tóm tắt luận án tiến sĩ Nghiên cứu tính năng kéo bám của hệ thống di động xích máy nông nghiệp tự hành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM


ĐÀO HỮU ĐOÀN




NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG KÉO BÁM
CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG
XÍCH MÁY NÔNG NGHIỆP TỰ HÀNH




CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ : 62 52 01 03






TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

HÀ NỘI - 2015

Công trình hoàn thành tại:
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM


Người hướng dẫn: 1. PGS.TS. NGUYỄN NGỌC QUẾ
2. PGS.TS. NÔNG VĂN VÌN



Phản biện 1: PGS.TS. Lương Văn Vượt
Học viện Nông nghiệp Việt Nam


Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Văn Vịnh
Trường Đại học Giao thông Vận tải



Phản biện 3: PGS.TS. Hồ Hữu Hải
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận án sẽ được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án cấp Học viện họp tại:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Vào hồi , ngày tháng năm


Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Thư viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Máy kéo là nguồn động lực chủ yếu để thực hiện các khâu công
nghệ sản xuất trong nông nghiệp.
Do ngành công nghiệp chế tạo máy kéo còn non trẻ, phần lớn các
máy kéo có công suất trung bình trở lên phải nhập từ nước ngoài. Đối
với máy kéo xích kim loại, phần khó khăn nhất là chế tạo hệ thống di
động xích đòi hỏi công nghệ rất cao, chúng ta chưa chế tạo được.
Gần đây, trên thế giới đã phát triển nhanh các loại xích cao su lắp
trên các liên hợp máy nông nghiệp tự hành. Các loại máy kéo xích cao
su cũng đã được nhập vào Việt Nam, phổ biến hơn cả là các liên hợp
máy gặt đập được nhập từ Trung Quốc. Ưu điểm lớn nhất của xích cao
su là giá thành rẻ, lại phù hợp với điều kiện đồng ruộng có độ ẩm cao.
Vì vậy, đề tài luận án: “Nghiên cứu tính năng kéo bám của hệ
thống di động xích máy nông nghiệp tự hành” nghiên cứu sâu về xích
cao su đặt ra là cấp thiết, có tính thời sự. Đây là hướng nghiên cứu
mang tính thực tiễn cao góp phần hoàn thiện những cơ sở khoa học cho
việc chế tạo cũng như khai thác có hiệu quả hơn các máy kéo xích ở
Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng chương trình tính toán xác định tính chất kéo bám của
máy kéo xích cao su, cho phép khảo sát ảnh hưởng của một số thông số
kết cấu và sử dụng đến tính chất kéo bám của máy kéo xích từ đó góp
phần hoàn thiện các thông số kết cấu đối với máy kéo xích cao su chế
tạo trong nước.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là xác định tính chất kéo bám

của hệ thống di động xích cao su trên máy kéo mới thiết kế và chế tạo
trong nước (mẫu thử nghiệm - B2010) khi máy kéo này làm việc trên
đất phù xa sông Hồng.
4. Nhiệm vụ của luận án
− Nghiên cứu xây dựng mô hình lý thuyết về tính chất kéo bám
của máy kéo xích cao su, trên cơ sở kế thừa và phát triển một số công
2
trình nghiên cứu của các công trình trước đã công bố.
− Xây dựng chương trình tính toán và mô phỏng để khảo sát một
số yếu tố ảnh hưởng của các yếu tố cấu tạo và sử dụng đến các chỉ tiêu
kéo của máy kéo.
− Nghiên cứu thực nghiệm để xác định các thông số đầu vào cho
mô hình lý thuyết và kiểm chứng mô hình.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Công trình luận án lần đầu tiên thực hiện ở Việt Nam, đã nghiên
cứu sâu các mối quan hệ phức tạp giữa hệ thống di động xích cao su
với đất nông nghiệp có độ ẩm cao.
Mô hình nghiên cứu lý thuyết và chương trình mô phỏng số là
những tiền đề cho các nghiên cứu phát triển tiếp theo trong lĩnh vực
tính toán thiết máy kéo xích cao su ở Việt Nam.
Kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng vào việc hoàn thiện tính
toán thiết kế và chế tạo máy kéo xích cao su công suất 30 mã lực, thuộc
dự án sản xuất thử nghiệm cấp Bộ mã số B2013-11-04DA giai đoạn
2013-2014.
Luận án cũng là một tài liệu tham khảo hữu ích cho các chuyên
gia làm công tác trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp, làm tài liệu học tập
và giảng dậy trong lĩnh vực đạo tạo đại học và sau đại có chuyên ngành
liên quan.
6. Những đóng góp mới của luận án
− Xây dựng được mô hình tương tác giữa hệ thống di động xích

cao su với đất nông nghiệp Việt Nam trên cơ sở kế thừa và phát triển
mô hình lý thuyết của mô số tác giả trước đã công bố. Đây là công trình
nghiên cứu lần đầu tiên được thực hiện ở Việt Nam.
− Xây dựng được thuật giải và chương trình mô phỏng trên máy
tính, cho phép khảo sát nhiều yếu tố kết cầu và điều kiện sử dụng đến
các chỉ tiêu kéo bám của máy kéo. Các kết quả mô phỏng là những cơ
sở cần thiết giúp cho việc lựa chọn các thông số cơ bản khi tính toán
thiết kế máy kéo và lựa chọn các chế độ sử dụng hợp lý.
− Phương pháp và mô hình nghiên cứu thực nghiệm đã nối kết
3
được giữa các quan hệ lý thuyết với kỹ thuật đo hiện đại, đáp ứng tốt
các nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo trên đồng ruộng.
- Các kết quả của luận án đã được áp dụng để nghiên cứu hoàn
thiện mẫu máy kéo xích cao su B2010, thuộc Dự án sản xuất thử
nghiệm mã số B2013−110−04DA. Và có thể làm tài liệu tham khảo
cho trong các nghiên cứu tiếp theo và phục vụ đào tạo đại học và sau
đại học chuyên ngành cơ khí động lực.

