Nghiên cứu động lực học quá trình chuyển số của máy kéo có hộp số với cơ cấu sang số dưới tãi luận văn thạc sĩ kỉ thuật

bộ giáo dục và đào tạo

trờng đại học nông nghiệp I
----------------------------------

Nguyễn thanh tuấn

Nghiên cứu động lực học
quá trình chuyển số của máy kéo
có hộp số với cơ cấu sang số dới tải
luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: cơ khí hóa và thiết bị
nông - lâm nghiệp
M số: 60.52.14

Ngời hớng dÉn khoa häc: TS. Ngun ngäc q

Hµ Néi- 2005


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng những số liệu v kết quả nghiên cứu trong luận
văn n y l trung thực v cha hề sử dụng để bảo vệ một học vị n o.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn n y
đ đợc cám ơn v các thông tin trích dẫn trong luận văn n y đều đ đợc chỉ
rõ nguồn gốc.
Tác giả

Nguyễn Thanh Tuấn

Lời cảm ơn
Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đ nhận đợc sự giúp đỡ v
hớng dẫn tận tình của T.S Nguyễn Ngọc Quế. Nhân dịp n y tôi xin đợc b y
tỏ lời cảm ơn chân th nh tới Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Quế, ngời đ tận tình
hớng dẫn v tạo mọi điều kiện cho tôi nghiên cứu v ho n th nh đề t i n y.
Tôi cũng xin đợc b y tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong
bộ môn Ô tô - Máy kéo, các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Điện v to n thể các
thầy cô giáo trong Trờng ĐHNNI - H Nội đ tận tình giảng dạy v tạo điều
kiện giúp đỡ.
Xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp đang công tác tại trờng THCN & XD
Uông bí- Quảng Ninh đ động viên v giúp đỡ trong thời gian thực hiện đề
t i.
Trong quá trình thực hiện đề t i không tránh khỏi những thiếu sót, rất
mong nhận đợc các ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo v các bạn đồng
nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn.

Tác gi¶

Ngun Thanh Tn


Mục lục
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các bảng

v

Danh mục các hình

vi

Mở đầu

1

1. Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu mục đích v nhiệm vụ nghiên
cứu đề t i

3

1.1. Khái quát về hệ thống truyền lực trên ô tô - máy kéo

3

1.1.1. Nhiệm vụ, các bộ phận chính, phân loại hệ thống truyền lực

3

1.1.2. Hệ thống truyền lực cơ khí trên ô tô - máy kéo

4

1.1.3. Hệ thống truyền lực thuỷ lực

8

1.2. Khái quát động lực học quá trình chuyển số ở máy kéo v ô tô

15

1.2.1. Quá trình sang số của hộp số cơ học

15

1.2.2. Quá trình sang sè ë hép sè cã c¬ cÊu sang sè dới tải

16

1.3. Mục đích v nhiệm vụ nghiên cứu của ®Ị t i

17

2. C¬ së lý ln cđa ®Ị t i

19

2.1. Đặt vấn đề

19

2.2. Cơ sở lý thuyết

20

2.2.1. Phơng pháp nghiên cứu

20

2.2.2. Đối tợng nghiên cứu

22

2.2.3. Các đặc điểm của quá trình sang số dới tải

25

2.2.4. Công suất ký sinh v phơng án khắc phục

33

2.3. Mô hình động lực học quá trình chuyển số trên ô tô máy kéo

36

3. Khảo sát động lực học quá trình chuyển số của máy kéo có hộp số
với cơ cấu sang số dới tải

43

3.1. Các h m v các thông số của quá trình sang số

43

3.1.1. Hệ thống các công thức phụ trợ

43

3.1.2. Các thông số kỹ thuật của hai loại HTTL

44

3.2. Kết quả khảo sát

47

4. Kết luận v đề nghị

67

4.1. Kết luận

67

4.2. Đề nghị

68

T i liệu tham khảo

69


Danh mục các bảng

Bảng 3.a. Mô men quán tính của các khối lợng chuyển động quay quy về
trục sơ cấp hộp số
Bảng 3.b. Thông số kỹ thuật máy kéo MTZ- 80

44
45


Danh mục các hình
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống truyền lực của máy kéo bánh lốp

5

Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo HTTL ô tô tải

5

Hình 1.3. Hệ thống truyền lực thuỷ tĩnh

9

Hình 1.4. a. Sơ đồ bơm chuyển đổi cố định - mô tơ chuyển cố định
b. Sơ đồ bơm chuyển đổi biến đổi - mô tơ chuyển đổi cố định

10

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý v hớng chuyển động của dòng chất lỏng trong
BMM

12

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý HTTL cã hép sè víi c¬ cÊu sang sè d−íi tải

13

Hình 1.7. Sơ đồ hộp số cơ học

15

Hình 2.1. Sơ ®å ®éng häc hƯ thèng trun lùc m¸y kÐo MTZ 80

23

Hình 2.2. Hộp số máy kéo MTZ 80A

24

Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý HTTL máy kéo MTZ - 80A

25

Hình 2.4. Sơ đồ miêu tả quá trình chuyển số

26

Hình 2.5. (a.b) Sơ đồ mạch vòng đờng truyền công suất trong ly
hợp khoá số
Hình 2.6. a. Quá trình sang số thừa
b. Quá trình sang số thiếu
Hình 2.7. a. Sự thay đổi mô men ma sát trong ly hợp g i số

