Nghiên cứu xác định một số thông số sử dụng và kết cấu hợp lý cho liên hợp máy thu hoạch nghêu

1
ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Sự cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Nước ta có bờ biển dài, có tiềm năng rất lớn về phát triển nuôi trồng thủy
hải sản. Trong số các loài thủy hải sản, nuôi nghêu là một trong những nghề đem
lại lợi ích kinh tế lớn. Nghêu hay ngao là tên gọi dùng để chỉ các loại động vật
thân mềm hai mảnh vỏ (nhuyễn thể) thuộc họ Veneridae chuyên sống ở vùng
nước ven biển có độ mặn cao, nước trong, nhiều đất cát sỏi phân bố chủ yếu ở
vùng biển nhiệt đới và cận nhiệt đới. Đây là loại hải sản có giá trị kinh tế cao, dễ
nuôi, không tôn nhiều công chăm sóc.
Nuôi nghêu không tốn thức ăn vì nghêu là động vật ăn lọc, không có khả
năng chủ động săn mồi và chọn lọc thức ăn, 90% thức ăn là mùn bã hữu cơ, còn
lại là sinh vật phù du chủ yếu là tảo silic, tảo giáp, tảo lam, tảo lục và tảo kim có
sẵn trong môi trường sinh sống. Thịt nghêu là loại thực phẩm có giá trị dinh
dưỡng cao, thơm ngon được nhiều người ưa thích (chiếm 56% protein tính theo
trọng lượng khô). Nghêu sinh trưởng rất nhanh, sức sinh sản lớn, sản lượng khai
thác hàng năm tương đối cao, phục vụ tiêu thụ nội địa và xuất khẩu, chính vì thế
chúng trở thành đối tượng kinh tế của ngư dân vùng ven biển nước ta đặc biệt là
vùng Đồng bằng sông Cửu Long làm cho nghề nuôi nghêu phát triển tuy vậy
cũng cần đặt ra vấn đề khai thác hợp lý để bảo vệ nguồn lợi này.
Nuôi nghêu ở Việt Nam hiện nay đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn, làm hồi sinh
nhiều vùng đất ven biển trước đây bị bỏ hoang, tạo việc làm và thu nhập ổn định
cho một bộ phận cư dân nghèo sinh sống ở ven biển, góp phần xóa đói giảm
nghèo và đảm bảo an sinh xã hội.
Tiềm năng và định hướng phát triển của nghề nuôi nghêu được thể hiện rõ
qua quyết định phê duyệt quy hoạch phát triển nuôi nhuyễn thể hàng hóa tập
2
trung đến năm 2020, của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn; trong đó có
Quy hoạch vùng nuôi nghêu, sò đến năm 2015 và năm 2020 cho các tỉnh đồng
bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) như: Cà Mau, Bạc Liêu, Tiền Giang, Sóc Trăng,
Kiên Giang, Bến Tre và Trà Vinh, với tổng diện tích đến năm 2015 là 28.110 ha

và năm 2020 phát triển lên 35.690 ha.
Quyết định Quy hoạch nêu rõ: đến năm 2015, diện tích nuôi nghêu 15.950
ha, sản lượng 142.700 tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 114,16 triệu USD; diện tích
nuôi sò 12.160 ha, sản lượng 63.320 tấn, kim ngạch xuất khẩu 73,95 triệu USD.
Đến năm 2020, diện tích nuôi nghêu 20.590 ha, sản lượng 206.300 tấn, kim
ngạch xuất khẩu đạt 198,03 triệu USD; diện tích nuôi sò 15.100 ha, sản lượng
102.688 tấn, kim ngạch xuất khẩu 154,02 triệu USD. Một trong những công việc
tốn nhiều sức lao động nhất trong quá trình nuôi nghêu là khâu thu hoạch. Thu
hoạch nghêu ở nước ta còn thủ công nên năng suất và chất lượng thấp, theo khảo
sát 60 người trong ba giờ thu hoạch được khoảng 0,8 tấn nghêu.
Với diện tích và sản lượng lớn, tăng đều hàng năm như vậy, việc cơ giới hóa
khâu thu hoạch nghêu, mà cụ thể là thiết kế, chế tạo máy thu hoạch nghêu đáp
ứng được các yêu cầu kỹ thuật - công nghệ, thay thế cho công việc thu hoạch thủ
công hiện nay là một việc làm cấp thiết, nhằm nâng cao năng suất chất lượng sản
phẩm, giảm chi phí sản xuất, thỏa mãn tối đa tính thời vụ cũng như các yêu cầu
ngày càng cao cho tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.
Để có thể tạo ra một LHM thu hoạch nghêu hoàn thiện với đầy đủ các tính
năng kinh tế - kỹ thuật – công nghệ hoàn chỉnh, đáp ứng tốt các yêu cầu công
việc, cần phải thực hiện đầy đủ nhiều công đoạn phức tạp khác nhau liên quan
đến đối tượng tác động (con nghêu), điều kiện làm việc (nền đất), nguồn động
lực (máy kéo) và bộ phận công tác (máy thu hoạch).
3
Trên cơ sở thực hiện một phần công việc nằm trong đề án thiết kế chế tạo
Liên hợp máy thu hoạch nghêu cho các vùng nuôi nghêu ven biển nước ta, trong
phạm vi giới hạn và yêu cầu của một luận văn Thạc sỹ kỹ thuật cơ khí, tác giả đề
xuất đề tài:
“Nghiên cứu xác định một số thông số sử dụng và kết cấu hợp lý cho
liên hợp máy thu hoạch nghêu”.
2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu đến tính năng

