Đề tài Khảo sát tính chất kéo bám của máy kéo Bông Sen 20 khi thay thế hệ thống di động bánh bằng hệ thống di động xích

a hệ số m và độ ẩm Hình 1.4. Ảnh hưởng độ ẩm đến hệ số m Hình 1.3. Quan hệ giữa ứng suất tiếpp t và ứng suất pháp s 1- đất mềm; 2- đất cứng m w t t0 0 1 2 s W có dạng như hình 1.4. Độ ẩm còn gây ảnh hưởng đến cả tốc độ biến dạng của đất khi nó chịu tác động tải trọng động. Vì tốc độ thoát nước qua các lỗ rỗng trong đất ảnh hưởng đến tốc độ lan truyền ứng suất và tốc độ biến dạng mà tốc độ thoát nước lại phụ thuộc vào tốc độ thay đổi lực tác động lên đất. Lực tác động của bộ phận di động của máy kéo lên đất mang tính chất tải trọng động lực học. Do đó độ ẩm sẽ gây ảnh hưởng đến tính năng kéo bám và độ trượt của máy kéo. Tóm lại, sức chống nén và sức chống cắt của đất là những thông số quan trọng và thường được sử dụng để tính toán cường độ chịu tải, tính ổn định của đất ở những công trình thủy lợi, xây dựng và là một trong những thông số cơ bản xác định độ lún, số lượng, tiết diện và góc nghiêng của các loại mấu bám bánh xe máy kéo làm việc trên đất có độ ẩm cao. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Đường đặc tính của động cơ Động cơ đặt trên các máy kéo chủ yếu là động cơ đốt trong loại piston.(động cơ lắp trên máy kéo Bông Sen 20 là loại động cơ 1 piston đặt nằm ngang). Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế của động cơ được thể hiện rõ trên đường đặc tính làm việc của nó. Tính chất hoạt động của động cơ ảnh hưởng rất lớn đến tính năng sử dụng của máy kéo. Vì vậy cần thiết phải nắm vững các đường đặc tính của động cơ để giúp cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết máy kéo như nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng động lực học của máy kéo. Các đường đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại : - đường đặc tính tốc độ - đường đặc tính tải trọng. 2.1.1. Đường đặc tính tốc độ Đường đặc tính tốc độ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng Ne, mô men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge (lượng chi phí nhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc w của trục khuỷu. Các loại động cơ điezen lắp trên máy kéo đều có bộ điều tốc (máy điều chỉnh tốc độ) để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mô men cản Mc) thay đổi. Đường đặc tính tốc độ của động cơ điezen phụ thuộc rất lớn vào đặc tính của bộ điều tốc, do đó nó còn gọi là đường đặc tính tự điều chỉnh. Có hai loại đường đặc tính tốc độ : - Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài. - Đường đặc tính cục bộ. Các đường đặc tính của động cơ nhận được bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bị chuyên dùng (bàn khảo nghiệm động cơ). Đường đặc tính ngoài của động cơ nhận được khi khảo nghiệm động cơ ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thước nhiên liệu (ở động cơ điêzen) ở vị trí cực đại hoặc mở hoàn toàn bướm ga (ở động cơ xăng). Nếu tay thước nhiên liệu hoặc bướm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận được đường đặc tính cục bộ. Như vậy ở các động cơ lắp bộ điều tốc đa chế (máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có một đường đặc tính ngoài và vô vàn đường đặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga. Trên hình 2.1 biểu diễn đường đặc tính ngoài tự điều chỉnh của động cơ điêzen. Hình 2.1 Đường đặc tính tự điều chỉnh của động cơ điêzen n Ne Me Ge ge Nn = Nemax Memax Me Ne Mn ge Ge Geo nM nn nck Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ nn công suất động cơ đạt giá trị 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 và được 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 cũng có tên gọi tương ứng : công suất định mức Nn = Nemax, mô men quay 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 tương ứng khoảng tốc độ nn - nck được gọi là nhánh tự điều chỉnh (các đường đồ thị có dạng đường thẳng), còn tương ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn nn là nhánh không có điều tốc hoặc nhánh quá tải (các đồ thị có dạng đường cong). Ở nhánh quá tải công suất của 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 sự bôi trơn các chi tiết cũng kém đi do tốc độ quay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn các chi tiết và còn một số nhược điểm khác nữa. Do vậy không nên sử dụng động cơ ở nhánh quá tải trong thời gian dài, chỉ được phép sử dụng để khắc phục các hiện tượng quá tải tức thời. Ở nhánh quá tải, mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm và sau khi đạt giá trị cực đại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên thì mô men động cơ Me và tốc độ quay n sẽ giảm dần rồi ngừng quay vì lúc đó quá trình tự đốt cháy nhiên liệu không thực hiện được. Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động được với tải trọng Mc nM. Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải hay còn gọi là khả năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải, người ta đưa ra hệ số thích ứng theo mô men quay và được xác định như sau : (2.1) trong đó : Mmax - mô men quay cực đại của động cơ; Mn - mô men quay định mức của động cơ. Động cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiện tượng quá tải càng tốt. Ở các động cơ điêzen thông thường kM = 1.1 ¸ 1,25 Máy kéo thường làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, trong phạm vi rộng nhiều khi người lái không kịp phản xạ để điều chỉnh ga hoặc thay đổi số truyền và dẫn đến bị chết máy. Do vậy chỉ nên sử dụng công suất động cơ nhỏ hơn công suất định mức và tất nhiên chỉ cho phép làm việc lâu dài ở nhánh tự điều chỉnh. Mức độ sử dụng công suất động cơ được đánh giá bởi hệ số sử dụng tải trọng : g = (2.2) trong đó : Mc - mô men cản đặt lên trục khuỷu; Mn - mô men quay định mức của động cơ. Khi tính toán các chỉ tiêu kéo của máy kéo có thể chọn g = 0,8 ¸ 0,9. Đường đặc tính tốc độ ngoài được sử dụng như một tài liệu kỹ thuật để đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ. Trong lý thuyết máy kéo thường được sử dụng để tính toán