Nghiên cứu đánh giá hệ thống trợ lực thuỷ lực lái sử dụng cho xe xích hạng trung

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học bách khoa hà nội

Lê Hồng Quân

Nghiên cứu đánh giá hệ thống
trợ lực thuỷ lực lái sử dụng
cho xe xích hạng trung
Chuyên ngành : ÔTÔ máy kéo
MÃ số : 2.01.39

Luận án tiến sỹ kü tht
Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: PGS.TS. D­ Qc ThÞnh
TS. Nguyễn Xuân Thiện

Hà nội - 2004


1

Các ký hiệu dùng trong luận án
Ký hiệu

Tên gọi

Thứ nguyên

Chương2
Ph1
Ph2

Lực ép của lò xo li hợp khoá

N

Lực ép của lò xo li hợp mở hoàn toàn

N

Pml

Lực tác động vào đầu tay quay đĩa di động khi
đóng ly hợp

N

Ph2


Lực tác động vào cần lái

N

Góc nâng rÃnh bi phân li

Độ

lb

Độ dài tay bát mở

mm

n

Số lò xo

Chiếc

m

Độ cứng lò xo

N/mm

f

Biến dạng dọc lò xo

mm

R

Bán kính rÃnh phân ly

mm

le

Hành trình của đĩa ép

mm

Idd

Tỷ số dẫn động

dd

Hiệu suất dẫn động

ldk

Hành trình cần lái làm việc

mm

MP

Mô men phanh cần thiết

Nmm

H,d

Kích thước đòn hai vai

mm

PB

Lực tác động lên đầu đòn hai vai

N

RP

Bán kính tang phanh

mm

à

Hệ số ma sát



Góc ôm của phanh

rad


2
Gx

Trọng lượng xe

kg

rcđ

Bán kính bánh chủ động

mm

x

Dịch chuyển giữa lõi van-con trượt điều khiển với mm
vỏ van-con trượt theo dõi

l1

Khoảng cách từ tâm đến đầu trên đòn 2 vai

mm

l2

Khoảng cách từ tâm đến vị trí lắp trợ lực

mm

l3

Khoảng cách từ tâm đến đầu dưới đòn 2 vai

mm

a,b

Kích thước cần điều khiển

mm

PxLL

Lực do cụm xilanh lực tạo ra

N

P

áp suất

KG/cm2

D

Đường kính Pittong

Mm

d

Đường kính cán Pittong

mm

{F}

Véc tơ các lực nút

{Un}

Vectơ chuyển vị nút
Ma trận độ cứng của cả hệ.

[K]
lim

P*
b*

ứng suất cắt lớn nhất
ứng suất cắt tương đương
áp lực pháp tuyến tại vết tiếp xúc
chiều dài vết tiếp xúc.

N
mm

Chương 3
Qđh

Là lượng bù cho sự đàn hồi của hệ thống

Q2

Lượng chất lỏng thực hiện công hữu ích

m3

Q1

Lượng chất lỏng thực

m3

Vo

Thể tích ban đầu của chất lỏng trong hệ thống

m3

P

Tổng các lực quy về pittông

N


3

z
z1
Cđh

Toạ độ vị trí pittông
Toạ độ vị trí lớp chất lỏng đang xét
Độ cứng của các phần tử quy về pittông

Fp

Diện tích pittông

Ecl

Mô đun đàn hồi của chất lỏng.



Khối lượng riêng chất lỏng

E

Mô đun đàn hồi thể tích

m

Khối lượng quy về chi tiết chuyển động

x
Pa
Pc
J

Ma
Mc
msi, Jsi

Vi
VP
v

m2

Kg/m3

Kg

Dịch chuyển của chi tiết động
Tổng các lực chủ động
Tổng các lực cản.
Mômen quán tính quy đổi của các chi tiết quay
Góc quay của chi tiết
Tổng mômen của các lực chủ động
Tổng mômen của các lực cản.

N
N
Nmm
rad
Nm
Nm

Khối lượng và mômen quán tính của phần tử thứ i Kg, Nmm
so với trục đi qua khối tâm của nó
Vận tốc của trọng tâm của phần tử thứ i.
Vận tốc pittông.
Vận tốc chuyển động của chất lỏng trong èng

m/s
m/s


4
Re
v*
d

l, f
k

mctđk
Mcttd
Pn
Pxả
Cz

Hệ số Raynon
Vận tốc trung bình của dòng chảy
Đường kính ống
Hệ số độ nhớt động học của chất lỏng.
Độ dài và tiết diện ống

m/s
mm
St
mm,m2

Độ nhám mặt trong ống.
Hệ số cản cục bộ
Khối lượng con trượt điều khiển-lõi van
Khối lượng con trượt theo dõi-vỏ van-Pittong
áp suất nguồn cấp vào
áp suất nối đường hồi

Kg
Kg
KG/cm2
KG/cm2

Độ cứng các mối ghép

,f

Các hệ số ma sát

U

Dịch chuyển tương đối giữa con trượt điều khiển mm
lõi van víi con tr­ỵt theo dâi-vá van
DiƯn tÝch pittong khoang A
mm2
Diện tích pittong khoang E
mm2
Hành trình Pittong
mm
Mô duyn đàn hồi của dầu

