Luận văn thạc sĩ nghiên cứu động lực học quá trình chuyển số của máy kéo hộp số với cơ cấu sang số dưới tải

...

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 và kết quả nghiên cứu trong luận
văn này là trung thực và cha hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đ đợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này 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 và
hớng dẫn tận tình của T.S Nguyễn Ngọc Quế. Nhân dịp này tôi xin đợc bày
tỏ lời cảm ơn chân thành tới Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Quế, ngời đ tận tình
hớng dẫn và tạo mọi điều kiện cho tôi nghiên cứu và hoàn thành đề tài này.
Tôi cũng xin đợc bày 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 và toàn thể các
thầy cô giáo trong Trờng ĐHNNI - Hà Nội đ tận tình giảng dạy và 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 và giúp đỡ trong thời gian thực hiện đề
tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, rất
mong nhận đợc các ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn đồng
nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn.

Tác giả

Nguyễn Thanh TuÊn


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 và nhiệm vụ nghiên
cứu đề tài

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 và 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 d−íi tải

16

1.3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

17

2. Cơ sở lý luận của đề tài

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 và 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 hàm và 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 và đề nghị

67

4.1. Kết luận

67

4.2. Đề nghị

68

Tài 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 và 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 gài số

28
32
32
33

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

34

Hình 2.9. Sự dao động áp suất trong pittông của ly hợp khoá sè phơ thc vµo
thêi 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 là một trong những phơng tiện vận tải đóng vai trò hết
sức quan trọng cho sự tăng trởng và 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 số kỹ thuật nh hiệu suất làm việc cao, vì các dòng năng
lợng có thể là song song, sự tiêu hao năng lợng do ma sát chủ yếu là do
chuyển động tơng đối mà không chịu ảnh hởng của chuyển động theo, giảm
tiếng ồn khi làm việc, chuyển số một cách liên tục, không cắt dòng công suất
từ động cơ tới hệ thống truyền lực trong quá trình chuyển số, cho tỷ số truyền
cao nhng kích thớc tơng đối nhỏ gän v.v...
HiƯn nay trªn thÕ giíi sư dơng hƯ thèng truyền lực với hộp số sang số
dới tải đ trở lên khá phổ biến, nhng ở Việt Nam việc sử dụng các loại xe
này còn mới mẻ, sự am hiểu một cách tờng tận của công nhân và đội ngũ
cán bộ kỹ thuật về đặc điểm cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và các tính chất
động lực học của các loại xe đợc trang bị hệ thống truyền lực có hộp số với
cơ cấu sang số dới tải còn có những mặt bị hạn chế. Để góp phần cung cấp
những thông tin bổ ích cho cán bộ công nhân đang làm công tác quản lý cũng
nh đang trực tiếp khai thác sử dụng và vận hành các thiết bị có hộp số với cơ
cấu sang số dới tải, qua đó góp phần khai thác và sử dụng chúng đạt hiệu quả

kinh tế cao. xuất phát từ mục đích đó chúng tôi đ chọn đề tài 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 Hà Nội; Trờng Trung học Công nghiệp và Xây dựng- Quảng Ninh
víi c¸c néi dung:

1


+ Tìm hiểu về đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của các hệ thống truyền
lực điển hình đang đợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới.
+ Tính toán các thông số cơ bản trong quá trình chuyển số ở hệ thống truyền
lực máy kÐo cã hép sè víi c¬ cÊu sang sè d−íi tải.
+ Mô hình hoá và tính toán động lực học cho cơ hệ.
+ Khảo sát động lực học quá trình 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 d−íi tải.
+ So sánh các u nhợc điểm của hai hệ thống để từ đó có các lời khuyên
trong sử dụng và nâng cao hiệu quả kinh tế cho thiết bị, đa ra những kết luận
làm cơ sở cho việc nghiên cứu, vận hành và sử dụng.
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, mặc dù bản thân đ có
nhiều cố gắng song do khả năng và 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 hoàn chØnh h¬n.