kinh tế - kỹ thuật của liên hợp máy, nhằm xác định giá trị hợp lý của các thông
số, góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu cho việc hoàn thiện thiết kế chế tạo và nâng
cao hiệu quả sử dụng LHM thu hoạch nghêu.
4
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng luận về tình hình chăn nuôi và thu hoạch nghêu ở nước ta
1.1.1. Tổng luận về tình hình chăn nuôi nghêu ở nước ta hiện nay
Nước ta có bờ biển dài (khoảng 3.260 km), có tiềm năng rất lớn về phát
triển nuôi trồng thủy hải sản. Trong chiến lược phát triển Nuôi trồng thuỷ sản
hiện nay, động vật thân mềm được xem là đối tượng ưu thế và đầy triển vọng.
Với vai trò quan trọng làm thực phẩm, đa dạng đối tượng nuôi, góp phần vào
việc làm sạch môi trường, ổn định sinh thái, là thành viên không thể thiếu trong
nghề nuôi bền vững. Trong các loại động vật thân mềm thì nghêu là loài khá dễ
nuôi, ít bệnh tật, không tốn thức ăn, thị trường dễ tiêu thụ, lợi nhuận cao. Nghề
nuôi nghêu ven biển nước ta đã có những bước phát triển mạnh mẽ về diện tích,
sản lượng nuôi cũng như mức độ thâm canh trong những năm qua vì vậy ở nước
ta hiện nay, nghêu được nuôi nhiều ở các tỉnh ven biển phía Nam như Tiền
Giang (Gò Công Đông) khoảng 2.300 ha, Bến Tre (Bình Đại, Ba Tri, Thạnh
Phú) khoảng 4.420 ha, Trà Vinh (Cầu Ngang, Duyên Hải) khoảng 1.500 ha, Sóc
Trăng (Vĩnh Châu) khoảng 1.000 ha, Bạc Liêu (Bạc Liêu, Vĩnh Lợi, Ngọc Hiển)
Khoảng 222 ha, ven biển Cần Giờ (thành phố Hồ Chí Minh) khoảng 2.000 ha.
Bên cạnh đó nghề nuôi nghêu ở một số tỉnh ven biển miền Bắc và Bắc Trung bộ
có những bước phát triển mạnh mẽ trong những năm qua, đã mang lại nguồn thu
lớn cho nhiều nông hộ, góp phần phát triển kinh tế xã hội ở nhiều địa phương.
Kết quả điều tra cho thấy Thái Bình có diện tích và sản lượng nghêu nuôi lớn
nhất (khoảng 1.984ha) tiếp theo là Nam Định (khoảng 1.708ha), Thanh Hóa
(khoảng 960ha), Quảng Ninh (khoảng 1.271ha) Hà Tĩnh có diện tích nuôi
(khoảng 200ha). và một số tỉnh duyên hải Bắc và Trung bộ.
5

Vùng nhiệt đới Tây Thái Bình Dương, từ Đài Loan đến Việt Nam
(duyên hải Nam bộ) rất phù hợp cho loài Nghêu Bến Tre (Meretrix lyrata) sinh
trưởng và phát triển. Nghêu Bến Tre là loài động vật thân mềm 2 mảnh vỏ
(Bivalvia), ở nước ta chúng phân bố tự nhiên ở khu vực vùng triều cửa sông ven
biển các tỉnh miền Tây Nam bộ như: Gò Công Đông (Tiền Giang), Cầu Ngang,
Duyên Hải (Trà Vinh), Bình Đại, Ba Tri, Thạnh Phú (Bến Tre), Vĩnh Châu (Sóc
Trăng); Môi trường sống của nghêu là các bãi có chất đáy cát bùn, chịu được
độ mặn từ 7-25 ‰. Hình dạng: vỏ hình tam giác, nghêu lớn có chiều dài 40-
50mm, chiều cao 40-45mm và chiều rộng 30-35mm. Từ năm 1999 trong việc tìm
kiếm đối tượng nuôi phù hợp với điều kiện khí hậu của miền Bắc, nghêu Bến Tre
được người dân đưa vào nuôi thử nghiệm ở một số vùng cửa sông ven biển và đã
cho kết quả tốt.
Hình 1.1. Nghêu Bến Tre.
6
Nghêu Bến Tre là đối tượng đang được người dân quan tâm bởi giá trị
dinh dưỡng của nó. Thịt thơm ngon có nhiều chất dinh dưỡng trong đó Prôtêin
chiếm 15,66%, Lipit chiếm 3,43%, khoáng chiếm 3-13% và đang là một trong
những mặt hàng hải sản có giá trị xuất khẩu cao. Đặc biệt tháng 10/2008 Hội
đồng bảo tồn biển quốc tế vừa cấp giấy chứng nhận tiêu chuẩn thương hiệu MSC
(Marine Sterwarship Council) cho nghêu Bến Tre trở thành đặc sản biển đầu tiên
của cả khu vực Đông Nam Á. Sự công nhận này sẽ giúp con nghêu Bến Tre có
nhiều cơ hội xuất khẩu sang nhiều thị trường trong khu vực và trên thế giới.
Đặc điểm tự nhiên vùng chăn nuôi nghêu
Nghêu là loài sống vùi phân bố trên các bãi biển, eo vịnh có đáy là cát
pha bùn. Theo nghiên cứu chỉ tiêu môi trường của nghêu ở đồng bằng sông Cửu
Long cho thấy nghêu thường phân bố nhiều ở nơi nền đáy có tỷ lệ cát 68 - 75%,
tỷ lệ sét 21 - 31%, đất thịt có tỷ trọng thấp < 7%. Bãi nghêu phân bố thường ở
gần cửa sông có sóng gió nhẹ, có nguồn nước ngọt chảy vào. Chúng phân bố từ
vùng trung triều, hạ triều, cho đến độ sâu 1-2m nước, có khi bắt gặp ở cả độ sâu
2-4m. Trong tự nhiên chưa gặp loài này ở đáy bùn nhuyễn hay bùn cát. Nghêu là

