Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xác định hiệu suất truyền động của máy kéo xích b 2010

....

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học nông nghiệp hà nội
-------------***-------------

Phạm quang hữu

Nghiên cứu xác định hiệu suất truyền động
Của máy kéo xích b - 2010

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành : kỹ thuật máy và thiết bị
cơ giới hoá nông lâm nghiệp
MÃ số

: 60.54.14

Ngời hớng dẫn khoa häc: PGS.TS. ngun ngäc q

hµ néi - 2011


LỜI CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan những số liệu và kết quả nghiêm cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tơi xin cam đoan các thơng tin trích dẫn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc
Tác giả luận văn

Phạm Quang Hữu

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

i


LỜI CẢM ƠN
Có được kết quả nghiên cứu này, tơi ñã nhận ñược sự quan tâm, giúp ñỡ
nhiệt tình của rất nhiều cá nhân, tập thể.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế,
người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tơi trong q trình hồn thành
luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn tồn thể các thầy giáo, cơ giáo, cán bộ công nhân
viên Bộ môn ðộng lực, Khoa Cơ ðiện, Viện sau đại học Trường ðại học Nơng
nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ tơi trong q trình học tập, nghiên cứu và hồn chỉnh
luận vân tốt nghiệp.
Tơi xin chân thành cảm ơn các chuyên gia Trường ðại học Lâm nghiệp, Học
viện Kỹ thuật quân sự, ñã giúp ñỡ về mặt thiết bị cũng như khi thí nghiệm để hồn
thành luận văn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu, phịng đào tạo trường trung
cấp nghề cơ giới đồng bộ đã tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình học tập và nghiên cứu
Mặc dù ñã hết sức cố gắng nhưng do những khó khăn về tài liệu, thiết bị,
thời gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân nên luận văn khơng tránh
khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các Thầy, cơ và
bạn bè đồng nghiệp để luận văn này được hồn thiện hơn
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hải Dương, ngày 20 tháng 11 năm 2011
Tác giả

Phạm Quang Hữu

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục hình

vi

MỞ ðẦU

i

1.

Mục tiêu của ñề tài:

2

2.

Nhiệm vụ của ñề tài

3

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

4

1.1.

4

Tổng quan về máy kéo xích

1.1.1. Hệ thống truyền lực [5]

5

1.1.2. Hệ thống di ñộng xích

7

1.2.

Các chỉ tiêu ñánh giá tính chất kéo bám của máy kéo xích

10

1.3.

Tính chất cơ lý của đất

11

1.3.1

Khả năng chống nén của ñất

11

1.3.2. Khả năng chống cắt của ñất

13

1.4.

Tổng quan về tình hình phát triển máy kéo trên thế giới và Việt
Nam

19

1.4.1. Tình hình phát triển máy kéo trên thế giới

19

1.4.2. Tình hình phát triển máy kéo ở Việt Nam

20

CHƯƠNG 2 - CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ðỀ TÀI

22

2.1.

ðộng học bộ phận di động xích

22

2.2.

ðộng lực học của bộ phận di động xích

28

2.3.

Sự phân bố áp lực trên dải xích tiếp xúc với đất

31

2.4.

Lực cản chuyển động của máy kéo xích

39

2.4.1. Lực cản chung của máy kéo xích

39

2.4.2. Lực cản bên trong của hệ thống di động xích

39

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

iii


2.4.3. Lực cản ngồi

41

2.5.

Lực bám của máy kéo xích

46

2.6.

Cân bằng lực kéo của máy kéo xích

49

2.7.

Chất lượng kéo bám của máy kéo xích

52

Chương 3 XÁC ðỊNH HIỆU SUẤT TRUYỀN ðỘNG CỦA MÁY
KÉO XÍCH B-2010

54

3.1.

Tổng quan về máy kéo xích B-2010

54

3.2.

Hiệu suất kéo của máy kéo xích

57

3.3.

Tính tốn xác định cơng suất chi phí và hiệu suất của hệ thống
truyền lực

3.4.

Tính tốn xác định cơng suất chi phí do cản lăn và hiệu suất cản
lăn

3.5.

62

Xây dựng chương trình tính tốn hiệu suất kéo và hiệu suất của
hệ thống truyền lực của máy kéo B-2010

3.7.1. Xây dựng đường đặc tính động cơ
3.7.2

61

Xác định chi phí cơng suất do ma sát và hiệu suất do ma sát của
hệ thống di động xích

3.7.

61

Xác định chi phí cơng suất do trượt và hiệu suất do trượt của bộ
phận di động xích

3.6.

58

64
64

Tính tốn xác định hiệu suất kéo và hiệu suất trong hệ thống
truyền lực của máy kéo B-2010

67

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

71

4.1.

71

Mục đích, nhiệm vụ và phương pháp thí nghiệm

4.1.1. Mục đích

71

4.1.2

71

Nhiệm vụ

4.1.3. Phương pháp thí nghiệm

71

4.2.

Thiết kế và chế tạo thiết bị lắp ráp dụng cụ ño

76

4.2.1. Thiết kế và chế tạo thiết bị lắp ráp dụng cụ đo mơmen

76

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

iv


4.2.2. Thiết kế và chế tạo các thiết bị lắp ráp các dụng cụ đo khác

79

4.3.

80

Lắp đặt thiết bị thí nghiệm

4.3.1. Lắp ñặt các thiết bị ño

80

4.3.2. Kết nối các ñầu dây tín hiệu với thiết bị gom dữ liệu

81

4.3.3. Lập mơ đun thu thập số liệu thí nghiệm

82

4.4.

Tổ chức thí nghiệm

84

4.5.

Kết quả thí nghiệm

85

4.5.1. Một số hình ảnh đồ thị của thí nhiệm

85

4.5.1. Kết quả thí nhiệm

88

4.6.