FA
FE
L
E
đ1
đ2
đ3
đ4
đ5
Tmax

Đường kính lõi van-con trượt điều khiển
Đường kính lòng cán Pittong
Đường kính cán Pittong
Đường kính trong xilanh
Đường kính ngoài xilanh
Thời gian quá độ lớn nhất của hệ thống

mm
mm
mm
mm
mm
S( giây)


5

Danh mục hình vẽ , ảnh trong luận án
Ký hiệu

Tên hình vẽ

Chương 1
Hình 1.1

Một số loại xe xích sử dụng ở Việt nam hiện nay

Chương 2
Hình 2.1

Nguyên lý dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng có trợ lực lo xo

Hình 2.2

Sơ đồ tính toán dẫn động lái cơ khí lực cần lái

Hình 2.3

Đặc tính lực cần lái

Hình 2.4

Sơ đồ khối các cụm .

Hình 2.5

Kết cấu cụm xi lanh trợ lực

Hình 2.6

Trạng thái 1(Trung gian)

Hình 2.7

Trạng thái 2(Kéo cần lái)

Hình 2.8
Hình 2.9

Trạng thái 3(Trả cần lái)
Sơ đồ tính lực khi có trợ lực thuỷ lực

Hình 2.10

Phần tử SOLID148 3-D của ANSYS

Hình 2.11

Mô hình hình học trong ANSYS

Hình 2.12

Mô hình chia lưới phần tử hữu hạn

Hình 2.13

Biến dạng trên mô hình mặt cắt.

Hình 2.14

Biến dạng trên toàn bộ mô hình.

Hình 2.15

Mô hình phần tử CONTA178 3-D

Hình 2.16

Mô hình các vùng tiếp xúc

Hình 2.17

áp suất tiếp xúc trên vùng tiếp xúc 2

Chương 3
Hình 3.1

Các sơ đồ dẫn động thuỷ lực đặc trưng

Hình 3.2
Hình 3.3

Sơ đồ mô phỏng một đoạn của hệ thống thuỷ lực có đàn
hồi và các thông số tập trung
Tín hiệu vào ra

Hình 3.4

Mô tả hệ thống bằng hàm truyền

Hình 3.5

Đặc tính tần số biên- pha


6
Hình 3-6

Sơ đồ khối hệ tự động điều chỉnh

Hình 3.7

Sơ đồ đánh giá chất lượng hệ thống

Hình 3.8

Các khoang thuỷ lực của cụm xi lanh lực

Hình 3.9

Sơ đồ hàm truyền khi không kể tới tính nén của chất lỏng

Hình 3.10

Sơ ®å hµm trun khi kĨ tíi tÝnh nÐn cđa chÊt lỏng

Hình 3.11

Tín hiệu ra của một hệ thống ổn định

Hình 3.12

Sơ đồ khối của hệ thống trong TUTSIM

Hình 3.13

Kết quả tính toán ổn định bằng TUTSIM

Hình 3.14

Kết quả tính toán khi thay đổi thông số của hệ thống

Chương 4
Hình 4.1

Sơ đồ thí nghiệm đo lực cần lái

Hình 4.2

Sơ đồ khối mạch đo các đại lượng không điện

Hình 4-3

Đầu đo DATRON 286

Hình 4.4

Bộ khuyếch đại và chuyển đổi DATRON

Hình 4.5

Thiết bị đo DEWETRON 3000

Hình 4.6

Bệ thử

Hình 4.7

Xe thí nghiệm

Hình 4.8

Dạng kết quả đo

Hình 4.9

Quay phải, tốc độ động cơ 1000v/ph\

Hình 4-10

Quay phải, tốc độ động cơ 1600v/ph

Hình 4-11

Quay trái, tốc độ động cơ 1000v/ph

Hình 4-12

Quay trái, tốc độ động cơ 1600v/ph

Hình 4-13

Đo lực lái cần lái trái khi quay vòng trái

Hình 4-14

Quay trái,khi có trợ lực thuỷ lực lái

Hình 4-15

Quay phải khi có trợ lực thuỷ lực lái

Hình 4-15

Quay phải, khi có trợ lực thuỷ lực lái


7

danh mục bảng biểu trong luận án
tt

1
2

Tên gọi

Bảng 1.1 Tình hình sử dụng xe xích trong nước

Bảng 4.1 Dạng kết quả đo

chữ viết tắt trong luận án
Viết tắt
A/D
CCQV
CĐSC
CĐCH

Viết đầy đủ
Mạch chuyển đổi tương tự - số
Cơ cấu quay vòng
Chuyển đổi đo lường sơ cấp
Mạch chuyển đổi chuẩn hoá (Multiplexer)

ĐK.

Phần mềm điều khiển (Software)

KĐ
LED.