loài rộng nhiệt: Chúng có thể sống trong điều kiện nhiệt độ từ 5 - 35
o
C, khoảng
nhiệt độ thích hợp cho nghêu phát triển là 28-31
o
C, tốc độ dòng chảy 0,1 - 0,25
m/s, hàm lượng oxy hoà tan khoảng 4 - 6 mg/l, pH 6-9, độ mặn dao động từ 19-
26%0 độ mặn phù hợp cho ngao phát triển nhất là 22-25%0.
Nghêu sinh trưởng theo mùa, đặc biệt là vào mùa mưa, chất hữu cơ từ các
cửa sông đổ ra nhiều, nghêu mau lớn, sinh trưởng nhanh. Nghêu là loài phân tính
đực cái riêng, chưa gặp hiện tượng lưỡng tính. Khi tuyến sinh dục thành thục, nó
căng lên như hai múi bưởi, màu nâu nhạt. Số trứng trong noãn sào con cái
3.168.000 - 8.650.000, trung bình 5.362.000 trứng trong một cá thể. Đây là loài
7
sinh sản quanh năm, nhưng tập trung vào tháng 1 đến tháng 2 và tháng 7 đến
tháng 8. Tỷ lệ đực cái trung bình 1:1, 5. Một con nghêu cái có thể đẻ hàng triệu
trứng một lần. Đẻ trung bình 5 triệu trứng/cá thể. Ấu trùng nghêu sống trôi nổi
trong nước một thời gian thì hình thành vỏ rồi chìm xuống đáy.
Nghêu “cám” bé bằng nửa hạt gạo, vỏ mỏng, dẹp, nặng 0,04-0,07 g
(15.000-25.000 con/kg) vùi sâu xuống cát khoảng 1 cm, lên kiếm ăn theo thủy
triều và thường bị sóng cuốn và dòng triều đưa đi tương đối xa, có khi dạt lên
cao, bị phơi khô mà chết. Sau khoảng hơn 1 tháng, nghêu cám lớn thành nghêu
giống, nặng 0,16-0,20 g (5.000-6.000 con/kg), vỏ đã tương đối cứng, có thể đem
ươm ở các bãi. Chọn bãi nuôi nghêu ở vùng gần bờ, cách khoảng 500 m; không
quá gần cửa sông (vùng nước ngọt đổ ra biển); cách xa nơi bị ô nhiễm từ nguồn
nước thải nội địa, nhất là nơi thải của các loại hóa chất; ít bị sóng gió tác động,
thuận tiện cho việc chăm sóc và quản lý. Mặt bãi cần bằng phẳng, không ứ đọng
nước nhiều, có chế độ thủy triều lên xuống đều đặn, khi nước rút thì bãi hoàn
toàn cạn (thời gian phơi bãi khoảng 5-6 giờ/ngày). Chất đáy là cát bùn, trong đó
cát chiếm từ 70-90%.

Trước khi thả giống, cần nhặt bỏ các tạp chất có trong bãi, cắm cọc và rào
lưới chắn xung quanh.
Nghêu là loại động vật ăn lọc, 90% thức ăn là mùn bã hữu cơ, còn lại là
sinh vật phù du-chủ yếu là tảo silic, tảo giáp, tảo lam, tảo lục và tảo kim. Nghêu
ăn và tăng trưởng mạnh từ tháng thứ hai đến tháng thứ năm. Mưa lũ làm giảm độ
mặn, khiến nghêu ít ăn và chậm lớn.
Khi nghêu tăng trưởng, khối lượng thịt tăng chậm hơn so với vỏ. Cứ 100
kg nghêu cỡ 35-37 mm (45-50 con/kg), ta thu được 7,7-8,3 kg thịt; nhưng với
8
100 kg nghêu to cỡ 49-50 mm (19-21 con/kg) thì chỉ thu được 6,7-7,3 kg thịt. Vì
vậy không nên để nghêu quá lớn mới thu hoạch.
1.1.2. Năng suất và các phương pháp thu hoạch nghêu ở nước ta
Năng suất nuôi nghêu
Theo khảo sát hiện nay năng suất nuôi nghêu trung bình là 20-25 tấn/ha,
nhưng nếu người nuôi có kinh nghiệm và kỹ thuật cao, chăm sóc tốt thì có thể
đạt 50-55 tấn/ha, như vậy nếu mật độ nghêu phân bố đều thì mỗi m
2
bãi nuôi có
thể thu hoạch từ 2 đến 5,5 kg nghêu thịt.
Thu hoạch
Thu hoạch nghêu là khâu nặng nhọc, chiếm nhiều nhân công nhất trong
quy trình nuôi nghêu và quyết định rất nhiều đến năng suất. Giá ngày công lao
động vào thời vụ thu hoạch cao gấp 1,5 – 2 lần so với ngày thường.
Để có thể thiết kế chế tạo ra máy thu hoạch nghêu có các đặc tính kỹ thuật phù
hợp, đáp ứng các yêu cầu về năng suất, chất lượng khâu thu hoạch nghêu, cần
thiết phải có các nghiên cứu đồng bộ liên quan đến đặc tính sinh trưởng, kỹ thuật
nuôi nghêu, đặc điểm địa hình, tính chất đất, điều kiện khí hậu thời tiết thủy văn
vùng bãi nuôi nghêu và các hình thức thu hoạch nghêu đã và đang được áp dụng.
Thời gian thu hoạch quanh năm. Khi nghêu đạt kích cỡ thương phẩm
trung bình từ 40 - 60 con/kg. Mùa thu có chất lượng cao vào tháng 4 - 7.

