BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------

HỒ VĂN YÊN

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC THỦY LỰC
TRÊN XE CHUYÊN DỤNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. HỒ HỮU HẢI

Hà Nội - Năm 2014


LỜI CAM ĐOAN
Thực hiện Quyết định số 2453/QĐ-BKHN-SĐH ngày 25/7/2013 của Hiệu
trưởng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội về việc giao đề tài luận văn thạc sĩ; nội
dung đề tài “Nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền lực thủy lực trên xe chuyên
dụng” do học viên Hồ Văn Yên thực hiện với sự hướng dẫn của PGS. TS. Hồ
Hữu Hải.
Để đảm bảo trung thực, khách quan trong quá trình nghiên cứu đề tài và thực
hiện nghiêm túc quy định về vấn đề sao chép tài liệu luận văn,
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi dưới sự hướng dẫn của
PGS. TS. Hồ Hữu Hải. Đề tài thực hiện tại Bộ mơn Ơ tơ và Xe chun dụng, Viện
Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu và kết quả tính

tốn tơi đã trình bày trong luận văn này là trung thực, chính xác và chưa ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào./.
Hà Nội, ngày 29 tháng 11 năm 2014
Tác giả

Hồ Văn Yên


LỜI CẢM ƠN
Với tư cách là tác giả của Luận văn này, tơi xin bài tỏ lịng biết ơn chân
thành đến PGS. TS. Hồ Hữu Hải, người thầy trong thời gian qua đã hướng dẫn, tư
vấn và hỗ trợ cho tơi hết sức tận tình để thực hiện hồn thành luận văn theo đúng
tiến độ đã đề ra.
Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến quý thầy, quý cô ở Trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội và cơ sở đối tác của Trường, lời cảm ơn đến quý Lãnh
đạo và các anh, chị đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện về cơ sở vật chất, thiết bị
trong thời gian tôi học và làm đề tài luận văn.
Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn với gia đình, cha, mẹ, anh, chị, em và đặc biệt là
vợ tôi đã khuyến khích, động viên, chia sẽ và hỗ trợ tơi trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể học viên lớp
13ACKĐL-VL, gia đình và bạn bè những người đã quan tâm, động viên và chia sẽ
với chúng tôi trong trong thời gian học tập và làm luận văn./.
Tác giả: Hồ Văn Yên.


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC THỦY LỰC
TRÊN XE CHUYÊN DỤNG ...................................................................................... 3
1.1. Khái niệm chung về ô tô máy kéo và xe chuyên dụng ........................................ 3
1.1.1. Khái niệm .......................................................................................................... 3
1.1.2. Phân loại ô tô máy kéo và xe chuyên dụng ....................................................... 3
1.2. Các hệ thống truyền lực trên xe chuyên dụng ...................................................... 5
1.2.1. Khái niệm cơ bản .............................................................................................. 5
1.2.2. Hệ thống tuyền lực có cấp (truyền lực cơ khí) .................................................. 6
1.2.3. Hệ thống tuyền lực vô cấp ................................................................................ 7
1.2.4. HTTL thủy động ............................................................................................... 8
1.2.5. HTTL thủy tĩnh ................................................................................................. 9
1.2.6. HTTL điện ......................................................................................................... 9
1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống truyền lực thủy tĩnh (TLTT) ............ 10
1.3.1. Phân loại TLTT ............................................................................................... 10
1.3.2. Nguyên lý cấu tạo và làm việc của TLTT dạng pittông hướng trục ............... 11
1.3.3. Đảo chiều quay trong mạch bơm - môtơ......................................................... 14
1.4. Các phần tử trong hệ thống TLTT ..................................................................... 15
1.4.1. Bơm và mô tơ thủy lực.................................................................................... 15
1.4.2. Các van thủy lực .............................................................................................. 17
1.5. Tình hình nghiên cứu về hệ thống TLTT ........................................................... 19
1.6. Mục tiêu, ý nghĩa của đề tài ............................................................................... 22
Chương 2. MÔ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC THỦY LỰC


TRÊN XE CHUYÊN DỤNG TRONG MATLAB - SIMULINK ............................ 23
2.1. Sơ lược về Matlab - Simulink ............................................................................ 23
2.1.1. Phần mềm Matlab ........................................................................................... 23
2.1.2. Phạm vi ứng dụng phần mềm Matlab ............................................................. 23

2.1.3. Sử dụng SIMULINK trong mô phỏng các hệ động lực .................................. 24
2.2. Mơ hình mơ phỏng bơm thủy lực....................................................................... 26
2.3. Mơ hình mơ phỏng động cơ thủy lực ................................................................. 30
2.4. Mơ hình mơ phỏng bơm bù và các van điều khiển ............................................ 33
2.5. Mơ hình mơ phỏng lực cản ................................................................................ 42
2.6. Mơ hình mơ phỏng hệ thống động lực thủy lực ................................................. 42
Chương 3. MÔ PHỎNG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ
KẾT CẤU ĐẾN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ....................... 44
3.1. Thiết lập thơng số mơ hình và mơ phỏng hệ thống ............................................ 44
3.2. Mô phỏng hệ thống khi đảo chiều làm việc của bơm thủy lực .......................... 47
3.3. Mô phỏng hệ thống với số vòng quay của bơm ở các mức khác nhau .............. 48
3.4. Mơ phỏng hệ thống với thể tích làm việc riêng của bơm khác nhau ................. 49
3.5. Mô phỏng hệ thống với thể tích làm việc riêng động cơ ở mức khác nhau ....... 51
3.6. Mô phỏng hệ thống với giá trị lực cản tác dụng ở các mức khác nhau ............. 52
3.7. Mô phỏng hệ thống khi thay đổi tỉ số truyền lực cuối cùng .............................. 53
3.8. Mô phỏng với các điều kiện khác tác động vào hệ thống .................................. 54
3.8.1. Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi thay đổi tốc độ bơm đột ngột ............ 55
3.8.2. Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi đột ngột đảo chiều quay bơm ............ 57
3.8.3. Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi tải tăng đột ngột ................................ 58
3.8.4. Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi đột ngột giảm tải ............................... 60
3.8.5. Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi mô men cản bánh xe quá lớn ............ 62
3.8.6. Nhận xét .......................................................................................................... 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 66
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... i