tính năng kéo và tính năng động lực học hoặc sử dụng để tính toán các chỉ tiêu sử dụng các liên hợp máy kéo (máy kéo liên hợp máy công tác). Việc xây dựng chính xác đường đặc tính của động cơ chỉ có thể tiến hành bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, nếu chấp nhận độ chính xác tương đối cũng có thể sử dụng phương pháp giải tích kết hợp sử dụng một số công thức hoặc hệ số thực nghiệm. Một trong những công thức hay được sử dụng là công thức S.R. Lay Đecman, có dạng như sau : (2.3) trong đó : Ne, n - công suất hiệu dụng và tốc độ quay của động cơ ứng với một điểm bất kỳ trên đường đặc tính ngoài; Nn, nn - công suất định mức (công suất cực đại) và số vòng quay định mức; a, b, c - các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ; ở động cơ điêzen 2 kỳ a = 0,87; b = 1,13; c = 1; ở động cơ điê zen 4 kỳ a = 0,5 ¸ 0,7; b = 1,5 ¸ 1,3; c = 1. Giá trị của mô men quay được xác định theo công thức : (2.4) trong đó : Ne - công suất động cơ, KW; n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph; Me - mô men quay của động cơ, Nm. Như vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.3) và (2.4) ta có thể xây dựng được một cách gần đúng các đường cong Ne = f(n) và Me = f(n). 2.1.2. Đường đặc tính tải trọng Đường đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất hiệu dụng Ne, số vòng quay của trục khuỷu n và chi phí nhiên liệu giờ GT với mô men quay của động cơ Me. Đường đặc tính tải trọng có dạng như hình 2.2. Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng các mối quan hệ đó hoàn toàn giống như đã phân tích trên đường đặc tính tốc độ. Nhưng đường đặc tính tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn đề nghiên cứu, nhất là khi nghiên cứu các tính năng kéo của máy kéo. Vì rằng, nhánh điều chỉnh trong đường đặc tính tải trọng (tương ứng với khoảng thay đổi mô men từ 0 đến Mn) có thể bố trí được rộng hơn so với nhánh điều chỉnh ở đường đặc tính tốc độ (trong khoảng nn - nck). Nhờ đó khi xác định giá trị của các thông số trên đồ thị sẽ chính xác hơn. Tuy nhiên, để đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ thì đường đặc tính tốc độ thể hiện đầy đủ hơn, dễ so sánh giữa các động cơ với nhau thông qua chi phí nhiên liệu riêng ge. n Ne n Ge ge Ne Ge 0 ge Me Memax Mn Hình 2.2. Đường đặc tính tải trọng của động cơ 2.2. Tính năng kéo bám của máy kéo Công dụng chính của các máy kéo nông nghiệp là dùng làm nguồn động lực cho các liên hợp máy thực hiện các công việc trên đồng ruộng. Hiệu quả làm việc của các liên hợp máy phụ thuộc rất lớn vào tính năng kéo của máy kéo 2.2.1. Khái niệm về lực kéo tiếp tuyến, lực bám và hệ số bám của bánh xe chủ động 2.2.1.1. Khái niệm về lực kéo tiếp tuyến (lực chủ động) Quá trình tác động tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường hoặc đất xảy ra rất phức tạp, song về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động có thể biểu diễn như hình 2.3. Dưới tác dụng của mô men chủ động Mk bánh xe tác động lên mặt đường một lực tiếp tuyến P (không vẽ trên hình), ngược lại mặt đường 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 (Pk = P). Phản lực Pk có tác dụng làm cho máy chuyển động. Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động Mk GK RK rk PK ZK Do vậy phản lực tiếp tuyến Pk được gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn được gọi là lực chủ động. Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến là phản lực của đất tác dụng lên bánh xe do mô men chủ động gây ra, có chiều cùng với chiều chuyển động của máy kéo. Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi máy kéo chuyển động ổn định được xác định theo công thức : Pk= (2.5) trong đó : M k - mô men chủ động; Me - mô men quay của động cơ; i, hm -tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực; rk- bán kính bánh xe chủ động Qua đó ta 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 Me = Mmax, nghĩa là : Pkmax = (2.6) Khi máy kéo chuyển động không ổn định mô men chủ động 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 được xác định theo công thức : (2.7) trong đó: M’ k - mô men chủ động khi chuyển động không ổn định; Mak - mô men các 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 đìnhva khi chuyển  động không ổn định. Trong công thức (2.7) lấy dấu cộng khi chuyển động chậm dần và dấu trừ khi chuyển động nhanh dần. 2.2.1.2. Khái niệm về lực bám và hệ số bám Như đã được phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến Pk là do kết quả của tác động tương hỗ giữa bánh xe và mặt đường. 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 của bánh xe với đất hoặc mặt đường. Khi bánh xe không còn khả năng bám sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn, lúc đó trị số của lực kéo tiếp tuyến cũng đạt đến giá trị cực đại. Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe được gọi là lực bám Pj , nghĩa là: Pkmax = Pj Về bản chất, lực bám được tạo thành bởi 2 thành phần chính : lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường; sức chống cắt của đất được sinh ra do tác động của các mấu bám. Khi chuyển động trên đường cứng, lực bám được tạo tành do lực ma sát, còn khi chuyển động trên nền đất mềm lực bám được 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. Khi chuyển động trên mặt phẳng ngang ( hình 2.4) tải trọng pháp tuyến Gk là phần trọng lượng máy kéo tác động lên bánh xe bao gồm cả trọng lượng bản thân của bánh xe. Tải trọng pháp tuyến Gk sẽ được 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 và có mối quan hệ tỷ lệ thuận. Do đó mối quan hệ này thường hay được sử dụng khi nghiên cứu khả năng bám của bánh xe. Tỷ số giữa lực bám Pj và tải trọng pháp tuyến Gk được gọi là hệ số bám và thường được ký hiệu là j, nghĩa là : j = (2.8) 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 đường. Do tính chất phức tạp và đa dạng của điều kiện sử dụng máy kéo cũng như sự phức tạp của các mối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố ảnh hưởng cho nên giá trị của hệ số bám chỉ được xác