nghiên cứu thiết kế chế tạo máy tự hành vạn năng phục vụ sản xuất Nông nghiệp ở Việt Nam

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề:
Máy kéo sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam hiện nay đều sử dụng hộp số
cơ khí có cấp trong hệ thống truyền lực để thay đổi mômen, tốc độ quay từ
động cơ đến bộ phận di động. Hệ thống truyền lực này đã trở thành lạc hậu,
bộc lộ nhiều hạn chế trước các yêu cầu rất đa dạng, phức tạp của các công
việc trong sản xuất nông nghiệp.
Công nghệ chế tạo máy kéo của Việt nam cho tới nay mới chỉ sản xuất
được các loại máy kéo công suất vừa và nhỏ (dưới 30KW). Kết cấu của máy
kéo, đặc biệt là hệ thống truyền lực vẫn dựa trên thiết kế của các mẫu máy từ
những năm 70 của thế kỷ trước, vì vậy có rất nhiều hạn chế như nặng nề, kém
linh hoạt, tính vạn năng không cao, hiệu suất thấp,…vv, đã ảnh hưởng không
tốt đến năng suất, chất lượng công việc, sức khỏe người điều khiển.
Nghiên cứu ứng dụng một hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo, phù
hợp với điều kiện sản xuất chế tạo và sử dụng của Việt Nam là rất cần thiết.
Vì vậy việc phát triển hệ thống truyền động vô cấp trên máy kéo loại nhỏ là
phù hợp.
Truyền động vô cấp trên các máy nông nghiệp tự hành và máy kéo đã
được phát triển trên thế giới từ vài thập kỷ gần đây. Đối với các máy kéo lớn,
hệ thống truyền động vô cấp ưu tiên sử dụng hộp số phân nhánh công suất
thủy tĩnh. Truyền động thủy tĩnh yêu cầu chi phí đầu tư lớn do giá thành của
các thành phần cấu trúc thủy lực cao. Do các nguyên nhân về chi phí chế tạo,
trọng lượng và hiệu suất nên việc sử dụng hộp số thủy tĩnh trên các máy kéo
công suất nhỏ là không phù hợp.
Trên các loại máy kéo nhỏ đã và đang được ưu tiên phát triển ở nước
ta, truyền động đai vô cấp được đánh giá là phù hợp nhất. Truyền động đai vô
cấp có hiệu suất truyền hợp lý, yêu cầu lực ép nhỏ, hệ thống điều khiển không
quá phức tạp. Do kết cấu đơn giản sẽ dẫn đến chi phí chế tạo thấp, do an toàn
1

1

hoạt động cao sẽ dẫn đến chi phí vận hành nhỏ. Trong lĩnh vực kỹ thuật máy
kéo đã có những kết quả nghiên cứu bước đầu về hệ thống truyền động đai vô
cấp lắp trên máy kéo nhỏ sản xuất tại Việt nam. Hệ thống truyền lực thiết kế
cho máy kéo nhỏ là một hệ thống vô cấp phân tầng, kết nối một bộ truyền
động đai vô cấp điều khiển được với một hộp số cơ học 2 cấp truyền. Như
vậy máy kéo sẽ thực hiện việc điều khiển vận tốc vô cấp và cài tầng nhanh
khi thực hiện nhiệm vụ vận chuyển và sẽ thực hiện việc canh tác trên đồng
với vận tốc làm việc được điều khiển vô cấp với cài tầng chậm.
Từ các phân tích trên đây, có thể thấy việc nghiên cứu ứng dụng bộ
truyền đai vô cấp cho hệ thống truyền lực máy kéo nhỏ là cần thiết.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Tính toán thông số, xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực
ứng dụng bộ truyền động đai bản rộng vô cấp cho máy kéo công suất vừa và
nhỏ, nhằm thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu phuc vụ cho việc nghiên cứu thiết
kế chế tạo máy tự hành vạn năng phục vụ sản xuất Nông nghiệp ở Việt Nam.
3. Nhiệm vụ của đề tài:
- Tập hợp các dạng truyền động vô cấp, phân tích ưu nhược điểm của
chúng.
- Lựa chọn một dạng truyền động vô cấp hợp lý để ứng dụng cho hệ
thống truyền lực máy kéo nhỏ.
- Tính toán các thông số động học và kết cấu bộ truyền động đai vô cấp
và các bộ phận khác của hệ thống truyền lực.
- Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền động có tích hợp bộ truyền
động đai vô cấp.

2

2

Chương I
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN.
1.1. Khái quát chung:
Trái ngược với hôp số có cấp, CVT (Continuously Variable
Transmission) là một hộp số có thể thay đổi vô cấp (tốc độ) qua một số của tỷ
số truyền hiệu dụng (có ích) giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất.