28
32
32
33

b. Sự thay đổi áp suất dầu trong pittông ép của các ly hợp g i số 33
Hình 2.8. Sơ đồ cơ cấu g i số của h ng Đrôn đi

34

Hình 2.9. Sự dao động áp suất trong pittông của ly hợp khoá số phụ thuộc v o
thời gian

36


Hình 2.10. Mô hình động lực học máy kéo 2 cầu chủ động

37

Hình 2.11. Mô hình động lực học 3 khối lợng

39

Hình 2.12. Mô hình hoá quá trình chuyển số ở ly hợp khoá số

40


Mở đầu

Ô tô, máy kéo l một trong những phơng tiện vận tải đóng vai trò hết
sức quan trọng cho sự tăng trởng v phát triển kinh tế. Hiện nay, viƯc sư
dơng hƯ thèng trun lùc víi hép sè sang số dới tải trên ô tô, máy kéo đ trở
lên khá phổ biến do nó khắc phục đợc một số nhợc điểm của hộp số cơ học.
Hộp số với bộ phận sang số dới tải có u điểm nổi trội so với hộp số cơ học
về một loạt các thông sè kü thuËt nh− hiÖu suÊt l m viÖc cao, vì các dòng năng
lợng có thể l song song, sự tiêu hao năng lợng do ma sát chủ yếu l do
chuyển động tơng đối m không chịu ảnh hởng của chuyển động theo, giảm
tiếng ồn khi l m việc, chuyển số một cách liên tục, không cắt dòng công suất
từ động cơ tới hệ thống truyền lực trong quá trình chun sè, cho tû sè trun
cao nh−ng kÝch th−íc t−¬ng ®èi nhá gän v.v...
HiƯn nay trªn thÕ giíi sư dơng hƯ thèng trun lùc víi hép sè sang sè
d−íi t¶i đ trở lên khá phổ biến, nhng ở Việt Nam việc sử dụng các loại xe
n y còn mới mẻ, sự am hiểu một cách tờng tận của công nhân v đội ngũ
cán bộ kỹ thuật về đặc điểm cấu tạo, nguyên tắc hoạt động v các tính chất
động lực học của các loại xe đợc trang bị hệ thống trun lùc cã hép sè víi
c¬ cÊu sang sè d−íi tải còn có những mặt bị hạn chế. Để góp phần cung cấp
những thông tin bổ ích cho cán bộ công nhân đang l m công tác quản lý cũng
nh ®ang trùc tiÕp khai th¸c sư dơng v vËn h nh các thiết bị có hộp số với cơ
cấu sang số dới tải, qua đó góp phần khai thác v sử dụng chúng đạt hiệu quả
kinh tế cao. xuất phát từ mục đích đó chúng tôi đ chọn đề t i Nghiên cứu
động lực học quá trình chuyển số của máy kéo có hộp số với cơ cấu sang số

dới tải đợc thực hiện tại bộ môn Ô tô máy kéo-Khoa cơ điện Trờng
ĐHNN I H Nội; Trờng Trung học Công nghiệp v Xây dựng- Quảng Ninh
với các nội dung:

1


+ Tìm hiểu về đặc điểm kết cấu v nguyên lý l m việc của các hệ thống truyền
lực điển hình đang đợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam v trên thế giới.
+ Tính toán các thông số cơ bản trong quá trình chuyển số ở hệ thống truyền
lực máy kéo có hộp số với cơ cấu sang số dới tải.
+ Mô hình hoá v tính toán động lực học cho cơ hệ.
+ Khảo sát động lực học quá tr×nh chun sè ë hai hƯ thèng trun lùc.
- HƯ thèng trun lùc víi hép sè c¬ häc,
- HƯ thèng trun lùc cã hép sè víi c¬ cÊu sang sè dới tải.
+ So sánh các u nhợc điểm của hai hệ thống để từ đó có các lời khuyên
trong sử dụng v nâng cao hiệu quả kinh tế cho thiết bị, đa ra những kết luận
l m cơ sở cho việc nghiên cứu, vận h nh v sử dụng.
Trong quá trình nghiên cứu v thực hiện đề t i, mặc dù bản thân đ có
nhiều cố gắng song do khả năng v kiến thức còn hạn chế nên luận văn chắc
chắn còn có nhiều thiếu sót. Rất mong nhận đợc sự quan tâm đóng góp ý
kiến quý báu của các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp, các bạn đọc để luận
văn đợc ho n chỉnh hơn.

2


1. Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu
mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài

1.1. Khái quát về hệ thống truyền lực trên Ô tô - Máy kéo
1.1.1. Nhiệm vụ, các bộ phận chính, phân loại hệ thống trun lùc [1, 15]
1.1.1.1. NhiƯm vơ
HƯ thèng trun lùc trªn ôtô, máy kéo có các nhiệm vụ cơ bản l
truyền, biến đổi mô men quay v số vòng quay từ động cơ tới bánh xe chủ
động sao cho phù hợp với chế độ l m việc của động cơ v mô men cản sinh ra
trong quá trình chuyển động. Cắt dòng truyền động trong thời gian ngắn hoặc
d i tuỳ thc v o mơc ®Ých v ®iỊu kiƯn thùc tÕ trong vËn h nh. Thùc hiƯn ®ỉi
chiỊu chun ®éng nh»m tạo chuyển động lùi cho ô tô máy kéo. Tạo ra khả
năng chuyển động mềm mại v tính năng việt d trên đờng.
1.1.1.2. Các bộ phận chính
Hệ thống truyền lực trên ôtô, máy kéo l hệ tập hợp tất cả các cơ cấu
nối từ động cơ tới bánh xe chủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi
chiều quay, biến đổi giá trị mô men truyền. Hệ thống truyền lùc bao gåm c¸c
bé phËn chđ u sau:
+ Bé ly hợp,
+ Hộp số truyền (còn gọi l hộp tốc độ, hộp số),
+ Truyền lực trung gian (bộ truyền động các đăng),
+ Bộ truyền động chính,
+ Bộ vi sai,
+ Các bán trôc.

