Nghiên cứu xây dựng đường đặc tính kéo thực nghiệm của máy kéo xích B-2010

MỞ ĐẦU
Cơ giới hóa nông lâm nghiệp ở nước ta hiện nay đã đạt được những thành
tựu nhất định, phụ thuộc từng vùng kinh tế, từng loại cây trồng và tính chất đất đai,
địa hình mà mức độ cơ giới hóa đạt được ở trình độ khác nhau.
Nhờ cơ giới hóa phục vụ sản suất nông lâm nghiệp được chú trọng nên vấn
đề hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn được thực hiện khá thành công, bộ mặt nông
thôn Việt Nam hiện nay nhìn chung trong cả nước đã có những biến đổi khá nhanh,
tuy còn những mặt hạn chế nhất định như vấn đề cơ cấu lại sản xuất, vấn đề lao
động dư thừa chưa được bố trí một cách hợp lý và khoa học nhưng những thành quả
đạt được bước đầu là đáng khích lệ.
Trong cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn, máy động lực là một vấn đề đóng
vai trò quan trọng và ở cách nhìn trong vấn đề trang bị năng lượng máy động lực
trong đó có ô tô máy kéo đóng vai trò quyết định.
Hiện nay máy kéo và ô tô phục vụ trong nông nghiệp nông thôn ở Việt Nam
chủ yếu được nhập từ các nước XHCN cũ như Liên Xô, Tiệp, CHDC Đức v.v…và
gần đây là của một số nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật và một vài nước
khác. Việc sử dụng các máy móc này đã đóng góp cho việc thực hiện thành công
việc cơ giới hóa trong nông nghiệp nước ta trong giai đoạn vừa qua.
Tuy nhiên, do tình hình địa lý, đất đai và tập quán canh tác cũng như các yếu
tố tự nhiên và xã hội khác mà một số loại máy kéo nhập vào Việt Nam chưa phát
huy được hết tính năng kinh tế, kỹ thuật của chúng; những máy kéo công suất và
trọng lượng lớn như T150, T150K, K700 v.v… có thể sử dụng có hiệu quả cao khi
khai thác sử dụng trong công nghiệp, khai thác khoáng sản v.v…những lại có hiệu
quả rất thấp khi đưa vào sử dụng trong nông nghiệp đặc biệt trong vùng đồng bằng
sông hồng, nơi chủ yếu sản xuất cây lúa nước, ở đó độ ẩm của đất cao, dẫn đến khả
năng di động của máy kéo giảm, hiệu suất kéo cũng như các chỉ tiêu kinh tế, kỹ
thuật của các loại máy này thường rất thấp thậm chí nhiều vùng, nhiều nơi máy
không có khả năng làm việc do thụt lún.
Mỗi quốc gia đều có những đặc thù riêng về điều kiện tự nhiên, tập quán
canh tác nên vấn đề lựa chọn, tính toán và chế tạo máy kéo có công suất, trọng
1

lượng, loại hệ thống di động (máy kéo bánh hay máy kéo xích) phù hợp với từng
vùng sản xuất là một vấn đề có ý nghĩa quan trọng để nâng cao hiệu quả sử dụng
nguồn động lực trong nông nghiệp hiện nay.
Các nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan, v.v… đã có
nghành công nghiệp chế tạo máy kéo khá phát triển, hệ thống máy kéo phục vụ
nông nghiệp được chế tạo có nhiều mẫu mã khác nhau cả về kích cỡ công suất,
trọng lượng cũng như loại hệ thống di động, nhờ vậy vấn đề cơ giới hóa nông
nghiệp nông thôn ở các nước này phát triển ở mức độ cao.
Ở nước ta, ngành công nghiệp chế tạo máy kéo còn khá non trẻ, chúng ta chỉ
mới chế tạo được các máy kéo bánh hiệu Bông sen tới 20 mã lực, hệ thống truyền
lực, hộp số và hệ thống trích công suất của các máy kéo này còn khá đơn giản và
chưa phù hợp với nhiều dạng công việc khác nhau, khả năng di động của máy kéo
thấp đặc biệt trên đất độ ẩm cao và đất đồi dốc.
Đối với máy kéo xích phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp, cho đến nay chúng
ta chủ yếu nhập từ nước ngoài. Việc nghiên cứu tính năng kéo bám, khả năng di
động trên đất nền yếu, đất độ ẩm cao và đất đồi dốc, khả năng quay vòng và điều
khiển, hiệu suất truyền động nói riêng và hiệu suất kéo của máy kéo xích nói chung
từ đó xác định các thông số cở bản của máy kéo xích cũng như trọng lượng máy,
công suất động cơ v.v… làm cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế, chế tạo một
mẫu máy kéo xích phục vụ sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam là một vấn đề cần thiết
có ý nghĩa thực tiễn.
Xuất phát từ các vấn đề phân tích trên đây, được sự phân công của Bộ môn
Động lực, dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Ngọc Quế tôi được giao và
thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng đường đặc tính kéo thực nghiệm của máy
kéo xích B-2010”.
B-2010 là máy kéo đang trong gia đoạn thiết kế, chế tạo ở dạng mẫu. Rất
nhiều hệ thống như: hệ thống truyền lực, hệ thống di động xích, hệ thống lái, v.v…
cần được tính toán bằng lý thuyết cũng như cần phải thực nghiệm để nghiên cứu