Thu hoạch nghêu lúc đạt kích cỡ vừa (dài khoảng 30-40mm), sau 8-10 tháng
nuôi. Chọn thu hoạch vào lúc cuối mùa mưa, là lúc nghêu mập, nặng ký, ngon.
Tiến hành thu hoạch vào lúc triều rút, lúc chúng đã được ăn no và thải ra các
thức ăn thừa thãi, chỉ giữ lại nước nên thịt nghêu sẽ rất sạch (ngược lại, lúc triều
lên, nghêu thường ngậm cát, bùn).
9
Hình1.2. Khai thác nghêu thủ công
Khai thác nghêu hiện nay còn rất thủ công, người khai thác nghêu dùng
cào sắt để cào nghêu. Sau một ngày làm việc mỗi người chỉ cào được khỏang 60-
70kg. nên chi phí cho khâu thu hoạch là rất lớn đồng thời không đảm bảo được
tính thời vụ. Một hình thức thu hoạch cho năng suất cao hơn là dùng áp lực và
lưu lượng nước từ bơm nước để gom và làm sạch nghêu, tuy nhiên hình thức thu
hoạch này yêu cầu phải có nguồn nước gần bãi nuôi, gây xáo trộn bề mặt vùng
bãi nuôi sau thu hoạch.
10
1.2. Tình hình cơ giới hóa thu hoạch nghêu ở trong nước và ngoài nước
1.2.1. Tình hình cơ giới hóa thu hoạch nghêu ở ngoài nước
Nghêu hiện nay đã được nuôi theo hình thức tập trung ở các nước thuộc
khu vực châu Á như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đài Loan…, tuy nhiên
quy mô còn ở mức độ nhỏ vì vậy nhu cầu cơ giới hóa khâu thu hoạch chưa cao,
hiện nay hình thức thu hoạch chủ yếu vẫn là thủ công và sử dụng một số công cụ
hỗ trợ năng suất thấp.
1.2.2. Tình hình cơ giới hóa thu hoạch nghêu ở trong nước
Từ khi nghề nuôi nghêu ở nước ta hình thành và phát triển đến nay việc
thu hoạch nghêu hoàn toàn bằng thủ công. Khi thủy triều hạ dần để lộ những bãi
nghêu còn xâm xấp nước thì những người bắt nghêu dùng lưỡi cào hớt nhẹ lên
lớp cát để nhặt nghêu. Lưỡi cào rà đến đâu, nghêu hiện ra đến đó, được họ nhặt
cho vào gùi. Công việc cào nghêu chỉ kết thúc khi con nước bắt đầu lên cao.
Dụng cụ cào nghêu đơn giản chỉ là một cào sắt nhỏ có từ 5 đến 7 răng
nhưng công việc lại hết sức vất vả vì phụ thuộc vào thủy triều. Những người gắn

bó với nghề này nắm rõ quy luật lên xuống của con nước để kịp đi cào nghêu khi
nước vừa rút.
Sử dụng bơm nước tạo áp suất của dòng nước để loại bỏ lớp cát bề mặt và
gom nghêu thành đống là hình thức thu hoạch đã được ứng dụng tại một số vùng
chăn nuôi nghêu tập trung. Phương pháp thu hoạch này cho năng suất khá cao,
chất lượng nghêu thu hoạch đảm bảo về độ sạch, nhưng phụ thuộc nhiều vào vị
11
trí nguồn nước, gây xáo trộn bề mặt sau thu hoạch và chất lượng nghêu thương
phẩm không cao do nghêu bị ngậm cát.
Hiện nay Viện phát triển công nghệ Cơ – Điện Trường Đại học Nông
nghiệp Hà Nội đã nghiên cứu thiết kế chế tạo một LHM thu hoạch nghêu cỡ nhỏ
năng sất 0.5 ha/h, có khả năng thu gom, phân loại và di chuyển ổn định trên nền
đất yếu. Hiện nay máy đang được thử nghiệm để tiếp tục hoàn thiện kết cấu và
nguyên lý làm việc, đặc biệt là cho các bộ phận máy công tác và hệ thống di
động, để có thể đáp ứng tốt nhất các yêu cầu công việc thu hoạch nghêu.
Hình 1.3. Mô hình máy thu hoạch nghêu
12
1.3. Cơ sở lý thuyết tính toán thành lập liên hợp máy
1.3.1. Tính chất cơ lý của đất
Các tính chất cơ học của đất có ảnh hưởng trực tiếp đến các thành phần tác
động lên dải xích của máy kéo từ đó làm ảnh hưởng đến khả năng kéo bám của
hệ thống di động máy, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc và các chỉ tiêu kinh tế,
kỹ thuật khác của liên hợp máy kéo.
Việc nghiên cứu sâu về các tính chất cơ lý của đất đã có chuyên ngành
riêng, đó là cơ học đất. Trong phạm vi đề tài luận án, tác giả chỉ tập trung nghiên
cứu một số tính chất cơ bản liên quan đến khả năng và hiệu suất làm việc của các
liên hợp máy kéo.
Nhiều công trình nghiên cứu về sự tương tác giữa hệ thống di động của ô
tô, máy kéo với nền đất đã khẳng định khả năng chống biến dạng của đất theo
phương pháp tuyến (vuông góc với nền đất) và theo phương tiếp tuyến (song