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
1.1. Tính chất cơ lý của đất
Có nhiều tiêu chuẩn để đánh giá tính chất cơ lý của đất nhưng
trong nghiên cứu tương tác xe - đất thì độ ẩm, khả năng chống nén, và
khả năng chống cắt của đất là các tính chất rất quan trọng khi nghiên
cứu tương tác xe - đất. Theo đó, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu
thực nghiệm và mô tả toán học gần đúng các đặc tính nén đất và cắt đất
để đưa vào các mô hình nghiên cứu lý thuyết kéo bám của máy kéo.
1.2. Tổng quan về xích máy kéo nông nghiệp
Kết cấu của xích gây ảnh hưởng rấ lớn đến hiệu quả làm việc của
các máy kéo xích.

Xích cứng là loại hệ thống xích có tỷ lệ đường kính bánh tỳ trên
bước xích thấp bằng 1,2 và tỷ lệ khoảng cách bánh tỳ trên bước xích
thường là 1,5. Mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng. Tùy thuộc vào
công dụng của máy, điều kiện sử dụng và khả năng chế tạo, người thiết
kế có thể lựa chọn loại kết cấu cho phù hợp và nghiên cứu tối ưu các
thông số của nó.
1.3. Nghiên cứu trên thế giới về tính chất kéo bám của hệ thống di
động xích
Đối với các máy kéo nông nghiệp, độ trươt phụ thuộc lực kéo
δ(P
m
), hệ số bám ϕ, hệ số cản lăn f và hiệu suất kéo η
k
(P
m
) là các chỉ
tiêu kéo bám quan trọng nhất. Các chỉ tiêu này phụ thuộc rất phức tạp
vào rất nhiều yếu tố: các yếu tố cấu tạo, tính chất cơ lý của đất, chế độ
4
tải trọng kéo.
Tùy theo mục đích và điều kiện nghiên cứu, nói chung các công
trình nghiên cứu đều đạt được những thành tựu nhất định, có thể tham
khảo cho những nghiên cứu tiếp theo.
Nhìn chung, đã có nhiều công trình nghiên cứu rất sâu về các yếu
tố ảnh hưởng đến tính chất kéo bám: loại xích, bước xích , chiều cao
mấu bám, các phương án treo, điều kiện chuyển động,
Trong hầu hết các công trình nghiên cứu về tính chất kéo bám
của máy kéo xích, mô hình lý thuyết được xây dựng ở dạng bài toán
tĩnh học vì máy kéo nông nghiệp chuyển động với vận tốc thấp, chuyển
động trên đồng ruộng ít va vấp với các vật cản cục bộ lớn; Các đặc tính

cơ lý của đất được mô tả bằng các hàm hồi quy thực nghiệm và được sử
dụng làm hàm cơ sở để xây dựng mô hình lý thuyết kéo bám.
Các loại xích cứng ra đời sớm hơn và cũng đã được nghiên cứu
hoàn thiện hơn, cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm.
Đối với xích mềm, đặc biệt là xích cao su có lõi sợi thép, thì có
thể áp dụng bài toán xích cứng để xác định các phản lực pháp tuyến tại
các bánh tỳ. Sau đó xây dựng mô hình nghiên cứu bổ sung cho phần
xích cao su nằm giữa hai bánh tỳ [Wong (2001); Muro and O’Brien
(2004) ].
Về phương pháp tính, do bài toán phi tuyến với nhiều thông số
ảnh hưởng nên các mô hình toán chỉ giải được bằng phương pháp số.
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước
Việc nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo còn rất hạn chế.
Đối với nghiên cứu thực nghiệm, chủ yếu để xây dụng đường cong
trượt δ(P
m
), xác định hệ số cản lăn f và đường đặc tính kéo thực nghiệm
cho các máy kéo xích cứng. Về nghiên cứu lý thuyết, chỉ sử dụng các
hệ thống công thức tương đối đơn giản với các thông số đầu vào là hệ
số bám ϕ hoặc đường cong trượt thực nghiệm δ(P
m
) và hệ số cản lăn f.
1.5. Kết luận chương và nhiệm vụ của luận án
Qua nghiên cứu tổng quan về tính năng kéo bám của xe xích đã
thấy rõ những thuận lợi khó khăn, hướng thực hiện cũng như yêu cầu
5
cấp thiết cần thực hiện luận án. Từ đó đã đặt ra mục tiêu và nhiêm vụ
nghiên cứu như đã giới thiệu ở phần mở đầu.
Chương 2
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để tiến hành nghiên cứu tính năng kéo bám của hệ thống di
động xích cao su trên liên hợp máy nông nghiệp tự hành, luận án này sử
dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
2.1. Phương pháp nghiêm cứu lý thuyết
Luận án xây dựng mô hình lý thuyết xác định tính chất kéo bám
của máy kéo xích cao su trên cơ sở kế thừa và phát triển mô hình lý
thuyết về xích mềm (xích nối bản lề bước ngắn) của Wong (2001);
Muro and O’Brien (2004). Sử dụng phần mềm Matlab để giải bài toán
mô hình và khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kéo bám.
Nội dung chi tiết của phương pháp nghiên cứu lý thuyết được
hiện thực hóa trong chương 3.
Độ tin cậy của mô hình lý thuyết được đánh giá thông qua kết
quả kiểm chứng bằng thực nghiệm (sẽ trình bày ở chương 4).
2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Mục đích nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định các thông số
đầu vào cho mô hình lý thuyết và kiểm chứng mô hình.
Các thông số đầu vào của mô hình lý thuyết: Các thông số đặc
trưng của đất, các thông số kết cấu của xích, trọng lượng và tọa độ
trong tâm của máy.
Các thông số kiểm chứng mô hình lý thuyết: Do hạn chế về điều
kiện nghiên cứu, luận án chỉ kiểm chứng chỉ tiêu hiệu suất kéo η
k
. Đây
cũng là chỉ tiêu tổng hợp và quan trọng khi nghiên cứu tính chất kéo
bám của máy kéo nông nghiệp.
Các đại lượng vật lý cần đo: Lực kéo, mô men, tốc độ góc của
các trục quay, vận tốc chuyển động của máy kéo .
Để đáp ứng các yêu cầu đo, luận án đã sử dụng các thiết bị đo
hiện đại và xử lý các kết quả thí nghiệm trên phần mềm chuyên dụng

