....

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 hố
Nơng - Lâm nghiệp
Mã ngành:
60 52 14

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

HÀ NỘI - 2012


LỜI CAM ðOAN

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

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

Hồng Nhật Tuyến

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

i


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. Hàn Trung Dũng ñã giúp ñỡ trực tiếp phần 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 Nhật Tuyến

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

ii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ðOAN ........................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................ ii
MỤC LỤC .................................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG..................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................... vii
MỞ ðẦU ....................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................... 1
2. ðối tượng, phương pháp nghiên cứu....................................................... 3
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU...................................... 4
1.1. Tính chất hoạt động của bộ phận di động máy kéo, máy nơng nghiệp. 4
1.2. Tổng quan về chuyển ñộng 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 nơng 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 ñề tài ......................................... 10
1.3.1. Nghiên cứu bánh xe chuyển ñộng 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 ñích và nhiệm vụ của ñề tài ....................................................... 18

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................. 19
2.1. Lý thuyết chuyển ñộng lệch bên của lấp xe trên ñường biến dạng ..... 19
2.2. Tính tốn lý thuyết về kéo bám giữa bánh xe với mặt đường
biến dạng.................................................................................................. 23

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

iii


2.3. Ảnh hưởng của lực tiếp tuyến đến tính chất chuyển ñộng 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 ñồ kết cấu và truyền ñộng của thiết bị thí nghiệm .. 32
3.2.2. Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thuỷ lực ........................ 34
3.2.3. Tính tốn kiểm tra cơng suất hệ thống truyền động..................... 36
3.2.4. Tính tốn thiết kế hợp giảm tốc .................................................. 37
3.2.5. Tính tốn bộ truyền các đăng ...................................................... 38
3.2.6. Tính tốn trục lắp bánh xe và chọn vịng bi................................. 39
3.2.7. Tính tốn cặp bánh răng cơn ....................................................... 41
3.2.8. Tính tốn khung.......................................................................... 44
3.2.9. Tính tốn 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 thơng 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 ñích 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. ðặc tính kéo bám của bánh xe máy kéo ...................................... 68
4.4.2. ðặc tính chuyển động lệch trên bánh xe máy kéo có tính đến ảnh
hưởng của lực tiếp tuyến ...................................................................... 70
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ .......................................................................... 72
Kết luận.................................................................................................... 72
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

iv


ðề nghị..................................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................ 73

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

v


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 tơng 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 …………………………..


vi


DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1.

Các khái niệm tính chất chuyển động ......................................... 5

Hình 1.2.

Lực và mơ men tại bánh xe chủ ñộng chuyển ñộng lệch bên ...... 6

Hình 1.3.

Cấu tạo lốp xe máy kéo .............................................................. 8

Hình 1.4.

Các yếu tố ảnh hưởng ñến tính chất chuyển ñộng 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 ñồ mạch thuỷ lực truyền ñộng 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 ñộng trên
ñường biến dạng ....................................................................... 24
Hình 1.14. Vịng trịn Kamm, trường hợp lực Fy và Fz ñạt ñến giới hạn
giữa lăn và trượt của bánh xe.................................................... 26
Hình 1.15. Mơ tả ngun lý ảnh hưởng của lực tiếp tuyến đến tính
F y −α ........................................................................................ 27
Hình 1.16. Quan hệ giữa lực ngang và mơ 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.

ðặc tính động cơ thuỷ lực OPM-50 .......................................... 36

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

vii


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 ñồ nguyên lý hoạt ñộng của sensor V1 .................................. 1
Hình 3.16.

Sơ đồ khối của hệ thống đo các thơng số ñộng 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 V1 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 vịng 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

Q trình tín hiệu đo khi thí nghiệm bánh xe ............................ 67

Hình 4.10

ðặc tính kéo bám của bánh xe trên nền bê tơng (α = 00) ........... 69

Hình 4.11

ðặc tính lệch, bên của bánh xe máy kéo trên đường khơng
biến dạng .................................................................................. 70


Hình 4.12.

