Luận văn thạc sĩ những cơ sở khoa học của việc áp dụng xe tải xích cao su MST 600 vào vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

DƯƠNG VĂN CƯỜNG

NHỮNG CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC ÁP DỤNG
XE TẢI XÍCH CAO SU MST- 600
VÀO VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

DƯƠNG VĂN CƯỜNG

NHỮNG CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC ÁP DỤNG
XE TẢI XÍCH CAO SU MST- 600
VÀO VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÁY
VÀ THIẾT BỊ CƠ GIỚI HĨA NƠNG - LÂM NGHIỆP
Mã số: 60. 52. 14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. NGUYỄN NHẬT CHIÊU

Hà Nội, 2010


1

MỞ ĐẦU
Trong ngành khai thác gỗ ở nước ta hiện nay, khâu vận chuyển gỗ từ
nơi khai thác ra kho bãi ven đường quốc lộ được thực hiện chủ yếu nhờ các
loại máy kéo kéo rơ moóc một trục, những thiết bị tự chế như xe công nông
và các loại xe vận tải khác.
Những loại phương tiện trên khi làm việc trên đường lâm nghiệp có
khả năng kéo, bám, ổn định thấp, dẫn đến ảnh hưởng tới an toàn của người và
thiết bị, năng suất không cao, hiệu quả kinh tế thấp. Chính vì vậy, việc nghiên
cứu áp dụng phương tiện phù hợp trong vận chuyển gỗ, lâm sản cần được
quan tâm.
Trong thời gian vừa qua đề tài cấp nhà nước mã số KC 07.26 do trường
Đại học Lâm nghiệp thực hiện, nghiên cứu chế tạo rơ moóc một trục chủ động
lắp sau máy kéo shibaura nâng cao được khả năng bám nhưng khả năng ổn
còn hạn chế.
Hiện nay, thị trường nước ta xuất hiện loại xe tải xích cao su MST 600 của Nhật Bản, với những ưu điểm vượt trội như: Kết cấu nhỏ gọn, khả
năng quay vòng tốt, di chuyển linh hoạt, đặc biệt là loại xe này có thể có sức

bám và tính ổn định cao nên di chuyển được trên địa hình đường rừng phức
tạp, độ dốc lớn. Ngồi ra xe MST - 600 cịn có thùng xe tự đổ được dẫn động
bằng hệ thống thuỷ lực rất thuận tiện cho công tác bốc dỡ, vận chuyển gỗ trên
đường lâm nghiệp.
Để có cơ sở khoa học đưa xe tải xích cao su MST - 600 vào hoạt động
vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp Việt Nam, hiện tại chưa có nghiên cứu
về khả năng kéo, bám ổn định, quay vịng của xe tải xích cao su MST - 600.
Để giải quyết vấn đề tồn tại trên tôi tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài:
“Những cơ sở khoa học của việc áp dụng xe tải xích cao su MST –
600 vào vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp”


2

Mục tiêu của đề tài:
Xác định được khả năng kéo bám, ổn định và quay vịng của xe tải xích
cao su MST - 600 trong vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
Đưa ra những khuyến cáo về sử dụng xe tải xích cao su MST - 600
trong vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe tải xích cao su MST - 600 được
sản xuất từ Nhật Bản, vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp.
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Xác định khả năng kéo, bám, ổn định, quay vịng của xe tải xích cao su
MST - 600 khi chở gỗ trên đường lâm nghiệp.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của đề tài làm căn cứ cho việc sử dụng xe tải xích
cao su MST - 600 vào vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.

3

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về công nghệ và thiết bị vận chuyển gỗ
Vận chuyển gỗ từ bãi tập trung trong rừng tới nơi tiêu thụ, nơi chế biến
nào đó có thể thực hiện bằng đường ô tô, đường sắt, đường thủy.
1.1.1. Công nghệ và thiết bị vận chuyển gỗ trên thế giới
Hiện nay trên thế giới vận chuyển gỗ lâm sản chủ yếu bằng đường ô tô
vì vận chuyển theo hình thức này khá cơ động và gía thành vận chuyển tương
đối thấp so với hình thức vận chuyển khác. Hình thức vận chuyển bằng đường
sắt, đường thủy chỉ được thực hiện tại những nơi có gần hệ thống sơng suối,
gần đường sắt cơng cộng.
Một số nước tiên tiến đã và đang sử dụng ô tô vận chuyển gỗ và lâm
sản, các loại như: Xe tải 3 trục với rơ moóc 3 trục có tải trọng chuyến tương
đối lớn đạt 35 - 40 m3. Xe tải 3 trục với rơ moóc 2 trục có tải trọng chuyến 30
- 35 m3 có mặt sàn của moóc phẳng khi sử dụng cho vận chuyển gỗ ngắn, mặt
sàn làm bằng khung thép với các cột trống hai bên. Xe tải hai trục đơn loại
này hiện nay trên thế giới sử dụng khá phổ biến cho vận chuyển gỗ rừng trồng
ngắn, cắt khúc có tải trọng chuyến từ 10 - 15 m3. Phổ biến ở các nước phát
triển như Mỹ, Canada... có sử dụng xe tải hai trục đơn, ba trục đơn những loại
xe này thường được trang bị một gía đỡ phụ một trục có bánh. Để vận chuyển
gỗ dài một đầu gỗ được cố định trên giá đỡ phụ còn đầu kia cố định chặt trên
xe tải, để xe di chuyển cơ động khi khơng tải thì giá đỡ phụ được thiết kế cơ
cấu có thể nâng đặt trên sàn xe hoặc gập vào khung bằng thép đặc biệt ở phía
sau xe.
Những năm 1980 - 1995, Thụy Điển là một trong những nước sản xuất
nhiều loại phương tiện bốc dỡ, vận chuyển gỗ đặc trưng nhất là hãng Volvo