DASYLAB và phần mềm Matlab.
6
Nội dung chi tiết của phương pháp thực nghiệm được trình bày ở
chương 4
2.3. Kết luận chương 2

− Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm là phù hợp.
− Sử dụng phương pháp kế thừa và phát triển cho phù hợp với
đối tượng nghiên cứu sẽ tận dụng được các thành quả nghiên cứu của
các tác giả đã nghiên cứu trước và tăng hiệu quả nghiên cứu các bài
toán đặt ra trong luận án.
− Sử dụng các thiết bị đo hiện đại, các phần mềm mạnh để tính
toán và xử lý số liệu là cơ sở đảm bảo độ chính xác của các kết quả
nghiên cứu.
Chương 3
MÔ HÌNH LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT KÉO BÁM
CỦA MÁY KÉO XÍCH CAO SU
3.1. Đặt vấn đề
Các dạng bài toán nghiên cứu các chỉ tiêu kéo bám của xích
thường gặp là:
1) Bài toán thuận:
Cho trước: lực cản lăn P
f
hoặc hệ số cản lăn f , đặc tính trượt
không thứ nguyên δ(T) với T = P
m
/G tương ứng với một loại đất cụ
thể, đặc tính mô men động cơ M
e

(n
e
) và tỉ số truyền trong hệ thống
truyền lực.
Cần khảo sat khả năng kéo của máy kéo theo các giá trị lực kéo
khác nhau: độ trượt δ(P
m
) , vận tốc thực tế V(P
m
), công suất kéo
N
k
(P
m
) và hiệu suất kéo η
k
(P
m
). Sử dụng các công thức tính toán tương
đối đơn giản.
Bài toán thuận chủ yếu được áp dụng để nghiên cứu khai thác
máy hợp lý (chọn chế độ tải trọng kép P
m
, chọn số truyền làm việc)
2) Bài toán ngược:
Cho trước: đặc tính cơ lý của đất, giá trị độ trượt của xích δ.
Cần xác định (tính toán): lực đẩy P
k
(δ), lực cản lăn P
f

(δ), lực kéo
7
có ích P
m
(δ) , công suất kéo N
k
(δ), hiệu suất kéo η
k
(δ) , hệ số bám
của xích ϕ và hệ số cản lă f.
Bài toán ngược phức tạp hơn, khó giải hơn nhiều so với bài toán
thuận.
Bài toán ngược thường dùng để nghiên cứu tính toán thiết kế hệ
thống di động xích, sự phân bố trọng lượng hợp lý.
Trong luận án này sẽ nghiên cứu dạng bài toán ngược cho xích
cao su (xích mềm).
Để xây dựng mô hình lý thuyết kéo bám của xích mềm có thể áp
dụng một vài phương pháp khác nhau tùy theo mục đích nghiên cứu.
Trong luận án này sử dụng phương pháp phối hợp. Nội dung
được tóm tắt như sau:
- Bài toán 1:
Xác định tính chất kéo bám của hệ thống di động cao su với giả
thiết nhánh xích tiếp đất không bị uốn (như xích xích cứng). Kết quả
của bài toán này đã xác định được quy luật thay đổi áp suất tại mặt tiếp
xúc p dọc theo chiều dài của nhánh xích tiếp đất (nhánh xích chính). Từ
đó xác định được phản lực pháp tuyến tác động lên các bánh đè xích
(các bánh tỳ) và độ lún của đất ở điểm tiếp xúc với bánh đè xích.
- Bài toán 2:
Sử dụng các công thức tính toán các phản lực pháp tuyến tại các
bánh đè xích như bài toán 1. Vì dù là xích cứng hay xích mềm thì tổng

phản lực pháp tuyến của đất tác dụng lên nhánh xích tiếp đất sẽ truyền
lên thân máy thông qua các bánh đè xích.
Nội dung tiếp theo là xây dựng mô hình bổ sung để tính toán sự
phân bố ứng suất pháp tuyến và ứng suất tiếp tuyến tại các điểm của
đoạn xích nằm giữa hai bánh đè xích kề nhau.
Điểm khác nhau cơ bản giữa mô hình xích cứng và xích mềm là
ở chỗ: do đoạn xích mềm nằm giữa hai bánh đè xích bị uốn vồng lên
(tức là độ lún giảm đi) do đó khả năng chống cắt của đất dưới tác động
của các mấu bám sẽ giảm, nghĩa là việc tính toán lực đẩy và độ trượt
của xích mềm là khác với xích cứng.
8
3.2. Mô hình lý thuyết xác định tính chất kéo bám của hệ thống
xích cứng
3.2.1. Một số giả thiết khi xây dựng mô hình xích cứng
- Máy kéo chuyển động ổn định và bỏ qua các tải trọng động vì
máy kéo nông nghiệp thường chuyển động với vận tốc thấp;
- Tính chất cơ lý của đất là đồng nhất trên cùng một sâu như
nhau, không tính đến sự thay đổi ngẫu nhiên trên động ruộng;
- Nhánh xích tiếp đất ngập sâu vào trong đất và nhánh xích chính
không bị uốn, nghĩa là tất cả các mấu bám đều phát huy hết khả năng
bám và tiếp xúc trên một mặt phẳng;
- Lực kéo ở móc có phương song song với mặt đường.
3.2.2. Mô hình vật lý
Với các giả thiết trên, mô hình tương tác xích−đất có thể được
mô hình hóa như hình 3.1.