định bằng thực nghiệm và độ chính xác của các số liệu chỉ mang tính tương đối. Trên cơ sở công thức (2.8) ta có thể viết : Pj = jGk = jZk (2.9) Như vậy điều kiện cần để máy kéo có thể chuyển động được sẽ là : PK < Pj (2.10) 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 trường hợp : Khi đủ bám Pk sẽ tính theo mô men của động cơ, có thể sử dụng công thức (2.5) hoặc (2.6). Khi không đủ bám Pkmax sẽ tính theo lực bám : Pkmax = Pj (2.11) 2.2.2. Các lực cản chuyển động của máy kéo Các lực cản chuyển động của máy kéo được sinh ra do nhiều nguyên nhân khác nhau. Thành phần và tính chất của các lực cản phụ thuộc vào tính chất công việc, địa hình và chế độ chuyển động. Trường hợp tổng quát là khi máy kéo chuyển động lên dốc với tốc độ nhanh dần (hình 2.4). Trong trường hợp này các thành phần lực cản của máy kéo bao gồm : lực cản lăn Pf, lực quán tính Pj , lực cản không khí Pw, lực cản kéo Pm, lực cản dốc Gsina. 2.2.2.1. Lực cản lăn Lực cản lăn của các bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lượng bên trong lốp khi nó bị biến dạng, do xuất hiện các lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường, trong các ổ trục bánh xe hoặc ma sát trong bộ phận di động xích, lực cản không khí chống lại sự quay của bánh xe và sự tiêu hao năng lượng cho việc tạo thành vết bánh xe. Hình 2.4. Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô máy kéo PW a b Pj Gsina h Gcosa G Pf1 Pm Pk Pfk hm Z1 L ZK a V Do phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố nên việc xác định mức độ tiêu hao năng lượng của từng thành phần riêng là rất khó khăn. Bởi vậy người ta qui tất cả các thành phần tiêu hao năng lượng cho quá trình lăn của bánh xe thành một lực cản và gọi là lực cản lăn. Như vậy, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy kéo. Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng, phản lực pháp tuyến của mặt đường là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất. Do đó có thể xác định lực cản lăn theo phản lực pháp tuyến Z hoặc theo trọng lương của máy G, sự ảnh hưởng của các yếu tố còn lại được qui thành một hệ số f và có thể viết : Pf = P¦k + P¦n = ¦Z = ¦G (2.12) trong đó : P¦k - lực cản lăn của các bánh chủ động P¦n - lực cản lăn của các bánh bị động ¦ - hệ số cản lăn; Z - phản lực pháp tuyến: Z = Gcosa ; G - trọng lượng của máy kéo; a - độ dốc mặt đường. Biểu thức (2.12) có thể viết lại một cách tổng quát hơn : Pf = f.Gcosa (2.13) 2.2.2.2. Lực cản dốc Pa Khi máy kéo lên dốc hoặc xuống dốc sẽ xuất hiện thành phần Gsina có phương song song với mặt đường và được gọi là lực cản dốc, ký hiệu là Pa : Pa = Gsina (2.14) trong đó : G - trọng lượng máy kéo; a - góc dốc mặt đường. Tuy nhiên lực Pa chỉ gây cản chuyển động khi máy kéo lên dốc, còn khi xuống dốc nó sẽ có tác dụng đẩy máy kéo chuyển động. 2.2.2.3. Lực cản không khí Pw Khi máy kéo chuyển động sẽ làm di chuyển bộ phận không khí bao quanh máy, làm xuất hiện các dòng khí xoáy phía sau và hình thành một lực cản gọi là lực cản không khí. Lực cản không khí chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, hình dáng bề mặt chắn gió phía trước. Giá trị của lực cản không khí có thể được xác định theo công thức thực nghiệm : Pw = kwFv2 (2.15) trong đó : kw - hệ số cản không khí ; F - diện tích cản chính diện (diện tích hình chiếu của máy kéo  trên mặt phẳng vuông góc với phương chuyển động); v - tốc độ chuyển động tương đối giữa máy kéo và không khí. Đối với máy kéo thường chuyển động với tốc độ thấp nên có thể bỏ qua lực cản không khí vì nó rất nhỏ so với các thành phần lực cản khác. 2.2.2.4. Lực cản quán tính Pj Khi máy kéo chuyển động có gia tốc sẽ xuất hiện lực quán tính có phương song song với phương chuyển động và điểm đặt tại trọng tâm của máy kéo. Nếu chuyển động chậm dần, lực quán tính Pj sẽ cùng chiều với chiều chuyển động và có tác dụng hỗ trợ cho sự chuyển động của máy kéo. Ngược lại, khi chuyển động nhanh dần, lực quán tính sẽ chống lại sự chuyển động và gọi là lực cản quán tính. Giá trị của lực quán tính có thể xem như tạo thành bởi hai thành phần : Pj = Pj’ + Pj’’ (2.16) trong đó : Pj’ - lực cản quán tính tịnh tiến; Pj’’ - lực cản quán tính do sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay  không đều trên máy kéo gây ra. Lực quán tính tịnh tiến Pj’ có thể được xác định theo công thức : Pj’ = a (2.17) trong đó : a - gia tốc tịnh tiến của máy kéo; G - trọng lượng máy kéo; g - gia tốc trọng trường. Thành phần lực quán tính Pj’’ được xác định theo công thức : P'' = trong đó : Mak- mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động quay không đều qui dẫn đến trục bánh chủ động Man- mô men các lực quán tính tiếp tuyến của bánh trước (bánh dẫn hướng) Man = (2.18) Jn, rm - mô men quán tính và bán kính của bánh xe dẫn hướng. Thay các giá trị Mak và Man vào (2.18), sau đó thay các giá trị của Pj’ và Pj’’ vào (2.16) ta sẽ nhận được lực cản quán tính chung của máy kéo (2.19) Đặt: (2.20) Thay da vào (2.19) ta có : Pj = da (2.21) Trong đó da được gọi là hệ số qui đổi khối lượng tính đến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều của máy kéo. 2.2.2.5. Lực cản kéo ở móc Pm Lực cản kéo ở móc Pm là thành phần lực cản do máy công tác hoặc rơ mooc gây ra. Phương và độ lớn của lực cản kéo Pm phụ thuộc vào loại máy công tác, tính chất công việc và cách liên kết với máy kéo. Do đó không có công thức chung để tính toán thành phần lực cản móc. 2.2.3. Cân bằng lực kéo và phương trình vi phân chuyển động của máy kéo Từ sơ đồ lực tác động lên máy kéo (hình 2.4) và xét sự cân bằng lực theo phương chuyển động ta nhận được : Pk = Pf ± Pa ± Pj + Pm ± Pw (2.22) Trong (2.22) lấy dấu cộng (+) trước Pa khi chuyển động lên dốc và lấy dấu trừ (-) khi xuống dốc; trước Pj lấy dấu cộng (+) khi chuyển động nhanh dần và lấy dấu trừ (-) khi chuyển động chậm dần. Thay Pj từ biểu thức (2.21) vào phương trình (2.22) ta sẽ rút ra được phương trình vi phân chuyển động : (2.23) Đặt Pc = Pf ± Pa + Pm + Pw Công thức (2.23) có thể viết gọn lai: (2.24) Thành