Chơng 8
tính năng quay vòng của máy kéo bánh và ô tô
8.1. Động học quay vòng của máy kéo bánh và ô tô
8.1.1. Các thông số động học quay vòng
Để thực hiện quay vòng máy kéo bánh và ôtô, ngời ta thờng sử dụng một trong các
biện pháp sau :
Biện pháp thứ nhất: thay đổi chiều chuyển động của các bánh dẫn hớng trớc (hình
8.1a). Biện pháp này đợc sử dụng phổ biến trên nhiều loại ô tô máy kéo thông dụng. Để
nâng cao tính cơ động, ở một số loại ô tô còn sử dụng thêm các bánh sau làm nhiệm vụ
dẫn hớng.
Biện pháp thứ hai : tạo ra sự chênh lệch về trị số mô men chủ động trên các bánh bên
trái và bên phải, cũng chính là tạo ra sự chênh lệch các lực chủ động P
k1
và P
k2
(hình 8.1b).
Xe sẽ quay vòng sang phía có lực chủ động nhỏ hơn. Biện pháp này đợc áp dụng phổ biến
trên máy kéo nhỏ hai bánh, đôi khi cũng đợc áp dụng trên máy kéo công suất lớn có hai
cầu chủ động, các bánh xe lớn và nh nhau.
Biện pháp thứ ba : kết hợp hai phơng pháp trên, nghĩa là vừa xoay các bánh dẫn hớng
đồng thời tạo ra sự chênh lệch mô men chủ động bằng cách phanh bánh chủ động bên phía
quay vòng (hình 8.1c). Biện pháp này thờng đợc sử dụng trên máy kéo cầu sau chủ động
bánh khi cần quay vòng gấp trên điều kiện chuyển động phức tạp.
Biện pháp thứ t (gập khung): xoay tơng đối giữa nửa khung trớc và sau (Hình 8.1d).
Biện pháp này thờng áp dụng trên các máy kéo đòi hỏi có bán kính quay vòng nhỏ, tính
cơ động cao ( ví dụ máy kéo nhỏ làm vờn hoặc trên các máy kéo công suất lớn K-800,
T-150K). Các máy kéo gập khung thờng sử dụng hai cầu chủ động có kích thớc các bánh
nh nhau.
Hình 8.1. Sơ đồ nguyên lý quay vòng của máy kéo - ôtô
Các thông số động học cơ bản đặc trng cho quá trình quay vòng là: quỹ đạo
chuyển động, bán kính quay vòng và tốc độ quay vòng. Các thông số này phụ thuộc vào

nhiều yếu tố nh các thông số cấu tạo, điều kiện mặt đờng, tốc độ chuyển động, tải trọng
kéo, trình độ nghề nghiệp của ngời lái, ...
Trớc hết ta xét trờng hợp đơn giản với giả thiết: máy kéo hoặc ôtô thực hiện quay
vòng với bán kính không đổi, chuyển động đều trên mặt phẳng ngang, các bánh xe không
bị trợt lê hoặc trợt quay.
Trên hình 8.2 là sơ đồ động học quay vòng của máy kéo sử dụng hai bánh dẫn hớng
phía trớc.
113
P
P
P
K
1
c)
b)
P
K
1
P
K
2
P
K
2
P
K
1
a)
d)
P

K
1
P
K
2

P
K
4
P
K
3
Một số khái niệm:

Tâm quay vòng 0 : là tậm quay tức thời của ô tô máy kéo trong chuyển động vòng

Bán kính quay vòng R: là khoảng cách từ tâm quay vòng đến mặt phẳng đối xứng
dọc của ô tô máy kéo .

Bán kính quay vòng nhỏ nhất R
min
: đó là trị số bán kính quay vòng ứng với góc
xoay lớn nhất có thể của các bánh dẫn hớng .