ðặc tính lệch bên của bánh xe máy kéo trên đường khơng biến
dạng .......................................................................................... 70

Hình 4.13. ðặc 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 …………………………..

viii


MỞ ðẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước hiện nay, vấn
đề cơng nghiệp hóa nơng nghiệp và nơng thơn phải được đặt lên hàng đầu.
Việc đưa máy móc vào sản xuất nơng nghiệp sẽ giải phóng được lao động
chân tay và sức kéo, giảm thời lượng canh tác làm tăng mùa vụ, đồng thời
trong q trình thu hoạch kịp thời sẽ tránh được sự thất thốt 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 nơng nghiệp sẽ tăng được hiệu quả kinh tế.
ðảng và nhà nước ta ln coi trọng việc đầu tư phát triển nơng nghiệp trong
cơng cuộc cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Trong tương lai, với đường lối phát triển nền kinh tế của ðảng và nhà
nước ta: “Giảm số dân lao động trong ngành nơng nghiệp nhưng vẫn đảm bảo
tăng sản lượng nơng nghiệp”. ðặc biệt khi nước ta gia nhập tổ chức thương
mại thế giới WTO.Nền kinh tế nước ta nói chung và nền sản xuất nơng 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. Ngồi việc
thay đổi giống, áp dụng sản xuất công nghệ cao, tăng năng suất cây trồng, vật

ni …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 ñược sử dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác
nhau như nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải ...
Trong nơng nghiệp máy kéo là nguồn động lực chính thực hiện các khâu cơ
giới hố 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 …………………………..

1


Qua thực tế sản xuất cho thấy việc sử dụng liên hợp máy kéo cỡ nhỏ ở
nhiều vùng ñịa 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, ñáp
ứng ñược nhu cầu sản xuất kinh doanh của nhiều thành phần kinh tế khác
nhau. Bên cạnh việc tăng năng suất lao động, cịn tạo ra một bộ mặt mới cho
đời sống kinh tế xã hội nơng thơn.
Các loại máy kéo cỡ nhỏ ñang sử dụng ở nước ta ñược 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
ñược thị trường chấp nhận là do giá cả phù hợp với ñiều 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 ñồng ruộng nước ta.
Như ta ñã biết bộ phận di ñộng là khâu quan trọng quyết ñịnh tính năng
kéo bám của máy kéo và các thơng 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 ñộng cho máy kéo nhỏ

là bánh hơi, bánh mấu, bánh lồng. Các cơ cấu di ñộng này ñặc biệt là cơ cấu
bánh hơi trên máy kéo chỉ làm việc được phù hợp ruộng cạn có độ ẩm trung
bình, cịn trên đất có độ ẩm cao thì chưa phù hợp. Do đó việc nghiên cứu, cải
tiến bộ phận di ñộng (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 tốn phức tạp về quan hệ ñất - máy,
làm cơ sở cho việc nghiên cứu tính năng điều khiển và ổn định chuyển
động của máy kéo. ðóng góp tích cực vào cơng tác tính tốn, 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.
ðể góp phần giải quyết vấn đề trên, tơi đã: “Nghiên cứu thiết kế chế
tạo thiết bị khảo nghiệm bánh xe máy kéo” làm ñề tài. Nhằm hỗ trợ cho
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

2


cơng việc khảo nghiệm được dễ dàng và có những ñánh giá ñúng từ ñó 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 ñạt hiệu quả cao hơn.
Trong ñề tài này tôi ñã tiến hành nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị
khảo nghiệm và quan tâm ñến các yếu tố tác ñộng theo phương ngang và hiệu
quả của chúng là sự xuất hiện chuyển ñộng lệch bên. Tơi 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
ðối tượng nghiên cứu của ñề 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 ñộng lực học bánh xe, lý thuyết máy kéo, cơ học ñất,
sức bền vật liệu ,tương tác giữa bánh xe và ñất. Thực nghiệm là chế tạo thực
tế thiết bị khảo nghiệm truyền ñộng bằng thủy lực.