phần Pc được gọi là lực cản chung của máy kéo. Khi chuyển động ổn định phương trình cân bằng lực có dạng : Pk = Pc Điều kiện để máy kéo có thể chuyển động được sẽ là : Pc < Pkmax < Pj (2.25) trong đó : Pkmax - lực kéo tiếp tuyến cực đại theo khả năng cung cấp mô men quay của động cơ; Pj - lực bám của máy kéo; Nếu Pkmax > Pc > Pj máy kéo không chuyển động được do các bánh chủ động bị trượt quay hoàn toàn. Nếu Pkmax < Pc < Pj , máy kéo không chuyển động được và động cơ sẽ dừng quay "chết máy" 2.3. Phương trình cân bằng công 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 công suất, phương trình có dạng như sau: Ne = Nm.s+ N¦ + Nd ± Ni ± Nj + Nm +N0 (2.26) trong đó: Ne - công suất hiệu dụng của động cơ; Nm.s - công suất tiêu hao trong hệ thống truyền lực và trên nhánh xích chủ động (nếu là máy kéo xích); N¦ - công suất tiêu hao cho lực cản lăn; Nd - công suất tiêu hao do bánh chủ động hoặc xích bị trượt; Ni - công suất tiêu hao do lực cản dốc, lấy dấu (+) khi lên dốc và lấy dấu (-) khi xuống dốc; Nj - công suất tiêu hao cho lực cản quán tính, lấy dấu (+) khi chuyển động nhanh dần và lấy dấu (-) khi chuyển động chậm dần; Nm - công suất có ích trên móc kéo (công suất kéo); N0 - 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: (2.27) Trường hợp không sử dụng trục thu công suất : (2.28) 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 công suất như sau: Ne = Nm. + N¦ + Nd + Nm (2.29) Phân tích bản chất của quá trình truyền công suất ta có thể biểu diễn phương trình (2.29) theo dạng sơ đồ sau đây: Sơ đồ truyền công suất từ động cơ đến máy nông nghiệp Ne Nk= PkvT NR= Pkv Nm= Pmv Nms Nd Nf Trong đó: Nk - công suất truyền cho bánh chủ động ; Nk = Ne - Nm.s = PkvT NR- công suất truyền lên khung để đẩy máy kéo chuyển động; NR = Nk - Nd = Pkv Nm- công suất kéo ở móc. Nm = NR - N¦ = Pmv Pk - lực kéo tiếp tuyến ; vT , v - vận tốc lý thuyết và vận tốc thực tế; Các hao tổn công suất trong từng khâu truyền Nms ,Nd ,và N¦ cũng được đánh giá qua các hiệu suất tương ứng, cụ thể là: - Hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực: (2.30) Suy ra: Nm.S =( 1 -hm)Ne - Hiệu suất tính đến sự ảnh hưởng của độ trượt hoặc hd = 1 - d (2.31) - Hiệu suất tính đến sự ảnh hưởng của lực cản lăn: (2.32) Kết hợp các công thức (2.28),(2.31)và (2.32) với những phép biến đổi đơn giản ta nhận được: (2.33) Khi tính toán 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; hm = const Trên hình 2.5 là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất kéo hk và lực kéo Pm theo công thức (2.33), Qua hình 2.5 ta thấy khi lực kéo Pm=0 thì hk=o, toàn bộ công suất động cơ được sử dụng chỉ để khắc phục lực 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 hkmax, sau đó giảm dần đến hk=0 (ứng với độ trượt d=1). Trường hợp hk =0 toàn bộ công suất động cơ bị hao tổn do ma sát trong hệ thống truyền lực và do trượt. Hình 2.5 Quan hệ giữa hiệu suất kéo và lực kéo ở móc Pm 0 d=100% hk d d hk hKmax Ptu Khi hk= hkmax máy kéo làm việc có hiệu quả nhất, do đó giá trị lực kéo ứng với hkmax được gọi là lực kéo tối ưu Ptu. Cần lưu ý rằng, hệ số ¦ và đường đặc tính trượt phụ thuộc vào các thông số cấu tạo của máy kéo và các tính chất cơ lý của đất. Do vậy các giá trị hkmax và Ptu của các máy kéo khác nhau sẽ khác nhau và cũng sẽ thay đổi khi điều kiện sử dụng thay đổi 2.4. Khái niệm chung về đường đặc tính kéo dùng hốp số cơ học Trong thực tế, trên các máy kéo hầu hết sử dụng loại hộp số cơ học phân cấp, không thể duy trì cho động cơ luôn luôn làm việc ở chế độ danh nghĩa, nghĩa là dộng cơ làm việc thiếu tải hoặc quá tải tuỳ thuộc vào tải trọng kéo và số truyền làm việc. Do vậy các đường cong công suất ứng với các số truyền là khác nhau và được minh hoạ như hình 2.6 Đường bao của các đường cong công suất chính là đường đặc tính kéo thế năng. Như vậy ở mỗi số truyền chỉ có nhiều nhất là một điểm tiếp xúc với đường đặc tính kéo thế năng. Đối với máy kéo xích (Hình 2.6a) do khả năng bám tốt nên điểm cực đại của các đường cong công suất nằm trên đường đặc tính kéo thế năng, lúc đó động cơ làm việc ở chế độ danh nghĩa. ở các máy kéo bánh, khi lực kéo lớn độ trượt sẽ tăng nhanh nên điểm cực đại ứng với các số truyền thấp thường không nằm trên đường đặc tính kéo thế năng, ví dụ số truyền 1 trên hình 2.6b. Như vậy chỉ khi dùng hộp số vô cấp máy kéo mới phát huy hết khả năng kéo, đó chính là lý do tại sao gọi đường cong công suất kéo Nm=f(Pm) b) Nm d d 3 2 4 1 0 Pm Đường đặc tính kéo thế năng a) Nm d 4 3 2 1 d 0 Pm Đường đặc tính kéo thế năng Hình 2.6. Đường đặc tính kéo của máy kéo dùng hộp số cơ học a - máy kéo xích; b - máy kéo bánh bơm Phân loại đường đặc tính kéo Đường đặc tính kéo của máy kéo là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ trượt d, vận tốc chuyển động v, công suất kéo Nm, chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng gT vào lực kéo ở móc Pm ứng với các số truyền khác nhau khi máy kéo chuyển động trên mặt đồng nằm ngang. Khi máy kéo làm việc trên các điều kiện đất đai khác nhau, đường đặc tính kéo của nó cũng thay đổi. Bởi vậy để có một khái niệm tổng quát về các tính chất đặc trưng của máy kéo, thông thường người ta xây dựng đường đặc tính kéo của máy kéo trên các loại đất điển hình. Tuỳ thuộc vào phương pháp xác định các chỉ tiêu kéo (v, d, Nm, GT, gT), đường đặc tính kéo của máy kéo có thể phân thành 2 loại: đường đặc tính kéo thực nghiệm và đường đặc tính kéo lý thuyết. - Đường đặc tính kéo thực nghiệm được xây dựng trên cơ sở các số liệu thực nghiệm thu được khi khảo nghiệm máy kéo trên đường hoặc trên đồng ruộng. Các chỉ tiêu kéo có thể thu được trực tiếp trên thiết bị đo hoặc có sử dụng một số công thức đơn giản để tính toán. - Đường đặc tính kéo lý thuyết được xây dựng theo các kết quả tính toán lý thuyết trên cơ sở sử dụng một số số liệu kỹ thuật hoặc số liệu thực nghiệm làm điều kiện đầu. Nói cách khác là các giá trị của các chỉ tiêu kéo được tính toán theo công thức, còn các số liệu ban đầu chỉ đóng vai trò phụ. 2.5. Xây dưng