Trong đó: G là trọng lượng xe, L − chiều dài tiếp xúc của dãi
xích (tính theo hai điểm BC – xem hình 3.1); R
d
và R

k
− bán kính bánh
dẫn hướng và bánh sao chủ động, trong trường hợp hình 3.1 bánh sao
và bánh sau là một nên R
k
=R
r
, ; h − chiều cao mấu xích; t − bước mấu;
e − độ lệch tâm của tọa độ trọng tâm so với mặt phẳng đối xứng dọc xe;
h
g
− chiều cao của tọa độ trọng tâm; T
0
− lực căng xích ban đầu; M
k
−
Hình 3.
1
. Sơ đ
ồ

l
ự
c tác d
ụ
ng lên máy kéo


9
mô men chủ động; P

k
− lực đẩy (phản lực của đất tác dụng lên các mấu
bám do M
k
gây ra); P
f
− lực cản lăn; G − trọng lượng máy kéo; P
m
−
lực kéo có ích ; V− vận tốc máy kéo ; V’ − vận tốc vòng của xích.
3.2.3. Xây dựng mô hình toán
Trong mô hình nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo, mô
hình toán học cần thể hiện được các mối quan hệ giữa các thành phần
lực với độ biến dạng và ứng suất của đất, các quan hệ truyền năng
lượng, các chỉ tiêu đánh giá tính chất kéo bám.
3.2.3.1. Tính độ lún tĩnh ở trạng thái đứng yên của một xe xích cứng
trên đất yếu
Khi xe xích cứng đứng cố định trên đất yếu, dải xích cứng sẽ có
xu hướng nghiêng khi hình thành độ lún ở trước bánh dẫn hướng s
f
và
độ lún sau bánh sao s
r
, tạo góc nghiêng của xe θ
to
, và làm thay đổi theo
độ lệch tâm e của trọng tâm xe. Độ nghiêng của xe dựa vào trên độ lún
của mép trước (s
f0
), mép sau (s

r0
) so với chiều cao vấu xích (h).
Luận án này sẽ tiến hành tính toán các thông số cơ bản cho
trường hợp s
r0
≥ s
f0
≥ h.










Hình 3.2. Mô hình xác định các thành phần ứng suất
a) Ứng suất chống nén và chống cắt, b) Biểu đồ phân bố lượng
X
Z
10
3.2.3.2. Khoảng trượt j của xe xích
Độ trượt của máy kéo δ được định nghĩa như sau:
1
k k
k k
R V
V

V R
ω
δ
ω
−
= − =
′

(3.9)
Trong đó R
k
, ω
k
là bán kính và tốc độ góc bánh sao chủ động
3.2.3.3. Xác định các lực tác dụng vào hệ thống di động xích
a) Phân bố áp suất tiếp xúc dưới nhánh xích chính.
Phân bố áp suất theo chiều dài của xích p
i
(X) với X là chiều dài
tính từ điểm B đến điểm đang xét, được xác định theo công thức:
( ) ( )
{
}
2
1
1 2 0
n
n
i i
p X k h k s X h= + −

(3 7)
s
0ι
(X) = s
f0i
+ (s
r0i
- s
f0i
)X/L (3.8)
b) Tính lực đẩy P
k

Lực đẩy P
k
do mô men chủ động tạo ra và nó được cân bằng với
tổng các lực cản tác động lên hệ thống di động theo phương X:
k mb ms fb fs rb rs
P P P P P P P
= + + + + +
(3.9)
Trong đó: P
mb
, P
ms
– lực tác động lên mặt chính và mặt bên của
mấu bám trên nhánh chính; P
fb
, P

fs
– lực tác động lên mặt chính và mặt
bên của mấu bám trên bánh trước; P
rb
, P
rs
– lực tác động lên mặt chính
và mặt bên của mấu bám trên bánh sau.
Các thành phần phản lực của đất được xác định như sau:
- Lực tác động lên mặt chính của mấu bám:
( )
0
2
L
mb mb
P B X dX
τ
=
∫
(3.16)
Trong đó:
(
)
(
)
{
}
(
)
{

}
1 exp '
mb c f i B
X m m p X a j X
τ δ
 
= + ⋅ × − − +
 
(3.17)
'
'
1 1
1 1
cos cos
V
V
δ
δ
θ θ
−
= − ⋅ = −
(3.18)
τ
mb
(X) - ứng suất chống cắt của đất; δ’ – độ trượt của xích theo
phương X; δ - độ trượt tính theo phương chuyển động của máy kéo; B –
bề rộng của dải xích; m
c
, m
f

, a – các hệ số thực nghiệm, phụ thuộc loại
đất; j
B
– mức trượt của dãi xích tại điểm B - được mô tả trên hình vẽ
3.8b (mức trượt của bánh dẫn hướng tại điểm B có thể tính được).
11
- Lực tác động lên mặt cạnh của mấu bám trên nhánh xích chính:
( )
0
L
ms ms
P X dX
τ
=
∫

