Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu sử dụng của liên hợp máy MTZ-80 khi cày

Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

MỞ ĐẦU
Trong quá trình công nghiệp hóa, không có nước nào có thể bỏ qua công
nghiệp hóa nông nghiêp và nông thôn. Lịch sử phát triển kinh tế thế giới cũng đã
chứng tỏ sự qua lại giữa tiến bộ nông nghiệp và công nghiệp hóa đã thể hiện nông
nghiệp hóa là yếu tố cất cánh nền kinh kế các nước kém phát triển và các nước này
quá trình công nghiệp hóa luôn được tiến hành từ sự phát triển nông nghiệp. Gia
tăng sản xuất nông nghiệp là nguyên nhân thúc đẩy công nghiệp hóa.Ngược lại nền
nông nghiệp lạc hậu kém phát triển lại trở thành nhân tố cản trở, kìm hãm công
nghiệp vươn lên.
Vào những thập kỷ tới đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hóa - hiện
đại hóa không ngừng tăng trưởng kinh tế trong đó việc thúc đẩy sự nghiệp phát triển
công nghiệp hóa nông nghiệp và nông thôn sẽ là một trong những nhiệm vụ trọng
tâm.
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học - kỹ thuật trên thế giới
thì những năm gần đây nền kinh kế Việt Nam đang phát triển mạnh. Bên cạnh
đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ. Trong đó phải nói đến nghành
động lực. Trong xu thế phát triển của thời đại thì máy móc trở thành một phần
vô cùng quan trọng, không thể thiếu trong hầu hết mọi lĩnh vực đời sống của
con người.
Để thực hiện mục đích trên chúng ta cần nghiên cứu để tìm ra phương pháp
,bước đi, các phương pháp khoa học công nghệ, một số biện pháp kinh tế xã
hội cho phù hợp với từng thời kỳ, từng giai đoạn và từng khu vực... Đây là vấn
đề đang được đảng nhà nước và các nghành các cấp có liên quan tập chung
giải quyết.

1

1


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

Trong những năm gần đây có sự tham gia trở lại của cơ khí nông nghiệp đã
đóng góp một phần không nhỏ vào sự tăng trưởng của sản xuất nông nghiệp và phát
triển nông thôn. Các liên hợp máy kéo lớn hoạt đông có hiệu quả trên diện tích đất
canh tác lớn, các liên hợp máy kéo trung bình và nhỏ thích hợp thích hợp trên diện
tích đất canh tác vừa và nhỏ. Thực tế cho thấy các liên hợp máy kéo vừa và nhỏ
thích hợp với việc sản xuất nông nghiệp ở nước ta. Các liên hợp máy đó được sản
xuất trong nước và các nhà máy nông nghiệp.
Ngày nay, do yêu cầu của nhất định của nông nghiệp, công ty chế tạo động cơ
(viết tắt là VIKYNO), công ty điêzen Sông Công ở miền bắc(viết tắt là
DISOCO), đã có nhiều tiến bộ trong việc thay đổi chủng loại, nâng cao chất
lượng và đã bước đầu đã có xuất khẩu sang khu vực, đó là điều đáng mừng
của nghành chế tạo máy kéo Việt Nam. Mặc dù chất lượng vẫn chưa thể bằng
được với các nước tiên tiến trên thế giới.
Gần đây các loại máy kéo có công xuất lớn và vừa (MTZ-50,MTZ80,shibaura-3000A……) đã được sử dụng nhưng hiệu quả chưa cao. Để có thể
sử dụng có hiệu quả máy cần phải tìm hiểu tính năng sử dụng của nó. Trong
đó tính năng kéo và tính năng động lực học của máy của máy kéo ảnh hưởng
rất lớn đến năng xuất của liên hợp máy kéo, tính năng kéo phụ thuộc rất lớn
vào khả năng bám của bộ phận di động với mặt đất. Do vậy việc nghiên cứu
và tìm hiểu tính năng này là là một trong những nhiệm vụ cơ bản bộ môn động
lực học chuyển động của ô tô máy kéo. Do vậy, cần có nhưng nghiên cứu đánh
giá loại máy này để khai thác và sử dụng hiệu quả hơn. Được sự phân công
của khoa cơ điện, chỉ đạo của bộ môn Cơ Khí Động Lực và thầy hướng dẫn,
em đã nhận và thực hiện đề tài : “Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến các

chỉ tiêu sử dụng của liên hợp máy MTZ-80 khi cày”.
Mục đích đề tài:

Nhằm xác định rỏ các yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu sử dụng của
máy kéo MTZ-80, qua đó biết được các chỉ tiêu sử dụng mà có kế hoạch khai
thách hợp lý, sử dụng hiệu quả và cho năng xuất cao nhất.
2