Mạch khuyếch đại đo lường
Chỉ thị số LED

PC.
PTHH

Máy vi tính ( Personal Computer)
Phần tử hữu hạn

Trang

12
109


mục lục
Trang phụ bìa ......................................................................................................
Lời cam đoan .......................................................................................................
Mục lục ................................................................................................................
Danh mục các ký hiệu ....................................................................................... 1
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ........................................................................... 5
Bảng số chữ viết tắt dùng trong luận án ............................................................ 7
Mở đầu............................................................................................................... 8
Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu .................................................... 10
1.1.

Đặc điểm, tình hình về viƯc sư dơng xe xÝch ë ViƯt Nam ............ 10

1.2.

T×nh hình nghiên cứu hệ thống trợ lực thủy lực điều khiển
cơ cấu quay vòng xe xích trong và ngoài nước ............................. 13

1.3. Giải pháp kỹ thuật để giảm cường độ lao động của người lái ........ 14
1.4. Nhiệm vụ đề tài và phương pháp nghiên cứu ................................. 16
Chương 2 đánh giá độ bền các phần tử thủy lực của hệ thống chế tạo tại
Việt Nam
18

2.1. Dẫn động cơ cấu quay vòng xe xích ............................................. 18
2.1.1. Phân loại ............................................................................ 18
2.1.2 Yêu cầu ............................................................................... 19
2.1.3. Dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng xe xích T55 .......... 21
2.1.4. Đặc điểm tính toán dẫn động điều khiển cơ cấu quay
vòng xe xích T55 [10] ......................................................... 21
2.2. HƯ thèng trỵ lùc thđy lùc míi lắp đặt trên xe xích T55 ................. 24
2.2.1. Bố trí các cụm chính ........................................................... 24
2.2.2. Sơ đồ nguyên lý................................................................... 25
2.2.3. Nguyên lý làm việc ............................................................. 25
2.2.4 Tính toán lực trợ lực yêu cầu của cụm xi lanh lực. .............. 28
2.3. Bài toán tính bền xi lanh lực .......................................................... 30


2.3.1 Đặt bài toán .......................................................................... 30
2.3.2 Phương pháp giải bài toán tính bền bằng phần mềm
phân tích kết cấu ................................................................. 34
2.4. Kết luận chương 2 ........................................................................ 40
Chương 3 Nghiên cứu các đặc tính của hệ thống cường hoá thuỷ lực dẫn
động điều khiển cơ cấu quay vòng xe xích do Việt nam thiết
kế chế tạo ...................................................................................... 42
3.1. Cơ sở lý thuyết mô phỏng hệ thống dẫn động điều khiển thuỷ
lực . ................................................................................................ 43
3.1.1 Các dạng mô hình mô phỏng hệ thống dẫn động điều
khiển thuỷ lực ..................................................................... 43
3.1.2 Các phương trình mô tả động lực học hệ thuỷ lực bằng
mô hình đàn hồi .................................................................. 46
3.1.3 Các bài toán của mô hình đàn hồi ....................................... 52
3.2. Cơ sở đánh giá tính ổn định của hệ thống dẫn động điều khiển .... 57
3.2.1 Biến đổi Laplace ................................................................. 57

3.2.2 Hàm truyền và các qui tắc biến đổi sơ đồ hàm truyền ......... 58
3.2.3 Tín hiệu vào và đáp ứng của hệ thống.................................. 59
3.2.4 Đặc tính hệ thống ................................................................. 62
3.2.5 Các tiêu chuẩn ổn định......................................................... 65
3.3. Khảo sát tính ổn định của hệ thống trợ lực thuỷ lực dẫn động
điều khiển CCQV trên xe xÝch T55 do ViƯt Nam chÕ t¹o ............ 66
3.3.1 ThiÕt lập mô hình toán ........................................................ 66
3.3.2. Mô tả hệ thống trợ lực thuỷ lực........................................... 69
3.3.3. Khảo sát ổn định hệ thống trợ lực thuỷ lực ......................... 73
3.3.3.1. Khảo sát ổn định hệ thống không kể tới tính nên dầu ..... 74
3.3.3.2. Khảo sát ổn định hệ thống kể tới tính nên dầu ............... 81
3.4. Khảo sát ổn định hệ thống b»ng phÇn mỊm TUSIM ................... 91


3.4.1 Cơ sở đánh giá tính ổn định hệ thống cđa phÇn mỊm
TUTSIM ........................................................................................ 91
3.4.2. . Giíi thiƯu phÇn mỊm TUTSIM ....................................... 92
3.4.3. Mô tả hệ thống bằng sơ đồ khối của TUTSIM.................... 93
3.4.4. Kết quả tính toán ổn định hƯ thèng b»ng TUTSIM .......... 94
3.5. KÕt ln ch­¬ng 3 .......................................................................... 95
Chương 4 Thí nghiệm ...................................................................................... 97
4.1. Mục đích thí nghiệm và các thiết bị thử nghiệm.......................... 98
4.1.1.Mục đích thí nghiệm ................................................................
4.1.2 Các thiết bị thí nghiệm ........................................................ 99
4.1.3. Bệ thư vµ xe thÝ nghiƯm...................................................... 104
4.2. Néi dung vµ qui trình thử nghiệm ............................................. 106
4.2.1 Đại lượng đo và sơ đồ thí nghiệm ...................................... 106
4.2.2 Đo lực cần lái của dẫn động điều khiển cơ cấu quay
vòng xe xích T55 trên bệ thử ............................................ 106
4.2.3 Đo lực cần lái của dẫn động điều khiển cơ cấu quay