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

3


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 ñộng máy kéo và máy
nông nghiệp với khả năng công suất càng tăng cần quan tâm ñến các yếu tố
tác ñộng theo phương ngang và hiệu quả của chúng là sự xuất hiện chuyển
ñộng lệch bên.
Chuyển ñộng lệch bên xuất hiện do tác ñộng của lực ngang làm lệch
trục dọc so với hướng chuyển ñộng dẫn ñến làm sai lệch quỹ ñạo chuyển
ñộng mong muốn của ô tô hoặc máy kéo.
Việc xác định các thơng số chuyển động phụ thuộc vào quy luật xuất
hiện của chúng là ñối tượng nghiên cứu ổn ñịnh chuyển ñộng, một vấn ñề thời
sự liên quan ñến tính chất ñiều khiển ñể tăng vận tốc chuyển ñộng của máy
kéo máy nông nghiệp trên hệ thống giao thông mở hiện nay.
ðối với máy kéo tiêu chuẩn, nhu cầu tối thiểu về tải trọng cầu trước ñể
ñảm bảo ổn định chuyển động là khoảng 25% trọng lượng tồn phần. Việc lắp
thêm các ñối trọng bổ sung và giới hạn vận tốc của máy kéo trên máy nơng
nghiệp đã tạo nên những hậu quả không mong muốn cho người sử dụng. Khi
sử dụng máy kéo trên ñường 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 ñộng trên dốc ngang, chuyển ñộng vòng…

Trượt ngang của máy kéo khi làm việc trên dốc ngang và việc xác
ñịnh giới hạn chuyển ñộng lệch của máy đã được cơng bố trên rất nhiều
cơng trình [1.2.3]. Tác ñộng 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 …………………………..

4


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

Giới hạn
chuyển ñộng

An toàn chuyển ñộng

Hành lang quét

Giới hạn nguy hiểm (Mức ñộ tận dụng giới hạn chuyển ñộng

Giới hạn

vận tốc

Lực kéo hoặc lực
phanh cực ñại

Lực ngang
cực ñại

Giới hạn lật đổ
Khi chuyển động

Ổn định

Ổn định

chuyển động

lái

Ổn
định
Sai
lệch do
nhiễu
giảm
dần

Khơng
ổn định
Lực

nhiễu
tạo nên
tác
động.
Lực
nhiễu
tăng
lên

Ổn
định
Mơ
men
đàn hồi
có xu
hướng
xoay
bánh
lái vềvị
trí giữa

Khoảng cách an
tồn Bề rộng qt
Chuyển

ðứng

động

im


Mơ
men tại
vơ lăng
có xu
hướng
tăng va
đập

Hình 1.1. Các khái niệm tính chất chuyển động

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

5


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 ñường. Kiến thức về cơ cấu
truyền lực tại các bánh xe chuyển ñộng là ñiều kiện cần thiết ñể xác ñịnh bằng
lý thuyết các trạng thái chuyển ñộng 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
ðối với trường hợp tổng quát của một bánh xe chủ ñộng chịu tải trên
ñường 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 ñường. Trên cơ sở biến dạng của lốp xe và đất tồn tại các thơng số
xác định điểm đặt và độ lớn của các lực (Hình 1.2). Trên các trục của hệ toạ
ñộ x, y, z xuất hiện các mơ men sau đây.
Mx = (Fy.Zs + G.YG) – Mơ men lật
My = (G.XG + TZ) – Mô men chủ động

