BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI





HOÀNG NHẬT TUYẾN



NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ

THÍ NGHIỆM BÁNH XE MÁY KÉO



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT




Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá
Nông - Lâm nghiệp
Mã ngành: 60 52 14



Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. BÙI HẢI TRIỀU

HÀ NỘI - 2012
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

i

LỜI CAM ðOAN


Tôi xin cam ñoan ñây là công trình của riêng nhóm nghiên cứu chúng
tôi. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa
từng ñược ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.
Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này
ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ
rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 20 tháng 08 năm 2012
Người cam ñoan


Hoàng Nhật Tuyến













Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut

ii
LI CM N

Tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến ngời hớng dẫn khoa học
PGS.TS. Bùi Hi Triu, đ tận tình hớng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến khoa
học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này.
Tôi xin cảm ơn tập thể các thy, cô giáo bộ môn Động lực - khoa Cơ điện,
khoa Sau Đại học, trờng Đại học Nông nghiệp Hà Nội, giúp đỡ và tạo điều
kiện thuận lợi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. c bit xin cm
n ThS. Hn Trung Dng ó giỳp trc tip phn thit k ch to v kho
nghim thit b.
Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên trờng Cao đẳng Ngh C in
v Thu Li. Nơi tôi đang công tác đ tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá
trình công tác và học tập.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp và những ngời
thân đ động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đ cố gắng hết sức mình nhng do khó khăn về tài liệu, thời gian
nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không tránh
khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đợc các ý kiến đóng góp từ các thày, cô
và bạn bè đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 20 tháng 08 năm 2012
Tác giả luận văn



Hong Nht Tuyn




Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

1. Tính cấp thiết của đề tài 1

2. Đối tượng, phương pháp nghiên cứu 3

Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4


1.1. Tính chất hoạt động của bộ phận di động máy kéo, máy nông nghiệp. 4

1.2. Tổng quan về chuyển động lệch bên của bánh xe máy kéo 6

1.2.1. Lực và mô men trên lốp xe lăn 6

1.2.2. Cấu tạo của các lốp xe dùng trong nông nghiệp 7

1.2.3. Tính chất mặt đường 8

1.2.4. Hệ thống hóa các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động lệch bên 9

1.3. Tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài 10

1.3.1. Nghiên cứu bánh xe chuyển động lệch bên trên mặt đường biến
dạng 10

1.3.2. Thiết bị thí nghiệm để xây dựng đặc tính bánh xe 11

1.4. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài 18

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19

2.1. Lý thuyết chuyển động lệch bên của lấp xe trên đường biến dạng 19

2.2. Tính toán lý thuyết về kéo bám giữa bánh xe với mặt đường
biến dạng 23

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………


iv
2.3. Ảnh hưởng của lực tiếp tuyến đến tính chất chuyển động lệch bên của
bánh xe 25

2.4. Nhận xét cơ sở lý thuyết 28

Chương 3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM BÁNH XE 30

3.2. Thiết kế, thiết bị thí nghiệm bánh xe 32

3.2.1. Phác thảo sơ đồ kết cấu và truyền động của thiết bị thí nghiệm 32

3.2.2. Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thuỷ lực 34

3.2.3. Tính toán kiểm tra công suất hệ thống truyền động 36

3.2.4. Tính toán thiết kế hợp giảm tốc 37

3.2.5. Tính toán bộ truyền các đăng 38

3.2.6. Tính toán trục lắp bánh xe và chọn vòng bi 39

3.2.7. Tính toán cặp bánh răng côn 41

3.2.8. Tính toán khung 44

3.2.9. Tính toán cân bằng cho thiết bị 47

3.2.10. Lắp ráp hoàn thiện thiết bị thí nghiệm bánh xe 48


3.2.11. Xác định khoảng giá trị các thông số cần đo 49

3.2.12. Hệ thống đo và xử lý số liệu thí nghiệm 51

Chương 4. TỔ CHỨC THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHẢ NĂNG LÀM VIỆC
CỦA THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM BÁNH XE 59

4.1. Mục đích và nội dung thí nghiệm 59

4.2. Chuẩn bị thí nghiệm 60

4.3. Chương trình thí nghiệm 65

4.4. Xây dựng đặc tính bánh xe thực nghiệm 67

4.4.1. Đặc tính kéo bám của bánh xe máy kéo 68

4.4.2. Đặc tính chuyển động lệch trên bánh xe máy kéo có tính đến ảnh
hưởng của lực tiếp tuyến 70