(3.19)

Trong đó τ
ms
là ứng suất chống cắt của đất trên mặt cạnh của mấu
bám:

( )
(
)
( )
{ }
1
4 cot 1 exp

i
ms c f B
p X
h
X h m m a j X
B
τ δ
π
−
 
 
 
 
= + ⋅ − − +
 
 
 
  
 
(3.20)

Lực tác động lên phần tiếp xúc của bánh trước P
fb
, P
fs
và lên
phần tiếp xúc của bánh sau P
rb
, P
rs

cũng được tính tương tự như tính
P
mb
và P
ms
tức là tính độ lún tĩnh.
c) Tính lực cản P
f

( ) ( )
2
1 1
1
1
1 2
1
1 2
2 2
2
1 1
n
n n
f ri ri
k B k B
P h k Bh s h s h
n n
+
+
= + − + −
+ +

(3.26)

Trong đó: p(s) - ứng suất pháp tuyến của đất theo độ lún sâu s;
còn s
ri
là độ lún của bánh xe sau.
Tổng độ lún bánh sau s
ri
được tính từ độ lún tĩnh s
r0i
và độ lún
trượt s
rs
(vuông góc với phần chính của dải xích) như sau:
(
)
0
cos
ri r i rs ti
s s s
θ
= +
(3.28)

( )
2
1
2
0

1
1
c
c
c
N
s
s
rs fs ri
n
n j
nj
nL
s s c p
N N N
=
 
 
−
 
 
 
 
 
= + −
   
 
 
 
 

 
 
 
 
 
∑
(3.31)
Trong đó
'
'
1
s
L
j
δ
δ
=
−

p
ri
− áp suất tiếp xúc của bánh sau.
e) Tính độ lệch của tâm áp lực e
0i

Điểm đặt của hợp lực Z là tâm áp lực, lệch ra khỏi điểm giữa của
nhánh xích tiếp đất một đoạn e
0i
.

( ) ( )
( )
0
'
1 1
cos sin
2 2
1
sin cos
2
i f r ri i m d r ti d ti
g r ti ti
L
e P R s z P h R l
Z L
G h R L e
θ θ
θ θ

 
 
= + − − + + − − −
 

 
 
 


 

 
+ − − −
 

 
 
 



tan
cos
k
ti
G
Z P
θ
θ
= −
;
tan
cos
k
m f
P
P G P
θ
θ
= − −
;

12

( )
cos sin
2
cos
1
sin cos
2 tan
i ri f r d r ti ti
ti
g ti ti f
ti
L
z s P R h R
G
G h L e P
θ δ θ
θ
θ θ
θ

 
 
= − + − − − ×
 

 
 
 



 
 
 
− − − +
 
 

 
 
 
 



1
sin
ri fi
ti
s s
L
θ
−
 
−
=
 
 
 

3.3. Mô hình xác định tính chất kéo bám của xích cao su

3.3.1. Tính phân bố áp suất tiếp xúc dưới dải xích mềm p’
i
(X)
Sơ đồ các
lực tác dụng vào
dải xích mềm như
thể hiện trong hình
3.3. Các đặc tính
biến dạng của dải
xích mềm phụ
thuộc chủ yếu vào
lực căng xích T,
phản lực pháp
tuyến Z
p
và phản lực dọc P
s
tác dụng lên dải xích. Đối với đoạn CC
m
, ta
có thể thiết lập phương trình cân bằng giữa lực T và P
s
tác động theo
chiều dọc X và giữa Z
p
tác dụng theo hướng vuông góc với X.
Phương trình cân bằng lực theo phương X và theo phương vuông

góc với X có dạng:
s
T P T T
+ = + ∆
(3.34)
(
)
'
0
tan
i
p x
ds X
Z T T
dX
α
= =
(3.35)
Trong đó tổng hợp lực pháp tuyến Z
p
có thể được xác định từ sự
phân bố áp suất p
i
(X) trên khoảng bất kỳ [X, X
m
] như sau:

( )
m
X

p i
X
Z B p X dX
=
∫
;
p
i
(X) − áp suất tiếp xúc (hay ứng suất pháp tuyến ).

( ) ( )
0 0
0
X
m i
T T T X T B X dX
τ
= + = +
∫
;
Hình 3.3. Lực tác dụng lên xích mềm


13
Trong công thức trên τ
i
(X) đã được giải thích và có công thức
tính ở phần xích không biến dạng; ở đây được viết lại như sau

( ) ( )

{
}
( )
{
}
1 exp '
i c f i B
X m m p X a j X
τ δ
 
= + ⋅ × − − +
 

Thay Z
p
và T vào (3.52) sau đó tích phân biểu thức này ta có:
( )
(
)
( )
( ) ( ) ( )
{ }
' ' ' '
0 0 0 0
0
m
X
m
i i m i i
X

Z X
X X
s X dX s X s D s
LT X
−
= + − −
∫
(3.36)
s’
0i
(0) = s’
f0i
; s’
0i
(D)=s’
r0i

Phân bố áp suất tiếp xúc p’
i
(X) được tính theo công thức:
( ) ( )
{
}
2
1
'
1 2 0
'
n
n

i i
p X k h k s X h
= + −
(3.37)
3.3.2. Tính lực đẩy P’
k

Lực đẩy P’
k
do mô men chủ động tạo ra được cân bằng với các
thành phần lực cản:
' ' ' ' ' ' '
k mb ms fb fs rb rs
P P P P P P P
= + + + + +
(3.38)
Trong đó: P’
mb
, P’
ms
– lực tác động lên mặt chính và mặt bên của
mấu bám trên nhánh chính; P’
fb
, P’
fs
– lực tác động lên mặt chính và
mặt bên của mấu bám trên bánh trước; P’
rb
, P’
rs