những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm viêc của máy kéo như: hiệu suất, khả
năng kéo bám, v.v… Vì vậy việc thực hiện thành công đề tài là góp phần cho việc
2


kiểm chứng tính năng kéo bám của máy kéo B-2010 và hoàn thiện thiết kế chế tạo
mẫu máy kéo này.
Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo xích làm cơ sở xây dựng được
đường đặc tính kéo lý thuyết và đường đặc tính kéo thực nghiệm của máy kéo xích
B-2010, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất kéo bám. Từ đó góp phần
hoàn chỉnh máy kéo mẫu B-2010.
Nhiệm vụ của đề tài
Để thực hiện được mục tiêu đặt ra của đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài
cần hoàn thành nhiệm vụ sau:
- Tìm hiểu tổng quan về máy kéo xích và các điều kiện tự nhiên tác động đến
máy kéo xích.
- Nghiên cứu tính toán, xác định lực chủ động của máy kéo xích cũng như
các lực cản chuyển động của máy kéo xích.
- Xây dựng đường đặc tính kéo lý thuyết của máy kéo xích.
- Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng đường đặc tính kéo thực
nghiệm cho máy kéo xích B-2010.
- Phân tích các yếu tố về kết cấu cũng như các yếu tố về sử dụng ảnh hưởng
đến khả năng làm việc của máy kéo B2010.

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về 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

3


theo chúng để hoàn thành các công việc trong nông lâm 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 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 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
4


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.
1.1.1. Hệ thống truyền lực [5]
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.
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
5


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 thì toàn
bộ mômen quay sẽ truyền cho bán trục bên kia. Kết quả là máy kéo có thể quay
vòng tại chỗ. Khi đẩy núm của cần điều khiển về bên trái, đĩa ép bị kéo về bên phải,
các đĩa chủ động và bị động tách nhau ra, ly hợp được mở. Trục bị động của ly hợp
tách khỏi truyền lực chính. Truyền lực cuối cùng và bánh xích chủ động bên phía ly
hợp mở không nhận được mômen quay nữa. Trả cần điều khiển về vị trí ban đầu, ly
hợp được đóng. Truyền lực chính và bánh xích chủ động lại nhận được mômen
quay.
Ở bộ truyền cơ khí của máy kéo bánh lốp động cơ đặt ở phía trước rồi đến ly
hợp, trục các đăng, hộp số, truyền lực chính, ly hợp bên với phanh đai, truyền lực
bên làm quay các bánh lốp.
Ở bộ truyền lực máy kéo xích, đầu kéo một trục và hai trục, sát xi chuyên
dụng cho xe nâng hàng các khớp nối ma sát được thay bằng biến tốc thuỷ lực. Như
vậy mối liên kết động học cứng giữa động cơ và các bánh chủ động được thay bằng
mối liên kết chất lỏng. Hệ truyền thuỷ lực này là hệ thống thuỷ cơ. Khi lực cản di
chuyển lớn thì việc dùng biến tốc thuỷ lực sẽ làm tăng mômen quay của động cơ