Tốc độ quay vòng : là tốc độ quay tơng đối quanh tâm quay vòng.
Trong các thông số trên, bán kính quay vòng nhỏ nhất R
min
là một thông số quan
trọng dùng để đánh giá khả năng quay vòng và tính cơ động của ô tô máy kéo.
Trờng hợp quay vòng không bị trợt (hình 8.2), tâm quay vòng 0 chính là giao điểm

của các trục hình học của các bánh xe , còn bán kính quay vòng R chính là khoảng cách từ
tâm quay vòng đến điểm giữa của cầu sau. Tốc độ quay vòng quanh tâm 0 là = v
k
/R.
Từ sơ đồ trên hình 8.2 ta có thể rút ra đợc điều kiện để xe quay vòng không bị trợt
là:

L
B
gg
1
21
cotcot =

(8.1)
ở đây:
1
,
2
góc xoay của các bánh dẫn hớng
bên ngoài và bên trong so với tâm
quay vòng của máy kéo , ô tô;
L chiều dài cơ sở của máy kéo , ô tô;
B
1
khoảng cách giữa hai đờng tâm của hai
trụ quay đứng của các bánh dẫn hớng.
Nh vậy, về phơng diện lý thuyết để đảm bảo cho
các bánh xe lăn thuần tuý (không bị trợt) khi xe vào
đờng vòng thì hiệu số cotg của các góc xoay bánh dẫn

hớng bên trong và bên ngoài phải luôn luôn bằng B
1
/L.
Nói cách khác là giữa các bánh dẫn hớng có mối quan
hệ động học quay vòng
1
= (
2
) .
Trong thực tế, để duy trì đợc mối quan hệ động học quay vòng giữa các bánh dẫn h-
ớng, trên các ôtô-máy kéo bánh hiện nay ngời ta thờng sử dụng cơ cấu hình thang lái
(hình 8.3). Nó bao gồm cầu trớc 1, các thanh dọc 2 và thanh kéo ngang 3. Nếu lựa chọn
114
Hình 8.2
Sơ đồ động học khi máy kéo
quay vòng không bị trợt

v
n
B
1
L

2
v
k
0


1

R
B

Hình 8.3
Sơ đồ cơ cấu hình thang lái
2
3
2
1
kích thớc hợp lý, cơ cấu này tạo ra đợc mối quan hệ giữa các góc
1
và
2
gần giống nh
biểu thức (8.1).
Từ sơ đồ động học trên hình 8.2 ta xác định đợc bán kính quay vòng :


tg
L
R =
(8.2)
Trong đó là trung bình cộng của góc lệch bên trái và bên phải:

2
21


+
=

Khi xoay hết các bánh dẫn hớng về một phía sẽ nhận đợc
max
và bán kính quay
vòng nhỏ nhất:

min
min

tg
L
R =
(8.3)
Nh vậy, bán kính quay vòng tối thiểu phụ thuộc vào chiều dài cơ sở L của ô tô
máy kéo và góc xoay lớn nhất của các bánh dẫn hớng
max
, tức là phụ thuộc vào kết
cấu của cơ cấu lái. ở các máy kéo thông dụng
max
= 35 45
0
.
Quá trình vào đờng vòng là quá trình từ chuyển động thẳng đến chuyển động vòng
với bán kính không đổi R = const. Để thực hiện quá trình đó ta cần xoay các bánh dẫn h-
ớng từ = 0 đến một góc xác định cần thiết. Ngợc lại, khi ra khỏi sự quay vòng bán
kính quay vòng sẽ liên tục tăng lên cho đến khi R= . Nh vậy chỉ có một phần quĩ đạo
quay vòng là cung tròn với bán kính không đổi, phần còn lại là đờng cong với độ cong thay
đổi liên tục còn gọi là phần quĩ đạo chuyển tiếp. Chiều dài của phần quĩ đạo chuyển tiếp
phụ thuộc vào chiều dài cơ sở L , các thông số cấu tạo của cơ cấu lái, cũng nh phụ thuộc
vào tốc độ chuyển động và tốc độ xoay các bánh dẫn hớng. Tốc độ chuyển động càng cao
và tốc độ xoay các bánh dẫn hớng càng chậm thì phần quĩ đạo chuyển tiếp càng tăng và do