song với nền đất) gây ảnh hưởng lớn nhất đến các chỉ tiêu kéo bám, khả năng lái,
hiệu quả phanh, và ảnh hưởng đến tính ổn định chuyển động của liên hợp máy.
Dưới tác động của hệ thống đi động sẽ làm cho các phần tử đất xê dịch
theo các phương khác nhau và xuất hiện các ứng suất theo các phương đó. Để
tiện cho việc nghiên cứu, thông thường người ta phân tích các ứng suất theo hai
thành phần: thành phần pháp tuyến
σ
và thành phần tiếp tuyến
τ
. Thông qua
các quy luật thay đổi và các giá trị giới hạn của các ứng suất này ta có thể đánh
giá khả năng chống biến dạng và khả năng mang tải của nền đất tiếp xúc với dải
xích của máy kéo. Các thông số này thường được sử dụng làm thông số đầu vào
cho các mô hình nghiên cứu tính chất kéo bám của hệ thống di động máy kéo.
13
Các tính chất cơ lý của đất được nghiên cứu khá sâu ở các công trình
nghiên cứu của N.A Xưtôvich, M.G Becker, GS.TSKH Phạm Văn Lang, TS
Phạm Văn Ngân. Các tính chất này của đất ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng di
chuyển của máy kéo.
1.3.2. Khả năng chống nén của đất
Để nghiên cứu khả năng chống nén của đất thường người ta sử dụng thiết
bị chuẩn để ép đầu đo vào trong đất.
Quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến
σ
và biến dạng h trong quá trình nén
được thể hiện trong hình 1.4. Đồ thị này có tên gọi là đặc tính nén của đất hay
đường cong nén đất. Đặc tính nén của đất có thể chia thành 3 phần tương ứng
với ba giai đoạn của quá trình nén đất. Trong giai đoạn thứ nhất chỉ xảy ra sự
nén chặt làm cho các phần tử đất xích lại gần nhau, quan hệ giữa ứng suất và
độ biến dạng là tuyến tính. Trong giai đoạn thứ hai sự nén chặt đất vẫn tiếp

tục xảy ra nhưng đồng thời xuất hiện cục bộ hiện tượng cắt đất ở một số vùng
bao quanh khối đất. Khi đó ứng suất lớn hơn lực nội ma sát và lực dính giữa
các hạt đất, do đó biến dạng sẽ tăng nhanh hơn so với sự tăng ứng suất và
quan hệ giữa chúng là phi tuyến. Cuối giai đoạn hai ứng suất trên toàn bộ
vùng bao quanh khối đất lớn hơn nội lực ma sát và lực dính giữa các phần tử
đất, quá trình nén chặt đất kết thúc và bắt đầu xảy ra hiện tượng trượt hoàn
toàn giữa khối đất và vùng đất bao quanh nó và ứng suất pháp tuyến đạt giá trị
cực đại. Trong giai đoạn thứ ba chỉ xảy ra hiện tượng truợt của khối đất, ứng
suất không tăng nhưng biến dạng vẫn tiếp tục tăng. Ở một số loại đất trong
giai đoạn này ứng suất còn giảm xuống chút ít.
Sự xuất hiện ứng suất pháp tuyến trong đất là do tác động của ngoại lực
(lực nén). Khi tăng lực nén sẽ làm tăng ứng suất cho đến khi đạt đến ứng suất
14
cực đại, sau đó dù có tăng lực nén ứng suất không tăng nữa. Do đó ứng suất
cực đại σ
max
sẽ đặc trưng cho khả năng chống nén của đất. Giá trị cực đại
max
σ
và độ sâu h
*
phụ thuộc vào loại đất và trạng thái vật lý của nó. Do vậy
max
σ
thường được sử dụng để đánh giá khả năng chống nén và khả năng mang tải của
đất.
Sự biến dạng của đất theo phương pháp tuyến liên quan đến độ sâu của
vết bánh xe và do đó ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy kéo. Vì vậy đường
đặc tính nén đất được sử dụng như một cơ sở khoa học để tính toán thiết kế hệ
thống di động của máy kéo.

Khi chỉ nghiên cứu vùng quan hệ tuyến tính có thể sử dụng công thức đơn
giản nhất:
,hk
σ
=
(1 – 1)
Trong đó:
k – hệ số biến dạng thể tích, N/m
3
, phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất.
h – Độ biến dạng của đất, m.
Hình 1.4. Đặc tính nén của đất
h
h*
σ
σ
0
σ
max
I
II
III
0
15
Để mô tả toàn bộ đường cong, M.G Becker đã đề suất hàm số mũ:
0
,
n
k
k h

b
ϕ
σ
 
= +
 ÷
 
(1 – 2)
Trong đó:
0
k
– Hệ số bám, N/m
1+n
.
b – đường kính đầu đo, m.
k
ϕ
– Hệ số ma sát trong của đất, N/m
1+n
;
n – Chỉ số mũ.
h – Độ biến dạng của đất, m
Theo V.V Kasưghin, đường cong nén đất được mô tả theo hàm tang
Hypecpolic sẽ phù hợp với thực tế hơn, cụ thể ông đã đề suất công thức:
0
0
k
th h
σ σ
σ

=
(1– 3)
Trong đó:
0
σ
– là ứng suất giới hạn của đất khi nén bằng đầu đo, Pa.
k – hệ số biến dạng thể tích, N/m
3
;
h – độ biến dạng của đất.
Công thức (1– 3) là công thức tổng quát của các công thức (1 – 1) và
công thức (1 – 2). Thực tế ta khai triển hàm hypecpolic (1 – 3) theo dạng chuỗi
và chỉ lấy số hạng thứ nhất sẽ nhận được công thức (1 – 1), sau đó sử dụng một
vài phép biến đổi sẽ nhận được công thức (1 – 2).
1.3.3. Khả năng chống cắt của đất
Các yếu tố cơ bản để tạo ra lực chống cắt của đất là các thành phần lực
liên kết phần tử và lực liên kết do sức căng của bề mặt và lực nội ma sát trong
đất.
16
Trong quá trình cắt đất theo phương ngang xảy ra sự biến dạng và xuất
hiện các ứng suất tiếp tuyến. Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa biến
dạng
δ
và ứng suất
τ
có dạng như đồ thị trên hình 1.5.
Đối với đất chặt, ứng suất cắt cực đại
max
τ
và

0
δ
, sau đó giảm dần đến một
giá trị tới hạn nào đó
1
δ
τ
rồi xảy ra trượt hoàn toàn (đường 1). Đối với đất xốp
thì ứng suất cắt
τ
tang dần tới giá trị cực đại
max 2
τ
rồi xảy ra hiện tượng trượt
hoàn toàn, nghĩa là giá trị tới hạn bằng bằng giá trị cực đại
2
δ
τ
=
max 2
τ
(đường
2).
Khả năng chống cắt của đất được đặc trưng bởi ứng suất tới hạn của nó.
Giá trị ứng suất tới hạn
δ
τ
phụ thuộc vào loại đất và ứng suất pháp tuyến
τ
.