nhờ hệ số biến đổi lớn. Quá trình làm việc của biến tốc thuỷ lực chuyển sang chế độ
làm việc với hiệu suất cao hơn hẳn. Khi ấy quá trình sang số được thực hiện một
cách tự động, tức là số cao chỉ được thực hiện khi trụ thứ đạt được số vòng quay
nhất định. Lúc này động cơ làm việc ở công suất tối đa, còn việc sang số được thực
hiện liên tục mà không cần ngắt mômen quay. Nhờ vậy mà giảm tải trọng động lên
động cơ, có nghĩa là làm tăng tuổi thọ của động cơ và bộ truyền lực.
Với máy kéo có bộ truyền lực điện thì mômen quay được truyền từ động cơ
điện một chiều tới bánh xích chủ động qua bộ ly hợp bên và bộ truyền lực cuối
cùng. Động cơ điện được cung cấp điện năng do máy phát điện dẫn động bởi động
cơ máy kéo. Hệ thống dẫn động gồm động cơ diesel - máy phát - động cơ điện làm
6


cho sơ đồ động của hệ truyền lực đơn giản hơn (không có hộp số và hộp các đăng),
đặc biệt là cho phép thay đổi tốc độ và mômen quay một cách vô cấp tuỳ theo lực
cản bên ngoài. Các bộ truyền lực kiểu thuỷ - cơ và truyền động điện hoàn toàn đáp
ứng chế độ làm việc của máy kéo có rơmooc và các cơ cấu làm việc của máy xây
dựng.
Bố trí hệ thống truyền lực trên máy kéo
Ở máy kéo, do người lái thường ngồi phía sau để quan sát sự làm việc của
các máy công tác đi theo máy kéo, nên khớp nối 2 thường được bố trí giữa ly hợp 1
và hộp số 3, bố trí như vậy sẽ giúp cho hộp số máy kéo được đặt ngay phía dưới
buồng lái, nhờ đó cấu tạo cơ cấu điều khiển hộp số đơn giản và thuận tiện khi điều
khiển. Ngoài ra, vì máy kéo cần lực kéo lớn, nên trong hệ thống truyền lực thường
có truyền lực cuối cùng 6 để làm tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống truyền lực.
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống truyền lực máy kéo xích
1 – Ly hợp; 2 – Khớp nối; 3 – Hộp số; 4 – Truyền lực chính;
5 – Dải xích; 6 – Bán trục; 7 – Bộ phận chuyển hướng;
8 – Truyền lực cuối cùng; 9 – Bánh sao chủ động;
1

2
3
4
5
6
7
8
9

7


Trên hình 1.1 trình bày sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực của máy kéo xích
kiểu một dòng công suất, khác với truyền lực của máy kéo bánh, ở máy kéo xích,
sau truyền lực trung tâm 4 là đến hai bộ phận chuyển hướng 7 của máy kéo xích, từ
trục bị động của bộ phận chuyển hướng, mômen được truyền đến truyền lực cuối
cùng 8 rồi đến bánh sao chủ động 9, bánh sao chủ động ăn khớp với mắt xích của
dải xích và đẩy cho máy kéo dịch chuyển trên đường ray vô tận do dải xích tạo nên.
Hiện nay trên một số máy kéo xích có công suất lớn dùng trong công nghiệp và các
xe chuyên dụng, hệ thống truyền lực của chúng thường dùng kiểu hai dòng công
suất truyền từ động cơ đến hai bánh sao chủ động của hai dải xích riêng biệt. Với hệ
thống truyền lực như vậy, sẽ làm cho truyền lực chính cũng như các chi tiết trong
hộp số có kích thước nhỏ gọn hơn vì chịu tải trọng thấp hơn. Điểm đặc biệt ở hệ
thống truyền lực hai dòng công suất là trong hộp số của máy kéo có hai trục thứ
cấp, mỗi trục thứ cấp truyền mômen cho một truyền lực chính riêng ở cầu chủ
động và cho một bánh sao chủ động của một bên dải xích.
1.1.2. Hệ thống di động xích
Hệ thống di động xích gồm có hai dải xích khép kín, hai bánh hướng dẫn
xích và căng xích 1 và hai bánh sao chủ động 6, ngoài ra trong hệ thống di động
xích còn có một loạt các bộ phận phụ trợ khác đó là các bánh đè xích 9, các bánh đỡ