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
- HTTL: Hệ thống truyền lực;
- TLTT: Truyền lực thủy tĩnh;

- B: thơng số điều chỉnh thể tích của bơm;
- DB: hằng số thể tích của bơm [m3/rad];
- B : vận tốc góc của bơm;
- z: số lượng pít tơng của bơm, động cơ;
- Zhg: hệ số rò rỉ lưu lượng trong khoang bơm (rò rỉ nội bộ) [m5/N.s];
- Zehg: hệ số rò rỉ lưu lượng giữa các khoang bơm với bên ngồi [m5/N.s];
- VB1, VB2 lần lượt là thể tích khơng gian làm việc của bơm nối với cửa đẩy và
cửa hút [m3];
- Ke: mơ đun đàn hồi thể tích của dầu công tác [N/m2];
- p: độ chênh áp suất giữa khoang đẩy và khoang hút;
- p1, p2: lần lượt là áp suất tại cửa đẩy và cửa hút của bơm, mơ tơ [Pa];
- M: thơng số điều chỉnh thể tích của động cơ;
- DM: hằng số thể tích của động cơ [m3/rad];
- M : vận tốc góc của động cơ;
- Zin: hệ số rò rỉ lưu lượng trong khoang động cơ (rò rỉ nội bộ) [m5/N.s];
- Zex: hệ số rò rỉ lưu lượng giữa các khoang động cơ với bên ngồi [m5/N.s];
- VM1, VM2 lần lượt là thể tích khơng gian làm việc của động cơ nối với cửa
đẩy và cửa hút [m3];
- JM: mơ men qn tính các chi tiết chuyển động quy về trục động cơ [kgm2];
- MM: mơ men tiềm năng có thể sinh ra trên trục động cơ [Nm];
- Mtải: mơ men tải trọng bên ngồi tác động lên trục động cơ [Nm];
- QB: Lưu lượng đầu ra của bơm [m3/s];
- QM: Lưu lượng đầu vào của động cơ [m3/s];
- QBB: Lưu lượng từ nhánh có áp suất cao đến nhánh có áp suất thấp của hệ
thống thủy lực mạch kín [m3/s];


- Zvb: hệ số lưu lượng van tràn [m5/N.s];
- Z: hệ số lưu lượng van an toàn [m5/N.s];
- VB: thể tích lý thuyết của bơm [m3];

- VM: thể tích lý thuyết của động cơ [m3];
- Vong: thể tích của đường ống [m3];
- QB: Lưu lượng đầu vào của bơm [m3/s];
- QM: Lưu lượng đầu ra của động cơ [m3/s];
- QBS: Lưu lượng bổ sung vào hệ thống [m3/s]
- Zvb: hệ số lưu lượng van tràn [m5/N.s];
- QBBS: Lưu lượng bơm sổ sung và hệ thống [m3/s];
- 0,5.VBBS: thể tích của bơm với đầu ra [m3];
- M: Mô men cản bánh xe;
- f: hệ số cản lăn.


DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên các bảng
Bảng 3.1. Mô phỏng hệ thống với số vịng quay bơm khác nhau

Trang
49

Bảng 3.2. Mơ phỏng hệ thống với các giá trị thể tích làm việc riêng của
bơm khác nhau

50

Bảng 3.3. Mô phỏng hệ thống với các giá trị thể tích làm việc riêng động
cơ khác nhau

51

Bảng 3.4. Mô phỏng hệ thống với giá trị lực cản tác dụng ở các mức khác

nhau

52

Bảng 3.5. Mô phỏng hệ thống khi thay đổi tỉ số truyền lực cuối cùng

53


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Tên các hình vẽ, đồ thị

Trang

Hình 1-1. Sơ đồ hệ thống truyền lực có cấp

6

Hình 1-2. Ngun lý cấu tạo hộp số vơ cấp kiểu bộ truyền đai

7

Hình 1-3. Sơ đồ HTTL vơ cấp kiểu đĩa quay với con lăn.

7

Hình 1-4. Sơ đồ HTTL vơ cấp kiểu truyền lực thủy tĩnh

8


Hình 1-5. Ngun lý kết cấu các bộ truyền động thủy động

8

Hình 1-6. Nguyên lý hệ thống truyền lực điện cơ

9

Hình 1-7. Sơ đồ cấu tạo bộ truyền thủy tĩnh bơm, mơtơ dạng pittơng

10

Hình 1-8. Cấu tạo bộ truyền thủy tĩnh với bơm chuyển đổi biến đổi và

10

mơtơ chuyển đổi cố định
Hình 1-9. Sơ đồ liên kết các bộ phận trong hệ thống truyền lực thủy tĩnh

12

Hình 1-10. Phương án liên kết bơm với mơtơ

12

Hình 1-11. Phương án liên kết bơm với mơtơ.