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 72

Kết luận 72

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

v

Đề nghị 72


TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vi

DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 4.1 Ma trận thí nghiệm để xây dựng đặc tính bánh xe máy kéo 65
Bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm trên đườn bê tông để xây dựng đặc tính
kéo bám của bánh xe 68
Bảng 4.3. Kết quả thí nghiệm xây dựng đặc tính lệch bên 69
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vii

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Các khái niệm tính chất chuyển động 5

Hình 1.2. Lực và mô men tại bánh xe chủ động chuyển động lệch bên 6

Hình 1.3. Cấu tạo lốp xe máy kéo 8

Hình 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất chuyển động lệch bên
của lốp xe 9
Hình 1.5. Sơ đồ kết nối thiết bị thí nghiệm với máy kéo 12

Hình 1.6 Bố trí các vị trí đo trên thiết bị đo lực ngang 13

Hình 1.7. Sơ đồ kết nối hệ thống đo và xử lý tín hiệu 14


Hình 1.8. Bản vẽ lắp thiết bị thí nghiệm 15

Hình 1.9. Ảnh chụp thiết bị thí nghiệm 15

Hình 1.10. Các phần tử truyền động thuỷ lực của thiết bị 15

Hình 1.11. Sơ đồ mạch thuỷ lực truyền động cho bánh xe thí nghiệm 16

Hình 1.12. Bố trí cảm biến và sơ đồ hệ thống đo, xử lý tín hiệu trên
thiết bị thí nghiệm bánh xe 17

Hình 1.13. Sơ đồ lực, ứng suất và biến dạng tại lốp xe chủ động trên
đường biến dạng 24

Hình 1.14. Vòng tròn Kamm, trường hợp lực F
y
và F
z
đạt đến giới hạn
giữa lăn và trượt của bánh xe 26

Hình 1.15. Mô tả nguyên lý ảnh hưởng của lực tiếp tuyến đến tính
F
α
−
y
27

Hình 1.16. Quan hệ giữa lực ngang và mô men đàn hồi với góc lệch

bên với các lực tiếp tuyến khác nhau 27

Hình 3.1. Sơ đồ kết cấu và chuyển động của thiết bị thí nghiệm bánh xe 32

Hình 3.2 Sơ đồ truyền động cho bánh xe thí nghiệm 34

Hình 3.3. Đặc tính động cơ thuỷ lực OPM-50 36

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

viii
Hình 3.4. Sơ đồ chịu tải của trục bánh xe thí nghiệm 40

Hình 3.5. Ổ bi đỡ trụ 41

Hình 3.6. Khung chính ( A) và khung treo (B) 46

Hình 3.7. Phân bố trọng lượng trên khung 47

Hình 3.8. Bản vẽ lắp thiết bị lên khung khảo nghiệm 49

Hình 3.9. ơ đồ lắp ráp khung khảo nghiệm với thiết bị 49

Hình 3.10. Cảm biến áp suất Hubacontrol 52

Hình 3.11. Cảm biến đo tần số quay 53

Hình 3.12. Cảm biến đo lực Loadcell 54

Hình 3.13. Sensor V1 55


Hình 3.15. Lược đồ biểu diễn các chuyển vị thành phần 1

Hình 3.14. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của sensor V1 1

Hình 3.16. Sơ đồ khối của hệ thống đo các thông số động học của máy kéo 57

Hình 4.1 Lắp ráp hệ thống thí nghiệm 60

Hình 4.2 Thử hoạt động chạy trơn thiết bị 61

Hình 4.3 Lắp cảm biến V
1
và cảm biến lực ngang 62

Hình 4.4 Lắp cảm biến hiệu chỉnh góc lệch bánh xe 62

Hình 4.5 Lắp cảm biến số vòng quay bánh xe 63

Hình 4.6 Lắp cảm biến tốc độ động cơ và áp suất thủy lực 63

Hình 4.7 Lắp cảm biến đo lực dọc 64

Hình 4.8 Bánh xe máy kéo thí nghiệm 64

Hình 4.9 Quá trình tín hiệu đo khi thí nghiệm bánh xe 67

Hình 4.10 Đặc tính kéo bám của bánh xe trên nền bê tông (α = 0
0
) 69


Hình 4.11 Đặc tính lệch, bên của bánh xe máy kéo trên đường không
biến dạng 70

Hình 4.12. Đặc tính lệch bên của bánh xe máy kéo trên đường không biến
dạng 70

Hình 4.13. Đặc tính chuyển động lệch của bánh xe trên nền bê tông 71
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