xích 5 cơ cấu căng xích và giảm chấn 4, ở một vài loại bộ phận di động xích khi sử
dụng bánh đè xích có đường kính lớn (như máy kéo TT - 4) khi đó không cần sử
dụng các bánh đỡ xích.
Xích gồm các mắt xích bằng kim loại liên kết khớp với nhau nhờ chốt xích
hoặc xích cao su có lõi thép mềm tạo thành một vòng khép kín. Phần lớn máy kéo
xích có xích bằng mắt xích kim loại, loại này có ưu điểm có độ bền cao, cho lực kéo
tiếp tuyến lớn, thường sử dụng cho các máy kéo làm việc với lực kéo lớn ở móc hay
ở ben đẩy.
Xích cao su là băng bằng dải cao su có lõi thép thường sử dụng trên các máy
kéo nông nghiệp công suất nhỏ và trung bình đặc biệt các máy kéo dùng cho việc
chăm sóc cây trồng, thu hoạch hoặc không cần lực kéo lớn.
8


Khoảng cách giữa tâm của hai chốt xích gọi là bước của xích ký hiệu là tx .
Bánh sao chủ động dùng để truyền mômen quay từ động cơ truyền đến qua
hệ thống truyền lực đến xích, việc ăn khớp giữa bánh sao chủ động với xích có thể
nhờ ăn khớp vấu, ăn khớp răng hoặc nhờ ma sát
Hiện nay, trong máy kéo xích nông nghiệp chủ yếu sử dụng loại bánh chủ
động hình sao ăn khớp với xích theo kiểu ăn khớp răng.
Cơ cấu di dộng
Cơ cấu di động đảm bảo chuyển động của máy kéo và giữ ổn định cho khung
máy kéo. Cơ cấu di động do các bộ phận sau đây hợp thành:
Cơ cấu treo
Cơ cấu treo có nhiệm vụ nối khung với cơ cấu di động, đảm bảo chuyển
động êm dịu, không gây va đập bất thường khi máy kéo di động. Tùy theo kết cấu
của từng loại máy kéo mà số lượng chi tiết của cơ cấu treo nối khung với bánh đè
xích có thể khác nhau.
Bánh sao chủ động có nhiệm vụ nhận chuyển động quay từ bộ phận truyền
lực cuối cùng, nhờ ăn khớp với dải xích biến thành lực kéo, đẩy khung máy lăn trên

đường ray vô tận do dải xích tạo nên làm toàn bộ máy kéo chuyển động tịnh tiến.
Bánh bị động hay còn gọi là bánh hướng dẫn và căng xích phụ thuộc vào
việc bố trí bánh sao chủ động, nó có thể bố trí ở phía trước hay phía sau. Thiết bị
căng xích dùng để điểu chỉnh lực căng ban đầu của xích cũng như độ võng tự do h
của dải xích khi làm việc, tăng lực căng ban đầu dẫn đến tăng mất mát do ma sát
trong hệ thống di động xích, còn giảm lực căng ban đầu dẫn đến làm tăng độ võng
tự do h làm tăng rung động nhánh xích không tải dẫn đến dễ làm tụt xích.

V
10
9
8

Hình 1.2. Hệ thống di động xích
1- Bánh hướng dẫn và căng xích; 2- Các mắt xích đang ăn khớp;
3- Các mắt xích ở nhánh không làm việc; 4- Bộ phận căng xích;
5- Bánh đỡ xích; 6- Bánh sao chủ động; 7- Nhánh xích làm việc;
8- Nhánh xích tiếp xúc mặt đất; 9- Các bánh đè xích
10. Nhánh xích phía trước

