nghiên cứu ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực cho xe tự hành đa năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

ĐẶNG ĐỨC THUẬN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÀ
ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC CHO XE TỰ HÀNH ĐA NĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

ĐẶNG ĐỨC THUẬN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÀ
ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC CHO XE TỰ HÀNH ĐA NĂNG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 60 52 01 03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. BÙI VIỆT ĐỨC

HÀ NỘI, NĂM 2015


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả
nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được
cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2015

Tác giả luận văn

Đặng Đức Thuận

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page ii


LỜI CẢM ƠN

Với tất cả lòng chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy

hướng dẫn: TS. Bùi Việt Đức – Bộ môn Động lực, khoa Cơ điện, Học viện Nông
nghiệp Việt Nam, đã tận tình động viên, chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tôi để tôi
hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo trong Bộ môn Động
lực, Khoa Cơ điện, Ban Quản lý đào tạo, Ban lãnh đạo Học viện Nông nghiệp Việt
Nam đã giúp đỡ về chuyên môn cũng như tạo điều kiện cho tôi trong quá trình
thực hiện đề tài luận văn.
Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu và tập thể cán bộ Khoa Cơ khí
Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong
quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp trong và
ngoài cơ quan và người thân đã giúp đỡ, ủng hộ, động viên, góp ý kiến để tôi hoàn
thành bản luận văn này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận án

Đặng Đức Thuận

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... iii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iv
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG ...........................................................................................x
MỞ ĐẦU ...........................................................................................................1

A.

Đặt vấn đề...............................................................................................1

B.

Nội dung vấn đề nghiên cứu ...................................................................2

C.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................2

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .....................................3
1.1.

Khái quát về các dạng truyền động hiện nay ...........................................3

1.1.1.

Truyền động cơ khí ................................................................................... 3

1.1.2.

Truyền động điện ...................................................................................... 4

1.1.3.

Truyền động thủy lực ................................................................................ 5

1.1.3.1. Truyền động thủy tĩnh (TĐTT) ................................................................. 5

1.1.3.2. Truyền động thủy động (TĐTĐ) ............................................................... 7
1.2.

Các công trình nghiên cứu liên quan đến đề lài luận văn .........................8

1.2.1.

Các nghiên cứu về truyền động thủy lực .................................................. 8

1.2.2.

Một số dạng truyền động và điều khiển thủy lực cho bộ phận di chuyển
được ứng dụng phổ biến hiện nay ........................................................... 11

1.2.2.1. Truyền động cho hai bánh chủ động từ một bơm ................................... 11
1.2.2.2. Truyền động độc lập cho hai bánh chủ động .......................................... 13
1.2.2.3. Kết hợp song song giữa truyền động cơ khí và thủy lực ........................ 14
1.2.2.4. Truyền động cho hai cầu chủ động từ một động cơ thủy lực ................. 16
1.2.2.5. Truyền động thủy lực cho bốn bánh xe ................................................... 17
1.2.3.

Một số sơ đồ mạch truyền động thủy lực được sử dụng trên xe tự hành 19

1.2.3.1. Mạch truyền động thủy lực cho bộ công tác xe nâng hàng..................... 19
1.2.3.2. Sơ đồ mạch truyền động thủy lực máy xúc............................................. 20
1.2.3.3. Sơ đồ mạch truyền động thủy lực trên máy kéo ..................................... 21
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page iv

1.2.3.4. Sơ đồ mạch thủy lực cho các đầu chờ trên xe đa năng Multicar ............ 21
Kết luận chương 1 ............................................................................................. 23
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 24
2.1.

Mô hình và sơ đồ mạch truyền động và điều khiển cho xe tự hành đa
năng ...................................................................................................... 24

2.1.1.

Mô hình truyền động ............................................................................... 24

2.1.2.

Sơ đồ mạch truyền động và điều khiển thủy lực..................................... 25

2.2.

Xây dựng lựa chọn các hệ thống thành phần ......................................... 27

2.2.1.

Mô hình động cơ Diesel .......................................................................... 27

2.2.2.

Các phần tử của hệ thống truyền động thủy lực ..................................... 29

2.2.2.1. Bơm thủy lực ........................................................................................... 29

2.2.2.2. Động cơ thủy lực ..................................................................................... 30
2.2.2.3. Đường ống dẫn dầu ................................................................................. 31
2.2.2.4. Thùng dầu................................................................................................ 32
2.2.2.5. Bộ lọc dầu ............................................................................................... 33
2.2.2.6. Van phân phối ......................................................................................... 33
2.2.3.

Các thành phần lực chuyển động của xe ................................................. 34

2.2.3.1. Lực kéo tiếp tuyến ................................................................................... 34
2.2.3.2. Lực cản lăn .............................................................................................. 35
2.2.3.3. Lực cản dốc ............................................................................................. 36
2.2.3.4. Lực cản không khí và lực cản quán tính ................................................. 36
2.2.4.