đường đặc tính kéo lý thuyết của máy kéo Các số liệu ban đầu: - Đường đặc tính tự điều chỉnh hoặc đường đặc tính tải trọng của động cơ (hình 2.8); - Một số thông số kỹ thuật của máy kéo : loại máy, trọng lượng và toạ độ trọng tâm, bán kính bánh xe chủ động hoặc bánh sao chủ động ; - Hệ số cản lăn f và đường cong trượt thực nghiệm d =f(Pm) của máy kéo tương tự. Nếu không có đường cong trượt d =f(Pm) , độ trựơt có thể tính theo công thức thực nghiệm. Trình tự xây dựng : Việc xây dựng đường đặc tính kéo lý thuyết có thể được tiến hành theo một vài phương pháp nhưng đều cùng một cơ sở khoa học, chỉ khác nhau các bước tính toán cụ thể. Dưới đây sẽ trình bày một phương pháp với các bước như sau : 1) Xây dựng đường cong trượt d =f(Pm) 2) Xây dựng các đưòng cong vận tốc thực tế v= f(Pm) Khi máy kéo chuyển động đều trên mặt đường nằm ngang, mô men quay của động cơ Me và vận tốc thực tế của máy kéo v có thể được xác định theo các công thức: (2.34) (2.35) Như vậy, trên cơ sở sử dụng đường đặc tính của động cơ w =f(Me) và đường cong trượt d =f(Pm) ta sẽ xây dựng được các đường cong vận tốc v =f(Pm) cho các số truyền khác nhau của máy kéo. 3) Xây dựng các đường cong công suất kéo Nm=f(Pm) Các đường cong công suất kéo của máy kéo được xây dựng trên cơ sở công thức : Nm = Pmv (2.36) Do các đường cong vận tốc v = f(Pm) phụ thuộc vào tỷ số truyền nên các đường cong công suất Nm = f(Pm) cũng phụ thuộc vào tỷ số truyền. 4) Xây dựng các đườg cong chi phí nhiên liệu giờ GT=f(Pm) Cho giá trị bất kỳ của lực kéo Pm . Sử dụng công thức (6.12) ta xác định mô men quay Me ứng với Pm đã cho, sau đó từ đường đặc tính của động cơ GT =f(Me) xác định được giá trị GT tương ứng. Từ cặp giá trị (Pm, GT) vừa xác định được ta vẽ được một điểm của đồ thị . Thay các giá trị lực kéo khác nhau ta xác định được nhiều điểm và nối chúng lại sẽ được đường cong GT = f(Pm) của số truyền đã cho. Tất cả các đường cong GT = f(Pm) sẽ cắt nhau tại một điểm, tương ứng với lúc máy kéo đứng yên và động cơ làm việc ở chế độ chạy không GT = G T0. Tại các điểm cực đại G T = GTmax , tương ứng với lúc động cơ làm việc ở chế độ danh nghĩa Ne = Nemax, Me = MeH và w = wH. Trên đồ thị các điểm cực đại GTmax phải nằm trên một đường thẳng. Tương tự như vậy, các điểm mút của các đường cong GT - Pm cũng nằm trên một đường thẳng, tương ứng với lúc Me = Memax. 5).Xây dựng các đường cong chi phí nhiên liệu riêng gT=f(Pm) Chi phí nhiên liệu riêng của máy kéo là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính tiết kiệm nhiên liệu và được xác định theo công thức : , g/kWh (2.37) trong đó : G T - chi phí nhiên liệu giờ, kg/h; N - công suất kéo, kW. Các đường cong gT=f(Pm) cũng được xây dựng cho từng số truyền. Hình 2.8 Đường đặc tính kéo lý thuyết của máy kéo GT3 GT2 GT1 Nm1 Nm2 Nm3 gT1 gT2 gT3 GT0 Nm d d gT Pf v3 v2 v1 v 0v 0G GT 0 Pm Pm.i Hình 2.7 Đường đặc tính tải trọng của động cơ MeH Me.i we Ne we Ge Nen Ne Gemax Ge Ge0 Memax 0 Me Cần lưu ý rằng các đường cong trên đường đặc tính kéo biểu thị mối quan hệ giữa các chỉ tiêu kéo và lực kéo ở móc. Các quan hệ này là các quan hệ phi tuyến. Do đó để đảm bảo độ chính xác cần thiết phải xác định nhiều điểm, nhất là ở vùng lực kéo mà công suất kéo đạt cực đại Nmax và chi phí nhiên liệu riêng đạt cực tiểu gmin. Trên Hình 2.8 là dạng đường đặc tính kéo lý thuyết. Một số nhận xét: Qua đường đặc tính kéo ta thấy rằng các đường cong công suất kéo đều có giá trị cực đại và các đường cong chi phí nhiên liệu riêng đều có giá trị cực tiểu gmin và cùng đạt được trong một vùng lực kéo. Lúc đó hiệu quả làm việc và tính tiết kiệm nhiên liệu của máy kéo là cao nhất. Đối với từng số truyền, việc đánh giá tính tiết kiệm nhiên liệu của máy kéo được qui ước là đánh giá theo mức độ chi phí nhiên liệu riêng trong khoảng lực kéo tương ứng với sự thay đổi của công suất kéo từ Nmax đến 0,6Nmax. Ở các số truyền cao, động cơ có thể bị quá tải và các số truyền này thường được sử dụng ở vùng độ trựơt thấp, do vậy điểm cực đại của đường cong công suất kéo và điểm cực đại của đường cong chi phí nhiên liệu giờ G T thường đạt được tại cùng một giá trị lực kéo. Trong trường hợp này, sự giảm công suất kéo ở nhánh bên phải (còn gọi là nhánh quá tải) của đường cong công suất chủ yếu là do động cơ làm việc ở chế độ quá tải, tốc độ quay của động cơ giảm nhanh. Do đó không được phép sử dụng máy kéo ở nhánh quá tải mặc dù công suất kéo giảm không nhiều so với công suất kéo cực đại. Ở vùng lực kéo lớn, cũng là vùng hay sử dụng số truyền thấp, độ trựơt tăng nhanh do đó điểm cực đại của đường cong công suất kéo thường không nhận được tại vùng lực kéo có chi phí nhiên liệu giờ cực đại, thậm chí chi phí nhiên liệu giờ chưa đạt giá trị cực đại do động cơ thiếu tải. Sự giảm công suất kéo ở nhánh quá tải chủ yếu là do độ trựơt lớn làm vận tốc máy kéo giảm nhanh. Trong trường hợp này có thể cho phép máy kéo làm việc ở nhánh quá tải nếu hiệu suất kéo còn trong phạm vi cho phép và động cơ chưa quá tải. Công dụng chính của đường đặc tính kéo thực nghiệm là để xác định các chỉ tiêu kéo nhằm giúp cho việc chọn liên hợp máy được thích hợp và nâng cao hiệu quả sử dụng máy kéo. Ngoài ra, thông qua đường đặc tính kéo ta có thể đánh giá mức độ phù hợp (thông qua hiệu suất kéo cực đại hmax) máy kéo với điều kiện sử dụng nó, mức độ phù hợp của công suất động cơ với hệ thống di động và sự phân bố tỷ số truyền ... Đường đặc tính kéo lý thuyết chủ yếu được sử dụng khi tính toán thiết kế về máy kéo để đánh giá sơ bộ (phỏng đoán) tính chất kéo của loại máy kéo đang thiết kế. Cũng có thể được sử dụng để phỏng đoán khả năng làm việc của những máy kéo đang sử dụng ở những điều kiện làm việc mới mà khi tính toán thiết kế chưa được xem xét đến. Chương 3KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH KÉO CỦA MÁY KÉO BÔNG SEN-20 3.1. Đối tượng khảo sát Đối tượng khảo sát là máy kéo Bông sen-20 do Tổng Công ty Động lực và Máy nông nghiệp chế tạo và đang ở giai đoạn thử nghiệm. Hình dạng máy kéo Bông sen 20 thể hiện trên hình 