Tính năng kéo bám của hệ thống di động xích cao su trên liên hợp máy nông nghiệp tự hành

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả trong luận án là trung thực. Những kết luận của luận án chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Các tài liệu trích dẫn trong luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Mọi sự giúp đỡ đã được cảm ơn.
Tác giả luận án

Đào Hữu Đoàn

i


LỜI CẢM ƠN

Với tất cả lòng chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy
hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế, PGS.TS Nông Văn Vìn Trường Đại học
nông nghiệp Hà Nội đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ để tôi hoàn thành
bản luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy trong ban lãnh đạo, tập thể cán bộ
giáo viên bộ môn Động lực Khoa Cơ điện Trường Đại học nông nghiệp Hà Nội,
cảm ơn Ban Giám Hiệu và các đơn vị, cá nhân trường đại học Lâm Nghiệp Việt
Nam, Ban Giám Hiệu và các đơn vị, đồng nghiệp trường Cao Đẳng Nghề Bắc
Giang đã giúp đỡ về chuyên môn cũng như tạo điều kiện cho tôi trong quá trình
thực hiện luận án.
Xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Phạm Văn Lang - Hội cơ khí nông
nghiệp Việt Nam, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu, TS Lê Tấn Quỳnh Trường Đại
học Lâm nghiệp Việt Namđã giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quí báu cho tôi
trong quá trình triển khai thực nghiệm và thực hiện luận án
Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp trong và
ngoài cơ quan và đặc biệt các thành viên trong gia đình đã giúp đỡ, ủng hộ và

động viên để tôi hoàn thành bản luận án này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận án

Đào Hữu Đoàn

ii


MỤC LỤC
1.1 Tính chất cơ lý của đất...........................................................................................21
1.2 Các tính chất cơ học của đất..................................................................................23
1.3 Tổng quan về xích máy kéo nông nghiệp..............................................................26
Máy kéo xích sử dụng trong nông nghiệp để thực hiện các công việc như làm đất,
gieo trồng, thu hoạch, vận chuyển nông sản, vật tư nông nghiệp v.v..........................26
Máy kéo xích sử dụng trong nông nghiệp có nhiều loại tùy theo cách phân loại có
các cách gọi khác nhau................................................................................................26
Phân theo kích cỡ và công suất có loại lớn, loại trung, và loại nhỏ...........................26
Phân theo hệ thống di động có xe xích cứng và xe xích mềm sau đây là cấu tạo của
loại xích cứng và xích mềm.........................................................................................27
Nội dung của luận án đi sâu nghiên cứu hệ thống di động xích đai cao su làm việc
trên đất nông nghiệp....................................................................................................28
1.4 Nghiên cứu trên thế giới về tính chất kéo bám của hệ thống di động xích...........28
1.5 Một số kết quả nghiên cứu về xe xích ở Việt Nam................................................56
1.6 Kết luận chương và nhiệm vụ của luận án.............................................................58
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................60
Để tiến hành nghiên cứu Tính năng kéo bám của hệ thống di động xích cao su trên liên
hợp máy nông nghiệp tự hành luận án này sẽ nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm. 60
Mô hình hoá là một phương pháp nghiên cứu khoa học được ứng dụng rất rộng rãi: từ
nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành các hệ thống. Ngày nay nhờ sự trợ giúp của

máy tính có tốc độ tính toán cao và bộ nhớ lớn mà phương pháp mô hình hoá được phát
triển mạnh mẽ, đưa lại hiệu quả to lớn trong việc nghiên cứu khoa học và thực tiễn sản
xuất. Mô hình hoá được ứng dụng không những vào lĩnh vực khoa học công nghệ mà
còn ứng dụng có hiệu quả vào nhiều lĩnh vực khác như quân sự, kinh tế và xã hội...
Ngày nay có nhiều công trình nghiên cứu về những vấn đề cơ bản của mô hình hoá vào
các lĩnh vực khác nhau. Mô hình hoá là một công cụ mạnh của cán bộ nghiên cứu, cán
bộ kỹ thuật để giải các bài toán kỹ thuật, quy hoạch, tối ưu hoá... Phương pháp mô hình
hoá được dùng phổ biến trong các trường đại học, các viện nghiên cứu cũng như các cơ
sản sản xuất và đã đưa lại hiệu quả to lớn. .....................................................................60
Trong thực tế nghiên cứu, các hệ thống cần được phân tích theo các tính chất khác nhau
của chúng. Để thực hiện được điều này, sử dụng các hệ thống trợ giúp khác nhau nhằm
mô tả đến mức cao nhất các quan hệ vật lí trong hệ thống thực......................................60
Mô hình hóa là kỹ thuật cho phép xây dựng mô hình của hệ vật lý(hệ thống) và thực
nghiệm trên mô hình đó. Mô hình hóa cho phép sử dụng khi hệ thống không tồn tại, tốn
kém và(hoặc) tốn thời gian xây dựng..; cho phép quan sát quá trình, đáp ứng động của
hệ thống thiết kế trước khi thực nghiệm trên thiết bị thực..............................................60
Trong lĩnh vực động lực học máy nói chung và trong nghiên cứu động lực học các máy
di chuyển nói riêng, phương pháp mô hình hóa được sử dụng rất phổ biến do ưu thế
nhiều mặt của nó. Có hai phương pháp cơ bản trong mô hình hóa là mô hình hóa vật lý
và mô hình hóa toán học(Đặng Thế Huy, 1995)..............................................................60
Mô hình hóa vật lý: là phương pháp xây dựng mô hình đồng dạng về hình học nhưng có
cùng bản chất vật lý với hệ thống thực. Ưu điểm chủ yếu của phương pháp này là tái
hiện được khá đầy đủ những tính chất của hệ thống thực, do đó có thể nghiên cứu sâu
sắc và toàn diện các quá trình phức tạp diễn ra trong hệ thống thực, trong khi không thể
làm như thế đối với thực nghiệm máy thật và không thể diễn tả quá trình bằng các

iii


phương trình toán học. Tuy nhiên, nhược điểm quan trọng là phải thay thế hoặc làm lại