2


Đồ án tốt nghiệp

3

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

3


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN

1.1. Đặc điểm địa hình của nước ta.
Điều kiện sản xuất nông nghiệp ở nước ta có những đặc thù riêng, trước
hết là địa hình ở các vùng khác nhau. Vùng đồng bằng Bắc Bộ và Bắc Duyên

Hải Miền Trung thì diện tích đất canh tác ít thửa ruộng và chia nhỏ đồng
ruộng phân bố vụn vặt với kích thước lô thửa thường nhỏ và không vuông
vắn, mặt đồng ruộng không bằng phẳng, đường xá đi lại khó khăn, thậm chí
có nhiều khu không có lối cho máy vào. Do đó khó đưa các loại máy kéo lớn
vào sản suất mà phải dùng các loại máy kéo loại nhỏ. Đồng bằng Nam Bộ
diện tích đất canh tác rộng dùng các loại máy kéo cở nhỏ thì không thực hiện
cơ giới hoá nông nghiệp, không được tối ưu nên dùng các loại máy kéo cở
vừa và lớn để dễ dàng cho việc thực hiện cơ giới hoá nông nghiệp. Và thường
dùng loại máy kéo vừa và lớn có công suất từ 30 mã lực trở lên do các nước:
Nga, Nhật Bản, Mỹ, Đức, Trung Quốc sản xuất.
Đặc điểm thứ hai là cơ cấu cây trồng đa dạng với các yêu cầu về cơ
giới hóa cũng rất khác nhau, tính quy hoạch đồng ruộng đang được nâng cao,
hiện nay nhiều nơi cũng đã quy hoạch từng loại cây cho từng vùng. Và cũng
đã nâng cao được chuyên môn sản suất.
Máy kéo là nguồn động lực chính để thực hiện các khâu công nghệ sản
xuất nông lâm nghiệp, phải hoạt động trong nhũng điều kiện hết sức khó khăn
phức tạp, đặc biệt là máy kéo lâm nghiệp vì hầu hết các vùng đất lâm nghiệp
thường có độ dốc cao và chưa được cải tạo. Do vậy đòi hỏi các máy kéo dùng
trong lâm nghiệp nói riêng, sản xuất nói chung phải có tính ổn định cao, có
tính năng kéo bám tốt.
4

4


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

Ở nước ta do nền công nghiệp chế tạo máy nói chung và chế tạo máy

kéo nói riêng chưa phát triển. mặt khác do khả năng vốn đầu tư còn hạn chế
nên việc cải tiến máy nông nghiệp còn thấp. tuy nhiên vói các công việc đòi
hỏi các máy kéo có công xuất lớn và tính ổn định cao phải sử dụng các máy
chuyên dùng.
1.2. Vài nét về tình hình phát triển máy kéo trên thế giới
Hiệu quả sử dụng các liên hợp máy kéo phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố,
có thể chia ra làm 3 nhóm chính : các yếu tố về điều kiện sử dụng, về tính
năng kỹ thuật của máy kéo và tổ chức sử dụng máy giữa các yếu tố này có
mối quan hệ, phụ thuộc và ảnh hưởng lẫn nhau, có thể hỗ trợ cho nhau hoặc
kìm hảm nhau.
Do vậy việc nghiên cứu và hoàn thiện kết cấu và tổ chức sử dụng có
hiệu quả các liên hợp máy kéo là nhiện vụ trọng tâm và cũng là nhiện vụ khó
khăn nhất trong công cuộc cơ giới hóa nông nghiệp. Cũng chính vì vậy nhiều
cơ quan nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới đã đầu tư rất lớn vào nghiên
cứu giải quyết vấn đề trên, đặc biệt là các nước công nghiệp phát triển.
Máy kéo thuộc loại máy có cấu tạo phức tạp, có nhiều chi tiết đòi hỏi
độ bền và độ chính sác cao. Do đó công việc thiết kế chế tạo máy kéo là công
việc phức tạp đòi hỏi đầu tư cao về kỹ thuật công nghệ chế tạo và thiết bị máy
móc hiện đại. Đứng đầu lĩnh vực này là ở các nước Nhật Bản, Mỹ, Đức, Nga.
Ở các nước chậm phát triển hoặc đang phát triển việc trang bị một số
hệ thống máy kéo cho quốc gia mình chủ yếu theo hướng nhập khẩu. Tuy
nhiên do hạn chế về vốn, để tiết kiệm vốn và để kích thích, tạo điều kiện công
nghiệp trong nước phát triển cũng đã hình thành và phát triển nghành chế tạo
máy kéo.
1.3. Tình hình phát triển máy kéo ở Việt Nam
5

