BỘ GIÁO DỤC & ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KIỀU QUANG THỌ
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ðỘNG VÔ CẤP
PHÂN TẦNG CHO MÁY KÉO NHỎ 4 BÁNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH:
MÃ SỐ:
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
60 52 01 03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. BÙI VIỆT ðỨC
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn:
Ban Giám hiệu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Viện ñào tạo Sau ñại
học, Khoa Cơ ñiện, Bộ môn ðộng lực.
Hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc ñến:
TS. Bùi Việt ðức – Trưởng Bộ môn ðộng lực - Khoa Cơ ñiện - Trường ðại
học Nông nghiệp Hà Nội ñã dành nhiều thời gian quý báu ñể tận tình hướng dẫn,
giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
PGS. TS. Bùi Hải Triều – Nguyên Trưởng bộ môn ðộng lực - Trường ðại
học Nông nghiệp Hà Nội ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi ñể tôi thực hiện luận văn
này.
Các thầy cô trong Bộ môn ðộng lực - Khoa Cơ ñiện - Trường ðại học Nông
nghiệp Hà Nội.
Nghiên cứu sinh Nguyễn Công Thuật - Bộ môn Ô tô - Khoa Ô tô Trường
ðại học Công nghiệp Việt – Hung.
ðể hoàn thành luận văn này, tôi còn nhận ñược sự ñộng viên khích lệ rất lớn
của người thân, gia ñình và bạn bè. Tôi xin chân thành cảm ơn những tình cảm cao
quý ñó.
Tác giả luận văn
1.2.2. Hộp số vô cấp dạng thủy lực 11
1.3.3. Hộp số dùng truyền ñộng ñiện (Tðð) 13
1.2.4. So sánh các loại hộp số vô cấp (CVT) 14
1.2.5. Tiêu chí lựa chọn hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo 15
2.2. Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài luận văn 16
2.2.1. Mục ñích 16
2.2.2. Nhiệm vụ 16
CHƯƠNG II XÂY DỰNG SƠ ðỒ TRUYỀN ðỘNG VÔ CẤP PHÂN
TẦNG CHO MÁY KÉO NHỎ 4 BÁNH 17
2.1. Các sơ ñồ truyền ñộng bao vòng trên máy kéo, máy nông nghiệp
tự hành 17
2.2. Phác thảo hệ thống truyền ñộng vô cấp phân tầng trên cơ sở bộ truyền
ñai bản rộng biến tốc 19
2.2.1.
Kết cấu tổng thể 20
2.2.2. ðộng cơ 21
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
3.3.5.
Kiệm nghiệm góc ôm β 38
3.3.6. Tính lực căng ban ñầu của ñai và lực tác dụng lên trục 38
3.3.7.
Tính toán cơ cấu ép bánh ñai chủ ñộng 39
3.3.8.
Tính toán lò xo ép bánh ñai bị ñộng 44
3.3.9.
Mô hình mô phỏng quá trình thay ñổi tỷ số truyền bộ truyền ñai 47
CHƯƠNG IV XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TRUYỀN ðỘNG VÔ
CẤP PHÂN TẦNG CHO MÁY KÉO NHỎ 4 BÁNH 48
4.1. Mô hình mô phỏng 48
4.1.1. Sơ ñồ mô phỏng truyền ñộng ñai vô cấp trên hệ thống truyền
lực máy kéo 48
4.1.2. ðộng cơ 49
4.1.3. Truyền ñộng ñai vô cấp 50
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮA VIẾT TẮT
CHLBð Cộng hòa liên bang ðức
CVT Continuously Variable Transmission
LHM Liên hợp máy
IVT Infinitely variable transmission
PS Pferdestarke
TCVT Toroidal Continuously Variable Transmission
Tð Truyền ñộng
Tðð Truyền ñộng ñiện
TðTð Truyền ñộng thủy ñộng