Mz = (Fy.Xs + FT.Yt) – Mơ men đàn hồi

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

6


Việc nghiên cứu ñồng bộ tổng quát tương tác giữa lốp xe và mặt đường
địi hỏi phải xác định tất cả các thơng số với chi phí nghiên cứu rất lớn. Do
mơ 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 ñộng ổn ñịnh bỏ qua các ảnh hưởng ñộng lực học. Do lực
ngang, diện tích tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường bị dịch chuyển ñối xứng
so với mặt phẳng thẳng ñứng dọc khi bánh xe cịn chưa chuyển động. Nếu để
bánh xe lăn trên mặt ñường, phần tiếp xúc với ñường của bánh xe sẽ bị ñẩy
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 ñộng theo hướng R, lệch so với mặt phẳng thẳng ñứng dọc của bánh
xe một góc lệnh bên α . Các lực ngang xuất hiện khi chuyển động lệch bên
phân bố khơng đều theo chiều dài vùng tiếp xúc do đó điểm đặt lực Fy sẽ dịch
chuyển một khoảng XS so với vết trục bánh xe. Phản lực của mặt ñường lên
bánh xe xuất hiện khi chuyển ñộng 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 cịn phụ thuộc vào tính chất của lốp xe và điều kiện
mặt ñường.
1.2.2. Cấu tạo của các lốp xe dùng trong nơng nghiệp
Tính chất lệch bên phụ thuộc đặc biệt vào kết cấu của lốp xe, yếu tố tác
ñộng ñến ñộ cứng ngang và tạo lực bám với mặt ñường. 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 …………………………..

7


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.
ðể xác ñịnh khả năng chịu tải của bánh xe, thể tích khơng khí chứa trong
lốp xe giữ vai trị quyết định, sau đó là áp suất khơng khí xác định tải trọng
cho phép.
Khi có tác dụng của lực ngồi 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 ñộng 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 đường

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 q 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 tốn. 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 …………………………..

8


ðặc 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 thơng số riêng biệt ñã ñược nghiên cứu
nhưng ñến nay vẫn chưa ñược hệ thống hoá một cách ñầy ñủ một số tác giả đã
đưa ra tính chất đặc trưng trạng thái ñất theo ñộ ẩm và ñộ 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 ñộ ẩm và ñộ chặt của một số loại ñất ñã ñược nghiên cứu bằng thực
nghiệm. Nhờ đó đã xây dựng được các quan hệ ứng suất – biến dạng của đất
để xử lý tốn học về tương tác giữa lốp xe với mặt ñường biến dạng.
1.2.4. Hệ thống hóa các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động lệch bên
TÍNH CHẤT CHUYỂN ðỘNG LỆCH BÊN

ðIỀU KIỆN
HOẠT ðỘNG

Thơng số
Loại

hoạt động
hoạt động
- Góc lệch bên - Chủ động
- Tải trọng
- Phụ động
- Góc đỗ
- Bị phanh
- Vận tố lăn
- Áp suất lốp

BÁNH XE

Vành
- ðường kính
- Chiều cao
- Bề rộng

Lốp xe

Kết cấu lốp

Hỗn hợp
cao su

Kết cấu
trung gian

Lớp bố

MẶT ðƯỜNG


Mặt ngồi
lốp

Cứng
Tính chất
ma sát

Biến dạng
- ðộ ẩm đất
- ðộ chặt
- ðộ rỗng
- ðộ rính
- Góc ma sát trong
- Kết cấu đất

Kích thước
- ðường kính
- Bề rộng
- Chiều cao
- Bán kính tiếp xúc
- Bề rộng tiếp xúc

Hình 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất chuyển động lệch bên
của lốp xe
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………..

9



Từ hàng loạt các kết quả nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng từ mặt
ñường và bánh xe, phụ thuộc vào ñiều kiện hoạt ñộng của xe ñến chuyển
ñộng lệch bên của bánh xe, tác giả [1] ñã hệ thống hóa tất cả các yếu tố ảnh
hưởng đã biết trong hình 1.4.
ðược quan tâm trước hết là quan hệ phụ thuộc giữa lực ngang và mơ
men đàn hồi với góc lệch bên, tải trọng và áp suất lốp xe. Biểu diễn đồ thị
quan hệ của các thơng số này là các đặc tính bánh xe thoả mãn với một loại
lốp xe xác ñịnh theo mỗi trạng thái của mặt đường. Các đặc tính bánh xe có
vai trị là điều kiện đầu vào để tính tốn trạng thái chuyển động của ơ máy
máy kéo.
1.3. Tình hình nghiên cứu liên quan ñến ñề tài
Xuất phát từ mục ñích nghiên cứu của ñề tài cần ñánh 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 tốn tính chất
chuyển ñộng 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 ñây về lực ngang và lực cản lăn của bánh xe phụ
ñộng cứng trên các ñiều kiện ñất ñai khác nhau ñã 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 ñặc biệt vào các khả năng tiếp xúc khác
nhau giữa bánh xe với mặt ñường. Kết quả ño tại bánh trước máy kéo và ảnh
hưởng của lực chủ động đến tính chất chuyển động lệch bênh của bánh xe chủ
ñộng ñược thực hiện trên thiết bị treo sau máy kéo [5]. Tuy nhiên do hạn chế
về kỹ thuật đo mà khơng 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 …………………………..