1

MỞ ðẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
Trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước hiện nay, vấn
đề công nghiệp hóa nông nghiệp và nông thôn phải được đặt lên hàng đầu.
Việc đưa máy móc vào sản xuất nông nghiệp sẽ giải phóng được lao động
chân tay và sức kéo, giảm thời lượng canh tác làm tăng mùa vụ, đồng thời
trong quá trình thu hoạch kịp thời sẽ tránh được sự thất thoát sản phẩm do
thời tiết và sự phá hoại của sâu bọ hay các loại gặm nhấm …Như vậy, việc
ứng dụng máy móc vào sản xuất nông nghiệp sẽ tăng được hiệu quả kinh tế.
Đảng và nhà nước ta luôn coi trọng việc đầu tư phát triển nông nghiệp trong
công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Trong tương lai, với đường lối phát triển nền kinh tế của Đảng và nhà
nước ta: “Giảm số dân lao động trong ngành nông nghiệp nhưng vẫn đảm bảo
tăng sản lượng nông nghiệp”. Đặc biệt khi nước ta gia nhập tổ chức thương
mại thế giới WTO.Nền kinh tế nước ta nói chung và nền sản xuất nông nghiệp
nói riêng phải chịu sự cạnh tranh khốc liệt của nền kinh tế thị trường. Muốn
nông phẩm, hàng hóa có được tính cạnh tranh cần thiết, nhất là với những mặt
hàng cùng loại của các nước khác trên khu vực và trên thế giới. Ngoài việc

thay đổi giống, áp dụng sản xuất công nghệ cao, tăng năng suất cây trồng, vật
nuôi …thì phải tăng năng suất, hiệu quả trong các khâu sản xuất áp dụng cơ
giới hóa vào sản xuất (trong đó có khâu làm đất) cũng là một nhiệm vụ vô
cùng cần thiết.
Máy kéo và ô tô được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác
nhau như nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải
Trong nông nghiệp máy kéo là nguồn động lực chính thực hiện các khâu cơ
giới hoá trên đồng ruộng, vận chuyển sản phẩm và vật tư nông nghiệp
hoặc liên hợp với các máy tĩnh tại.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

2

Qua thực tế sản xuất cho thấy việc sử dụng liên hợp máy kéo cỡ nhỏ ở
nhiều vùng địa phương tỏ ra ưu việt và hợp lý hơn so với máy móc cỡ lớn đặc
biệt ở vùng đồng bằng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ. Nó cho hiệu quả cao, đáp
ứng được nhu cầu sản xuất kinh doanh của nhiều thành phần kinh tế khác
nhau. Bên cạnh việc tăng năng suất lao động, còn tạo ra một bộ mặt mới cho
đời sống kinh tế xã hội nông thôn.
Các loại máy kéo cỡ nhỏ đang sử dụng ở nước ta được sản xuất từ một
số nhà máy trong nước và nhập khẩu từ Trung Quốc. Các mẫu này ít được cải
tiến, thiết kế theo kiểu sao chép lại. Trong các năm qua, việc các mẫu này vẫn
được thị trường chấp nhận là do giá cả phù hợp với điều kiện kinh tế của nông
dân. Chưa phải là do chất lượng và sự thích ứng của các mẫu này với các điều
kiện thực tế trên đồng ruộng nước ta.
Như ta đã biết bộ phận di động là khâu quan trọng quyết định tính năng
kéo bám của máy kéo và các thông số kĩ thuật, kinh tế khác của máy kéo và
của toàn bộ liên hợp máy.
Nước ta mới chỉ sản xuất một số loại cơ cấu di động cho máy kéo nhỏ
là bánh hơi, bánh mấu, bánh lồng. Các cơ cấu di động này đặc biệt là cơ cấu