Tính toán lựa chọn các phần tử mạch truyền động thủy lực cho hệ thống
di chuyển ................................................................................................. 37

2.2.4.1. Tính toán chọn động cơ thủy lực ............................................................ 37
2.2.4.2. Tính toán chọn hộp số cơ khí, bộ cầu sau ............................................... 40
2.2.4.3. Tính toán chọn đường ống dẫn dầu và hao tổn áp suất ........................... 41
2.2.4.4. Tính toán chọn bơm ................................................................................ 42
2.2.4.5. Tính toán lựa chọn các van an toàn giới hạn áp suất và van chặn dòng . 43
2.2.5.

Tính toán lựa chọn các phần tử mạch truyền động thủy lực trên mạch
trích công suất ......................................................................................... 45

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page v


2.2.5.1. Tính toán chọn bơm ................................................................................ 45
2.2.5.2. Tính toán chọn van phân phối ................................................................. 45
2.2.5.3. Tính toán chọn loại van tiết lưu .............................................................. 45
Kết luận chương 2 ............................................................................................. 47
Chương 3. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ KHẢO SÁT ..................... 48
3.1.

Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền động và điều khiển thủy
lực cho xe tự hành đa năng.................................................................... 48

3.1.1.

Mô hình truyền động thủy lực dạng mạch kín và mạch hở .................... 48

3.1.2.

Mô hình truyền động từ động cơ diesel đến bơm ................................... 51

3.1.3.

Mô hình truyền động từ bơm qua ống dẫn đến động cơ và phụ tải ........ 52

3.1.4.

Mô hình kết nối động cơ thủy lực và hộp số cơ học ............................... 53

3.1.5.

Mối quan hệ toán học của các phần tử trong mô hình ............................ 54

3.2.

Mô hình mô phỏng hệ thống trên Matlab SimHydraulic và kết quả khảo
nghiệm .................................................................................................. 55

3.2.1.

Sơ đồ mô hình ......................................................................................... 55

3.2.2.

Các phương án khảo sát và phân tích kết quả ......................................... 58

3.2.2.1. Khảo sát khi xe chuyển động .................................................................. 58
3.2.2.2. Khi xe di chuyển hoặc không di chuyển và có các phụ tải ..................... 66
Kết luận chương 3 ............................................................................................. 69
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................... 70
A.

Kết luận ................................................................................................ 70

B.

Đề nghị ................................................................................................. 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................. Error! Bookmark not defined.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page vi


DANH MỤC HÌNH
Các modun có thể lắp vào xe tự hành ..................................................................1
Hình 1.1 Truyền động cơ khí ...............................................................................3
Hình 1.2 Hệ thống truyền động cơ khí cho xe Ôtô ...............................................3
Hình 1.3 Hệ thống Hybrid ...................................................................................4
Hình 1.4 Truyền động thủy tĩnh cho bộ phận di động ..........................................5
Hình 1.5 Sơ đồ truyền động mạch hở và mạch kín ...............................................6
Hình 1.6 Hộp số tự động 7 cấp ............................................................................7
Hình 1.7 Xe đạp chạy bằng năng lượng thủy lực .................................................8
Hình 1.8 Máy ép thủy lực ....................................................................................9
Hình 1.9 Máy xúc xây dựng cảng Hull ................................................................9
Hình 1.10 Máy kéo Fordson .............................................................................. 10
Hình 1.11 Dạng truyền động cho hai bánh chủ động từ một bơm....................... 11
Hình 1.12 Sơ đồ truyền động thủy lực máy kéo ................................................. 12
Hình 1.13 Dạng truyền động độc lập cho hai bánh chủ động ............................. 13
Hình 1.14 Bộ truyền lực di động máy ủi D39-EX .............................................. 13
Hình 1.15 Sơ đồ truyền động kết hợp ................................................................ 14
Hình 1.16 Hệ thống truyền động của máy kéo Fendt 700 Vario ......................... 15
Hình 1.17 Sơ đồ truyền động cho xe hai cầu chủ động ...................................... 16
Hình 1.18 Truyền động hệ thống di chuyển ....................................................... 17
Hình 1.19 Mô hình truyền động cho cả bốn bánh xe .......................................... 18
Hình 1.20 Sơ đồ truyền động lu rung ................................................................. 18
Hình 1.21 Sơ đồ thủy lực xe nâng Kubota ......................................................... 19
Hình 1.22 Sơ đồ thủy lực máy xúc đào EO-4121A ............................................ 20
Hình 1.23 Sơ đồ mạch thủy lực máy kéo ........................................................... 21