4

với đủ các chủng loại. Ngồi ra cịn có hãng Allrouder và Hinght - HFT (Mỹ),
hãng Arbro – lift (Canada).
Tại các nước Đông Âu trong thời điểm thập kỷ 90 sử dụng rất phổ biến
các phương tiện tự bốc dỡ và vận chuyển gỗ cự ly trung bình, như: FMG 910
LOKOMO, PONSSE.S.15, FISKARS F70S, F900Z, F1200 (Phần Lan), FMV
350-84 (Thụy Điển). Tại Châu Á như Myanma, Indonesia, Nhật Bản sử dụng
chủ yếu loại PRAMI-TRAC của (Nhật Bản), các thiết bị trên có cơng suất 35
- 145 kW trọng tải từ 6 - 15 tấn, có ưu điểm tính năng việt dã cao, làm việc
được trong điều kiện địa hình cũng như thời tiết khắc nghiệt.
Trong vận chuyển gỗ cự ly dài trên thế giới sử dụng rất nhiều các loại
xe kéo rơ moóc, xe vận tải chuyên dụng. Các loại xe này có cơng suất từ 100 240 mã lực, lực kéo lớn, cấu tạo gồm một đầu kéo và rơ moóc chở hàng dùng
để vận chuyển gỗ lớn rừng tự nhiên, gỗ nguyên cây, gỗ nhỏ rừng trồng cắt
khúc trên các tuyến đường lớn, đường nhánh. Các loại xe này có rất nhiều
nước sản xuất và sử dụng như hãng Bell 2WD, 4WD, T25 (Austraylia),
Nissan TZA 52 (Nhật Bản), Scania L80, L81, L85, L110, LB81, LB86 (Thụy
Điển), Maz 509A, Kpaz 255 (Liên Xô cũ), Praga V3S, S5T (Tiệp)...
Phương tiện vận tải thủy chủ yếu gồm các loại bè, mảng, ca nơ, xà lan...
Hiện nay trên thế giới rất ít sử dụng, hầu như là không sử dụng nữa do nhiều
nhược điểm như tốc độ chậm, không chủ động do phụ thuộc vào thiên nhiên,
luồng lạch sơng ngịi. Gỗ, lâm sản vận chuyển bị ảnh hưởng nhiều không đảm
bảo chất lượng trong mơi trường nước, khó chế biến.
Nói chung trên thế giới với những nước tiên tiến việc khai thác vận
chuyển lâm sản được quy hoạch trên quy mô lớn, tập trung, thiết bị khai thác
vận chuyển hiện đại, năng suất cao.


5

1.1.2. Công nghệ và thiết bị vận chuyển gỗ ở Việt Nam
Việt Nam với số liệu thống kê năm 1990 thì ngành lâm nghiệp có giá
trị tổng sản phẩm xã hội chiếm 3,5% cả nước, hàng năm ngành được nhà
nước đầu tư xây dựng cơ bản với số vốn chiếm 6,6% vốn đầu tư trong cả
nước. Mỗi năm ngành lâm nghiệp khai thác trung bình 1,2 triệu m 3 gỗ tròn và
nhiều lâm sản khác. Ngành lâm nghiệp nước ta vào thời điểm này chủ yếu
hoạt động theo hai thành phần chính là quốc doanh và ngồi quốc doanh [1].
Các đơn vị lâm nghiệp quốc doanh được thành lập sau năm 1954 tại
miền Bắc phục vụ cho các kế hoạch xây dựng kinh tế và chiến tranh, khi giải
phóng năm 1975 đến trước năm 1990 các cơ sở này hoạt động theo cơ chế
bao cấp của khối các nước Xã hội chủ nghĩa [7]. Sản xuất lâm nghiệp cần có
những máy móc thiết bị cần thiết, mà ngành cơ khí chế tạo của nước ta còn rất
yếu, chỉ sản xuất được một số thiết bị chế biến gỗ chất lượng thấp, các loại
máy móc thiết bị khai thác vận chuyển lâm sản phần lớn là nhập ngoại từ các
nước xã hội chủ nghĩa. Đa số các máy móc thiết bị nhập ngoại đã qua sử dụng
10 năm như ô tô MA3 509 A... ở Miền Bắc có một số loại máy tư bản được
nhập ngoại phục vụ vùng nguyên liệu giấy Bãi Bằng.
Ở nước ta phương tiện vận chuyển gỗ lâm sản theo đường bộ gồm các
loại ô tô và máy kéo bánh bơm. Các loại ô tô vận tải nhập từ Liên Xô và các
nước xã hội chủ nghĩa như Praga S5T, V3S (Tiệp Khắc), Zil 130, Maz 5091,
Kamaz 54112, Kraz 255, MTZ 82 (Liên Xơ cũ). Trong đó loại Praga V3S
được sử dụng rất rộng rãi trong vận chuyển gỗ và lâm sản. Xe có 3 cầu chủ
động, tính cơ động cao, tải trọng trung bình, thích hợp với vận tải gỗ nhỏ ở
phía Bắc và miền Trung.