3


1.1.1.3. Phân loại hệ thống truyền lực (HTTL)
* Phân loại theo hình thức truyền năng lợng
+ HTTL cơ khí bao gåm c¸c bé trun ma s¸t, c¸c hép biÕn tèc, hộp phân
phối, truyền động các đăng, loại n y đợc dùng khá phổ biến.
+ HTTL thuỷ cơ bao gồm các bộ truyền cơ khí, bộ truyền thuỷ lực.

+ HTTL điện từ bao gồm nguồn điện, các động cơ điện, rơ le điện từ, dây dẫn.
+ HTTL thuỷ lực bao gồm bơm thuỷ lực, các động cơ thuỷ lực, van điều
khiển, ống dẫn.
+ HTTL liên hợp bao gồm một số bộ phËn c¬ khÝ, mét sè bé phËn thủ lùc,
mét sè bộ phận điện từ.
* Phân loại theo đặc điểm biến ®ỉi c¸c sè trun
+ Trun lùc cã cÊp: l trun lực có các tỷ số truyền cố định, việc thay đổi số
truyền theo dạng bậc.
+ Truyền lực vô cấp (Continuously Variable Transmissions: CVT) l d¹ng
trun lùc cã tû sè trun biÕn ®ỉi t thc v o chÕ ®é l m việc động cơ v
sức cản của mặt đờng.
* Phân loại theo phơng pháp điều khiển thay đổi tốc độ
+ Điều khiển bằng cần số,
+ Điều khiển bán tự động,
+ Điều khiển tự động.
Hiện nay chúng ta thờng gặp HTTL cơ khí có cấp điều khiển bằng cần
số (Manual Transmissions: MT) v hệ thống truyền lực cơ khí thuỷ lực điều
khiển bằng tay hoặc điều khiển tự động (Automatic Transmissions: AT).
1.1.2. Hệ thống truyền lực cơ khí trên ô tô - m¸y kÐo [2, 9, 10, 12]
Trong hƯ thèng trun lùc cơ khí thờng sử dụng hai loại cơ bản l loại
phân cấp v loại không phân cấp. Đối với truyền lực phân cấp thì sử dụng các
bộ truyền các cặp bánh răng ăn khớp để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau
thông qua sự thay đổi các bánh răng ăn khớp. Hệ thống truyền lực không phân

4


cấp sử dụng các bộ truyền động ma sát nh: bộ truyền dây đai, bộ biến tốc ma
sát... thay đổi tỷ số truyền động vô cấp. Hệ thống truyền lực điển hình trên ô
tô tải v máy kéo bánh lốp (hình 1.1 v 1.2).

10

3
1

9

2

4

5

6

7

8

Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống truyền lực của máy kéo bánh lốp
1. Động cơ; 2. Ly hỵp; 3. Bé phËn nèi; 4. Hép sè; 5. Trun lực chính; 6. Các bánh xe chủ
động; 7.Các bán trục; 8.Truyền lực cuối cùng; 9.Bánh răng phanh 10. Vi sai

Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo HTTL ô tô tải
1. Động cơ; 2. Ly hợp; 3. Hộp số; 4. V nh tay lái; 5. Các đăng; 6. Cầu sau; 7. Sát xi; 8.
Nhíp ; 9. Bánh xe; 10. Thùng nhiên liệu; 11. Giảm chấn; 12. Cầu trớc.

5

* Các bộ phận chính trong HTTL cơ khí
Các bộ phận chính trong HTTL cơ khí bao gồm: ly hợp, hộp số, truyền
lực trung gian (các đăng), truyền lực chính, hộp vi sai, các bán trục.
1.1.2.1 Ly hợp ma sát
Bộ ly hỵp l mét cơm cđa hƯ thèng trun lùc nằm giữa động cơ v hộp
số chính. Chức năng của ly hợp trong hệ thống truyền lực ôtô, máy kéo l :
+ Tạo khả năng đóng ngắt mạch truyền lực từ động cơ tới bánh xe chủ
động. Đảm bảo đóng ngắt êm dịu nhằm giảm tải trọng động v thực hiện quá
trình đóng ngắt một cách nhanh chóng.
+ Khi chịu tải quá lớn ly hợp đóng vai trò nh một cơ cấu an to n nhằm
tránh quá tải cho hệ thống truyền lực v động cơ.
+ Khi có hiện tợng cộng hởng (rung động lớn) ly hợp có khả năng
dập tắt nhằm nâng cao chất lợng truyền lực.
Tuy nhiên quá trình ngắt, nối ly hợp vẫn còn hiện tợng gây ồn, phát
sinh nhiệt... chính vì các yếu tố trên m ly hợp ma sát tồn tại những nhợc
điểm cần khắc phục.
1.1.2.2. Hộp số cơ học
Hộp số trên ôtô, máy kéo đợc sử dụng để đảm bảo các chức năng l
tạo nên sự thay đổi mô men v số vòng quay của động cơ ở giới hạn rộng phù
hợp với sự thay đổi của các lực cản chuyển động trên đờng. Tạo nên chuyển
động lùi. Có thể ngắt truyền lực trong thời gian d i. Trên ôtô, máy kéo hộp số
cơ học trong truyền động cơ khí thờng sử dụng các cặp truyền động bánh
răng trụ răng thẳng, răng nghiêng. Đối với máy kéo, do thời gian l m việc
trong điều kiện đồng ruộng v lực cản thay đổi một cách liên tục v trong
khoảng rộng nên để đảm bảo sự l m việc ổn định v kinh tế hộp số máy kéo
thờng bố trí nhiều số truyền, thông thờng có 9 số tiến trở lên v 2, 3 số lùi.
Đối với ô tô điều kiện l m việc thuận lợi hơn nhiều so với máy kéo v ô tô
thờng l m việc với tốc độ cao hơn so với máy kÐo, do vËy trong hép sè « t«
cã Ýt sè truyền hơn, thông thờng có 3 ữ 5 số truyền tiÕn v 1 sè lïi.