vòng trên xe xích T55 ....................................................... 106
4.3. Mét sè kÕt qu¶ thư nghiƯm ........................................................ 109
4.3.1 Kết quả đo lực lái khi thử nghiệm hệ thống trợ lực thuỷ
lực dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng trên bệ thử ... 109
4.3. 2 Kết quả đo lực lái khi thử nghiệm hệ thống trợ lực thuỷ
lực dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng trên xe T55 .... 111
4.4. KÕt luËn ch­¬ng 4 .......................................................................113
KÕt luËn

.........................................................................................115

Danh mục các công trình khoa học đà công bố của tác giả ...........................117
Tài liệu tham khảo .........................................................................................118
Phụ lục


8

Mở đầu
Thực tiễn khai thác các loại xe xích trong các lĩnh vực của nền kinh tế
quốc dân ở nước ta cho thấy: chủng loại xe xích được sử dụng rất đa dạng,
trong số đó chủ yếu là các xe sản xuất từ những năm của thập kỷ 70,80 của
thế kỷ trước, được nhập từ Liên xô cũ và một số nước khác. Cho đến nay với
sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và đặc biệt là công nghệ chế tạo các xe xích
thế hệ mới có những thay đổi đáng kể trong kết cấu, theo hướng hoàn thiện
và nâng cao hiệu quả sử dụng khai thác trang bị. Tuy nhiên, do việc nhập
khẩu các xe xích thế hệ mới đòi hỏi đầu tư lớn và hiện tại nước ta vẫn tồn tại
khá nhiều các xe xích thế hệ cũ nên việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử
dụng chúng là hết sức cần thiết.
Hiện nay ở nước ta có hai hướng để nâng cao hiệu quả sử dụng các xe

xích loại này:
- Nghiên cứu chế tạo các phụ tùng phụ kiện để thay thế cho các cụm,
hệ thống trên xe xích.
- Nâng cấp chế tạo các hệ thống điều khiển trên cơ sở các tiến bộ của
khoa học công nghệ nhằm nâng cao năng xuất lao động và giảm nhẹ sức lao
động của người lái.
Nhằm giảm sức lao động của người lái trên các xe xích thế hệ mới
thường sử dụng các hệ thống trợ lực thủy lực thuỷ động cho các dẫn động
điều khiển. Theo hướng này đề tài của chương trình KHCN-05 đà tiến hành
nghiên cứu việc thiết kế, chế tạo và lắp đặt một hệ thống trợ lực thủy lực cho
dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng xe xích trên cơ sở tham khảo một số
hệ thống mẫu đà có trên các xe thế hệ mới. Luận án được tiến hành nhằm
đánh giá khả năng chế tạo một trong hệ thống trợ lực hoàn chỉnh phù hợp với
điều kiện công nghệ của Việt nam. Vấn đề đặt ra ở đây là cần phải có các
nghiên cứu đánh giá hiệu quả của hệ thống trợ lực mới được chế tạo tại Việt
nam. Hiệu quả làm việc của hệ thống có thể xác định thông qua độ bền của
các cụm chi tiết chính, độ giảm lực điều khiển cũng như tính ổn định trong
quá trình làm viƯc cđa hƯ thèng míi chÕ t¹o.


9
Do vậy luận án đà chọn đề tài:
'' Nghiên cứu đánh giá hệ thống trợ lực thuỷ lực lái sử dụng cho xe xích
hạng trung''. Đây là một đề tài cã tÝnh thêi sù cao, rÊt cã ý nghÜa trong thùc
tiƠn sư dơng xe xÝch ë ViƯt nam. Mơc ®Ých chính của Luận án là:
1. Xây dựng một cơ sở để đánh giá hệ thống trợ lực thủy lực nói
chung, đánh giá hiệu quả trợ lực cho hệ thống dẫn động điều khiển quay
vòng xe xích nói riêng.
2. Tính toán xác định biến dạng và ứng suất trong các cụm và chi tiết
chính của hệ thống làm cơ sở cho thiết kế chế tạo chúng trong thực tiễn.

3. Mô phỏng, xây dựng các đặc tính ổn định và khảo sát đánh gía tính
ổn định của hệ thống trợ lực thủy lực, góp phần hoàn chỉnh cơ sở lý thuyết
cho quá trình thiết kế chế tạo hệ thống này ở Việt nam.
4. Xây dựng qui trình thử nghiệm khả thi để có thể sử dụng một số các
thiết bị đo ghi thế hệ mới với các cảm biến hiện đại có độ chính xác và phạm
vi đo phù hợp để tiến hành các phép đo lực điều khiển hệ thống khi có và
không có hệ thống trợ lực, làm cơ sở so sánh và đánh giá hiệu quả hệ thống
trợ lực thđy lùc míi chÕ t¹o.