đó làm tăng diện tích cần thiết để quay vòng. Do vậy khi quay vòng với diện tích bị hạn
chế cần phải giảm vận tốc chuyển động của máy và cần xoay các bánh dẫn hớng nhanh.
8.1.2. ảnh hởng của tính chất đàn hồi của lốp tới tính năng quay vòng
của ôtô máy kéo
Những tính chất động học quay vòng đã đợc xem xét ở phần trên cha kể đến sự ảnh
hởng của tính chất đàn hồi của lốp nh đã phân tích ở mục 3.2.
Khi xe quay vòng sẽ xuất hiện lực ly tâm gây ra sự biến dạng của lốp theo phơng
ngang và dẫn đến chuyển động lệch của các bánh xe so với trờng hợp lốp không bị biến
dạng ngang. Trong thực tế độ biến dạng ngang của các bánh xe là khác nhau và do đó mức
độ chuyển động lệch của chúng cũng khác nhau. Song có thể chấp nhận giả thiết độ lệch
của các bánh trên cùng một cầu là nh nhau.
Với giả thiết trên, phơng vận tốc của điểm giữa cầu trớc v
1
sẽ lệch đi một góc
1
và
vận tốc cầu sau v
2
sẽ lệch đi một góc
2
so với trờng hợp lốp không bị biến dạng (Hình
8.4 ).
Để dễ so sánh, trên hình 8.4 biểu thị cả hai trờng hợp: khi các bánh xe không bị biến
dạng ngang tâm quay vòng là điểm O và bán kính quay vòng là R; còn khi các lốp bị biến
dạng tâm quay vòng là O

và bán kính quay vòng là R

.
Để xác định tâm quay vòng O


và bán kính quay vòng R

trớc hết ta cần xác định ph-
ơng vận tốc v
1
và v
2
so với trục đối xứng dọc của xe , cụ thể là v
1
sẽ lệch một góc (
1
)
và v
2
sẽ lệch một góc
2
. Kẻ các đờng vuông góc với véc tơ vận tốc v
1
và v
2
, điểm cắt
nhau của chúng chính là tâm quay vòng O

.
Từ sơ đồ trên hình 8.4 ta xác định đợc bán kính quay vòng:
115

21
)(



tgtg
L
R
+
=
(8.4)
Trong thực tế các góc lệch
1
và
2
không lớn lắm nên có thể chấp nhận gần đúng
tg(
1
) = tg
1
, tg
2
=
2
và biểu thức (8.4) có thể đợc viết lai:

12


+
=
tg
L

R
Từ công thức (8.5) ta có thể rút ra một số nhận xét sau:
1 Trờng hợp
1
=
2
: xe có tính năng quay vòng bình thờng R

= R;
2 Trờng hợp
1
>
2
: xe có tính năng quay vòng thiếu R

> R, nghĩa là sự quay vòng
sẽ khó khăn hơn, ngời lái cần xoay các bánh dẫn hớng nhiều hơn so với trờng hợp lốp
không bị biến dạng.
3

Trờng hợp
1
<
2
: xe có tính năng quay vòng thừa R

< R, nghĩa là dễ quay vòng
hơn so với hai trờng hợp trên.
Những nhận xét trên mới đề cập đến khả năng quay vòng, chúng ta cần phân tích tiếp
ảnh hởng tính đàn hồi của lốp đến tính ổn định chuyển động thẳng của ô tô máy kéo.