6


Nhìn chung, các hộp số cơ học đều có đặc điểm chung l có một cặp
bánh răng luôn ăn khớp để truyền dẫn mô men quay từ trục sơ cấp đến trục
trung gian. Trục sơ cấp thờng đợc chế tạo liền khối với bánh răng chủ động
của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp, có một v nh răng để g i số truyền thẳng
(ik = 1). Hộp số cơ học có u điểm l có kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền
cao ( = 0,9 ữ 0,95) khối lợng nhỏ, tuy nhiên hộp số cơ học còn có các
nhợc ®iĨm l g©y ån khi l m viƯc, khã sang số đòi hỏi sự khéo léo của ngời
vận h nh khi sang sè. Muèn g i sè, ng−êi vËn h nh phải điều khiển sao cho
các bánh răng cần g i với nhau phải đợc quay cùng một tốc độ, có nh vậy
mới tránh cho các đầu răng của các cặp răng cần g i không bị vấp v o nhau.
Để tạo điều kiện cho việc sang số, các hộp số hiện nay có trang bị các bộ đồng
tốc, thờng có ba loại đồng tốc khác nhau đó l :
+ Bộ đồng tốc không thay đổi lực ma sát,
+ Bộ đồng tốc quán tính,
+ Bộ đồng tốc quán tính tăng lùc.
Víi bé ho ®ång tèc n y sÏ l m cho hộp số cơ học l m việc đợc êm dịu
hơn, tuy nhiên, trong sử dụng khi v o số bằng lực tác dụng quá lớn có thể dẫn
đến h hỏng khoá h m v cháy mòn v nh ma sát, khi đó quá trình chuyển số sẽ
không còn êm dịu nữa. Việc ứng dụng giải pháp n y cũng l m cho cấu tạo của
hộp số phức tạp hơn đồng thời vẫn còn một số nhợc điểm cần khắc phục.
1.1.2.3. Truyền động các đăng
Truyền động các đăng dùng để truyền mô men quay giữa các trục có
đờng tâm không nằm trên cùng một đờng thẳng m thờng cắt nhau với
một góc = 150 ữ 200. Trên các ôtô, máy kéo 2 cầu chủ động, các đăng dùng
để truyền mô men quay từ các cụm đặt cố định trên khung (hộp số, hộp phân
phối) tới các cụm di động tơng đối với khung nh cầu chủ động.
1.1.2.4. Truyền lực chính

Truyền lực chính sử dụng để tăng tỷ số truyền từ trục các đăng đến cơ
cấu vi sai v các bán trục trên ô tô, máy kéo bánh lốp .

7


1.1.2.5. Bộ vi sai
Bộ vi sai đặt giữa các bánh chủ động trong hộp cầu ôtô, máy kéo có
chức năng l đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay với vận tốc khác nhau
khi xe quay vòng hoặc di chuyển trên đờng không bằng phẳng. Phân phối mô
men ra các cầu chủ động theo một tỷ lệ xác định phụ thuộc theo trọng lợng
bám của các cầu nhằm nâng cao khả năng bám của xe, đặc biệt l các xe có
nhiều cầu chủ động.
1.1.3. Hệ thống truyền lực thuỷ lực [14]
Trong HTTL thuỷ lực thờng có hai dạng cơ bản l : truyền lực thuỷ
động v truyền lực thuỷ tĩnh.
Truyền lực thuỷ động l dạng truyền lực sử dụng động năng của chất lỏng
để truyền mô men xoắn từ chi tiÕt l m viÖc n y sang chi tiÕt l m việc khác.
Truyền lực thuỷ tĩnh l dạng truyền lực sử dụng áp suất của dòng chất lỏng để
truyền mô men xoắn từ chi tiết l m việc n y sang chi tiÕt l m viƯc kh¸c.
1.1.3.1. Trun lùc thuỷ tĩnh
Truyền lực thuỷ tĩnh (hình1.3) l một dạng truyền động thuỷ lực sử
dụng chất lỏng chịu áp lực để truyền lực của động cơ đến các bánh xe truyền
động của máy kéo. Quá trình hoạt động của HTTL thuỷ tĩnh có thể đợc mô
tả nh sau. Khi động cơ hoạt động, cơ năng từ động cơ đợc bơm biến th nh
thuỷ năng. Sau đó một mô tơ lại biến thuỷ năng th nh cơ năng trở lại cho các
bánh xe trun ®éng. Nh− vËy trun ®éng thủ tÜnh cã thể đảm nhận cả chức
năng của ly hợp lẫn hộp sè. Víi bé trun thủ tÜnh, hƯ thèng trun lùc thay
đổi các số truyền vô cấp. Trong quá trình l m việc, chất lỏng l m việc đợc
chứa đầy trong hƯ thèng v l m viƯc theo chu tr×nh khÐp kín (bơm - ống dẫn động cơ thuỷ lực). Để đảm bảo vai trò vừa l bơm vừa l động cơ thuỷ lực,