10

Chương1
tổng quan về vấn đề nghiên cứu
1.1. Đặc điểm, tình hình về việc sử dụng xe xích
tại việt nam
Do các ưu điểm vượt trội về sức kéo và khả năng thông qua của các loại
xe xích so với các loại xe bánh hơi, nên các loại xe xích được sử dơng kh¸ phỉ
biÕn trong nhiỊu lÜnh vùc cđa nỊn kinh tế quốc dân như: Nông nghiệp, lâm
nghiệp, quân sự, xây dựng, điện lực, khai thác mỏ .... Các loại xe xích đang
được sử dụng ở nước ta hiện nay rất nhiều chủng loại và của nhiều nước khác
nhau như : §T75, C100, T54, T55, T62, Fiat, CAT, D65, D85, Chaleger 35....
các loại xe xích này có thể được phân thành hai nhóm chính.
Nhóm thứ nhất là nhóm các xe xích có tốc độ thấp thường được sử dụng
trong các tổ hợp máy làm đất, máy công tác chuyên dụng, cự ly di chuyển
ngắn.
Nhóm thứ hai là nhóm các xe xích có tốc độ cao cự ly di chuyển dài và
khả năng chuyển động trên các điều kiện đường xấu, tính thông qua cao nhóm
này thường được sử dụng trong lĩnh vực quân sự.
Phụ thuộc vào tính chất của công việc, địa bàn làm việc và điều kiện kinh

tế của người sử dụng nên các loại xe xích được sử dụng ở Việt nam rất đa
dạng về chủng loại và nhiều các thế hệ xe khác nhau, được nhập về từ nhiỊu
n­íc kh¸c nhau.
Tuy cã xt xø tõ nhiỊu n­íc nh­ng các xe xích được sử dụng ở Việt
nam hiện nay phần lớn đều có chung một số đặc điểm như: hầu hết đều được
sản xuất từ những năm 70 của thế kỷ trước, nhiều kết cấu đà lạc hậu, điều
khiển nặng nhọc, đặc biệt là các xe xích do Liên xô (cũ) sản xuất được sử


11

dụng trong quân đội hiện nay. Các xe xích đang được sử dụng ở Việt nam hiện
nay khá đa dạng (xem hình 1.1) được sử dụng cho nhiều mục đích và trong
các lĩnh vực khác nhau, một số xe loại thông dụng được liệt kê ở bảng 1.1

Hình 1.1 Hình dáng một số loại xe xích sử dụng ở Việt nam
T

MÃ hiệu

Nước

T

máy

sản xuất

Công
suất

(MÃ lực)

Hệ thống dẫn động điều khiển
Kiểu và kết cấu của các hệ thống chính
Hệ thống dẫn động điều khiển cơ khí. Truyền

1

DT-54

Liên Xô

60

động có cấp, hệ thống treo đàn hồi, xích có
mắt liền khối
Hệ thống dẫn động điều khiển trợ lực cơ khí.

2

DT-75

Liên Xô

75

Truyền động có cấp, hệ thống treo đàn hồi,
xích có mắt liền khối

12

3

T-54

Liên Xô

4

Caterpillar

Mỹ

520
150-170

Hệ thống dẫn động điều khiển trợ lực cơ khí.
Hệ thống dẫn động điều khiển trợ lực thuỷ
lực. Truyền ®éng cã cÊp, xÝch cao su.
HƯ thèng dÉn ®éng ®iỊu khiển trợ lực cơ khí.

5

T-100

Liên Xô

100

Truyền động có cấp, hệ thống treo nửa cứng,
xích có mắt liên kết
Hệ thống dẫn động điều khiển trợ lực thuỷ

6

T- 130

7

Bolga
TL-54B

Liên Xô

130

lực. Truyền động có cấp, xích có mắt liên kết
Hệ thống dẫn động điều khiển trợ lực cơ khí.

BunGaRy

54

Truyền động có cấp, hệ thống treo nửa cứng,
xích có mắt liên kết

Bolga
8

TL-45

Hệ thống dẫn động điều khiển trợ lực cơ khí.
BunGaRy

45

Truyền động có cấp, hệ thống treo nửa cứng,
xích có mắt liên kết

Komatsu
9

D65A

Hệ thống dẫn động điều khiển trợ lực thuỷ
Nhật Bản

135

lực. Động cơ tăng áp, truyền động vô cấp, hệ
thống treo nửa cứng, mắt xích loại liên kết
Hệ thống dẫn động điều khiển trợ lực thuỷ

10

Fiat

Italia

150

lực. Động cơ tăng áp, truyền động vô cấp, hệ
thống treo nửa cứng, mắt xích loại liên kết
Hệ thống dẫn động điều khiển trợ lực thuỷ

11

Chalenge

Mỹ

175-200

lực. Động cơ tăng áp, truyền động vô cấp, hệ
thống treo nửa cứng, xích dải cao su

Bảng 1.1 Tình hình sử dụng xe xích trong nước [21]