Hình 1.1: Hình ảnh hộp số vô cấp Mercedes - Benz

Tính linh hoạt này của CVT cho phép duy trì một tốc độ góc không đổi
trong một giải vận tốc đầu ra. Như vậy CVT có thể cho phép các động cơ
luôn hoạt động ở vùng hiệu suất tối ưu nhất.
1.2. Lịch sử phát triển của truyền động vô cấp:
Năm 1490. Leonardo da Vinci đưa ra khái niệm truyền vô cấp biến đổi
liên tục. Sáng chế đầu tiên cho CVT là dựa trên một vành đai ma sát do Dailer
và Benz (năm 1886), Vào năm 1935 cũng sáng chế một CVT hình xuyến do
người Mỹ chế tạo.
Năm 1910, Zenith Motorcycles thiết kế xe V2-Motorcycles với một
CVT truyền động từng bậc. Với sự cải tiến này Zenith đã rất thành công trong
cuộc đua leo dốc cho ôtô và môtô.
3

3


Hình 1.3: CVT kiểu hình xuyến

Hình 1.2: CVT kiểu vành đai ma sát

Một dạng CVT là Variomatic, được thiết kế và xây dựng bởi Hub van
Doorne vào cuối năm 1950, những hộp số vô cấp này được áp dụng cho dòng
xe nhỏ dùng cho gia đình với giá cả phải chăng , được gọi là dòng xe DAF
600 (hình 1.4) được sản xuất năm 1958.
Nhiều chiếc xe snowmobiles (xe gắn máy đi tuyết) (hình 4) sử dụng
CVT vành đai cao su. Năm 1974, hãng Rokon cung cấp một xe gắn máy với
một CVT vành đai cao su.
CVTs được sử dụng trong một số ATVs (All-terrain vehicle) là loại xe
dùng cho tất cả các địa hình (hình 1.6). Các dòng xe AVT đầu tiên được trang
bị hộp số vô cấp được Suzuki dùng cho dòng xe LT80 mini vào năm 1987.

Hình 1.4: Mẫu xe DAF 600

4

Hình 1.5: Các xe snowmobile

4


Hình 1.6: Dòng xe ATVs (All - terrain vehicle)

Vào đầu năm 1987, Subaru ra mắt dòng xe Justy (hình 1.7) ở Tokyo
với một hộp số vô cấp được kiểm soát bằng điện tử (ECVT). Năm 1989, dòng
xe Justy trở thành chiếc xe đầu tiên được sản xuất tại Hoa Kỳ và được cung
cấp công nghệ CVT.

Hình 1.7: Dòng xe Justy
của subaru

Bắt đầu từ năm 1990 cho đến bây giờ đã có nhiều hãng xe đã áp dụng
hộp số vô cấp (CVT) trên các dòng xe của mình như Nissan, Honda, Ford,
GM, Fiat, Toyota ...Trong quá trình áp dụng CVT trên các dòng xe của mình
thì các hãng xe này không ngừng cải tiến CVT để hộp số vô cấp này truyền
được số mômen xoắn càng ngày càng cao hơn.
Năm 1990 thì Nissan áp dụng CVT trên xe Nissan March.
Năm 1995 Honda áp dụng CVT trên xe Honda Civic VTi.
Năm 2000 Audi giới thiệu dòng xe A4 được trang bị CVT. Cùng thời
gian đó Fiat cũng đua ra dòng xe Fiat Punto áp dụng CVT kiểu hình nón.
5

5


Năm 2002 GM giới thiệu phiên bản CVT của mình trên xe Saturn Vue
và Sturn lon.
Năm 2004 Ford bắt đầu đưa CVT vào sản xuất.
1.3. Các dạng truyền động vô cấp dùng trên máy kéo loại nhỏ:
Các hộp số nói chung dùng để thay đổi tỷ số tốc độ giữa động cơ
và cầu chủ động. Nói một cách khác nếu không có hộp số, chiếc xe chỉ chạy
được ở một tốc độ duy nhất với một tốc độ cực đại nhất định. Ngoài ra khả
năng tăng tốc từ khi xuất phát cùng với khả năng leo dốc của xe cũng bị hạn
chế nếu như nó không sử dụng hộp số. Vì vậy hộp số sử dụng một hệ thống
bánh răng khác nhau từ thấp đến cao để biến đổi mô men xoắn của động cơ
phù hợp với nhiều điều kiện vận hành (khởi hành, tăng tốc, leo dốc...). Các số
có thể được cài theo cách thông thường bằng tay hoặc tự động.
Để kết nối, truyền và biến đổi chuyển động từ động cơ đến bộ phận di
động, bên cạnh hộp số có cấp, hiện nay trên thế giới đã và đang sử dụng rất
phổ biến các dạng truyền động vô cấp (CVT) trong hệ thống truyền lực của

máy kéo.
Thực tế sử dụng cho thấy CVT có nhiều ưu điểm vượt trội so với
truyền động có cấp.
- Thay đổi trạng thái hoạt động (tốc độ, mômen) liên tục, êm dịu.
- Máy kéo luôn làm việc trong dải công suất tối ưu không phụ thuộc
vào tốc độ.
- Phản ứng linh hoạt theo các điều kiện thay đổi của động cơ hoặc tải trọng.
Với các ưu điểm của CVT, cho phép máy kéo có thể thỏa mãn các yêu
cầu về kinh tế, kỹ thuật và môi trường trong sử dụng máy.
Hộp số vô cấp (CVT) ứng dụng trên máy kéo rất đa dạng trong chế tạo
và sử dụng CVT được đánh giá theo các tiêu chí sau:
- Khả năng truyền mô men xoắn.
- Phạm vi thay đổi tỷ số truyền.
6