ngời ta sử dụng loại mô tơ có hai chế độ l m việc (chế độ bơm thuỷ lực v
chế độ động cơ). Loại n y đợc gọi l máy piston, hiện đợc sử dụng rộng r i
trên «t«, m¸y kÐo.

8


Hình 1.3. Hệ thống truyền lực thuỷ tĩnh
a. Các loại truyền động thuỷ tĩnh
Đối với hệ thống truyền lực thuỷ tĩnh, đặc điểm đặc trng khi hệ thống
l m việc đó l có sự chuyển đổi chất lỏng công tác. Sự chuyển đổi l số lợng
chất lỏng m bơm có thể chuyển (hay mô tơ có thể sử dụng) trong mỗi vòng
quay v nó liên quan trực tiếp đến công suất của hệ thống. Trong quá trình
l m việc, bơm v mô tơ có thể có sự chuyển đổi cố định hay biến đổi thực tế
có bốn cách phối hợp bơm- mô tơ có thể xảy ra l :
+ Bơm chuyển đổi cố định truyền động cho mô tơ chuyển đổi cố định,
+ Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi cố định,
+ Bơm chuyển đổi cố định truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi,
+ Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi.
(hình 1.4) giới thiệu một trong những kiểu chuyển đổi đặc trng của hệ thống
truyền lực thuỷ tĩnh.
Hình a: giống nh một hệ truyền động bánh răng, thực hiện truyền lực m
không thay đổi tốc độ hay công suất giữa động cơ v tải trọng. Tốc độ v mô
men xoắn đầu v o không đổi l m cho tốc độ v mô men xoắn đầu ra không
đổi. Nếu tốc độ hoặc mô men xoắn tăng trong khi yếu tố kia vẫn không đổi, tốc

9


độ v mô men xoắn đầu ra sẽ tăng.

Hình a

Hình b

Hình 1.4. a. Sơ đồ bơm chuyển đổi cố định - mô tơ chuyển cố định
b. Sơ đồ bơm chuyển đổi biến đổi - mô tơ chuyển đổi cố định
Hình b: tốc độ đầu ra biến đổi v đầu ra của mô men xoắn không đổi đối với
bất kỳ áp lực cho sẵn n o. Mạch n y tạo tốc độ biến đổi v mô men xoắn
không đổi.
b. Những u ®iĨm cđa trun ®éng thủ tÜnh
−u ®iĨm nỉi bËt cđa HTTL thuỷ tĩnh l có khả năng thay đổi tỷ số
truyền một cách vô cấp trong một khoảng rộng (50 ữ 60), sang số êm, không
bị gối trục nên thuận lợi cho những xe l m việc trên những địa hình có trạng
thái mặt đờng luôn thay đổi, đặc biệt l đối với máy kéo. Không cần có
những cụm truyền ®éng trong hƯ thèng nh− hép sè, hép ph©n phèi, truyền
động cuối cùng đợc đơn giản hoá nhờ có tính năng biến đổi mô men xoắn
cao v sự phân chia dòng công suất cho các cụm một cách rộng r i. Giảm tải
trọng đột biến, việc bảo trì v sửa chữa thấp, có thể dùng năng lợng của bơm
để dẫn động cho bộ phận nâng hạ v bộ phận đằng sau máy kéo, nâng cao
đợc khả năng hoạt động cho máy kéo khi l m việc.
c. Một số nhợc điểm khi sư dơng HTTL thủ tÜnh
Do cã ¸p st trong hƯ thèng cao (8 ÷ 35 MN/ m2 ), øng suất lớn nên đòi
hỏi vật liệu chế tạo có độ bền cơ học cao, công nghệ chế tạo đòi hỏi chÝnh x¸c

10


cao. Khã l m kÝn nh÷ng mèi nèi, hiƯu st l m viƯc thay ®ỉi, phơ thc v o
nhiƯt ®é, hiệu suất chỉ đạt (0,75 ữ 0,8) trong khi hiệu suất trong truyền động

cơ khí l = 0,9 ÷ 0,95. Tuy nhiªn hƯ thèng trun lùc thủ tÜnh vẫn thờng
đợc sử dụng nhiều trên các loại máy kéo.
1.1.3.2. Truyền lực thuỷ động
Khi động cơ l m việc, chất lỏng trong bộ biến mô men quay(viết tắt l
BMM) có áp suất đóng vai trò truyền năng lợng giữa bơm (B) v tc bin(T).
Cơ thĨ l B, T, (dÉn h−íngD) đặt trong dầu có áp suất v đợc bao bọc bởi vỏ
kín, khi B quay cùng với động cơ l m cho dầu chuyển động, dới tác dụng của
lực ly tâm dầu chạy ra phía ngo i v tăng tốc độ. ở tại mép biên ngo i dầu đạt
tốc độ cao nhÊt v h−íng theo c¸c c¸nh trong b¸nh B đập v o cánh của bánh
T, tại bánh T dầu truyền năng lợng v giảm dần tốc độ theo các cánh dẫn của
bánh T chạy v o phía trong. Khi dầu tới mép trong của bánh T, bị rơi v o c¸nh
cđa b¸nh D v theo c¸c c¸nh dÉn chun sang bánh B. Cứ nh vậy chất lỏng
chuyển động tuần ho n theo đờng xoắn ốc trong giới hạn của h×nh xuyÕn (B
→ T → D → B) nh− (h×nh 1. 5)

