ thuộc vào xe chuyển động lên hoặc xuống dốc, còn tr−ớc Pj là tuỳ thuộc chuyển động nhanh hoặc chậm dần. Ph−ơng trình (2.14) có thể viết lại d−ới dạng khai triển: 2w a aaak vkjg G sin.GcosG.fP +δ+α+α= Các thành phần Pf và Pα đặc tr−ng cho lực cản của mặt đ−ờng và có thể gộp chung lại, ký hiệu là PΨ PΨ = Pf + Pα= (f cosα + sinα) Hay: PΨ = ΨGa Trong đó: PΨ - lực cản chung của mặt đ−ờng; Ψ - hệ số cản của mặt đ−ờng. Ψ= f cosα + sinα Ph−ơng trình (2.14 ) có thể viết lại Pk = PΨ + Pj + Pw Tr−ờng hợp chuyển động đều trên đ−ờng nằm ngang - 31 - Pk = Pf + Pw Hoặc: Pk = f.Ga + kw.v 2 Đồ thị cân bằng lực kéo Lực kéo tiếp tuyến Pk của ô tô máy kéo phụ thuộc vào mô men quay Me của động cơ và tỷ số truyền i trong hệ thống truyền lực, còn vận tốc chuyển động v phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ ωe, tỷ số truyền i và độ tr−ợt δ: k me k r iMP η= (2.15) v = v1 (1- δ) = i rkω (1- δ) (2.16) trong đó: v1 – vận tốc lý thuyết: v1= rkω/i Mặt khác quan hệ giữa mô men quay Me và vận tốc quay ωe là quan hệ phụ thuộc và đ−ợc biểu thị trên đ−ờng đặc tính của động cơ Me = f (ωe). Do đó lực kéo tiếp tuyến Pk và mô men động cơ Me cũng có thể biểu thị theo hàm số vận tốc: Pk = f (v) và Me = f (v). Các quan hệ trên còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố sử dụng khác nên khó có thể biểu diễn đầy đủ bằng các biểu thức toán học, do vậy ng−ời ta th−ờng biểu diễn chúng bằng đồ thị. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo tiếp tuyến Pk và các thành phần lực cản của ô tô máy kéo phụ thuộc vào vận tốc chuyển động v đ−ợc gọi là đồ thị cân bằng lực kéo. Tr−ớc hết xét tr−ờng hợp đơn giản với giả thiết ô tô máy kéo không bị tr−ợt δ = 0 và hệ số lăn không phụ thuộc vào tốc độ f = const. Dạng đồ thị cân bằng lực kéo đ−ợc minh hoạ trên hình 2. 4 - 32 - Hình 2.4. Đồ thị cân bằng lực kéo Trình tự xây dựng Đồ thị trên đ−ợc xây dựng trên cơ sở đ−ờng cong thực nghiệm Me = f (ωc) của đ−ờng đặc tính tốc độ động cơ. * Xây dựng các đ−ờng cong lực kéo tiếp tuyến Pk = f (v). - Cho trị số mô men quay Me tính lực kéo tiếp tuyến theo công thức: k me k r iMP η= (2.17) - Từ đ−ờng cong Me = f (ωe) ta xác định đ−ợc ωe t−ơng ứng với Me đã cho. - Thay vào ωe công thức (2.16) để tính vận tốc thực tế v. Cặp giá trị Pk, v vừa tính đ−ợc xác định một điểm của đồ thị Pk = f (v). Bằng cách nh− vậy ta xác định đ−ợc nhiều điểm ứng với các trị số khác nhau của Me và xây dựng đ−ợc các đ−ờng cong Pk = f (v) cho từng số truyền. Trên độ thị (2.4 ) minh hoạ cho 3 số truyền với các ký hiệu Pk, Pk2, Pk3. * Xây dựng đ−ờng lực cản mặt đ−ờng Pψ = f (v) Vì giả thiết f= const nên ứng với mỗi góc dốc α xác định lực cản Pψ = const, trên đồ thị đ−ợc biểu thị bằng đ−ờng thẳng song song