bánh hơi trên máy kéo chỉ làm việc được phù hợp ruộng cạn có độ ẩm trung
bình, còn trên đất có độ ẩm cao thì chưa phù hợp. Do đó việc nghiên cứu, cải
tiến bộ phận di động (bánh hơi) cho máy kéo khi làm việc là rất cần thiết.
Chính vì vậy mà việc nghiên cứu tính năng kéo bám của bánh xe là
rất cần thiết. Nó giúp ta giải được bài toán phức tạp về quan hệ đất - máy,
làm cơ sở cho việc nghiên cứu tính năng điều khiển và ổn định chuyển
động của máy kéo. Đóng góp tích cực vào công tác tính toán, thiết kế, chế
tạo máy kéo làm cơ sở cho việc lựa chọn hệ thống máy kéo phù hợp với
điều kiện đồng ruộng trong nước.
Để góp phần giải quyết vấn đề trên, tôi đã: “Nghiên cứu thiết kế chế
tạo thiết bị khảo nghiệm bánh xe máy kéo” làm đề tài. Nhằm hỗ trợ cho
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

3

công việc khảo nghiệm được dễ dàng và có những đánh giá đúng từ đó có
phương hướng cải thiện tăng tính bám trượt theo phương ngang cho liên hợp
máy khi làm việc. Giúp người nông dân sử dụng liên hợp máy trong tất cả các
khâu đạt hiệu quả cao hơn.
Trong đề tài này tôi đã tiến hành nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị
khảo nghiệm và quan tâm đến các yếu tố tác động theo phương ngang và hiệu
quả của chúng là sự xuất hiện chuyển động lệch bên. Tôi đã sử dụng thiết bị
đo lực và đo chuyển vị liên kết với máy vi tính, để từ đó xác định tính chất
bám trượt, Chuyển động lệch bên của bánh xe máy kéo.
2. ðối tượng, phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là bánh xe máy kéo
CHUANLONG 304 (CL - 304).
Phương pháp nghiên cứu là kết hợp lý thuyết và thực nghiệm. Lý
thuyết là nghiên cứu về động lực học bánh xe, lý thuyết máy kéo, cơ học đất,
sức bền vật liệu ,tương tác giữa bánh xe và đất. Thực nghiệm là chế tạo thực

tế thiết bị khảo nghiệm truyền động bằng thủy lực.












Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

4

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tính chất hoạt ñộng của bộ phận di ñộng máy kéo, máy nông nghiệp
Trong việc nghiên cứu phát triển hệ thống di động máy kéo và máy
nông nghiệp với khả năng công suất càng tăng cần quan tâm đến các yếu tố
tác động theo phương ngang và hiệu quả của chúng là sự xuất hiện chuyển
động lệch bên.
Chuyển động lệch bên xuất hiện do tác động của lực ngang làm lệch
trục dọc so với hướng chuyển động dẫn đến làm sai lệch quỹ đạo chuyển
động mong muốn của ô tô hoặc máy kéo.
Việc xác định các thông số chuyển động phụ thuộc vào quy luật xuất

hiện của chúng là đối tượng nghiên cứu ổn định chuyển động, một vấn đề thời
sự liên quan đến tính chất điều khiển để tăng vận tốc chuyển động của máy
kéo máy nông nghiệp trên hệ thống giao thông mở hiện nay.
Đối với máy kéo tiêu chuẩn, nhu cầu tối thiểu về tải trọng cầu trước để
đảm bảo ổn định chuyển động là khoảng 25% trọng lượng toàn phần. Việc lắp
thêm các đối trọng bổ sung và giới hạn vận tốc của máy kéo trên máy nông
nghiệp đã tạo nên những hậu quả không mong muốn cho người sử dụng. Khi
sử dụng máy kéo trên đường biến dạng có thể đã xuất hiện chuyển động lệch
bên đáng kể với vận tốc chuyển động nhỏ, thí dụ các trường hợp lực kéo
ngang, chuyển động trên dốc ngang, chuyển động vòng…
Trượt ngang của máy kéo khi làm việc trên dốc ngang và việc xác
định giới hạn chuyển động lệch của máy đã được công bố trên rất nhiều
công trình [1.2.3]. Tác động lệch bên xuất hiện trên mặt phẳng ngang giống
như khi làm việc trên dốc nếu thay thế lực ngang trên dốc bằng một lực
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

5

ngang khác, thí dụ các thành phần lực kéo. Hậu quả của cả hai trường hợp
trên đã làm xấu đi tính chất kéo bám và khả năng lái, còn có thể dẫn đến
tăng diện tích yêu cầu để quay vòng.
Từ các vấn đề đã nêu trên có thể kết luận rằng chuyển động lệch bên
tác động đến tất cả các lĩnh vực tính chất chuyển động của máy kéo và máy
nông nghiệp, là giới hạn chuyển động, an toàn chuyển động và cả hành lang
quay vòng. Hình 1.1 giới thiệu tổng quan về các khái niệm tính chất chuyển
động trong các điều kiện làm việc của máy kéo.