6


- Hiệu suất truyền động.
- Tính nhạy.
- Độ ổn định khi làm việc.
- Thể tích riêng.
- Tuổi thọ.
- Giá thành chế tạo
Hệ thống truyền động vô cấp được chia thành các loại dựa và sơ đồ sau:
TRUYỀN ĐỘNG VÔ CẤP

T Ð THỦY LỰC

THỦY TĨNH

T Ð CƠ HỌC

T Ð ĐIỆN

THỦY ĐỘNG

ÐĨA MA SÁT

BAO VÒNG

ÐAI BẢN RỘNG

ÐAI XÍCH

ÐAI KIM LOẠI

Hình 1.8: Hình ảnh sơ đồ phân loại truyền động vô cấp

1.3.1. Hộp số vô cấp loại cơ:
Truyền động cơ học vô cấp dựa trên nguyên tắc ma sát giữa các chi tiết của
bộ phận dẫn động, sự thay đổi tỷ số truyền được thực hiện liên tục, thông qua sự
thay đổi vị trí của các con lăn với đĩa ma sát hoặc của dây đai với bánh đai.
1.3.1.1 CVT trên cơ sở biến đổi đường kính của puly đai và dây đai truyền
Là loại hộp số vô cấp thông thường nhất trong hệ thồng CVT, có hai
puly hình chữ V được chia vuông góc với trục quay, với một vành đai chữ V
chạy giữa chúng. Số truyền là sự thay đổi bằng cách di chuyển hai phần của
một puly gần nhau hơn và hai phần của puly khác xa nhau hơn. Do vành đai

7

7


có hình dạng mặt cắt ngang là chữ V, do nguyên nhân này vành đai gối lên
một nơi cao hơn ở một puly và một chỗ thấp hơn ở một puly khác. Hành động
này có hiệu lực thay đổi đường kính của các puly. Khoảng cách giữa các puly
là không đổi, chiều dày của vành đai là không đổi nhưng vẫn thay đổi được tỷ
số truyền vậy coa nghĩa là cả hai puly có thể điều chỉnh được (một lớn hơn và
một cái khác nhỏ hơn) một cách đồng thời phù hợp với sự duy trì chính xác
già trị lực căng của dây đai.
Các bộ phận cơ bản của hộp số vô cấp kiểu VDP:
- Đai truyền (vàng đai) được làm bằng kim loại hay băng cao sua có
công suất cao.
- Một hệ gồm hai puly (một puly đầu vào và một puly đầu ra) đường
kính của hai puly này có thể thay đổi được.
- Có các bộ vi xử lý và các cảm biến để theo dõi và điều khiển sự thay
đổi đường kính của hai puly trên.

Hinh1.9: Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp kiểu puly đai và dây đai truyền

Hệ puli với đường kính thay đổi là kiểu truyền động phổ biến của
CVT. Mỗi puli được tạo thành từ hai khối hình nón có góc nghiêng 20 độ và
đặt đối diện với nhau. Một dây đai chạy trong rãnh giữa hai khối hình nón
8

8


này. Dây đai hình chữ V có ưu điểm hơn nếu chúng được làm từ cao su vì

có ma sát cao, hạn chế trượt.
Hai khối hình nón này có thể thay đổi khoảng cách giữa chúng. Khi hai
khối hình nón tách ra xa nhau, dây đai ngập sâu vào trong rãnh và bán kính của
dây đai quấn quanh puli sẽ giảm đi. Khi hai khối hình nón này ở gần nhau thì
bán kính của dây đai tăng lên. CVT có thể sử dụng áp suất thủy lực hoặc lò xo
để tạo ra lực cần thiết thay đổi khoảng cách giữa hai khối hình nón.
Hệ puli và dây đai có đường kính thay đổi này thường đi với nhau
thành một cặp. Một trong số đó là puli chủ động được nối với trục quay của
động cơ. Puli chủ động cũng được gọi là puli đầu vào bởi vì nó nhận năng
lượng trực tiếp từ động cơ đưa vào hộp số. Puli thứ hai gọi là puli bị động
nối với puli chủ động hay còn gọi là puli đầu ra và nó truyền momen đến
trục truyền động dẫn đến bánh xe.
Khoảng cách giữa trục của puli tới điểm quấn của dây đai được gọi là
bán kính quay (picth radius). Tỷ số của bán kính quay trên puli chủ động
và bán kính quay của puli bị động xác lập nên “số” của hộp số.
Khi một puli tăng bán kính của nó và cái khác giảm bán kính để giữ
cho dây đai luôn bám chặt vào giữa hai khối hình nón, chúng sẽ tạo ra vô số
các tỷ số truyền từ mức thấp nhất cho đến cao nhất. Ví dụ khi bán kính quay
nhỏ trên puli chủ động và lớn trên puli bị động thì tốc độ quay của puli bị
động sẽ giảm kết quả là có được “số thấp". Khi bán kính quay của puli chủ
động lớn và của puli bị động nhỏ thì tốc độ của puli bị động tăng lên và kết
quả là được “số cao".