Hình 1.24 Sơ đồ mạch truyền động thủy lực trên xe đa năng Multicar ............... 22
Hình 2.1 Mô hình hệ thống truyền động cho xe tự hành đa năng ....................... 24
Hình 2.2 Sơ đồ mạch truyền động và điều khiển thủy lực .................................. 26
Hình 2.3. Đường đặc tính động cơ D240 ........................................................... 28
Hình 2.4. Bơm thủy lực piston hướng trục ......................................................... 30
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page vii


Hình 2.5 Kết cấu thùng chứa dầu thủy lực ......................................................... 32
Hình 2.6 Sơ đồ lực tác dụng lên xe .................................................................... 34
Hình 2.7 Đặc tính về các mối quan hệ của động cơ A4FM - 125 ....................... 40
Hình 2.8 Đường đặc tính van chặn dòng ............................................................ 44
Hình 2.9 Đường đặc tính van phân phối ............................................................ 46
Hình 3.1 Mô hình mô phỏng sơ đồ truyền động kiểu mạch kín .......................... 48
Hình 3.2 Mô hình mô phỏng sơ đồ truyền động kiểu mạch hở ........................... 49
Hình 3.3 Đặc tính mô men cản tác động lên động cơ thủy lực ........................... 49
Hình 3.4 Đặc tính tốc độ quay của động cơ thủy lực .......................................... 49
Hình 3.5 Đặc tính công suất đầu ra của động cơ thủy lực................................... 50
Hình 3.6 Mô hình kết nối động cơ và bơm dầu .................................................. 51
Hình 3.7 Mô hình kết nối động cơ, phụ tải......................................................... 52
Hình 3.8 Mô hình kết nối động cơ thủy lực và hộp số ........................................ 54
Hình 3.9 Mô hình chung của hệ thống truyền động thủy lực xe tự hành đa năng55
Hình 3.10 Mối quan hệ toán học của các phần tử trong hệ thống truyền động thủy
lực cho xe tự hành đa năng.................................................................... 56
Hình 3.11 Sơ đồ mô hình mô phỏng trên Matlab ............................................... 57
Hình 3.12 Đường đặc tính vận tốc và mô men trên bán trục bánh xe chủ động của
xe khi di chuyển với tải trọng tĩnh......................................................... 58
Hình 3.13 Đường đặc tính tốc độ và mô men quay của động cơ Diesel.............. 59

Hình 3.14 Đường đặc tính áp suất và lưu lượng dầu dịch chuyển trong hệ thống
truyền động di chuyển........................................................................... 59
Hình 3.15 Đường đặc tính áp suất và lưu lượng dầu trong trường hợp điều khiển
bơm thủy lực......................................................................................... 60
Hình 3.16 Đường đặc tính vận tốc di chuyển của xe trong trường hợp điều khiển
bơm thủy lực......................................................................................... 61
Hình 3.17 Đường đặc tính vận tốc di chuyển của xe trong trường hợp xe gặp lực
tác động đột ngột .................................................................................. 61
Hình 3.18 Đường đặc tính mô men tại bán trục bánh xe chủ động và của động cơ
Diesel trong trường hợp xe gặp lực tác động đột ngột ........................... 62
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page viii


Hình 3.19 Đường đặc tính tốc độ quay của động cơ Diesel trong trường hợp xe
gặp lực tác động đột ngột ...................................................................... 62
Hình 3.20 Đường đặc tính áp suất và lưu lượng dầu trong trường hợp xe gặp lực
tác động đột ngột .................................................................................. 63
Hình 3.21 Đường đặc tính mô men của bán trục chủ động và động cơ Diesel tại
thời điểm tác dụng lực đột ngột. ............................................................ 64
Hình 3.22 Đường đặc tính mô men của bán trục chủ động khi xe chịu lực tác
động theo chu kỳ................................................................................... 64
Hình 3.23 Đường đặc tính mô men và tốc độ quay của động cơ Diesel khi xe chịu
lực tác động theo chu kỳ ....................................................................... 65
Hình 3.24 Đường đặc tính áp suất và lưu lượng của dầu trong hệ thống khi xe
chịu lực tác động theo chu kỳ................................................................ 65
Hình 3.25 Đường đặc tính của vận tốc khi xe di chuyển và chịu lực tác động theo
chu kỳ ................................................................................................... 66
Hình 3.26 Đường đặc tính vận tốc di chuyển của xe và mô men trên bán trục chủ

động khi xe vừa di chuyển và công tác.................................................. 67
Hình 3.27 Đường đặc tính lưu lượng dầu di chuyển trong mạch trích công suất
cho phụ tải ............................................................................................ 67
Hình 3.28 Đường đặc tính lưu lượng dầu di chuyển trong mạch khi xe vừa di
chuyển và công tác với phụ tải .............................................................. 68