Hình 1.1. Các khái niệm tính chất chuyển ñộng
Tính chất chuyển động
Giới hạn
chuyển động
An toàn chuyển động Hành lang quét
Giới hạn
vận tốc
Lực kéo hoặc lực
phanh cực đại
Lực ngang
cực đại
Giới hạn lật đổ
Khi chuyển động
Khoảng cách an
toàn Bề rộng quét
Chuy
ển
động

Đứng
im


Giới hạn nguy hiểm (Mức độ tận dụng giới hạn chuyển động

Ổn định
chuyển động
Ổn định
lái
Ổn
định
Sai
lệch do
nhiễu
giảm
dần
Không
ổn định
Lực
nhiễu
tạo nên
tác
động.
Lực
nhiễu
tăng
lên

Ổn
định
Mô
men

đàn hồi
có xu
hướng
xoay
bánh
lái vềvị
trí gi
ữa

Mô
men tại
vô lăng
có xu
hướng
tăng va
đập
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

6

Ảnh hưởng rất mạnh đến tính chất chuyển động của máy kéo là các lực
xuất hiện trong vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường. Kiến thức về cơ cấu
truyền lực tại các bánh xe chuyển động là điều kiện cần thiết để xác định bằng
lý thuyết các trạng thái chuyển động của máy kéo.
1.2. Tổng quan về chuyển ñộng lệch bên của bánh xe máy kéo
1.2.1. Lực và mô men trên lốp xe lăn
Đối với trường hợp tổng quát của một bánh xe chủ động chịu tải trên
đường biến dạng xuất hiện cân bằng giữa các lực ngoài với các lực pháp
tuyến, lực tiếp tuyến và lực ngang tác dụng trong diện tích tiếp xúc giữa bánh
xe với mặt đường. Trên cơ sở biến dạng của lốp xe và đất tồn tại các thông số

xác định điểm đặt và độ lớn của các lực (Hình 1.2). Trên các trục của hệ toạ
độ x, y, z xuất hiện các mô men sau đây.
M
x
= (F
y
.Z
s
+ G.Y
G
) – Mô men lật
M
y
= (G.X
G
+ T
Z
) – Mô men chủ động
M
z
= (F
y
.X
s
+ F
T
.Y
t
) – Mô men đàn hồi


Hình 1.2. Lực và mô men tại bánh xe chủ ñộng chuyển ñộng lệch bên
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

7

Việc nghiên cứu đồng bộ tổng quát tương tác giữa lốp xe và mặt đường
đòi hỏi phải xác định tất cả các thông số với chi phí nghiên cứu rất lớn. Do
mô men đàn hồi có ý nghĩa đối với bánh xe hướng dẫn của xe, nên sự xuất
hiện của nó cần được nghiên cứu cặn kẽ hơn và giới hạn trong nghiên cứu
trạng thái chuyển động ổn định bỏ qua các ảnh hưởng động lực học. Do lực
ngang, diện tích tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường bị dịch chuyển đối xứng
so với mặt phẳng thẳng đứng dọc khi bánh xe còn chưa chuyển động. Nếu để
bánh xe lăn trên mặt đường, phần tiếp xúc với đường của bánh xe sẽ bị đẩy
dần từng phần lệch bên do lực ngang đồng thời đất dưới bánh xe có thể bị
biến dạng theo, tuỳ thuộc vào tính chất mặt đường. Bánh xe tạo nên một
chuyển động theo hướng R, lệch so với mặt phẳng thẳng đứng dọc của bánh
xe một góc lệnh bên
α
. Các lực ngang xuất hiện khi chuyển động lệch bên
phân bố không đều theo chiều dài vùng tiếp xúc do đó điểm đặt lực F
y
sẽ dịch
chuyển một khoảng X
S
so với vết trục bánh xe. Phản lực của mặt đường lên
bánh xe xuất hiện khi chuyển động lệch bên tạo thành lực dẫn lệch bên. Lực
này có giá trị bằng với lực ngang tác dụng lên trục bánh xe nên cũng thường
gọi là lực ngang. Lực dẫn lệch bên trước hết phụ thuộc vào góc lệch bên và tải
trọng bánh xe, tuy nhiên còn phụ thuộc vào tính chất của lốp xe và điều kiện
mặt đường.