5

Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

Công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy kéo ở nước ta bắt đầu khá
sớm, từ năm 1962 đã nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm nhiều loại máy kéo.
Liên tục đã có nhiều chương trình nghiên cứu khoa học cấp nhà nước về chế
tạo máy kéo. Nhưng do đang còn hạn hẹp về kinh phí và công nghệ cho nên
tình hình phát triển máy kéo ở việt nam chưa có bước đột phá rõ rệt. Nhìn
chung thì ở việt nam chưa tự chủ được công nghệ và hầu hết các máy kéo
được sản xuất ở nước ta thì động cơ phải đi nhập khẩu từ nhũng nước :Nhật
Bản, Mỹ, Đức, Nga…Có thể nói nghành chế tạo máy kéo ở nước ta vẫn đang
trong thời kỳ nghiên cứu và hoàn thiện.
1.4. Tình hình nhập và sử dụng máy kéo ở Việt Nam
Trong thời kỳ bao cấp, nước ta nhập nhiều loại máy kéo từ các nước
Đông Âu, Trung Quốc. Trong đó số lượng nhập từ Liên Xô (cũ) chiếm nhiều
nhất về số lượng. qua thưc tế nhiều năm đã khẳng định loại máy kéo bánh
MTZ-50/80 và các loại máy kéo xích DT – 75 do Liên Xô chế tạo là phù hợp
với điều kiện nước ta trong thời kỳ bao cấp bấy giờ.
Sau nghị quyết 10 của Bộ Chính trị, ruộng đất được giao cho nông dân
sử dụng lâu dài, kích thước ruộng bị thu hẹp. Các loại máy kéo lớn không
phát huy được công xuất và thay vào đó là các loại máy kéo công xuất nhỏ
nhưng không phải không sử dụng nhiều.
Các loại máy kéo đang sử dụng ở đồng bằng rất đa dạng về chủng loại,
công xuất khoảng 6 – 12 mã lực đối với máy kéo 2 bánh và 15 – 80 mã lực
đối với máy kéo 4 bánh. Phần lớn trong các số đó là các máy nhập từ : Nga,
Nhật Bản, Mỹ, Đức, Trung Quốc, Thái Lan….Thực trạng vấn đề này do nhiêu
nguyên nhân gây ra, một phần do kích thước đồng ruộng của các vùng không
giống nhau đặc biệt là các vùng đồng bằng do dân số đông nên chia theo đầu
người nên diện tích thửa rộng quá nhỏ vố đầu tư từ nông hộ thì hạn chế ngay

các nhóm cá nhân chuyên kinh doanh các máy nông nghiệp đi làm thuê vẫn
6

6


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

còn khó khăn về vốn mặt khác do nền công nghiệp chế tạo máy kéo nước ta
chưa phát triển các máy kéo chủ yếu nhập ngoại không được quản lý về chất
lượng và cũng không có hướng dẫn cần thiết của các cơ quan khoa học. Vì
thế sự trang bị máy kéo ở các nông hộ gần giống như một cuộc thử nghiện với
trình độ rất thấp và không có sự hổ trợ của các nhà khoa học cũng như sự bảo
hộ của pháp luật đối với sư dụng máy hậu quả của việc trang bị máy móc
thiếu những cơ bản khoa học cần thiết của nhiều chủ máy có hiệu quả sử dụng
thấp thậm trí còn bị phá sản chủa thực sự có tác dụng kích thích phát triển sản
xuất nông nghiệp. Đây cũng là bài học thực tế cho các nghành khoa học các
nhà quản lý và những người sử dụng máy.
Tình trạng phát triển của các ngành chế tạo máy kéo ở nước ta nói
chung rất chậm và trong những năm tới chưa thể chế tạo ra máy kéo lớn có
chất lượng kỹ thuật cao đáp ứng yêu càu cơ giới hóa sản xuất Nông _ lâm _
nghiệp.
1.5. Khái quát về các tính chất cơ lý của đất
Các máy kéo chủ yếu làm việc trên ruộng đồng hoặc chuển động trên
các loại đường đất. Việc nghiên cứu các quá trình tác động tương hỗ giữa các
bộ phận di động của máy (bánh xe hoặc dải xích) và đất là cần thiết, quan
trọng. Để lắm được vấn đề này trước hết phải lắm được các tính chất cơ lý
của đất.