Ngời ta gọi quá trình dầu di chuyển trong bánh B l quá trình tích
năng, quá trình dầu di chuyển trong bánh T l quá trình truyền năng lợng,
còn ở trong bánh D l quá trình đổi hớng chuyển động. Để l m tốt qúa trình
truyền năng lợng khe hở giữa B, T, D, B l rất nhỏ, các ổ bi phải đảm bảo
không dơ d o.
u điểm lớn nhÊt khi sư dơng trun ®éng thủ ®éng l tù động điều
chỉnh vô cấp tỷ số truyền, nhờ đó tạo ra đợc mô men chủ động của ôtô, máy
kéo luôn phù hợp với tải trọng ngo i. Việc vận h nh thiết bị trở lên nhẹ nh ng,
giảm tải trọng động, tăng đợc khả năng l m việc ổn định của động cơ, mô
men chủ động của động cơ đợc cung cấp cho hệ thống một cách êm dịu do đó
giảm sự trợt của các bánh chủ động, trong quá trình l m việc động cơ sẽ

11

không bị quá tải đột ngột, nâng cao khả năng l m viƯc v ti thä cho c¸c chi
tiÕt trong hệ thống giảm sự trợt của các bánh chủ động, trong quá trình l m
việc động cơ sẽ không bị quá tải đột ngột, nâng cao khả năng l m việc v tuổi
thọ cho các chi tiết trong hệ thống.

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý v hớng chuyển động của dòng chất lỏng
trong BMM
Trong quá trình l m việc, khi tải trọng ngo i nhỏ thì mô men cản tác
dụng lên trục tuốc bin sẽ nhỏ, hớng chuyển động của dầu khi ra khỏi cánh
tuốc bin đến bánh phản lực thay đổi giảm mô men quay trên trục bơm v trục
tuốc bin. Khi tải trọng ngo i lớn thì mô men cản trên trục tuốc bin lớn, khi đó
có thể gây ra hiện tợng trợt, tức l các phần tử chất lỏng bị trợt trên cánh
tuốc bin l m cho các cánh tuốc bin quay chậm lại. Đồng thời trong quá trình
l m việc dầu cũng bị nóng lên do đó l m giảm hiệu quả của dầu, muốn đảm
bảo hiệu quả của dầu thì phải cần có một bộ phận l m mát do đó l m cho kết
cấu của hệ thống trở nên phức tạp.
1.1.4. Hệ thống truyền lùc cã hép sè víi c¬ cÊu sang sè d−íi tải
Trong hệ thống truyền lực có hộp số với cơ cấu sang số dới tải có thể
phân loại ra ba dạng cơ bản sau:
+ Ly hợp thuỷ lực kết hợp víi hép sè c¬ khÝ,

12


+ Sử dụng các biến mô thuỷ lực một cấp hoặc nhiều cấp,
+ Biến mô thuỷ lực kết hợp với hộp số cơ khí,
sơ đồ hệ thống truyền lực thuỷ cơ điều khiển tự động, hộp số có 3 số tiÕn v 1
sè lïi, vỊ kÕt cÊu cã hai phÇn cơ bản (hình 1.6).
Phần thuỷ lực: l bộ biến tốc thủ lùc cã cÊu t¹o nh− bé BMM, nã
cịng gåm có ba phần chính l bánh bơm, bánh tuốc bin, bộ phận phản lực, bên

trong BMM cũng chứa đầy dầu.
Hộp số cơ học

BMM

3

2

4

5

7

6

8

9

10

11 12 13

14

1
I

V

15
II

21 20 19

IV

16
17

26

25

24

23

22

III

18

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý HTTL có hộp số với cơ cấu sang số dới tải
I. Trục cơ;II Trục chủ động (trục sơ cÊp hép sè); III.Trôc trung gian;IV.Trôc sè lïi; V.
Trôc thø cấp; 1. ổ bi đỡ; 2. Bánh đ ; 3. Ly hợp; 4. Bánh bơm; 5,22.Bánh răng dẫn động;
6.Moay ơ; 7.Tang trống; 8, 9 Các xy lanh thuỷ lực; 10,23.Đĩa ma sát;11,13,17,18. Bánh

răng bị dẫn; 12.Khớp bánh răng; 14.Bộ phận điều khiển;15,19.V nh răng;16. Bánh răng
số lùi;20,21. Các đĩa ép; 24.Tuốc bin; 25.Bánh phản lực; 26. Khớp một chiều;

Phần cơ häc: l phÇn hép sè cđa HTTL, hiƯn nay ng−êi ta có thể sử
dụng bộ truyền bánh răng trụ đối xứng hoặc bộ truyền với các bánh răng h nh
tinh. Các bộ truyền bánh răng trụ đối xứng chủ yếu đợc dùng trên ô tô tải v
máy kéo, còn bộ truyền bánh răng h nh tinh thì thờng đợc sử dụng trên các