89

Phân tích kết quả thí nghiệm

KẾT LUẬN

91

TÀI LIỆU THAM KHẢO

93

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

v


DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống truyền lực máy kéo xích

7

Hình 1.2. Hệ thống di động xích

9

Hình 1.3. ðặc tính nén của đất

12

Hình 1.4. ðặc tính cắt của ñất

14

Hình 1.5. Ảnh hưởng của tải trọng pháp tuyến ñến khả năng chống cắt của đất 15
Hình 1.6. Sự phụ thuộc lực cắt ñất T vào tải trọng pháp tuyến N

15

Hình 1.7. Ứng suất sinh ra trong đất do tác dụng của mẫu bám bánh xe

15

Hình 1.8. Sự phụ thuộc của hệ số ma sát nghỉ fn và hệ số ma sát trượt fδ vào áp suất p 17
Hình 1.9. Sự phụ thuộc ứng suất cắt vào biến dạng

17

Hình 1.10. Sự phụ thuộc ứng suất cắt giới hạn τδ và ứng suất pháp σ

17

Hình 2.1. ðộng học của dải xích

22

Hình 2.2 Quỹ ñạo chuyển ñộng của ñiểm trên bánh ñè xích cuối cùng

24

Hình 2.3. Quỹ đạo chuyển động của một ñiểm trên dải xích khi chuyển ñộng
ở các chế ñộ khác nhau

24

Hình 2.4. Q trình một mắt xích khi đi vào bánh đè xích

25

Hình 2.5. Sự chuyển động của nhánh xích chủ động khi vào khớp với bánh chủ
động và bánh đè xích

25

Hình 2.6. Lực tác dụng lên bộ phận di động xích khi chuyển động trên
mặt đồng nằm ngang

28

Hình 2.7. Phân bố áp lực trên phần dải xích tiếp xúc với đất

31

Hình 2.8. Ứng suất phân bố phía dưới các bánh đè xích

32

Hình 2.9. Quy luật phân bố ứng suất ứng suất theo chiều dài của phần
xích tiếp xúc với đất

33

Hình 2.10. Biểu đồ phân bố áp lực theo chiều dài phần xích tiếp xúc với
đất khi thay đổi tâm áp lực

38

Hình 2.11. Sơ đồ xác định lực cản lăn của máy kéo xích khi tính đến việc
tạo nên vết bánh
Hình 2.12. Sơ đồ lực tác dụng lên nhánh xích phía trước khi chuyển động

41
42

Hình 2.13. Mối quan hệ giữa lực kéo Pk và trọng lượng G khi cho các
giá trị khác mơt giá trị
Hình 2.14. Sơ đồ lực và mơmen tác dụng lên máy kéo xích
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

48
49
vi


Hình 2.15. Tính chất kéo bám của máy kéo xích với trọng lượng máy
kéo khác nhau

53

Hình 3.1. Máy kéo xích B-2010

54

Hình 3.2. Sơ đồ hệ thống truyền lực máy kéo xích B-2010

55

Hình 3.3. Sự phụ thuộc của các thành phần mơ men ma sát vào mơ men đ/c

58

Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất cơ học vào hệ số tải trọng động cơ

58

Hình 3.5. ðường đặc tính tốc độ của động cơ JD 32

66

Hình 3.6. ðường đặc tính tải trọng của động cơ JD 32

66

Hình 3.7. Hiệu suất truyền động của máy kéo xích trên nền đất

68

Hình 3.8. Hiệu suất truyền động của máy kéo xích trên nền bê tơng

69

Hình 4.1. Sơ đồ ngun lý hoạt động của Sensor V1 – Datron

73

Hình 4.2. Sensor quang học E3F3

74

Hình 4.3. Thiết bị đo lực kéo Z4

74

Hình 4.4. Thiết bị đo mơmen xoắn

74

Hình 4.5. Thiết bị Spider 8

75

Hình 4.6. Trục để lắp với đầu đo của thiết bị đo mơmen

77

Hình 4.7 . Giá và gối đỡ ổ bi của khâu trung gian

77

Hình 4.8. Cụm thiết bị đo mơmen, puly và trục

78

Hình 4.9. Khâu trung gian và thiết bị đo mơmen

78

Hình 4.10. Các lập là lắp ráp sensor ño vận tốc ñược hàn hoặc bắt chặt vào khung
Hình 4.11. Kết nối thiết bị thí nghiệm

81

Hình 4.12. Sơ đồ các mơđun thu thập số liệu thí nghiệm

82

Hình 4.13. Xác định lực cản lăn trên nền bê tông và các thông số (vận tốc, tốc độ
góc, nhiên liệu) trên nền bê tơng

85

Hình 4.14. Lực kéo ở móc và mơ men trên trục trung gian trên nền bê tơng

86

Hình 4.15. Xác định lực cản lăn trên nền bê tơng và các thơng số (vận tốc,

tốc độ góc, nhiên liệu) trên nền đất
Hình 4.16. Lực kéo ở móc và mơ men trên trục trung gian trên nền bê đất

87
88

Hình 4.17. Hiệu suất kéo và các hiệu suất trong hệ thống truyền lực của máy kéo
B 2010 khi làm việc trên nền đất

88

Hình 4.18. Hiệu suất kéo và các hiệu suất trong hệ thống truyền lực của

máy kéo B-2010 khi làm việc trên nền bê tông

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

89

vii


MỞ ðẦU
Cơ giới hóa nơng lâm nghiệp ở nước ta hiện nay ñã ñạt ñược những
thành tựu nhất ñịnh, phụ thuộc từng vùng kinh tế, từng loại cây trồng và tính
chất đất đai địa hình mà mức độ cơ giới hóa đạt được ở trình độ khác nhau.
Nhờ cơ giới hóa phục vụ sản suất nơng lâm nghiệp được chú trọng nên
vấn đề hiện đại hóa nơng nghiệp nơng thơn ñược thực hiện khá thành công,
bộ mặt nông thôn Việt nam hiện nay nhìn chung trong cả nước đã có những
biến đổi khá nhanh, tuy cịn những mặt hạn chế nhất ñịnh như vấn ñề cơ cấu

lại sản xuất, vấn ñề lao ñộng dư thừa chưa ñược bố trí một cách hợp lý và
khoa học nhưng những thành quả ñạt ñược bước ñầu là ñáng khích lệ.
Trong cơ giới háo nơng nghiệp nơng thơn, máy động lực là một vấn đề
đóng vai trị quan trọng và ở cách nhìn trong vấn đề trang bị năng lượng máy
động lực trong đó có ơ tơ máy kéo đóng vai trị quyết định.
Hiện nay máy kéo và ô tô phục vụ trong nông nghiệp nơng thơn ở Việt
Nam chủ yếu được nhập tử các nước XHCN cũ như Liên xô, Tiệp, CHDC
ðức v.v…và gần ñây là của một số nước trong khu vực như Trung Quốc,
Nhật và một vài nước khác. Việc sử dụng các máy móc này đã đóng góp cho
việc thực hiện thành cơng việc cơ giới hóa trong nơng nghiệp nước ta trong
giai đoạn vừa qua.
Tuy nhiên do tình hình ñịa lý, ñất ñai và tập quán canh tác cũng như
các yếu tố tự nhiên và xã hội khác mà một số loại máy kéo nhập vào Việt nam
chưa phát huy được hết tính năng kinh tế kỹ thuật của chúng, những máy kéo
công suất và trọng lượng lớn như T 150, T 150K, K 700 v.v… có thể sử dụng
có hiệu quả cao khi khai thác sử dụng trong cơng nghiệp, khai thác khống
sản v.v…những lại có hiệu quả rất thấp khi đưa vào sử dụng trong nơng
nghiệp đặc biệt trong vùng đồng bằng sơng hồng, nơi chủ yếu sản xuất cây
lúa nước, ở đó độ ẩm của đất cao, dẫn ñế khả năng di ñộng của máy kéo giảm,
hiệu suất kéo cũng như các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của các loại máy này
thường rất thấp thậm chí nhiều vùng nhiều nơi máy khơng có khả năng làm
việc do thụt nún.
Mỗi một nước, một quốc gia ñều có những đặc thù riêng về điều kiện
tự nhiên, tập qn canh tác, vấn đề lựa chọn, tính tốn và chế tạo máy kéo có
cơng suất, trọng lượng, loại hệ thống di ñộng (máy kéo bánh hay máy kéo
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