Đất là một môi trường phức tạp – phân tán rời rạc, không đồng nhất và
được cấu tạo bởi ba pha: pha cứng (các hạt cứng), pha lỏng (nước) và pha khí
(không khí và hơi). Các tính chất cơ lý của đất sẽ thay đổi tuỳ thuộc vào tính
chất và thành phần cấu tạo các pha chứa trong đất.
Những tính chất vật lý có ảnh hưởng lớn đến đến tính năng kéo bám
của máy kéo là thành phần cấu trúc, độ ẩm và độ chặt.
7

7


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

Thành phần cấu trúc của đất (còn gọi là thành phần các hạt) được đánh
giá bởi kích thước hàm lượng của các hạt cứng (cốt liệu) trong khối đất. Theo
thành phần cấu trúc các loại đất được chia thành hai nhóm chính: nhóm đất
sét và nhóm đất cát. Nhóm đất sét được cấu tạo chủ yếu bởi các hạt sét, còn
nhóm đất cát chủ yếu do các hạt cát cấu thành nên. Tuỳ theo hàm lượng của
các thành phần các nhóm này được phân loại ra một số loại cụ thể.
Độ chặt và độ ẩm có ảnh hưởng lớn đến các tính chất cơ học của nó.
Khi khảo nghiệm máy kéo trên đồng ruộng phải xác định hai thông số này ở
các độ sâu khác nhau tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu.
Các tính chất cơ học của đất
Hình 1.1
Quan hệ giữa ứng suất pháp σ và độ biến dạng h
0
h
σ

σmax
I
II
III

Khi quan sát sự tác động tương hỗ giữa bộ phận di động của máy và đất
người ta thấy thường suất hiện các hiện tượng sau:
- Sự phá vỡ không hoàn toàn cấu trúc của đất ở những vùng có ứng suất lớn
hơn khả năng tiếp nhận ngoại lực của đất.
- Xuất hiện lực ma sát giữa bộ phận di động và đất, giữa các phần tử đất (ma
sát nội tại) do chúng bị trượt tương đối với nhau.
8

8


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

- Đất bị nén lại và các phần tử đất dich chuyển theo nhiều hướng khác nhau.
Do đó suất hiện các ứng suất ở trong đất, trước tiên suất hiện ở vùng ứng suất
trực tiếp với bộ phận di động và sau đó sẽ được lan truyền vào bên trong theo
nhiều hướng khác nhau. Độ lớn và sự phân bố các ứng suất phụ thuộc vào
tính chất tác động của tải trọng, loại và trạng thái vật lý của đất.
Độ sâu của vết bánh xe sẽ phụ thuộc vào ứng suất nén, còn tính chất
kéo bám của bộ phận di động sẽ phụ thuộc vào ứng suất cắt. Do đó sức chống
cắt và chống nén là hai tính chất cơ học cơ bản có ảnh hưởng lớn đến tính
năng kéo bám của máy kéo.
Sức chống nén của đất được đặc trưng bởi ứng suất pháp tuyến. Thực

nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ định lượng giữa ứng suất pháp tuyến σ
và độ biến dạng h của đất có tính chất phi tuyến. Đường cong biểu diễn mối
quan hệ có dạng như hình 1.1. Đồ thị này còn có tên gọi là đặc tính nén của
đất hoặc đường cong nén đất.
Đặc tính nén của đất có thể chia làm ba 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. Trong giai đoạn thứ hai sự nén chặt
đất vẫn tiếp tục xảy ra nhưng đồng thời xuất hiện cụ bộ hiện tượng cắt đất ở
một số vùng bao quanh khối đất. Khi đó ứng suất lớn hơn nộ lực ma sát và lực
dính giữa các 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 thứ 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 bao quanh nó tại đó ứng suất phá
tuyến đạt giá trị cực đại. Trong giai đoạn thứ ba chỉ xảy ra hiện tượng trượt
của khối đất, ứng suất không tăng nhưng biến dạng lại tăng. Ở một số loại đất
trong giai đoạn này ứng suất đất còn giảm xuổng một ít.
9

9


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

Sự suất hiện ứng suất pháp tuyến trong đất là do các tác động của ngoại
lực (lực nén). Khi tăng lực nén sẽ làm tăng áp suất cho đến khi đạt ứng suất
cực đại, sau đó dù có tăng lực nén thì ứng suất không tăng nữa. Do đó ứng
suất cực đại σmax là đại lượng đặc trưng cho khả năng chống uốn nén của đất.

Trị số của σmax phụ thuộc vào loại đất và các tính chất vật lý của nó, đặc biệt
là độ ẩm.
Hình 1.2
Quan hệ giữa ứng suất τ và độ biến dạng l
1− đất dẻo; 2- đất khô

0
l02
l01
2
1
l
τ
τmax2

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 của đất được sử dụng như một cơ sở khoa học để tính toán thiết
kế hệ thống di động của máy kéo. Để tiện sử dụng đặc tính này người ta
thường biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến và độ biến dạng bằng
các công thức hồi quy thực nghiệm. Tuỳ theo mục đích nghiên cứu và quan
điểm của các tác giả và tuỳ thuộc vào loại đất, mối quan hệ đó có thể được
biểu diễn theo các công thức thực nghiệm khác nhau. Một trong các công thức
hay được sử dụng có dạng: σ = k.hn
10