Khi có gió tác động ngang vào xe hoặc khi máy kéo chuyển động ngang qua sờn dốc
sẽ xuất hiện lực ngang Y (hình 8.5) gây ra sự biến dạng ngang của lốp và các bánh xe sẽ
chuyển động lệch. Góc chuyển động lệch của cầu trớc
1
và cầu sau
2
thờng không nh
nhau dẫn đến hiện tợng xe tự quay vòng, tức là không tự duy trì đợc chuyển động thẳng.
Đây cũng là một đặc tính quan trọng vì nó ảnh hởng xấu đến năng suất, chất lợng công
việc và an toàn lao động.
Trờng hợp
1
>
2
(Hình 8.5a), lực ly tâm P
lt
ngợc chiều với lực ngang Y, nghĩa là
lực ly tâm có tác dụng duy trì cho xe tự chuyển động thẳng.
Trờng hợp
1
<
2
(Hình 8.5b), lực ly tâm P
lt
tác động cùng chiều với lực ngang Y và
116
Hình 8.4
Sơ đồ động học quay vòng ô
tô máy kéo khi lốp bị biến
dạng ngang

0
v
1
B
1
c
L
v
2
0


2


1

1

1


1

R




2


2
R

1
do đó càng làm cho xe tự quay vòng nhanh hơn với bán kính quay vòng nhỏ dần. Sự mất
ổn định càng lớn khi vận tốc của xe càng cao vì lực ly tâm tỷ lệ bậc hai với vận tốc . Để
tránh khả năng lật đổ ngời lái phải nhanh chóng đánh tay lái theo hớng ngợc với chiều xe
bị lệch để mở rộng bán kính quay vòng.

Hình 8.5. ảnh hởng tính đàn hồi của lốp đến tính ổn định
chuyển độngthẳng của ô tô máy kéo

8.2. Động lực học quay vòng máy kéo bánh và ô tô
Trên hình 8.6 là sơ đồ lực và mô men tác động lên máy kéo khi chuyển động vòng
trên mặt phẳng ngang với tốc độ ổn định = const và bán kính quay vòng không đổi
R=const.
Khi chuyển động vòng sẽ xuất hiện lực quán tính ly tâm :

2

LtLt
R
g
G
P =
(8.6)
Ta có thể phân tích lực quán tính ly tâm thành hai thành phần: thành phần ngang
P
lty

=P
lt
cos và thành phần dọc theo máy kéo P
ltx
= P
lt
sin.
Do tác động của lực quán tính ly tâm, trên các bánh xe không chỉ chịu tác động các
phản lực pháp tuyến của mặt đờng (không thể hiện trên hình 8.6) và các lực tác dụng theo
phơng chuyển động, mà còn xuất hiện các phản lực bên. Các phản lực trên các bánh dẫn h-
ớng có thể quy về điểm giữa 0
n
của cầu trớc, bao gồm: lực cản lăn P
fn
và phản lực bênY
n
.
Các phản lực trên bánh chủ động bên trái và bên phải bao gồm: các lực kéo tiếp tuyến
P
k1
,P
k2
; các lực cản lăn P
fk1
,P
fk2
và các phản lực bên Y
k1
,Y
k2


Lực cản kéo ở móc P
T
có phơng nghiêng với mặt phẳng dọc của xe một góc và
cũng có thể phân tích thành hai thành phần: P
T
cos và P
T
sin.
Sự chuyển động của máy kéo trên đờng vòng sẽ làm thay đổi điều kiện làm việc của
các bánh xe so với khi chuyển động thẳng. Sự chuyển động của các bánh xe có thể đợc
xem nh là tổng hợp của hai chuyển động: vừa lăn vừa xoay xung quanh trục thẳng đứng với
vận tốc góc . Do đó tại bề mặt tiếp xúc sẽ xuất hiện lực ma sát và các phản lực của mặt
đờng. Chúng tạo ra một mô men cản chống lại sự xoay của bánh xe, nghĩa là chống lại sự
quay vòng của xe. Ngoài ra, sự biến dạng ngang của lốp cũng gây cản trở sự quay vòng.
Mô men cản quay vòng
Trên hình 8.7 là sơ đồ biểu diễn các phản lực chống lại sự xoay của bánh xe với giả
thiết chúng là các lực phân bố đều theo bề rộng của lốp. Trong trờng hợp này mô men cản
quay vòng của một bánh xe có thể đợc xác định theo công thức:
117
a)

2
P
l.
t

1
v
1

Y
v
2
0
1

0
2
b)

1
Y

2
P
l.
t
v
1
v
2