1

xích) phù hợp với từng vùng sản xuất là một vấn đề có ý nghĩa quan trọng để
nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn động lực trong nơng nghiệp hiện nay.
Các nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan v.v… đã
có nghành cơng nghiệp chế tạo máy kéo khá phát triển, hệ thống máy kéo
phục vụ nông nghiệp được chế tạo có nhiều mẫu mã khác nhau cả về kích cỡ
cơng suất trọng lượng cũng như loại hệ thống di động, nhờ vậy vấn đề cơ giới
hố nông nghiệp nông thôn ở các nước này phát triển ở mức độ cao.
Ở nước ta, ngành cơng nghiệp chế tạo máy kéo còn khá non trẻ, chúng
ta chỉ mới chế tạo được các máy kéo bánh hiệu Bơng sen tới 20 mã lực, hệ
thống truyền lực, hộp số và hệ thống trích cơng suất của các máy kéo này cịn
khá đơn giản và chưa phù hợp với nhiều dạng cơng việc khác nhau, khả năng
di động của máy kéo thấp ñặc biệt trên ñất ñộ ẩm cao và ñất ñồi dốc.
ðối với máy kéo xích phục vụ sản xuất nơng lâm nghiệp cho đến nay
chúng ta chủ yếu nhập từ nước ngồi. Việc nghiên cứu tính năng kéo bám,
khả năng di ñộng trên ñất nền yếu, ñất ñộ ẩm cao và đất đồi dốc, khả năng
quay vịng và điều khiển, hiệu suất truyền động nói riêng và hiệu suất kéo của
máy kéo xích nói chung từ đó xác định các thơng số cở bản của máy kéo xích
cũng như trọng lượng máy, cơng suất động cơ v.v… làm cơ sở khoa học cho
việc tính tốn thiết kế chế tạo một mẫu máy kéo xích phục vụ sản xuất nơng,
lâm nghiệp ở Việt Nam là một vấn ñề cần thiết có ý nghĩa thực tiễn.
Xuất phát từ các vấn đề phân tích trên, được sự phân cơng của Bộ mơn
ðộng lực, dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Ngọc Quế tơi được giao
và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xác định hiệu suất truyền động của máy kéo
xích B-2010”
Thực hiện thành cơng đề tài là cơ sở bước đầu cho việc tính tốn thiết
kế chế tạo và hồn chỉnh máy kéo xích B-2010 thuộc đề tài cấp Bộ do PGS.
TS. Nguyễn Ngọc Quế làm chủ trì đề tài.
1. Mục tiêu của ñề tài:
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất truyền ñộng của máy
kéo xích B-2010 nhằm ñánh giá hiệu suất truyền ñộng và làm cơ sở hoàn

thiện thiết kế kết cấu của mẫu máy.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

2


2. Nhiệm vụ của ñề tài
ðể thực hiện các mục tiêu trên, trong q trình thực hiện đề tài cần thực
hiện các nhiệm vụ sau:
- Tìm hiểu tổng quan về máy kéo xích, các điều kiện tự nhiên ảnh
hưởng đến q trình làm việc của máy kéo xích
- Nghiên cứu các mất mát chi phí cơng suất để khắc phục mất mát công
suất trong hệ thống truyền lực, hệ thống di động của máy kéo xích.
- Xác định được các hiệu suất trong hệ thống truyền lực, hệ thống di
ñộng và cuối cùng xác ñịnh ñược hiệu suất kéo của máy kéo xích.
-Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng đường hiệu suất
truyền động cho máy kéo xích B-2010.
- Phân tích các yếu tố về kết cấu cũng như các yếu tố sử dụng ảnh
hưởng ñến hiệu suất truyền ñộng của máy kéo B-2010.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

3


Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về máy kéo xích
Máy kéo là loại xe tự hành bằng bánh lốp hoặc bằng dải xích. Nó có thể
chuyển động trên đường và có thể làm việc cả ở những nơi khơng có đường xá hay

trên đồng ruộng. Máy kéo ñược dùng làm nguồn ñộng lực cho các máy cơng tác đi
theo chúng để hồn thành các công việc trong nông lâm nghiệp, công nghiệp, giao
thông vận tải, xây dựng v.v…
Trong nơng nghiệp máy kéo được sử dụng để thực hiện nhiều dạng cơng việc
khác nhau như: Cày, bừa, gieo trồng, chăm sóc cây trồng, thu hoạch, vận chuyển,
v.v…Ngồi ra máy kéo cũng có thể làm nguồn ñộng lực cho các máy tĩnh tại như
bơm nước, tuốt lúa, nghiền trộn thức ăn giá súc, v.v…
Trong lâm nghiệp, máy kéo được sử dụng để thực hiện các cơng việc như
làm ñất trồng rừng, khai thác gỗ, nhổ rễ cây, vận chuyển gỗ, v.v…
Trong giao thông vận tải, máy kéo được dùng để vận chuyển hàng hóa trên
các đường xấu hoặc khơng có đường giao thơng.
ðặc điểm chung của loại này là giảm ñược áp lực riêng trên ñất và có khả
năng bám tốt, tuy nhiên kết cấu hệ thống di động phức tạp, giá thành cao. Máy kéo
xích thường được sử dụng để hồn thành các cơng việc cần lực kéo lớn như san ủi,
cày bừa trên ñất ñộ ẩm cao, nhổ và ủi gốc cây, v.v…
Các loại này dùng ñể kéo hàng nặng trên nền ñất hoặc ñường tạm thời.
Chúng còn dùng như một ñầu kéo rơmooc hay là máy cơ sở của các máy xây dựng
(máy cạp, máy ủi, máy ñào, cần trục, v.v…). Máy kéo xích có áp lực riêng lên đất
nhỏ, hiệu suất kéo và lực bám cao nên có khả năng thơng qua lớn hơn bánh lốp. Tốc
độ di chuyển của chúng khơng quá 12 km/h, áp lực lên ñất của máy kéo xích
là 0,1 MPa.
Thơng số của máy kéo chủ yếu là lực kéo tại móc kéo, và cũng dựa vào đó mà
phân loại máy kéo thành từng nhóm. Lực kéo của móc kéo được xác định ở vùng tốc
độ làm việc chính 5 - 7 km/h đối với máy kéo bánh lốp. Lực kéo của máy kéo xích
gần bằng trọng lượng của nó. Các loại máy kéo cơng nghiệp thường phân thành nhóm
có sức kéo 100, 150, 200, 350, 500 kN. Các loại máy kéo cơng nghiệp có các loại
khác nhau ñể có thể làm máy cơ sở cho xe nâng hàng, máy ủi, máy xới, v.v… Cơng
suất động cơ của chúng phân bố trong một miền rất rộng từ 50 - 1800 kW hoặc hơn.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