10


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

Trong đó: k_hệ số thực nghiệm, h_ độ biến dạng, n_chỉ số mũ
Trị số của k và n phụ thuộc vào loại đất, trạng thái vật lý của nó và
được xác định bằng thực nghiệm.
Sức chống cắt của đất được tạo nên bởi hai thành phần: lực ma sát và
lực liên kết (lực dính) giữa các phần tử đất. Các thành phần lực này phụ thuộc
vào các tính chất cơ lý và áp suất pháp tuyến, tức là phụ thuộc vào tải trọng
pháp tuyến.
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
ứng suất tiếp tuyến τ và biến dạng 1 có dạng như hình vẽ 1.2.
Hình dạng của đường cong cắt đất cũng tương tự như đương cong nén
đất. Đối với đất dẻo sau khi ứng suất cắt đạt giá trị cực đại τmax đường biểu
diễn là đường nằm ngang, chứng tỏ ứng suất không thay đổi. Nhưng đối với
đất cứng sau khi đạt giá trị cực đại ứng suất cắt giảm xuống chút ít rồi sau đó
giữ nguyên giá trị. Điều này được giải thích rằng ở đất cứng sức chống cắt
được tạo thành do lực ma sát giữa các phần tử đất khi cắt τ < τmax trong đất
xuất hiện ma sát nghỉ nhưng khi τ = τmax sẽ bắt đầu xảy ra hiện tượng trượt
hoàn toàn và do đó xuất hiện ma sát trượt và ứng suất cắt sẽ giảm.
Thực nghiệm cho thấy rằng mối quan hệ giữa sức chống cắt và ứng suất
pháp gần như là tuyến tính, thể hiện như hình 1.3. Đối với đất khô lực dính
không đáng kể, đồ thị đi từ gốc toạ độ, còn ở các loại đất tự nhiên thì bao giờ
cũng tồn tại lực dính giữa các phần tử đất trên đồ thị được biểu diễn bởi τo.
Mối quan hệ giữa ứng suất tiếp ttuyến và ứng suất pháp tuyến có thể
được biểu diễn theo công thức: τ = τo + µσ
Trong đó: τo _ là ứng suất do lực dính giữa các phần tử đất tạo nên,
11

11


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ
µ_ hệ số ma sát giữa các phần tử đất, µ = tgϕ,
ϕ_ góc nội ma sát,
σ_ ứng suất pháp tuyến.

Trong các tính chất vật lý độ ẩm ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất cơ
học của đất. Thực nghiệm cho thấy rằng mối quan hệ giữa hệ số µ và độ ẩm
W có dạng như hình 1.4.
Hình 1.4 ảnh hưởng của độ ẩm đến hệ sốµ
Hình 1.3 Quan hệ giữ ứng suất tiếp τ và ứng suất pháp σ
1−đất mềm; 2− đất cứng

µ
w
τ
τ0
0
1
2
σ

Độ ẩm còn gây ảnh hưởng đến cả tốc độ biến dạng của đất khi nó chịu
tác động tải trọng động. Vì tốc độ nước thoát ra các lỗ rỗng trong đất ảnh
hưởng đến tóc độ lan truyền ứng suất và tốc độ biến dạng mà tốc độ thoát
nước lại phụ thuộc vào tốc độ thay đổi lực tác dụng lên đất. Lực tác dụng của

bộ phận di động của máy kéo lên đất mang tính chất tải trọng động lực học.
Do đó độ ẩm sẽ gây ảnh hưởng đến tính năng kéo bám và độ trượt của máy
kéo.
12

12


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

Tóm lại, sức chống nén và chống cắt của đất là những thông số quan
trọng và thường được sử dụng để tính toán cường độ chịu tải, tính ổn định của
đất ở những công trình thuỷ lợi, xây dựng và là một trong những thông số cơ
bản xác định độ lún số lượng tiết diện và góc nghiêng của các loại mấy bám
bánh xe máy kéo làm việc trên đất có độ ẩm cao.

13

13


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Đường đặc tính của động cơ
Động cơ đặt trên các máy kéo chủ yếu là động cơ đốt trong loại piston.
Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế của động cơ được thể hiện rõ trên
đường đặc tính làm việc của nó. Tính chất hoạt động của động cơ ảnh hưởng
rất lớn đến tính năng sử dụng của máy kéo. Vì vậy cần thiết phải nắm vững
các đường đặc tính của động cơ để giúp cho việc giải quyết vấn đề cơ bản
trong lý thuyết máy kéo như nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng động
lực học của máy kéo.
Các đường đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại :
- Đường đặc tính tốc độ,
- Đường đặc tính tải trọng.
2.1.1. Đường đặc tính tốc độ
Đường đặc tính tốc độ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất hiệu
dụng Ne, mô men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ G T và chi phí nhiên liệu
riêng ge (lượng chi phí nhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng)
theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc ω của trục khuỷu.
Có hai loại đường đặc tính tốc độ :
− Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài.
− Đường đặc tính cục bộ.
Các đường đặc tính của động cơ nhận được bằng cách khảo nghiệm
trên các thiết bị chuyên dùng (bàn khảo nghiệm động cơ).
14