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 là
truyền, biến đổi mô men quay và số vòng quay từ động cơ tới bánh xe chủ
động sao cho phù hợp với chế độ làm việc của động cơ và mô men cản sinh ra
trong quá trình chuyển động. Cắt dòng truyền động trong thời gian ngắn hoặc
dài tuỳ thuộc vào mục đích và điều kiện thực tế trong vận hành. Thực hiện đổi
chiều chuyển động nhằm tạo chuyển động lùi cho ô tô máy kéo. Tạo ra khả
năng chuyển động mềm mại và tính năng việt d trên đờng.
1.1.1.2. Các bộ phận chính
Hệ thống truyền lực trên ôtô, máy kéo là 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 lực bao gồm các
bộ phËn chđ u sau:
+ Bé ly hỵp,
+ Hép sè trun (còn gọi là hộp tốc độ, hộp số),
+ Truyền lực trung gian (bộ truyền động các đăng),
+ Bộ truyền động chÝnh,
+ Bé vi sai,
+ C¸c b¸n trơc.

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 này 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 phận c¬ khÝ, mét sè bé phËn thủ lùc,
mét sè bé phận điện từ.
* Phân loại theo đặc điểm biến đổi các số truyền
+ Truyền lực có cấp: là truyền lực có các tỷ số truyền cố định, việc thay đổi số
truyền theo dạng bậc.
+ Truyền lực vô cấp (Continuously Variable Transmissions: CVT) là dạng
truyền lực có tỷ số truyền biến đổi tuỳ thuộc vào chế độ làm việc động cơ và
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) và hệ thống truyền lực cơ khí thuỷ lực điều
khiển bằng tay hoặc ®iỊu khiĨn tù ®éng (Automatic Transmissions: AT).
1.1.2. HƯ thèng trun lực cơ khí trên ô tô - máy kéo [2, 9, 10, 12]
Trong hƯ thèng trun lùc c¬ khÝ th−êng sử dụng hai loại cơ bản là loại
phân cấp và 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 và máy kéo bánh lốp (hình 1.1 và 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. Vành 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 hợp là một cụm của hệ thống truyền lực nằm giữa động cơ và hộp
số chính. Chức năng của ly hợp trong hệ thống truyền lực ôtô, máy kéo là:
+ 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 và 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 toàn nhằm
tránh quá tải cho hệ thống truyền lực và 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 mà 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 là
tạo nên sự thay đổi mô men và 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 dài. 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 làm việc
trong điều kiện đồng ruộng và lực cản thay đổi một cách liên tục và trong
khoảng rộng nên để đảm bảo sự làm việc ổn định và kinh tế hộp số máy kéo
thờng bố trí nhiều số truyền, thông thờng có 9 số tiến trở lên và 2, 3 số lùi.
Đối với ô tô điều kiện làm việc thuận lợi hơn nhiều so với máy kéo và ô tô
thờng làm việc với tốc độ cao hơn so với máy kéo, do vậy trong hộp số ô tô

có ít số truyền hơn, thông thờng có 3 ữ 5 sè trun tiÕn vµ 1 sè lïi.

6


Nhìn chung, các hộp số cơ học đều có đặc điểm chung là 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 vành răng để gài số truyền thẳng
(ik = 1). Hộp số cơ học có u điểm là 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 điểm là gây ồn khi làm việc, khó sang số đòi hỏi sù khÐo lÐo cđa ng−êi
vËn hµnh khi sang sè. Mn gài số, ngời vận hành phải điều khiển sao cho
các bánh răng cần gài với nhau phải đợc quay cùng một tốc độ, có nh vậy
mới tránh cho các đầu răng của các cặp răng cần gài không bị vấp vào 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 là:
+ Bộ đồng tốc không thay đổi lực ma sát,
+ Bộ đồng tốc quán tính,
+ Bộ đồng tốc quán tính tăng lực.
Với bộ hoà đồng tốc này sẽ làm cho hộp số cơ học làm việc đợc êm dịu
hơn, tuy nhiên, trong sử dụng khi vào số bằng lực tác dụng quá lớn có thể dẫn
đến h hỏng khoá h m và cháy mòn vành ma sát, khi đó quá trình chuyển số sẽ
không còn êm dịu nữa. Việc ứng dụng giải pháp này cũng làm 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 mà 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 và các bán trục trên ô tô, máy kéo b¸nh lèp .

7