13

Hình 1-12. Chuyển động tiến và lùi của ôtô, máy kéo được thực hiện nhờ


14

bơm hay mơtơ chuyển đổi biến đổi
Hình 1-13. Hoạt động của bơm bánh răng ăn khớp ngồi.

15

Hình 1-14. Bơm bánh răng ăn khớp trong

16

Hình 1-15. Nguyên lý cấu tạo bơm cánh quay

16

Hình 1-16. Máy pittơng hướng trục trục nghiêng

16

Hình 1-17. Máy hướng kính tựa trong

17

Hình 1-18. Van phân phối con trượt 3/3 tác động bằng tay có lị xo trả về

17

Hình 1-19. Van chặn dịng đơn


18

Hình 1-20. Van giới hạn áp suất điều khiển trực tiếp

18

Hình 2-1. Sơ đồ bơm và mạch bơm thủy lực

27

Hình 2-2. Sơ đồ mơ phỏng bơm chính

29

Hình 2-3. Động cơ thủy lực

30


Tên các hình vẽ, đồ thị

Trang

Hình 2-4. Sơ đồ mơ phỏng động cơ

32

Hình 2-5. Sơ đồ truyền động thuỷ lực thể tích mạch kín

33


Hình 2-6. Sơ đồ mơ phỏng van một chiều

36

Hình 2-7. Sơ đồ mơ phỏng bơm bù

37

Hình 2-8. Sơ đồ mơ phỏng van tràn

39

Hình 2-9. Sơ đồ mơ phỏng van ln chuyển

40

Hình 2-10. Sơ đồ mơ phỏng cụm van và bơm bù

41

Hình 2-11. Sơ đồ mơ phỏng lực cản

42

Hình 2-12. Sơ đồ mơ phỏng hệ thống động lực thủy lực

43

Hình 3-1. Đồ thị vận tốc chuyển động của xe (M = 350 [Nm], n = 67


45

[vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-2. Đồ thị áp suất dịng dầu nhánh áp lực cao và thấp (M = 350

46

[Nm], n = 67 [vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-3. Đồ thị vận tốc chuyển động của xe

47

Hình 3-4. Đồ thị áp suất dòng dầu nhánh áp lực cao và thấp (M = 350

48

[Nm], n = - 67 [vòng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-5. Đồ thị vận tốc chuyển động của xe (M = 1.000 [Nm], n = 67

54

[vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-6. Đồ thị áp suất dòng dầu nhánh áp lực cao và thấp xe (M =

55

1.000 [Nm], n = 67 [vòng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-7. Đồ thị hệ số điều chỉnh tốc độ bơm (M = 1.000 [Nm], n = 67


55

chuyển về 0 [vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-8. Đồ thị vận tốc chuyển động của xe (M = 1.000 [Nm], n = 67

56

chuyển về 0 [vòng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-9. Đồ thị áp suất dòng dầu nhánh áp lực cao và thấp (M = 1.000
[Nm], n = 67 chuyển về 0 [vòng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)

56


Tên các hình vẽ, đồ thị

Trang

Hình 3-10. Đồ thị hệ số điều chỉnh tốc độ bơm (M = 1.000 [Nm], n = 67

57

chuyển về -67 [vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-11. Đồ thị vận tốc chuyển động của xe (M = 1.000 [Nm], n = 67

57

chuyển về -67 [vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-12. Đồ thị áp suất dòng dầu nhánh áp lực cao và thấp (M = 1.000


58

[Nm], n = 67 chuyển về -67 [vòng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-13. Đồ thị mơ men cản bánh xe (M = 1.000 [Nm] tăng hai lần, n =

59

67 [vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-14. Đồ thị vận tốc chuyển động của xe (M = 1.000 [Nm] tăng hai

59

lần, n = 67 [vòng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-15. Đồ thị áp suất dòng dầu nhánh áp lực cao và thấp (M = 1.000

59

[Nm] tăng hai lần, n = 67 [vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-16. Đồ thị mơ men cản bánh xe (M = 1.000 [Nm] giảm về 0, n =

60

67 [vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-17. Đồ thị vận tốc chuyển động của xe (M = 1.000 [Nm] giảm về

61

0, n = 67 [vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-18. Đồ thị áp suất dịng dầu nhánh áp lực cao và thấp (M = 1.000


61

[Nm] giảm về 0, n = 67 [vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-19. Đồ thị mơ men cản bánh xe (M = max [Nm] quá tải, n = 67

62

[vòng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-20. Đồ thị vận tốc chuyển động của xe (M = max [Nm] quá tải, n

63

= 67 [vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)
Hình 3-21. Đồ thị áp suất dòng dầu nhánh áp lực cao và thấp (M = max
[Nm] quá tải, n = 67 [vịng/s], thể tích bơm/động cơ = 65,2/54,8)