6

Hình 1- 1. Máy kéo MTZ 82 kéo rơ mc một trục chở gỗ
Loại xe Maz 509A của Liên Xô cũ dùng vận chuyển gỗ dài và lớn, loại

này nhập vào nước ta cuối năm 70 và đến nay vẫn cịn hoạt động. Năm 1981
Viện Cơng nghiệp rừng kết hợp với Viện Snimê (Liên Xô cũ) khảo nghiệm
trong sản xuất xe Maz 509 kéo rơ moóc TMZ-803 trong đề tài" Nghiên cứu
dây chuyền khai thác hợp lý trên cơ sở thiết bị Liên xô" qua khảo nghiệm thấy
rằng đây là loại phương tiện vận chuyển có nhiều ưu điểm hơn hẳn với nhiều
loại ơ tơ vận chuyển trước đây. Đồn xe có năng suất cao, tiết kiệm nhiên
liệu, ổn định cao, thích hợp với địa bàn Tây Ngun.

Hình 1- 2. Xe Reo chở gỗ


7

Hiện nay ngoài các loại máy sử dụng đã nêu trên, các xí nghiệp sản
xuất lâm nghiệp đã sử dụng các loại xe Reo 7 (hình 1-2) [7] và những cải tiến
của xe Reo 7 (Mỹ), xe Bò Vàng (Pháp) để vận xuất, vận chuyển. Các loại xe
này len lỏi trong rừng, dùng cáp gom gỗ kéo lên xe và chở về các bãi gỗ. Đối
với địa hình bằng phẳng, loại xe trên vận xuất gỗ rất năng suất. Đồng thời
người ta cũng dùng chúng để vận chuyển gỗ về các xí nghiệp chế biến.
Đối với các nơng hộ, trang trại người ta sử dụng chủ yếu là máy kéo
nhỏ 2 bánh và ôtô nhỏ 4 bánh kèm theo rơmooc để vận chuyển, mỗi chuyến
có khả năng kéo được 1 đến 3 tấn hàng. Các loại ôtô này liên hợp với các loại
máy cơng tác khác có khả năng làm được nhiều việc trong sản xuất nơng
nghiệp. Vừa có khả năng làm đất, bơm tưới vừa có khả năng vận chuyển, xay
xát... Do vậy, các hộ nông dân đã sử dụng chúng rất phổ biến.
Đối với gỗ nhỏ rừng trồng vùng nguyên liệu giấy ở nước ta, phương
tiện vận chuyển chủ yếu là các loại ôtô. Vận chuyển ở cự ly ngắn thường
dùng xe Volvo, máy kéo shibaura kéo rơ mc (hình 1 - 3).

Hình 1- 3. Máy kéo Shibaura, lắp tay bốc thủy lưc, kéo rơ moóc chở gỗ

8

Đối với vận chuyển gỗ đường dài thì phổ biến nhất dùng ơtơ với đầy đủ
chủng loại hiện đại có công suất cao.
1.2. Tổng quan về khả năng kéo, bám và quay vịng của máy kéo
xích
Để đưa một loại máy kéo nào đó vào sản xuất ta cần nghiên cứu khả
năng kéo, bám, ổn định và quay vòng. Khả năng kéo, bám và quay vịng của
máy kéo trong q trình chở gỗ trên đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Công
suất động cơ, độ dốc, hệ số cản lăn, tải trọng ... Một trong những yếu tố ảnh
hưởng quan trọng đến khả năng kéo, bám đó là lực cơng nghệ phát sinh tại
móc nối giữa moóc và máy kéo tác dụng lên máy kéo. Tại điểm này máy kéo
chịu các lực tác động từ rơ moóc tác động lên. Đó là lực cản kéo (Px) song
song với phương chuyển động và phản lực tại móc (Pz) vng góc với phương
chuyển động. Các lực này phụ thuộc vào tải trọng của xe, lực Px , Pz làm thay
đổi sự phân bố trọng lượng trên máy kéo, làm thay đổi phản lực pháp tuyến
lên các bánh xe trước và sau, từ đó dẫn tới sự thay đổi về khả năng kéo, bám
của máy kéo, đặc biệt có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng lái; trong nhiều
trường hợp máy kéo có đủ khả năng kéo, bám nhưng không thỏa mãn điều
kiện lái cũng không cho phép làm việc được. Việc nghiên cứu các thành phần
lực này làm cơ sở tính tốn một số phần tử kết cấu của rơ moóc, xác định
được tải trọng hợp lý cho máy kéo khi vận chuyển trong điều kiện đường lâm
nghiệp với độ dốc  100 , đường đất có hệ số ma sát khi vận chuyển f = 0,03 0,15; hệ số bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường φ = 0,5  0,6 [5]
1.2.1. Tổng quan về khả năng kéo, bám của xe xích
Xích là bộ phận của xe tiếp xúc với mặt đất để biến chuyển động quay
của sao chủ động thành chuyển động thẳng của xe.
Lực kéo tiếp tuyến là phản lực của đất tác dụng lên dải xích. Khi
chuyển động dải xích tác dụng lên đất làm đất biến dạng và đất sẽ tác dụng