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page ix


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Quan hệ áp suất và vận tốc dòng chảy trong ống ................................ 31
Bảng 2.2 Hệ số cản lăn f theo một số loại đường ............................................... 38
Bảng 2.3 Giá trị một số thông số liên quan đến lực cản không khí ..................... 38
Bảng 2.4 Thông số động cơ A4FM – 125 .......................................................... 39
Bảng 2.5 Tỷ số truyền hộp số và bộ truyền lực cuối .......................................... 41
Bảng 2.6 Thông số bơm AA4VG - 125 ............................................................. 43
Bảng 2.7 Áp suất cho phép để mở cửa van ........................................................ 44
Bảng 2.8 Thông số bơm AA10VG - 45 ............................................................. 45
Bảng 2.9 Thông số van tiết lưu .......................................................................... 46

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page x


MỞ ĐẦU
A. Đặt vấn đề
Hiện nay nền kinh tế của Việt Nam đang trên đà phát triển mạnh, do vậy

nhu cầu sử dụng các loại xe, máy chuyên dụng phục vụ cho các lĩnh vực sản xuất
của xã hội ngày càng cao như: phục vụ công trình giao thông, xây dựng, nông –
lâm nghiệp, cộng tác vệ sinh đường bộ, chăm sóc cây xanh trên đường phố… Nếu
với mỗi một công việc ta cần một loại máy cụ thể để phục vụ thì chi phí đầu tư rất
lớn, kể cả các chi phí về bến bãi, dịch vụ bảo trì sửa chữa. Hơn nữa con người phải
đối mặt với sự gia tăng ô nhiễm môi trường toàn cầu và phải hạn chế tối đa lượng
chất thải của xe để làm giảm ô nhiễm. Từ những yếu tố này đã buộc các nhà sản
xuất ôtô – máy không ngừng nỗ lực nghiên cứu, cải tiến và đưa ra một chiếc xe tự
hành đa năng phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau.

Các modun có thể lắp vào xe tự hành
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật công nghệ hiện
đại và sự phát triển của ngành kỹ thuật thủy lực, các nhà thiết kế đã có rất nhiều
lựa chọn và các giải pháp hữu hiệu cho một chiếc xe đa năng. Do có những ưu
điểm vượt trội và tiềm năng công nghệ đầy hứa hẹn, truyền động thủy lực sẽ thay
thế dần các truyền động cơ khí thông thường trước đây. Các ứng dụng này đã được
áp dụng trên một số máy phục vụ các công việc của sản xuất Nông nghiệp, Lâm
nghiệp, Giao thông, Xây dựng…

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 1


Truyền động thủy lực cho xe tự hành đa năng là một trong các giải pháp
hợp lý có hiệu quả cao do hệ thống có cấu trúc đơn giản, dễ lắp đặt kết nối đặc biệt
là có khả năng thiết lập một hệ thống truyền động linh động trong không gian và
điều khiển bất kỳ với các phần tử cấu trúc tiêu chuẩn. Các phần tử thủy lực gần
đây phát triển đáp ứng nhu cầu tăng hiệu quả cao trong các lĩnh vực phục vụ sản
xuất, và khả năng mới cho đường truyền thủy tĩnh. Hơn nữa với giá cả hợp lý, độ

tin cậy và tuổi thọ cao, truyền động thủy lực đủ tốt và cần thiết cho mục đích này.
Từ những lý do trên và với nhu cầu thực tiễn, đề tài luận văn đặt vấn đề
“Nghiên cứu ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực cho xe tự
hành đa năng” để xây dựng các cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế và lựa
chọn hợp lý thiết bị, máy móc cho mạch truyền động và điều khiển thủy lực, đáp
ứng các yêu cầu kinh tế, kỹ thuật.
B. Nội dung vấn đề nghiên cứu
Đề tài này chủ yếu đề cập đến tiềm năng của truyền động thủy lực cho xe tự
hành đa năng phục vụ cho các lĩnh vực khác nhau trong xã hội.
C. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Truyền động thủy lực với nhiều ưu điểm, đã và đang được ứng dụng phổ
biến trong nhiều loại máy móc thiết bị phục vụ các công việc đa dạng của xã hội.
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu cho tính toán, thiết kế hệ thống truyền động và
điều khiển là công việc cần thiết nhằm tạo ra một loại máy tự hành đa chức năng,
hoạt động ổn định, đáp ứng tốt các yêu cầu công việc với chi phí chế tạo hợp lý.
Đề tài xây dựng cơ sở cho việc ứng dụng truyền động thủy lực cho xe tự
hành đa năng phục vụ cho các lĩnh vực xã hội khác nhau phù hợp với điều kiện
thực tiễn của Việt Nam.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 2


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

Khái quát về các dạng truyền động hiện nay

1.1.1. Truyền động cơ khí

Đây là dạng truyền động mang tính truyền thống, chúng có mặt trong hầu
hết các loại máy từ đơn giản đến phức tạp như: truyền động bánh răng, truyền
động trục vít – bánh vít, truyền động đai, truyền động xích … (Hình 1.1)

a)

b)

c)

d)