9


7
6
2
2
2
5
1

41
3
h
Mk

Bộ phận giảm chấn dùng để làm giảm tải trọng động tác dụng lên bộ phận
di động xích khi máy kéo di động trên địa bàn không bằng phẳng hoặc bộ phận di
động xích gặp phải các vật cản đột ngột như gạch đá v.v…
So sánh phần di động của máy kéo bánh xích và máy kéo bánh lốp
+ Ưu điểm
- Nếu xích đủ rộng và dài thì mặt tựa của xích lên đất sẽ lớn, nên mặc dù
trọng lượng máy kéo xích lớn mà áp suất của máy lên mặt đất vẫn nhỏ 0,5 ÷ 1
kG/cm2. Vì vậy máy kéo xích có thể chuyển động trên mặt đất mềm hoặc đất độ ẩm
tương đối cao, mà không lún, không nén sâu xuống đất.
- Mấu bám của dải xích lớn hơn so với mấu bám của bánh lốp và số lượng
nhiều hơn nên bám đất tốt hơn, ít bị trượt.
+ Nhược điểm

10


- Có cấu tạo phức tạp, trọng lượng lớn.
- Hao mòn nhiều, đòi hỏi chi phí lớn chăm sóc sửa chữa.
Do các ưu, nhược điểm trên nên máy kéo bánh xích được dùng ở những nơi
và làm những công việc mà máy kéo bánh lốp không thể làm được hoặc làm việc
kém hiệu quả. Đối với một số dạng công việc như san ủi, cạp đất, cày trên đất độ
ẩm cao v.v…máy kéo xích có năng suất và hiệu quả sử dụng cao hơn máy kéo bánh
lốp. Nhưng đối với máy kéo có công suất nhỏ thì việc dùng cơ cấu di động bằng
xích bị hạn chế nhiều, ngoài ra tính cơ động của máy kéo xích thấp, giá thành chế
tạo cũng như chăm sóc sửa chữa tốn kém hơn.

1.2. Các chỉ tiêu đánh giá tính chất kéo bám của máy kéo xích
Tính năng kéo là một trong những tính năng sử dụng quan trọng biểu thị khả
năng thực hiện các công việc kéo ở các điều kiện sử dụng khác nhau. Tính năng này
phụ thuộc chủ yếu vào khả năng bám của hệ thống di động, công suất của động cơ,
số truyền và sự phân bố tỉ số truyền, lực cản lăn của máy. Khả năng bám và lực cản
lăn của máy kéo phụ thuộc vào loại, kết cấu của hệ thống di động, sự phân bố trọng
lượng trên các bánh xe, tính chất đất đai và độ dốc mặt đường.
Các chỉ tiêu đánh giá tính năng kéo bám bao gồm độ trượt, tốc độ chuyển
động, công suất kéo, chi phí nhiên liệu giờ, chi phí nhiên liệu riêng, hiệu suất kéo,
lực cản lăn khi làm việc ở các số truyền khác nhau. Hệ số bám và lực bám cũng là
chỉ tiêu đánh giá tính năng kéo nhưng không phụ thuộc vào số truyền làm việc.
Để đánh giá tính năng kéo thường sử dụng đường đặc tính kéo, đó là mối
quan hệ giữa các chỉ tiêu kéo với lực kéo khi làm việc với các số truyền khác nhau,
trong các điều kiện đất đai khác nhau.
Tính năng động lực học của máy kéo khi thực hiện các công việc trên
đồng ruộng hoặc các công việc xây dựng sẽ được đặc trưng bởi khả năng khắc
phục hiện tượng quá tải, khả năng rời chỗ và tăng tốc với tải trọng kéo lớn. Khi
vận chuyển tính năng động lực học của máy kéo được đặc trưng bởi tốc độ
chuyển động cực đại, gia tốc và độ dốc lớn nhất mà xe có thể vượt được.
Tính năng kéo và tính năng động lực học ảnh hưởng rất lớn đến năng suất
của liên hợp máy kéo. Do vậy việc nghiên cứu và tìm hiểu các tính năng này là
11


một trong những nhiệm vụ cơ bản của môn động lực học chuyển động của máy
kéo.
Khi nghiên cứu các chỉ tiêu kéo của máy kéo cần phải nghiên cứu ảnh
hưởng của các thông số cấu tạo của hệ thống di động, sự phân bố trọng lượng
trên các cầu, các tính chất cơ lý của đất, sự phù hợp công suất của động cơ, sự
phân bố tỉ số truyền với khả năng bám của hệ thống di động.