mô hình mới mỗi khi muốn thay đổi các thông số kết cấu, điều kiện sử dụng hay nói
chung là nghiên cứu một quá trình mới. Chính điều hạn chế này làm cho phương pháp
mô hình hóa vật lý ít được sử dụng.................................................................................61
Mô hình hóa toán học sử dụng các mô tả toán học: phương trình vi phân, hàm truyền,
không gian trạng thái để mô tả hệ thống thực. Mô hình toán gồm:.................................61
+ Mô hình tuyến tính, phi tuyến;.....................................................................................61
+ Mô hình thông số tập chung, thông số dải;..................................................................61
+ Mô hình tĩnh, động.......................................................................................................61
+ Mô hình liên tục, gián đoạn..........................................................................................61
+ Mô hình xác định, bất định...........................................................................................61
Mô hình toán được xây dựng theo trình tự sau:..............................................................61
+ Xác định mục tiêu và điều kiện của bài toán;...............................................................61
+ Đặt giả thiết đơn giản hóa và loại bỏ các yếu tố không quan trọng; ...........................61
+ Xác định các tham số cho mô hình theo mục tiêu và điều kiện;..................................61
+ Kiểm chứng mô hình về mức độ phù hợp với hệ thống vật lý.....................................61
Trong“Nghiên cứu tính năng kéo bám của hệ thống di động xích cao su trên liên hợp
máy nông nghiệp tự hành” . Các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình tương tác xích
đất rất phức tạp muốn tính toán đo đếm các đại lượng vật lý này cần sử dụng phương
pháp mô hình hóa để tận dụng các lợi thế như đã nói ở trên. Thường các đại lượng vật lý
cần tính trong các bài toán dạng này khi xe xích hoạt động trên đất yếu là: độ lún của
dải xích, áp suất dưới dải xích, biến dạng cắt của dải xích, ứng suất cắt, ứng suất kéo
nén của đất do xích gây ra trong quá trình xe xích hoạt động. Khi tính được các ứng suất
này có thể tính được lực kéo và lực cản đối với dải xích của xe xích trên các loại nền đất
mà xe xích đi qua.............................................................................................................61
Khi xây dựng các công thức tính các đại lượng vật lý nêu trên các tác giả hầu hết đều
xây dựng theo phương pháp thực nghiệm nên phương pháp mô hình hóa được sử dụng
phổ biến. Mô hình toán trong luận án này đều sử dụng công thức thực nghiệm đã được
công bố............................................................................................................................62
Trong chương 1 đã trình bày một số phương pháp đánh giá tính năng kéo bám và hiệu
suất của xe xích đó là:......................................................................................................62

- Phân phối ứng suất của đất dưới tải trọng xe................................................................62
- Ứng dụng của lý thuyết cân bằng dẻo đối với cơ học tương tác xe-đất........................62
- Phương pháp thực nghiệm để dự đoán hiệu suất xe xích..............................................62
- Đo lường và đặc tính phản ứng đất...............................................................................62
- Phương pháp Bekker.....................................................................................................62
- Phương pháp hỗ trợ bằng máy tính NTVPM để đánh giá hiệu suất xe xích mềm........62
Bốn phương pháp đầu chỉ có thể tính toán để dự đoán khả năng giao thông của một xe
xích trên một loại đất cụ thể tức là cho biết khả năng một xe xích có thể di chuyển trên
một loại đất cụ thể nào đó hay không..............................................................................62
Phương pháp Bekker cho phép tính toán được khả năng kéo bám của một xe xích trên
một loại đất nhất định, nhưng phương pháp không đạt được độ chính xác cao vì đã sử
dụng nhiều giả định như xích là một móng cứng, áp suất phân bố dưới dải xích theo một
quy luật hình chữ nhật, hình thang, hình sin có biên độ đều, hình dạng mấu xích, vật liệu
làm xích không ảnh hưởng tới ứng suất dưới dải xích, tuy nhiên các công thức tính ứng
suất dưới dải xích hiện nay đạt độ chính xác cao đều phát triển và kế thừa các công thức
của Beckker......................................................................................................................62

iv


Phương pháp hỗ trợ bằng máy tính NTVPM để đánh giá hiệu suất xe xích mềm đã phát
triển và kế thừa phương pháp Bekker. Trong tính toán có đưa đầy đủ các yều tố về cơ
học đất, các yếu tố về cầu tạo hệ thống di động như chiều rộng xích, chiều cao mấu bám
của xích, xích cứng hay mềm, lực căng xích ban đầuv.v.................................................62
Thí nghiệm đặt tải và kéo tấm xích mẫu là cơ sở phương pháp tính hệ số phụ thuộc vào
loại đất. Cụ thể như sau...................................................................................................63
Thí nghiệm đặt tải trọng lên tấm xích..............................................................................63
Thí nghiệm kéo tấm xích.................................................................................................64
Các công thức trên được sử dụng để tính hiệu suất xe xích mềm có kích thước bộ phận
di động và cầu tạo xe khác nhau hoạt động trên đất yếu.Đối với các loại đất khác cũng

xây dựng theo phương pháp tương tự..............................................................................67
Nghiên cứu thực nghiệm trong để đánh giá tính năng kéo bám của xe xích cao su thiết
kế mới hoạt động trên nền đất yếu...................................................................................68
Sơ đồ thí nghiệm máy kéo trên đồng (Hình 2.2).............................................................68
Sơ đồ bố trí các cảm biến đo các lực, mô men, vận tốc quay trên máy kéo thí nghiệm
(Hình 2.3).........................................................................................................................68
MTG, MC, Mk − mô men trên trục trung gian, côn ly hợp, bánh sao chủ động..............69
Pk, Pf, Pm  lực cηủ động, lực cản lăn và lực cản kéo ở móc.......................................69
ne, nTG, nLH, nBS, nTD – số vòng quay của động cơ, trục trung gian, côn ly hợp, bánh
sao chủ động và bánh tựa đồng........................................................................................69
Đo trực tiếp MTG, Pm, ne, nTG, nLH, nBS, nTD..........................................................69
Các lực Pk, Pf, vận tốc thực của xe V, vận tốc vòng (dài) của giải xích được tính qua hệ
thống công thức sẽ được trình bày trong chương 4 sau...................................................69
Xác định một số thông số kỹ thuật và đại lượng vật lý của xe xích cao su B2010 hoạt
động trong trạng thái chủ động trên đất nông nghiệp có độ ẩm cao gồm:......................70
Xác định một số thông số kỹ thuật của xe xích...............................................................70
Đo kiểm tra độ dãn dọc của dải xích cao su của xe.........................................................70
Đo trực tiếp lực kéo ở móc kéo.......................................................................................70
Đo gián tiếp lực kéo chủ động do tương tác xích-đất gây ra bằng cách đo trược tiếp một
số đại lượng vật lý trung gian như: momen xoắn trung gian, các số vòng quay của các
chi tiết trung gian như số vòng quay bánh đà động cơ, sô vòng quay cụm ly hợp, số
vòng quay bánh sao chủ động sau đó sử dụng công thức toán để tính lực kéo chủ động
Pk, lực cản lăn Pf,............................................................................................................70
Đo gián tiếp biến dạng cắtj của dải xích thông qua việc đo trực tiếp số vòng quay của
bánh tựa đồng và bánh sao chủ độngsau đó sử dụng công thức toán để tínhvận tốc thực
của xe V và vận tốc của dải xích V’ .Tính biến dạng cắtj của dải xích từ V và V’.........70
Địa điểm thí nghiệm........................................................................................................70
Tại khu đất thí nghiệm của khoa cơ điện Trường đại học nông nghiệp Hà Nội – Trâu
Quỳ, Gia Lâm, Hà Nội, ảnh 2 phần phu lục ghi lại hiện trượng thực hiện thí nghiệm...70
Dụng cụ đo gồm: lực kế, cẩu nâng như ảnh 1 trong phụ lục...........................................70