9

9


Hình 1.10: Hình ảnh các chế độ làm việc của hộp số vô cấp loại đai bản rộng (VDP)

Do có nhiều ưu điểm CVT đã được ứng dụng không chỉ riêng xe
hơi mà còn cho nhiều loại máy và thiết bị khác nhau. CVT đã được sử
dụng nhiều trên các máy gia công kim loại, thiết bị kiểm tra sửa chữa điện,
bơm cao áp, nó cũng có mặt trên nhiều loại phương tiện khác nhau bao
gồm đầu kéo (tractor), xe trượt tuyết (snowmobile) và scooter. Trong tất
cả các ứng dụng này, hộp số đều dựa trên loại dây đai cao su chất lượng tốt
và đàn hồi thấp. Tuy nhiên nó vẫn bị trượt và kéo dãn ra do đó giảm đi hiệu
quả làm việc.
Những loại vật liệu mới cũng được giới thiệu để chế tạo ra hộp số vô
cấp CVT có độ tin cậy và hiệu quả làm việc cao hơn nữa. Một trong
những cải tiến quan trọng nhất đó là thiết kế và phát triển một dây đai mới
nối giữa hai puli. Đây là loại dây phức hợp được làm từ một vài lá thép
mỏng (khoảng từ 9-12) kết hợp cùng với những phiến thép có độ cứng cao,
được tạo hình ôm chặt lấy các lá kim loại. Dây đai bằng kim loại không bị
trượt và có độ bền cao hơn, cho phép CVT có thể làm việc với mô-men
động cơ cao hơn và êm hơn so với dây đai cao su.
1.3.1.2. Hộp số CVT trên cơ sở dạng hình xuyến hoặc con lăn
Hộp số vô cấp kiểu này được tạo thành từ các đĩa và con lăn rằng
truyền công suất giữa các đĩa với nhau. Những vật tròn hình đĩa có thể được

10

10


mô tả bằng gần như 2 nửa hình nón, điểm tới điểm, với các phía được làm
lõm xuống thành lòng đĩa như vậy hai nửa có thể điền đầy trung tâm của phần
lõm của một vành xuyến. Một đĩa là đầu vào (nối với động cơ), còn một đĩa
khác là đầu ra, chúng không hoàn toàn tiếp xúc với nhau. Công suất được
truyền từ bên này tới bên khác bằng các con lăn. Khi trục con lăn là vuông

góc với trục của hình nón - phần gần, nó tiếp xúc với hình nón - phần gần
trong vị trí ở cùng đường kính và do đó cho một tỷ số truyền là 1:1.

Hình 1.11: Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp loại con lăn(TCVT)

Hoạt động của hộp số vô cấp kiểu hình xuyến:

Hộp số truyền với tỉ số truyền 1:1 Hộp số truyền với tỉ số truyền thấp
Hộp số truyền với tỉ số truyền cao

Hình 1.12: Hình ảnh các chế độ làm việc của hộp số vô cấp kiểu con lăn

11

11


Những con lăn này quay cùng với trục quay nằm ngang và tiếp xúc
với hai đĩa quay tại các vùng khác nhau. Khi con lăn tiếp xúc với đĩa quay
chủ động gần tâm thì nó sẽ tiếp xúc với đĩa bị động ở gần viền bên ngoài kết
quả là giảm được tốc độ và tăng momen (số thấp). Khi con lăn tiếp xúc với
đĩa chủ động ở gần mép thì nó lại tiếp xúc với đĩa bị động tại gần trục
quay kết quả là làm tăng tốc độ và giảm momen (số cao).
1.3.1.3. Infinitely Variable transmission (IVT):
Các hộp số vô cấp kiểu IVT là kết quả của sự kết hợp của một CVT đã
tìm hiểu ở trên với hệ thống các bánh răng hành tinh.
Loại đặc biệt của CVT là IVT (infinitely variable transmission), trong
đó khoảng thay đổi của tỉ số từ 0 đến cực đại. Tốc độ đầu ra zero (số thấp-low
gear) với tốc độ đầu vào hữu hạn kéo theo một tỉ số truyền vô hạn nghĩa là có
thể đạt tới khả năng điều khiển tốc độ liên tục với đầu vào hữu hạn bởi hộp

giảm tốc IVT.
Cấu tạo của hộp số vô cấp kiểu IVT được thể hiện ở hình sau:

Hình 1.13: Sơ đồ cấu tạo của hộp số vô cấp kiểu IVT

12

12


1.3.1.4 Traction - drive CVT
Một kiểu hoàn toàn mới của CVT là Traction - drive CVT. Traction drive CVT được xem như là loại hiệu quả nhất của CVT tại thời điểm này.
Một mô hình thương mại sản xuất như NuVinci sử dụng cả hai thành phần
của CVT và bộ truyền động hành tinh.