Điều kiện làm việc của người điều khiển phần lớn các loại xe xích nói
trên này rất nặng nhọc. Để cải thiện điều kiện làm việc cho người điều khiển
thì có hai giải pháp:


13

Một là, thay thế các xe thế hệ cũ bằng các loại xe thế hệ mới có các hệ
thống điều khiển hiện đại.
Hai là, nâng cấp, chế tạo các hệ thống mới thay thế hệ thống điều khiển
cơ cấu kiểu cũ những hệ thống này thường không có trợ lực hoặc trợ lực cơ

khí .
Giải pháp thứ nhất đòi hỏi cần một lượng kinh phí rất lớn để mua sắm
các xe thế hệ mới. Trong khi đó với khả năng công nghệ của chúng ta đà sản
xuất được các cụm chi tiết thuỷ lực có độ chính xác cao kết hợp với tinh thần
nội địa hoá bằng chính khả năng của đất nước do Đảng và Nhà nước đề ra, do
đó giải pháp thứ hai đang được quan tâm đặc biệt phù hợp với tình hình chung
của khu vực và một số nước đang phát triển cũng cải thiện nâng cấp các thiết
bị của xe xích theo hướng này . Ưu điểm của giải pháp này là chi phí kinh phí
đầu tư không lớn, nâng cấp, chế tạo các hệ thống mới thay thế hệ thống điều
khiển cơ cấu kiểu cũ không có trợ lực hoặc trợ lực cơ khí ngoài ra có thể chế
tạo các phần tử thuỷ lực, cụm thuỷ lực để thay thế cho các xe thế hƯ míi khi
cã nhu cÇu cÇn thay thÕ khi háng hóc mà không phải nhập từ nước ngoài.
1. 2. Tình hình nghiên cứu hệ thống trợ lực thủy lực
điều khiển cơ cấu quay vòng xe xích trong và
ngoài nước
Những nghiên cứu cơ bản về thiết kế, công nghệ chế tạo và đánh giá các
đặc tính của hệ thống trợ lực thủy lực nói chung đà được đề cập trong nhiều tài
liệu của các tác giả nước ngoài như: H. Exner [9], N. F. Metliuc vµ V.P.
Avtusenko [ 23], N. M. Iakovlev [24], N.C. Gam­nhin [25] vµ trong n­íc nh­
Ngun Träng Hoan [6]. Tuy nhiên các nghiên cứu ứng dụng cho các hệ thống
cụ thể ít được công bố, đặc biệt là các hệ thống lắp đặt trên các xe xích ở Việt
nam nói riêng còn rất ít. Một số đề tài nghiên cứu trong nước cũng đà đề cập
đến các hệ thống trợ lực thủy lực cho máy xây dựng, máy khai thác mỏ với
các kết cấu khá đa dạng. Trong ngành ôtô máy kéo gần đây có một số luËn ¸n


14

tiÕn sü kü tht (Ngun Ngäc Giang, [40]) vµ ln văn cao học (Nguyễn XÃ
Hội, [7] ; Phạm Vỵ, [19]) của các trường đại học và các viện nghiên cứu cũng

có nghiên cứu hệ thống trợ lực thủy lực lắp đặt trên ôtô và ảnh hưởng của nó
tới quỹ đạo quay vòng của xe ôtô trong quá trình chuyển động, tuy nhiên
trong lĩnh vực xe xích các kết quả nghiên cứu còn khá khiêm tốn. Trong hệ
thống giáo trình giảng dạy về lĩnh vực thủy lực thì mới chỉ đề cập tới một số
đặc tính của hệ thống thủy lực nói chung còn cho chuyên ngành hẹp cụ thể
ngành ôtô máy kéo thì còn nhiều hạn chế [1], [6]. Hiện nay ở Việt nam
chương trình KHCN-05-09 đà tiến hành thiết kế, chế tạo hệ thống trợ lực thuỷ
lực điều khiển cơ cấu quay vòng lắp đặt trước mắt cho các hệ thống dẫn động
trên xe xích T55. Thế nhưng về mặt cơ sở lý thuyết cũng như cơ sở đánh giá
hiệu quả làm việc của hệ thống này trong thực tiễn chưa tác giả nào đề cập và
nghiên cứu một cách đầy đủ. Do vậy vấn đề đặt ra cần phải tiếp tục nghiên
cứu hoàn thiện các đặc tính, tính năng của hệ thống đó, đánh giá chất lượng
của hệ thống mới được chế tạo tại Việt nam.
1.3. giải pháp kỹ thuật để giảm nhẹ cuờng độ lao
động của người lái
Xuất phát từ yêu cầu thực tế giảm nhẹ cường độ lao động của người lái,
các hệ thống trợ lực thuỷ lực điều khiển các cơ cấu, hệ thống của xe xích đÃ
và đang được thiết kế và chế tạo thử tại Việt Nam. Một số hệ thống này đà đạt
được kết quả khả quan, nâng cao tính linh hoạt trong điều khiển của người lái,
giảm nhẹ lực cần lái, góp phần tăng cao khả năng cơ động và sức làm việc
cũng như khả năng chiến đấu của xe.
Chương trình Nhà nước KHCN 05-09 đà thiết kế, chế tạo một số phần tử
của hệ thống trợ lực cho dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng xe xích như
van phân phối kết hợp xi lanh lực lắp đặt cho xe xích T55
Hiện nay các xe xích T55 này đang trong thời gian chạy thử nghiệm
chuẩn bị cho sản xuất loạt lớn. Do đó việc đánh giá hiệu quả làm việc c¶ vỊ