10



như các thơng số biến đổi như lốp xe, mặt ñường. Nghiên cứu toàn diện ñầu
tiên ñể xác ñịnh lực ngang tại bánh hơi riêng lẻ chuyển ñộng lệch bên ñược
thực hiện như ño lực ngang, lực cản lăn, ñộ sâu vết bánh xe và ñộ trượt khi
thay ñổi ñường kính lốp xe, bề rộng, áp suất trong lốp xe, tải trọng và góc
lệch bên. Lực cản lăn và lực ngang được tính tốn theo các định luật cơ học
đất [6]. Với sự phát triển hệ thống ño cơ ñộng 6 kênh ñã cho khả năng nghiên
cứu quan hệ tương tác giữa lực chủ ñộng, ñộ 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
tốn gần đúng về tính tính chuyển động của một máy kéo cầu sau chủ ñộng và
2 cầu chủ ñộng trên dốc ngang và trên đường vịng. Kết quả nghiên cứu cho
thấy, ảnh hưởng qua lại giữa lực ngang và lực chủ ñộng ñã tác ñộng mạnh
ñến chuyển ñộng của máy kéo.
1.3.2. Thiết bị thí nghiệm để xây dựng đặc tính bánh xe
ðể nghiên cứu tính truyền lực, kéo bám giữa bánh xe với mặt đường đã
có nhiều cơng trình lực, kéo bám giữa bánh xe với mặt đường đã có nhiều
cơng trình cơng 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 động để nghiên cứu chuyển động 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 ñịnh ñược các yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất
+ Lực ngang
+ Mơ 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 …………………………..


11


- Phù hợp với điều kiện thí nghiệm trên đồng ruộng
- Có thể áp dụng cho các bánh xe có ñường kính từ 700 ñến 1700 mm.
Thiết bị thí nghiệm, cịn 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 ñược liên kết với cơ cấu treo sau của máy kéo ZT.300, ñảm bảo ln
song song với mặt phẳng đường chạy khi đi qua mặt đường khơng phẳng. ðể
phù hợp với nhiều lốp xe có đường kính khác nhau có thể điều chỉnh ñược
chiều cao của khung. Sơ ñồ kết nối thiết bị với máy kéo và định nghĩa các
thơng số đo được giới thiệu trên hình 1.5

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

12


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

Hình 1.6 Bố trí các vị trí đo trên thiết bị đo lực ngang
ðể đo lực ngang, góc lệch bên được sử dụng là thơng số điều khiển, có
thể thay đổi vơ cấp từ 0 ñến 350. Việc ñiều chỉnh góc lệch bên ñược 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 …………………………..

13


Hình 1.7. Sơ đồ kết nối hệ thống đo và xử lý tín hiệu
Tín hiệu đo lực và mơ men ñược xác ñịnh bằng các cảm biến ñiện 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 ñược 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 …………………………..

14


1.3.2.2. Thiết bị thí nghiệm bánh xe máy kéo xây dựng trong rãnh đất [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 ñộng và một thiết bị kéo.

Hình 1.8. Bản vẽ lắp thiết bị thí nghiệm
Xe thí nghiệm và các phần tử truyền động ñược 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 động
thuỷ lực của thiết bị


Bánh xe thí nghiệm được truyền động bởi một ñộng cơ ñiện 40ml qua
một bộ truyền thuỷ tĩnh trong một mạch thuỷ lực hở (Hình 1.11). Bộ truyền
thuỷ tĩnh biến ñổi 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 …………………………..

15


chuyển ñộng quay tại ñộng 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 đồ mạch thuỷ lực truyền động 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 cơn
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

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

16