4


Các bộ phận và hệ thống chính của máy kéo gồm: ðộng cơ, hệ thống truyền
lực, truyền lực các ñăng, cầu chủ ñộng, hệ thống di ñộng, hệ thống treo (hay cịn gọi
là hệ thống giảm xóc), hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệ thống phanh,
trang bị ñiện và các trang bị làm việc khác.
1.1.1. Hệ thống truyền lực [5]
Hệ thống truyền lực là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm
truyền mômen quay từ trục khuỷu ñộng cơ ñến bánh chủ ñộng của ơtơ, máy kéo.
Hệ thống truyền lực có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mơmen quay
truyền, cho phép máy kéo dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc, hệ thống
truyền lực cịn có thể trích một phần cơng suất của động cơ ñể truyền ñến bộ phận
làm việc của máy công tác. Phụ thuộc vào ñặc ñiểm cấu tạo của máy kéo cụ thể mà
trong hệ thống truyền lực của chúng có thể có một hai hay nhiều cầu chủ động.
Cầu chủ ñộng là tổ hợp của các cụm máy và cơ cấu cho phép các bánh chủ
ñộng quay với tốc ñộ khác nhau ñể bảo ñảm các bánh lăn êm dịu trên mặt đường
khơng bằng phẳng hay khi đi vào đường vịng, nó cịn làm tăng tỷ số truyền chung
cho hệ thống truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy.
Truyền lực các đăng dùng để truyền mơmen từ hộp số hay hộp phân phối
ñến các cầu chủ ñộng của ơtơ máy kéo, hoặc từ truyền lực chính đến các bánh xe
chủ ñộng trên cùng một cầu khi các bánh xe treo ñộc lập với nhau. Truyền lực các
ñăng cho phép các trục của các bộ phận máy ñược truyền động khơng nằm trong
cùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương ñối với nhau trong một giới hạn
nhất ñịnh.
Hệ thống truyền lực của máy kéo có sự khác nhau đáng kể so với hệ thống
truyền lực của ơ tơ. Các loại máy kéo bánh lốp hay bánh xích, thường khơng có bộ
vi sai, cịn khi quay vịng sẽ hãm một trong các dải xích.
Hệ thống truyền lực của máy kéo có thể là cơ khí, cơ - thuỷ lực và điện
Hệ thống truyền lực cơ khí của máy kéo xích gồm: ly hợp ma sát, hộp số, trục các

đăng, truyền lực chính, ly hợp bên hay cịn gọi là ly hợp chuyển hướng với phanh ñai,
trưyền lực cuối cùng với bánh chủ động. Trên giá xích ở phía trước là bánh xe chuyển
hướng với cơ cấu căng xích. Truyền động cuối cùng làm tăng mơmen quay các bánh
chủ ñộng. Ly hợp chuyển hướng là một khớp nối ma sát nhiều đĩa ln đóng. Nếu bộ
ly hợp chuyển hướng của một bên được mở, bên kia quay thì cơng suất động cơ sẽ
được truyền cho bán trục của phía có ly hợp đóng. Bánh xích chủ động của bên ly
hợp đóng sẽ quay. Kết quả là máy kéo sẽ quay vịng về phía ly hợp mở.

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

5


Thường tại mỗi bộ ly hợp chuyển hướng có trang bị hệ thống phanh để hãm
khi cần thiết. Do đó nếu vừa mở ly hợp vừa phanh bán trục bên ly hợp mở thì tồn
bộ mơmen quay sẽ truyền cho bán trục bên kia. Kết quả là máy kéo có thể quay
vịng tại chỗ. Khi đẩy núm của cần điều khiển về bên trái, ñĩa ép bị kéo về bên phải,
các ñĩa chủ ñộng và bị ñộng tách nhau ra, ly hợp ñược mở. Trục bị ñộng của ly hợp
tách khỏi truyền lực chính. Truyền lực cuối cùng và bánh xích chủ động bên phía ly
hợp mở khơng nhận được mơmen quay nữa. Trả cần điều khiển về vị trí ban đầu, ly
hợp được đóng. Truyền lực chính và bánh xích chủ động lại nhận được mơmen quay.
Ở bộ truyền cơ khí của máy kéo bánh lốp động cơ đặt ở phía trước rồi đến ly
hợp, trục các đăng, hộp số, truyền lực chính, ly hợp bên với phanh đai, truyền lực
bên làm quay các bánh lốp.
Ở bộ truyền lực máy kéo xích, đầu kéo một trục và hai trục, sát xi chuyên
dụng cho xe nâng hàng các khớp nối ma sát ñược thay bằng biến tốc thuỷ lực. Như
vậy mối liên kết ñộng học cứng giữa ñộng cơ và các bánh chủ ñộng ñược thay bằng
mối liên kết chất lỏng. Hệ truyền thuỷ lực này là hệ thống thuỷ cơ. Khi lực cản di
chuyển lớn thì việc dùng biến tốc thuỷ lực sẽ làm tăng mơmen quay của động cơ
nhờ hệ số biến đổi lớn. Q trình làm việc của biến tốc thuỷ lực chuyển sang chế ñộ