1.2.2. Cấu tạo của các lốp xe dùng trong nông nghiệp
Tính chất lệch bên phụ thuộc đặc biệt vào kết cấu của lốp xe, yếu tố tác
động đến độ cứng ngang và tạo lực bám với mặt đường. Cấu tạo tiêu biểu của
lốp máy kéo gồm những phần sau (Hình 1.3):
- Lốp bố
- Vành lốp có lõi thép
- Cao su thành bên
- Mấu bám trên lốp
- Lốp lót giữa
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

8


Hình 1.3. Cấu tạo lốp xe máy kéo
1. Hoa lốp 2. Dây tăng cường 3. Lớp sợi bố
4. Lớp lót trong 5. Dây mép lốp (tanh)
Lực dẫn lệch bên phụ thuộc một cách gián tiếp vào tải trọng bánh xe.
Để xác định khả năng chịu tải của bánh xe, thể tích không khí chứa trong
lốp xe giữ vai trò quyết định, sau đó là áp suất không khí xác định tải trọng
cho phép.
Khi có tác dụng của lực ngoài vào bánh xe, trạng thái cân bằng bị phá
huỷ do biến dạng, xuất hiện các lực biến dạng trong vết bánh xe, tạo bởi ứng
suất cắt cũng như chuyển động trượt trong phương dọc và phương ngang.
Việc giải thích hiện tượng này bằng lý thuyết cũng như thực nghiệm
đều rất phức tạp.
1.2.3. Tính chất mặt ñường
Mặt đường có biến dạng nhỏ, có thể bỏ qua so với lốp xe được đặc
trưng bởi tính chất ma sát. Hệ số ma sát của cao su trên nền cứng không phải
là hằng số mà phụ thuộc vào bề mặt vật liệu tiếp xúc, vận tốc trượt, nhiệt độ

và tải trọng của diện tích tiếp xúc. Các quá trình ma sát hiện chưa được
nghiên cứu đầy đủ, do đó thường sử dụng một giá trị hệ số bám hoặc ma sát
trượt để tính toán. Trong quan hệ với tính chất ma sát có thể sử dụng khái
niệm hệ số bám cũng như hệ số lực ngang.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

9

Đặc trưng của mặt đường biến dạng, trong đó có tất cả các loại dất
nông nghiệp, là rất phức tạp và khó xác định bởi vì đất là một đối tượng phức
hợp của nhiều tính chất, rất nhiều thông số riêng biệt đã được nghiên cứu
nhưng đến nay vẫn chưa được hệ thống hoá một cách đầy đủ một số tác giả đã
đưa ra tính chất đặc trưng trạng thái đất theo độ ẩm và độ chặt hoặc tính chất
kết dính và hệ số ma sát. Tuy nhiên cần lưu ý rằng các tính chất đều có ảnh
hưởng qua lại lẫn nhau. Quan hệ giữa tính kết dính và góc ma sát phụ thuộc
vào độ ẩm và độ chặt của một số loại đất đã được nghiên cứu bằng thực
nghiệm. Nhờ đó đã xây dựng được các quan hệ ứng suất – biến dạng của đất
để xử lý toán học về tương tác giữa lốp xe với mặt đường biến dạng.
1.2.4. Hệ thống hóa các yếu tố ảnh hưởng ñến chuyển ñộng lệch bên
















Hình 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng ñến tính chất chuyển ñộng lệch bên
của lốp xe
Kết cấu
trung gian
Lớp bố
ĐIỀU KIỆN
HOẠT ĐỘNG
BÁNH XE MẶT ĐƯỜNG
Thông số
hoạt ñộng
- Góc lệch bên

- Tải trọng
- Góc đỗ
- Vận tố lăn
- Áp suất lốp

Lo
ại
hoạt ñộng
- Chủ động
- Phụ động
- Bị phanh
Vành
- Đường kính


- Chiều cao
- Bề rộng
Lốp xe
Cứng
Tính chất
ma sát
Biến dạng
- Độ ẩm đất
- Độ chặt
- Độ rỗng
- Độ rính
- Góc ma sát trong