3.1. Hình 3.1: Ảnh máy kéo Bông Sen 20 - Một số thông số kỹ thuật của động cơ: + Công suất danh nghĩa: NeH = 20 (mã lực) + Số vòng quay danh nghĩa: neH = 2200 (vòng/phút) + Mô men quay danh nghĩa: MeH = 6.5 (kGm) + Mô men cực đại: Memax = 6.9 (kGm) + Số vòng quay khi mô men cực đại: neMmax = 1902 (vòng/phút) + Số vòng quay chạy không cực đại: nemax = 2420 (vòng/phút) - Một số thông số khác: + Trọng lượng phân bố trên cầu sau: Gk = 552 (kG) + Trọng lượng phân bố trên cầu trước: Gn = 345 (kG) + Trọng lượng máy: G = 897 (kG) + Bán kính bánh xe chủ động: rk = 0.41 (m) + Chiều cao điểm móc máy nông nghiệp: hm = 0.4 (m) + Chiều dài cơ sở: L = 1,45 (m) 3.1.1. Đặc tính kỹ thuật động cơ 3.1.1.1 Đường đặc tính tốc độ (Hình 3.2) Công thức thực nghiệm tính mô men động cơ: (3.1) Trong đó: a1= -0.029564759; b1= 71.546717536 a2 = --9.541354141e-007 ; b2 = 0.002867781; c2 = 4.813142816 Nhận xét: Đồ thị nhận được hoàn toàn phù hợp với thông số kỹ thuật của xe và dạng đồ thị của động cơ diezel. Xét về hệ số thích ứng của động cơ với sự tăng tải do ngoại lực tác dụng khi ô tô làm việc ta có: k = = = 1,12 giá trị này có trị số phù hợp với hệ số thích ứng theo mô men xoắn yêu cầu của loại động cơ điezen. Hình 3.2. Đường đặc tính tốc độ của động cơ Bông Sen 20 3.1.1.2. Đường đặc tính tải trọng (Hình 3.3) (3.2) Trong đó: A1 = -33.8241; B1 = 2420 A2 = -902.5980; B2 = 1.1070e+004 ; C2 = -3.1615e+004 Hình 3.3. Đường đặc tính tải trọng của động cơ Bông Sen 20 3.1.2. Hệ thống truyền lực - Truyền động từ động cơ đến ly hợp: là truyền động đai với 3 đai thang. - Ly hợp: sử dung ma sát khô thường xuyên đóng. - Hốp số: hộp số cơ học với 6 số tiến 2 số lùi. - Truyền lực chính: sử dụng cặp bánh răng côn. - Truyền lực cuối cùng: sử dụng bánh răng trụ răng thẳng. Bảng 3.1. Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực Số tiến I II III IV V VI Tỉ số truyền 60.38 33.7 20.74 16.02 8.94 5.55 Số lùi I II Tỉ số truyền 83 22 3.2. Thuật giải 3.2.1. Hệ thống công thức 3.2.1.1. Xây dựng các đường đặc tính động cơ 1. Xây dựng các đường đặc tính tốc độ Các thông số giúp xây dựng đường đặc tính động cơ (mục 3.1 chương III) Công suất cực đại/ tốc độ quay (ml/v/ph) NH/nH = 20/2200 Mô men cực đại/ tốc độ quay (Nm/v/ph) MM/nM= 69/1902 Tốc độ chạy không: nck = 2420 (v/ph) Mô men danh nghĩa là: MH = 65 (Nm) Công suất tại giá trị mô men đạt cực đại: NM = MM. nM = = 13,74(kW) * Xây dựng đường cong mô men Me = f(ne). Giá trị của mô men quay được xác định theo công thức : Trong đó : Ne - công suất động cơ, KW; n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph; Me - mô men quay của động cơ, Nm. Đường cong mô men biến đổi theo hai đoạn, một đoạn tuyến tính bậc nhất và một đoạn đường cong bậc hai. Đoạn thứ nhất: là đoạn tuyến tính bậc nhất đi qua 2 điểm là: (2420;0) và điểm (2200; 65) nên ta có hệ phương trình Giải hệ phương trình trên ta được: a1 = -0.03; b1 =71.54 Từ đó ta lập được phương trình : Me = -0.03.ne + 71.54 Đoạn thứ hai : biến thiên theo phương trình bậc hai. Đường bậc hai này đi qua hai điểm: (1902, 69) và (2200, 65) ; (đạt cực trị tại điểm này) Ta có hệ phương trình sau Giải hệ phương trình trên ta được: a2 = -1,2.10-5; b2 = 0,053; c2 = 42,97 Dùng phần mềm matlab ta tính được phương trình và đồ thị sau: Me = -1,2.10-5.ne2 +.0,053ne + 42,97 * Xây dựng đường cong công suất Ne = f(ne). Đường cong công suất trong đồ thị đặc tính tốc độ chia làm hai đoạn Đoạn thứ nhất: biến thiên bậc nhất nó được xác định thông qua hai điểm: ( (2420 , 0) và (2200, 14.8) Các hệ số là nghiệm của hệ phương trình: Giải hệ phương trình trên ta được: a3 = - 0,067 và b3 = 162,8 Từ đó ta lập được phương trình : Ne = - 0,067. ne + 162,8 Đoạn thứ hai : biến thiên theo phương trình bậc hai. Đường bậc hai này đi qua hai điểm: (1902, 13.74) và (2200, 14.8) (đạt cực trị tại điểm này) Ta có hệ phương trình sau: Giải hệ phương trình trên ta được: a4 = -1,2.10-5 ; b4 = 0.053 ; c4 = -42.97 Dùng phần mềm matlab ta tính được phương trình sau: Ne = -1,2.10-5.ne2 + 0,053.ne – 42,97 3.2.1.2.Xây dựng đường đặc tính trượt của máy kéo Đường đặc tính trượt của máy kéo có thể mô tả theo một số hàm toán học quen thuộc. Thường sử dụng hàm logarit hoặc hàm mũ. - Theo hàm logarit: % Trong đó: A, B là các hệ số hồi qui Pk - lực kéo Lưu ý: Các hệ sô hồi qui thực nghiệm A, B chỉ có giá trị tham khảo hoặc sử dụng đối với các loại đất tương tự như loại đất đã thí nghiệm. Đăt: B= kPkmax = const Đặt A1= Aln(kPkmax) = const (*) Như vậy hàm (*) chỉ là một hàm tuyến tính (bậc hai) Trong đó hệ số k có thể chọn trước : k= 1.001 – 1.002 Ta chọn: k = 1,0015 Dựa vào số liệu thực nghiệm ta tìm được hàm hồi quy độ trượt là : δ= -11,5ln(574,1238 – Pk) + 73,058 3.2.1.3.Xây dựng đường đặc tính kéo của máy kéo C¸c b­íc tÝnh to¸n: 1– Cho gi¸ trÞ lùc kÐo Pm [kG] 2– TÝnh ®é tr­ît cña m¸y kÐo: % 3– TÝnh m« men ®éng c¬ theo m« men c¶n: [kGm] 4– TÝnh tèc ®é quay cña ®éng c¬ ne [v/ph]: 5– TÝnh vËn tèc lý thuyÕt: [km/h] 6– TÝnh vËn tèc thùc tÕ: V=Vt(1–d/100) [km/h] 7– TÝnh c«ng suÊt kÐo: [ml] (m· lùc) 8- HiÖu suÊt kÐo: [%] 3.2.2. Trình tự tính toán Kết quả khảo sát đặc tính kéo của máy kéo Bông sen khi lắp bánh lốp Kết quả khảo sát đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 khi lắp xích vẫn giữ nguyên hệ thống truyền lực cũ. Kết quả khảo sát đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 khi lắp xích khi lắp hệ thống truyền lực mới 3.3. Một số phương án khảo sát đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 Phương án 1: Đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 thực tại Từ những thông số kỹ thuật của máy kéo Bông Sen 20, ta đã xây dựng đường đặc tính kéo của máy kéo bằng chương trình Matlab như sau. Bảng 3.2. Bảng số liệu thực nghiệm độ trượt phụ thuộc vào lực kéo Lực kéo (N) 101 124 134 201 279 320 352 379 427 486 515 534 542 Độ trươt (%) 1.9 2.2 3.6 5.2 8.6 9.6 11.5 13 15 20 24 32 37 Nhận xét: *Từ đồ thị hình 3.4 ta thấy: - Vận tốc lớn nhất của máy kéo ở số truyền 6 gần 30 (km/h) - Ở các số truyền thấp (số 