9

lên dải xích một lực ngược lại, theo chiều chuyển động của máy, đẩy máy về
phía trước. Lực này gọi là lực kéo tiếp tuyến. Lực tác dụng của dải xích lên
đất là do bánh xích chủ động (cịn gọi là bánh sao chủ động) tạo ra [5].
Mômen từ bánh sao chủ động khi truyền xuống mặt đất thông qua dải
xích phải chịu một lượng tổn thất do lực ma sát trong dải xích, lực quán tính
của bánh sao và các khâu của dải xích.
Phản lực thẳng đứng của đất tác dụng lên dải xích chủ yếu do trọng
lượng máy kéo gây ra. Ngồi ra, lực này cịn được tạo nên bởi lực kéo ở móc
trong trường hợp phương lực kéo móc khơng song song với mặt địa hình máy
kéo làm việc. Trong trường hợp máy kéo làm việc trên mặt phẳng nằm ngang
và phương lực kéo ở móc song song với mặt phẳng địa hình thì tổng phản lực
thẳng đứng của đất tác dụng lên xích cân bằng với trọng lượng của máy kéo.
Lực kéo ở móc Pm là lực kéo moóc trong trường hợp máy kéo kéo moóc
và lực kéo máy nông nghiệp trong trường hợp máy kéo làm việc với máy
nông nông nghiệp.
Lực cản lăn của máy kéo gồm lực cản lăn do chèn dập đất và lực cản do
ma sát giữa các bánh xe đè với dải xích và ma sát do lực căng ban đầu gây ra
ở các khâu xích.
Tốc độ lý thuyết của chuyển động thẳng của xe xác định theo điều kiện
quay đều của sao chủ động khi xích khơng bị trượt. Mặt khác, khi chuyển
động khơng có hiện tượng trượt, đoạn đường mà xe đi được trong một vòng
quay của sao chủ động bằng chu vi hình đa giác ngoại tiếp trên vịng trịn của
sao chủ động có bánh kính rk (bán kính lý thuyết của sao chủ động) với chiều
dài cạnh bằng chiều dài của mắt xích.

Do lỗ chốt và chốt xích bị hao mịn nên chiều dài bước xích sẽ tăng dần

và do đó bán kính lý thuyết của sao chủ động cũng tăng lên. Vì vậy, bán kính


10

lý thuyết của sao chủ động phải tính theo trị số trung bình của bước xích của
tất cả các mắt xích.
Sức bám của xích gồm hai thành phần: lực ma sát giữa các mắt xích với
mặt đất, lực tì của các mấu bám với đất, trong đó lực tì của các mấu bám là
chủ yếu. Do số lượng mấu bám rất lớn nên tổng số mặt tì của xích có khi tới
10.000 cm2. Vì mặt tì lớn như vậy nên lực ngang của xe chuyển cho đất qua
mấu bám nhỏ, có khi chỉ bằng 8N/cm2. Nhờ áp lực chuyển cho đất nhỏ như
vậy mà máy kéo xích có thể di chuyển được những nơi đất mềm, trong khi đó
máy kéo bánh bơm và ôtô không thể qua được.
Khi mấu bám bám vào đất và nén đất theo phương ngang thì từ phía đất
sẽ có phản lực tác động lên mấu bám. Phản lực này tăng từ mấu bám đầu tiên
bám vào đất đến mấu bám sau cùng, vì độ chặt của đất ở các mấu bám sau lớn
hơn ở các mấu bám trước. Khi mấu bám sau cùng ra khỏi đất, các mấu bám
còn lại phải chịu một một lực tải lớn hơn và lực ép của mấu bám lên đất tăng
lên làm cho đất biến dạng nhiều hơn [10].
Nếu mấu bám đặt ở cuối mắt xích thì khi quay xung quang khớp (chốt
xích) để ra khỏi đất, mấu bám không phá vỡ thành đất, nhưng khi chuyển
động trên đất rắn, mấu bám khó bám vào đất. Nếu mấu bám đặt ở trước thì
khi quay chung quanh chốt xích để ra khỏi đất, mấu bám phá vỡ thành đất làm
cho đất bị biến dạng thêm và sức bám của xe giảm đi.
Khi chuyển động trên đất mềm, đặt mấu bám phía sau mắt xích có lợi
hơn. Để cho xích dễ bám vào đất, các nhánh xích phía trước và sau thường
được nâng lên. Nâng xích lên cịn có tác dụng làm cho xích dễ vượt các
chướng ngại vật, giảm các va đập và lực tải cho xích. Nhưng nâng xích làm
giảm chiều dài mặt tiếp xúc của xích với mặt đất do đó mà tăng áp lực của

xích lên mặt đất. Ngồi ra nâng xích lên cịn làm cho chuyển động của xích
khơng đều [10].