Hình 1.14: Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp kiểu con lăn tỏa tròn

NuVinci CVP thật dễ dàng và hệ thống truyền êm được dùng cho xe
đạp. Người lá xe có thể điều khiển dừng và di chuyển. Nó sử dụng công nghệ
tiên tiến sẽ đưa thêm người lên xe đạp bằng cách cho phép các nhà sản xuất
tạo ra sản phẩm hấp dẫn hơn cho người đi không hài lòng với hệ truyền rẽ
bánh thông thường.
* Ưu điểm của CVT cơ khí:
- Có kết cấu đơn giản
- Dễ chế tạo, dễ dàng thay thế.
- Phù hợp với điều khiện ở Việt Nam.
- Giá thành hạ.
* Nhược điểm của CVT cơ khí
- Yêu cầu chính xác khi lắp ráp.
- Hiệu suất thấp do trượt và mất mát do ma sát

13

13


1.3.2. Hộp số vô cấp dạng thủy lực:
1.3.2.1 Hydrostatic CVTs (dạng thủy tĩnh CVTs):
Cả hai loại CVT puli-dây đai và Toroidal là những ví dụ về hộp số vô
cấp dựa trên cơ sở ma sát trượt làm việc bằng thay đổi bán kính của điểm
liên kết giữa hai vật quay. Có một loại nữa được gọi là hộp số vô cấp thủy
tĩnh (hydrostatic CVT). Chúng sử dụng bơm để thay đổi lưu lượng chất
lỏng chảy qua motor thủy tĩnh. Loại hộp số này, động cơ làm quay trục
máy bơm để bơm chất lỏng ở bên nhánh chủ động. Ở bên nhánh bị động,
dòng chất lỏng chuyển động qua mô tơ thủy tĩnh biến thành chuyển động
quay của trục động cơ.

Hình 1.15: Sơ đồ cấu tạo của hộp số vô cấp loại thủy tĩnh

Thông thường, hộp số thủy tĩnh kết hợp cùng với bộ bánh răng hành
tinh và ly hợp để tạo thành hệ thống hybrid được gọi là hộp số cơ khí thủy
lực. Hộp số cơ khí thủy lực chuyển công suất từ động cơ đến các bánh xe
thông qua ba chế độ khác nhau. Tại tốc độ thấp, công suất được truyền bằng
thủy lực, ở tốc độ cao nó được truyền bằng cơ khí. Ở khoảng giá trị trung
bình sử dụng cả hai cơ cấu thủy lực và cơ khí để truyền công suất. Hộp số cơ
khí thủy lực là ý tưởng phù hợp cho các ứng dụng tải trọng nặng như các máy
nông nghiệp và xe địa hình.

14

14


1.3.2.2. Hộp số dùng truyền động thủy động (TĐTĐ):

Hình 1.16: Sơ đồ cấu tạo hộp số dùng truyền động thủy lực

Truyền động thủy động sử dụng chủ yếu động năng của chất lỏng trong
truyền động. Một ứng dụng của kiểu truyền động này là biến mô thủy lực.
Trong hệ thống truyền lực của các loại xe ôtô tốc độ cao hoặc máy tự hành
công suất lớn, biến mô thường kết hợp với hộp số hành tinh và được sử dụng
để đóng ngắt truyền động (ly hợp) và thay đổi mômen (biến mô).
Hộp số dùng truyền động thủy động gồm các bộ phận chính sau:
- Bộ biến mô (Bộ biến đổi mômen).
- Bộ bánh răng hành tinh.
- Bộ điều khiển thủy lực.
- Bộ truyền động bánh răng cuối cùng.
- Các thanh điều khiển.
- Dầu hộp số.
* Ưu điểm của hộp số CVT thủy lực:
- Kết cấu đơn giản và tạo tính linh động trong lắp ráp.
- Dễ điều khiển và dễ tự động hóa.
15

15


* Nhược điểm của hộp số CVT thủy lực:
- Hiệu suất thấp do phải nhờ vào áp lực dầu.
- Yêu cầu công nghệ chế tạo hiện đại.

- Giá thành cao.
1.3.3. Hộp số dùng truyền động điện (TĐĐ):
TĐĐ được ứng dụng phổ biến trên các loại xe lai (Hybrid) hoặc xe
nâng hàng, kiểu truyền động này không gây ồn, tiếc kiệm nhiên liệu (xe lai).
Tuy nhiên do một số hạn chế như hiệu suất thấp, giá thành chế tạo cao, thể
tích riêng lớn, nên TĐĐ hầu như không được ứng dụng trên máy kéo.

Hình 1.17: Sơ đồ cấu tạo hệ thống Hybrid

1.4. So sánh các loại hộp số vô cấp (CVT).
Các tiêu chí để so sánh, đánh giá các loại CVT là những cơ sở cho việc
lực chọn một bộ truyền động hợp lý cho máy kéo. Các tiêu chí trong bảng 1
và 2 đã được lược hóa, thể hiện khá rõ nét đặc tính các bộ phận truyền động
đang được sử dụng phổ biến hiện nay.