1, 2 ,3) là các số có lực kéo lớn, thì điểm cực đại của đường cong công suất ko cắt đường đặc tính kéo thế năng do độ trượt lớn. - Sự phân bố số truyền không hợp lý. Ở vùng công suất cao nhất (giữa số 4 và số 5) ko có số nào đi qua. Tại số 5 có công suất cao nhất nhưng vẫn chưa phải là lớn nhất. - Máy kéo làm việc ở số truyền 1, 2, 3, 4. số truyền 5 va 6 dùng để di chuyển máy trên địa bàn. - Lực kéo lớn nhất của máy kéo khoảng hơn 500 (kG) Hình 3.4. Đường đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 thực tại Phương án 2: Đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 tăng thêm trọng lượng Khảo sát đặc tính kéo của máy kéo bằng cách, các thông số của máy vẫn giữ nguyên chỉ tăng thêm trọng lượng máy: Gp = 200 (kG) Hình 3.5. Sơ đồ lực tác dụng lên máy kéo b L G Pk Pf Pm hm Mfn Mfk 01 02 Zk Zn Khi tăng thêm trọng lượng máy làm tăng khả năng bám của xe, dẫn đến tăng lực kéo nhưng khi đó lực cản lăn cũng tăng theo. Khi đó xét khả năng làm việc của máy kéo ta tính theo lực bám Pj Dựa vào sơ đồ hình 3.5 ta tính được lực bám Pj cho máy kéo 1 cầu chủ động. Khi trượt hoàn toàn: Pk đạt cực đại Pkmax = Pj (lực bám) Phản lực pháp tuyến Zk Mf - mô men cản lăn của máy kéo: Xác định lực bám Pj : Pj = jZkmax Zkmax- phản lực pháp tuyến cực đại trên bánh chủ động, đạt được khi bánh chủ động bị trượt hoàn toàn Pmmax - lực kéo cực đại, đạt được khi bánh chủ động bị trượt hoàn toàn Pmmax = Pj - Pf = jZkmax - fG Thay Pmmax vào và rút gọn lại ta được: Nhận xét: *Từ đồ thị hình 3.6 ta thấy: - Công suất của các số truyền đã được bố trí lại đều hơn - Công suất số truyền 5 va 6 giảm - Công suất cực đại của số truyền 3 va 4 tăng lên (nhất là số truyền 3 công suất cực đại của nó đi qua đường đặc tính kéo thế năng) - Lực kéo lớn nhất là gần 800 (kG) ban đầu là hơn 500 (kG) Hình 3.6. Đường đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 tăng thêm trọng lượng Phương án 3: Đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 cải tiến hộp số Khảo sát đặc tính kéo của máy kéo bằng cách, ta thay tỷ số truyền của hốp số ở hai số (số 3 và số 4) giữ nguyên các số khác như bảng dưới đây Bảng 3.3. Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực khi cải tiến hộp số Số truyền I II III IV V VI Tỷ số truyền cũ 60.38 33.7 20.74 16.02 8.94 5.55 Tỷ số truyền mới 60.38 33.7 17.74 13.02 8.94 5.55 Nhận xét: *Từ đồ thị hình 3.7 ta thấy: - Sự phân bố đường cong công suất Nm = f(Pk) có sự cân đối hơn - Công suất ở số truyền 3 va 4 tăng lên gần với vùng công suất cực đại. Hình 3.7. Đường đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 cải tiến hộp số Phương án 4: Đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 lắp di động xích Khảo sát đặc tính kéo của máy kéo bằng cách, tháo toàn bộ hệ thống di động bánh hơi thay bằng hệ thông di động bánh xich ta lấy bán kính của bánh sao chủ đông rk = 0.2 (m) Thay đổi tỷ số truyền bằng cách tăng tỷ số truyền cũ lên 2,38 lần. Bảng 3.4. Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực khi lắp xích Số truyền I II III IV V VI Tỷ số truyền cũ 60.38 33.7 20.74 16.02 8.94 5.55 Tỷ số truyền mới 143.704 80.206 49.361 38.127 21.277 13.209 Nhận xét: *Từ đồ thị hình 3.8 ta thấy: - Vận tốc của máy kéo giảm đi, khi đó vận tốc lớn nhất ở số truyền 6 khoảng 14 (km/h) - Máy kéo chỉ làm việc tốt ở 2 số truyền 5 và 6 (do công suất 2 số này đạt cực đại và gần hiệu suất cực đại) Hình 3.8. Đường đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 lắp di động xích Phương án 5: Đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 lắp di động xích, giảm tỉ số truyền và tăng thêm trong lượng Khảo sát đặc tính kéo của máy kéo bằng cách, vẫn như phương án 4 khi lắp hệ thống bánh xích. Tăng tải trọng máy : Gp = 200 (kG) Giảm tỷ số truyền đai: iphụ = 0,4 Nhận xét: *Từ đồ thị hình 3.9 ta thấy: - Vận tốc ở số truyền 5 và 6 là rất lớn (không nên cho máy hoạt đông ở 2 số này do tốc độ cao không điều khiển được máy kéo xích) - Công suất các số truyền 2, 3, 4 đạt cực đại tại gần vùng có hiệu suất lớn nhất. - Số truyền 4 dùng để di chuyển máy trên địa bàn. - Số truyền 1, 2 và 3 dùng để làm việc Hình 3.9. Đường đặc tính kéo của máy kéo Bông sen 20 lắp di động xích, giảm tỉ số truyền và tăng thêm trọng lượng Nhận xét các phương án khảo sát Qua các phương án thử nghiệm cho thấy:khả năng làm việc của máy kéo Bông Sen 20 tăng lên đáng kể. Công suất cực đại của các số truyền được bố trí phù hợp hơn. Các số làm việc chính (các số 2, 3, 4, 5) công suất cực đại tăng lên gần với vùng có hiệu suất lớn nhất. Lực kéo khi sử dụng các phương án thử nghiệm cũng tăng đáng kể (tăng khoảng 20 – 30%) KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua khảo sát đường đặc tính kéo của máy kéo Bông Sen 20 và thử nghiệm thay thế hệ thống di động bánh bằng hệ thống di đông xích em rút ra một số kết luân sau: Nhờ xây dựng chương trình vi tính ( dùng phần mềm Matlab) mà ta có thể khảo sát đặc tính kéo bám của máy kéo Bông Sen với các điều kiện kéo bám khác nhau, các trạng thái làm việc khác nhau. Qua khảo sát ta thấy máy kéo Bông Sen 20 lắp hộp số là chưa hợp lý, tỷ số truyền của hốp số bố trí chưa phù hợp nên không khai thác được công suất lớn nhất. Để có thể khai thác và sử dụng rộng rãi loại máy kéo này, ta cần phải làm lại hộp số hoặc thay đổi hệ thống di động (ví dụ như lắp hệ thống di động xích để tăng khả năng kéo bám, tăng hiệu quả sử dung máy kéo). Do khả năng kéo bám vừa phải khi sử dụng bánh hơi như vậy, khó có thể đáp ứng nhu cầu khi làm việc ở các vùng cao, những nơi có địa hình không bằng phẳng, nhất là khi sử dụng máy cho lâm nghiệp. Do đó máy kéo Bông Sen 20 chỉ thích hợp khi sử dụng ở đồng băng, những nơi có địa hình thấp. Kiến nghị Do hộp số không hợp lý nên cần phải làm lại hộp số, hộp số mới phải có tỷ số truyền phù hợp sao cho có thể khai thác tối đa công suất của máy kéo. Bên cạnh đó cần phải tiếp tục khảo sát đánh giá thử nghiệm khả năng làm việc của máy nhiều hơn nữa. trên cơ sở đó đề ra các phương hướng thay đổi một cách có hợp lý để