động lực học ô tô máy kéo

bộ giáo dục và đàotạo
trờng đại học nông nghiệp 1

nông văn vìn

động lực học chuyển động
máy kéo ô tô
(Dùng cho sinh viên ngành cơ khí động lực)

Hà Nội 2007


Lời nói đầu
Máy kéo và ô tô đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau nh nông
nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải ... Trong nông nghiệp máy kéo là
nguồn động lực chính thực hiện các khâu cơ giới hoá trên đồng ruộng, vận chuyển sản
phẩm và vật t nông nghiệp hoặc liên hợp với các máy tĩnh tại.
Do nhu cầu của sản xuất, ngành chế tạo máy kéo đã sớm phát triển, tr ớc hết là ở
các nớc châu Âu. Từ khoảng giữa thế kỷ XVIII ở Anh, Pháp đã sản xuất ra một số loại
máy kéo bánh và đến năm 1879 ở Nga đã sản xuất ra loại máy kéo xích đầu tiên trên
thế giới. Lúc bấy giờ chủ yếu dùng động cơ hơi nớc. Đến năm 1910 ở Nga đã chế tạo ra
máy kéo dùng động cơ đốt trong. Đó cũng là những chiếc máy kéo đầu tiên trong lịch
sử phát triển máy kéo hiện đại.
Từ đó đến nay đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, kết cấu của máy kéo không
ngừng đợc cải tiến và ngày càng đợc hoàn thiện. Nhờ đó hiệu quả sử dụng chúng ngày
càng cao và phạm vi sử dụng cũng đợc mở rộng ra.
Cùng với sự phát triển của ngành chế tạo ô tô máy kéo, môn Động lực học
chuyển động ô tô máy kéo cũng đã đợc hình thành và phát triển. Đó là một môn khoa
học chuyên nghiên cứu các vấn đề động học, động lực học của từng cơ cấu hoặc của
toàn máy trong các điều kiện sử dụng khác nhau; nghiên cứu các tính năng sử dụng,
xác lập các chỉ tiêu và các thông số đánh giá các tính năng đó nhằm xây dựng cơ sở

khoa học để hoàn thiện kết cấu máy, và xác định các chế độ sử dụng hợp lý nhằm nâng
cao hiệu quả sử dụng chúng.
Môn Động lực hoc chuyển động ô tô máy kéo đợc hình thành trên cơ sở phân tích
các kết cấu của máy, kết hợp với những kinh nghiệm đúc kết đ ợc trong quá trình sử
dụng chúng. Môn khoa học này đợc hình thành muộn hơn ngành chế tạo ô tô máy kéo.
Tuy vậy trong thực tế nó đã đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát
triển ngành chế tạo ô tô máy kéo. Kinh nghiệm của nhiều n ớc cho thấy rằng, đa số các
trờng hợp thành công trong lĩnh vực thiết kế chế tạo ô tô máy kéo là nhờ vào sự khai
thác các môn lý thuyết về ô tô máy kéo. Tuy nhiên, sự phát triển của ngành chế tạo máy
kéo cũng nh sự tích lũy kinh nghiệm sử dụng chúng sẽ là nguồn thúc đẩy và hỗ trợ cho
môn khoa học này ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn.
Giáo trình này sẽ giới thiệu các kiến thức cơ bản về tính chất động lực học của ô
tô máy kéo nhằm mục đích làm tài liệu học tập chính cho sinh viên cơ khí động lực
thuộc chuyên ngành cơ khí hóa sản xuất nông nghiệp đồng thời có thể làm tài liệu tham
khảo cho các kỹ s có quan tâm đến lĩnh vực này.
Do trình độ và thời gian có hạn, chắc rằng không tránh khỏi những thiếu sót trong
khi biên soạn, tác giả rất mong nhận đợc sự góp ý của các bạn đồng nghiệp và của độc
giả để bổ sung cho những lần biên soạn sau.
Hà Nội, tháng 2 năm 2006
Tác Giả


Chơng 1
Tính năng sử dụng
và điều kiện làm việc của máy kéo và ô tô

1.1. Tính năng sử dụng máy kéo và ô tô
Trong sản xuất nông nghiệp máy kéo đợc sử dụng để thực hiện nhiều công việc
khác nhau, trong các điều kiện đất đai khí hậu rất phức tạp và đa dạng. Do đó các yêu
cầu kỹ thuật đặt ra đối với các máy kéo cũng rất đa dạng. Để đáp ứng đợc các yêu cầu

đó đòi hỏi máy kéo phải có một số tính năng sử dụng nhất định. Các tính năng này giữ
vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng máy kéo trong những điều kiện
nhất định.
Đối với ô tô, điều kiện chuyển động có thuận lợi hơn và các công việc cũng đỡ
phức tạp hơn so với máy kéo nhng cũng đòi hỏi có nhiều tính năng sử dụng, đặc biệt là
các loại xe dụng trong quân sự hoặc các loại xe chuyên dùng.
ảnh hởng của từng tính năng đến hiệu quả sử dụng chung của ô tô máy kéo là
khác nhau. Để đánh giá ảnh hởng đó cần phải đa ra đợc các thông số đo cũng nh các
phơng pháp xác định trị số của chúng. Sự lựa chọn đúng đắn các tính năng sử dụng và
các thông số đo các tính năng đó sẽ có ý nghĩ rất lớn trong việc tìm kiếm các giải pháp
kỹ thuật nhằm nâng cao chất lợng chế tạo và nâng cao hiệu quả sử dụng của máy kéo ở
các điều kiện khác nhau.
Các tính năng sử dụng quan trọng của máy kéo và ô tô có thể chia ra thành 3
nhóm chính : tính năng kinh tế - kỹ thuật, tính năng kỹ thuật chung và tính năng
chuyên dùng (còn gọi là tính năng đặc thù).
Các tính năng kinh tế-kỹ thuật. Những tính năng quan trọng nhất trong nhóm này
là tính năng kéo, tính năng động lực học và tính kinh tế của máy kéo và ô tô.
Tính năng kéo của máy kéo khi thực hiện các công việc trong nông nghiệp đ ợc
đặc trng bởi khả năng thực hiện các công việc kéo ở các điều kiện đất đai khác nhau.
Tính năng này phụ thuộc rất lớn vào khả năng bám của bộ phận di động với mặt đồng.
Khi vận chuyển, tính năng kéo của ô tô và máy kéo đợc đặc trng bởi tốc độ chuyển
động trung bình trên các loại đờng khác nhau.
Tính năng động lực học của máy kéo khi thực hiện các công việc trên đồng ruộng
hoặc các công việc xây dựng sẽ đợc đặc trng bởi khả năng khắc phục hiện tợng quá tải,
khả năng rời chỗ và tăng tốc với tải trọng kéo lớn. Khi vận chuyển tính năng động lực
học của ô tô và máy kéo đợc đặc trng bởi tốc độ chuyển động cực đại, gia tốc và độ dốc
lớn nhất mà xe có thể vợt đợc.
Tính năng kéo và tính năng động lực học ảnh h ởng rất lớn đến năng suất của liên
hợp máy kéo và ô tô. Do vậy việc nghiên cứu và tìm hiểu các tính năng này là một
trong những nhiệm vụ cơ bản của môn động lực học chuyển động của máy kéo và ô tô.

Tính kinh tế của các máy kéo và ô tô đợc đánh giá thông qua giá thành công việc
do chúng thực hiện. Tính kinh tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh chi phí nhiên liệu và
các vật liệu bôi trơn, chi phí cho chăm sóc kỹ thuật và sửa chữa, trả tiền lơng cho công
nhân ... Trong môn học này chỉ xem xét đến tính tiết kiệm nhiên liệu. Tính tiết kiệm
nhiện liệu của máy kéo chủ yếu phụ thuộc vào tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ, sự
phân bố tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực cũng nh việc sử dụng hợp lý các số
truyền đó và còn phụ thuộc điều kiện sử dụng cụ thể.
Tính năng kỹ thuật chung. Nhóm tính năng này chủ yếu liên quan đến độ bền,
tuổi thọ, tính thuận tiện trong điều khiển, chăm sóc kỹ thuật , tính an toàn và sự
chuyển động êm dịu của máy kéo và ô tô.
Độ bền và tuổi thọ của ô tô máy kéo đợc thể hiện ở khả năng làm việc mà không
xảy ra hỏng hóc hoặc xẩy ra sự mài mòn các chi tiết quá nhanh buộc phải dừng máy để
sửa chữa. Để cải thiện tính năng này cần phải xác định đợc một cách chính xác các lực


và các mô men tác động lên các chi tiết hoặc các cơ cấu của máy. Đó là tiền đề cho việc
tính toán thiết kế hợp lý các cơ cấu và các chi tiết máy và cũng là một trong những
nhiệm vụ quan trọng của môn động lực học chuyển động của máy kéo và ô tô.
Tính thuận tiện điều khiển và chăm sóc kỹ thuật của ô tô máy kéo thể hiện ở khả
năng lái nhẹ nhàng thoải mái, dễ chăm sóc kỹ thuật. Nó phụ thuộc loại tiểu khí hậu
trong cabin, loại cơ cấu treo, tính chuyển động êm dịu, độ ổn định của các bánh lái, độ
lớn của các lực mà ngời lái cần phải tác động lên vô lăng, các bàn đạp hoặc các cần
điều khiển máy, phụ thuộc vào tần số và mức độ phức tạp của các công việc chăm sóc
kỹ thuật và còn nhiều yếu tố khác nữa.
Tính an toàn chuyển động của máy kéo khi làm việc trên đồng ruộng hoặc khi
thực hiện các công việc xây dựng chủ yếu phụ thuộc vào khả năng chống lật và chống
trợt. Khi vận chuyển tính an toàn chuyển động của ô tô máy kéo phụ thuộc vào hiệu lực
của phanh, điều kiện quan sát của ngời lái.
Tính chuyển động êm dịu của ô tô máy kéo đợc đặc trng bởi tần số và biện độ dao
động của xe và ghế ngồi khi chuyển động trên các địa hình không bằng phẳng. Tính