Xác định trọng lượng xe..................................................................................................70
Phương pháp đo được thể hiện trên hình 2.2, hình 2.2....................................................70
.........................................................................................................................................71
.........................................................................................................................................71
Các ký hiệu như trên sơ đồ, lấy mô men tại B1 và B2 ta được hệ phương trình.............71
.........................................................................................................................................71
Từ hệ phương trình trên ta rút ra.....................................................................................71
.........................................................................................................................................71

v


Thay số............................................................................................................................72
l1=l2=1,580 m; P1=4410 N (450kg); P2= 4900 N (500 kg); L=1,400 m.......................72
Tính được G=10507 N (1072 kg)....................................................................................72
Xác định khoảng lệch trọng tâm e của máy kéo..............................................................72
Sơ đồ tính e như hình 2.2.................................................................................................72
Từ phương trình cân bằng momen rút ra a......................................................................72
.........................................................................................................................................72
Thay số............................................................................................................................72
P1=4410 N; l1=1,580 m; L=1,400 m; G=10507 N.........................................................72
Tính được e =0,0368 m...................................................................................................72
Xác định chiều cao trọng tâm hg của máy kéo................................................................72
Dụng cụ gồm: kích tạo lực, đồng hồ so theo dõi thay đổi khoảng giãn xích, hệ thống
khớp nối bánh sao chủ động với hệ thống đòn bẩy.........................................................73
Ảnh 2 phần phu lục mô tả thiết bị và cơ cấu đo khoảng giãn dọc xích cao su. Hình 2.5
sơ đồ đo kiểm tra khoảng dãn dọc của dải xích. Như mô tả trong hình 2.5 chỉ đoạn AB
bị kéo căng, điểm B bị khóa chặt với khung xe, điểm A ăn khớp với bánh răng chủ
động, kích tạo lực đẩy cánh tay đòn quay theo chiều mũi tên lực đẩy có thể tăng dần từ
0 kN đến 10 kN, theo dõi lực đẩy thông qua đồng hồ lực ở đây là cụm thiết bị gồm cảm

biến lực đẩy và máy tính, thiết bị đo độ giãn dọc của xích có thể sử dụng đồng hồ so
thân đồng hồ gắn trên khung máy, trục truyền lực của đồng hồ tì vào mấu cố định bắt
chặt trên xích gần phía dưới điểm A, nếu xích giãn mấu sẽ dịch chuyển đúng bằng tổng
khoảng giãn trên chiều dài AB và mấu sẽ tác động lên trục truyền lực của đồng hồ so. 73
Dụng cụ thiết bị đo sẽ được mô tả chi tiết ở chương 4 sau.............................................73
Dụng cụ thiết bị đo thuộc thế hệ mới được sử dụng ở Việt nam và trên thế giới phù hợp
với điều kiện của cơ sở nghiên cứu. Các tín hiệu đo được chuyển đổi thành tín hiệu điện
đưa về máy tính tiếp nhận và xử lý thông qua phần mền................................................74
Quá trình đo hoàn toàn tự động nên kết quả đo không có sai số do các thao tác chủ quan
của con người...................................................................................................................74
.........................................................................................................................................75
Dựa trên các số liệu thực nghiệm, cũng như hệ thống các công thức tính toán trình bày
trên đây, ứng dụng Matlab-Simulink, chúng ta hoàn toàn có thể sử lý số liệu thực
nghiệm để có mối quan hệ giữa các đại lượng (các hàm mục tiêu) với các thông số khảo
sát.....................................................................................................................................75
Chương 3. MÔ HÌNH LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT KÉO BÁM CỦA MÁY
KÉO XÍCH CAO SU.......................................................................................................77
3.1 Đặt vấn đề.............................................................................................................77
3.5Khảo sát xe xích cao su thiết kế mới B2010.........................................................92
4. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng đến tính chất kéo bám
của máy kéo xích cao su..............................................................................................95
5. Kết luận chương 3..................................................................................................101
Đặt vấn đề...................................................................................................................90
Xây dựng mô hình nghiên cứu thực nghiệm..............................................................91
.........................................................................................................................................92
Mx, MC, Mk − mô men trên trục trung gian, côn ly hợp, bánh sao chủ đ.......................92
Pk, Pf, Pm  lực cηủ động, lực cản lăn và lực cản kéo ở móc.......................................92
ne nTG, nLH, nBS, nTD – số vòng quay của động cơ, trục trung gian, côn ly hợp, bánh
sao chủ động và bánh tựa đồng........................................................................................92

vi


Mô hình vật lý của thí nghiệm được xây dựng trên cơ sở mô hình thí nghiệm. Trên mô
hình vật lý (hình 4.2) cần phải xác định và đo được các thông số kỹ thuật của máy thí
nghiệm là ne, nTG, nLH, nBS, nTD................................................................................93
Để tính toán các thông số kéo bám khác cần đo được lực kéo ở móc máy kéo Pm và mô
men trên trục trung gian MTG.........................................................................................93
Cảm biến đo mômen và cảm biến đo lực được nối với thiết bị thu thập, khuếch đại và
chuyển đổi thông tin đo lường Spider 8 (Hình 4.6).........................................................95
Spider 8 là thiết bị thu thập, khuếch đại và chuyển đổi A/D các thông tin đo lường do
hãng HBM CHLB Đức sản xuất. Nó có thể đo đồng thời 8 thông số khi khảo nghiệm
máy, có thể nối ghép với các cảm biến dạng cầu đủ và bán cầu điện trở, điện cảm, các
cảm biến có tín hiệu dòng, điện áp, điện trở, các loại cặp nhiệt.v.v...Khi đo Spider 8
được nối ghép với máy tính bằng cổng RS 232 (hoặc cổng LPT) và được điều khiển
bằng phần mềm Catman..................................................................................................95
Phần mềm Catman là phần mềm điều khiển đo lường và xử lý số liệu làm việc trong
môi trường Window. Nó có thể điều khiển hầu hết các thiết bị đo của hãng HBM như
DMC Plus, Spider 8, MGC, v.v... Ngoài ra phần mềm này còn có chức năng xử lý số
liệu cùng với phần mềm Excel........................................................................................95
Thiết bị chuyển đổi Analog – Digital (Card A/D) và phần mềm DASYLab...................95
DASYLab là phần mềm thu thập xử lý số liệu rất đa năng, sử dụng dễ dàng và thuận
tiện. Các phép tính, thuật toán được tích hợp trên các môđun chỉ việc lấy ra từ thư viện
và kết nối chúng lại với nhau thành một chuỗi các môđun gọi là Worksheet để thực hiện
công việc mà người sử dụng yêu cầu. Trước khi dữ liệu được đưa vào máy tính sử dụng
phần mềm DASYLab để xử lý cần qua một thiết bị chuyển đổi Analog - Digital thường
gọi thiết bị này là Card A/D.............................................................................................95
Thông qua card chuyển đổi A/D, tất cả các tín hiệu ra của các thiết bị đo đều được đưa
vào máy tính có cài đặt phần mềm thu thập và xử lý số liệu DASYLab 7.0. Đây là một
phần mềm mạnh và tiên tiến với rất nhiều module chức năng sẵn có, cho phép mô