Khi máy kéo làm việc ở độ dốc, còn phải nghiên cứu sự ảnh hưởng của độ
dốc đến các chỉ tiêu đó.
1.3. 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.
12


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 [14]. Các tính chất này của đất ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng di chuyển

của máy kéo.
1.3.1 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 [14][15] trong quá
trình nén được thể hiện trong hình 1.3. 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.
Hình 1.3. Đặc tính nén của đất
h
h*
σ
σ0
σmax
I
II
III
13

0

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
cực đại, sau đó dù có tăng lực nén ứng suất không tăng nữa. Do đó ứng suất cực
đại σmax sẽ đặc trưng cho khả năng chống nén của đất. Giá trị cực đại σ max và độ
sâu h* phụ thuộc vào loại đất và trạng thái vật lý của nó. Do vậy σ max 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:

σ = hk ,

(1 – 1)

Trong đó:
k – hệ số biến dạng thể tích, N/m3, phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất.
h – Độ biến dạng của đất, m.
Để mô tả toàn bộ đường cong, M.G Becker đã đề suất hàm số mũ:

k

σ =  0 + kϕ ÷h n ,
b



(1 – 2)

Trong đó:
14


k0 – Hệ số bám, N/m1+n.
b – đường kính đầu đo, m.

kϕ

– Hệ số ma sát trong của đất, N/m1+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:

σ = σ 0th

k
h
σ0

(1 – 3)

Trong đó:

σ 0 – là ứng suất giới hạn của đất khi nén bằng đầu đo, Pa.
k – hệ số biến dạng thể tích, N/m3;
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).
1.3.2. 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.
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 1.4.

1
2

Hình 1.4. Đặc tính cắt của đất
1 - Đất chặt; 2 - Đất xốp

τ
τmax1

15


τmax2 = τδ2
τmax1
τδ2
τmax1

δ
τmax1
δ0
τmax1
0
τmax1

Đối với đất chặt, ứng suất cắt cực đại τ max và δ 0 , sau đó giảm dần đến một
giá trị tới hạn nào đó τ δ 1 rồi xảy ra trượt hoàn toàn (đường đồ thị số 1). Đối với đất
xốp thì ứng suất cắt τ tang dần tới giá trị cực đại τ max 2 rồi xảy ra hiện tượng trượt
hoàn toàn, nghĩa là giá trị tới hạn bằng bằng giá trị cực đại τ δ 2 = τ max 2 (đường đồ
thị số 2).

16


Khả năng chống cắt của đất được đặc trưng bởi ứng suất tới hạn của nó. Giá
trị ứng suất tới hạn τ δ phụ thuộc vào loại đất và ứng suất pháp tuyến τ .
Trên hình 1.5a 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 τ δ cũng càng lớn.
Quan hệ giữa ứng suất cắt τ δ và ứng suất pháp σ là tuyến tính, thể hiện trên hình
1.5b và được biểu diễn bởi công thức:

τ δ = σ tgϕ .

(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 1.5c và mối quan hệ đó được thể hiện bằng công thức:

τ δ = τ 0 + σ tgϕ ,

(1 – 5)

Trong đó: τ 0 - Ứng suất cắt do lực dính gây ra.
a)
b)
c)
Hình 1.5. 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 τδ và chuyển vị σ khi cắt đất rời.
c) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τδ và chuyển vị σ khi cắt đất dính.

τ

∆
τmax1
0
τmax1

17


1
τmax1
2
τmax1
3

τmax1

τδ

σ
τmax1
0
τmax1

τδ = σtgφ
τmax1
φ
τδ

σ
τmax1
0
τmax1

τδ = τ0 +σtgφ
τmax1
φ
τ0

18


Hình 1.7. Ứng suất sinh ra trong đất do tác dụng của mẫu bám bánh xe

v

τc
τc
τ
p
hb
∆
Hình 1.6. Sự phụ thuộc lực cắt đất T vào tải trọng pháp tuyến N

T
N
τmax1
0
τmax1

τmax1

T0
τmax1

19


φ
τmax1
a
τmax1
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 1.6.

Quá trình cắt đất có thể mô hình hóa như hình 1.7.

Lực chống cắt của đất biểu thị qua công thức : T = T0 + Ntg ϕ
Trong đó :

(1 – 6)

T0 – Lực dính.

N – Tải trọng pháp tuyến.