chất này chủ yếu phụ thuộc vào loại cơ cấu treo của xe và ghế ngồi.
Các tính năng kỹ thuật chung gây ảnh hởng rất cơ bản đến năng suất và chất lợng công việc của các liên hợp máy kéo và ô tô.
Các tính năng đặc thù. Mỗi loại ô tô máy kéo, ngoài những tính năng chung còn
có những tính năng đặc thù riêng để đáp ứng với yêu cầu sử dụng nh tính năng cơ
động và tính năng lái v.v...
Tính năng cơ động của ô tô máy kéo đợc hiểu là khả năng chuyển động của nó
trong những điều kiện đờng xá khó khăn và địa hình phức tạp. Đối với máy kéo, đáng
quan tâm là khi chuyển động trên ruộng nền yếu và có độ ẩm cao hoặc trên ruộng n ớc. Trong trờng hợp này tính cơ động của máy kéo chủ yếu phụ thuộc vào áp lực riêng
của bộ phận di động tác động lên đất và khả năng bám của các bánh xe chủ động hoặc
dải xích với đất. Khi làm việc giữa hàng cây tính cơ động của máy kéo phụ thuộc vào
khoảng sáng gầm máy (khoảng cách từ điểm thấp nhất của gầm máy đến mặt đờng) và
khả năng thayđổi bề rộng cơ sở (khả năng thay đổi khoảng cách giữa các vết bánh xe).
Nói chung, tính năng cơ động của ô tô máy kéo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó
chủ yếu là tính năng kéo bám và các kích thớc hình học. Ngoài ra những đặc điểm cấu
tạo của các cụm riêng biệt của máy kéo cũng nh trình độ nghề nghiệp của ngời lái cũng
có ảnh hởng đến tính năng cơ động.
Tính năng lái của ô tô máy kéo đợc đặc trng bởi khả năng chuyển động theo quĩ
đạo định trớc nhờ tác động vào cơ cấu lái khi ô tô máy kéo làm việc trên các điều kiện
đờng xá và điều kiện đất đai khác nhau. Một trong những chỉ tiêu quan trọng là tính ổn
định chuyển động thẳng vì nó ảnh hởng đến năng suất, chất lợng công việc và tính an
toàn chuyển động, đặc biệt là khi làm việc trên đồi dốc và khi vận chuyển trên đừơng.
Tính năng lái chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của cơ cấu lái và trình độ ngời
lái.
Tóm lại, máy kéo và ô tô cần có nhiều tính năng sử dụng và giữa các tính nằng đó
có những mối liên hệ chặt chẽ, phức tạp và phụ thuộc lẫn nhau . Mức độ ảnh h ởng của
từng tính năng riêng biệt đến hiệu quả sử dụng chung của máy là khác nhau tuỳ thuọcc
vào kết cấu và điều kiện sử dụng cụ thể. Do vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng máy kéo
và ô tô cần phải nghiên cứu ảnh hởng của từng tính năng riêng rẽ và các mối liên hệ
giữa chúng, trên cơ sở đó tìm ra các giải pháp thiết kế chế tạo và sử dụng hợp lý. Nội
dung của các chơng sau sẽ xem xét cụ thể các vấn đề trên.

1.2. Các tính chất cơ lý của đất
Các máy kéo chủ yếu làm việc trên đồng ruộng hoặc chuyển động trên các loại đ ờng đất. Việc nghiên cứu các quá trình tác động tơng hỗ giữa bộ phận di động của máy
(bánh xe hoặc dải xích) và đất là cần thiết và quan trọng. Để nắm đ ợc vấn đề này trớc
hết cần nắm đợc các tính chất cơ lý của đất.


Đất là một môi trờng phức tạp - phân tán rời rạc, không đồng nhất và đợc cấu tạo
bởi ba pha : pha cứng (các hạt cứng), pha lỏng (n ớc) và pha khí (không khí và hơi). Các
tính chất cơ lý của đất sẽ thay đổi tùy thuộc vào tính chất và thành phần của các pha
chứa trong đất. Việc nghiên cứu các tính chất cơ lý của đất đã đ ợc trình bày kỹ trong
môn cơ học đất. ở đây chỉ xem xét những tính chất cơ bản có ảnh h ởng lớn đến khả
năng kéo bám của máy kéo.
Những tính chất vật lý có ảnh hởng lớn đến tính năng kéo bám của máy kéo là
thành phần cấu trúc, độ ẩm và độ chặt.
Thành phần cấu trúc của đất (còn gọi là thành phần hạt) đợc đánh giá bởi kích thớc hàm lợng của các hạt cứng (cốt liệu) trong khối đất. Theo thành phần cấu trúc các
loại đất đợc chia thành hai nhóm chính : nhóm đất sét và nhóm đất cát. Nhóm đất sét đợc cấu tạo chủ yếu bởi các hạt sét, còn nhóm đất cát chủ yếu là do các hạt cát cấu thành
nên. Tuỳ theo hàm lợng của các thành phần các nhóm này còn đợc phân loại ra một số
loại cụ thể.
Độ ẩm của đất biểu thị lợng nớc chứa trong khối đất và đợc đánh giá bởi tỷ số
giữa trọng lợng của phần nớc chứa trong khối đất và trọng lợng toàn phần của khối đất
đó khi ở trạng thái tự nhiên. Khi độ ẩm thay đổi thì trạng thái và các tính chất cơ học
của đất cũng thay đổi theo. Ví dụ, tùy thuộc vào độ ẩm trạng thái của đất sét có thể là
cứng, dẻo hoặc ở thể lỏng.
Độ chặt (còn gọi là độ cứng) là lực cản riêng của đất trên mỗi đơn vị diện tích đầu
đo (máy đo độ chặt) khi ấn đầu đo đó vào trong đất từ trên xuống d ới theo phơng thẳng
đứng.
Độ chặt và độ ẩm của đất có ảnh hởng lớn đến các tính chất cơ học của nó. Khi
khảo nghiệm máy kéo trên đồng ruộng thờng phải xác định hai thông số này ở các độ
sâu khác nhau tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu.
Các tính chất cơ học của đất

Khi quan sát sự tác động tơng hỗ giũa bộ phận di động của máy và đất ngời ta
thấy thờng xuất hiện các hiện tợng sau đây :
Sự phá vỡ 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 trợt tơng đối với nhau.
Đất bị nén lại và các phần tử đất dịch chuyển theo nhiều hớng khác nhau. Do
đó xuất hiện các ứng suất ở trong đất, trớc tiên xuất hiện ở vùng tiếp xúc trực tiếp với
bộ phận di động và sau đó sẽ đợc lan truyền vào bên trong theo nhiều h ớng 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.
Để tiện cho việc nghiên cứu ngời ta phân tích sự biến dạng của đất theo hai ph ơng : phơng pháp tuyến (vuông góc với mắt đất) và ph ơng tiếp tuyến (song song với
mặt đất). Các ứng suất cũng đợc phân tích thành hai thành phần tơng ứng với hai phơng đó : ứng suất pháp tuyến (ứng suất nén) và ứng suất tiếp tuyến (ứng suất cắt).
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 nén và chống cắt là
hai tính chất cơ học cơ bản có ảnh hởng lớn đến tính năng kéo bám của máy kéo.
Sức chống nén của đất đợc đặc trng bởi ứng suất pháp tuyến .Thực ngiệm cho
thấy rằng, mối quan hệ định lợng giữa ứng suất pháp tuyến và độ biến dạng h của
đất có tính chất phi tuyến. Đờng cong biểu diễn mối quan hệ đó có dạng nh hình 1.1.
Đồ thị này còn có tên gọi là đặc tính nén của đất hoặc đờng cong nén đất.



Đặc tính nén của đất có thể chia thành 3
max
phần tơng ứng với ba giai đoạn của quá trình nén
đất. Trong giai đoạn thứ nhất chỉ xảy ra sự nén
chặt làm cho các phần tử đất xích lại gần nhau,
quan hệ giữa ứng suất và độ biến dạng là tuyến
tính. Trong giai đoạn thứ hai sự nén chặt đất vẫn

tiếp tục xảy ra nhng đồng thời xuất hiện cục bộ
hiện tợng cắt đất ở một số vùng bao quanh khối
đất. Khi đó ứng suất lớn hơn lực nội ma sát và lực
dính giữa các hạt đất, do đó biến dạng sẽ tăng
III
II
I
nhanh hơn so với sự tăng ứng suất và quan hệ giữa
0
h
chúng là phi tuyến. Cuối giai đoạn hai ứng suất
trên toàn bộ vùng bao quanh khối đất lớn hơn nội
Hình 1.1
lực ma sát và lực dính giữa các phần tử đất, quá
Quan
hệ
giữa
ứng suất pháp
trình nén chặt đất kết thúc và bắt đầu xảy ra
hiện tợng trợt hoàn toàn giữa khối đất và vùng đất
và độ biến dạng h
bao quanh nó và ứng suất pháp tuyến đạt giá trị
cực đại. Trong giai đoạn thứ ba chỉ xảy ra hiện tợng truợt của khối đất, ứng suất không
tăng nhng biến dạng vẫn tiếp tục tăng. ở một số loại đất trong giai đoạn này ứng suất
còn giảm xuống chút ít.
Sự xuất hiện ứng suất pháp tuyến trong đất là do tác động của ngoại lực (lực nén).
Khi tăng lực nén sẽ làm tăng ứng suất cho đến khi đạt đến ứng suất cực đại, sau đó dù
có tăng lực nén ứng suất không tăng nữa. Do đó ứng suất cực đại max sẽ đặc trng cho
khả năng chống nén của đất. Trị số của max phụ thuộc loại đất và các tính chất vật lý
của nó, đặc biệt là độ ẩm.