- Kết cấu đất
Kết cấu lốp
Kích thước
- Đường kính
- Bề rộng
- Chiều cao
- Bán kính tiếp xúc

- Bề rộng tiếp xúc
Mặt ngoài
lốp
Hỗn hợp
cao su
TÍNH CHẤT CHUYỂN ĐỘNG LỆCH BÊN
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

10

Từ hàng loạt các kết quả nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng từ mặt
đường và bánh xe, phụ thuộc vào điều kiện hoạt động của xe đến chuyển
động lệch bên của bánh xe, tác giả [1] đã hệ thống hóa tất cả các yếu tố ảnh
hưởng đã biết trong hình 1.4.
Được quan tâm trước hết là quan hệ phụ thuộc giữa lực ngang và mô
men đàn hồi với góc lệch bên, tải trọng và áp suất lốp xe. Biểu diễn đồ thị
quan hệ của các thông số này là các đặc tính bánh xe thoả mãn với một loại
lốp xe xác định theo mỗi trạng thái của mặt đường. Các đặc tính bánh xe có
vai trò là điều kiện đầu vào để tính toán trạng thái chuyển động của ô máy
máy kéo.
1.3. Tình hình nghiên cứu liên quan ñến ñề tài
Xuất phát từ mục đích nghiên cứu của đề tài cần đánh giá tình hình
nghiên cứu theo các khía cạnh sau đây:
- Phương pháp xác định đặc tính bánh xe của một bánh xe riêng lẻ.
- Khả năng tổng quát hóa kết quả nghiên cứu
- Khả năng ứng dụng kết quả nghiên cứu trong tính toán tính chất
chuyển động của ô tô máy kéo.
1.3.1. Nghiên cứu bánh xe chuyển ñộng lệch bên trên mặt ñường biến dạng
Các nghiên cứu trước đây về lực ngang và lực cản lăn của bánh xe phụ
động cứng trên các điều kiện đất đai khác nhau đã chỉ ra rằng, góc lệch bên
càng lớn thì lực lăn lăn của bánh xe trên đường biến dạng cằng tăng [4]. Về
cơ bản lực ngang phát sinh phụ thuộc đặc biệt vào các khả năng tiếp xúc khác
nhau giữa bánh xe với mặt đường. Kết quả đo tại bánh trước máy kéo và ảnh
hưởng của lực chủ động đến tính chất chuyển động lệch bênh của bánh xe chủ
động được thực hiện trên thiết bị treo sau máy kéo [5]. Tuy nhiên do hạn chế
về kỹ thuật đo mà không tách được các thành phần lực ngang và lực dọc cũng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

11
như các thông số biến đổi như lốp xe, mặt đường. Nghiên cứu toàn diện đầu

tiên để xác định lực ngang tại bánh hơi riêng lẻ chuyển động lệch bên được
thực hiện như đo lực ngang, lực cản lăn, độ sâu vết bánh xe và độ trượt khi
thay đổi đường kính lốp xe, bề rộng, áp suất trong lốp xe, tải trọng và góc
lệch bên. Lực cản lăn và lực ngang được tính toán theo các định luật cơ học
đất [6]. Với sự phát triển hệ thống đo cơ động 6 kênh đã cho khả năng nghiên
cứu quan hệ tương tác giữa lực chủ động, độ trượt, lực ngang và góc lệch bên
của một số lốp xe trong rãnh đất thí nghiệm [7]. Từ kết quả đo đã thử tính
toán gần đúng về tính tính chuyển động của một máy kéo cầu sau chủ động và
2 cầu chủ động trên dốc ngang và trên đường vòng. Kết quả nghiên cứu cho
thấy, ảnh hưởng qua lại giữa lực ngang và lực chủ động đã tác động mạnh
đến chuyển động của máy kéo.
1.3.2. Thiết bị thí nghiệm ñể xây dựng ñặc tính bánh xe
Để nghiên cứu tính truyền lực, kéo bám giữa bánh xe với mặt đường đã
có nhiều công trình lực, kéo bám giữa bánh xe với mặt đường đã có nhiều
công trình công bố về các mẫu thiết bị nghiệm bánh xe. Trong phần này giới
thiệu hai hệ thống thiết bị thí nghiệm tiêu biểu, có thể sử dụng để tham khảo
làm cơ sở thiết kế hệ thống thiết bị thí nghiệm theo mục đích của đề tài.
1.3.2.1. Thiết bị thí nghiệm di ñộng ñể nghiên cứu chuyển ñộng lệch bên của
bánh xe máy kéo [1]
Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị thí nghiệm có thể được tóm tắt như sau:
- Xác định được các yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất
+ Lực ngang
+ Mô men lệch bên
+ Góc lệch bên
+ Lực cản lăn
+ Tải trọng bánh xe
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