16

16


Bảng 1 đánh giá các loại truyền động

Kiểu truyền động

Tiêu chí đánh
giá

Bánh Xích vô
Thủy
răng

cấp
động
Mật độ công suất + +
++
++
Hiệu suất
++
+
Tình trạng phát + +
+
+

Thủy
tĩnh
+

Điện
từ
--0

triển
Khả

năng

đảo -

-

++

-

++

chiều
Tính chất

khởi -

-

++

++

++

hành
Đồ ồn
Khối lượng
Giá thành chế tạo
Tổng cộng
+ + Rất tốt, + tốt,

0
0
-+
+
+

+
++
+
+
7
4
2
1
0 Bình thường, - Kém, - - Rất kém.

++
---2

Bảng 2. So sánh các loại truyền động bao vòng vô cấp.
Tiêu chí

Đai bản
rộng
Hiệu suất (%)
90 – 96
Công suất cực đại (kW) 160
Mô men xoắn cực đại 200

90 – 97
400
500

Dây kim
loại
90 - 97

400
500

(Nm)
Phạm vi thay đổi tỷ số 9

6

6

truyền
Hệ số ma sát
Lực ép (kN)
Môi trường làm việc

0.45
1–3
Khô

0.1
0.1
15 – 30
10 – 20
Khô
hoặc Ướt

Trung

ướt
Cao

Tuổi thọ
17

17

Xích

Cao


bình
Giá thành
Thấp
Cao
1.5. Lựa chọn hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo:

Cao

Từ các phân tích ở phần trên và căn cứ vào thực tế sản xuất chế tạo và
sử dụng kéo của Việt Nam, có thể áp dụng một số tiêu chí dưới đây để lựa
chọn hệ thống truyền lực máy kéo:
- Hiệu suất: bao gồm hiệu suất truyền lực và hiệu suất sử dụng máy.
Hiệu suất truyền lực liên quan đến kết cấu và khả năng hoạt động của hệ thống,
hiệu suất sử dụng chịu ảnh hưởng nhiều bởi tính vạn năng của máy kéo.
- Độ tin cậy: liên quan đến công nghệ chế tạo, cho đến nay công nghiệp
chế tạo máy của Việt Nam đã tiếp cận được với một số công nghệ chế tạo
máy tiên tiến tên thế giới, có thể sản xuất chế tạo các chi tiết máy chất lượng
đảm bảo, đạt được độ tin cậy cần thiết.
- Giá thành chế tạo: đây là chỉ tiêu phụ thuộc vào tỷ lệ nội địa hóa sản

xuất chế tạo máy kéo, giá máy sẽ giảm khi tỷ lệ nội địa hóa cao. Ngoài ra việc
đơn giản hóa kết cấu máy, phù hợp với khả năng chế tạo của Việt Nam cũng
là yếu tố góp phần làm tăng tỷ lệ nội địa hóa, giảm giá thành.

Hình 1.18: Sơ đồ truyền lực máy kéo của Viện máy kéo nông nghiệp TU.Muenchen

18

18


Hình trên mô tả một mẫu máy kéo nghiên cứu của Viện máy nông
nghiệp Đại học kỹ thuật Muenchen CHLB Đức, có thể tham khảo để ứng
dụng cho máy kéo Việt nam. Hệ thống truyền lực của máy bao gồm một bộ
truyền đai xích vô cấp nằm giữa ly hợp và hộp số. Hộ số cơ khí 2 cấp có tác
dụng mở rộng phạm vi thay đổi tỷ số truyền và thực hiện chuyển động lùi.
Tốc độ máy kéo thay đổi vô cấp theo bộ truyền đai, việc chuyển số chỉ thực
hiện khi thay đổi trạng thái từ làm việc trên đồng sang vận chuyển hoặc
ngược lại. Để tăng cường khả năng và phạm vi hoạt động (tính vạn năng) của
máy kéo, hệ thống truyền lực được thiết kế nhiều điểm trích công suất cơ học
và thủy lực, có thể kết nối dễ dàng với nhiều loại máy công tác và thực hiện
nhiều công việc khác nhau trong sản xuất.
Hệ thống truyền lực có kết cấu đơn giản, hoàn toàn cơ học, ít chi tiết
nên có hiệu suất truyền lực cao. Để có thể ứng dụng cho máy kéo nhỏ trong
nước, cần có một số thay đổi sau:
- Thay thế truyền động xích vô cấp bằng truyền động đai bản rộng vô
cấp. Vì đai bản rộng có giá thành thấp, lực ép nhỏ, có hệ số ma sát bám lớn
hơn và vẫn đảm bảo được hiệu suất cao (theo bảng 2).
- Thay thế hộp số cơ khí 2 cấp thành hộp số bánh răng hành tinh
Với các thay đổi trên, phần lớn các chi tiết của hệ thống truyền lực máy

kéo có thể chế tạo trong nước.