Hình 1.1 Truyền động cơ khí
a. Bộ truyền bánh răng

c. Bộ truyền động đai

b. Bộ truyền trục vít - bánh vít

e. Bộ truyền động xích

Nhìn chung bộ truyền động cơ khí có kết cấu khá đơn giản, dễ chế tạo như
trên hình 1.2 mô tả hệ thống truyền động bằng cơ khí cho bộ phận di chuyển của
xe Ôtô. Tùy theo điều kiện làm việc, hộp số sẽ thay đổi tỷ số truyền từ động cơ đến
các bánh xe chủ động và làm xe di chuyển. Tuy nhiên, bộ truyền động cơ khí
thường áp dụng cho hệ thống có khoảng cách ngắn vì khi truyền đi xa hay bị tổn
thất công suất do ma sát và quán tính lớn, kích thước bộ truyền cồng kềnh…

Hình 1.2 Hệ thống truyền động cơ khí cho xe Ôtô
1. Động cơ

3. Hộp số cơ khí

5. Bộ vi sai

2. Ly hợp

4. Bán trục

6. Truyền lực các đăng

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 3


1.1.2. Truyền động điện
Truyền động điện được ứng dụng phổ biến trên các loại xe lai (Hybrid)
hoặc xe nâng hàng, một số loại máy xây dựng. Kiểu truyền động này không gây
tiếng ồn, tiết kiệm nhiên liệu. Trên hình 1.3 giới thiệu các phương án kết hợp
giữa động cơ đốt trong và động cơ điện trên các dòng xe Hybrid hiện nay.

Hình 1.3 Hệ thống Hybrid
G - máy phát điện

G/M - máy điện thuận nghịch

M - Động cơ điện

Storage device - Thiết bị lưu trữ

Trong các sơ đồ này, động cơ đốt trong chỉ cung cấp cơ năng cho máy
phát điện (hình 1.3a), điện năng sẽ được lưu trữ và truyền đến động cơ để
chuyển đổi thành cơ năng cung cấp cho các bánh xe chủ động – phương án bố
trí nối tiếp. Khi phanh hoặc giảm tốc độ, đông cơ lại đóng vai trò như máy phát
điện để lưu trữ năng lượng động học của xe. Hoặc động cơ đốt trong được bố trí
song song với máy điện, trong các bố trí này máy điện có thể bố trí trước hệ
thống truyền lực (hình 1.3b) hay bố trí sau hệ thống truyền lực (hình 1.3c).
Khi sử dụng hệ thống Hybird, cả hai chế độ nối tiếp và song song cho phép
tận dụng năng lượng quán tính của xe khi phanh hoặc khi xe dừng lại nhưng động
cơ vẫn chạy để tạo ra năng lượng điện tích lũy trong thiết bị lưu trữ nhằm giảm chi
phí nhiên liệu.
Tuy nhiên do một số hạn chế như hiệu suất truyền động thấp, giá thành chế
tạo các phần tử cao, thể tích riêng lớn, nên truyền động điện ít được sử dụng trên
xe tự hành đa năng.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 4


1.1.3. Truyền động thủy lực
Truyền động thủy lực là phương pháp truyền động đang được sử dụng phổ
biến và ngày càng có khuynh hướng phát triển mạnh. Hiện nay, truyền động thủy
lực thường được sử dụng với hai loại truyền động, truyền động thủy tĩnh và truyền
động thủy động.
1.1.3.1. Truyền động thủy tĩnh (TĐTT)
Dựa vào tính chất không nén được của chất lỏng, TĐTT có thể biến đổi
mô men và tốc độ từ động cơ đến cơ cấu chấp hành một cách êm dịu và vô
cấp từ 0 đến cực đại. TĐTT được sử dụng rất phổ biến trên các loại máy kéo
nông nghiệp, máy xây dựng và máy công trình có công suất lớn. Ngoài ra

chúng còn được sử dụng trên một số loại máy có công suất nhỏ sử dụng trong
các công việc cắt cỏ, chăm sóc cây trồng...
Hình 1.4 giới thiệu một số phương án truyền động thủy tĩnh từ động cơ
đốt trong đến các bánh xe của phận di động. Từ một bơm thủy lực tổng, ta có thể
truyền cho hai động cơ cho hai cầu chủ động (hình 1.4a), cho một động cơ thủy
lực cầu sau và hai động cơ thủy lực cho cầu trước (hình 1.4b) hay tất cả các động
cơ thủy lực độc lập cho các bánh xe (hình 1.4c).

a)
b)
c)
Hình 1.4 Truyền động thủy tĩnh cho bộ phận di động
Ngoài ra, trong các mạch TĐTT ta có thể truyền động theo nguyên lý mạch
hở hay mạch kín (hình 1.5).
Ở hình 1.5a mô tả nguyên lý hoạt động của mạch hở, dầu được bơm thủy
lực hút thùng dầu, chuyển qua van phân phối tới cửa vào động cơ thủy lực và trở
về hoàn toàn thùng dầu. Chiều quay của động cơ, sẽ được điều khiển bằng van
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 5


phân phối. Bơm thủy lực có đường hút nối với thùng dầu và đường đẩy phân biệt
rõ ràng.