15

mỈt lý thut cịng nh­ thùc tÕ, cđa hƯ thèng trợ lực thuỷ lực mới nói chung và
các kết cấu chế tạo tại Việt nam nói riêng là một vấn đề rất cấp thiết đặt ra cho
các nhà nghiên cứu về lĩnh vực này.
Chương trình Nhà nước KHCN 05-09 được đề ra nhằm đáp ứng các yêu
cầu nâng cao tính năng kỹ thuật của một số loại xe xích. Trong các nội dung
này, ứng dụng trợ lực thuỷ lực cho dẫn động cơ cấu quay vòng xe xích T55 là
bước thử nghiệm đầu tiên. Với các mục tiêu chính là: Lực kéo cần lái giảm từ
35-40KG xuống còn 6-11 KG, dễ điều khiển, hệ thống lái có hai chế độ làm
việc, tạo được cảm giác về lực kéo và hành trình cần kéo, có độ tin cậy cao, dễ
chăm sóc bảo dưỡng, kết quả nghiên cứu của chương trình đà thiết kế, chế tạo
một số phần tử của hệ thống trợ lực cho dẫn động điều khiển cơ cấu quay
vòng xe xích như van phân phối kết hợp xi lanh lực lắp đặt cho xe xích T55.
Hệ thống trợ lực có thể là khí nén, thuỷ lực, điện cơ. Mặc dù có kết cấu
phức tạp và việc bố trí nó trên một xe xích cụ thể phụ thuộc nhiều vào không
gian thực tế nhưng giải pháp kỹ thuật được chọn là sử dụng hệ thống trợ lực
thuỷ lực do nó đáp ứng được các yêu cầu cơ bản của mục tiêu đề ra.
Về nguyên lý hệ thống dẫn động điều khiển thuỷ lực gồm hai mạch cơ
bản là: Mạch cung cấp và mạch công tác. Sơ đồ nguyên lý mạch thuỷ lực cuả
hệ thống xem hình 1.2.

Hình 1.2 Sơ đồ mạch thuỷ lực hệ thống trợ lực thuỷ lực.


16

Mạch cung cấp gồm có cụm bơm dầu I, bầu lọc II, khối van điều chỉnh
áp suất cung cấp III và bình tích năng thuỷ khí IV. Mạch làm việc gồm lõi
van- con trượt điều khiển V, vỏ van- con trượt theo dõi- pittông VI, xilanh lực
VII. Trong sơ đồ thuỷ lực của hệ thống trợ lực thuỷ lực đà chọn, vai trò của
van phân phối là rất quan trọng. Do các ưu điểm vượt trội về kết cấu gọn, dễ

bố trí nên mặc dù kết cấu phức tạp, khó gia công van phân phối kiểu con trượt
nằm trong lòng pít tông đây là yếu tố rất quan trọng để đưa vào sử dụng trên
các xe xích vì chúng có không gian nhỏ hẹp, ngoài ra còn giảm một số đường
ống so với loại lõi van và vỏ van nằm tách rời nhau do đó khả năng rất an toàn
khi làm việc trong điều kiện đặc biệt.
1.4. nhiệm vụ của đề tài và phương pháp nghiên cứu
1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài
Xuất phát từ những phân tích trên, luận án đà tập trung giải quyết một
số vấn đề sau:
1. Xây dựng một cơ sở để đánh giá hệ thống trợ lực thủy lực nói chung,
và đánh giá hiệu quả trợ lực cho hệ thống dẫn động điều khiển quay vòng xe
xích nói riêng.
2. Tính toán xác định biến dạng và ứng suất trong các cụm và chi tiết
chính của hệ thống với việc ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua
các phiên bản của phần mềm ANSYS cho phép giải các bài toán bền có khối
lượng tính toán lớn dễ dàng thay đổi các thông số khi kiểm nghiệm với độ
chính xác cao.
3. Mô phỏng và đánh gía tính ổn định của hệ thống trợ lực thủy lực.
Xây dựng các đặc tính ổn định của hệ thống và các tiêu chuẩn ổn định khác.
4. Sử dụng một số các thiết bị đo ghi thế hệ mới như hệ thống thiết bị
đo DEWETRON 3000 (áo) với các cảm biến DATRON có độ chính xác và
phạm vi đo phù hợp để tiến hành các phép đo lực điều khiển hệ thống khi có
và không có hệ thống trợ lực thủy lực. Sử dụng các phần mềm hiện đại để xử


17

lý số liệu đo nhằm đánh giá hiệu quả trợ lực trong thực tế.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu trong luận án là nghiên cứu lý thuyết kết hợp

với thực nghiệm để minh chứng kết quả tính toán lý thuyết.
1.4.3. Nội dung của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, 4 chương chính và phần kết luận được trình
bày trong phần thuyết minh .
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2. Nghiên cứu tính toán và thiết kế một số phần tử cơ bản của
hệ thống thủy lực trợ lực chế tạo tại Việt nam
Chương 3. Nghiên cứu các đặc tính của hệ thống cường hoá thuỷ lực
dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng xe xích do Việt Nam
thiết kế chế tạo và lắp đặt trên xe xích
Chương 4. Thí nghiệm.
Kết luận.