63


LỜI MỞ ĐẦU
Trong giai đoạn phát triển kinh tế hiện nay và thời gian tới của đất nước nói
riêng và các nước trong khu vực nói chung thì nhu cầu thiết kế, chế tạo và phát triển
các loại máy phức hợp tự hành đang rất cần thiết trong lĩnh vực cơ khí hố. Cùng
với sự phát triển của nền kinh tế thế giới, cơng nghiệp xây dựng, khai khống và
vận chuyển hàng hoá ở nơi này đến nơi khác ngày càng phổ biến; cùng với sự phát
triển của khoa học kỹ thuật thì các thiết bị phục vụ cho các cơng việc này cũng địi
hỏi ngày càng hiện đại.
Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu về các vấn đề truyền chuyển động của các
hệ thống truyền lực thì việc sử dụng các phương tiện vận chuyển dùng hệ thống
truyền lực thủy lực là một xu thế tất yếu ở hiện tại và trong tương lai. Việc nghiên

cứu mô phỏng hệ thống truyền lực thủy lực trên xe chuyên dụng là yêu cầu cần thiết
cho công cuộc phát triển khoa học kỹ thuật và thực tiễn trong xản suất.
Trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu mơ phỏng hệ thống truyền lực thủy lực
trên xe chuyên dụng” đáp ứng nghiên cứu một phần trong hệ thống truyền lực trên
xe chuyên dụng nói chung và hệ thống truyền lực mạch kín nói riêng.
Trong quá trình thực hiện đề tài này trên cơ sở tham khảo, sử dụng kiến thức
chuyên môn, các kết quả cơng trình nghiên cứu của những người đã từng nghiên
cứu trước tại các tài liệu, giáo trình, các bài báo, các thông tin khoa học và các kết
quả nghiên cứu, mơ phỏng tính tốn tại luận văn này đã giải quyết được cơ bản cơ
sở lý thuyết các vấn đề nghiên cứu, mô phỏng hệ thống truyền lực thủy lực trên xe
chuyên dụng,
Trên cơ sở đó, bố cục luận văn được thực hiện và trình bày gồm ba chương
như sau:
Chương 1. Tổng quan về các hệ thống động lực thủy lực trên xe chun
dụng.
Chương 2. Mơ hình mơ phỏng hệ thống động lực thủy lực trên xe chuyên
dụng trong Matlap - Simulink.

1


Chương 3. Mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến các
thông số làm việc của hệ thống.
Trong đó, ở Chương 1 tiến hành tìm hiểu tổng quan về các hệ thống truyền
động nói chung và hệ thống truyền lực thủy lực nói riêng.
Chương 2 là chương cơ bản của đề tài, tiến hành tìm hiểu về ứng dụng của
phầm mềm Matlab - Simulink; xây dựng các mơ hình mơ phỏng về bơm, mơ tơ
thủy lực, mơ hình mơ phỏng về bơm bù và các van tràn, van điều khiển áp suất và
mô phỏng hệ thống truyền lực thủy lực mạch kín.
Nội dung chương 3 là trọng tâm của đề tài. Ở chương này ta tiến hành khảo

sát mô phỏng các điều kiện làm việc của hệ thống, sự ảnh hưởng của các thông số
kết cấu của hệ thống đến các thông số làm việc của hệ thống. Tuy vậy, ở đây mới
tiến hành thực hiện trên cơ sở nghiên cứu mô phỏng, để hiểu sâu hơn về sự ảnh
hưởng các thông số ta cần tiến hành thực hiện triên cơ sở khoa học vừa lý thuyết kết
hợp với thực tiễn.

2


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC THỦY LỰC
TRÊN XE CHUYÊN DỤNG
1.1. Khái niệm chung về ô tô máy kéo và xe chuyên dụng
1.1.1. Khái niệm
a) Khái niệm chung
Ơ tơ, máy kéo và xe chun dụng là các xe tự hành, chúng được thiết kế và
chế tạo để hồn thành các dạng cơng việc khác nhau, do cơng dụng và tính chất
cơng việc khơng giống nhau nên mặc dù có đặc điểm chung là xe tự hành song
chúng có kết cấu cụ thể, cũng như được trang bị thiết bị đặc biệt để thực hiện các
công việc riêng, vì vậy chúng rất đa dạng về chủng loại và phong phú về kết cấu.
Để giảm nhẹ cường độ lao động, đặc biệt trong các lĩnh vực cần chi phí nhân
cơng lớn như san ủi, đào mương, bốc xếp hàng, thu hoạch gỗ… người ta trang bị
máy công tác chuyên dụng lắp cho máy kéo hoặc ô tô, khi đó máy kéo hoặc ơ tơ
được gọi là xe chun dụng dùng để hồn thành cơng việc với hiệu suất cao.
b) Khái niệm xe chuyên dụng
Xe chuyên dụng là khái niệm chung cho các loại ôtô, máy kéo và đầu kéo sử
dụng để thực hiện các công việc riêng; chúng khác ơ tơ, máy kéo có cơng dụng
chung ở chỗ được liên kết với các máy công tác chuyên dùng để thực hiện một loại
cơng việc đặc thù nào đó trong xây dựng, khai thác mỏ, vận chuyển hay bốc xếp
hàng hóa trong giao thơng vận tải hoặc thực hiện các công việc đặc biệt trong nông
lâm nghiệp và thủy lợi như đào mương, xúc đất đá, san ủi mặt bằng… đạt hiệu quả

kinh tế cao. Như vậy có thể hình dung xe chuyên dụng bao gồm hai phần cơ bản là
xe cơ sở và máy công tác chuyên dụng kèm theo.
1.1.2. Phân loại ô tô máy kéo và xe chuyên dụng
Để đáp ứng những yêu cầu về sử dụng và nâng cao hiệu quả kinh tế của xe
máy, người ta đã chế tạo ra rất nhiều loại ô tô, máy kéo và xe chuyên dụng khác
nhau về công suất, tính năng sử dụng, tính năng kỹ thuật và khác nhau về kết cấu.
Thông thường ô tô, máy kéo và xe chuyên dụng được phân loại như sau:

3


a) Phân loại ô tô
Tùy theo công dụng, loại động cơ và tính năng mà người ta phân ơ tơ thành
các loại như: ô tô du lịch, tải và ô tô chuyên dùng; ô tô dùng nhiên liệu lỏng, nhiên
liêu khí và điện; ơ tơ tính năng cơ động thấp và ơ tơ có tính năng cơ động cao.
b) Phân loại máy kéo
- Theo công dụng phân máy kéo thành các loại chính: máy kéo dùng trong
nơng nghiệp (máy kéo công dụng chung, vạn năng và chuyên dùng) và công nghiệp.
- Theo cấu tạo bộ phận di động được phân thành các loại: máy kéo bánh
bơm, máy kéo xích và máy kéo nửa xích.
- Theo kết cấu của khung chia thành các loại sau: máy kéo có khung, máy
kéo nửa khung và máy kéo không khung.
- Theo loại động cơ dùng trên máy kéo chia ra thành ba loại: Máy kéo dùng
động cơ diêzel, máy kéo dùng động cơ xăng, máy kéo dùng động cơ điện.
- Theo lớp lực kéo: 0,2; 0,6; 0,9; 1,4; 2; 3; 4; 5; 6; 9; và 15 tấn. Các loại máy
kéo có lớp lực kéo hơn 6 tấn thường dùng trong công nghiệp. Máy kéo có lớp lực
kéo từ 0,2 ÷ 1,4 tấn thường là loại bánh bơm, máy kéo có lực kéo từ 2÷5 tấn có thể
là loại bánh hoặc xích, loại có lực kéo trên 6 tấn thường là xích hoặc nửa xích.
c) Phân loại xe chuyên dụng
Đặc điểm chung nhất có thể hình dung xe chuyên dụng là các thiết bị tự

hành, vì vậy phần máy cơ sở có nhiều bộ phận và hệ thống giống nhau như động cơ,
hệ thống truyền lực, hệ thống lái, hệ thống phanh, hệ thống di động… chúng chỉ
phân biệt với nhau dựa trên các máy công tác chuyên dùng để thực hiện các công
việc chuyên mơn. Vì vậy, để phân loại xe chun dụng có nhiều cách khác nhau.
Phổ biến nhất là dựa vào loại xe và loại công việc để phân loại chúng.
- Theo loại xe cơ sở trên đó lắp các thiết bị để thực hiện các công việc
chuyên dụng phân thành xe ô tô chuyên dụng và máy kéo chuyên dụng, ví dụ ơ tơ
hoặc máy kéo cần cẩu. Ngồi ra người ta cũng phân theo hệ thống di động của xe cơ
sở như xe chuyên dụng dùng xích, xe chuyên dụng dùng bánh lốp hoặc xe chuyên
dụng phối hợp bánh lốp với bánh xích…

4


- Theo loại công việc mà xe chuyên dụng đảm nhận, dựa vào loại công việc
mà xe chuyên dụng cần hoàn thành, chia ra:
+ Xe chuyên dụng dụng để vận chuyển. Loại này dùng để vận chuyển các
hàng hóa như ô tô vận chuyển và trộn bê tông, máy kéo hay ô tô vận chuyển hàng tự
đổ, ô tô với rơmoóc dùng để chở hàng đặc biệt siêu trường, siêu nặng…
+ Xe chuyên dụng dùng để làm đất. Gồm các máy kéo xích hoặc ơ tơ và máy
kéo bánh, kéo theo hay treo trên chúng các máy công tác đặc biệt dùng để đào đất,
san ủi, cạp đất hoặc xúc đất…
+ Xe bốc xếp hàng hóa. Đó là các xe nâng hàng, dùng động cơ điện hoặc
động cơ diêzel, xe xúc lật đổ phía trước hoặc phía sau và xe cần cẩu.
+ Xe công dụng đặc biệt. Loại này là các xe có trang bị các thiết bị đặc biệt
để hồn thành các cơng việc đặc thù như cứu hỏa, cứu thương, thu hoạch gỗ…
- Theo phương pháp điều khiển máy công tác phân thành các loại: xe chuyên
dụng điều khiển cơ khí, điều khiển thủy lực hay điều khiển khí nén…
Xe chuyên dụng là tổ hợp của một loạt các hệ thống, gồm những bộ phận
chính như sau:

- Động cơ (Bộ phận tạo nguồn động lực chính cho xe); Khung và bệ máy;
- Hệ thống truyền lực; Hệ thống di động và hệ thống treo;
- Hệ thống điều khiển bao gồm hệ thống lái, hệ thống phanh và hệ thống điều
khiển máy công tác kéo theo;
- Cơ cấu quay máy công tác (hoặc quay toa xe);
- Các thiết bị phụ trợ, an tồn, chiếu sáng, tín hiệu hoặc các thiết bị điều
khiển điện tử để xử lý số liệu và điều khiển tự động.
1.2. Các hệ thống truyền lực trên xe chuyên dụng
1.2.1. Khái niệm cơ bản
Hệ thống truyền lực (HTTL) trên xe chuyên dụng là tổ hợp của một loạt các
cơ cấu và hệ thống nhằm truyền mô men quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ
động của xe chun dụng. HTTL cịn có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều

5


của mômen quay truyền, cho phép xe dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc,
hệ thống truyền lực cịn có thể trích một phần cơng suất của động cơ để truyền đến
bộ phận làm việc của máy công tác. Phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của xe cụ thể
mà trong HTTL của của xe chuyên dụng có nhiều kết cấu khác nhau.
1.2.2. Hệ thống tuyền lực có cấp (truyền lực cơ khí)
Như trình bày ở dưới, do người lái thường ngồi phía sau để quan sát sự làm
việc của các máy công tác, nên khớp nối 2 thường được bố trí giữa ly hợp 1 và hộp
số 3, bố trí như vậy sẽ giúp cho hộp số máy kéo được đặt ngay phía dưới buồng lái,
nhờ đó cấu tạo cơ cấu điều khiển hộp số đơn giản và thuận tiện khi điều khiển.
Nhược điểm lớn nhất của loại này là số cấp số có hạn nên khơng thể đáp ứng một
cách chính xác các điều kiện chuyển động.

Hình 1-1. Sơ đồ hệ thống truyền lực có cấp: a) Cầu sau chủ động; b) Hai
cầu chủ động; c) Máy kéo xích; (1- Ly hợp; 2- Khớp nối; 3- Hộp số; 4, 11- Truyền

lực chính; 5, 12- Vi sai; 6-Truyền lực cuối cùng; 7- Bán trục; 8-Cầu sau; 9- Hộp

6


phân phối; 10- Truyền lực cac đăng; 13-Bộ truyền bánh răng nón; 14- Bộ phận
chuyển hướng; 15- Bánh sao chủ động; 16- Dải xích)
1.2.3. Hệ thống tuyền lực vơ cấp
Truyền lực vơ cấp có đặc điểm là tỷ số truyền biến đổi liên tục từ giá trị lớn
nhất khi khởi hành hoặc khi tải trọng ngoài tăng cao đến giá trị nhỏ nhất khi tải
trọng giảm xuống thấp nhất nhờ đó động cơ ln làm việc ở chế độ tải trọng định
mức, với mức chi phí nhiên liệu riêng nhỏ nhất, mặt khác nó thực hiện ln cả chức
năng của một hộp số tự động, song nó tự động thay đổi tỷ số truyền một cách êm
dịu và liên tục phụ thuộc tải trọng của động cơ, tính năng gia tốc của xe đạt giá trị
cực đại, vượt hơn cả truyền lực với hộp số tự động phân cấp.
Hình 1-2. Nguyên lý cấu tạo
truyền lực vô cấp kiểu bộ
truyền đai: a) Tỷ số truyền lớn;
b) Tỷ số tryền nhỏ; 1- Bánh đai
chủ động; 2- Bánh đai bị động;
3- Đai thang; 4-Bộ điều khiển

Hình 1-3. Sơ đồ HTTL vơ cấp kiểu đĩa quay với con lăn; a) Tỷ số truyền
bằng 1; b) Tỷ số truyền lớn nhất; c) Tỷ số truyền nhỏ nhất; (1-Đĩa chủ động; 2-Đĩa
tỳ; 3-Đĩa bị động).

7


Hình 1-4. Sơ đồ HTTL vơ cấp kiểu

truyền lực thủy tĩnh: 1-Bơm thủy tĩnh;
2- Mơtơ; 3- Truyền lực chính (hoặc bánh
xe động cơ)
1.2.4. HTTL thủy động
Các bộ truyền thủy động ứng dụng trong HTTL hiện nay thường có hai dạng
là ly hợp thủy lực và bộ biến đổi mô men quay. Bộ truyền thủy động đơn giản (hình
1-5 a) gồm bánh công tác - bánh bơm và bánh tuabin, bộ truyền này được gọi là
khớp thủy lực hay ly hợp thủy lực. Trị số mômen chủ động M1 được truyền bằng
bơm 1 và mômen bị động M2 tiếp nhận được ở bánh tuabin 2 ln ln bằng nhau
M1 = M2.

Hình 1-5. Nguyên lý kết cấu các bộ truyền động thủy động: a) Ly hợp thủy
lực đơn giản; b) Ly hợp thủy lực có vách ngăn; c) Ly hợp thủy lực có buồng thốt;
d) Bộ biến mơ một cấp có tuốc bin hướng tâm; e) Bộ biến mơ một cấp có tuốc bin
dọc trục; f) Bộ biến mơ có tuốc bin ly tâm; g) Bộ truyền thủy động phối hợp có một

8


bánh phản lực; h) Bộ truyền thủy động phối hợp với hai bánh phản lực; i) Bộ biến
mô hai cấp; k) Bộ biến mô ba cấp (1- Bánh bơm; 2- Bánh tuốc bin; 3- Bánh phản
lực; 4- Cơ cấu vách ngăn; 5- Buồng thoát; 6- Khớp một chiều).
1.2.5. HTTL thủy tĩnh
Truyền lực thủy tĩnh là truyền lực thủy lực sử dụng chất lỏng áp suất cao để
truyền lực từ động cơ đến cầu chủ động hoặc trực tiếp đến các bánh xe chủ động
của ô tô, máy kéo. Truyền lực thủy tĩnh gồm hai bộ phận quan trọng là bơm và mô
tơ thủy tĩnh được liên kết với nhau nhờ hệ thống ống nối và hệ thống van điều
khiển. Bơm được động cơ đốt trong của ô tô máy kéo truyền cơ năng cho, sau đó
bơm thực hiện việc biến đổi cơ năng đó thành thủy năng (áp năng) của dầu, dầu với
áp suất lớn được dẫn vào mô tơ, sau đó mơ tơ lại biến đổi thủy năng này thành cơ