1.

Bơm thủy lực

2.

van phân phối

3.

Động cơ thủy lực

4.

Thùng dầu

5.

Bơm nhồi

6.

Van an toàn

Hình 1.5 Sơ đồ truyền động mạch hở và mạch kín
a. Sơ đồ truyền động thủy tĩnh
dạng mạch hở

b. Sơ đồ truyền động thủy tĩnh
dạng mạch kín

Hình 1.5b mô tả hoạt động mạch truyền động kín trong đó cửa dầu ra của
động cơ được nối trực tiếp với cửa vào của bơm dầu. Do đó toàn bộ lượng dầu
được đưa ra khỏi bơm sẽ lại chuyển về từ động cơ mà không cần qua thùng dầu.
Trên thực tế, vẫn có một lượng dầu rò rỉ trong mạch kín qua các chi tiết chuyển

động cơ khí và để duy trì một áp suất cần thiết ở phía thấp áp của mạch, cần có
một bơm nhồi cung cấp một lượng dầu thủy lực bổ sung từ thùng dầu bên ngoài.
Đường dầu cao áp có thể cấp tới động cơ từ hai phía cửa dầu nhờ thay đổi góc
nghiêng điều chỉnh của bơm vì vậy trong mạch kín không cần có cụm van phân
phối để thực hiện yêu cầu đổi chiều quay động cơ.
So với mạch hở, hiệu suất truyền thủy lực của toàn mạch kín cao hơn hẳn,
áp suất làm việc cũng cao hơn và kích thước thùng dầu, lượng dầu sử dụng giảm đi
rất nhiều. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của mạch kín so với mạch hở là bơm
không thể sử dụng cho nhiều chức năng, cơ cấu khác nhau trong cùng một hệ
thống. Ngoài ra, do lượng dầu truyền động bị đóng kín trong mạch với số lượng rất

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 6


nhỏ nên nhanh chóng bị nóng dầu và sẽ là nguy cơ gây ra các hư hỏng nghiêm
trọng khi thiết bị làm việc ở tốc độ cao, tải trọng lớn trong thời gian dài nếu dầu
thủy lực không được làm mát một cách hợp lý. Truyền động thủy lực mạch kín
thường được sử dụng cho các hệ thống di chuyển, tời hàng, quay tháp... nhờ khả
năng thay đổi chính xác lực và tốc độ làm việc một cách dễ dàng khi so sánh với
các phương án truyền động khác như truyền động điện, cơ khí ….
1.1.3.2. Truyền động thủy động (TĐTĐ)
Truyền động thủy động là dạng truyền động mà công suất được truyền chủ
yếu là động năng của dòng chất lỏng trong truyền động. Một ứng dụng khá phổ biến
của dạng truyền động này trong hệ thống truyền lực của ô tô – máy kéo là biến mô
thủy lực.
Biến mô được sử dụng để đóng ngắt truyền động (li hợp) và thay đổi mô
men (biến mô). Trong hệ thống truyền lực của các loại xe ô tô tốc độ cao hoặc
máy tự hành công suất lớn, biến mô thường kết hợp với hộp số cơ học (truyền

động hành tinh) điều khiển tự động hoặc bán tự động (Hình 1.6).

Hình 1.6 Hộp số tự động 7 cấp
Nguồn: Mercedes, 2013
1.

Biến mô

4.

HT điều khiển thủy lực

2.

Khóa li hợp

5.

Hệ thống tự chẩn đoán

3.

Hộp số hành tinh

6.

Các cơ cấu chấp hành

Hệ thống truyền lực này có kết cấu phức tạp, giá thành chế tạo cao, phù
hợp đối với hệ thống di động có yêu cầu vận tốc lớn.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 7


1.2.

Các công trình nghiên cứu liên quan đến đề lài luận văn
Trong khi hệ thống truyền động đã trải qua nhiều thay đổi và cải tiến trong