VDP Variable-diameter pulley
M
c
Mô men cản
M
e
Mô men ñộng cơ
i
tl
Tỷ số truyền lực
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
vii
Hình 1.8. Sơ ñồ cấu tạo của hộp số vô cấp kiểu IVT 10
Hình 1.9. Hộp số vô cấp kiểu con lăn tròn 11
Hình 1.10. Sơ ñồ nguyên lý của hộp số vô cấp loại thủy tĩnh 12
Hình 1.11. Sơ ñồ cấu tạo hộp số dùng truyền ñộng thủy ñộng 13
Hình 1.12. Sơ ñồ hệ thống Hybrid 14
Hình 2.1. Sơ ñồ hệ thống truyền ñộng máy kéo Reimers ASL8 [16] 17
Hình 2.2. Nguyên mẫu truyền loại ZF / P.I.V. Reimers ASL 210 [17] 18
Hình 2.3. Sơ ñồ truyền ñộng mẫu máy kéo nghiên cứu của Tu. Muenchen [18] 18
Hình 2.4. Sơ ñồ hệ thống truyền ñộng máy gặt ñập liên hợp E512 [19] 19
Hình 2.5. Sơ ñồ bố trí hệ thống truyền lực của máy kéo nghiên cứu 22
Hình 2.6. Cấu tạo bánh ñai chủ ñộng 23
Hình 2.7. Cấu tạo bánh ñai bị ñộng 24
Hình 2.8. Cấu tạo dây ñai cao su 24
Hình 2.9. Cấu tạo dây ñai kim loại 25
Hình 2.10. Xy lanh tác ñộng ñơn thông dụng [8] 26
Hình 4.4. Sơ ñồ mạch ñiều khiển thủy lực 52
Hình 4.5. Hệ thống thư viện phần mềm Matlab - Simulink 54
Hình 4.6. Sơ ñồ khối của mô hình máy kéo 56
Hình 4.7. Chương trình mô phỏng máy kéo trên phần mềm Matlab –
Simulink 56
Hình 4.8. Kết quả khảo sát 1 58
Hình 4.9. Kết quả khảo sát 2 59
Hình 4.10. Kết quả khảo sát 3 60
Hình 4.11. Kết quả khảo sát 4 61
Hình 4.12. Kết quả khảo sát 5 62
Hình 4.13. Kết quả khảo sát 6 63
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
1
ðẶT VẤN ðỀ
Máy kéo là nguồn ñộng lực quan trọng ñể phát triển cơ khí hóa nông
nghiệp ở Việt nam. Hiện nay ñang có khoảng 140000 máy kéo các loại với
tổng công suất gần 4 triệu kW ñang hoạt ñộng trong sản xuất Nông Lâm
nghiệp và phát triển nông thôn. Như vậy với khoảng 10 triệu ha ñất Nông
kéo ñã có những kết quả nghiên cứu bước ñầu về hệ thống truyền ñộng ñai vô
cấp lắp trên máy kéo nhỏ sản xuất tại Việt nam. Hệ thống truyền lực thiết kế
cho máy kéo nhỏ là một hệ thống vô cấp phân tầng, kết nối một bộ truyền
ñộng ñai vô cấp ñiều khiển ñược với một hộp số cơ học 2 cấp truyền. Như
vậy máy kéo sẽ thực hiện việc ñiều khiển vận tốc vô cấp và cài tầng nhanh
khi thực hiện nhiệm vụ vận chuyển và sẽ thực hiện việc canh tác trên ñồng
với vận tốc làm việc ñược ñiều khiển vô cấp với cài tầng chậm.
Trong quá trình hoạt ñộng canh tác trên ñồng hoặc vận chuyển trên
ñường nông thôn, tải trọng của máy kéo luôn biến ñộng và thường là biến
ñộng nhanh hơn phản ứng tác ñộng của người ñiều khiển. Tải trọng biến ñổi
làm dịch chuyển ñiểm làm việc trên ñặc tính của ñộng cơ, có thể ra khỏi vùng
làm việc hợp lý, làm xấu các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của LHM nếu người lái
không kịp thời thay ñổi tỷ số truyền cho phù hợp. ðể giữ ñiểm làm việc của
LHM tại vùng có lợi nhất trên ñặc tính ñộng cơ, cần thiết một giải pháp ñiều
khiển tự ñộng tỷ số truyền trên mỗi tầng vận tốc làm việc của máy kéo khi
hoạt ñộng trên ñồng hoặc thực hiện công việc vận chuyển.