Sự biến dạng của đất theo phơng pháp tuyến liên quan đến độ sâu của vết bánh xe
và do đó ảnh hởng đến lực cản lăn của máy kéo. Vì vậy đờng đặc tính nén đất đợc sử
dụng nh một cơ sở khoa học để tính toán thiết kế hệ thống di động của máy kéo. Để
tiện sử dụng đặc tính này ngời ta thờng biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất pháp
tuyến và độ biến dạng bằng các công thức hồi quy thực nghiệm. Tùy theo mục đích
nghiên cứu và quan điểm của các tác giả và tùy thuộc cả loại đất, mối quan hệ đó có thể
đợc biểu diễn theo các công thức thực nghiệm khác nhau. Một trong các công thức hay
đợc sử dụng có dạng :
= k.hn
(1.1)
trong đó : k là 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 đ ợc xác định
bằng thực nghiệm.
Sức chống cắt của đất đợc tạo thành 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 phụ thuộc vào áp suất pháp tuyến, tức là phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến.
Trong quá trình cắt đất theo phơng 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
và biến dạng l có dạng nh hình 1.2.
Hình dạng của đờng cong cắt đất cũng tơng tự nh đờng cong nén đất. Đối với đất
dẻo,sau khi ứng suất cắt đạt đến giá trị cực đại max đờng biểu diễn là đờng nằm ngang,
chứng tỏ ứng suất không thay đổi. Nhng đối với đất cứng, sau khi đạt giá trị cực đại
ứng suất cắt giảm xuống chút ít rồi sau đó sẽ giữ nguyên giá trị. Điều này đ ợc giải
thích rằng, ở đất cứng sức chống cắt đợc tạo thành chủ yếu do lực ma sát giữa các
phần tử đất. Khi < max trong đất xuất hiện ma sát nghỉ nhng khi = max sẽ bắt đầu
xảy ra hiện tợng trợt hoàn toàn và do đó xuất hiện ma sát tr ợt và ứng suất cắt sẽ giảm
xuống.

max1

1

Ngời ta thờng sử dụng ứng suất cắt cực đại max để
max2
đặc trng cho khả năng chống cắt của đất và gọi là sức
2
chống cắt của đất. Giá trị max phụ thuộc vào áp suất
pháp tuyến (ứng suất nén), loại và trạng thái vật lý của
đất.
Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa sức
chống cắt và ứng suất pháp gần nh là tuyến tính,
thể hiện nh hình 1.3. Đối với đất khô lực dính là không
đáng kể, đồ thị đi từ gốc tọa độ, còn ở các loại đất tự 0
l
l02 l01
nhiên bao giờ cũng tồn tại lực dính giữa các phần tử
đất, trên đồ thị đợc biểu diễn bởi o.
Hình 1.2
Mối quan hệ giữa ứng suất tiếp tuyến và ứng suất
Quan hệ giữa ứng suất tiếp
pháp tuyến có thể đợc biểu diễn theo công thức :
và độ biến dạng l
= o + à
(1.2)
1 đất dẻo; 2 đất khô.
trong đó : o là ứng suất do lực dính giữa các phần tử

đất tạo nên;
à - hệ số ma sát giữa các phần tử đất:
à = tg
- góc nội ma sát;
- ứng suất pháp tuyến.
Trong các tính chất vật lý, độ ẩm ảnh h ởng rất lớn đến các tính chất cơ học của
đất. Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa hệ số à và độ ẩm W có dạng nh
hình 1.4.
Độ ẩm còn gây ảnh hởng đến cả tốc độ biến dạng của đất khi nó chịu tác động tải
trọng động. Vì tốc độ thoát nớc qua các lỗ rỗng trong đất ảnh h ởng đến tốc độ lan
truyền ứng suất và tốc độ biến dạng mà tốc độ thoát nớc lại phụ thuộc vào tốc độ thay



à

1
2

0
0



Hình 1.3. Quan hệ giữa ứng
suất tiếpp và ứng suất pháp
1 đất mềm; 2 đất cứng

w
Hình 1.4. ảnh hởng độ

ẩm đến hệ số à

đổi lực tác động lên đất. Lực tác động 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 h ởng đến tính năng kéo bám
và độ trợt của máy kéo.
Tóm lại, sức chống nén và sức chống cắt của đất là những thông số quan trọng và
thờng đợc sử dụng để tính toán cờng độ chịu tải, tính ổn định của đất ở những công
trình thủy lợi, xây dựng và là một trong những thông số cơ bản xác định độ lún, số l ợng, tiết diện và góc nghiêng của các loại mấu bám bánh xe máy kéo làm việc trên đất
có độ ẩm cao.


Chơng 2
Lực và mô men tác động lên ô tô máy kéo
2.1. Đờng đặc tính của động cơ
Động cơ đặt trên các máy kéo và ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loại pitông.
Các chỉ tiêu năng lợng và tính kinh tế của động cơ đợc thể hiện rõ trên đờng đặc tính
làm việc của nó. Tính chất hoạt động của động cơ ảnh h ởng rất lớn đến tính năng sử
dụng của ô tô máy kéo. Vì vậy cần thiết phải nắm vững các đ ờng đặc tính của động cơ
để giúp cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô máy kéo nh nghiên cứu
các tính năng kéo và tính năng động lực học của máy kéo.
Các đờng đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại : đờng đặc tính tốc độ và đờng đặc tính tải trọng.
2.1.1. Đờng đặc tính tốc độ

Đờng đặc tính tốc độ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng N e, mô
men quay Me, chi phí nhiên liệu giờ G T và chi phí nhiên liệu riêng g e (lợng chi phí
nhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc
độ góc của trục khuỷu.
Các loại động cơ điezen lắp trên máy kéo đều có bộ điều tốc (máy điều chỉnh tốc
độ) để duy trì tốc độ quay của trục khuỷu khi tải trọng ngoài (mô men cản M c) thay
đổi. Đờng đặc tính tốc độ của động cơ điezen phụ thuộc rất lớn vào đặc ítnh của bộ

điều tốc, do đó nó còn gọi là đờng đặc tính tự điều chỉnh.
Có hai loại đờng đặc tính tốc độ :
Đờng đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đờng đặc tính ngoài.
Đờng đặc tính cục bộ.
Các đờng đặc tính của động cơ nhận đợc bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bị
chuyên dùng (bàn khảo nghiệm động cơ).
Đờng đặc tính ngoài của động cơ nhận đợc khi khảo nghiệm động cơ ở chế độ
cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay th ớc nhiên liệu (ở động cơ điêden) ở vị
trí cực đại hoặc mở hoàn toàn bớm ga (ở động cơ xăng). Nếu tay thớc nhiên liệu hoặc
bớm ga đặt ở vị trí trung gian sẽ nhận đợc đờng đặc tính cục bộ. Nh vậy ở các động cơ
lắp bộ điều tốc đa chế (máy điều chỉnh mọi chế độ) sẽ có một đ ờng đặc tính ngoài và
vô vàn đờng đặc tính cục bộ tùy thuộc vào vị trí tay ga.
Trên hình 2.1 biểu diễn đờng đặc tính ngoài tự điều chỉnh của động cơ điêzen.
N

e

N =N

Me

n

G

M

ge

N

e

emax

M

e

emax

e

G

e

Mn

Hình 2.1
Đ
ờng
đặc
tính tự điều
ge
chỉnh của động cơ điê den
Geo
Qua đó ta thấy rằng, ở chế độ tốc độ n n công
suất động cơ đạt giá trị cực đại N emax
và chi phí nhiên liệu riêng đạt giá trị cực tiểu g emin, khi đó động cơ làm việc có hiệu quả

nMlàm việcndanh nghĩa
nck hoặc chến độ làm việc định mức. ở chế độ
nhất và đợc gọi là chế độ
n


này các chỉ tiêu của động cơ cũng có tên gọi tơng ứng : công suất định mức N n = Nemax,
mô men quay định mức M n và số vòng quay định mức n n
Khoảng biến thiên tốc độ từ số vòng quay định mức n n đến số vòng quay chạy
không n ck phụ thuộc vào độ không đồng đều của bộ điều tốc. Phần đồ thị t ơng ứng
khoảng tốc độ n n - n ck đợc gọi là nhánh tự điều chỉnh (các đờng đồ thị có dạng đờng
thẳng), còn tơng ứng với vùng tốc độ nhỏ hơn n n là nhánh không có điều tốc hoặc
nhánh quá tải (các đồ thị có dạng đờng cong). ở nhánh quá tải công suất của động cơ
giảm còn chi phí 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 nhợc điểm khác nữa. Do vậy không nên sử dụng động cơ ở nhánh quá tải
trong thời gian dài, chỉ đợc phép sử dụng để khắc phục các hiện tợng quá tải tức thời.
ở nh ánh quá tải, mô men quay vẫn tiếp tục tăng nhng 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 đ ợc. Do vậy động cơ chỉ có thể hoạt động đợc với tải trọng Mc < Mmax tơng ứng với tốc
độ quay n > n M.
Đối với động cơ xăng, đờng đặc tính cũng có có dạng tơng tự nh động cơ điê den,
tuy nhiên nó cũng có những đặc điểm khác nhau nhất định. Trên hình 2.2 là đờng đặc
tính tốc độ ngoài của động cơ xăng khi không có bộ phận hạn chế số vòng quay (a) và
khi có bộ phận hạn chế số vòng quay (b).
Nemax