phỏng simulink quá trình thu thập và xử lý sơ bộ cũng như hiển thị các kết quả thí
nghiệm đo lường..............................................................................................................96
Trục có ba phần chính 1-đầu nối; 2- thân lắp buly, 3- thân lắp với 2 ổ bi trong ổ đỡ của
gối đỡ...............................................................................................................................97
Hai trục được quay trơn trên hai gối đỡ ổ bi. Mỗi gỗi đỡ bao gồm hai ổ bi được lắp chặt
vào ca bi. Các gối đỡ này được lắp hệ thống giá được chế tạo chính xác, có thể tháo rời
và bắt chặt vào khung máy kéo khi tiến hành thí nghiệm...............................................98
Để dẫn truyền động từ puly động cơ tới thiết bị đo mômen, từ thiết bị đo này tới puly
của ly hợp bằng bộ truyền đai ta cần phải có hai puly trung gian được lắp ghép với các
trục chế tạo và cố định bằng then....................................................................................98
.........................................................................................................................................98
.........................................................................................................................................99
Thiết bị đo mômen chịu được vận tốc quay tối đa là 3000 vòng/phút, nên khi lựa chon
đường kính puly trung gian là 118mm để đảm bảo số vòng quay trục thiết bị đo nằm
trong giá trị cho phép.......................................................................................................99
Các chi tiết trong khâu trung gian được tính toán, chế tạo chính xác, sau đó đều được xử
lý như tôi, nhiệt luyện để đảm bảo các tiêu chuẩn về độ bền, độ đồng trục, độ vuông
góc, độ không song song, v.v….......................................................................................99
Lắp ráp cảm biến mô men trên xe thí nghiệm như hình 4.10..........................................99
Sơ đồ liên kết thiết bị đo với máy tính như đã giới thiệu trong chương 2.......................99

vii


Dasylab là phần mềm thu thập xử lý số liệu rất đa năng sử dụng dễ dàng và thuận tiện.
Các phép tính toán, các thuật toán được tích hợp trên các môđun chỉ việc lấy ra từ thư
viện và kết nối chúng lại với nhau thành một chuỗi các môđun gọi là Worksheet. Trước
khi dữ liệu được đưa vào máy tính với phần mềm Dasylab, cần qua một thiết bị chuyển
đổi Analog - Digital thường gọi thiết bị này là Card A/D...............................................99
Kết quả thí nghiệm...................................................................................................100

Chỉ số nón và độ ẩm của đất đo được tại hiện trường lần lượt là CI= 31 kPa, độ ẩm là:
97%................................................................................................................................101
Khi tăng lực kéo đoạn xích AB kết quả cho thấy:.........................................................101
-Giai đoạn 1 tăng lực tăng từ 0 đế 1000 N tạo lực căng xích ban đầu để khử sai số do
chùng xích......................................................................................................................101
- Giai đoạn 2 tăng từ 1001 N đến 10000 N....................................................................101
Kết quả trên thước đo không thấy có sự dịch chuyển của kim đồng hồ so...................101
Kết quả và thảo luận.................................................................................................101
.......................................................................................................................................104
Mô hình lý thuyết của luận án là mô hình mới có khả năng đánh giá tính năng kéo bám
và hiệu suất của xe xích cao su thiết kế mới với độ tin cậy cao....................................107
Trong thiết kế mới xe xích cao su cũng như trong thiết kế cải tạo có thể sử dụng mô
hình lý thuyết của luận án để tối ưu hóa các thống số về cấu tạo của hệ thống di động xe
xích cao su.....................................................................................................................107
Mô hình lý thuyết của luận án cũng có thể sử dụng để tính toán lựa chọn ưu tiên trong
khai thác sử dụng như muốn ưu tiên về lực kéo hay ưu tiên về hiệu suất . Như phần
khảo sát đã cho thấy khi tăng trọng lượng xe lực kéo có ích chỉ tăng trong một giới hạn
của độ trượt sau đó giảm nhanh, nhưng hiệu suất của xe lại giảm................................107
Trong khai thác sử dụng xe xích cao su có thể sử dụng mô hình lý thuyết của luận án
tính toán để lựa chọn loại xe phù hợp cho từng loại đất góp phần làm tăng hiệu quả kinh
tế trong khai thác sử dụng cũng như tính toán được lực căng xích ban đầu phù hợp với
các chế độ làm việc của xe xích cao su.........................................................................107
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên xe xích cao su thiết kế mới B2010 đã sử
dụng phương pháp đo hiện đại và sử dụng toán quy hoạch thực nghiệm được lập trình
trên phần mềm matlab cho phép đánh giá tính năng kéo bám và hiệu suất của xe xích
cao su trên đất nông nghiệp Việt Nam có độ ẩm cao với kết quả phù hợp với nhiều
nghiên cứu đã công bố...................................................................................................107
Trong khôn khổ của luận án mô hình lý thuyết chưa xây dựng được các hệ số phụ thuộc
váo các loại đất khi tương tác với xích cao su trên đất nông nghiệp Việt Nam nên mô
hình lý thuyết chưa được kiểm chứng...........................................................................107

KIẾN NGHỊ...................................................................................................................107
Gần đây, hệ thống di động xích sắt được thay thế dần bằng xích cao su do có các ưu
điểm nổi bật là chịu nước tốt, giá thành rẻ hơn so với xích sắt. Tuy nhiên, về cơ sở tính
toán các chỉ tiêu kéo bám của máy kéo xích cao su vẫn còn mang tính thời sự cao nên
cần được tiếp tục nghiên cứu.........................................................................................107
Mặc dù đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhưng do bài toán tính hiệu suất của hệ
thống di động máy kéo xích cao su khi tương tác với đất rất phức tạp, đặc biệt là đối với
máy kéo xích nông nghiệp, nên vẫn còn nhiều vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu cả về
lý thuyết và thực nghiệm...............................................................................................108
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết cũng như nghiên cứu thực nghiệm trình bày trong
luận án này cần được phát triển để nghiên cứu máy kéo xích cao su trong hoạt động
phanh, hoạt động leo dốc và hoạt động quay vòng để có đánh giá đầy đủ về hiệu suất

viii


của hệ thống di động xích cao su khi tương tác với đất phù sa yếu và đất nông nghiệp
nói chung.......................................................................................................................108

ix


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
1. Ký hiệu bằng chữ cái La tinh
TT
1

2
3
4

5
6
7

Ký hiệu

Wc
ws
Fp
Fca
Kpγ , Kpq, Kpc
Nγ , Nq, Nc
Wc’

Đơn vị
N/m
N/m
kN
kN

N/m

Giải thích
Tải giới hạn theo đơn vị chiều dài
Trọng lượng theo chiều dài của đất
Phản lực của đất
Lực bám dính của đất
Hệ số và là hàm số của góc ma sát trong của đất
hệ số khả năng chịu lực Terzaghi,
Tải giới hạn cục bộ theo đơn vị chiều dài đối

11
12
13
14
15

Wct
W’ct
MI
VCI
RCI
RI
CI
MMP

16
17

Kω
Kr

với phá hoại cục bộ
Phá hoại cắt tổng đối với một xe xích
Phá hoại cắt tổng cục bộ đối với một xe xích
Chỉ số di động
Chỉ số nón xe
Chỉ số nón danh nghĩa
Chỉ số nén lại
Chỉ số nón

Áp suất tối đa trung bình
Khoảng trượt ở ứng suất cắt đạt cực đại τmax
Tỷ lệ của ứng suất cắt dư τr trên ứng suất cắt tối

z0
Rc
F, Fmax
K
j
V
Vs
V’
Fd
δ, δd

m
m/s
m/s
m/s
kN
%

đa τmax
Chiều sâu lún
Lực cản đất
Lực kéo, lực kéo tối đa
Mô đun biến dạng cắt
Khoảng trượt của vấu xích
Vận tốc của xe
Vận tốc trượt của xe