12
- Phù hợp với điều kiện thí nghiệm trên đồng ruộng

- Có thể áp dụng cho các bánh xe có đường kính từ 700 đến 1700 mm.
Thiết bị thí nghiệm, còn được gọi là thiết bị đo lực ngang bao gồm một
bánh xe thí nghiệm được lắp trên ổ đỡ quay trên một khung thép chữ U.
Khung được liên kết với cơ cấu treo sau của máy kéo Z
T.300
, đảm bảo luôn
song song với mặt phẳng đường chạy khi đi qua mặt đường không phẳng. Để
phù hợp với nhiều lốp xe có đường kính khác nhau có thể điều chỉnh được
chiều cao của khung. Sơ đồ kết nối thiết bị với máy kéo và định nghĩa các
thông số đo được giới thiệu trên hình 1.5


Hình 1.5. Sơ ñồ kết nối thiết bị thí nghiệm với máy kéo
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

13
Lực thẳng đứng được tiếp nhận bởi một vòng bi hướng kính chuyên
dùng, diện tích vành đỡ của nó không có rãnh hưỡng dấn và cho phép dịch
chuyển dọc trục. Việc truyền và tiếp nhận lực ngang, mô men lệch bên được
mô tả trên hình 1.6.

Hình 1.6 Bố trí các vị trí ño trên thiết bị ño lực ngang
Để đo lực ngang, góc lệch bên được sử dụng là thông số điều khiển, có
thể thay đổi vô cấp từ 0 đến 35
0
. Việc điều chỉnh góc lệch bên được thực hiện
theo sơ đồ hình 1.5.
Thay đổi tải trọng cho bánh xe thí nghiệm được thực hiện bằng cách
đặt các khối lượng bổ sung lên khung.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………


14

Hình 1.7. Sơ ñồ kết nối hệ thống ño và xử lý tín hiệu
Tín hiệu đo lực và mô men được xác định bằng các cảm biến điện trở
biến dạng, góc lệch bên được xác định bằng cảm biến chiết áp. Sơ đồ kết nối hệ
thống và xử lý tín hiệu được giới thiệu trên hình 1.7. Các thiết bị tiếp nhận và xử
lý tín hiệu cùng với nguồn điện được bố trí trên ca bin của máy kéo thí nghiệm.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

15
1.3.2.2. Thiết bị thí nghiệm bánh xe máy kéo xây dựng trong rãnh ñất [8].
Thiết bị thí nghiệm bánh xe máy xây dựng bao gồm một rãnh đất một
xe thí nghiệm lắp bánh xe với hệ thống truyền động và một thiết bị kéo.

Hình 1.8. Bản vẽ lắp thiết bị thí nghiệm
Xe thí nghiệm và các phần tử truyền động được giới thiệu trên hình 1.9 và 1.10.

Hình 1.9. Ảnh chụp thiết bị

thí nghiệm
Hình 1.10. Các phần tử truyền ñộng
thuỷ lực của thiết bị
Bánh xe thí nghiệm được truyền động bởi một động cơ điện 40ml qua
một bộ truyền thuỷ tĩnh trong một mạch thuỷ lực hở (Hình 1.11). Bộ truyền
thuỷ tĩnh biến đổi năng lượng thuỷ lực từ một bơm piston hướng trục thành
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

16
chuyển động quay tại động cơ thuỷ lực và qua một hợp giảm tốc hành tinh có

tỷ số truyền i = 63 đến bánh xe thí nghiệm

Hình 1.11. Sơ ñồ mạch thuỷ lực truyền ñộng cho bánh xe thí nghiệm
1- Bơm thủy lực
2- Van áp suất
3- Van phân phối
4- Mô tơ thủy lực
5- Bộ giảm tốc trục vít bánh vít
6- Trục các – đăng
7- Bộ truyền bánh răng côn
8- Bánh xe thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm có khả năng thực hiện các trường hợp thí nghiệm sau:
- Bánh xe đứng im
- Bánh xe bị kéo