năng làm vận hành bánh chủ động của ôtô máy kéo hoặc máy công tác trên xe
chuyên dụng.
Truyền động thủy tĩnh trong HTTL của ơ tơ máy kéo có thể đảm nhận cả
chức năng của ly hợp và hộp số, ở một số trường hợp đảm nhận luôn cả chức năng
của truyền lực chính và vi sai. Với truyền lực thủy tĩnh HTTL sẽ có tính chất biến
đổi vơ cấp mô men quay và tốc độ chuyển động của ô tô máy kéo.
1.2.6. HTTL điện
HTTL điện cơ bao gồm hai phần: bộ truyền lực điện và bộ giảm tốc cơ khí.
Trong trường hợp này người ta đặt sau động cơ đốt trong một máy phát điện. Dòng
điện của máy phát được truyền tới động cơ làm động cơ điện quay tạo mô men, mô
men của động cơ điện được truyền đến các bánh xe chủ động qua bộ truyền cơ khí.
HTTL điện cơ có thể được thực hiện theo sơ đồ hình 1 - 6 a, trong trường
hợp này truyền động từ động cơ điện đến các bánh xe chủ động tương tự ở HTTL
có cấp (cơ khí). Ở hình 1 - 6 b là trường hợp dẫn động độc lập: trong mỗi bánh xe
chủ động người ta sẽ lắp một động cơ điện cùng với bộ phận giảm tốc. Phương án
này có ưu điểm là tạo cho HTTL gọn nhẹ, toàn bộ phần truyền động điện cơ được
đặt gọn trong lòng bánh xe chủ động.

9


Hình 1-6. Nguyên lý hệ thống truyền lực điện cơ: 1- Động cơ; 2- Máy phát
điện; 3- Động cơ điện; 4- Trục các đăng; 5- Truyền lực chính và bộ vi sai; 6- Bán
trục; 7- Dây dẫn điện; 8- Động cơ điện và hộp giảm tốc.
Truyền động điện cơ thường được sử dụng trên các xe tự đỗ siêu nặng làm
việc tại các vùng mỏ hay các công trường lớn. Ngồi ra, nó cịn được sử dụng trên
một số ơ tơ và đồn xe nhiều cầu chủ động khi mà các dạng HTTL khác trở nên quá
cồng kềnh và nặng nề.
1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống truyền lực thủy tĩnh (TLTT)
1.3.1. Phân loại TLTT

Hình 1-7. Sơ
đồ cấu tạo bộ truyền
thủy tĩnh bơm, mơ tơ
dạng pittơng
Hình 1-8.
Cấu

tạo

bộ

truyền thủy tĩnh
với bơm chuyển
đổi biến đổi và
mô tơ chuyển
đổi cố định

10


Dựa vào loại bơm thủy tĩnh và mô tơ người ta chia TLTT thành các loại:
Bơm bánh răng ăn khớp trong hay ăn khớp ngồi; Bơm và mơtơ dạng pittơng và
Bơm và mô tơ dạng mấu cam;
Dựa vào dạng liên kết giữa bơm và mô tơ người ta chia TLTT hay hộp số
thủy tĩnh ra làm bốn loại cơ bản sau:
- Bơm chuyển đổi cố định truyền dầu áp suất cao (truyền động) cho mô tơ
chuyển đổi cố định;
- Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi cố định;
- Bơm chuyển đổi cố định truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi;
- Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi.

Trong HTTL của xe chuyên dụng, TLTT được dùng phổ biến nhất là loại
bơm và mô tơ dạng pittông hướng trục.
1.3.2. Nguyên lý cấu tạo và làm việc của TLTT dạng pittơng hướng trục
Có nhiều loại truyền lực thủy tĩnh cũng như bơm thủy tĩnh khác nhau. Đây là
loại TLTT được ứng dụng phổ biến trên các HTTL của ôtô, máy kéo và xe chuyên
dụng hiện nay.
a) Nguyên lý cấu tạo TLTT dạng pittông
Nguyên lý cấu tạo và sơ đồ cấu tạo của TLTT dạng pittơng được trình bày
trên hình 1-7 và hình 1-8.
Trong truyền lực thủy tĩnh các pittơng được dùng để truyền lực tới pittông
khác trong mô tơ. Các pittông ở cùng một khối xylanh và quay quanh một trục, các
pittông của mô tơ cũng dịch chuyển song song với trục hình học của khối xylanh.
Trên hình 1-7 trình bày cấu tạo một bộ truyền thủy tĩnh có một pittông của
bơm và một pittông của môtơ. Để thực hiện các chuyển động qua lại của bơm và
mô tơ và thực hiện chức năng biến đổi năng lượng, thay đổi tốc độ và chiểu chuyển
động người ta gắn vào đầu của bơm và mô tơ một bộ phận gọi là cam mặt đầu. Một
đầu của các pittông tựa khớp với mặt cam này.