N

Nemax

N

e

e

M

M

e

Memax

nmin

nM

Memax

e

nn

nck

nmin

nck

nM nn

a)

b)

Hình 2.2. Đờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng
a không có hạn chế số vòng quay; bcó bộ hạn chế số vòng quay

Để đánh giá khả năng khắc phục hiện tợng quá tải hay còn gọi là khả năng thích
ứng của động cơ đối với sự tăng tải, ngời ta đa ra hệ số thích ứng theo mô men quay và
đợc xác định nh sau :


M max
(2.1)
Mn
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 tợng quá
tải càng tốt. ở các động cơ điêzen thông thờng kM = 1.1 ữ 1,25, còn ở động cơ xăng k M
= 1,1 ữ 1,35.
Máy kéo thờng làm việc với tải trọng thay đổi ngẫu nhiên, trong phạm vi rộng
nhiều khi ngời 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 nhánh tự điều chỉnh. Mức độ sử dụng
công suất động cơ đợc đánh giá bởi hệ số sử dụng tải trọng :
Mc

=
(2.2)
Mn
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 = 0,8 ữ 0,9.
Đờng đặc tính tốc độ ngoài đợc sử dụng nh một tài liệu kỹ thuật để đánh giá tính
năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ. Trong lý thuyết máy kéo th ờng đợc 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 (máy kéo liên hợp máy công tác).
Việc xây dựng chính xác đờng đặc tính của động cơ chỉ có thể tiến hành bằng
thực nghiệm. Tuy nhiên, nếu chấp nhận độ chính xác tơng đối cũng có thể sử dụng phơng pháp giải tích kết hợp sử dụng một số công thức hoặc hệ số thực nghiệm. Một
trong những công thức hay đợc sử dụng là công thức S.R. Lay Đecman, có dạng nh
sau :
2
3
n
n
n
N e = N n a
+ b c
(2.3)
nn
n n
n n
trong đó : Ne, n - công suất hiệu dụng và tốc độ quay của động cơ ứng với
một điểm bất kỳ trên đờng đặc tính ngoài;
Nn, n n - công suất định mức (công suất cực đại) và số vòng quay
định mức;
a, b, c - các hệ số thực nghiệm đợc chọn theo loại động cơ;

ở động cơ điêzen 2 kỳ a = 0,87; b = 1,13; c = 1;
ở động cơ điê zen 4 kỳ a = 0,5 ữ 0,7; b = 1,5 ữ 1,3; c = 1.
Giá trị của mô men quay đợc xác định theo công thức :
kM =

Me =

10 4 N e
1,047 n

(2.4)

trong đó : Ne - công suất động cơ, KW;
n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph;
Me - mô men quay của động cơ, Nm.
Nh vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.3) và (2.4) ta có thể xây dựng đợc một cách
gần đúng các đờng cong Ne = f(n) và Me = f(n).
2.1.2. Đờng đặc tính tải trọng
Đờng 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. Đờng đặc tính tải trọng có dạng nh hình 2.3.
Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng các mối
quan hệ đó hoàn toàn giống nh đã phân tích trên đờng đặc tính tốc độ. Nhng đờng 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 đ ờng đặc tính tải trọng
(tơng ứng với khoảng thay đổi mô men từ 0 đến M n) có thể bố trí đợc rộng hơn so với
nhánh điều chỉnh ở đờng đặc tính tốc độ (trong khoảng n n - n ck). 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 đờng 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 g e.

N

e

n
G

n

n

e

n

g

e

N

e

G

e

g

e

0

M

M

emax

n

M

e

Hình 2.3. Đờng đặc tính tải trọng của động cơ

2.2. Mô men chủ động
Khi ô tô máy kéo làm việc công suất và mô men quay của động cơ đ ợc truyền
qua hệ thống truyền lực rồi đến các bánh xe chủ động để tạo ra sự chuyển động tịnh
tiến của ôtô máy kéo.
Trên hình 2.4 trình bày sơ đồ đơn giản của hệ thống truyền lực máy kéo bánh bao
gồm ly hợp chính 2, hộp số 3, truyền lực trung ơng 4 và truyền lực cuối cùng 5.

2

1

N ,M,n
e

Hình 2.4.

e

4

3

ih

iT

i

c

5

NK
MK
nK

Sơ đồ động học hệ thống truyền lực của máy kéo bánh

1 động cơ ; 2 ly hợp chính; 3 hộp số; 4 truyền lực chính; 5 truyền lực cuối
cùng

Mô men quay do động cơ truyền đến các bánh chủ động đ ợc gọi là mô men chủ
động và thờng đợc ký hiệu là Mk.
Giá trị của mô men quay M k phụ thuộc vào mô men quay của động cơ M e, tỷ số
truyền i và hiệu suất m của hệ thống truyền lực. Ngoài ra còn phụ thuộc vào chế độ
chuyển động của máy kéo.
Khi máy kéo chuyển động ổn định:
M k = Me i m
(2.5)
trong đó : Me - mô men quay của động cơ;
i, m - tỷ số truyền và hiệu suất của hệ thống truyền lực :
i = ih.iT .ic.
ih - tỷ số truyền của hộp số;
iT - tỷ số truyền của truyền lực trung ơng;
ic - tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng;
Khi máy kéo chuyển động không ổn định :
d x
d k
d

M k = M e J d
ix x J k
(2.6)
i m J x

dt
dt
dt
d

trong đó : J đ,
- mô men quán tính của các chi tiết chuyển động không
dt
đều trongđộng cơ qui đổi đến trục khuỷu và gia tốc góc của động cơ;
d x
Jx,
- mô men quán tính và gia tốc của chi tiết thứ x trong hệ
dt
thống truyền lực;
d k
Jk,
- mô men quán tính và gia tốc của bánh xe chủ động.
dt
Trong công thức (2.6), dấu cộng (+) đợc sử dụng cho trờng hợp chuyển động
chậm dần và dấu trừ (-) là khi chuyển động nhanh dần.
Mối liên hệ giữa gia tốc của máy kéo và gia tốc góc của bánh xe chủ động có thể
đợc biểu diễn qua biểu thức :
d k
d rk
a =
rk =

dt
dt i
trong đó : a - gia tốc tịnh tiến của máy kéo;
r k - bán kính bánh xe chủ động;
i - tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực.
Từ đó suy ra hệ thức sau :
d
a

=
i;
dt
rk
d x
a
=
ix ;
dt
rk
d k
a
=
dt
rk
Sau khi thay các giá trị trên vào công thức (2.6) và bằng phép biến đổi đơn giản
nhận đợc :
M k = M k M ak
(2.7)
trong đó : Mk - mô men chủ động của máy kéo khi chuyển động ổn định;
Mak- tổng mô men của các lực quán tính tiếp tuyến các khối lợng chuyển
động quay không đều qui dẫn đến bánh xe chủ động :


Ma k = a

J d i 2 m + J x i x2 x + J k

(2.8)
rk

Trong công thức (2.7), dấu cộng dùng cho trờng hợp chuyển động chậm dần và
dấu trừ dùng cho trờng hợp nhanh dần.
Nh vậy, khi chuyển động không ổn định mô men chủ động của máy kéo M k
không chỉ phụ thuộc vào mô men quay của động cơ M e, tỷ số truyền chung i, hiệu suất
chung của hệ thống truyền lực m mà còn phụ thuộc vào mô men quán tính của các
khối lợng chuyển động quay không đều và bán kính của bánh xe chủ động.
Khi máy kéo chuyển động nhanh dần, thành phần mô men quay M k đóng vai trò
là mô men cản và mô men chủ động của máy kéo nhỏ hơn so với tr ờng hợp chuyển
động đều (M k < Mk). Ngợc lại, khi chuyển động chậm dần M ak sẽ bổ xung thêm cho
mô men chủ động: M k > Mk.
2.3. Hao tổn công suất trong hệ thống truyền lực
Trong quá trình truyền năng lợng từ động cơ đến các bánh chủ động của máy kéo
có một phần bị tiêu hao để khắc phục các lực cản trong hệ thống truyền lực, sự tiêu hao
đó có thể chía thành 2 nhóm :
Nhóm thứ nhất bao gồm sự tiêu hao năng lợng do khuấy dầu và do ma sát giữa
các phớt chắn dầu và các trục trong hệ thống truyền lực. Nhóm này không phụ thuộc
vào tải trọng ngoài mà chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ quay của các chi tiết, độ nhớt của
dầu và do đó gọi tất nhóm này là hao tổn thủy lực. Tốc độ càng lớn thì hao tổn thủy lực
càng lớn. Do không phụ thuộc vào tải trọng nên có thể xác định hao tổn thủy lực ở chế
độ không tải.
Nhóm thứ hai bao gồm các hao tổn do ma sát trong các gối đỡ và trên các bánh
răng đang ăn khớp. Nhóm này phụ thuộc vào tải trọng, nghĩa là phụ thuộc vào mô men
quay đợc truyền.
Nh vậy mô men ma sát trong hệ thống truyền lực có thể đợc xác định theo công
thức :
Mm = M o + M T
trong đó : Mo mô men ma sát khi chạy không (nhóm 1)
MT mô men ma sát do tải trọng gây ra (nhóm 2)
Mô men ma sát nhóm 1 không phụ thuộc vào tải trọng, còn mô men ma sát nhóm
2 sẽ tăng tỷ lệ thuận với sự tăng tải trọng, tức là phụ thuộc vào mô men cản. Mô men

cản trong hệ thống truyền lực sẽ đợc truyền đến trục khuỷu và cân bằng với mô men
động cơ. Mô men ma sát nhóm 2 sẽ tỷ lệ thuận với mô men của động cơ.