Vận tốc lý thuyết ( vận tốc của dải xích)
Lực kéo ở móc kéo
Tỉ lệ trượt của dải xích so với nền đất, chỉ số d

kPa
m
m
m
m

là trong hoạt động chủ động
Áp suất tiếp xúc dưới dải xích
Độ lún trượt của dải xích
Độ lún tĩnh của dải xích
Bước vấu xích
Chiều cao vấu xích

8
9
10

18
19

20
21
22
23
24

25
26
27
28
29
30
31
32

p
ss
s0
t
h

kN
kN

m
kN
kN

x


33
34
35
36
37

38
39
40
41

G
k1, k2
n1, n2
mc, mf, a
c0, c1, c2
pf, pr
pm
s0(X)
pf0, pr0

kN

kPa

Trọng lượng xe (Tải trọng pháp)
Hệ số hệ thống xích-đất
Hệ số hệ thống xích-đất
Hệ số hệ thống xích-đất
Hệ số hệ thống xích-đất
Áp suất tiếp xúc bánh tì xích dẫn hướng, bánh tì

kPa
m
kPa

xích sau
Áp suất tiếp xúc trung bình dưới dải xích
Độ lún tĩnh tại điểm X
Áp suất tiếp xúc dưới phần dải xích bánh dẫn

42

sf0, sr0

m

hướng và bánh sau
Lượng lún tĩnh điểm trước tiên và sau cùng của

43
44
45
46
47

Z
e0
e
Lt, Ltt
Rk, Rf, Rr

kN
%
%
m

m

phần chính dải xích
Phản lực đất tác dụng vông góc với dải xích
Độ lệch tâm tương đối của phản lực đất Z
Độ lệch tâm tương đối của trọng lực xe
Chiều dài tiếp xúc thực của dải xích
Bán kính chia của bánh sao chủ động, bánh dẫn

48
49
50

hg
Mk
P1

m
kNm
kN

hướng và bánh sau
Chiều cao tâm trọng lực của xe
Mô men xoắn tác động lên bánh sao chủ động
Lực chủ động tác động lên phần dưới của dải

51

Pf

kN

xích.
Lực cản nén tác độngtheo chiều ngangtại một

kN

độ sâuztrên phần trước của dải xích
Lực đẩy phát triển dọc theo dải xích cứng qua

52

Pk

mỗi vấu khi tổng cản cắt trên đường trượt nối
53

Pm

kN

các đỉnh vấu
Lực chủ động có ích tác động theo chiều ngang

54

Pmb, Pms, Pfb, kN

qua điểm đặt lực ở móc kéo
Các lực thành phần của P k tác dụng lên phần

Prs, Prb, Psf

chính, phần trước, và phần sau ởphần tiếp xúc

T
T0
Zp
Ps
E1, E2, E3, E4

của dải xích
Lực căng xích
Lực căng xích ban đầu
Tác dụng vuông góc với hàng của bánh tì
Tác động theo chiều dọc theo hàng của bánh tỳ
Năng lượng do các lực P1, Pf, Pk, Pm gây ra

55
56

57
58
59

kN
kN
kN
kN
kNm/s

xi


xii


2. Ký hiệu bằng chữ cái Hy lạp
TT
1
2
3
4
5
6
7

Ký hiệu

τ

Giải thích

θ
θt0

Rad
Rad
%

Ứng suất cắt của đất
Góc ở tâm của bánh sau
Ứng suất pháp của đất
Trọng lượng riêng của đất
Góc ở tâm của bánh dẫn hướng
Góc nghiêng của xe
Hiệu suất kéo

ωk

Rad/s

Vận tốc góc bánh sao chủ động

α

σ

γs

η

8

Đơn vị
kPa
Rad
kPa

3. Các chữ viết tắt

TT

Ký hiệu

Giải thích

xiii


MỞ ĐẦU
Máy kéo xích cao su nối bản lề và dạng đai ngày càng được sử dụng rộng
rãi trong nhiều nghành nghề nhất là trong xây dựng và nông lâm nghiệp, cũng
như máy kéo xích sắt và máy kéo bánh, máy kéo xích cao su chủ yếu làm việc
trên địa hình không chuẩn bị sẵn nên đỏi hỏi phải có tính việt dã cao tức là phải
có tính năng kéo bám đạt hiệu suất cao nhất khi nó di chuyển trên bề mặt từng
loại đất hoặc có thể hoạt động đạt hiệu suất kéo bám cao trên nhiều loại đất khác
nhau. Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về xích cao su được công bố, được áp
dụng để đánh giá thiết kế xe mới và tối ưu hóa các thông số thiết kế nhưng ở Việt
nam chưa có nghiên cứu nào được công bố về lĩnh vực này.
Nghiên cức về tương tác xe đất tức là nghiên cứu sự ảnh hưởng lẫn nhau
giữa cấu tạo xe, cấu tạo thiết bị di động và đất sự tương tác này rất phức tạp khi
nghiên cứu lý thuyết thường phải kết hợp với thực nghiệm để xây dựng các công
thức tính toán nên đã có nhiều công thức thực nghiệm được công bố và được sử
dụng trong nghiên cứu và học tập.
Thực tế cho thấy hiệu suất xe xích bị ảnh hưởng đồng thời cả về thông số
cấu tạo của xe và cơ học đất nhưng các kết quả nghiên cứu cho thấy vấn đề cơ
học đất phức tạp hơn nhiều so với các thông số cấu tạo. Vấn đề tương tác xe đất
được thể hiện ở một số nội dung chủ yếusau đây:
- Cấu tạo của xe và hệ thống di động xích
- Cơ học đất thể hiện qua tương tác của hệ thống di động với đất

Bánh xe và các xích là các loại tiêu biểu của hệ thống di động dùng trong
công nghiệp.
Do tầm quan trọng công nghiệp của xe di động, một lĩnh vực nghiên cứu
phân tích các mối quan hệ giữa thiết bị di động và vận động của đất có kết quả to
lớn quan trọng. Các lĩnh vực nghiên cứu hiện đại để giải quyết vấn đề này được
gọi là 'cơ học đất'. Đầu ra của lĩnh vực nghiên cứu này là chất lượng và số lượng
thông tin có liên quan đến những câu hỏi như khả năng giao thông việt dã của
một chiếc xe, khả năng di chuyển của nó và khả năng chịu tải của một khu đất cụ