Từ các phân tích trên ñây, tác giả ñề xuất ñề tài: “Nghiên cứu hệ thống
truyền ñộng vô cấp phân tầng cho máy kéo nhỏ 4 bánh”
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
3
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát về truyền ñộng vô cấp (CVT)
Trái ngược với hôp số có cấp, CVT (Continuously Variable
Transmission) là một hộp số có thể thay ñổi vô cấp (tốc ñộ) qua một số của tỷ
số truyền hiệu dụng (có ích) giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất.
Hình 1.1. Hộp số vô cấp Mercedes - Benz
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
5
phổ biến các dạng truyền ñộng vô cấp (CVT) trong hệ thống truyền lực của
máy kéo.
Thực tế sử dụng cho thấy CVT có nhiều ưu ñiểm vượt trội so với
truyền ñộng có cấp.
- Thay ñổi trạng thái hoạt ñộng (tốc ñộ, mômen) liên tục, êm dịu.
- Máy kéo luôn làm việc trong dải công suất tối ưu không phụ thuộc vào tốc ñộ.
- Phản ứng linh hoạt theo các ñiều kiện thay ñổi của ñộng cơ hoặc tải trọng.
Với các ưu ñiểm của CVT, cho phép máy kéo có thể thỏa mãn các yêu
cầu về kinh tế, kỹ thuật và môi trường trong sử dụng máy.
1.2. Phân loại truyền ñộng vô cấp
Hệ thống truyền ñộng vô cấp ñược chia thành các loại dựa và sơ ñồ
sau:
Hình 1.3. Sơ ñồ phân loại truyền ñộng vô cấp
1.2.1. Hộp số vô cấp loại cơ khí
Truyền ñộng cơ học vô cấp dựa trên nguyên tắc ma sát giữa các chi tiết
của bộ phận dẫn ñộng, sự thay ñổi tỷ số truyền ñược thực hiện liên tục, thông
qua sự thay ñổi vị trí của các con lăn với ñĩa ma sát hoặc của dây ñai với bánh
một cái khác nhỏ hơn) một cách ñồng thời phù hợp với sự duy trì chính xác
giá trị lực căng của dây ñai.
Các bộ phận cơ bản của hộp số vô cấp kiểu VDP:
- ðai truyền (vành ñai) ñược làm bằng kim loại hay băng cao su có
công suất cao.
- Một hệ gồm hai puly (một puly ñầu vào và một puly ñầu ra) ñường
kính của hai puly này có thể thay ñổi ñược.
- Có các bộ vi xử lý và các cảm biến ñể theo dõi và ñiều khiển sự thay
ñổi ñường kính của hai puly trên.
Hình 1.4. Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp kiểu puly ñai và dây ñai truyền
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
7
Hệ puli với ñường kính thay ñổi là kiểu truyền ñộng phổ biến của
CVT. Mỗi puli ñược tạo thành từ hai khối hình nón có góc nghiêng 20
0
và
ñặt ñối diện với nhau. Một dây ñai chạy trong rãnh giữa hai khối hình nón
này. Dây ñai hình chữ V có ưu ñiểm hơn nếu chúng ñược làm từ cao su vì
có ma sát cao, hạn chế trượt.
Hai khối hình nón này có thể thay ñổi khoảng cách giữa chúng. Khi
hai khối hình nón tách ra xa nhau, dây ñai ngập sâu vào trong rãnh và bán
nối giữa hai puli. ðây là loại dây phức hợp ñược làm từ một vài lá thép mỏng
(khoảng từ 9-12) kết hợp cùng với những phiến thép có ñộ cứng cao, ñược
tạo hình ôm chặt lấy các lá kim loại. Dây ñai bằng kim loại không bị trượt
và có ñộ bền cao hơn, cho phép CVT có thể làm việc với mô-men ñộng cơ
cao hơn và êm hơn so với dây ñai cao su.