làm việc với hiệu suất cao hơn hẳn. Khi ấy quá trình sang số ñược thực hiện một
cách tự ñộng, tức là số cao chỉ ñược thực hiện khi trụ thứ ñạt ñược số vòng quay
nhất ñịnh. Lúc này ñộng cơ làm việc ở cơng suất tối đa, cịn việc sang số ñược thực
hiện liên tục mà không cần ngắt mômen quay. Nhờ vậy mà giảm tải trọng động lên
động cơ, có nghĩa là làm tăng tuổi thọ của ñộng cơ và bộ truyền lực.
Với máy kéo có bộ truyền lực điện thì mơmen quay được truyền từ động cơ
điện một chiều tới bánh xích chủ động qua bộ ly hợp bên và bộ truyền lực cuối
cùng. ðộng cơ ñiện ñược cung cấp ñiện năng do máy phát ñiện dẫn ñộng bởi ñộng cơ
máy kéo. Hệ thống dẫn ñộng gồm ñộng cơ diesel - máy phát - ñộng cơ ñiện làm cho
sơ ñồ ñộng của hệ truyền lực ñơn giản hơn (không có hộp số và hộp các đăng), đặc
biệt là cho phép thay đổi tốc độ và mơmen quay một cách vơ cấp tuỳ theo lực cản bên
ngồi. Các bộ truyền lực kiểu thuỷ - cơ và truyền động điện hồn tồn đáp ứng chế độ
làm việc của máy kéo có rơmooc và các cơ cấu làm việc của máy xây dựng.
Bố trí hệ thống truyền lực trên máy kéo
Ở máy kéo, do người lái thường ngồi phía sau để quan sát sự làm việc của
các máy cơng tác đi theo máy kéo, nên khớp nối 2 thường được bố trí giữa ly hợp 1
và hộp số 3, bố trí như vậy sẽ giúp cho hộp số máy kéo ñược ñặt ngay phía dưới
buồng lái, nhờ đó cấu tạo cơ cấu ñiều khiển hộp số ñơn giản và thuận tiện khi ñiều
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

6


khiển. Ngồi ra, vì máy kéo cần lực kéo lớn, nên trong hệ thống truyền lực thường
có truyền lực cuối cùng 6 ñể làm tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống truyền lực.

9
8
7

1

2

3

6
4

5
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống truyền lực máy kéo xích
1 – Ly hợp; 2 – Khớp nối; 3 – Hộp số; 4 – Truyền lực chính;
5 – Dải xích; 6 – Bán trục; 7 – Bộ phận chuyển hướng;
8 – Truyền lực cuối cùng; 9 – Bánh sao chủ động;
Trên hình 1.1 trình bày sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực của máy kéo xích
kiểu một dịng cơng suất, khác với truyền lực của máy kéo bánh, ở máy kéo xích,
sau truyền lực trung tâm 4 là ñến hai bộ phận chuyển hướng 7 của máy kéo xích, từ
trục bị động của bộ phận chuyển hướng, mơmen được truyền đến truyền lực cuối
cùng 8 rồi ñến bánh sao chủ ñộng 9, bánh sao chủ ñộng ăn khớp với mắt xích của
dải xích và đẩy cho máy kéo dịch chuyển trên đường ray vơ tận do dải xích tạo nên.
Hiện nay trên một số máy kéo xích có cơng suất lớn dùng trong cơng nghiệp và các
xe chuyên dụng, hệ thống truyền lực của chúng thường dùng kiểu hai dịng cơng
suất truyền từ động cơ đến hai bánh sao chủ động của hai dải xích riêng biệt. Với hệ
thống truyền lực như vậy, sẽ làm cho truyền lực chính cũng như các chi tiết trong
hộp số có kích thước nhỏ gọn hơn vì chịu tải trọng thấp hơn. ðiểm ñặc biệt ở hệ
thống truyền lực hai dịng cơng suất là trong hộp số của máy kéo có hai trục thứ
cấp, mỗi trục thứ cấp truyền mơmen cho một truyền lực chính riêng ở cầu chủ
động và cho một bánh sao chủ ñộng của một bên dải xích.
1.1.2. Hệ thống di động xích
Hệ thống di động xích gồm có hai dải xích khép kín, hai bánh hướng dẫn

xích và căng xích 1 và hai bánh sao chủ động 6, ngồi ra trong hệ thống di động
xích cịn có một loạt các bộ phận phụ trợ khác đó là các bánh đè xích 9, các bánh đỡ
xích 5 cơ cấu căng xích và giảm chấn 4, ở một vài loại bộ phận di động xích khi sử

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

7


dụng bánh đè xích có đường kính lớn (như máy kéo TT - 4) khi đó khơng cần sử
dụng các bánh đỡ xích.
Xích gồm các mắt xích bằng kim loại liên kết khớp với nhau nhờ chốt xích
hoặc xích cao su có lõi thép mềm tạo thành một vịng khép kín. Phần lớn máy kéo
xích có xích bằng mắt xích kim loại, loại này có ưu điểm có độ bền cao, cho lực kéo
tiếp tuyến lớn, thường sử dụng cho các máy kéo làm việc với lực kéo lớn ở móc hay
ở ben đẩy.
Xích cao su là băng bằng dải cao su có lõi thép thường sử dụng trên các máy
kéo nơng nghiệp cơng suất nhỏ và trung bình đặc biệt các máy kéo dùng cho việc
chăm sóc cây trồng, thu hoạch hoặc không cần lực kéo lớn.
Khoảng cách giữa tâm của hai chốt xích gọi là bước của xích ký hiệu là tx .
Bánh sao chủ ñộng dùng ñể truyền mơmen quay từ động cơ truyền đến qua
hệ thống truyền lực đến xích, việc ăn khớp giữa bánh sao chủ động với xích có thể
nhờ ăn khớp vấu, ăn khớp răng hoặc nhờ ma sát
Hiện nay, trong máy kéo xích nơng nghiệp chủ yếu sử dụng loại bánh chủ
động hình sao ăn khớp với xích theo kiểu ăn khớp răng.
Cơ cấu di dộng
Cơ cấu di ñộng ñảm bảo chuyển ñộng của máy kéo và giữ ổn ñịnh cho khung
máy kéo. Cơ cấu di ñộng do các bộ phận sau ñây hợp thành:
Cơ cấu treo
Cơ cấu treo có nhiệm vụ nối khung với cơ cấu di ñộng, ñảm bảo chuyển

ñộng êm dịu, khơng gây va đập bất thường khi máy kéo di ñộng. Tùy theo kết cấu
của từng loại máy kéo mà số lượng chi tiết của cơ cấu treo nối khung với bánh đè
xích có thể khác nhau.
Bánh sao chủ động có nhiệm vụ nhận chuyển động quay từ bộ phận truyền
lực cuối cùng, nhờ ăn khớp với dải xích biến thành lực kéo, đẩy khung máy lăn trên
đường ray vơ tận do dải xích tạo nên làm tồn bộ máy kéo chuyển ñộng tịnh tiến.
Bánh bị ñộng hay cịn gọi là bánh hướng dẫn và căng xích phụ thuộc vào
việc bố trí bánh sao chủ động, nó có thể bố trí ở phía trước hay phía sau. Thiết bị
căng xích dùng để điểu chỉnh lực căng ban đầu của xích cũng như độ võng tự do h
của dải xích khi làm việc, tăng lực căng ban đầu dẫn ñến tăng mất mát do ma sát
trong hệ thống di động xích, cịn giảm lực căng ban đầu dẫn đến làm tăng ñộ võng
tự do h làm tăng rung ñộng nhánh xích khơng tải dẫn đến dễ làm tụt xích.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