11

1.2.2. Lý thuyết quay vịng của máy kéo xích
Cơ cấu quay vịng sử dụng trong máy kéo xích hay xe tải xích cần phải
thoả mãn tới mức tối đa các chỉ tiêu cơ bản sau:
- Có lực kéo lớn ở dải xích quay nhanh và giảm tới mức tối thiểu tải
trọng phụ lên động cơ khi quay vòng;
- Giữ ổn định của máy kéo khi chuyển động thẳng;
- Tổn thất bên trong của cơ cấu quay vòng là tối thiểu;
- Có khả năng quay vịng với bán kính nhỏ;
Để làm chức năng của một cơ cấu quay vòng máy kéo xích, người ta có
thể sử dụng các loại cơ cấu sau: Vi sai đơn và vi sai kép, ly hợp chuyển
hướng và hành tinh.
Chuyển động của máy kéo bánh xích trên đường cong có thể coi như là
sự phối hợp hai chuyển động: Chuyển động thẳng tịnh tiến và chuyển động
quay xung quanh một điểm O (hình 1 - 4).
Nếu ta gọi tốc độ chuyển động tịnh tiến là V thì tốc độ góc của chuyển
động quay của xe chung quanh tâm điểm O bằng:


V
R

[10]

V- là vận tốc chuyển động tịnh tiến của điểm giữa máy kéo, cách tâm

quay một đoạn là R;
Tốc độ chuyển động thẳng của xích ngồi bằng:
Vn = ω (R+0,5B) = V( 

V

R  0,5 B
R

)

(1) [10]

Tốc độ chuyển động thẳng của xích trong bằng:
Vt = ω (R- 0,5B) = V(

R  0,5B
)
R

(2) [10]

Trong các công thức (1) và (2), B là khoảng cách giữa hai xích tính từ
trục đối xứng dọc của các xích.


12

R

Vn
V

O1

O

dx

x

O2

Vt

G

2Ldx

Hình 1- 4. Sơ đồ phản lực ngang của mặt đất tác dụng lên xích
khi máy kéo hoạt động trên đường vịng
Trong khi quay xung quang tâm điểm O, ngồi chuyển động thẳng, các
xích cịn phải quay quanh các điểm O1 và O2 (tâm của mặt tiếp xúc của xích
với mặt đất).
Khi xích quay quanh các tâm quay của nó (hình 1- 4) xuất hiện những
phản lực ngang của mặt đất lên xích theo chiều như hình vẽ. Những phản lực
đó gồm lực ma sát, lực trượt của đất, lực cản nén của đất và lực cản do mấu
bám đẩy đất. Do đó có thể nói rằng, hệ số cản µ của chuyển động khi quay xe
phụ thuộc vào loại mặt đường, cấu tạo của xích và mấu bám, tốc độ và bán
kính quay.

Nếu chúng ta giả thiết rằng, trọng lượng G của xe phân bố đều cho hai
xích và đều trên chiều dài L của xích thì lực cản ngang trên một đơn vị chiều
dài xích bằng

µG
. Mơmen cản khi quay một xích là tổng số mơmen của lực
2L

cản ở hai nửa xích tương ứng với tâm quay O1 và O2. Mơmen cản của nửa
xích bằng nhau về trị số và cùng chiều tác động [10].


13

Mơmen cản của một xích bằng:
L/2

Ms1 = Ms2 = 2


0

µG
µGL
xdx =
2L
8

(3)

[10]

Tổng số mômen cản khi quay xe bằng:
M s  M s1  M s 2 

µGL
4

[10]

Trong đó:
G - Trọng lượng của xe;
Ms1 - Mơ men cản của xích phía trong;
Ms2 - Mơ men cản của xích phía ngồi;
L - Chiều dài của xích;
µ - Hệ số cản khi quay xe.
Như vậy, để quay được xe cần phải có một mơ men về trị số bằng
mơmen cản Ms. Mơmen đó gọi là mơmen quay xe.
MS
Pf2

Pf1

O2

O1

Pk2

Pk1

B

Hình 1-5. Sơ đồ tác động của các lực và mômen lên máy kéo
khi chuyển động trên đường vịng
Trong q trình chuyển động trên đường vịng có những lực sau đây tác
động lên xích (hình1- 5): Lực cản của chuyển động thẳng Pf1 và Pf2, lực kéo
tiếp tuyến Pk1 và Pk2, mômen cản Ms.