14


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

Đường đặc tính ngoài của động cơ nhận được khi khảo nghiệm động cơ
ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thước nhiên liệu (ở
động cơ điêden) ở vị trí cực đại hoặc mở hoàn toàn bướm ga (ở động cơ
xăng). Nếu tay thước nhiên liệu hoặc bướm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận
được đường đặc tính cục bộ. Như vậy ở các động cơ lắp bộ điều tốc đa chế
(máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có một đường đặc tính ngoài và vô vàn đường
đặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga.

n
Ne
Me
Ge

ge
Nn = Nemax
Memax
Me
Ne
Mn

ge
Ge
Geo
nM
nn
nck
15

15

Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

Trên hình 2.1 biểu diễn đường đặc tính ngoài tự điều chỉnh của động cơ
điêzen.

Hình 2.1: Đường đặc tính tự điều chỉnh của động cơ điezen
Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ n n công suất động cơ đạt giá trị
cực đại Nemax và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu g emin, khi đó động
cơ làm việc có hiệu quả nhất và được gọi là chế độ làm việc danh nghĩa hoặc
chế độ làm việc định mức. Ở chế độ này các chỉ tiêu của động cơ cũng có tên
gọi tương ứng : Công suất định mức Nn = Nemax, mô men quay định mức Mn
và số vòng quay định mức nn.
Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức n n đến số vòng
quay chạy không nck phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc.
Phần đồ thị tương ứng khoảng tốc độ n n - nck được gọi là nhánh tự điều
chỉnh (các đường đồ thị có dạng đường thẳng), còn tương ứng với vùng tốc
độ nhỏ hơn nn là nhánh không có điều tốc hoặc nhánh quá tải (các đồ thị có
dạng đường cong). Ở nhánh quá tải công suất của động cơ giảm còn chi phí
16

16


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

nhiên liệu riêng tăng, tức là động cơ làm việc kém hiệu quả. Ngoài ra, các chi
tiết của động cơ sẽ chịu tải trọng lớn hơn đồng thời sự bôi trơn các chi tiết
cũng kém đi do tốc độ quay của trục khuỷu thấp dẫn đến tăng tốc độ mài mòn
các chi tiết và còn một số nhược điểm khác nữa. Do vậy không nên sử dụng
động cơ ở nhánh quá tải trong thời gian dài, chỉ được phép sử dụng để khắc
phục các hiện tượng quá tải tức thời.
Ở nhánh quá tải, mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhưng chậm và sau khi
đạt giá trị cực đại Mmax nếu tải trọng tiếp tục tăng lên thì mô men động cơ M e
và tốc độ quay n sẽ giảm dần rồi ngừng quay vì lúc đó quá trình tự đốt cháy
nhiên liệu không thực hiện được. Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động được
với tải trọng Mc < Mmax tương ứng với tốc độ quay n > nM.
Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tượng quá tải hay còn gọi là khả
năng thích ứng của động cơ đối với sự tăng tải, người ta đưa ra hệ số thích
ứng theo mô men quay và được xác định như sau :
kM =

M max
Mn

(2.1)

Trong đó : Mmax - mô men quay cực đại của động cơ;
Mn

- mô men quay định mức của động cơ.

Động cơ nào có hệ số thích ứng càng lớn thì khả năng khắc phục hiện
tượng quá tải càng tốt. Ở các động cơ điêzen thông thường k M = 1.1 ÷ 1,25,
còn ở động cơ xăng kM = 1,1 ÷ 1,35.
Máy kéo thường làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, trong phạm

vi rộng nhiều khi người lái không kịp phản xạ để điều chỉnh ga hoặc thay đổi
số truyền và dẫn đến bị chết máy. Do vậy chỉ nên sử dụng công suất động cơ
nhỏ hơn công suất định mức và tất nhiên chỉ cho phép làm việc lâu dài ở
17

17


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

nhánh tự điều chỉnh. Mức độ sử dụng công suất động cơ được đánh giá bởi hệ
số sử dụng tải trọng :
Mc
γ = Mn

(2.2)

Trong đó : Mc - mô men cản đặt lên trục khuỷu;
Mn - mô men quay định mức của động cơ.
Khi tính toán các chỉ tiêu kéo của máy kéo có thể chọn γ = 0,8 ÷ 0,9.
Đường đặc tính tốc độ ngoài được sử dụng như một tài liệu kỹ thuật để đánh
giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ. Trong lý thuyết máy kéo thường
được sử dụng để tính toán tính năng kéo và tính năng động lực học hoặc sử
dụng để tính toán các chỉ tiêu sử dụng các liên hợp máy kéo.
2.1.2. Đường đặc tính tải trọng
Đường đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất
hiệu dụng Ne, số vòng quay của trục khuỷu n và chi phí nhiên liệu giờ G T với
mô men quay của động cơ Me. Đường đặc tính tải trọng có dạng như hình 1.4.

Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng
các mối quan hệ đó hoàn toàn giống như đã phân tích trên đường đặc tính tốc
độ. Nhưng đường đặc tính tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn đề nghiên
cứu, nhất là khi nghiên cứu các tính năng kéo của máy kéo. Vì rằng, nhánh
điều chỉnh trong đường đặc tính tải trọng có thể bố trí được rộng hơn so với
nhánh điều chỉnh ở đường đặc tính tốc độ (trong khoảng n n - nck). Nhờ đó khi
xác định giá trị của các thông số trên đồ thị sẽ chính xác hơn. Tuy nhiên, để
đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ thì đường đặc tính tốc độ
thể hiện đầy đủ hơn, dễ so sánh giữa các động cơ với nhau thông qua chi phí
nhiên liệu riêng ge.
18

18


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

nn
Ne
n
Ge
ge
n
Ne
Ge
0
ge
Me

Memax
Mn

Hình 1.2. Đường đặc tính tải trọng của động cơ

19

19


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

2.2. Tính năng kéo bám của máy kéo
Công dụng chính của các máy kéo nông nghiệp là dùng làm nguồn
động lực cho các liên hợp máy thực hiện các công việc trên đồng ruộng. Hiệu
quả làm việc của các liên hợp máy phụ thuộc rất lớn vào tính năng kéo của
máy kéo.
2.2.1. Khái niệm về lực kéo tiếp tuyến, lực bám và hệ số bám của bánh xe
chủ động
2.2.1.1. Khái niệm về lực kéo ttếp tuyến (lực chủ động)
Quá trình tác động tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường hoặc đất xảy ra
rất phức tạp, song về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động có thể biểu
diễn như hình 2.3.
Dưới tác dụng của mô men chủ động Mk bánh xe tác động lên mặt đường
một lực tiếp tuyến P (không vẽ trên hình), ngược lại mặt đường tác dụng lên
bánh xe một phản lực tiếp tuyến P k cùng chiều chuyển động với máy kéo và
có giá trị bằng lực P (Pk = P). Phản lực Pk có tác dụng làm cho máy chuyển
động.

Hình 2.3
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động
Mk
GK
RK

rk
PK
20

20


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

ZK

Do vậy, phản lực tiếp tuyến Pk được gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn
được gọi là lực chủ động.
Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến là phản lực của đất tác dụng lên bánh xe do
mô men chủ động gây ra, có chiều cùng với chiều chuyển động của máy kéo.
Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi máy kéo chuyển động ổn định được xác
định theo công thức :
M k M e iη m
=
r
rk
k

Pk =

Trong đó :

(2.4)

M k - mô men chủ động;
Me - mô men quay của động cơ;
i, ηm -tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền

lực;
rk- bán kính bánh xe chủ động.
Qua đó ta thấy rằng, lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại P kmax khi sử
dụng số truyền có tỷ số truyền lớn nhất i = imax và mô men quay động cơ đạt
giá trị lớn nhất Me = Mmax, nghĩa là :
M e max i maxη m
rk
Pkmax =

(2.4)

Khi máy kéo chuyển động không ổn định mô men chủ động còn phụ
thuộc vào gia tốc và mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay
không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ. Lực kéo tiếp tuyến có
thể được xác định theo công thức :

21

21

Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ
Pk' =

Trong đó:

M k'
M
= Pk ± ak
rk
rk

(2.5)

M’ k - mô men chủ động khi chuyển động không ổn định;
Mak - mô men các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết

chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ;
Pk, P’k - lực kéo tiếp tuyến khi chuyển động ổn đìnhva khi
chuyển động không ổn định.
Trong công thức (2.5) lấy dấu cộng khi chuyển động chậm dần và dấu
trừ khi chuyển động nhanh dần.
2.2.1.2. Khái niệm về lực bám và hệ số bám
Như đã được phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến P k là do kết
quả của tác động tương hỗ giữa bánh xe và mặt đường. Do đó giá trị lớn nhất
của lực kéo tiếp tuyến không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men
quay từ động cơ mà còn phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với đất
hoặc mặt đường. Khi bánh xe không còn khả năng bám sẽ xảy ra hiện tượng

trượt quay hoàn toàn, lúc đó trị số của lực kéo tiếp tuyến cũng đạt đến giá trị
cực đại.
Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe
được gọi là lực bám Pϕ , nghĩa là:
Pkmax = Pϕ
Về bản chất, lực bám được tạo thành bởi 2 thành phần chính: lực ma sát
giữa bánh xe và mặt đường, sức chống cắt của đất được sinh ra do tác động
của các mấu bám. Khi chuyển động trên đường cứng, lực bám được tạo tành
do lực ma sát, còn khi chuyển động trên nền đất mềm lực bám được tạo thành
do cả lực ma sát và lực chống cắt của đất. Do vậy lực bám sẽ phụ thuộc vào
22