14


thể. Loại thông tin này là cần thiết cho việc thiết kế các máy di động và liên tục
cải thiện hiệu suất của chúng.Xe xích cao su là một trong các loại máy di động
đó
Sự quan tâm trọng tâm trong cơ học đất là phạm vi đất tương đối nông
nằm dưới một chiếc xe và có thể tham gia trực tiếp trong tương tác động học với
thiết bị di động. Tính chất cơ học và biến dạng của phần đất dưới có cả tải cắt và
nén được xem là khả năng để chuẩn đoán hỗn hợp hoạt động xe đất. Nhiều
nghiên cứu đã được thực hiện để làm sáng tỏ mối quan hệ phức tạp giữa nhiều
đặc tính của đất và thiết bị di động của xe. Thiết kếkích thước và hình dạng của
các xích và bánh xe là rất quan trọng khi xe phải hoạt động trên và qua các bề
mặt đất tự nhiên. Điều này là để các xe khi chúng đang ở trên đất yếu không bị
lún quá khả năng chịu tải của đất bên dưới chúng. Việc nghiên cứu các yếu tố này
đòi hỏi phải nghiên cứu về khả năng chịu lực của mặt đất khi chiếc xe này đứng
im và cả khi nó chuyển động có động cơ và không có động cơ.
Xem xét chiếc xe ở trạng thái phanh hoặc hoạt động chủ động, bánh xe
(hoặc xích) phải mang lại hiệu quả chống cắt của đất cũng như tạo ra lực kéo
hoặc đẩy cần thiết.Hơn nữa, để nghiên cứu các kết quả thực nghiệm và đo đạc
thực địa nếu muốn để tối đa hóa hiệu quả kéo-móc kéo và /hoặc để xác định các

lực cần thiết để vượt qua cản chuyển động khác nhau.Những trở ngại bao gồm
cản dốc (xảy ra khi chiếc xe đang chạy lên dốc) và cản nén (đó là kết quả của lún
gây ra bởi lún trượt và lún tĩnh).
Khả năng giao thông việt dã và khả năng làm việc của một chiếc xe hoàn
toàn phụ thuộc chủ yếu vào tính chất đất. Nói chung, đặc tính của đất liên quan
đến di chuyển của một chiếc xe gọi là ‘khả năng giao thông’,
Tính di động của xe xích phụ thuộc vào một loạt các tham số của xe. Bao
gồm các yếu tố có liên quan đến công suất động cơ, trọng lượng của xe, vị trí
không gian của của trọng tâm, chiều rộng và chiều dài tiếp xúc của xích, lực căng
dải xích ban đầu, điểm tác dụng của lực móc kéo có ích tức là lực kéo có ích và
lực phanh có ích, áp suất tiếp xúc trung bình, hình dạng, bước và chiểu cao của
mấu bám, đường kính của bánh dẫn hướng, và bánh sao sau , số bánh đè xích,

15


thiết bị hệ thống treo, loại kết nối và khe hở tối thiểu. Nhìn chung, khả năng hoạt
động của một chiếc xe được gọi là khả năng di động của nó.
‘Khả năng giao thông’ có thể được cho là khả năng (hoặc tính chất) của
phần đất để trợ di động. 'Di động' được định nghĩa là hiệu quả mà một chiếc xe
cụ thể có thể đi từ điểm này đến điểm khác trên một phần của địa hình.
Nghiên cứu cả khả năng giao thông và di động có thể cung cấp một nền
tảng rất hữu ích để thiết kế và phát triển các hệ thống máy móc nông nghiệp mới
nhằm mục đích nâng cao năng lực làm việc. Những nghiên cứu này rất hứu ích
để những ai muốn chọn một máy móc thích ứng nhất hoặc tốt nhất cho một địa
hình nhất định. Các máy làm việc và di chuyển trên đất yếu hoặc địa hình khó
khăn chưa có đường giao thông tiêu chuẩn đều được các nhà khoa học từ trước
tới nay quan tâm nghiên cứu phát triển hệ thống di động. trong các loại phương
tiện máy móc đó máy nông nghiệp chiếm một tỉ lệ khá lớn.
Nghiên cứu khai thác cũng như nghiên cứu phát triển máy kéo nông

nghiệp cần thấy rõ điều kiện sản xuất nông nghiệp ở nước ta có những đặc thù
riêng, trước hết đặc điểm địa hình và tính chất cơ lý của đất ở các vùng là rất
khác nhau(Nguyễn Điền và Nguyễn Đăng Thân. 1984; Phạm Huê và Nguyễn
Văn Hồng,1979),. Đồng bằng Nam bộ diện tích đất canh tác rộng dễ dàng cho
việc thực hiện cơ giới hoá nông nghiệp bằng những loại máy kéo lớn. Nhưng ở
đồng bằng Bắc bộ, vùng núi phía bắc và duyên hải miền trung thì diện tích đất
canh tác ít, các thửa ruộng được chia nhỏNguyễn Đăng Thân (1980),. Do đó rất
khó cho việc đưa các loại máy kéo lớn vào sản xuất mà thường sử dụng các loại
máy kéo nhỏ có công suất từ 12-30 mã lực do Việt Nam, Trung Quốc và Nhật
Bản sản xuất. Diện tích trồng cây lúa nước có độ ẩm cao và nền đất mềm yếu, có
một số nơi lúa được trồng trên đất bùn độ ngập nước sâu, việc canh tác và thu
hoạch gặp nhiều khó khăn (Trịnh Ngọc Vĩnh, 1988; Trịnh Ngọc Vĩnh và
cs.,1990; Trịnh Ngọc Vĩnh, 1991),.
Đặc điểm lớn thứ hai là cơ cấu cây trồng rất đa dạng với các yêu cầu về cơ
giới hoá cũng rất khác nhau, tính quy hoạch đồng ruộng còn rất thấp, cùng một
khu hoặc ngay trên cùng một lô ruộng có thể trồng nhiều loại cây trồng khác

16


nhau. Điều đó dẫn đến việc cần phải có các nghiên cứu xác đáng về hệ di động
của máy kéo khi làm việc trên đất nền yếu hoặc lầy thụt để thiết kế, chế tạo và
đưa ra thị trường các loại máy phục vụ việc canh tác nông nghiệp phù hợp
(Nguyễn Điền, 1984a; Nguyễn Điền, 1984b; Nguyễn Điền, 1988; Bùi Thanh Hải,
1995; Triệu Anh Tuấn và cs., 2009),. Đòi hỏi các máy kéo phải có tính năng kéo
bám cao Phạm văn Ngân (1999),
Hiện nay ở Việt nam Liên hợp máy nông nghiệp được sử dụng rất rộng rãi trong
các khâu làm đất, thu hoạchNguyễn Văn Hồi (1988),đáp ứng được phân lớn điều kiện
sản suất cũng như trình độ sản suất nông nghiệp của nông thôn việt nam, hầu hết các
máy đang sử dụng là máy được nhập ngoại hoặc bản quyền thiết kế chế tạo của nước

ngoài có hệ thống di động là bánh xe hoặc xích khi hoạt động tương tác với đất đã bộc
lộ một số nhược điểm khó khắc phục nên đã có nhiều nghiên cứu để tiếp tục phát huy
hiệu quả các liên hợp máy nông nghiệp đang sử dụng, và nghiên cứu chế tạo tại Việt
nam.Những điều nêu trên chứng tỏ cơ giới hóa nông nghiệp nước ta đang trong giai
đoạn cần phát triển cả về chiều rộng và chiều sâu. Hội nghị Trung ương lần thứ 7 (Khoá
X) cũng đã nhấn mạnh: tăng cường thực hiện cơ khí hoá các khâu sản xuất nông nghiệp,
trước hết là các khâu sản xuất quan trọng, đến năm 2015 cơ giới hoá khâu làm đất đạt