M

m

m

Mm

0,8
MT

0,6

M0
0,4
0

M0

M

e

Hình 2.5
Sự phụ thuộc của các thành
phần mô men ma sát vào mô

men động cơ

0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8



Hình 2.6
Sự phụ thuộc của hiệu suất cơ
học vào hệ số tải trọng động cơ

Trên hình 2.5 biểu diễn sự phụ thuộc mô men ma sát vào mô men quay của động
cơ, Mm = f(Me).
Hiệu suất làm việc của hệ thống truyền lực đợc xác định bởi công thức:
m=momT
(2.9)
trong đó : mo hiệu suất của hệ thống truyền lực khi chạy không;
mT hiệu suất của hệ thống truyền lực khi có tải.
Từ phân tích trên có thể xác định thành phần hiệu suất mo theo công thức :
M M o
k M

k
mo = e
= 1 o n = 1 o
M e
Me

trong đó : ko= Mo/ Mn -hệ số ma sát trong hệ thống truyền lực khi chạy không,
k o = 0,03 ữ 0,05 ;
= Me/Mn - hệ số sử dụng tải trọng của động cơ;
Mo, Me - mô men quay của động cơ lúc không tải và lúc có tải.

- tốc độ quay của trục khuỷu.
Qua đó cho thấy hiệu suất mo phụ thuộc vào mô men đợc truyền hoặc hệ số sử
dụng tải trọng.
Mô men ma sát M T thay đổi tỷ lệ thuận với mô men quay của động cơ M e, do đó
thành phần hiệu suất mT là đại lợng không đổi. Nguyên nhân chính sinh ra mô men
ma sát M T là do ma sát giữa các bánh răng khi ăn khớp, còn ma sát trong các ổ trục là
không đáng kể và có thể bỏ qua. Khi đó hiệu suất ma sát mT có thể đợc xác định theo
công thức sau :
mT = 1n1.2n2.3n3
trong đó : 1, 2, 3 - hiệu suất cơ học của một cặp bánh răng trụ, một ặp bánh răng côn
và của một khớp truyền các đăng;
n1, n2, n3 số cặp bánh bánh răng trụ, bánh răng côn và số khớp các đăng
đang tham gia truyền mô men.
Đối với máy kéo : 1 = 0,985 ữ 0,990 ; 2 = 0,975 ữ 0,980 ; 3 = 0,990.
Sau khi thay thế các giá trị của mo và mT vào công thức (2.9) ta sẽ nhận đợc :
K
m = 1n12 n 23 n 3 (1 0 )
(2.10)

Sự phụ thuộc hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực và hệ số sử dụng tải trọng
m = f() của động cơ đợc thể hiện trên hình 2.6.
Qua đồ thị ta thấy hiệu suất cơ học m thay đổi trong phạm vi rộng tùy thuộc vào
mức độ tải của hệ thống truyền lực và của động cơ (thể hiện qua hệ số tải trọng ).
Hiệu suất m = 0 khi = ko, tức là khi chạy không tải. Lúc đò mô men quay của động
cơ chỉ để khắc phục hao tổn thủy lực trong hệ thống truyền lực M e = Mo. Khi tăng tải
trọng hiệu suất cơ học cũng tăng lên và khi > 0,5 hiệu suất m tăng rất chậm có thể
xem là hằng số.
Đối với máy kéo, động cơ thờng làm việc với tải trọng lớn do đó khi nghiên cứu
các tính năng kéo và tính năng động lực học cho phép bỏ qua ảnh h ởng của tải trọng
đến hiệu suất cơ học và có thể chọn m = 0,88 ữ 0,93 cho các loại máy kéo một cầu chủ
động. Đối với máy kéo 2 cầu chủ động hiệu suất cơ học m sẽ thấp hơn so với loại một
cầu chủ động. Nếu trong hệ thống truyền lực sử dụng các cơ cấu hành tinh thì hiệu suất
cơ học còn thấp hơn chút ít.
2.4. Khái niệm về lực kéo tiếp tuyến, lực bám và hệ số bámcủa bánh xe chủ động
2.4.1. Khái niệm về lực kéo tiếp tuyến (lực chủ động)
Quá trình tác động tơng hỗ giữa bánh xe với mặt đờng hoặc đất xảy ra rất phức
tạp, song về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động có thể biểu diễn nh hình 2.7.
Dới tác dụng của mô men chủ động M k bánh xe tác động lên mặt đờng một lực
tiếp tuyến P (không vẽ trên hình), ngợc lại mặt đờng 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 (P k = P).
Phản lực P k có tác dụng làm cho máy chuyển động.
Do vậy phản lực tiếp tuyến P k đợc gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn đợc gọi là
lực chủ động.
Mk

GK
RK

rk
PK

Hình 2.7
Sơ đồ nguyên lý làm việc
của bánh xe chủ động

ZK

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 đ ợc xác định theo
công thức :
M k M e i m
=
Pk=
(2.11)
rk
rk
trong đó : M k - mô men chủ động;
Me - mô men quay của động cơ;
i, m -tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực;
r k- bán kính bánh xe chủ động (sẽ đợc nghiên cứu kỹ hơn ở chơng 3).
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 = i max và mô men quay động cơ đạt giá trị lớn nhất M e
= Mmax, nghĩa là :
M e max i max m
Pkmax =
(2.12)

rk


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 đ ợc xác định theo công
thức :
M k'
M
'
Pk =
= Pk ak
(2.13)
rk
rk
trong đó: 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, Pk - lực kéo tiếp tuyến khi chuyển động ổn đìnhva khi chuyển
động không ổn định.
Trong công thức (2.13) lấy dấu cộng khi chuyển động chậm dần và dấu trừ khi
chuyển động nhanh dần.
2.4.2. Khái niệm về lực bám và hệ số bám
Nh đã đợc phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến P k là do kết quả của
tác động tơng hỗ giữa bánh xe và mặt đờng. 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 đờng. Khi bánh xe không còn
khả năng bám sẽ xảy ra hiện tợng trợt 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 đợc gọi là

lực bám P , nghĩa là:
Pkmax = P
Về bản chất, lực bám đợc tạo thành bởi 2 thành phần chính : lực ma sát giữa bánh
xe và mặt đờng; sức chống cắt của đất đợc sinh ra do tác động của các mấu bám. Khi
chuyển động trên đờng cứng, lực bám đợc tạo tành do lực ma sát, còn khi chuyển động
trên nền đất mềm lực bám đợc tạo thành do cả lực ma sát và lực chống cắt của đất. Do
vậy lực bám sẽ phụ thuộc vào 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 2.7) tải trọng pháp
tuyến Gk là phần trọng lợng máy kéo tác động lên bánh xe bao gồm cả trọng l ợng bản
thân của bánh xe. Tải trọng pháp tuyến G k sẽ đợc cân bằng với phản lực pháp tuyến Z k
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 thờng hay đợc sử dụng khi
nghiên cứu khả năng bám của bánh xe.
Tỷ số giữa lực bám P và tải trọng pháp tuyến G k đợc gọi là hệ số bám và thờng
đợc ký hiệu là , nghĩa là :
P
=
(2.14)
Gk
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 đ ờng. Do tính
chất phức tạp và đa dạng của điều kiện sử dụng máy kéo cũng nh sự phức tạp của các
mối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố ảnh hởng cho nên giá trị của hệ số bám chỉ
đợc xác định bằng thực nghiệm và độ chính xác của các số liệu chỉ mang tính tơng đối.
Trên cơ sở công thức (2.14) ta có thể viết :
P = Gk = Z k
(2.15)
Nh vậy điều kiện cần để máy kéo có thể chuyển động đợc sẽ là :
PK < P

(2.16)
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.


Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ động của máy kéo cần phải
xem xét cho 2 trờng hợp :
Khi đủ bám P k sẽ tính theo mô men của động cơ, có thể sử dụng công thức (2.11)
hoặc (2.12).
Khi không đủ bám P kmax sẽ tính theo lực bám :
Pkmax = P
(2.17)
2.5. Các lực cản chuyển động của máy kéo
Các lực cản chuyển động của máy kéo đợc sinh ra do nhiều nguyên nhân khác
nhau. Thành phần và tính chất của các lực cản phụ thuộc vào tính chất công việc, địa
hình và chế độ chuyển động. Trờng hợp tổng quát là khi máy kéo chuyển động lên dốc
với tốc độ nhanh dần (hình 2.8).
Trong trờng hợp này các thành phần lực cản của máy kéo bao gồm : lực cản lăn
Pf, lực quán tính P j , lực cản không khí P w, lực cản kéo P m, lực cản dốc Gsin.
1) Lực cản lăn
Lực cản lăn của các bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lợng bên trong lốp
khi nó bị biến dạng, do xuất hiện các lực ma sát giữa bánh xe và mặt đ ờng, trong các ổ
trục bánh xe hoặc ma sát trong bộ phận di động xích, lực cản không khí chống lại sự
quay của bánh xe và sự tiêu hao năng lợng cho việc tạo thành vết bánh xe.
V

v

a

PW

b
Pj
h
Z1

Pf1

Gcos G
L

Hình 2.8.
Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô máy kéo

Gsin

Pk

ZK

Pm

Pfk



hm

Do phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố nên việc xác định mức độ tiêu hao năng

lợng của từng thành phần riêng là rất khó khăn. Bởi vậy ngời ta qui tất cả các thành
phần tiêu hao năng lợng cho quá trình lăn của bánh xe thành một lực cản và gọi là lực
cản lăn.
Nh vậy, có rất nhiều yếu tố ảnh hởng đến lực cản lăn của máy kéo. Thực nghiệm
đã chứng tỏ rằng, phản lực pháp tuyến của mặt đờng là yếu tố ảnh hởng lớn nhất. Do
đó có thể xác định lực cản lăn theo phản lực pháp tuyến Z hoặc theo trọng lơng của
máy G, sự ảnh hởng của các yếu tố còn lại đợc qui thành một hệ số f và có thể viết :
Pf = Pk + Pn = Z = G
(2.18)

trong đó : P k- lực cản lăn của các bánh chủ động
Pn- lực cản lăn của các bánh bị động
hệ số cản lăn;