8


3

V

2

2

5

h

2

Mk

4

1

6

10
9

7
8

Hình 1.2. Hệ thống di động xích
1- Bánh hướng dẫn và căng xích; 2- Các mắt xích đang ăn khớp;
3- Các mắt xích ở nhánh khơng làm việc; 4- Bộ phận căng xích;
5- Bánh đỡ xích; 6- Bánh sao chủ ñộng; 7- Nhánh xích làm việc;
8- Nhánh xích tiếp xúc mặt đất; 9- Các bánh đè xích
10. Nhánh xích phía trước
Bộ phận giảm chấn dùng ñể làm giảm tải trọng ñộng tác dụng lên bộ phận
di ñộng xích khi máy kéo di động trên địa bàn khơng bằng phẳng hoặc bộ phận di
động xích gặp phải các vật cản đột ngột như gạch ñá v.v…
So sánh phần di ñộng của máy kéo bánh xích và máy kéo bánh lốp
+ Ưu điểm
- Nếu xích đủ rộng và dài thì mặt tựa của xích lên đất sẽ lớn, nên mặc dù
trọng lượng máy kéo xích lớn mà áp suất của máy lên mặt đất vẫn nhỏ 0,5 ÷ 1
kG/cm2. Vì vậy máy kéo xích có thể chuyển động trên mặt đất mềm hoặc đất độ ẩm
tương đối cao, mà khơng lún, khơng nén sâu xuống đất.
- Mấu bám của dải xích lớn hơn so với mấu bám của bánh lốp và số lượng

nhiều hơn nên bám đất tốt hơn, ít bị trượt.
+ Nhược điểm
- Có cấu tạo phức tạp, trọng lượng lớn.
- Hao mịn nhiều, địi hỏi chi phí lớn chăm sóc sửa chữa.
Do các ưu, nhược ñiểm trên nên máy kéo bánh xích được dùng ở những nơi
và làm những cơng việc mà máy kéo bánh lốp khơng thể làm được hoặc làm việc
kém hiệu quả. ðối với một số dạng cơng việc như san ủi, cạp đất, cày trên đất độ
ẩm cao v.v…máy kéo xích có năng suất và hiệu quả sử dụng cao hơn máy kéo bánh

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

9


lốp. Nhưng đối với máy kéo có cơng suất nhỏ thì việc dùng cơ cấu di động bằng
xích bị hạn chế nhiều, ngồi ra tính cơ động của máy kéo xích thấp, giá thành chế
tạo cũng như chăm sóc sửa chữa tốn kém hơn.

1.2. Các chỉ tiêu đánh giá tính chất kéo bám của máy kéo xích
Tính năng kéo là một trong những tính năng sử dụng quan trọng biểu thị khả
năng thực hiện các công việc kéo ở các ñiều kiện sử dụng khác nhau. Tính năng này
phụ thuộc chủ yếu vào khả năng bám của hệ thống di ñộng, công suất của ñộng cơ,
số truyền và sự phân bố tỉ số truyền, lực cản lăn của máy. Khả năng bám và lực cản
lăn của máy kéo phụ thuộc vào loại, kết cấu của hệ thống di ñộng, sự phân bố trọng
lượng trên các bánh xe, tính chất đất ñai và ñộ dốc mặt ñường.
Các chỉ tiêu ñánh giá tính năng kéo bám bao gồm độ trượt, tốc độ chuyển
động, cơng suất kéo, chi phí nhiên liệu giờ, chi phí nhiên liệu riêng, hiệu suất kéo,
lực cản lăn khi làm việc ở các số truyền khác nhau. Hệ số bám và lực bám cũng là
chỉ tiêu đánh giá tính năng kéo nhưng không phụ thuộc vào số truyền làm việc.
ðể đánh giá tính năng kéo thường sử dụng đường đặc tính kéo, đó là mối

quan hệ giữa các chỉ tiêu kéo với lực kéo khi làm việc với các số truyền khác nhau,
trong các ñiều kiện ñất ñai khác nhau.
Tính năng động lực học của máy kéo khi thực hiện các cơng việc trên
đồng ruộng hoặc các cơng việc xây dựng sẽ ñược ñặc trưng bởi khả năng khắc
phục hiện tượng quá tải, khả năng rời chỗ và tăng tốc với tải trọng kéo lớn. Khi
vận chuyển tính năng ñộng lực học của máy kéo ñược ñặc trưng bởi tốc ñộ
chuyển ñộng cực ñại, gia tốc và ñộ dốc lớn nhất mà xe có thể vượt được.
Tính năng kéo và tính năng động lực học ảnh hưởng rất lớn ñến năng suất
của liên hợp máy kéo. Do vậy việc nghiên cứu và tìm hiểu các tính năng này là một
trong những nhiệm vụ cơ bản của mơn động lực học chuyển ñộng của máy kéo.
Khi nghiên cứu các chỉ tiêu kéo của máy kéo cần phải nghiên cứu ảnh
hưởng của các thông số cấu tạo của hệ thống di ñộng, sự phân bố trọng lượng
trên các cầu, các tính chất cơ lý của đất, sự phù hợp cơng suất của ñộng cơ, sự
phân bố tỉ số truyền với khả năng bám của hệ thống di ñộng.
Khi máy kéo làm việc ở độ dốc, cịn phải nghiên cứu sự ảnh hưởng của độ
dốc đến các chỉ tiêu đó.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