14

Để tính lực kéo Pk1 và Pk2 chúng ta lập phương trình cân bằng mơmen
của các lực tương ứng với các điểm 01 và 02:
Pk1 B = Pf1 B - Ms

(4)

Pk2 B = Pf2 B + Ms
Lực cản chuyển động thẳng Pf1 và Pf2 bằng nhau và bằng:
Pf1 = Pf2 =

fG
2

[10]

Mômen dùng để quay xe do sự chênh lệch lực kéo tiếp tuyến sinh ra
bằng:
µGL

(Pk2 - Pk1) B =
= Ms
4

2

(5)

[10]

Theo cơng thức (5) tăng khoảng cách giữa hai xích, mơmen quay sẽ
tăng lên và có thể khắc phục được mơmen cản lớn.
Hệ thống phương trình (4) cho thấy rằng, khi quay xe, lực kéo ở xích
ngồi tăng lên so với lực kéo khi chuyển động thẳng. Nhưng lực kéo đó phải
khơng được lớn hơn lực bám của xích đó với mặt đất, nghĩa là:
Pk2 ≤

G
2

Trong đó  là hệ số bám của xích với mặt đường.

Dưới tác dụng của lực nói trên, tâm quay của các xích bị xê dịch so với
điểm giữa xích.


15

A2

A1

L

x

L
2

ChiỊu quay

Plt

B

Hình 1- 6. Sơ đồ phản lực ngang của mặt đất tác dụng lên xích
khi máy kéo hoạt động trên đường vịng có lực ly tâm tác động.
Với lực tác dụng ly tâm, tâm quay của các xích di chuyển đi một đoạn
Xo (hình 1- 6)
ChiỊu quay

O2

O1

A2

A1

L

2

Pf1

L
2

L

x0

L
2

Pf2

PmSin


PmCos

Pm

Hình 1-7. Sơ đồ phản lực ngang của mặt đất tác dụng lên xích
khi máy kéo hoạt động trên đường vịng có lực kéo móc tác dụng.


16

Di chuyển tâm quay của các xích làm tăng thêm mơmen cản khi quay

xe. Thí dụ, khi quay xe mơmen của các lực cản của đất tương ứng với tâm
quay A1 và A2 (hình 1- 7).
1.3. Tổng quan về tính ổn định của ôtô máy kéo
1.3.1. Khái niệm chung về ổn định của ơtơ máy kéo
Tính ổn định của ơtơ máy kéo là khả năng của ôtô máy kéo không bị
lật, không bị trượt, chuyển động sai quỹ đạo dưới tác dụng của ngoại lực
trong q trình làm việc.
Tính ổn định hướng của ôtô máy kéo là khả năng đảm bảo giữ được
quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện khác nhau. Tùy thuộc
vào điều kiện sử dụng, ơtơ máy kéo có thể đứng n, chuyển động trên đường
dốc (đường có góc nghiêng dọc hoặc góc nghiêng ngang) có thể quay vịng
hoặc phanh ở các loại đường khác nhau (đường tốt, đường xấu…). Trong
những điều kiện chuyển động phức tạp như vậy, ôtô máy kéo phải giữ được
quỹ đạo chuyển động của nó, khơng bị lật đổ, không bị trượt hoặc thùng xe
không bị nghiêng, cầu xe không bị quay lệch trong giới hạn cho phép để đảm
bảo cho chúng chuyển động an toàn.
1.3.2. Chỉ tiêu đánh giá khả năng ổn định chống lật của ôtô máy kéo
Có nhiều chỉ tiêu đánh giá khả năng ổn định chống lật của ôtô máy kéo.
Một số nhà chuyên môn (như Lơ-vôp[10]) đánh giá khả năng ổn định chống
lật của ôtô máy kéo bằng trị số phản lực của mặt đất lên bánh xe phía trên dốc
hay xích ở xa tâm quay nhất khi lật đổ.
Xe sẽ bắt đầu lật khi phản lực lên bánh xe (xích) phía trên dốc y1 bằng
khơng.
Theo quan điểm đó xe sẽ khơng bị lật khi đảm bảo được điều kiện sau
đây:
 y1 ≥ 0

(1.0)

17

Khi  y1 0 bánh xe phía trên tì lên mặt đất, do đó xe ở thế ổn định,
khơng bị bật. Khi  y1 0 bánh xe phía trên bị nâng lên khỏi mặt đất và xe bị
lật.
Từ điều kiện (1.0) người ta xác định độ dốc tối đa cho phép xe làm việc
an toàn với một lực kéo nhất định. Độ dốc đó gọi là độ dốc giới hạn.
Khi xác định độ dốc giới hạn theo điều kiện kéo - bám người ta thường
xác định lực kéo tiếp tuyến tối đa theo khả năng kéo của động cơ. Nhưng thực
tế lực kéo tiếp tuyến tối đa không chỉ giới hạn trong khả năng của động cơ mà
còn giới hạn theo sức bám. Vì vậy, một số nhà chun mơn (Trepencơp [10])
đề nghị tính lực kéo tối đa theo sức bám.
Khi một máy kéo đứng trên mặt đất với độ dốc ngang hay dọc thì giao
điểm giữa đường tác dụng của trọng lượng xe với mặt đất là điểm đặt của
tổng phản lực pháp tuyến của mặt đất lên xe. Xe sẽ ổn định, không bị lật khi
tổng lực pháp tuyến của mặt đất tác dụng trong phạm vi mặt tì của xe lên đất.
Chỉ tiêu này chỉ dùng cho máy kéo xích đứng tại chỗ, nhưng một số
nhà chuyên mơn như Ghinsbua [10] dùng nó để đánh giá sức chống lật của cả
máy kéo bánh hơi lẫn bánh xích khi chuyển động.
Theo Worthington và Sack [10], độ dốc tối đa khi xe chuyển động cịn
tính bằng góc tương ứng với điểm cắt của hai đường biểu diễn mômen chống
lật Mcl = f(k) và mômen lật M1= f(α)
Worthington lấy mômen chống lật và mômen lật là:
Mcl = G. (a.cos- hg.sin)