Z phản lực pháp tuyến:
Z = Gcos ;
G trọng lợng của máy kéo;
độ dốc mặt đờng.
Biểu thức (2.18) có thể viết lại một cách tổng quát hơn :
Pf = f.Gcos
(2.19)
Về bản chất của lực cản lăn, hệ số cản lăn sẽ đợc tiếp tục nghiên cứu cụ thể hơn ở
chơng 3 và chơng 4.
2) Lực cản dốc P
Khi máy kéo lên dốc hoặc xuống dốc sẽ xuất hiện thành phần Gsin có phơng
song song với mặt đờng và đợc goi là lực cản dốc, ký hiệu là P :
P = Gsin
(2.20)
trong đó : G - trọng lợng máy kéo;

- góc dốc mặt đờng.
Tuy nhiên lực P chỉ gây cản chuyển động khi máy kéo lên dốc, còn khi xuống
dốc nó sẽ có tác dụng đẩy máy kéo chuyển động. Song để tiện cho việc nghiên cứu,
trong lý thuyết máy kéo qui ớc chung cho cả hai trờng hợp cùng sử dụng một thuật ngữ.
3) Lực cản không khí P w
Khi máy kéo chuyển động sẽ làm di chuyển bộ phận không khí bao quanh máy,
làm xuất hiện các dòng khí xoáy phía sau và hình thành một lực cản gọi là lực cản
không khí.
Lực cản không khí chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, hình dáng bề mặt
chắn gió phía trớc. Giá trị của lực cản không khí có thể đợc xác định theo công thức
thực nghiệm :
P w = kw F v2
(2.21)
trong đó : kw - hệ số cản không khí ;
F - diện tíchcản chính diện (diện tích hình chiếu của máy kéo
trên mặt phẳng vuông góc với phơng chuyển động);
v - tốc độ chuyển động tơng đối giữa máy kéo và không khí.
Đối với máy kéo thờng chuyển động với tốc độ thấp nên có thể bỏ qua lực cản
không khí vì nó rất nhỏ so với các thành phần lực cản khác.
4) Lực cản quán tính P j
Khi máy kéo chuyển động có gia tốc sẽ xuất hiện lực quán tính có ph ơng song
song với phơng chuyển động và điểm đặt tại trọng tâm của máy kéo. Nếu chuyển động
chậm dần, lực quán tính P j sẽ cùng chiều với chiều chuyển động và có tác dụng hỗ trợ
cho sự chuyển động của máy kéo. Ngợc lại, khi chuyển động nhanh dần, lực quán tính
sẽ chống lại sự chuyển động và gọi là lực cản quán tính.
Giá trị của lực quán tính có thể xem nh tạo thành bởi hai thành phần :
Pj = Pj + Pj
(2.22)
trong đó : P j - lực cản quán tính tịnh tiến;
Pj - lực cản quán tính do sự ảnh hởng của các chi tiết chuyển động quay

không đều trên máy kéo gây ra.
Lực quán tính tịnh tiến P j có thể đợc xác định theo công thức :
G
Pj = a
(2.23)
g
trong đó : a - gia tốc tịnh tiến của máy kéo;
G - trọng lợng máy kéo;
g - gia tốc trọng trờng.
Thành phần lực quán tính P j đợc xác định theo công thức :


M ak
M
+ an
rk
rn
trong đó : M ak- mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển
P'' =

động quay không đều qui dẫn đến trục bánh chủ động (xem mục 2.2).
Man- mô men các lực quán tính tiếp tuyến của bánh trớc (bánh dẫn
hớng)
Jn
Man = a
rn
Jn, r m - mô men quán tính và bán kính của bánh xe dẫn hớng.
Thay các giá trị M ak và Man vào (2.24), sau đó thay các giá trị của P j và P j vào
(2.22) ta sẽ nhận đợc lực cản quán tính chung của máy kéo
2

2
G
g J d i m + J x ix x + J k J n
Pj = a 1 +
+ 2
(2.25)
2
g G
r
rn
k

2
2


Jn
g Jd i m + J x ix x + J k
+
Đặt: a = 1 +
(2.26)
2
2
G
r
r
k
n

Thay a vào (2.25) ta có :

G
Pj = a
(2.27)
g
Trong đó a đợc gọi là hệ số qui đổi khối lợng tính đến sự ảnh hởng của các chi
tiết chuyển động quay không đều của máy kéo.
5) Lực cản kéo ở móc P m
Lực cản kéo ở móc P m là thành phần lực cản do máy công tác hoặc rơ mooc gây
ra. Phơng và độ lớn của lực cản kéo P m phụ thuộc vào loại máy công tác, tính chất công
việc và cách liên kết với máy kéo. Do đó không có công thức chung để tính toán thành
phần lực cản móc.
2.6.

Cân bằng lực kéo và phơng trình vi phân chuyển động của máy kéo
Từ sơ đồ lực tác động lên máy kéo (hình 2.8) và xét sự cân bằng lực theo ph ơng
chuyển động ta nhận đợc :
Pk = Pf P Pj + Pm Pw
(2.28)
Trong (2.28) lấy dấu cộng (+) trớc P khi chuyển động lên dốc và lấy dấu trừ ( )
khi xuống dốc; trớc Pj lấy dấu cộng (+) khi chuyển động nhanh dần và lấy dấu trừ ( )
khi chuyển động chậm dần.
Thay Pj từ biểu thức (2.27) vào phơng trình (2.28) ta sẽ rút ra đợc phơng trình vi
phân chuyển động :
g
dv
=a=
Pk ( P f P + Pm + Pw )
(2.29)
dt
a G

Đặt
P c = Pf P + Pm + Pw
Công thức (2.29) có thể viết gọn lai:
dv
g
=
( Pk Pc )
(2.30)
dt a G
Thành phần Pc đợc gọi là lực cản chung của máy kéo.
Khi chuyển động ổn định phơng trình cân bằng lực có dạng :
Pk = Pc
Điều kiện để máy kéo có thể chuyển động đợc sẽ là :

[

]


trong đó : P kmax

Pc < Pkmax < P
(2.31)
lực kéo tiếp tuyến cực đại theo khả năng cung cấp mô men

quay của động cơ;
P lực bám của máy kéo;
Nếu P kmax > P c > P máy kéo không chuyển động đợc do các bánh chủ động bị trợt quay hoàn toàn.
Nếu Pkmax < Pc < P , máy kéo không chuyển động đợc và động cơ sẽ dừng quay
"chết máy".

Chơng 3
Động lực học tổng quát máy kéo bánh và ô tô
Sự chuyển động của máy kéo bánh và ô tô là kết quả của sự tác động t ơng hỗ
giữa bánh xe và mặt đờng. Để hiểu đợc các tính chất chuyển động của ô tô máy kéo trớc hết cần nghiên cứu tính chất động học và động lực học của từng bánh riêng rẽ, sau
đó mới xem xét sự chuyển động của cả xe nh một tổng thể. Đây là phần nội dung quan
trọng làm cơ sở cho việc tính toán các tính năng sử dụng ô tô máy kéo.
Trong chơng này sẽ khảo sát sự lăn của các bánh xe trên các loại đất khác nhau
để hiểu rõ bản chất của sự tác động ttơng hỗ giữa bánh xe và đất hoặc mặt đờng khi
chúng chuyển động. Trên cơ sở đó xác lập các công thức tính toán lực cản lăn, lực chủ
động, lực bám, phản lực pháp tuyến (lực thẳng góc từ mặt đ ờng tác dụng lên bánh xe)
và hệ số phân bố tải trọng lên các cầu của ô tô máy kéo.
3.1. Động học bánh xe
Các thông số đặc trng quan trọng cho tính chất động học của bánh xe là vận tốc,
gia tốc và quĩ đạo chuyển động của các điểm khác nhau trên bánh xe.
Tuỳ theo nguồn năng lợng tạo ra sự chuyển động, các bánh xe có thể đợc chia ra
hai loại: bánh chủ động và bánh bị động. Bánh xe chủ động là loại bánh xe nhận mô
men quay đợc truyền từ động cơ đến, còn bánh xe bị động nhận lực đẩy từ khung xe.
Tính chất động học của bánh xe chủ động và bị động có những điểm khác nhau
nhất định và bị thay đổi theo điều kiện lăn khác nhau. Trong thực tế, sự lăn của bánh
xe luôn luôn kèm theo các hiện tợng trợt tơng đối với mặt đờng. Song để dễ hiểu ta sẽ
xét cho hai trờng hợp : lăn không trợt và lăn có trợt.
3.1.1. Bánh xe lăn không trợt (lăn thuần túy)
Chuyển động của một điểm bất kỳ trên bánh xe có thể đợc xem nh tổng hợp của
hai chuyển động thành phần:
chuyển động theo khung xe vận tốc v o= v và chuyển
động quay tơng đối quanh trục hình học của nó với vận tốc góc .
Giả thiết rằng xe chuyển động đều với vận tốc v = const thì vận tốc theo của mọi
điểm trên vành bánh xe cũng có trị số không đổi v o = v = const.
Trong chuyển động tơng đối, vận tốc tiếp tuyến v tt đợc xác định theo vận tốc
góc:

vtt = r
(3.1)
Sơ đồ vận tốc của một điểm A bất kỳ trên vành ngoài bánh xe đợc thể hiện trên
v0
hình 3.1. y