suốt quá trình phát triển của ngành công nghiệp sản xuất Ôtô - Máy kéo, các hệ
thống khí gas, điện, xe lai điện (Hybird) đã xâm nhập vào thị trường Ôtô - Máy
kéo tại các thời điểm khác nhau trong thế kỷ qua nhưng các hộp số với tỷ số truyền
rời rạc vẫn được sử dụng. Các thiết kế truyền động cơ bản xuất hiện từ thế kỷ
trước vẫn đang được tiếp tục sàng lọc và nghiên cứu cải thiện cho tới khi có một
giải pháp hợp lý nhất thay thế.
Ngày nay, vấn đề truyền động cho Ôtô - Máy kéo đã trở thành một trong
những vấn đề quan trọng nhất khi thiết kế xe, chủ yếu là do chi phí nhiên liệu tăng,
các vấn đề về môi trường, cùng với nhu cầu sử dụng một chiếc xe đa dụng có thể
phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau.
Với các ưu điểm nổi trội của truyền động thủy lực như truyền động với tỷ
số truyền có thể thay đổi liên tục và hệ số truyền cao, dễ dàng bố trí và điều khiển
đã mở ra lĩnh vực rộng lớn cho các ứng dụng sử dụng chúng.
1.2.1. Các nghiên cứu về truyền động thủy lực
Năm 1648, nhà Bác học người pháp, Blaise Pascal đã cho thấy áp lực của
một chất lỏng ở phần còn lại được truyền như nhau trong tất cả các hướng. Và sau
đó vào năm 1769 chiếc xe đạp đầu tiên bằng gỗ sử dụng năng lượng thủy lực để di
chuyển đã được chế tạo ra bởi Nicolas-Joseph Cugnot (Hình 1.7), mặc dù chất
lỏng sử dụng ở đây là nước.

Hình 1.7 Xe đạp chạy bằng năng lượng thủy lực
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 8


Năm 1795, một người Anh, Joseph Bramah đã được cấp bằng sáng chế cho
một máy ép thủy lực nhằm khuếch đại lực bằng sử dụng một máy bơm tay để ép
một cột chất lỏng (Hình 1.8).

Hình 1.8 Máy ép thủy lực
Năm 1882 công ty Sir W. G. Armstrong & Company đã thiết kế những
chiếc máy xúc đầu tiên có sử dụng một xi lanh thủy lực điều khiển cho bộ công tác
để xây dựng bến cảng Hull ở Anh (hình 1.9). Nó đã đánh dấu một bước tiến mới
cho việc ứng dụng truyền động thủy lực trong các máy xây dựng công trình.

Hình 1.9 Máy xúc xây dựng cảng Hull

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 9


Vào những năm 40 của thế kỷ 19, sau gần 150 năm Joseph Bramah đã thiết
kế ra chiếc máy ép thủy lực đầu tiên, Harry Ferguson và Henry Ford đã thiết kế hệ
thống điều khiển xy lanh thủy lực trên máy kéo Fordson đây là cơ cấu treo 3 điểm
đầu tiên sử dụng trên máy kéo (hình 1.10).

Hình 1.10 Máy kéo Fordson
1. Thanh treo dưới

8. Bộ ly hợp

2. Thanh treo trên

9. Hộp số

3. Thanh kéo

10. Động cơ thủy lực

4. Chốt quay

11. Chốt hãm

5. Cần gạt điều khiển

12. Cần xi lanh thủy lực

6. Xy lanh thủy lực

13. Trục quay

7. Trục khuỷu động cơ

14. Vành răng

Theo nhà sử học Robert C. Williams “hệ thống Ferguson, hoặc tương tự
như điều khiển bằng thủy lực, treo 3 điểm, đã trở thành gần như bắt buộc đối với
hầu như tất cả các máy kéo”.

Sau này, khi bơm thủy lực piston hướng trục được thiết kế để tạo ra một
chuyển động quay đã đánh dấu bước phát triển vượt bậc của truyền động thủy lực.
Hiện nay chúng được ứng dụng phổ biến và đa dạng trên nhiều hệ thống của Ôtô Máy kéo và xe chuyên dụng như phanh, lái, di động…

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 10


1.2.2. Một số dạng truyền động và điều khiển thủy lực cho bộ phận di
chuyển được ứng dụng phổ biến hiện nay
Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thủy lực, truyền động thủy
lực đã được ứng dụng phổ biến và đa dạng trên rất nhiều hệ thống của Ôtô - Máy
kéo và xe chuyên dụng như hệ thống phanh, trợ lực lái, di động, cơ cấu công tác…
Một số mô hình dưới đây chỉ tập trung giới thiệu dạng truyền động thủy tĩnh trong
truyền lực bộ phận di động của một số loại máy thông dụng sử dụng trong giao
thông, xây dựng, Nông - Lâm nghiệp…
1.2.2.1. Truyền động cho hai bánh chủ động từ một bơm

Hình 1.11 Dạng truyền động cho hai bánh chủ động từ một bơm
1. Động cơ đốt trong

3. Bơm thủy lực

2. Hộp số

4. Động cơ thủy lực

Sơ đồ hình 1.11 mô tả phương án truyền động cho hai động cơ thủy lực liên
kết với hai bánh chủ động trong bộ phận di chuyển. Động cơ đốt trong sẽ truyền

trực tiếp mô men quay cho bơm thủy lực hoặc thông qua hộp số để thay đổi tỷ số
truyền. Tại bơm, năng lượng cơ học của động cơ đốt trong sẽ được chuyển đổi
thành dạng năng lượng thủy lực và thông qua các đường ống dẫn, năng lượng này
cho động cơ thủy lực. Động cơ thủy lực sẽ chuyển đổi năng lượng thủy lực thành
dạng năng lượng cơ học, mỗi động cơ thủy lực truyền động cho một bánh xe. Để
thay đổi tốc độ quay của các động cơ thủy lực, hệ thống phải có các van thay đổi
lưu lượng bố trí một cách hợp lý.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 11


Ứng dụng của kiểu truyền động này là mô hình truyền động cho máy kéo
vẫn đang được các nhà thiết kế nghiên cứu (hình 1.12).