Trên hình 1.6a thể hiện đặc tính cắt đất rời khi thay đổi các giá trị ứng suất
pháp khác nhau. Với áp suất ngoài càng lớn thì ứng suất giới hạn
δ
τ
cũng càng
Hình 1.5. Đặc tính cắt của đất
1 - Đất chặt; 2 - Đất xốp
1
2
τ
τ
max1
τ
max2
= τ
δ2
τ
max1
τ
δ2
τ
max1
δ
τ
ma
x1
δ
0
τ
max1

0
τ
ma
x1
17
lớn. Quan hệ giữa ứng suất cắt
δ
τ
và ứng suất pháp
σ
là tuyến tính, thể hiện trên
hình 1.6b và được biểu diễn bởi công thức:
tg
δ
τ σ ϕ
=
. (1– 4)
Trong đó:
ϕ
- Góc ma sát của đất.
Đối với đất dính, quan hệ giữa ứng suất giới hạn và ứng suất pháp có dạng
như hình 1.6c và mối quan hệ đó được thể hiện bằng công thức:
0
tg
δ
τ τ σ ϕ
= +
, (1 – 5)
Trong đó:
0

τ
- Ứng suất cắt do lực dính gây ra.
a) b)
c)
Hình 1.6. Ảnh hưởng của tải trọng pháp
tuyến đến khả năng chống cắt của đất
a) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τ và
chuyển vị ∆ (1, 2, 3 với ba mức ứng
suất pháp tăng dần).
b) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τ
δ
và
chuyển vị σ khi cắt đất rời.
c) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τ
δ
và
chuyển vị σ khi cắt đất dính.
τ
∆
τ
max
1
0
τ
ma
x1
1
τ
ma
x1

2
τ
ma
x1
3
τ
ma
x1
τ
δ
σ
τ
max
1
0
τ
ma
x1
τ
δ
= σtgφ
τ
max1
φ
τ
δ
σ
τ
max
1

0
τ
ma
x1
τ
δ
= τ
0
+σtgφ
τ
max1
φ
τ
0
18
Trong thực tế, điều kiện làm việc của máy kéo thường chuyển động trên
các loại đất tự nhiên. Quá trình tương tác giữa hệ thống di động xích (xích hoặc
bánh xe) với nền đất xảy ra phức tạp hơn. Các mấu bám cắt đất theo 3 mặt: mặt
đáy, và 2 mặt cạch. Quan hệ giữa lực cắt T và tải trọng pháp tuyến N có dạng
như hình 1.7. Quá trình cắt đất có thể mô hình hóa như hình 1.8.
Lực chống cắt của đất biểu thị qua công thức :
T = T
0
+ Ntg
ϕ
(1 – 6)
Trong đó : T
0
– Lực dính.
N – Tải trọng pháp tuyến.

ϕ
- Góc ma sát trong.
Nếu chúng ta ký hiệu lực ma sát nghỉ là T
n
= T
max
và f
n
là hệ số ma sát nghỉ
thì ta có thể xác định chúng theo công thức sau :
Hình 1.8. Ứng suất sinh ra trong
đất do tác dụng của mẫu bám bánh
xe
v
τ
c
τ
c
τ
p
h
b
∆
Hình 1.7. Sự phụ thuộc lực cắt đất T
vào tải trọng pháp tuyến N
T
N
τ
ma
x1

0
τ
ma
x1

τ
ma
x1
T
0
τ
ma
x1
φ
τ
ma
x1
a
τ
ma
x1
19
T
n
= f
n
N ; f
n
=
0

T
tg
N
ϕ
+
;
Chia lực T
0
và N cho diện tích tiếp xúc A ta nhận được :
0
0
T
A
τ
=
- Là ứng suất chống cắt do lực dính tạo ra.
N
p
A
=
- Áp suất do tải pháp tuyến N gây ra.
Khi đó hệ số ma sát nghỉ có thể tính theo công thức:
f
n
=
0
tg
N
τ
ϕ

+
(1 – 7)
Qua công thức (1 – 7) ta thấy hệ số ma sát nghỉ phụ thuộc vào áp suất p
(với sự tăng p làm giảm f
n
). Đôi khi người ta còn gọi hệ số ma sát nghỉ là hệ số
ma sát nằm ngoài nhằm phân biệt ma sát trong f =
tg
ϕ
( trong đó
ϕ
là góc ma
sát trong).
Khi ngoại lực tác dụng lên đất bằng hoặc lớn hơn ma sát nghỉ thì sẽ xảy ra
sự trượt tương đối với nhau giữa các phần tử đất. Khi đó lực chống cắt sẽ được
tính theo lực ma sát trượt:

T f N
δ δ
=

Trong đó :
f
δ
- hệ số ma sát trượt.
Đôi khi hệ số ma sát trượt còn được gọi là hệ số ma sát trong. Hệ số này
phụ thuộc vào áp suất ngoài p. Thực nghiệm cho thấy rằng sự phụ thuộc của các
hệ số ma sát vào áp suất p có dạng như hình 1.9.
f
n

, f
δ
p
τ
ma
x1
0
τ
ma
x1
f
n
f
δ
Hình 1.9. Sự phụ thuộc của hệ số ma sát nghỉ f
n
và hệ
số ma sát trượt f
δ
vào áp suất p
20
Quan hệ giữa ứng suất cắt
τ
và độ biến dạng
Δ
cũng tương tự như thí
nghiệm cắt đất trong hộp kín.
Mô tả toán học đườn cong cắt đất
Đề mô tả đường cong cắt đất, M.G Becker đề xuất áp dụng dao động điều
hòa có dạng:

1 2
1 2
t t
X B e B e
α α
− −
= +
Trong đó:
1 1 2 2
, , ,B B
α α
- Các hệ số đặc trưng quá trình dao động.
M.G. Becker đã biến đổi phương trình trên để mô tả quan hệ giữa ứng suất
τ
và biến dạng
Δ
nhận được:
( )
(
)
(
)
{ }
2 2
0 2 2 1 2 2 1
exp 1 exp 1ptg k k k k k k
τ τ ϕ
   
= + − + − − − − −
   

   
Δ Δ
; (1 – 8)
Trong đó:
0
τ
ma
x1
Hình 1.10. Sự phụ thuộc ứng suất
cắt vào biến dạng
1 - Đất chặt; 2- Đất dẻo
1
2
τ
τ
max
= τ
n
τ
max2
= τ
δ2
τ
max1
τ
δ
τ
max
1
∆

τ
m
ax1
∆
0
τ
max1
0
τ
m
ax1
τ
δ
σ
τ
m
ax1
τ
0
τ
max
1
0
τ
m
ax1
τ
c
= τ
0

+ σf
δ
=
τ
max1
Hình 1.11. Sự phụ thuộc ứng suất
cắt giới hạn τ
δ
và ứng suất pháp σ
21
k
1
, k
2
– Các hệ số thực nghiệm xác định quá trình trượt của máy kéo xích;
∆ - Biến dạng của đất theo phương ngược với chuyển động của máy.
Công thức trên không được thực tế chấp nhận vì nó tồn tại một số nhược
điểm là công thức quá phức tạp và khó xác định được các hệ số thực nghiệm.
Ngoài ra, ý nghĩa của các hệ số này là không thực tế. Ví dụ, khi độ biến dạng đủ
lớn thì ứng suất giảm rất nhanh, khi k
2
>1, ∆  ∞ thì ứng suất cắt dần tới 0 (
τ
 0). Điều đó không phù hợp với quy luật thực tế.
Trên cơ sở phân tích lý thuyết về biến dạng dẻo và giới hạn chảy của đất,
ông G.I. Pokpovski (người Nga) đã đề xuất công thức:
2 4
1
1 3
c c

c e c e
τ
  
 ÷ ÷
 ÷ ÷
  
∆ ∆
= + −
(1 – 9)
Trong đó: c
1
, c
2
, c
3
, c
4
– Các hệ số thực nghiệm.
Phân tích công thức này có thể rút ra một số nhật xét:
Khi biến dạng ∆ đủ lớn, ứng suất cắt τ dần đến giá trị hằng số. Quá trình
cắt đất có thể chia thành 2 giai đoạn (2 pha): trong giai đoạn đầu ứng suất và
biến dạng cùng tăng vì
0
τ
∂
>
∂∆
, còn giai đoạn thứ hai ứng suất giảm dần vì
0
τ

∂
<
∂∆
. Giá trị giới hạn của hàm này tương ứng với quá trình cắt trượt của đất. Hàm này
sẽ có giá trị cực đại t
max
và chính là lực ma sát nghỉ.
Theo tính chất của hàm trên cho thấy bản chất về toán học và vật lý không
mẫu thuẫn nhau và tương đối phù hợp với các số liệu thực nghiệm.
Khái quát hoá các công thức (1 – 9) và sử dụng hàm hypebolic, ông V.V.
Kasưghin (người Nga) đã đề xuất công thức cho loại đất chặt:
22
1p
f
td
f th
k
ch
k
τ
δ
τ
τ
 
 ÷
 ÷
 ÷
 
 ÷
 ÷

 ÷
 ÷
 
 
∆
= +
∆
, (1–10)
Trong đó: f
td
– hệ số ma sát tương đương; k
τ
– hệ số biến dạng, m; p – áp
lực riêng trên đất, Pa; ∆ - biến dạng của đất, m.
Hệ số ma sát tương đương là hàm của hệ số ma sát nghỉ và ma sát trượt.
Đối với đất có độ ẩm trung bình, hệ số ma sát tương tương có thể xác định theo
công thức thực nghiệm:
0,825
2,55
f f
n
f
td
f
δ
δ
 
 ÷
 ÷
 

−
=
,
Hệ số biến dạng tỷ lệ với độ biến dạng ∆
0
và phụ thuộc vào hệ số ma sát
tương đương:
0
2
1 1
2
td
td
k
f
arc
f
τ
∆
=
 
+ +
 ÷
 ÷
 
,
Với độ chính xác tương đối, đất hoang hoá, độ ẩm trung bình, hệ số biến
dạng có thể tính theo công thức k
τ
= 0,4t (t – bước mấu xích của xích hoặc của

bánh xe).
Đối với đất dẻo (đường cong 2, hình 1.10), khi đó: f
n
= f
δ
và f
td
= 0, công
thức (1 – 10 ) được viết lại:
f pth
k
τ
δ
τ
∆
=
(1–11)
23
Công thức (1 – 10) và (1 – 11) cũng tương tự như công thức (1 – 3) mô tả
đường cong nén đất nhưng V.V. Kasưghin sử dung công thức (1 – 10) và (1 –
11) để mô tả đường cong và tính toán ứng suất tiếp khi thí nghiệm cắt đất.
1.4. Máy kéo xích
Máy kéo là loại xe tự hành bằng bánh lốp hoặc bằng dải xích. Nó có thể
chuyển động trên đường và có thể làm việc cả ở những nơi không có đường xá
hay trên đồng ruộng. Máy kéo được dùng làm nguồn động lực cho các máy công
tác đi theo chúng để hoàn thành các công việc trong nông, lâm, ngư nghiệp, công
nghiệp, giao thông vận tải, xây dựng v.v…
Trong nông nghiệp máy kéo được sử dụng để thực hiện nhiều dạng công
việc khác nhau như: Cày, bừa, gieo trồng, chăm sóc cây trồng, thu hoạch, vận
chuyển, v.v…Ngoài ra máy kéo cũng có thể làm nguồn động lực cho các máy