90% và đến năm 2020 phải đạt 100%; cơ giới hoá khâu gieo cấy đạt từ 25- 50%;
thu hoạch từ 50- 80%; trang bị nguồn động lực cho nông nghiệp phải tăng từ
1,5- 2,5 mã lực/ha(Phạm Văn Lang, 2009; Thủ Tướng Chính Phủ, 2002),
Mỗi một nước, một quốc gia đều có những đặc thù riêng về điều kiện tự
nhiên, tập quán canh tác, vấn đề lựa chọn, tính toán và chế tạo máy kéo có công
suất, trọng lượng, loại hệ thống di động (máy kéo bánh hay máy kéo xích) phù
hợp với từng vùng sản xuất là một vấn đề có ý nghĩa quan trọng để nâng cao hiệu
quả sử dụng nguồn động lực trong nông nghiệp hiện nay tức là giải quyết vấn đề
khả năng giao thông và di động.
Hiện nay và trong trung hạn, dài hạn ở Việt Nam máy kéo là nguồn động
lực chính để thực hiện các khâu công nghệ sản xuất nông nghiệp, phải hoạt động
trong những điều kiện rất khó khăn, phức tạp như trình bày ở trên. Do vậy đòi
hỏi các loại máy kéo dùng cho nông nghiệp vùng trung du, đồi núi, cũng như
đồng rộng phân tán nhỏ lẻ ở đồng bằng do sản suất hộ gia đình còn phổ biến cần

17


phải có tính ổn định cao, có tính năng kéo bám tốt, máy kéo xích cao su có những đặc
điểm cấu tạo hệ thống di động qua kinh nghiệm sử dụng ở Việt nam đã đáp ứng được
yêu cầu này nhưng vần đề tính năng kéo bám của xe xích cao su cần được nghiên cứu
chuyên sâu khi hoạt động trên đồng ruộng Việt Nam để có được các kết quả có thể

ứng dụng để đánh giá thiết kế mới và tối ưu hóa các thông số thiết kế nhằm nâng cao
chất lượng thiết kế chế tạo mẫu xe mới tại Việt nam cũng như đánh giá mẫu xe mới
nhập về từng địa phương nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư đang đặt ra yêu cầu cấp
bách.
Thực hiện luận án với đề tài:“Tính năng kéo bám của hệ thống di động
xích cao su trên liên hợp máy nông nghiệp tự hành “ sẽ góp thêm phần giải
quyết yêu cầu thực tiễn cấp bách nói trên, với nội dung cụ thề là xây dựng mô
hình lý thuyết phương pháp tínhhiệu suất của hệ thống di động xe xích cao su
hoạt động trên đất nông nghiệp với độ chính xác cao dựa trên mô hình toán có
đưa vào tính toán nhiều tham số về cấu tạo của máy kéo và tính chất cơ học đất
có sự hộ trợ của máy tính.
Mục tiêu nghiên cứu:
Xây dựng mô hình tương tác giữa xích cao su của máy kéo với đất nông
nghiệp phù sa có độ ẩm cao, thông qua tính toán có sự hỗ trợ của máy tính, đồng
thời tiến hành thực nghiệm để đánh giá khả năng kéo bám và hiệu suất của xe
xích cao su thiết kế mới rút ra kết luận khoa học. Đây cũng chính là phương pháp
thẩm định thiết kế và cũng có thể dùng phương pháp này để tối ưu hóa các thông
số thiết kế.
Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu hệ thống di động của xe xích cao su
thiết kế mới B2010 tương tác với nền đất ở trạng thái lún tĩnh khi xe đứng im, và
tương tác với nền đất trong quá trình xe vận động trên mặt đồng (góc dốc bằng 0)
ở trạng thái chủ động.
Phương pháp nghiên cứu:
-Lý thuyết:
Xây dụng mô lý thuyết gồm mô hình vật lý, mô hình toán để tính toán lực
kéo bám và hiệu suất của xe B2010 tức là xây dựng công thức tính độ lún tĩnh, áp

18

suất tĩnh, ứng suất cắt của mấu bám với nền đất và trượt của mấu bám do đất bị
nén, lún trượt trong quá trình xe vận động, cũng như các lực cản chuyển động,lực
kéo tác động lên phần chính của dải xích và các phần dải xích ôm bánh dẫn
hướng và bánh lăn sau.
-Thực nghiệm.
Đo một số thông số của mô thí nghiệm bằng các thiết bị đo hiện đại có sự
trợ gúp của máy tính sử dụng phần mền dasylab. Xử lý số liệu đo để đưa ra kết
luận về khả năng kéo bám và hiệu suất của xe thí nghiệm B2010.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
-Ý nghĩa khoa học.
+ Đề xuất mô hình nghiên cứu lý thuyết về tính năng kéo bám của hệ
thống di động xích cao su trên liên hợp máy nông nghiệp tự hành trên đất nông
nghiệp phù sa có độ ẩm cao
+ Đề xuất mô hình thực nghiệm hiện đại, đơn giản nhưng có độ chính xác
cao.
-Ý nghĩa thực tiễn
+ Đề xuất phương pháp thẩm định thiết kế và phương pháp để tối ưu hóa
các thông số thiết kế.
Bố cục luận án: Ngoài phần mở đầu và kết luận, Luận án gồm 4 chương:
- Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu về tính năng kéo bám của
hệ thống di động máy kéo xích khi làm việc trên nền đất
Trong chương này tổng hợp và phân tích những nghiên cứu của các nhà
khoa học trong và ngoài nước về quan hệ tương tác giữa mấu bám xích máy kéo
với đất. Từ đó xác định rõ mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của luận án.
- Chương 2: Phương pháp nghiên cứu
- Chương 3: Xây dựng mô hình lý thuyết tính toán hiệu suất của máy kéo
xích cao su trên đất nông nghiệp phù sa có độ ẩm cao.
Nội dung chương này, xây dựng mô hình vật lý để xác định các thành
phần lực tác động lên xe, lên dải xích, độ lún tĩnh và độ lún tổng của dải xích, độ

19


trượt của dải xích. Xây dựng mô hình toán để tính các tham số nêu trên của mô
hình vật lý.
Khảo sát xe thiết kế mới B2010
Khảo sát trong các trường hợp thay đổi trọng lượng xe, kích thước xích,
lực căng xích ban đầu
Trình bày kết quả kiểm khảo sát xe thiết kế mới, Đánh giá về ảnh hưởng
trọng lượng, kích thước xích, lực căng xích ban đầu đến hiệu suất của máy kéo
xích cao su.
- Chương 4: Thực nghiệm đo mô men chủ động của động cơ, lực kéo có
ích ở móc kéo, khoảng trượt của mấu bám xích so với nền đất (đo tốc độ thực của
xe và tốc độ của dải xích). với các trường hợp.
+Trọng lượng xe theo thiết kế
+Trọng lượng xethay đổi theo một số phương án khác nhau.
+ Xử lý số liệu thực nghiệm để có đánh giá về khả năng kéo bám và hiệu
suất của xe xích cao su thiết kế mới B2010

20


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
1.1

Tính chất cơ lý của đất

Các tính chất vật lý của đất
Thành phầncủa đất
a)

Hạt đất:

Hạt đất là thành phần chủ yếu của đất. Khi lực tác dụng bên ngoài lên mặt
đất thì các hạt đất cũng chịu lực, lực được truyền rộng ra xa và xuống sâu. Tập
hợp các hạt đất là khung cốt của đất.
b)

Nước trong đất:

Nước là thành phần thứ hai của đất gọi là pha lỏng, thường có các dạng:
Nước trong khoáng vật của hạt đất.
Nước kết hợp với mặt ngoài của hạt đất
Nước tự do
Các chỉ tiêu tính chất của đất
a)

Trọng lượng thể tích của đất

-

Tỉ trọng thể tích tự nhiên

γ=

Q
kN / m 3
V

(1.1)

 thường vào khoảng 12-20 kN/m 3
-

Trọng lượng thể tích no nước.