B

v

A

Vận tốc tuyệt đối của0 điểm A (ký hiệu v A) sẽ là véc tơ tổng hợp của 2 véc tơ

thành phần
:



vtt v A = vvA0 + vtt
Hình 3.1
Giá trị0của vận tốc tuyệt đối đợc xác định theo công thức :
Sơ đồ vận tốc của một điểm trên vành
ngoài bánh xe khi lăn không trợt

r

vtt

01

v0

x


vA =

v o2 + v tt2 + 2 v o v t t cos

Trờng hợp lăn không trợt ta có : vo = vtt = r
Do đó :
vA = 2r cos(/2)
(3.2)
Tại điểm B : = 0o ; vB = 2rcos0 = 2r = 2vo
Tại điểm O 1 : = 180 o; vO1 = 2rcos180 = 0
Nếu ta nối điểm A với điểm O 1, ta dễ dàng chứng minh đợc rằng véc tơ vA sẽ
vuông góc với đoạn thẳng O 1A. Vậy có thể kết luận : khi bánh xe lăn không trợt tâm
quay tức thời của các bánh xe chính là điểm tiếp xúc O 1 của bánh xe với mặt phẳng
chuyển động (hình 3.1).
Khi đã biết tâm quay tức thời việc xác định vận tốc tuyệt đối của một điểm bất
kỳ trên bánh xe càng dễ hơn. Ví dụ, vận tốc tuyệt đối của điểm A sẽ có ph ơng vuông
góc với đoạn O 1A và có độ lớn v A = O 1A.
Quĩ đạo chuyển động. Giả sử bánh xe quay đợc một góc (Hình 3.2), lúc đó
điểm A sẽ dịch đến điểm A' có tọa độ x, y, quãng đ ờng dịch chuyển của trục bánh xe là
AO1' = r.
Từ hình 3.2 có thể xác định đợc các tọa độ của điểm A :
x = r ( sin )
y = r (1 cos )

(3.3)

với là hàm của thời gian t .

y

r

0

y
A
01

A

x

r

0

Hình 3.2
Sơ đồ xác định toạ độ của một điểm
trên bánh xe khi lăn không trợt

01

x

Phơng trình (3.3) đợc gọi là phơng trình chuyển động của một điểm trên vành
bánh xe, đó là phơng trình của đờng cong xiclôit.
Nh vậy quĩ đạo chuyển động của một điểm trên vành ngoài bánh xe khi lăn không
trợt là đờng cong xiclôit có chu kỳ 2 (đờng 1,Hhình 3.3b).
Nếu lấy đạo hàm phơng trình (3.3) theo thời gian và lu ý = d/dt, ta nhận đợc
các thành phần vận tốc tơng ứng :
dx
vx =
= r (1 cos )
dt
(3.4)
dy
vy =
= r sin
dt
Tiếp tục lấy đạo hàm theo thời gian một lần nữa sẽ nhận đ ợc các thành phần gia
tốc :
dv x
ax =
= r 2 sin
dt
(3.5)
dv y
2
ay =
= r co s

dt


Gia tốc tuyệt đối của điểm thuộc vành ngoài bánh xe sẽ là :
a = a x2 + a y2 = r 2

(3.6)

3.1.2. Các hiện tợng trợt của bánh xe
Trong thực tế, do sự biến dạng của lốp và đất, sự lăn của các bánh xe máy kéo
luôn kèm theo sự trợt tơng đối giữa bánh xe và mặt đờng. Các hiện tợng trợt của bánh
xe theo phơng tiếp tuyến chia thành 2 loại : trợt quay và trợt lê.
Hiện tợng trợt quay (còn đợc gọi là trợt lăn) thờng xảy ra ở các bánh chủ động.
Khi đó các phần tử bánh xe tai vùng tiếp xúc tr ợt về phía sau, ngợc với chiều chuyển
động của máy kéo và do đó sẽ làm giảm vận tốc chuyển động của trục bánh xe, quãng
đờng chuyển động thực tế nhỏ hơn so với trờng hợp lăn không trợt.. Nếu bánh chủ động
bị trợt hoàn toàn, nó chỉ quay tại chỗ và xe dừng lại.
Hiện tợng trợt lê thờng xảy ra với bánh bị động hoặc khi bánh chủ động phanh
lại. Ngợc với hiện tợng trợt quay, khi trợt lê bánh xe sẽ trợt tơng đối với mặt đờng theo
chiều chuyển động của xe, quãng đờng chuyển động thực tế lớn hơn so với trờng hợp
lăn không trợt. Khi bị trợt lê hoàn toàn bánh xe sẽ không quay mà chỉ chuyển động
tịnh tiến.
Nếu ký hiệu vận tốc tịnh tiến (vận tốc theo) của trục bánh xe khi lăn không tr ợt là
vo, khi trợt quay là vo' và khi trợt lê là vo'' ta sẽ có :
Khi không trợt : vo = vtt = r
Khi trợt quay : vo' < vtt
Khi trợt lê :
vo'' > vtt
Cũng dễ dàng suy luận ra rằng khi trợt quay tâm quay tức thời của bánh xe dịch
gần về tâm hình học của nó do v o' < vtt , quĩ đạo chuyển động của điểm thuộc vành

ngoài bánh xe là đờng xiclôit co ngắn. Ngợc lại, khi trợt lê tâm quay tức thời sẽ dịch ra
ngoài bánh xe vì v o'' > vtt và quĩ đạo chuyển động của điểm thuộc vành ngoài bánh xe là
đờng xiclôit giãn dài.
Trên hình 3.4 trình bày sơ đồ vận tốc và quĩ đạo chuyển động của bánh xe cho
các trờng hợp lăn khác nhau : không trợt, trợt quay và trợt lê. Ký hiệu (') dùng cho trờng hợp trợt quay và ký hiệu ('') dùng cho trợt lê.
Khái niệm về độ trợt:
Đối với các bánh xe máy kéo, hiện tợng lăn không trợt chỉ là giả định, còn trong
thực tế luôn xảy ra hiện tợng trợt của các bánh xe. Do đó ngời ta đa ra 2 khái niệm :
vận tốc lý thuyết và vận tốc thực tế.
Vận tốc lý thuyết là vận tốc tịnh tiến của trục bánh xe khi lăn không tr ợt, thờng
ký hiệu là vt , nghĩa là :
vt = v o = r .
(3.7)
Vận tốc thực tế là vận tốc trục bánh xe khi lăn trong điều kiện có tr ợt, v
vt .
Độ trợt là một thông số dùng để đánh giá mức độ tr ợt của bánh xe và đợc xác
định bởi tỷ số giữa độ mất mát vận tốc (v = vt v) và vận tốc lý thuyết vt :
v v
= t
100%
( 3.8)
vt
Khi trợt quay = 0 ữ100%,
Khi trợt lê
= ữ 0.
Độ trợt quay là một trong các thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất
bám của bánh xe chủ động và tính năng kéo bám và tính năng phanh của ô tô máy
kéo.
Độ trợt phụ thuộc vào nhiều yếu tố: các thông số cấu tạo của bánh xe, các tính
chất cơ lý của đất, tải trọng pháp tuyến trên các cầu và các lực cản chuyển động của ô

tô máy kéo. Những quan hệ này sẽ đợc tiếp tục nghiên cứu ở các phần sau.


y

vobánh hơi (bánh lốp có săm)
3.2. Các tính
vocủa
A vochất
r Trên các ô tô và máy kéo bánh hầu hết là sử dụng bánh hơi. Các tính chất biến
dạng đàn hồi của bánh xe có ảnh hởng lớn đến hầu hết các chỉ tiêu sử
dụng1máy.3Các
2
vtt chia
vavthành
v 4 loại : biến dạng pháp tuyến, biến dạng tiếp tuyến, biến
biến dạng đó có thể
0
r
biến dạng agóc.a
dạng
ngang
và
x
2r
r
01

2r

1)0Biến dạng pháp tuyến
1

2r
Biến0dạng
pháp tuyến (hoặc còn gọi là biến dạng hớng
kính) xuất hiện do tác
1
động của tải trọng pháp tuyến G k và đợc đặc trng bởi độ giảm của bán kính r. Đặc
tính biến
a) dạng pháp tuyến đợc trình bày trên Hình 3.4b.b)
Hình
3.3. Sơ đồ vận tốc và quĩ đạo chuyển động của bánh xe
GKQuĩ đạo chuyển động
a) Sơ đồ vận tốc ; b)
x
a
M
GK 1 - không trKợt; 2 - tr ợt quay; 3 - tr ợt lê
Tăng tải
Giảm tải

r0
r

ZK

x

PK

a)

0

b
b)

r

P
PK

0

c)

Hình 3.4. Đặc tính biến dạng pháp tuyến và biến dạng tiếp tuyến của lốp
a sơ đồ biến dạng; b đặc tính biến dạng pháp tuyến;
c đặc tính biến dạng tiếp tuyến
Do có biến dạng d, đặc tính biến dạng khi tăng tải sẽ khác với khi thoát tải. Qua
đó cho thấy rằng với cùng độ biến dạng nh nhau khi thoát tải lực cần thiết gây ra độ
biến dạng đó sẽ nhỏ hơn so với lúc tăng tải.
2) Biến dạng tiếp tuyến
Dới tác động của mô men M k (Hình 3.4) phần lốp ở phía trớc sẽ bị nén, còn ở
phần sau sẽ đợc giãn ra hồi phục lại trạng thái ban đầu. Do biến dạng trục bánh xe sẽ
bị xoay đi một góc so với trạng thái không chịu tải M k.
Trờng hợp cố định trục bánh xe và tác động lên bánh xe một lực tiếp tuyến P k thì
sự biến dạng tiếp tuyến của lốp cũng xảy ra tơng tự. Trong trờng hợp này độ biến dạng
tiếp tuyến đợc đánh giá bởi độ dịch chuyển x của các phần tử lốp ở mặt tiếp xúc so với

vị trí ban đầu.
Trên Hình 3.4c trình bày đặc tính biến dạng tiếp tuyến của lốp khi chịu lực tiếp
tuyến. Trong giai đoạn đầu độ dịch chuyển x phụ thuộc gần nh tuyến tính với lực tiếp
tuyến Pk, sau đó độ biến dạng tăng nhanh hơn. Khi lực tiếp tuyến đạt đến giá trị P k =
P thì sẽ xảy ra trợt hoàn toàn do bánh xe không đủ bám.
Mối quan hệ giữa góc lệch và mô men quay M k cũng có đặc tính tơng tự nh
mối quan hệ giữa độ dịch chuyển x và lực tiếp tuyến P k.
Cần lu ý là đặc tính biến dạng tiếp tuyến phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến G k
và áp suất trog lốp p. Tải trọng pháp tuyến càng tăng độ biến dạng tiếp tuyến càng
giảm, lực bám P càng tăng. áp suất p càng tăng, độ biến dạng tiếp tuyến giảm và đồng
thời lực bám cũng giảm do diện tích tiếp xúc giảm làm xấu khả năng bám.
3) Biến dạng ngang