22


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

đặc điểm cấu tạo của bánh xe, tính chất cơ lý của đất và tải trọng pháp tuyến.
Khi chuyển động trên mặt phẳng ngang ( hình 2.4) tải trọng pháp tuyến G k là
phần trọng lượng máy kéo tác động lên bánh xe bao gồm cả trọng lượng bản
thân của bánh xe. Tải trọng pháp tuyến Gk sẽ được cân bằng với phản lực
pháp tuyến Zk của đất.
Thực nghiệm đã khẳng định rằng, lực bám phụ thuộc rất lớn vào tải
trọng pháp tuyến và có mối quan hệ tỷ lệ thuận. Do đó mối quan hệ này
thường hay được sử dụng khi nghiên cứu khả năng bám của bánh xe.
Tỷ số giữa lực bám P ϕ và tải trọng pháp tuyến G k được gọi là hệ số bám
và thường được ký hiệu là ϕ, nghĩa là :
Pϕ

ϕ = Gk

(2.6)

Hệ số bám là một thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất bám
của máy kéo. Nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống di động và trạng thái
mặt đường. Do tính chất phức tạp và đa dạng của điều kiện sử dụng máy kéo
cũng như sự phức tạp của các mối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố ảnh
hưởng cho nên giá trị của hệ số bám chỉ được xác định bằng thực nghiệm và
độ chính xác của các số liệu chỉ mang tính tương đối.
Trên cơ sở công thức (2.8) ta có thể viết :
Pϕ = ϕGk = ϕZk

(2.7)

Như vậy điều kiện cần để máy kéo có thể chuyển động được sẽ là :
PK < P ϕ

(2.8)

Điều kiện trên cũng nói lên rằng khả năng chuyển động của máy kéo sẽ
bị giới hạn bởi khả năng bám của các bánh xe chủ động.
23

23


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ động của máy kéo
cần phải xem xét cho 2 trường hợp :

- Khi đủ bám Pk sẽ tính theo mô men của động cơ, có thể sử dụng công
thức (2.3) hoặc (2.5).
- Khi không đủ bám Pkmax sẽ tính theo lực bám :
Pkmax = Pϕ

(2.9)

2.2.2. Phương trình cân bằng công suất và hiệu suất kéo
Phương trình cân bằng công suất của máy kéo là phương trình biểu thị
mối quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ và các thành phần công suất
chi phí cho các lực cản chuyển động. Trường hợp không sử dụng trục thu
công suất :
ηk =

Nm
Ne

(2.10)

Hiệu suất kéo là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất kéo của
máy kéo và để đánh giá so sánh chất lượng kéo của các máy kéo khác nhau.
Hiệu suất kéo phụ thuộc vào các thông số cấu tạo, chế độ tải trọng và
điều kiện sử dụng chúng. Vì vậy, cùng điều kiện sử dụng như nhau, hiệu suất
kéo của các máy kéo khác nhau là khác nhau hoặc cùng một loại máy kéo,
hiệu suất kéo sẽ khác nhau khi làm việc ở điều kiện khác nhau.

Để đơn giản trước hết ta xét trường hợp máy kéo chuyển động ổn định
trên đường nằm ngang và không sử dụng trục thu công suất . Các trường hợp
khác sẽ được xem như là trường hợp đặc biệt.
24

24


Đồ án tốt nghiệp

Vũ Đức Duy – CKĐL k2_HĐ

Trong trường hợp này phương trình cân bằng công suất như sau:
Ne = Nm. + Nƒ + Nδ + Nm

(2.11)

Phân tích bản chất của quá trình truyền công suất ta có thể biểu diễn
phương trình (2.29) theo dạng sơ đồ sau đây:

Sơ đồ truyền công suất từ động cơ đến máy nông nghiệp
Ne
Nk= PkvT
NR= Pkv
Nm= Pmv
Nms
Nd
Nf

Trong đó:

Nk − công suất truyền cho bánh chủ động ;
Nk = Ne − Nm.s = PkvT
NR- công suất truyền lên khung để đẩy máy kéo chuyển động;
NR = Nk − Nδ = Pkv
Nm− công suất kéo ở móc.
25

25