13


xe con, xe du lÞch. Trong HTTL víi hép sè có cơ cấu sang số dới tải trọng,
bộ phận điều khiển của hộp số trong thời gian trớc thờng đợc ®iỊu khiĨn
b»ng tay do ®iỊu kiƯn ph¸t triĨn cđa khoa học công nghệ, đặc biệt l lĩnh vực
điện tử, tin học còn hạn chế. Trong những năm gần đây với sự phát triển hết
sức mạnh mẽ của KHKT đặc biệt l các lĩnh vực tự động hoá, tin học, điện
tử... việc điều khiển các ly hợp khoá số có thể thực hiện tự động, khi đó các
bánh răng trên trục sơ cấp v trục trung gian luôn ở chế độ thờng xuyên ăn
khớp v nó chỉ đợc g i với trục thứ cấp của hộp số khi đợc khoá lại. Việc
khoá các bánh răng đó ngời ta sử dụng các ly hợp khoá số. Phần hộp số cơ
học trên (hình 1.6) l sơ đồ hộp số sử dụng cặp truyền bánh răng trụ. ở đây
quá trình ăn khớp l quá trình cho các đĩa ép liên kết với các đĩa ma sát dới
tác dụng của dòng dầu có áp suất cao ép hoặc tách các đĩa ma sát trong bộ ly
hợp khoá số với tang trống để thực hiện liên kết hoặc ly khai ở các số truyền.
Về nguyên tắc hoạt động
+ ở số 0: dầu không đợc đa v o các xy lanh 8, 9. Khi đó các đĩa ép 10, 23
v các đĩa ma sát 20, 21 đợc tách khỏi nhau. Nh vậy khi trục II quay thì
tang trống 7 đồng thời quay theo nhng mô men không đợc truyền đến trục
thứ cấp, trục III không quay do bánh răng 10 lắp trơn trên trục.
+ ở số 1: thông qua hệ thống điều khiển, chất lỏng công tác đợc dẫn v o xy

lanh 8 đồng thời dầu từ xy lanh 9 cũng đợc đi ra, khi đó các đĩa ly hợp 23 v
21 đợc ép lại, các đĩa ly hợp 10, 20 đợc tách ra. Đồng thời dầu cịng ®i v o
bé phËn ®iỊu khiĨn 14 ®Èy khíp răng 12 sang trái ăn khớp với v nh răng 19.
Nh vậy mô men xoắn truyền theo đờng truyền từ trôc II- 7, 21- 23, 6,
5 - 22- III, 18 - 11, 19- 12- V. Quá trình chuyển số trong hệ thống với cơ cấu
sang số dới tải đợc thực hiện một cách tự động nhờ áp lực của dòng dầu đến
các ly hợp khoá số, các đĩa bị động v chủ động đợc liên kết với nhau v tạo
lên dòng truyền mô men từ phần chủ động sang phần bị động.

14


1.2. Khái quát động lực học quá trình chuyển số ở
máy kéo và ô tô
1.2.1. Quá trình sang số của hộp số cơ học [6]
I 1 2

3

4

II 5

Hình 1.7. Sơ ®å hép sè c¬ häc

6

7
III

8

12

11

10

I. Trơc s¬ cÊp; II. Trơc thứ cấp;
III. Trục trung gian; 1. Bánh răng
liền trục với trục I; 2. V nh răng
trong; 3,4,5,6. Bánh răng di trợt;
7.Bánh răng số lùi; 8,9,10,11,12.
Các bánh răng cố định trên trục
trung gian III.

9

Sơ đồ điển hình của hộp số cơ học (hình 1.7). Đây l loại hộp số có 3
trục, bánh răng 1 đợc chế tạo liền trục với trục sơ cấp I, trục II đợc đỡ một
đầu trên trục I. Trên bánh răng 1 có v nh răng 2 để thực hiện ăn khớp với v nh
răng trên bánh răng 3 tạo ra số truyền thẳng. Trên trục trung gian III có các
bánh răng cố định 8, 9, 10, 11, 12. Bánh răng số lùi 8 trên trục số lùi. Đặc điểm
l m việc của hộp số loại n y l khi thực hiện quá trình chuyển số, ngời điều
khiển gạt cần sang số thông qua các cơ cấu dẫn động v các nỉa g i đẩy cho
các bánh răng v o ăn khớp với nhau. Ví dụ khi muốn g i số 2, đẩy cần gạt để
nỉa g i số đa bánh răng 4 v o vị trí ăn khớp với bánh răng số 10, đờng
truyền sẽ đi theo (I- 1-12-III- 10- 4- II). Trong trờng hợp cần g i số truyền
khác ngời vận h nh điều khiển cần số sang các vị trí tơng ứng với vị trí của
các bánh răng ăn khớp cần g i để tạo lên đờng truyền mới. Nh vậy chúng ta

thấy rằng, đặc điểm l m việc đặc trng của các hộp số cơ học trên ô tô máy
kéo l luôn có một cặp bánh răng ăn khớp để truyền mô men từ trục sơ cấp
đến trục trung gian, điều n y sẽ tạo điều kiện phát sinh sức bền mỏi cho c¸c