19

19


CHƯƠNG II
LỰA CHỌN KẾT CẤU, TÍNH TOÁN THÔNG SỐ
HỆ THỒNG TRUYỀN LỰC MÁY KÉO NHỎ
2.1. Kết cấu tổng thể
Máy kéo 4 bánh công suất dưới 30 kW một cầu chủ động được thiết kế chế
tạo nhằm mục đích phát triển cơ giới hóa nông nghiệp và phát triển nông thôn.
Các bộ phận chính của máy kéo
- Động cơ: Diesel 3 - 4 xilanh
- Ly hợp: Ma sát khô, 1 đĩa, thường xuyên đóng
- Truyền động đai bản rộng vô cấp
- Hộp số: 2 số tiến, 1 số lùi hoặc hộp số bánh răng hành tinh
Theo hệ thống các tiêu chuẩn khảo nghiệm, giám định chất lượng máy
kéo, máy canh tác dùng trong sản xuất nông nghiệp do Trung tâm giám định
máy móc thiết bị Cơ điện nông nghiệp - năm 1997, máy kéo thiết kế có cỡ lực
kéo nằm trong khoảng 0.9 đến 1.4 tấn
Cỡ

1

2

3

4

5

Công suất

Từ 8,8

14,7 đến

22 đến

36,7 đến

55,1 đến

định mức

đến 11

18,3

25,7

44,1

58,8

kW(ml)
Cấp lực kéo,

(12 ÷ 15)

( 20 ÷ 25)

( 30 ÷ 35 )

( 50 ÷ 60)

( 75 ÷ 80)

0,2 ÷ 0,3

0,6

0,9

1,4

1,4 ÷ 2

T

2.2. Động cơ:
Động cơ sử dụng cho máy kéo là động cơ diezen, có thể lựa chọn động
cơ của một số hãng chế tạo nước ngoài như KUBOTA, YANMA,
20

20

DONGFENG hoặc VIKYNO công suất 30 kW (2400 v/ph), mô men xoắn
cực đại 120 Nm (2000 v/ph).
2.3. Hệ thống truyền lực:
Hệ thống truyền lực được lựa chọn bào gồm: ly hợp ma sát, bộ truyền
đai bản rộng vô cấp, hộp số cơ khí 2 cấp hoặc hôp số bánh răng hành tinh để
tăng phạm vi thay đổi tỷ số truyền và có thể thực hiện được chuyển động lùi.
Kết cấu hệ thống truyền lực được mô tả như hình dưới đây.

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí các bộ phận của hệ thống truyền lực dùng hộp số vô cấp kiểu đai bản rộng.
1- Động cơ; 2- Bộ truyền đai vô cấp; 3- Ổ bi ép; 4- Ly hợp; 5- Hộp số; 6- Vi sai
7- Phanh hãm; 8- Truyền lực cuối cùng; 9- Bánh xe

2.3.1. Đặc điểm và kết cấu của truyền động đai vô cấp bản rộng:
Truyền động đai vô cấp này sử dụng bộ truyền thủy lực để thay đổi độ
rộng của hai má trên bánh đai chủ động một cách liên tục. Việc này đem lại
21

21


sự thay đổi về tỷ số truyền một cách liên tục và biên độ tỷ số truyền lớn hơn.
Khi khởi hành máy nông nghiệp tự hành từ trạng thái đứng yên, dây đai được
đặt ở vị trí sát với tâm của bánh đai chủ động; cùng lúc lò xo 6 tạo ra lực ép
lên hai má của bánh đai bị động khiến chúng nằm sát với nhau qua đó dây đai
được đặt ở vị trí xa tâm - rìa - của bánh đai bị động. Ở vị trí số thấp này (bộ
truyền đai làm việc ở tỷ số truyền lớn) máy nông nghiệp tự hành được tăng
tốc một cách mạnh mẽ và liên tục.
Khi muốn tăng tốc độ chuyển động cho máy nông nghiệp tự hành, thì
phải giảm dần tỷ số truyền của bộ truyền đai. Khi đó, ta tác động vào tay điều

khiển van phân phối 9 ở vị trí nâng và lúc này dầu từ bơm 11 qua van phân
phối vào xylanh thủy lực 8 tạo ra lực ép đủ mạnh lên ổ bi ép 3 để ép nửa bánh
đai di động của bánh đai chủ động 2 vào gần nửa bánh đai cố định, khe hở của
hai nửa bánh đai chủ động thu hẹp lại, dây đai trong bánh đai chủ động bị ép
ra chỗ có đường kính lớn hơn, đồng thời dây đai ở bánh đai bị động do áp lực
lớn thắng được lực ép của lò xo 6 đẩy nửa bánh đai di động của bánh đai bị
động 4 đi ra xa nửa bánh đai cố định, làm giảm đường kính của bánh đai bị
động. Tỷ số truyền được giảm xuống đều đặn. Khi muốn máy nông nghiệp tự
hành làm việc ở một tỷ số truyền nào đó ta đưa tay gạt điều khiển van phân
phối ở vị trí giữ.
Nguyên lý thay đổi tỷ số truyền của bộ truyền đai bản rộng vô cấp : tỷ
số truyền là tỷ số của bán kính quay trên bánh đai chủ động và bán kính quay
trên bánh đai bị động:

Hình 2.2: Nguyên lý thay đổi tỷ số truyền của vô cấp
1- Puli chủ động; 2- Puli bị động; W1- Vận tốc góc của trục chủ động; W2- Vận tốc góc của trục bị động; d1- Đường kính làm việc của puli chủ độ
a. tỷ số truyền lớn; b. tỷ số truyền nhỏ

22

22


Các bộ phận chính của bộ phận truyền đai bản rộng vô cấp:
a) Bánh đai chủ động:
Bánh đai chủ động được nối trục quay của động cơ, nó nhận năng
lượng từ động cơ đưa vào hộp số.
Mỗi bánh đai được tạo từ hai khối hình nón có góc nghiêng là 20 0 và
đặt đối diện với nhau. Hai khối này có thể thay đổi khoảng cách giữa chúng,
khi hai khối này tách ra xa thì dây đai ngập sâu trong rãnh và bán kính làm

việc của nó bị giảm, và ngược lại thì bán kính làm việc tăng. Việc thay đổi
được bán kính làm việc của đai là do một nửa bánh đai di động được ép nhờ
xylanh thủy lực tác động vào ổ bi ép và một nửa cố định trên trục dọc.

Hình 2.3: Cấu tạo bánh đai chủ động.
1- nửa bánh đai di động; 2- ổ bi ép; 3- nửa bánh đai cố định

b) Bánh đai bị động:

23

Hình 2.4: Cấu tạo bánh đai bị động
23
1- nửa bánh đai cố định; 2- dây đai; 3- nửa bánh đai di động; 4- ló xo ép


Về mặt cấu tạo và nguyên lý làm việc thì bánh đai bị động tương tự
như bánh đai chủ động, nhưng nó nhận năng lượng từ bánh đai chủ động
thông qua đai truyền.
c) Đai truyền:
Các bộ truyền đai vô cấp sử dụng trên ôtô và máy kéo thường dùng đai
truyền bằng kim loại hay đai cao su công suất cao hoặc bằng dây xích để có
thể truyền được công suất lớn của động cơ.
Đai cao su được sử dụng trong bộ truyền đai vô cấp là các loại đai
thang chất lượng tốt và đàn hồi thấp.

Hình 2.5: Cấu tạo dây đai cao su

- Mặt làm việc của đai thang là hai mặt bên, tiếp xúc với các rãnh hình
thang tương ứng của bánh đai. Ma sát trên đai thang có thể xem như ma sát

24

24


trên rãnh, do đó ma sát giữa đai thang và bánh đai lớn hơn trong đai dẹt, độ
0
bám của đai thang tốt hơn trên đai dẹt. Góc nêm của đai thang ϕ = 40 .

- Về mặt cấu tạo, đai thang có hai loại : đai sợi xếp (hình 2-8a) và đai sợi
bện (hình 2.8b). Các lớp sợi xếp hoặc bện (1) được bố trí ở lớp trung hòa hoặc
đối xứng với lớp trung hòa. Lớp cao su (2) chịu kéo, lớp cao su (3) chịu nén, bảo
đảm cho đai làm việc như một khối nguyên và làm tăng độ dẻo cho đai. Lớp vỏ
(4) bằng vải cao su bọc quanh đai bảo vệ và làm giảm mòn cho đai.
2.3.2. Đặc điểm và kết cấu của ly hợp cho máy kéo nhỏ:
1. Phân tích lựa chọn kết cấu của ly hợp:
Ly hợp là một bộ phận trong hệ thống truyền lực của máy nông nghiệp
tự hành vạn năng. Ly hợp dùng để truyền mômen quay từ trục thứ cấp bộ
truyền đai vô cấp đến trục sơ cấp của hộp số, cho phép cắt nhanh động cơ ra
khỏi hệ thống truyền lực và nối động cơ vào hệ thống truyền lực một cách êm
dịu. Nó còn có tác dụng như một bộ phận an toàn ngăn ngừa cho động cơ
không bị quá tải.
Từ hai nhiệm vụ trên ta có các yêu cầu đối với ly hợp:
+ Đảm bảo truyền động hết mômen quay của động cơ trong bất kỳ điều
kiện sử dụng nào.
+ Đóng êm dịu để tăng từ từ mômen quay lên trục của hệ thống truyền
lực, không gây ra va đập các bánh răng của hộp số. Do đó khi máy nông
nghiệp tự hành vạn năng khởi động hoặc tăng tốc không bị giật.
+ Mở dứt khoát và nhanh, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực

trong một thời gian ngắn. Bởi vì khi mở không dứt khoát và không nhanh sẽ
làm cho khó gài số được êm dịu.
+ Mômen quán tính phần bị động của ly hợp phải nhỏ để dễ gài số,
giảm va đập giữa các bánh răng khi khởi động và sang số.

25

25