Khi bánh xe chịu tác dụng lực ngang Y k (Hình 3.5) lốp sẽ bị biến dạng ngang (bị
uốn ngang). Độ biến dạng ngang đợc đánh giá bởi độ dịch chuyển y của bánh xe so với
vị trí ban đầu khi cha chịu lực ngang. Đặc tính biến dạng ngang y= f(Yk) có dạng nh
hình 3.5b.
Cần lu ý rằng do có biến dạng d nên đờng cong y = f(Yk) khi tăng tải và khi thoát
tải sẽ không trùng nhau, tơng tự nh đã khảo sát đặc tính biến dạng pháp tuyến . Trên
Hình 3.5b chỉ trình bày đặc tính biến dạng ngang khi tăng tải.

Gk



y

Sự biến
Y dạng ngang của lốp gây ảnh hởng đến phơng chuyển động của bánh xe.

Nếu không cók lực ngang véc tơ vận tốc v (Hình 3.5a) nằm trên mặt phẳng lăn sẽ trùng
với mặt phẳng quay của bánh xe. Khi bị biến dạng ngang bánh xe sẽ lăn trong mặt
phẳng nghiêng với mặt phẳng quay một góc và tất nhiên véc tơ vận tốc v' cũng sẽ
nghiêng với véc tơ vận tốc v một góc là . Hiện
là sự
Y tợng chuyển động nh vậy đợcYgọi

R
Z
k
chuyển động
k lệch của lốp và đặc trng bởi góc lệch .
0
Y
0
YK
Mối y
quan hệ giữa góc lệch và lực ngang
Yk (Hình 3.5c) cũng tơng tự Knh mối
c)
quan hệ giữa độ lệch
a) ngang và lựcb)ngang y - Y k.
Để đánh giá khả năng chống chuyển động lệch ngời ta đa ra hệ số chống lệch
ngang K y, đợc xác định bởi tỷ số giữa lực ngang Y k và góc lệch :
Yk
Hình
tính biến dạng ngang của lốp
K y 3.5.
= Đặc
(3.10)

a) Sơ đồ biến dạng;
Y
tuyến
tính và hệ số K y có thể
tínhk gần
biến nh
dạng
ngang;
Khi góc lệch còn nhỏ, mối quanb)hệĐặc
xemvnh làvđại lợng không đổi. Theo các
số
liệu
thực
nghiệm,
ở
đoạn tuyến tính của đ c) Đặc tính chuyển động lệch
ờng đặc tính Yk giá trị hệ số K y = 14 ữ 36kN/độ đối với bánh sau.
Khả năng chống biến dạng ngang và chống chuyển động lệch của lốp phụ thuộc
vào tải trọng pháp tuyến, tải trọng tiếp tuyến và áp suất trong lốp.
4) Biến dạng góc
Hiện tợng biến dạng góc của lốp xuất hiện khi bánh xe chịu tác động mô men M
nằm trong mặt phẳng song song với mặt đờng (hình 3.6). Khi đó bánh xe sẽ xoay đi
một góc so với phơng ban đầu và profin của lốp ở vùng tiếp xúc với mặt đ ờng sẽ bị
uốn trong mặt phẳng ngang. Mô men xoay M sẽ đợc cân bằng với mô men ma sát sinh
ra tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đờng.
Mối quan hệ giữa góc xoay và mô men M là phi tuyến (hình 3.6b). Khi M
= M sẽ xảy ra hiện tợng trợt hoàn toàn. Giá trị M phụ thuộc vào khả năng bám của
bánh xe với mặt đờng theo phơng ngang.
3.3. Khái niệm về các loại bán kính bánh xe
Do biến dạng của lốp bán kính của bánh ô tô, máy kéo không phải chỉ có một giá

trị duy nhất, mà sẽ bị thay đổi tùy thuộc vào tải trọng tác động và điều kiện làm việc
của các bánh xe. Do vậyMđể tiện cho việc nghiên cứu động lực học bánh xe ng ời ta đa ra
một số khái niệm về bán kính bánh xe nh sau : bán kinh danh nghĩa, bán kính tĩnh học,
bán kính động lực học, bán kính lăn và bán kính làm việc trung bình.M
1) Bán kính danh nghĩa

0

M

a) (bán kính thiết kế) r o là bánb)kính của bánh Kxe khi nó không
Bán kính dang nghĩa


chịu tải trọng và đợc xác định theo kích thớc tiêu chuẩn của lốp, cụ thể là xác định theo
Hình
biếncông
dạngthức
góc :của lốp
đờng kính vành d và bề
rộng3.6.
củaĐặc
lốp tính
B theo
a) Sơ đồ biến dạng; b) Đặc tính biến dạng


d
+ B ).25,4 mm
2

trong đó d , B tính theo đơn vị Anh (insơ).
ro = (

(3.11)

2) Bán kính tĩnh học

Bán kính tĩnh học r t là khoảng cách từ tâm hình học của bánh xe đến mặt phẳng
tiếp xúc (Hình 37a) khi bánh xe đứng yên và chịu tải trọng thẳng đứng. Bán kính tĩnh
học phụ thuộc vào tải trọng và áp suất trong lốp. Đối với các bánh xe đàn hồi r t < r o ,
còn đối với các bánh xe cứng r t = r o.
3) Bán kính động lực học

Bán kính động lực học r đ là khoảng cách từ trục bánh xe đến phơng tác dụng của
phản lực tiếp tuyến lên bánh xe. Trị số của bán kính động lực học phụ thuộc vào tải
trọng pháp tuyến, áp suất trong lốp, mô men chủ động M k hoặc mô men phanh M p và
phụ thuộc vào các tính chất cơ lý của đất. Trên Hình 3.7b là tr ờng hợp bánh chủ động
cứng lăn trên đờng biến dạng. Do mặt đờng biến dạng, bề mặt tiếp xúc là mặt cong và
do đó tâm hợp lực dịch sang phía trớc. Bán kính động lực học rđ nhỏ hơn bán kính tĩnh
học r t.
MK
4) Bán kính lăn
GK của bánh xe tởng tợng lăn
Bán kính lănG(hay
bán kính động học) r l là bán kính
K

không trợt, có vận tốc góc và vận tốc tịnh tiến v nh bánh xe thực tế. Giá trị của bán
kính lăn r l chính bằng khoảng cách từ tâm quay tức thời đến tâmZ hình học bánh xe nh
K

rđ
đã trình bày
rt trên Hình 3.3.
Pfk
Bán kính lăn là một thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất động học của
bánh xe. Giá trị của r l phụ thuộc vào mức độ trợt của bánh xe và chỉP có thể xác định
K
bằng thực nghiệm.
ZK
a) xe lăn không trợt thì bán kính lăn chính
Nếu bánh
b) bằng bán kính tĩnh học r l = r t
và trong trờng hợp này nó đợc gọi là bán kính lăn lý thuyết. Khi bánh xe bị trợt quay
Hìnhđợc
3.7.bán
Sơ đồ
xác
bánkhi
kính
bánh
hoặc trợt lê sẽ nhạn
kính
lănđịnh
thựccác
tế. loại
Nh vậy
trợt
quayxebán kính lăn thực tế
a)
Xác

định
bán
kính
tĩnh
học;
b)
Xác
định
bán
kính
độngtếlực
sẽ nhỏ hơn bán kính lăn lý thuyết và khi trợt lê bán kính lăn thực
sẽ học.
lớn hơn bán
kính lăn lý thuyết.
5) Bán kính làm việc trung bình

Bán kính tĩnh, bán kính động lực học và bán kính lăn của bánh xe phụ thuộc vào
rất nhiều yếu tố, do vậy giá trị của chúng chỉ có thể xác định chính xác bằng thực
nghiệm.
Khi tính toán thiết kế có thể sử dụng bán kính làm việc trung bình r b và đợc tính
theo công thức :
d
(3.12)
rb = ( + . B ).25,4 mm
2
Trong đó : là hệ số biến dạng pháp tuyến của lốp:
đối với các bánh xe máy kéo = 0,8 ữ 0,85,
đối với ô tô tải : = 0,8 ữ 0,9.
3.4. Động lực học bánh xe bị động

Tùy thuộc vào đặc điểm cấu tạo và điều kiện làm việc, sự lăn của các bánh xe ô tô
máy kéo có thể rơi vào một trong các trờng hợp sau :
Sự lăn của bánh xe đàn hồi trên nền không biến dạng (đờng cứng);
Sự lăn của bánh xe đàn hồi trên nền biến dạng (đờng mềm);
Sự lăn của bánh xe cứng trên nền biến dạng
3.4.1. Bánh xe đàn hồi lăn trên đờng cứng