10


1.3. Tính chất cơ lý của đất
Các tính chất cơ học của đất có ảnh hưởng trực tiếp đến các thành phần tác
động lên dải xích của máy kéo từ ñó làm ảnh hưởng ñến khả năng kéo bám của hệ
thống di ñộng máy, ảnh hưởng ñến hiệu suất làm việc và các chỉ tiêu kinh tế, kỹ
thuật khác của liên hợp máy kéo.
Việc nghiên cứu sâu về các tính chất cơ lý của đất đã có chun ngành riêng,
đó là cơ học ñất. Trong phạm vi ñề tài luận án, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu một
số tính chất cơ bản liên quan ñến khả năng và hiệu suất làm việc của các liên hợp

máy kéo.
Nhiều cơng trình nghiên cứu về sự tương tác giữa hệ thống di ñộng của ô tô,
máy kéo với nền ñất ñã khẳng ñịnh khả năng chống biến dạng của ñất theo phương
pháp tuyến (vng góc với nền đất) và theo phương tiếp tuyến (song song với nền
ñất) gây ảnh hưởng lớn nhất ñến các chỉ tiêu kéo bám, khả năng lái, hiệu quả phanh,
và ảnh hưởng đến tính ổn định chuyển động của liên hợp máy.
Dưới tác ñộng của hệ thống ñi ñộng sẽ làm cho các phần tử ñất xê dịch theo
các phương khác nhau và xuất hiện các ứng suất theo các phương đó. ðể tiện cho
việc nghiên cứu, thơng thường người ta phân tích các ứng suất theo hai thành phần:
thành phần pháp tuyến σ và thành phần tiếp tuyến τ . Thơng qua các quy luật thay
đổi và các giá trị giới hạn của các ứng suất này ta có thể đánh giá khả năng chống
biến dạng và khả năng mang tải của nền ñất tiếp xúc với dải xích của máy kéo. Các
thơng số này thường được sử dụng làm thơng số đầu vào cho các mơ hình nghiên
cứu tính chất kéo bám của hệ thống di ñộng máy kéo.
Các tính chất cơ lý của ñất ñược nghiên cứu khá sâu ở các cơng trình nghiên
cứu của N.A Xưtôvich, M.G Becker, GS.TSKH Phạm Văn Lang, TS Phạm Văn
Ngân [14]. Các tính chất này của đất ảnh hưởng trực tiếp ñến khả năng di chuyển
của máy kéo.
1.3.1 Khả năng chống nén của ñất
ðể nghiên cứu khả năng chống nén của ñất thường người ta sử dụng thiết bị
chuẩn ñể ép ñầu ño vào trong ñất.
Quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến σ và biến dạng h [14][15] trong q trình
nén được thể hiện trong hình 1.3. ðồ thị này có tên gọi là đặc tính nén của đất hay
đường cong nén đất. ðặc tính nén của đất có thể chia thành 3 phần tương ứng với
ba giai ñoạn của q trình nén đất. Trong giai đoạn thứ nhất chỉ xảy ra sự nén
chặt làm cho các phần tử ñất xích lại gần nhau, quan hệ giữa ứng suất và độ biến

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

11

dạng là tuyến tính. Trong giai đoạn thứ hai sự nén chặt ñất vẫn tiếp tục xảy ra
nhưng ñồng thời xuất hiện cục bộ hiện tượng cắt ñất ở một số vùng bao quanh
khối đất. Khi đó ứng suất lớn hơn lực nội ma sát và lực dính giữa các hạt đất, do
đó biến dạng sẽ tăng nhanh hơn so với sự tăng ứng suất và quan hệ giữa chúng là
phi tuyến. Cuối giai đoạn hai ứng suất trên tồn bộ vùng bao quanh khối ñất lớn
hơn nội lực ma sát và lực dính giữa các phần tử đất, q trình nén chặt đất kết
thúc và bắt đầu xảy ra hiện tượng trượt hồn tồn giữa khối đất và vùng ñất bao
quanh nó và ứng suất pháp tuyến ñạt giá trị cực ñại. Trong giai ñoạn thứ ba chỉ
xảy ra hiện tượng truợt của khối đất, ứng suất khơng tăng nhưng biến dạng vẫn
tiếp tục tăng. Ở một số loại ñất trong giai ñoạn này ứng suất còn giảm xuống
chút ít.
σ

σmax

σ0

I
0

II

III

h*
Hình 1.3. ðặc tính nén của đất

h

Sự xuất hiện ứng suất pháp tuyến trong ñất là do tác ñộng của ngoại lực
(lực nén). Khi tăng lực nén sẽ làm tăng ứng suất cho ñến khi ñạt ñến ứng suất
cực ñại, sau đó dù có tăng lực nén ứng suất khơng tăng nữa. Do đó ứng suất cực
đại σmax sẽ đặc trưng cho khả năng chống nén của ñất. Giá trị cực ñại σ max và ñộ
sâu h* phụ thuộc vào loại đất và trạng thái vật lý của nó. Do vậy σ max thường ñược
sử dụng ñể ñánh giá khả năng chống nén và khả năng mang tải của ñất.
Sự biến dạng của ñất theo phương pháp tuyến liên quan ñến ñộ sâu của vết
bánh xe và do ñó ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy kéo. Vì vậy ñường ñặc tính
nén ñất ñược sử dụng như một cơ sở khoa học để tính tốn thiết kế hệ thống di
ñộng của máy kéo.
Khi chỉ nghiên cứu vùng quan hệ tuyến tính có thể sử dụng cơng thức đơn
σ = hk ,
(1 – 1)
giản nhất:
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

12


Trong đó:
k – hệ số biến dạng thể tích, N/m3, phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất.
h – ðộ biến dạng của đất, m.
ðể mơ tả tồn bộ ñường cong, M.G Becker ñã ñề suất hàm số mũ:

k



σ =  0 + kϕ  h n ,

b


(1 – 2)

Trong đó:

k0 – Hệ số bám, N/m1+n.
b – đường kính ñầu ño, m.

kϕ – Hệ số ma sát trong của ñất, N/m1+n;
n – Chỉ số mũ.
h – ðộ biến dạng của ñất, m
Theo V.V Kasưghin, ñường cong nén ñất ñược mô tả theo hàm tang
Hypecpolic sẽ phù hợp với thực tế hơn, cụ thể ơng đã đề suất cơng thức:

σ = σ 0th

k

σ0

h

(1 – 3)

Trong đó:

σ 0 – là ứng suất giới hạn của ñất khi nén bằng ñầu ño, Pa.
k – hệ số biến dạng thể tích, N/m3;

h – ñộ biến dạng của ñất.
Công thức (1 – 3) là công thức tổng quát của các công thức (1 – 1) và công
thức (1 – 2). Thực tế ta khai triển hàm hypecpolic (1 – 3) theo dạng chuỗi và chỉ lấy
số hạng thứ nhất sẽ nhận được cơng thức (1 – 1), sau đó sử dụng một vài phép biến
đổi sẽ nhận được cơng thức (1 – 2).
1.3.2. Khả năng chống cắt của ñất
Các yếu tố cơ bản ñể tạo ra lực chống cắt của ñất là các thành phần lực liên
kết phần tử và lực liên kết do sức căng của bề mặt và lực nội ma sát trong đất.
Trong q trình cắt đất theo phương ngang xảy ra sự biến dạng và xuất hiện
các ứng suất tiếp tuyến. Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ giữa biến dạng δ
và ứng suất τ có dạng như đồ thị trên hình 1.4.
Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