với trục hoành. Giá trị của Pψ đ−ợc xác định theo công thức: - 33 - Ψ= f cosα + sinα (2.18) - Khi lên dốc (α > 0): Pψ = (fcosα + sinα) Ga=Pf + Pα - Khi α = 0: Pψ =Pf = fGa * Xây dựng đ−ờng lực cản tổng cộng Pψ + Pω = f(v) - Khi lên dốc: Pψ + Pω = (fcosα + sinα) Ga+ kw.v2 - Khi α = 0: Pψ + Pω = fGa + kw.v2 Một số nhận xét Qua đồ thị cân bằng lực kéo có thể rút ra một số nhận xét sau: - Dạng của các đ−ờng cong Pk = f (v) t−ơng tự nh− dạng đ−ờng cong Me = f(ωe). ở mỗi số truyền giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến PKmax sẽ t−ơng ứng với mô men quay cực đại của động cơ Memax. Vận tốc t−ơng ứng với giá trị PKmax đ−ợc gọi là vận tốc giới hạn vk. Nếu vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn v<vk, lực kéo tiếp tuyến Pk sẽ giảm do mô men quay động cơ giảm. Cần l−u ý là khi v < vk động cơ không tự động trở lại trạng thái cân bằng mô men quay do đó tốc độ quay sẽ giảm dần cho đến khi dừng máy, nghĩa là không thể sử dụng vận tốc v < vk. - Điểm cắt nhau của đ−ờng lực cản tổng cộng Pψ + Pω = f(v) và đ−ờng lực kéo tiếp tuyến Pk = f(v) chính điểm cân bằng lực kéo khi chuyển động ổn định, khi đó vận tốc đạt giá trị cực đại v = vmax. Điểm B ứng với tr−ờng hợp chuyển động trên đ−ờng nằm ngang và điểm A ứng với khi lên dốc. - ở mỗi số truyền, khi v < vmax đ−ờng cong Pk nằm trên đ−ờng cong Pψ + Pω nghĩa là d− lực kéo. Hiệu số Pk – (Pψ + Pω) = Pd đ−ợc gọi là lực kéo d−. Phần lực kéo d− dùng để tạo ra khả năng tăng tốc và để khắc phục lực cản dốc với độ dốc lớn hơn, tức là tạo ra khả năng v−ợt dốc. Nh− vậy vùng có khả năng tăng tốc là (vk - vmax). - 34 - Khi v = vmax thì Pd = 0 và không còn khả năng tăng tốc hoặc v−ợt độ dốc lớn hơn. Khi đó muốn v−ợt độ dốc lớn hơn phải chuyển về làm việc ở số truyền thấp hơn. - ở điều kiện làm việc xác định, tức là lực cản mặt đ−ờng đã xác định, nếu muốn giảm tốc độ chuyển động đều ta có thể giảm ga. Khi đó động cơ sẽ làm việc với đ−ờng đặc tính riêng phần, đ−ờng cong Me = f (ωe) sẽ thấp hơn so với tr−ờng hợp cung cấp nhiên liệu cực đại. Điểm cân bằng B’ trên đồ thị là một ví dụ khi làm việc ở số truyền 3, lúc đó máy chuyển động đều với vo < vomax. - Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất Pkmax không chỉ phụ thuộc vào mô men quay cực đại của động cơ và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực mà còn bị giới hạn bởi điều kiện bám Pkmax = Pϕ. Nh− vậy lực kéo tiếp tuyến chỉ có thể phát huy ở vùng giá trị Pk < Pϕ. [10]. 