(1.1)

Ml = Pm.hm = hm.G.sin

(1.2)

Trong đó:
G - Trọng lượng của xe;
a - Khoảng cách từ trọng tâm đến trục cầu sau;
hm- Chiều cao của móc tính từ mặt đất;


18

Pm- Lực kéo móc;
hg- Chiều cao trọng tâm xe tính từ mặt đất;
Ml- Mơmen lật;
Mcl- Mơmen chống lật;
Kanơvalơp [10] thì lại đề nghị dùng hệ số gọi là độ dự trữ của ổn định
 để đánh giá sức chống lật.
 1

Ml
M cl

(1.3)

Về nguyên tắc hệ số  chỉ dùng để đánh giá khả năng chống lật tĩnh,
nhưng trong thực tế người ta hay dùng để đánh giá khả chống lật động.
Kanơvalơp [10] tính đến hai trường hợp sau:
Trường hợp thứ nhất: Có lực đập và chuyển động năng sang cơng lật đổ
xe.
 1 

El

Ecl

(1.4)

Trong đó:
E1- Năng lượng lật xe;
Ecl - Năng lượng giữ cho xe không lật;
Trường hợp thứ hai: Các lực và mômen tác dụng lên xe thay đổi theo
thời gian.
 1

Ml
M cl  M j

(1.5)

Trong đó: Mj- mơmen quán tính tương ứng với tâm quay khi lật.
Trong cơ học, khả năng chống lật xe thường đánh giá bằng hệ số lật K.
K

M cl
Ml

(1.6)

Để đảm bảo xe ổn định, không bị lật, hệ số K phải không nhỏ hơn 1,2 - 1,5.


19

Hệ số chống lật K dùng rất phổ biến ở các nước. Ở Mỹ dùng hệ số K để
đánh giá sức chống lật và tính điều khiển của xe và quy định [10]:
K

y.L
P m max.hm
'

(1.7)

Trong đó:
y - Tổng phản lực pháp tuyến của mặt đất lên bánh xe phía trên;
P’mmax- Hợp lực song song với mặt đất của lực kéo móc tối đa;
hm- Chiều cao đặt lực kéo móc;
L - khoảng cánh giữa hai trục xe.
Qua nghiên cứu, phân tích các chỉ tiêu được dùng để đánh giá sức
chống lật được sử dụng trong thực tiễn, chúng ta có thể rút ra những kết luận
sau đây:
- Những yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến khả năng ổn định chống lật
của xe, nên mỗi trường hợp cụ thể người ta sử dụng những chỉ tiêu khác nhau
để nói lên một cách rõ rệt nhất giới hạn ảnh hưởng của yếu tố này hay yếu tố
khác.
- Đối với máy kéo xích, để tính khả năng chống lật dọc dùng tọa độ của
tổng phản lực pháp tuyến của mặt đất lên xích có nhiều thuận lợi hơn.
- Tính khả năng ổn định chống lật theo Worthington sẽ khơng được
chính xác, vì các mơmen chống lật và lật đổ theo các công thức (1.1) và (1.2)
khơng tính đến những yếu tố ảnh hưởng đến lực kéo.
- Đánh giá khả năng ổn định chống lật tĩnh cũng như khả năng ổn định
chống lật động theo phản lực pháp tuyến của mặt đất lên bánh xe (xích) phía
trên dốc đơn giản, chính xác hơn.

1.3.3. Tính ổn định dọc của máy kéo xích.
Ở máy kéo xích, người ta sử dụng các hệ thống treo khác với hệ thống
treo của của ơtơ máy kéo bánh xe. Đó là hệ thống treo cứng và hệ thống treo


20

cân bằng. Sự phân bố các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên dải xích
cũng khác với ơtơ máy kéo bánh xe. Hợp lực của các phản lực này được đặt
tại tâm áp lực nằm ở khu vực tiếp xúc giữa đường và giải xích. Vì thế phương
pháp xác định tính ổn định của máy kéo xích cũng khác với ơtơ bánh xe.
Tính ổn định của máy kéo xích được đánh giá bằng góc giới hạn lớn
nhất mà máy xích kéo bị lật đổ khi đứng yên hoặc chuyển động trên đường
dốc.
1.3.3.1. Tính ổn định dọc tĩnh của máy kéo xích.
Tính ổn định dọc tĩnh được đặc trưng bằng góc dốc giới hạn mà máy
kéo xích bị lật đổ khi đứng trên dốc.
a. Máy kéo xích đứng trên dốc, có hệ thống treo cứng và khơng kéo
theo nơng cụ.
Để xác định khả năng ổn định tĩnh dọc của máy kéo xích trong trường
hợp đứng theo hướng lên dốc, ta xét sơ đồ hình 1- 8a.
a)

b)

b

b
X'
t

Fb

Z

2

K

L x/2

T
2

Lx



Cn

GS
in

GC
os


C

Lx/

CK

t

0


os
GC

G

02

X

Lx/

2

Cn Lx

Z

G
T

Lx

Fb

/2



in
GS

hg

X' t

a0

a0

hg

Xt

Hình 1- 8. Sơ đồ lực tác dụng lên máy kéo xích khi đứng yên trên dốc
a. Đứng quay đầu lên dốc; b. Đứng quay đầu xuống dốc