ϕ - Góc ma sát trong.
Nếu chúng ta ký hiệu lực ma sát nghỉ là Tn = Tmax và fn là hệ số ma sát nghỉ
thì ta có thể xác định chúng theo công thức sau :
Tn = fnN ; fn =

tgϕ +

T0
N;

Chia lực T0 và N cho diện tích tiếp xúc A ta nhận được :

τ0 =

T0
A - Là ứng suất chống cắt do lực dính tạo ra.
20

p=

N
A - Áp suất do tải pháp tuyến N gây ra.

Khi đó hệ số ma sát nghỉ có thể tính theo công thức:
fn=

tgϕ +

τ0
N,

(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 fn). 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 = tgϕ ( 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:

Tδ = fδ N
Trong đó : fδ - 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 1.8.

fn, fδ
p

τmax1
0
τmax1
fn
fδ
Hình 1.8. Sự phụ thuộc của hệ số ma sát nghỉ fn và hệ số ma sát trượt fδ vào áp
suất p

21


Quan hệ giữa ứng suất cắt τ và độ biến dạng Δ cũng tương tự như thí
nghiệm cắt đất trong hộp kín.
Hình 1.9. Sự phụ thuộc ứng suất cắt vào biến dạng
1 - Đất chặt; 2- Đất dẻo
1
2

τ
τmax = τn
τmax2 = τδ2
τmax1

τδ
τmax1

∆
τmax1

∆0
τmax1
0
τmax1
τδ

σ

22


τmax1

τ0
τmax1
0
τmax1

τc = τ0 + σfδ
τ

= max1

Hình 1.10. Sự phụ thuộc ứng suất cắt giới hạn τδ và ứng suất pháp σ

Mô tả toán học đườn cong cắt đất
Đề mô tả đường cong cắt đất, M.G Becker [14] đề xuất áp dụng dao động
điều hòa có dạng:

X = B1e −α1t + B2e −α2t

Trong đó: B1 ,α1, B2 ,α 2 - Các hệ số đặc trưng quá trình dao động.
Ông M.G. Becker đã biến đổi phương trình trên để mô tả quan hệ giữa ứng
suất τ và biến dạng Δ nhận được:

23


{ (

)

) }

(

τ = ( τ 0 + ptgϕ ) exp  − k2 + k22 − 1 k1Δ  − exp  −k 2 − k 22 − 1 k1Δ 

 ; (1 – 8)


Trong đó:
k1, k2 – 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 k2 >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:

c ∆
 c ∆

τ =  c e 2 + c ÷1 − e 4 ÷
 1
÷
3 ÷






(1 – 9)

Trong đó: c1, c2, c3, c4 – 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
∂τ
∂τ
>0
<0
cùng tăng vì ∂∆
, còn giai đoạn thứ hai ứng suất giảm dần vì ∂∆
. Giá trị giới

hạn của hàm này tương ứng với quá trình cắt trượt của đất. Hàm này sẽ có giá trị
cực đại tmax 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:

24


τ



f

= f p 1 + td
δ
 ∆

ch


 kτ



÷
÷ ∆
th
 ÷ kτ
÷

÷
÷÷

,

(1 – 10)

Trong đó: ftd – hệ số ma sát tương đương; kτ – 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

 fn − f
δ
f = 2,55 
td
f

δ


thức thực nghiệm:

0,825


÷
÷


,

Hệ số biến dạng tỷ lệ với độ biến dạng ∆ 0 và phụ thuộc vào hệ số ma sát
tương đương:

kτ =

∆0
1+ 1+ f 2 
td
÷
arc 

÷
2 f td

,

Với độ chính xác tương đối, đất hoang hoá, độ ẩm trung bình, hệ số biến
dạng có thể tính theo công thức kτ = 0,4t (t – bước mấu xích của xích hoặc của bánh
xe).
Đối với đất dẻo (đường cong 2, hình 1.9), khi đó: fn = fδ và ftd = 0, công thức
(1 – 10 ) được viết lại:

∆
τ = f pth
δ
kτ

(1 – 11)

Công thức (1 – 10) và (1 – 11) cũng tương tự như công thức (1 – 3) mô tả
đường cong nén đất nhưng ông 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. Tổng quan về tình hình phát triển máy kéo trên thế giới và Việt
Nam

25