Hình 1.12 Sơ đồ truyền động thủy lực máy kéo
Nguồn: , 2014
1. Bơm thủy lực

6. Van áp suất

2. Van phân phối

7. Van tiết lưu

3. Xi lanh lái LH

8. Thùng chứa dầu

4. Xi lanh lái RH

9. Động cơ thủy lực RH

5. Van phân phối điều khiển cơ cấu lái

10. Động cơ thủy lực LH

Theo sơ đồ truyền động hình 1.12, một bơm thủy lực sẽ cung cấp nguồn
thủy lực cho tất cả hệ thống, kể cả hệ thống trợ lực lái. Hai động cơ thủy lực
truyền động cho hai bánh sau chủ động, van tiết lưu làm nhiệm vụ cân đối áp suất
giữa hai đường truyền của hai động cơ.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 12


1.2.2.2. Truyền động độc lập cho hai bánh chủ động

Hình 1.13 Dạng truyền động độc lập cho hai bánh chủ động
1. Động cơ đốt trong

3, 4. Bơm thủy lực

2. Hộp số

5, 6. Động cơ thủy lực

Sơ đồ hình 1.13 mô tả phương án truyền động độc lập cho hai bánh cầu sau
của bộ phận di chuyển. Động cơ đốt trong sẽ truyền trực tiếp mô men quay cho các

bơm thủy lực hoặc thông qua hộp số để thay đổi tỷ số truyền, mỗi cụm bơm và
động cơ thủy lực truyền động cho một bánh xe. Ta có thể sử dụng bơm hoặc động
cơ thay đổi được lưu lượng làm việc giúp cho việc điều khiển tốc độ từng bánh sẽ
dễ dàng hơn.
Ứng dụng của loại truyền động này thường được dùng cho bộ phận di động
xích như trên hình 1.14, mô tả bộ truyền động cho hệ thống di động trên máy ủi
Komatsu D39-EX

Hình 1.14 Bộ truyền lực di động máy ủi D39-EX
1. Bộ truyền cuối L.H

5.Động cơ đốt trong

9. Động cơ thủy lực R.H

2.Động cơ thủy lực L.H

6.Bánh xích

10.Bộ truyền cuối R.H

3.Bơm nhồi

7.Bơm cho nhánh L.H

11.Bánh sao chủ động

4.Ly hợp

8.Bơm cho nhánh R.H

Parking brakes - Phanh

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 13


Đây là kiểu truyền động thủy lực mạch kín đơn giản, có sử dụng thêm một
bơm thủy lực (3) để khi áp suất trong đường dầu nạp xuống thấp do hao tổn trong
quá trình truyền, bơm (3) cung cấp thêm lượng bị hao tổn. Trong bộ truyền, mỗi
bánh sao chủ động trái và phải sẽ nhận động lực từ hai động cơ thủy lực riêng biệt.
Mỗi động cơ được cung cấp từ một nguồn bơm khác nhau. Như vậy hai động cơ sẽ
làm việc độc lập, tốc độ từng động cơ sẽ được điều chỉnh khi thay đổi góc đĩa
nghiêng của bơm cung cấp. Như vậy máy dễ dàng quay vòng mà không cần đến
bộ vi sai để thay đổi tốc độ mỗi bánh sao.
1.2.2.3. Kết hợp song song giữa truyền động cơ khí và thủy lực
Đôi khi tùy theo mục đích sử dụng, có thể bố trí bộ truyền lực kết hợp (hình
1.15), ngoài bộ truyền cơ khí cho cầu chủ động di chuyển còn sử dụng bộ truyền
thủy lực thủy tĩnh coi như là hộp số thứ hai đa cấp cho bộ truyền động. Sự kết hợp
truyền động song song của hai bộ truyền sẽ làm giảm bớt áp lực lên bộ truyền cơ
khí trong những yêu cầu về các công việc đòi hỏi bộ phận di động phải có lực kéo
lớn. Và mục tiêu trong sự phát triển của truyền động song song là sự kết hợp và
điều chỉnh các lực thủy tĩnh liên tục phối hợp với hiệu quả tốt với bộ truyền cơ khí.

Hình 1.15 Sơ đồ truyền động kết hợp

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 14