13


τmax1
τ

τδ2
τmax2 =ττδ2
τ
1
2

0
δ0
τ Hình 1.4. ðặcτtính cắt của đất

δ

τ

1 - ðất chặt; 2 - ðất xốp
ðối với ñất chặt, ứng suất cắt cực ñại τ max và δ 0 , sau ñó giảm dần ñến một
giá trị tới hạn nào ñó τ δ 1 rồi xảy ra trượt hồn tồn (đường ñồ thị số 1). ðối với ñất
xốp thì ứng suất cắt τ tang dần tới giá trị cực ñại τ max 2 rồi xảy ra hiện tượng trượt
hoàn toàn, nghĩa là giá trị tới hạn bằng bằng giá trị cực ñại τ δ 2 = τ max 2 (ñường ñồ
thị số 2).
Khả năng chống cắt của ñất ñược ñặc trưng bởi ứng suất tới hạn của nó. Giá
trị ứng suất tới hạn τ δ phụ thuộc vào loại ñất và ứng suất pháp tuyến τ .
Trên hình 1.5a thể hiện ñặc tính cắt ñất rời khi thay ñổi các giá trị ứng suất
pháp khác nhau. Với áp suất ngoài càng lớn thì ứng suất giới hạn τ δ cũng càng lớn.
Quan hệ giữa ứng suất cắt τ δ và ứng suất pháp σ là tuyến tính, thể hiện trên hình
1.5b và được biểu diễn bởi cơng thức:

τ δ = σ tgϕ .

(1 – 4)

Trong đó: ϕ - Góc ma sát của đất.
ðối với đất dính, quan hệ giữa ứng suất giới hạn và ứng suất pháp có dạng
như hình 1.5c và mối quan hệ đó được thể hiện bằng cơng thức:

τ δ = τ 0 + σ tgϕ ,

(1 – 5)

Trong đó: τ 0 - Ứng suất cắt do lực dính gây ra.

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

14


τ

τδ
3
τ
2
τ
1
τ

τδ = σtgφ
φ

0
τ

a)

∆

0
τ

τδ
Hình 1.5. Ảnh hưởng của tải trọng
pháp tuyến ñến khả năng chống cắt

của ñất
a) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τ và
chuyển vị ∆ (1, 2, 3 với ba mức ứng
suất pháp tăng dần).
b) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τδ và
τ0
chuyển vị σ khi cắt ñất rời.
c) Quan hệ giữa ứng suất tiếp τδ và
0
chuyển vị σ khi cắt đất dính.

σ

b)

τδ = τ0 +σtgφ
φ

σ

c)

τ

Trong thực tế, điều kiện làm việc của máy kéo thường chuyển ñộng trên các
loại đất tự nhiên. Q trình tương tác giữa hệ thống di động xích (xích hoặc bánh
xe) với nền đất xảy ra phức tạp hơn. Các mấu bám cắt ñất theo 3 mặt: mặt ñáy, và 2
mặt cạch. Quan hệ giữa lực cắt T và tải trọng pháp tuyến N có dạng như hình 1.6.
Q trình cắt đất có thể mơ hình hóa như hình 1.7.
v

T

τc

T0

τ

a
τ
0
τ

τc

φ
ττ

N
τ

hb

p

∆
Hình 1.6. Sự phụ thuộc lực cắt đất T
Hình 1.7. Ứng suất sinh ra trong ñất
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

15
vào tải trọng pháp tuyến N
do tác dụng của mẫu bám bánh xe


Lực chống cắt của đất biểu thị qua cơng thức : T = T0 + Ntg ϕ
Trong đó :

(1 – 6)

T0 – Lực dính.
N – Tải trọng pháp tuyến.

ϕ - Góc ma sát trong.
Nếu chúng ta ký hiệu lực ma sát nghỉ là Tn = Tmax và fn là hệ số ma sát nghỉ
thì ta có thể xác định chúng theo công thức sau :
Tn = fnN ; fn = tgϕ +

T0
;
N

Chia lực T0 và N cho diện tích tiếp xúc A ta nhận ñược :

τ0 =

T0
- Là ứng suất chống cắt do lực dính tạo ra.
A

p=

N
- Áp suất do tải pháp tuyến N gây ra.
A

Khi đó hệ số ma sát nghỉ có thể tính theo cơng thức:
fn= tgϕ +

τ0
N

,

(1 – 7)

Qua công thức (1 – 7) ta thấy hệ số ma sát nghỉ phụ thuộc vào áp suất p (với
sự tăng p làm giảm fn). ðôi khi người ta còn gọi hệ số ma sát nghỉ là hệ số ma sát
nằm ngoài nhằm phân biệt ma sát trong f = tgϕ ( trong đó ϕ là góc ma sát trong).
Khi ngoại lực tác dụng lên ñất bằng hoặc lớn hơn ma sát nghỉ thì sẽ xảy ra sự
trượt tương ñối với nhau giữa các phần tử ñất. Khi ñó lực chống cắt sẽ được tính
theo lực ma sát trượt:

Tδ = fδ N
Trong đó : fδ - hệ số ma sát trượt.
ðơi khi hệ số ma sát trượt cịn được gọi là hệ số ma sát trong. Hệ số này phụ
thuộc vào áp suất ngoài p. Thực nghiệm cho thấy rằng sự phụ thuộc của các hệ số
ma sát vào áp suất p có dạng như hình 1.8.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

16


f n, f δ

fn
fδ
p
0
τ Sự phụ thuộc của hệ số ma sát nghỉ fτn và hệ
Hình 1.8.
số ma sát trượt fδ vào áp suất p
Quan hệ giữa ứng suất cắt τ và ñộ biến dạng ∆ cũng tương tự như thí
nghiệm cắt đất trong hộp kín.

τ

τδ

τmax = τn
τmax2 = τδ2
τ

τδ
τ

1

τc = τ0 + σfδ

τ

2

τ0
τ
0
τ

∆0

∆

τ

τ

Hình 1.9. Sự phụ thuộc ứng suất
cắt vào biến dạng
1 - ðất chặt; 2- ðất dẻo

0
τ

σ
τ

Hình 1.10. Sự phụ thuộc ứng suất
cắt giới hạn τδ và ứng suất pháp σ

Mơ tả tốn học đườn cong cắt đất
ðề mơ tả đường cong cắt đất, M.G Becker [14] đề xuất áp dụng dao động
điều hịa có dạng:

X = B1e −α1t + B2e−α 2t
Trong đó: B1 ,α1, B2 ,α 2 - Các hệ số đặc trưng q trình dao động.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………….

17