có thể sử dụng rông rãi loại máy kéo này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nông Văn Vìn (2008), Động lực học chuyển động máy kéo - ô tô, Giáo trình, Đại học Nông nghiệp Hà Nội. 2. Bùi Hải Triều, Nông Văn Vìn, Hàn Trung Dũng, Đặng Tiến Hòa (2001), Ô tô – Máy kéo, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 3. La Văn Hiển (2003), Nhập môn Matlab, NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh PHỤ LỤC : VĂN BẢN CHƯƠNG TRÌNH MATLAB % DUONG DAC TINH DONG CO Bong sen-20 %==================================== clc clear all %----------------------------------------------------------- NeH= 20; % ml - Cong suat danh nghia cua dong co neH= 2200 ; % v/ph - So vong quay danh nghia MeH= NeH*0.735*1000/(neH*pi/30)/9.81; % kGm - Mo men quay danh ngh?a nemax= 1.1*neH; %v/ph - So vong quay c?c dai Memax= 6.9 ; %kGm - Mo men cuc dai neH= 2200 ; % v/ph - So vong quay khi mo men dat cuc dai Memax nM= 1902; %------------------------------------ % Xay dung duong dac tinh dong co tgB= MeH/(nemax-neH); % Goc doc cua nhanh tu dieu chinh a1= -tgB; b1= nemax*tgB; % Nhanh tu dieu chinh %Me1= a1*ne +b1; a2= -0.71*MeH/neH^2; b2= 0.97*MeH/neH; c2= 0.74*MeH; %Me2= a2*ne^2 +b2*ne+c2; i=1; for n= 1200:nemax ne(i)=n; if n>neH Me(i)= a1*n+b1; end %kGm if n<=neH Me(i)=a2*n.^2 +b2*n +c2; end Ne(i)=Me(i)*ne(i)*(9.81*pi/30)/1000*1.36; %ml i=i+1; end figure(1), hold on plot(ne,Me,'linewidth',1.0) plot(ne,Ne,'r','linewidth',1.0) plot([neH neH],[0 NeH],'--') grid on ch=num2str(neH); text(neH-50,-0.7,ch) text(1200,Me(1)+0.5,'Me'); text(1200,Ne(1)+1,'Ne') axis([1000 2500 0 22]) title('DUONG DAC TINH TOC DO DONG CO V220','fontSize',12) xlabel('ne [v/ph]','fontSize',12) ylabel('Me [kGm],Ne[ml]','fontSize',12) %========================================== % DUONG DAC TINH TAI TRONG A1= 1/a1; B1= -b1/a1; n=[] n= [ 1920 2000 2200]; n1= n(1); n2= n(2) ; n3= n(3); Mq=a2*n.^2 +b2*n +c2; M1=Mq(1); M2=Mq(2); M3= Mq(3); A=[ M1^2 M1 1 M2^2 M2 1 M3^2 M3 1]; B= [n1 ; n2 ; n3 ]; X=A\B; A2= X(1); B2= X(2); C2= X(3); %================================= i=1; Me=[]; ne=[];Ne=[]; for M= 0:0.01: Memax Me(i)=M; if M<MeH ne(i)= A1*M + B1; end % v/ph if M>=MeH ne(i)= A2*M^2 + B2*M + C2; end Ne(i)= Me(i)*ne(i)*(9.81*pi/30)/1000*1.36; %ml i=i+1; end figure(2), hold on plot(Me,ne,'linewidth',1.0) plot(Me,Ne*80,'r','linewidth',1.0) % plot([neH neH],[0 NeH],'--') grid on ch=num2str(neH); text(neH-50,-0.7,ch) text(1200,Me(1)+0.5,'Me'); text(1200,Ne(1)+1,'Ne') axis([0 8 0 2500]) title('DUONG DAC TINH TAI TRONG CUA DONG CO V220','fontSize',12) xlabel('Me [kGm]','fontSize',12) ylabel('ne [v/ph],Ne[ml]','fontSize',12) %---------------XAY DUNG DUONG DAC TINH KEO LY THUYET CUA MAY KEO-------------------- L= 1.45 ; % m Chieu dai co so Gn= 345 ; % kG - trong luong phan bo tren cau truoc Gk= 552 ; % kG - trong luong phan bo tren cau sau G= 897 ; %Trong luong may r= 0.41; % m ban kinh banh chu dong b = Gn*L/G ; % m toa do trong tam so voi cau sau hm= 0.4 ; % m chieu cao diem moc may NN %-------------------------------------------- % Ti so truyen XAY DUNG CHO 6 SO TRUYEN IT0= [60.38 33.7 20.74 16.02 8.94 5.55]; IT=IT0*2.38; nj= length(IT); eta=0.86; %-------------- DONG CO ----------------- NeH = 20 ; %ma luc neH=2200; % v/ph nemax=1.207*neH; Mh= 6.5 ; % kGm Memax= 6.9; % KGm a1 = -33.8241; b1 = 2420; % DUONG DAC TINH TAI TRONG DONG CO a2 = -902.5980; b2 = 1.1070e+004; c2 = -3.1615e+004; %--------------------------------- Fi= 0.8 ; % He so bam 0.81 dep kfi=0.81/Fi; f = 0.06 ; % He so can lan PFi= Fi*G*(L-b +f*(r-hm))/(L-Fi*hm); % Tinh luc bam theo cong thuc ly thuyet % DUONG DAC TINH TRUOT THUC NGHIEM PTN= [101 124 134 201 279 320 352 379 427 486 515 534 542 ]; %kG DeltaN= [1.9 2.2 3.6 5.2 8.6 9.6 11.5 13 15 20 24 32 37 ]; % Phan tram % CAC HE SO HOI QUI THUC NGHIEM At=11.5; Bt =kfi*PFi; Ct=Bt; % Duong cong truot Pfi= Bt; % Luc bam Pf=f*G; %================================== for So= 1:nj % So truyen it=IT(So); Pmax= Memax*it*eta/r-Pf; if Pmax> Pfi Pmax= Pfi; end P=[]; D=[]; Nm=[]; V=[]; nee=[]; P= 0: 0.1: Pmax; n= length(P); for i= 1:n D(i)= At*log(Bt./(Ct-P(i))); Me=(Pf+P(i))*r/(it*eta); if (Me<= Mh) ne= a1*Me + b1; end if (Me>Mh)& (Me<Memax) ne = a2*Me^2 + b2*Me + c2; end nee(i)=ne; Vt=0.377*r*ne/it; % km/h V(i)=Vt*(1-D(i)/100); Nm(i)=P(i)*V(i)/270; % ml end Pd=0:5: Bt; nd=length(Pd); Dt=At*log(Bt./(Ct-Pd)); Hs=eta*(1-Dt/100).*Pd./(Pf+Pd)*100; % VE DO THI DUONG DAC TINH KEO figure(3), hold on dNm= 2; dtruot= 20; k= dNm/dtruot; plot(P,Nm,'LineWidth',1.5), plot(Pd,k*Dt,'LineWidth',1.0), plot(Pd,k*Hs,'r','LineWidth',1.0), TN=Hs*2; plot(Pd,k*TN,'--r','LineWidth',1.0), plot(PTN,DeltaN*k,'.') Xmax= 700; % kG Ymax= 20 ; % ml axis([0 Xmax 0 20]) for i=0:4 D=i*dtruot; ch=num2str(D);text(Xmax+15,k*D,ch,'FontSize',12) end text(Xmax+5,110*k,'Eta %') text(Xmax+5,100*k,'Delta %') Nmax=max(Nm); kk=find(Nm==max(Nm)); X=P(kk); Y=Nm(kk); text(X+5,Y+0.3,num2str(So),'FontSize',12) % Ky hieu so truyen idd= find(Pd>350); id=idd(1); if So==1 text(Pd(id),Dt(id)*k,'Delta '), text(Pd(id),Hs(id)*k,'Eta') end kt=find(TN==max(TN)); x=Pd(kt); y1=TN(kt)*k; y2=(TN(kt)+12)*k; plot([x, x+8],[y1 y2]) text(x+10,y2,'Dac tinh keo The nang','FontSize',12); grid on xlabel('Luc keo Pm, kG') ylabel('Cong suat keo Nm[ml]') % title('DAC TINH CONG SUAT KEO, DO TRUOT, HIEU SUAT KEO') %---------------------------------------------------------- figure(4) , hold on plot(P,V,'LineWidth',1.0) grid on axis([0 Xmax 0 30]) xlabel('Luc keo Pm, kG') ylabel('V[km/h]') text(P(round(n/2)),V(round(n/2))+0.6,num2str(So),'FontSize',12) title('DAC TINH KEO CUA MAY KEO BONG SEN BS20','FontSize',14) end TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ ĐIỆN --------------------------- HOÀNG QUỐC VIỆT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI KHẢO SÁT TÍNH CHẤT KÉO BÁM CỦA MÁY KÉO BÔNG SEN 20 KHI THAY THẾ HỆ THỐNG DI ĐỘNG BÁNH BẰNG HỆ THỐNG DI ĐỘNG XÍCH Chuyên ngành: Cơ khí động lực Người hướng dẫn: PGS.TS. Nông Văn Vìn HÀ NỘI - 2010 MỤC LỤC