15


cặp bánh răng phải l m việc với tần suất lớn gây ra những h hỏng nh tróc,
rỗ, rạn nứt chân răng... ngo i ra đối với cơ cấu sang số, cơ cấu khoá số trong
hộp số cơ học cần phải đảm bảo một loạt các yêu cầu hết sức quan trọng đó l .
Khi chuyển số phải đảm bảo cho các bánh răng ăn khớp hết chiều rộng của
răng nhằm tránh các hiện tợng va đập kêu kẹt, mẻ đầu răng. Không có hiện
tợng tự động g i số, trả số hoặc nhảy số, cùng một lúc không đợc g i hai số
hoặc nhiều số, không cho phép g i số lùi khi cha mở khoá, đây l các yêu
cầu quan trọng của hộp số cơ học. Để đảm bảo đợc các yêu cầu n y một cách
triệt để l rất khó khăn, đặc biệt l những máy kéo có công suất lớn, lực chiều
trục sinh ra do răng v then hoa bị mòn, cơ cấu khoá số dễ phát sinh hiện
tợng nhảy số gây ra nhiều khó khăn cho ngời vận h nh v sử dụng. Nh vậy
đặc trng cơ bản của quá trình chuyển số trong hộp số cơ học l nhất thiết
phải ngắt động cơ ra khỏi HTTL đồng thời cần thiết phải đảm bảo sự đồng tốc
trong quá trình chuyển số.
1.2.2. Quá trình sang số ở hộp số có cơ cấu sang số dới tải
Qua nội dung đ trình b y trong phần hệ thống trun lùc cã hép sè víi
c¬ cÊu sang sè d−íi tải v kết cấu sơ đồ (hình 1.6) chúng ta thấy rằng, trong
HTTL có hộp số cơ học thì động lực học quá trình sang số khác hẳn so với
quá trình sang số của hộp số có cơ cấu sang số dới tải bởi vì. Quá trình
chuyển số của hộp số có cơ cấu sang số dới tải đợc diễn ra nhờ áp lực của
dòng dầu đa đến các ly hợp khoá số, việc điều khiển cho các đĩa ma sát của
ly hợp khoá số từ chủ động th nh bị động v ngợc lại đợc thực hiện nhờ sự
điều tiết cung cấp hoặc ngừng cung cấp dòng dầu thuỷ lực tới các bộ ly hợp

khoá số. Đặc trng cơ bản l trong quá trình chuyển số l không ngắt dòng
công suất truyền xuống hệ thống truyền lực, không nhất thiết phải đảm bảo sự
đồng tốc, thao tác chuyển số kh¸c biƯt ho n to n so víi HTTL cã hộp số cơ
học, việc thao tác của ngời vận h nh sẽ trở nên nhẹ nh ng, đơn giản không
cần phải dừng máy, không cần phải cắt ly hợp chính vv..

16


1.3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
Trên các loại ô tô truyền thống hiện nay đều đợc trang bị hộp số cơ
học, đặc trng cơ bản nhÊt cđa HTTL c¬ häc khi sang sè l chun số nhiều
giai đoạn. Việc sang số nhiều giai đoạn từ khi khởi h nh đến khi đạt đợc tốc
độ ổn định đòi hỏi tận dụng tối đa lực quán tính v cần có một khoảng thời
gian không nhỏ hơn 1,5 ®Õn 2,0 (s) ®Ĩ ho n th nh viƯc chun số.
Đối với máy kéo hay những máy thi công công trình đất có công suất
lớn, tốc độ di chuyển nhỏ dÉn tíi lùc qu¸n tÝnh nhá. Khi thùc hiƯn chun số
nếu sử dụng hộp số cơ học, do lực cản lớn khi chuyển số thì ngay lập tức tốc
độ của máy kéo lúc đó giảm gần nh bằng 0. Vì vậy khi chuyển số liên hợp
máy phải khởi h nh v tăng tốc từ khi vận tốc bằng 0 đến vËn tèc ë sè trun
míi. Khi ®iỊu kiƯn l m việc với đờng sá xấu, đặc biệt l đờng đất thì việc
chuyển số ở hộp số cơ học có thể dẫn đến l m chết máy do hệ số bám của
đờng đất nhỏ đôi khi dẫn đến hiện tợng mất khả năng điều khiển hoặc bị
trợt ho n to n do không có lực quán tính. Điều đặc biệt l việc g i số khi
dừng liên hợp máy sẽ dẫn đến hiện tợng ly hợp bị trợt mạnh (phần lớn l ly
hợp ma sát khô thờng đóng) l m cho các đĩa ma sát bị mòn hỏng, phát sinh
nhiệt lớn, công suất của động cơ không đợc khai thác triệt để, khi khởi h nh
động cơ dễ bị quá tải dẫn đến tiêu tốn nhiên liệu do phải khởi h nh với những
công cụ đang ăn sâu trong đất hoặc kéo theo rơ moóc dẫn đến l m tăng tải
trọng động, mất nhiều thời gian dừng máy, đặc biệt l hao phí sức lực của

ngời lái. Muốn cho động cơ l m việc đợc ổn định khi chuyển sang số truyền
mới thì cần thiết phải giảm tải trọng kéo dẫn đến giảm năng suất của liên hợp
máy. Việc sử dụng, điều khiển HTTL với cơ cấu sang số dới tải giúp cho
ngời vận h nh giảm cờng độ lao động, khai thác đợc công suất động cơ
một cách triệt để vì không phải tiêu tốn nhiên liệu cho việc tăng tốc đạt tốc độ
ổn định sau khi chuyển số, thời gian chun sè chØ tõ 0,2 ®Õn 0,5 (s), ®iỊu n y
góp phần nâng cao đợc năng suất lao động giảm các chi phí đầu v o trong

17