– lực tác động lên mặt
chính và mặt bên của mấu bám trên bánh sau.
+ Tính P’
mb
, P’
ms
.
Sử dụng các công thức tính P
mb
, P
ms
, ở phần xích không biến
dạng thay p
i
(X) bằng p’
i
(X) ta được công thức tính P’
mb
, P’
ms

+ Tính P’
fb
, P’
fs
, và P’
rb
, P’
rs

Các thành phần lực tác động vào bánh dẫn hướng và bánh sau
trong hai trường hợp xích không bị giãn và bị giãn là bằng nhau:
Ta có P’
fb
= P
fb
; P’
fs
= P
fs
; P’
rb
= P
rb
; P’
rs
= P
rs
3.3.3. Tính lực kéo có ích ở móc kéo P’
m
.
Lực kéo có ích P’
m
(hay lực kéo dư) là phần lực dùng để kéo máy
công tác, có thể được xác định theo công thức:
P’
m
= P’
k
− (P’

fb
+ P’
fs
+ P’
rb
+ P’
rs
)
3.3.4. Phương trình cân bằng công suất và hiệu suất kéo
Phương trình cân bằng công suất:
E
1
= E
2
+ E
3
+ E
4
(3.43)
14
E
1
– công suất đẩy :
1
'
1
k
V
E P
δ

=
−
(3.44)
E
2
- công suất cản do nén đất:
2
'
f
E P V
=
(3.45)
E
3
– công suất cản do cắt đất ở dưới nhánh xích tiếp đất:
'
3
'
1 1
' tan
1
cos
k ti
ti
E P V GV
θ
δ
θ
 
= − +

 
−
 
(3.46)

E
4
- Công suất có ích:
4
'
m
E P V
=
(3.47
Hiệu suất kéo:
4
1
'
(1 )
'
m
k
k
P
E
E P
η δ
= = −
(3.48)
3.4. Khảo sát xe xích cao su thiết kế mới B2010

3.4.1. Thông số kỹ thuật của xe
Bangr 3.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy kéo B2010
Trọng lượng xe G (kN) 10,507

Chiều rộng dãi xích B (m) 0,35

Chiều dài tiếp xúc dãi xích L (m) 1,40

Bán kính bánh dẫn hướng R
d
(m) 0,065

Bán kính bánh lăn sau R
r
(m) 0,09

Bán kính bánh chủ động* R
k
0,13

Chiều cao mấu xích h (m) 0,03

Bước mấu xích t(m) 0,09

Khoảng cách bánh đè xích l
p
(m) 0,28

Bán kính bánh đè xích R
m

0,065

Độ lệch tâm của tọa độ trọng tâm so với
mặt phẳng đối xứng dọc xe
e (m) 0,038

3.4.2. Hệ số thực nghiệm phụ thuộc loại đất
Bằng kết quả thí nghiệm (trình bày ở chương 4) và nhờ phương
pháp xấp xỉ thực nghiệm, ta nhận được các thông số của các hàm đặc
trưng cho các tính chất cơ lý của đất như sau:
k
1
=0,49147; k
2
=0,56107; n
1
=0,8664; n
2
=0,8001; m
c
=0,46387;
m
f
=0,363; a=0,2011; c
0
=0,1481;c
1
=0,8491; c
2
=0,3272

3.4.3. Một số kết quả khảo sát
Một số kết quả tính toán được thể hiện qua các đồ thị sau:

15
Trên hình 3.4 thể hiện quay luật thay đổi độ lún s , áp suất p và
lực căng xích T dọc theo chiều dài của nhánh xích tiếp đất (L= 1,4m),
tính gốc tọa độ tại điểm B của bánh đè xích đầu tiên (Hình 3.2). Qua đó
cho thấy: Độ lún s và áp suất tiếp xúc p thay đổi gần giống quy luật
tuần hoàn hình sin, đạt cực đại cục bộ tại các điểm nằm dưới bánh đè
xích. Đây là điểm khác biệt so với xích cứng.

Hình 3.4.
Sự thay đổi độ lún (a),
áp suất tiếp xúc (b) và
lực căng xích (c) dọc
theo chiều dài nhánh tiếp
đất (L=1,4 m)

16
Trên hình 3.5 là kết quả khảo sát ảnh hưởng của độ trượt δ và
trọng lượng máy kéo (G = 10507 ; 14000; 18000 N) đến các thành
phần lực kéo , các thành phần công suất và hiệu suất kéo.

Nhận xét:
− Sự ảnh hưởng của độ trượt đến các chỉ tiêu kéo là rất lớn. Vùng
độ trượt làm việc có hiệu quả khoảng 4 đến 10%.
− Khi tăng trrọng lượng G, lực đẩy P
k
tăng nhưng các thành
Hình 3.5.
Ảnh hưởng của độ trượt và
trọng lượng đến lực kéo (a),
các thành phần công suất (b)
và hiệu suất (c).
E
1
− công suất đẩy;
E
2
− công suất cản do nén đất;
E
3
− công suất cản dó cắt đất ;
E

4
− công suất kéo có ích.
c)
a)
b)