21

Theo sơ đồ hình 1- 8a ta có các lực tác dụng lên máy kéo xích như sau:
- Trọng lượng của máy kéo xích G được phân ra hai thành phần Gcos
và Gsin theo góc nghiêng  của đường;
- Hợp lực của các phản lực từ đường tác dụng lên dải xích ký hiệu  Z;

Hợp lực này đặt tại tâm áp lực T cách trục sau bánh xe một khoảng X’t;
- Lực bám, ký hiệu Fb;
Các khoảng cách: Ck, Cn, Lx, a0, b, hg, h1 được trình bày trên hình vẽ.
Khi tăng dần góc dốc , hợp lực  Z sẽ thay đổi và dịch chuyển về phía
sau của bề mặt tựa của dải xích cho tới khi tâm áp lực trùng với 02 (02 là điểm
cuối của dải xích tiếp xúc với bề mặt tựa) thì máy kéo xích bị lật đổ qua điểm
02. Để xác định góc giới hạn mà máy kéo xích bị lật ta xét điều kiện cân bằng
lực đối với 02 như sau :
G.cosα.(0,5 Lx + a0) - G.hgsinα -  Z(0,5Lx - Xt ) = 0

(1.8)

Trong đó:
Xt - khoảng cách từ tâm áp lực đến điểm giữa bề mặt tựa của dải xích.
Khi T trùng với 02 thì ta có điều kiện (0,5Lx - Xt) = 0 máy kéo xích bị
lật đổ ứng với góc giới hạn:
G.cosαt .(0,5 Lx + a0) - G. hgsinαt = 0
tgαt =

0,5Lx  a0
hg

(1.9)

Tương tự như trên khi máy kéo xích đứng trên dốc quay đầu xuống, ta
cũng xác định được góc giới hạn mà máy kéo xích bị lật đổ:
tgα’t =

0,5Lx  a0
hg

(1.10)


22

b. Máy kéo xích đứng trên dốc với hệ thống treo điều hòa
Để xác định khả năng ổn định tĩnh dọc của máy kéo xích có hệ thống
treo cân bằng khi quay đầu lên dốc, ta xét sơ đồ hình 1- 9:

b
Xt
os
C
G



hg

X' t Sin
G

Z G
0
T

hm

Fb

Lk

Ln



Hình 1- 9. Sơ đồ máy kéo xích có hệ thống treo điều hịa khi đứng yên trên dốc
Ở hệ thống treo cân bằng máy bắt đầu có hiện tượng khi tâm áp lực đi
qua trục của bộ treo cân bằng phía sau và ta có:
Lk - Khoảng cách từ trục bộ treo cân bằng sau đến trục bánh sao chủ
động ở phía sau;
Ln - Khoảng cách từ bộ trục treo cân bằng trước đến trục bánh sao chủ
động ở phía sau;
Bằng cách lập phương trình mơmen như trên ta cũng xác định được góc
dốc giới hạn khi máy kéo có hệ thống treo cân bằng bị lật đổ.
Trường hợp quay đầu lên dốc: tgαt =

b  Lk
hg

(1.11)

Trường hợp máy kéo xích đứng trên dốc quay đầu xuống:
tgα’t = Ln  b
hg

(1.12)

23

Qua các phần trình bày ở trên, ta nhận xét rằng sự ổn định dọc tĩnh của
máy kéo xích được đảm bảo nếu vị trí tâm áp lực nằm trong bề mặt tựa của
xích, điều đó được thể hiện như sau:
+ Đối với hệ thống treo cứng:
Ck ≤ X’t ≤ Cn
+ Đối với hệ thống treo cân bằng:
Lk ≤ X’t ≤ Ln
Trong đó: X’t khoảng cách từ tâm áp lực đến mặt phẳng vng góc với
hai dải xích qua trục bánh sao phía sau.
1.3.3.2. Tính ổn định dọc động của máy kéo xích.
Để xác định khả năng ổn định dọc động của máy kéo xích trong trường
hợp chuyển động lên dốc xét sơ đồ sau:
P

h

Pj

Pf

h1

in
GS

hg

b


os
C
G
0 Z
T

Pm

G

hm

Fk
CK

Cn
X' t

Hình 1- 10. Sơ đồ lực tác dụng lên máy kéo xích chuyển động lên dốc
Theo sơ đồ hình 1- 10 ta khảo sát tính ổn định dọc động của máy kéo
xích khi chuyển động lên dốc. Ở trường hợp này máy kéo xích sẽ chịu tác
dụng của các lực sau:
- Trọng lực G;
- Lực cản Pf;