Đó là trạng thái mà các lỗ rỗng đều được lấp đầy bởi nước. Đất chỉ còn hai thành
phần là hạt và nước.

γ sr =

Qsr Q + Q'ω
=
kN / m 3 (1.2)
V
V

Trong đó Q’ω là trọng lượng nước lấp đầy lỗ trống
-

Trọng lượng thể tích đẩy nổi:

Trọng lượng thể tích đẩy nổi là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất ở dưới
nước.

21


γ dn =

Qs − γ ωVs
= γ nn − 10, kN / m 3
V

(1.3)

γ ω −Trọng lượng đơn vị của nước (10 kG/m3)
-

Trọng lượng thể tích khô

Trọng lượng thể tích khô γ d là trọng lượng của hạt đất trong một đơn vị thể tích
đất.

γd=

Qs
, kN / m 3
V

(1.4)

Có thể thấy rằng đối với cùng một loại đất: γ sr>γ >γ d >γ dn
-

Trọng lượng riêng hạt.

Trọng lượng riêng hạt γ s là trọng lượng của một đơn vị thể tích hạt (không có lỗ
rỗng).

γ s=
b)

Qs
, kN / m 3
Vs

(1.5)

Độ rỗng và hệ số độ rỗng của đất

Độ rỗng n là tỷ số thể tích phần rỗng so với thể tích toàn bộ mẫu đất.

n=

Vr
.100%
V

(1.6)

Hệ số rỗng e là tỷ số thể tích phần rỗng so với thể tích phần hạt của mẫu đất.

e=

Vr
(1.7)
Vs

Giữa hai chỉ tiêu này có liên hệ sau:

n=

e
n
; e=
(1 + e)
(1 − n)

Đất có độ rỗng càng lớn thì cường độ chịu lực càng nhỏ và biến dạng càng lớn
.Vì vậy khi nghiên cứu chỉ tiêu độ rỗng ta cũng có thể sơ bộ biết tính chất đất
e<0,50
e=0,50 - 0,70
e>0,70

Độ rỗng nhỏ
Độ rỗng thường gặp
Độ rỗng lớn, đất yếu

22


c)

Độ ẩm và độ bão hòa nước của đất.

-

Độ ẩm của đất ω còn gọi là hàm lượng nước, đó là tỷ số giữa trọng lượng

nước ở trong mẫu đất với trọng lượng phần hạt của mẫu.

ω=

Qω
.100%
Qs

(1.8)

Để xác định độ ẩm của đất người ta làm thí nghiệm trong phòng
-

Độ bão hòa nước:

Độ bão hòa Sr là tỷ số thể tích nước trong đất với thể tích lỗ rỗng của đất:

Sr =

Vω
Vr

Khi Sr=0

(1.9)
-Đất khô

Khi 0Khi Sr=1

1.2

-Đất bão hòa nước

Các tính chất cơ học của đất

Khả năng chống nén của đất
Để nghiên cứu khả năng chống nén của đất thường người ta sử dụng thiết
bị chuẩn để ép đầu đo vào trong đất (hình 1.1)
σ

N

h

σ =

s
S

σmax

σ0
N
S

I
0

Hình 1.1 Thiết bị đo độ chặt của đất

II

II
h I
*

h

Hình 1.2 Đặc tính nén của đất

Quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến σ và biến dạng h trong quá trình nén
được thể hiện trên hình 1.2. Giá trị cực đại σmax và độ sâu tương ứng là h* phụ
thuộc vào loại đất và trạng thái vật lý của nó. Do vậy σ max thường được sử dụng

23


để đánh giá khả năng chống nén hay khả năng mang tải của đất N.A.Xưtôvich,
(1983); Đỗ Bằng và Nguyễn Công Mẫn, (1987).
Khi chỉ nghiên cứu vùng quan hệ tuyến tính có thể sử dụng công thức đơn
giản nhất:
σ = kh,(1.10)
Trong đó k - hệ số biến dạng thể tích, N/m 3 , phụ thuộc vào tính chất cơ lý
của đất; h- chiều sâu lún của đầu đo.
Để mô tả toàn bộ đường congBekker (1973); Nguyễn Điền(1998) đã đề
xuất hàm số mũ

k


σ =  0 + kϕ  h n
b


(1.11)

Trong đó: k0 là hệ số bám, N/m1+n ; b− đường kính đầu đo, m; kϕ − hệ số
ma sát trong của đất, N/m2+n; n− chỉ số mũ; h- độ biến dạng của đất, m.
Theo V.V. Kasưghin [3][4], đường cong nén đất được mô tả theo hàm tang
hipebolic sẽ phù hợp với thực tế hơn, cụ thể ông đã đề xuất công thức:

σ = σ 0 th

k
h
σ0

(1.12)

Trong đó: σ0 là ứng suất giới hạn của đất khi nén đất bằng đầu đo, Pa; k−
hế số biến dạng thể tích, N/m3; h- độ biến dạng của đất.
Khả năng chống cắt của đất
Các yếu tố cơ bản để tạo ra lực chống cắt của đất là các thành phần lực
liên kết phân tử và lực liên kết do sức căng bề mặt và lực nội ma sát trong
đấtNguyễn Bảng (1995)
Quá trình cắt đất được mô tả như hình 1.3 trong đó mối quan hệ giữa biến
dạng δ và ứng suất cắt τ có dạng như đồ thị trên hình 1.3 c

24

Hình 1.3 Sơ đồ thí nghiệm cắt đất trong hộp kín

a) khi chưa tác động lực kéo; b) khi tác động lực kéo ;
c) Đặc tính cắt đất ; 1− đối với đất chặt; 2− đối với đất xốp.

τmax=τn

τ
1

τmax=τδ

τδ

τδ

2

τc =τ0 + σfδ
τ0

0

∆0

∆

0

Hình 1.4
Sự phụ thuộc ứng suất cắt vào biến
dạng 1− đất chặt; 2− đất dẻo

σ

Hình 1.5
Sự phụ thuộc ứng suất cắt giới
hạn vào ứng suất pháp σ

Hình 1.8
Sự phụ
Đối với
thuộc
đất chặt,
ứngứng
suất
suấtcắt
cắtvào
đạt cực đại τmax tại δ0, sau đó giảm dần đến
biến dạng

một
giá trị
tới hạn
nàodẻo
đó τ δ 1 rồi xẩy ra trượt hoàn toàn (đường đồ thị số 1). Đối
1−đất
chặt;
2−đất

với đất xốp thì ứng suất cắt τ tăng dần đến giá trị cực đại τmax2 rồi xẩy ra hiện
tượng trượt hoàn toàn, nghĩa là giá trị tới hạn bằng giá trị cực đại τδ2 = τmax2.

25