17
phần lực cản cũng tăng nên lực kéo có ích P
m
và công suất kéo chỉ tăng
thẹo khi độ trượt còn nhỏ (nhỏ hơn khoảng 30%) , sau đó thay đổi theo
quy luật ngược lại.
− Đối với hiệu suất kéo η
k
, khi tăng G thì hiệu suất kéo giảm.
Điều này có thể được giải thích là khi tăng G làm tăng độ lún dẫn đến
tăng nhanh lực cản lăn.
Trên hình 3.6 là kết quả khảo sát ảnh hưởng của bề rộng dải xích
và chiều cao mấu bám đến hiệu suất kéo.
Khảo sát ba cặp giá trị B/h như sau: B = 25 cm, h=3cm; B= 35
cm, h= 1,5 cm; B= 35 cm, h= 3 cm.
Khi thay đổi bề rộng
của dải xích B và chiều cao
mấu bám h (Hình 3.6) cho
thấy ảnh hưởng của bề rộng B
đến hiệu suất kéo rất rõ rệt
nhưng ảnh hưởng của chiều
cao mấu bám không đáng kể
(đường 2 và đường 3 gần như
trùng nhau) vì chiều cao các

mấu bám tương đối nhỏ. Đây
cũng là một trong những cơ sở
tham khảo khi lựa chọn các
thông số hình học của dải xích
cho các máy kéo nông nghiệp.
3.6. Kết luận chương 3
- Đã xây dựng được mô hình nghiên cứu tính chất kéo bám của
máy kéo xích cao xu trên đất có độ ẩm cao.
- Xây dựng được thuật giải và chương trình mô phỏng các tính
chất kéo bám của hệ thống di động xích cao su, cho phép khảo sát
nhiều yếu tố đến các chỉ tiêu kéo bám.
Hình 3.6. Ảnh hưởng của bề rộng
xích và chiều cao mấu bám đến
hiệu suất kéo
η
k
.
18
− Qua các kết quả khảo sát hệ thống di động xích của máy kéo
B2010 cho thấy quy luật thay đổi của các thông số phản ánh đúng bản
chất vật lý như đã phân tích ở phần lý thuyết.
− Độ tin cậy của mô hình lý thuyết cũng đã được khẳng định ở
các kết quả kiểm chứng (Mục 4.3.2)
Chương 4
NGHIÊM CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Đặt vấn đề
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là để xác định các tham số
đầu vào của mô hình lý thuyết và kiểm chứng mô hình. Do đó các thí
nghiệm được tiến hành cả trong thí nghiệm và trên đồng ruộng.
4.2. Xây dựng mô hình nghiên cứu thực nghiệm

Hình 4.1 là sơ đồ thí nghiệm trên đồng ruộng.









Hình 4.2 là sơ đồ bố trí các cảm biến trên máy kéo thí nghiệm.
Sự kết nối các cảm biến trong hệ thống được thể hiện trên hình 4.3.
Các cảm biến đo:
− Đo số vòng quay: Cảm biến quang học E3F3 của hãng Omron.
−
Đo mô men: Cảm biến T4A của CHLB Đức.
− Đo lực kéo: Cảm biến Z4 của CHLB Đức.

P
m
G

P
k
P
f
V

Máy kéo gây tải

Bánh tựa đồng

Máy kéo TN

Hình 4.1. Sơ đồ thí nghiệm máy kéo trên đồng

19



Hình 4.2. Sơ đồ bố trí các cảm biến trên máy kéo khảo nghiệm
Bánh tựa đồng

G

n
1
C
n2
Động cơ

H
ộ
p s
ố

n
2
n
3

n
4

n
C
n
C
n3
C
n4
C
n5
C
M
C
P
m
P
k
P
f
M
k
M
C
M
x
V

M

e
Trục trung gian

Côn ly hợp

Bánh sao

n
5
r
5
r
x
r
c
r
k
Hình 4.3. Sơ đồ kết nối hệ thống thiết bị thí nghiệm
C
P
− Cảm biến đo lực kéo ở móc máy kéo
Cáp tín hiệu
Cáp tín hiệu
C
n2
– Cảm biến đo số vòng quay trục đo môment
Máy tính
P
m
P

m
M
C
C
n2

C
n3

C
n4

C
n5

C
n1
– Cảm biến đo số vòng quay trục động cơ
C
n3
– Cảm biến đo số vòng quay trục ly hợp
C
n
4

–

C
ả
m bi

ế
n đo s
ố

vòng quay bánh sao ch
ủ

đ
ộ
ng

C
n5

–

C
ả
m bi
ế
n đo s
ố

vòng quay bánh xe t
ự
a đ
ồ
ng

C

n1

C
M

C
P
C
M
− Cảm biến đo môment trục trung gian
A
A
A
A
A
Bộ
gom
dữ
liệu
Card
A/D
Phần mềm
DASYLAB
20
4.2. Xử lý kết quả thí nghiệm
4.2.1. Các công thức tính toán
1) Tính mô men trên trục côn ly hợp M
c

2

3
x x
C
M
M
η ω
ω
=
(4.1)
x
η
− hiệu suất bộ truyền đai: 1
x
η ξ
− −

ξ
− độ trượt đai:
. /
x c x c
x
r r
ω ω
ξ
ω
−
=
2) Tính mô men chủ động:
k m c T
M M i

η
= (4.2)
3) Lực chủ động :
/
k k k
P M r
= (4.3)
4) Lực cản lăn P
f
: P
f
= P
k
− P
m
(4.4)
5) Độ trượt của bộ phận di động xích
5 5
t k k
t k k
V V r r
V r
ω ω
δ
ω
− −
= = (4.5)
5) Hiệu suất kéo của bọ phận di động xích η
k