2.2.2.4. Phản lực pháp tuyến trên máy kéo khi làm việc với máy nông nghiệp móc Xét tr−ờng hợp liên hợp máy chuyển động đều trên mặt phẳng ngang các lực và mô men tác dụng lên máy kéo gồm có: Trọng l−ợng máy kéo G, lực kéo ở móc Pm, lực kéo tuyến tiếp Pk, lực cản lăn Pf bao gồm lực cản lăn của tất cả các bánh xe, mô men cản lăn của bánh sau Mfk và của bánh tr−ớc Mfn, phản lực pháp tuyến trên cầu sau Zk và phản lực pháp tuyến trên cầu tr−ớc Zn. Lực kéo ở móc của rơ moóc th−ờng có ph−ơng nghiêng với ph−ơng chuyển động một góc θ. Ta có thể phân tích thành hai thành phần: Pmcosθ và Pmsinθ. Xét sự cân bằng mô men lần l−ợt lấy đối với điểm O2 và O1 nhận đ−ợc: Zn L= Gb - Pmcosθ.hT - Pmsinθ (L+lT) + Mf (2.19) Zk L = G(L- b)+ Pmcosθ.hT + Pmsinθ (L+lT) + Mf Từ đó rút ra: - 35 - L MlsinPh.cosP L G Z fTmTmbn +θ+θ−= θ++θ+θ+−= sinP L MlsinPh.cosP L )bL(G Z m fTmTm k Trong đó: Mf= Mfk + Mfn = f (Zk + Zn) rk f- hệ số lăn của máy kéo; rk- bán kính bánh xe chủ động; L- chiều dài cơ sở; lT- khoảng cách từ điểm móc máy nông nghiệp đến đ−ờng thẳng đứng đi qua tâm bánh sau; b: Toạ độ dọc của trọng tâm so với cầu sau; G: Trọng l−ợng của máy kéo; Pm: Lực kéo ở móc; hT: Chiều cao điểm móc máy nông nghiệp. Từ điều kiện cân bằng lực theo ph−ơng thẳng đứng có: θsinmkn PGZZ +=+ Khi lực kéo Pm có ph−ơng song song với mặt đ−ờng (θ = 0) các phản lực pháp tuyến là: L MhP L GbZ fTmn +−= (2.20) L MhP L bLGZ fTmk ++−= )( Hoặc: L MhP ZZ fTmnon +−= (2.21) L MhP ZZ fTmkon +−= và GZZ kn =+ Từ các công thức trên ta thấy d−ới tác động của lực kéo Pm và mô men cản lăn Mr các bánh sau sẽ đ−ợc tăng tải Zk > Zk0 và các bánh tr−ớc sẽ đ−ợc - 36 - giảm tải Zn < Zn0. Nếu lực kéo song song với mặt đ−ờng, phản lực trên các bánh sau tăng lên bao nhiêu thì các bánh tr−ớc giảm xuống bấy nhiêu. Ngoài ra do ảnh h−ởng của lực kéo, tổng phản lực tác dụng lên bánh xe còn tăng thêm một l−ợng Pmsinθ. Khi θ = 0: λk = λn = 1; Khi θ > 0: λk = λn > 1. Đa số máy kéo chỉ có cầu sau là chủ động (4 x 2), do đó hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau λk còn đặc tr−ng cho sự phân bố trọng l−ợng bám của máy kéo và do đó ng−ời ta còn gọi hệ số này là hệ số phân bố trọng l−ợng bám, khi đó có thể tính trọng l−ợng bám theo công thức: Gc = Zk = λkG (2.22) Nh− vậy tăng λk sẽ cải thiện đ−ợc tính năng kéo bám của máy kéo, nhất là khi làm việc trên đồng ruộng. Tuy nhiên không thể tăng tuỳ ý, vì nếu tăng lên nhiều sẽ phá huỷ điều kiện lái và làm xấu tính chuyển động ổn định do các bánh tr−ớc không đủ bám [2], [7]. 2.3. Xác định các thông số ảnh h−ởng đến quá trình khởi hành của liên hợp máy Thời gian và quãng đ−ờng tăng tốc là 2 chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất động lực học của máy kéo. Hai chỉ tiêu trên có thể xác định đ−ợc thông qua đồ thị gia tốc j = f(v) của máy kéo [2], [7], [10]. 