tĩnh tại như bơm nước, tuốt lúa, nghiền trộn thức ăn giá súc, v.v…
Trong lâm nghiệp, máy kéo được sử dụng để thực hiện các công việc như
làm đất trồng rừng, khai thác gỗ, nhổ rễ cây, vận chuyển gỗ, v.v…
Trong các công việc của sản xuất ngư nghiệp, máy kéo cũng được sử dụng
để vận chuyển, các công việc khác vẫn còn ở mức độ hạn chế.
Trong giao thông vận tải, máy kéo được dùng để vận chuyển hàng hóa
trên các đường xấu hoặc không có đường giao thông.
Đặc điểm chung của loại này là giảm được áp lực riêng trên đất và có khả
năng bám tốt, tuy nhiên kết cấu hệ thống di động phức tạp, giá thành cao. Máy
kéo xích thường được sử dụng để hoàn thành các công việc cần lực kéo lớn như
san ủi, cày bừa trên đất độ ẩm cao, nhổ và ủi gốc cây, v.v…
Các loại này dùng để kéo hàng nặng trên nền đất hoặc đường tạm thời.
Chúng còn dùng như một đầu kéo rơmooc hay là máy cơ sở của các máy xây
24
dựng (máy cạp, máy ủi, máy đào, cần trục, v.v…). Máy kéo xích có áp lực riêng
lên đất nhỏ, hiệu suất kéo và lực bám cao nên có khả năng thông qua lớn hơn
bánh lốp. Tốc độ di chuyển của chúng không quá 12 km/h, áp lực lên đất của
máy kéo xích là 0,1 MPa.
Thông số của máy kéo chủ yếu là lực kéo tại móc kéo, và cũng dựa vào đó
mà phân loại máy kéo thành từng nhóm. Lực kéo của móc kéo được xác định ở
vùng tốc độ làm việc chính 5 - 7 km/h đối với máy kéo bánh lốp. Lực kéo của
máy kéo xích gần bằng trọng lượng của nó. Các loại máy kéo công nghiệp
thường phân thành nhóm có sức kéo 100, 150, 200, 350, 500 kN. Các loại máy
kéo công nghiệp có các loại khác nhau để có thể làm máy cơ sở cho xe nâng
hàng, máy ủi, máy xới, v.v… Công suất động cơ của chúng phân bố trong một
miền rất rộng từ 50 - 1800 kW hoặc hơn.
Các bộ phận và hệ thống chính của máy kéo gồm: Động cơ, hệ thống
truyền lực, truyền lực các đăng, cầu chủ động, hệ thống di động, hệ thống treo
(hay còn gọi là hệ thống giảm xóc), hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệ
thống phanh, trang bị điện và các trang bị làm việc khác.

1.4.1. Hệ thống truyền lực
Hệ thống truyền lực là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm
truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô, máy kéo.
Hệ thống truyền lực có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mômen
quay truyền, cho phép máy kéo dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc, hệ
thống truyền lực còn có thể trích một phần công suất của động cơ để truyền đến
bộ phận làm việc của máy công tác. Phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của máy
kéo cụ thể mà trong hệ thống truyền lực của chúng có thể có một hai hay nhiều
cầu chủ động.
25
Cầu chủ động là tổ hợp của các cụm máy và cơ cấu cho phép các bánh chủ
động quay với tốc độ khác nhau để bảo đảm các bánh lăn êm dịu trên mặt đường
không bằng phẳng hay khi đi vào đường vòng, nó còn làm tăng tỷ số truyền
chung cho hệ thống truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy.
Truyền lực các đăng dùng để truyền mômen từ hộp số hay hộp phân phối
đến các cầu chủ động của ôtô máy kéo, hoặc từ truyền lực chính đến các bánh xe
chủ động trên cùng một cầu khi các bánh xe treo độc lập với nhau. Truyền lực
các đăng cho phép các trục của các bộ phận máy được truyền động không nằm
trong cùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương đối với nhau trong một
giới hạn nhất định.
Hệ thống truyền lực của máy kéo có sự khác nhau đáng kể so với hệ thống
truyền lực của ô tô. Các loại máy kéo bánh lốp hay bánh xích, thường không có
bộ vi sai, còn khi quay vòng sẽ hãm một trong các dải xích.
Hệ thống truyền lực của máy kéo có thể là cơ khí, cơ - thuỷ lực và điện
Hệ thống truyền lực cơ khí của máy kéo xích gồm: ly hợp ma sát, hộp số, trục
các đăng, truyền lực chính, ly hợp bên hay còn gọi là ly hợp chuyển hướng với
phanh đai, trưyền lực cuối cùng với bánh chủ động. Trên giá xích ở phía trước là
bánh xe chuyển hướng với cơ cấu căng xích. Truyền động cuối cùng làm tăng
mômen quay các bánh chủ động. Ly hợp chuyển hướng là một khớp nối ma sát
nhiều đĩa luôn đóng. Nếu bộ ly hợp chuyển hướng của một bên được mở, bên kia

quay thì công suất động cơ sẽ được truyền cho bán trục của phía có ly hợp đóng.
Bánh xích chủ động của bên ly hợp đóng sẽ quay. Kết quả là máy kéo sẽ quay
vòng về phía ly hợp mở.
Thường tại mỗi bộ ly hợp chuyển hướng có trang bị hệ thống phanh để
hãm khi cần thiết. Do đó nếu vừa mở ly hợp vừa phanh bán trục bên ly hợp mở