(1 )
k
η δ
= −
(4.6)
4.2.1. Xử lý kết quả thí nghiệm
Các số liệu đo được thu thập và xử lý trên phần mềm
DASYLAB.
Trên hình 4.4 là một kết quả minh họa các kết quả đo trong một
lần thí nghiệm, đồng thời ghi các số liệu vào một file.txt . Các files dữ
liệu này sẽ được sử dụng để tính toán các chỉ tiêu kéo bám trên phần
mềm Matlab khi kiểm chứng mô hình lý thuyết
Các ký hiệu trên hình 4.4: (1) - Lực kéo P
m
[N]; (2) - Mô men
trên trục trung gian M
x
[Nm]; (3) - Số vòng quay của trục trung gian
n
TG
[v/ph]; (4) - Số vòng quay của trục ly hợp n
LH
[v/ph]; (5) - Số vòng
quay của bánh sao chủ động n
BS
[v/ph]; (6) - Số vòng quay của bánh.
tựa đồng n
TD
[v/ph]; (7) - Số vòng quay của động cơ cơ n
e

[v/ph]

21















4.3. Kết quả thí nghiệm
4.3.1. Kết quả xác định các thông số đầu vào của mô hình lý thuyết
Các thông số cần xác định là: Trọng lượng xe, tọa độ trọng tâm,
các kích thước hình học của bộ phận di động xích, các thông số đo độ
lún tĩnh của máy kéo trên đất ruộng.
Đã tiến hành thí nghiệm xác định tọa độ trong tâm của máy kéo,
xác định độ lún tĩnh và các thông đặc trưng của đất. Các kết quả đã
được trình bày ở chương 3.
4.3.2. Kết quả kiểm chứng mô hình lý thuyết
Hình 4.5 là kết quả kiểm chứng mô hình lý thuyết với sai số số
của hiệu suất kéo ở độ trượt 5−6% là 7−8% . Giá trị tối ưu của độ trượt
khi hiệu suất kéo đạt cực đại (η

kmax
= 80,6%) là 5,5%. Kết quả này cũng
tương đồng với các kết quả đã công bố trong nhiều tài liệu chuyên
Hình 4.4. Đồ thị minh họa kết quả thí nghiệm
22
ngành, chứng tỏ mô hình lý thuyết đảm bảo độ tin cậy và có thể sử
dụng để khảo sát tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su với nhiều
phương án khác nhau.
4.5. Kết luận
chương 4
Trong chương
4 đã trình bày mục
đích, phương pháp
nghiên cứu thực
nghiệm, lựa chọn
hệ thống thiết bị
đo, tiến hành các
thí nghiệm xác định
các thông số đầu
vào và kiểm chứng mô hình lý thuyết. Phương pháp thực nghiệm, các
thiết bị đo, các công cụ tính toán mang tính hiện đại nên đảm bảo độ tin
cậy của các kết quả nghiên cứu.

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
1. Kết luận
1) Tính chất kéo bám của máy kéo là một trong các tính chất
quan trọng nhất của máy kéo, nghiên cứu tính chất kéo bám của máy
kéo không chỉ dùng để đánh giá khả năng hoàn thiện về mặt kết cấu của
máy kéo mà còn phân tích được sự phù hợp của máy kéo đó với điều
kiện sử dụng cụ thể. Vì vậy việc nghiên cứu tính chất kéo bám của hệ

thống di động xích cao su trên máy nông nghiệp tự hành là một công
trình có ý nghĩa thực tiễn. Kết quả nghiên cứu có thể dùng để đánh giá
thiết kế mới, tối ưu hóa các thông số thiết kế của máy kéo xích cao su.
2) Trên cơ sở lý thuyết quan hệ đất-máy và các công trình nghiên
cứu về cơ học đất, tính chất kéo bám của hệ thống di động xích nối bản
Hình 4.3. Kết quả kiểm chứng mô hình lý
thuy
ết


23
lề bước ngắn của (Wong, 2001); (Muro and O’Brien, 2004), luận án đã
xây dựng được mô hình lý thuyết xác định một số tính chất kéo bám hệ
thống di động xích cao su, đây là mô hình tính toán tính chất kéo bám
của máy kéo xích đầu tiên ở Việt Nam. Từ mô hình vật lý, đã xây dựng
mô hình toán, nhờ trợ giúp của máy tính và ứng dụng phần mềm
Matlab đã khảo sát tính chất kéo bám của hệ thống đi động của máy
kéo xích. Chương trình tính toán cho ta khảo sát ảnh hưởng của một số
thông số kết cấu và sử dụng đến tính chất kéo bám của máy kéo xích
cao su làm việc trên điều kiện đồng ruộng Việt Nam.
3) Luận án đã tiến hành thiết kế và chế tạo các thiết bị thực
nghiệm nhằm đo một số thông số không điện bằng điện, đã xây dựng
mô hình thí nghiệm, lựa chọn thiết bị đo thích hợp để tiến hành nghiên
cứu thực nghiệm. Với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm hợp lý và
khoa học cùng với việc sử dụng các thiết bị hiện đại. Kết quả nghiên
cứu thực nghiệm có cơ sở bảo đảm độ chính xác và tin cậy.
4) Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được các
thông số đầu vào cho mô hình khảo sát lý thuyết cũng như đã xác định
được tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su, kết quả nghiên cứu
thực nghiệm và nghiên cứu lý thuyết có kết quả khá tương quan nhau,

sai lệch về định lượng giữa hiệu suất kéo khi nghiên cứu mô phỏng và
khi xác định bằng thực nghiệm là 6-7%, kết quả này là phù hợp và có
cơ sở khoa học đánh giá độ tin cậy của mô hình nghiên cứu lý thuyết.
5) Luận án đã tính toán bằng lý thuyết cũng như xác định bằng
thực nghiệm một số tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su công
suất 30 mã lực. Kết quả nghiên cứu của luận án đã trực tiếp góp phần
vào việc hoàn thiện kết cấu cũng như tối ưu hóa một số thông số như
kích thước dải xích, trọng lượng máy kéo cho dự án sản xuất thử
nghiệm mã số B2013-11-04DA.
6) Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đóng góp cho chuyên ngành