18

Chương 2
đánh giá độ bền các phần tử thủy lực của hệ
thống chế tạo tại việt nam
Chương này trình bày sơ lược về đối tượng ứng dụng nghiên cứu của
luận văn- hệ thống trợ lực thủy lực cho dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng
xe xích, cũng như việc giải bài toán tính bền cho cụm pít tông -xi lanh lực.
2.1. dẫn động cơ cấu quay vòng xe xích
2.1.1. Phân loại
+ Theo phương thức dẫn động.
- Dẫn động bằng cơ khí.
- Dẫn động thuỷ lực
- Dẫn động khí nén
+ Theo phần tử trợ lực.

- Dẫn động không có trợ lực.
- Dẫn động có trợ lực (lò xo, khí nén hoặc thuỷ lực)
2.1.2. Yêu cầu
2.1.2.1. Điều khiển đơn giản, nhẹ nhàng và thuận tiện.
Để thực hiện yêu cầu này, cần phải giảm đến mức tối thiểu số lượng các
cơ quan điều khiển như bàn đạp, cần điều khiển, tay lái, bố trí chúng một
cách hợp lý trong một không gian đủ lớn dành cho khoang điều khiển không
quá 130N, còn trên bàn đạp không quá 300N; đồng thời hành trình cần điều
khiển không quá 220mm, bàn đạp không quá 160-220mm.
2.1.2.2. Điều khiển chính xác
Với dẫn động thuỷ lực, cần có chất lỏng công tác có các tham số động
lực học ổn định, hệ thống bơm và ống dẫn bảo đảm nhanh chóng truyền áp
suất đến các cơ cấu chấp hành.
2.1.2.3. Độ tin cậy và khả năng sẵn sàng làm việc cao


19

Yêu cầu này đòi hỏi DĐĐK tại bất kỳ thời điểm nào phải tiếp nhận tín
hiệu (tác động) điều khiển của người lái và truyền nó đến cơ cấu chấp hành.
2.1.2.4. Các yêu cầu chung đối với kết cấu
Ngoài những yêu cầu riêng nói trên, DĐĐK cũng phải đáp ứng những
yêu cầu chung đối với mọi kết cấu, trong đó đặc biệt quan trọng là phải có kết
cấu gọn. Điều này dễ đạt được khi thay thế DĐĐK cơ khí cồng kềnh bằng dẫn
động thuỷ lực, khí nén và điện.
2.1.3. Dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng

xe

xích T55

Dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng xe xích T55 là loại cơ khí có trợ
lực lò xo. Do cơ cấu quay vòng của T55 là loại hành tinh hai cấp, nên cần lái
có ba vị trí tương ứng với các trạng thái đi thẳng, mở hết li hợp và đóng phanh
dừng. Các vị trí này và nguyên lý trợ lực của lò xo dựa trên sự di chuyển
đường tác dụng của lực lò xo, được thể hiện trên hình 2.1. Trong trường hợp
này lực cần lái ban đầu sẽ tăng lực của lò xo trợ lực tạo nên mô men ngược
chiều với mô men do lực cần lái tạo ra.

Pk1

363

90


20

Cần lái vị trí ban đầu
Pk2

Plx2

P2
=180

PB

Cần lái ở vị trí thứ nhất
Pk3

P3
Plx3

=300

PB

Cần lái ở vị trí thứ hai
Hình 2.1 Nguyên lý dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng có
trợ lùc lo xo trªn xe T55.[26]


21

2.1.4. Đặc điểm tính toán dẫn động điều khiển cơ
cấu quay vòng xe xích T55 [10]
2.1.4.1. Tính toán lực cần lái của dẫn động lái cơ khí
Sơ đồ tính toán dẫn động điều khiển cơ cấu quay vòng xe xích T55 là loại
cơ khí có trợ lực lò xo như trên (Hình 2.1).

Pk1

363

90
135
Plx1

=120P1

pB

100

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán dẫn động lái cơ khí lực cần lái.

a. Lực ép của lò xo li hợp khoá
Khi li hợp đóng:
Ph1 = n.m.f
Khi li hợp mở hoàn toàn:
Ph2 = n.m. (f + Se)
b. Lực tác động vào đầu tay quay đĩa di động :
Khi li hợp đóng
Pm1 =

p h1.R
.tg ( + )(KG )
lb

c. Xác định lực tác động lên cần lái khi mở li hợp
Khi li hợp đóng

Pk1 =
Khi li hợp mở hoàn toàn

Pm1
i dd .ηdd

190