11


Cụm bơm - mơ tơ là bộ phận chính của hệ thống truyền lực thủy tĩnh, ngoài
ra trong hệ thống TLTT còn gồm một số bộ phận khác như thùng dầu, bơm nạp, bộ
lọc dầu, bộ phận làm mát, và hệ thống điều khiển (xem hình 1-9).

Hình 1-9. Sơ đồ liên kết các bộ phận trong hệ thống truyền lực thủy tĩnh
b) Tính chất truyền lực của TLTT
Chúng ta sẽ xem xét hoạt động của TLTT dạng pittông trong các sơ đồ biến
đổi như sau:
Trong truyền lực thủy tĩnh, công suất đặt vào đầu vào của bơm luôn bằng

công suất lấy ra trên trục mô tơ cộng với tổn thất thủy lực trong hệ thống. Vì tổn
thất thủy lực thường rất nhỏ nên ta có thể coi Nb = Nm.

Hình 1-10. Phương án liên kết bơm với môtơ: a) Bơm chuyển đổi cố định Mô tơ chuyển đổi cố định; b) Bơm chuyển đổi biến đổi - Mô tơ chuyển đổi cố định
- Phương án 1: bơm chuyển đổi cố định - mơ tơ chuyển đổi cố định (hình
1-10 a)

12


Ở phương án này bơm và mô tơ giống như một bộ truyền bánh răng có tỷ số
truyền bằng 1. Mô men và tốc độ của đầu vào và đầu ra ln bằng nhau, nếu các
kích thước hình học của bơm và của mô tơ như nhau.
- Phương án 2: bơm chuyển đổi biến đổi - mô tơ chuyển đổi cố định
(hình 1-10 b)
Ở phương án này cam mặt đầu của bơm được thay đổi từ trạng thái thuận
sang trạng thái đổi chiều quay, khi đó nếu tốc độ của trục bơm khơng đổi thì tốc độ
của đầu ra sẽ thay đổi và mômen xoắn sẽ không thay đổi. Trong phương án ta nhận
được bộ truyền mà đầu ra cho tốc độ biến đổi nhưng mơmen xoắn cố định.

Hình 1-11. Phương án liên kết bơm với môtơ. a) Bơm chuyển đổi cố địnhMô tơ chuyển đổi biến đổi; b) Bơm chuyển đổi biến đổi-Mô tơ chuyển đổi biến đổi.
- Phương án 3: Bơm chuyển đổi cố định - mô tơ chuyển đổi biến đổi
(hình 1-11 a)
Ở phương án này do thay đổi sự chuyển đổi của môtơ, nên tốc độ đầu ra sẽ
thay đổi. Khi mômen ở đầu vào cố định nếu sự chuyển đổi của mơ tơ tăng thì khi
tốc độ đầu ra tăng ta có mơmen xoắn ở đầu ra giảm và ngược lại.
- Phương án 4: Bơm chuyển đổi biến đổi - mô tơ chuyển đổi biến đổi
(hình 1-11 b)
Ở phương án này quá trình biến đổi mômen và tốc độ giữa bơm và mô tơ
linh động hơn, nó có thể nhận được bất kỳ sự phối hợp nào như trong các phương

án 1 tới phương án 3, song nhược điểm của nó là cấu tạo rất phức tạp và giá thành
cao. Phương án này chỉ được áp dụng ở một số xe có cơng dụng đặc biệt.

13


1.3.3. Đảo chiều quay trong mạch bơm - môtơ
Để thực hiện đảo chiều quay của trục truyền lực ra, ta có thể thay đổi vị trí
cam mặt đầu của bơm hoặc của mơ tơ chuyển đổi biến đổi (hình 1-12). Khi cam mặt
đầu của bơm hoặc mô tơ ở vị trí thẳng đứng, mặt phẳng cam vng góc với đường
tâm của pittơng, khi đó lưu lượng của dầu ở đầu ra của bơm bằng không, trục ra
không quay, ôtô máy kéo ở vị trí số khơng. Khi cam mặt đầu nghiêng đi về một
phía (hình 1-12a) lúc đó đường dầu vào và ra có một chiều xác định, chiều quay của
trục ra có chiều nhất định giả sử đó là chiều tiến - ta có chuyển động tiến của xe.

Hình 1-12. Chuyển
động tiến và lùi của ôtô,
máy kéo được thực hiện
nhờ bơm hay mô tơ chuyển
đổi biến đổi

Trong trường hợp khi ta điều khiển cho cam mặt đầu dịch chuyển ngược với
vị trí (a) như ở hình 1-12 c, khi đó các đường dẫn dầu vào và ra bị đổi ngược lại, ôtô
máy kéo thực hiện chuyển động lùi.
Từ vị trí cam mặt đầu của bơm chuyển đổi biến đổi (hoặc mô tơ chuyển đổi
biến đổi) nghiêng đi cực đại tương ứng với chuyển động tiến với tốc độ tiến cực đại,
đến vị trí nghiêng cực đại ứng với chuyển động lùi với tốc độ lùi cực đại, vị trí của
cam mặt đầu sẽ qua vị trí "0" hay cịn gọi là số không.
Như vậy việc thay đổi này là hợp lý về mặt thay đổi chiều chuyển động,
muốn thay đổi chuyều chuyển động cần giảm tốc độ tiến về không xong mới tăng từ

không đến tốc độ lùi cần thiết. Tuy nhiên khi chúng ta đẩy cam mặt đầu từ vị trí này
đến vị trí kia quá nhanh, khi qua vị trí “0” xe vẫn cịn tốc độ qn tính nên muốn

14