2.3.1.Thời gian tăng tốc của máy kéo Từ biểu thức j = dv/dt suy ra dt = 1/j . dv Thời gian tăng tốc của máy kéo từ vận tốc v1 đến vận tốc v2 là dvj 1 S 2v 1v ∫= Tích phân này không thể giải đ−ợc bằng ph−ơng pháp giải tích do nó - 37 - không có quan hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa gia tốc j và vận tốc chuyển động v. Nh−ng tích phân này có thể giải đ−ợc bằng đồ thị dựa trên cơ sở đặc tính động lực học hoặc nhờ vào đồ thị gia tốc j = f(v). Để tiến hành xác định thời gian tăng tốc theo ph−ơng pháp tích phân bằng đồ thị ta cần xây dựng đ−ờng cong gia tốc nghịch 1/j = f(v) cho từng số truyền. Hình 2.5. Thời gian tăng tốc của máy kéo Trên hình vẽ giả thiết xây dựng đồ thị gia tốc nghịch cho số truyền cao nhất của hộp số. Phần diện tích giới hạn bởi đ−ờng cong 1/j, trục hoành và 2 đoạn tung độ t−ơng ứng với khoảng biến thiên vận tốc dv biểu thị thời gian tăng tốc của máy kéo. Tổng cộng tất cả các vận tốc này đ−ợc thời gian tăng tốc từ vận tốc v1 đến vận tốc v2 và xây dựng đ−ợc đồ thị thời gian tăng tốc phụ thuộc vào chuyển động t= f(v). Giả sử máy kéo tăng tốc từ v1 = 10m/s đến vận tốc v2 = 20m/s thì cần phải có một khoảng thời gian đ−ợc xác định bởi diện tích abcd trên hình 1. Trong quá trình tính toán và xây dựng đồ thị ta cần chú ý: - 38 - Tại vận tốc lớn nhất vmax gia tốc j = 0 do đó 1/j = ∞; vì vậy khi lập đồ thị vào trong tính toán ta chỉ lấy vận tốc có giá trị khoảng 0,95 vmax Tại vận tốc nhỏ nhất vmin lấy trị số v = 0. 2.3.2. Quãng đ−ờng tăng tốc của máy kéo Hình 2.6. Quãng đ−ờng tăng tốc của máy kéo. Sau khi đã lập đ−ợc đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa thời gian tăng tốc t và vận tốc chuyển động v, ta có thể xác định đ−ợc quãng đ−ờng tăng tốc của máy kéo đi đ−ợc ứng với thời gian tăng tốc. Từ biểu thức: v = ds / dt → ds = vdt. Quãng đ−ờng tăng tốc s từ vận tốc v1 đến vận tốc v2 sẽ là ∫= 2v 1v vdtS Tích phân này cũng không thể giải đ−ợc bằng ph−ơng pháp giải tích do - 39 - nó không có mối quan hệ chính xác về giải tích giữa thời gian tăng tốc và vận tốc chuyển động của máy kéo. Vì vậy chúng ta cũng áp dụng ph−ơng pháp giải bằng đồ thị trên cơ sở đồ thị thời gian gia tốc. Chúng ta lấy 1 phần nào đó diện tích t−ơng ứng với khoảng biến thiên thời gian dt, phần diện tích đ−ợc giới hạn bởi đ−ờng cong thời gian tăng tốc, trục tung và 2 hoành độ t−ơng ứng với độ biến thiên thời gian dt sẽ biểu thị thời gian tăng tốc của máy kéo. Tổng cộng các diện tích này lại ta đ−ợc quãng đ−ờng tăng tốc của máy kéo từ vận tốc v1 đến v2 và xây dựng đ−ợc đồ thị quãng đ−ờng tăng tốc phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của chúng S = f(v). Giả sử tăng tốc từ v1 = 10 (m/s) đến v2 = 20 (m/s) thì đ−ợc quãng đ−ờng bằng diện tích abcd [2]. 2.3.3. Mô men cản của liên hợp máy trong quá trình khởi hành [10]. G Gcosα Gsinα Pm Lm Z2 rb G Gcosα Gsinα A rb Z1 v Pω α B Pp ._.