1.2.1.2. Hộp số CVT trên cơ sở dạng hình xuyến hoặc con lăn
Hộp số vô cấp kiểu này ñược tạo thành từ các ñĩa và con lăn rằng
truyền công suất giữa các ñĩa với nhau. Những vật tròn hình ñĩa có thể ñược
mô tả bằng gần như 2 nửa hình nón, ñiểm tới ñiểm, với các phía ñược làm
lõm xuống thành lòng ñĩa như vậy hai nửa có thể ñiền ñầy trung tâm của phần
lõm của một vành xuyến. Một ñĩa là ñầu vào (nối với ñộng cơ), còn một ñĩa
khác là ñầu ra, chúng không hoàn toàn tiếp xúc với nhau. Công suất ñược
truyền từ bên này tới bên khác bằng các con lăn. Khi trục con lăn là vuông
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
9
góc với trục của hình nón - phần gần, nó tiếp xúc với hình nón - phần gần
trong vị trí ở cùng ñường kính và do ñó cho một tỷ số truyền là 1:1. Hình 1.6. Kết cấu hộp số vô cấp loại con lăn (TCVT)
Hoạt ñộng của hộp số vô cấp kiểu hình xuyến:
Hình 1.7. Các chế ñộ làm việc của hộp số vô cấp kiểu con lăn
Hình 1.8. Sơ ñồ cấu tạo của hộp số vô cấp kiểu IVT
1.2.1.4. Traction - drive CVT
Một kiểu hoàn toàn mới của CVT là Traction - drive CVT. Traction -
drive CVT ñược xem như là loại hiệu quả nhất của CVT tại thời ñiểm này.
Một mô hình thương mại sản xuất như NuVinci sử dụng cả hai thành phần
của CVT và bộ truyền ñộng hành tinh.
NuVinci CVP thật dễ dàng và hệ thống truyền êm ñược dùng cho xe
ñạp. Người lá xe có thể ñiều khiển dừng và di chuyển. Nó sử dụng công nghệ
tiên tiến sẽ ñưa thêm người lên xe ñạp bằng cách cho phép các nhà sản xuất
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
11
tạo ra sản phẩm hấp dẫn hơn cho người ñi không hài lòng với hệ truyền rẽ
bánh thông thường.
Hình 1.9. Hộp số vô cấp kiểu con lăn tròn
* Ưu ñiểm của CVT cơ khí:
- Có kết cấu ñơn giản
- Dễ chế tạo, dễ dàng thay thế.
- Phù hợp với ñiều kiện chế tạo và sử dụng ở Việt Nam.
- Chi phí chế tạo thấp.
* Nhược ñiểm của CVT cơ khí:
- Yêu cầu chính xác khi lắp ráp.
- Hiệu suất thấp do trượt và mất mát do ma sát
1.2.2. Hộp số vô cấp dạng thủy lực
1.2.2.1. Hydrostatic CVTs (dạng thủy tĩnh CVTs)
Cả hai loại CVT puli-dây ñai và Toroidal là những ví dụ về hộp số vô
cấp dựa trên cơ sở ma sát trượt làm việc bằng thay ñổi bán kính của ñiểm
liên kết giữa hai vật quay. Có một loại nữa ñược gọi là hộp số vô cấp thủy
Hình 1.11. Sơ ñồ cấu tạo hộp số dùng truyền ñộng thủy ñộng
Hộp số dùng truyền ñộng thủy ñộng gồm các bộ phận chính sau:
- Bộ biến mô (Bộ biến ñổi mômen).
- Bộ bánh răng hành tinh.
- Bộ ñiều khiển thủy lực.
- Bộ truyền ñộng bánh răng cuối cùng.
- Các thanh ñiều khiển.
- Dầu hộp số.
* Ưu ñiểm của hộp số CVT thủy lực:
- Kết cấu ñơn giản và tạo tính linh ñộng trong lắp ráp.
- Dễ ñiều khiển và dễ tự ñộng hóa.
* Nhược ñiểm của hộp số CVT thủy lực:
- Hiệu suất thấp do hao tổn thủy lực dầu.
- Yêu cầu công nghệ chế tạo hiện ñại.
- Giá thành cao.
1.3.3. Hộp số dùng truyền ñộng ñiện (Tðð)
Tðð ñược ứng dụng phổ biến trên các loại xe lai (Hybrid) hoặc xe
nâng hàng, kiểu truyền ñộng này không gây ồn, tiếc kiệm nhiên liệu (xe lai).
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật
14
Tuy nhiên do một số hạn chế như hiệu suất thấp, giá thành chế tạo cao, thể
tích riêng lớn, nên Tðð hầu như không ñược ứng dụng trên máy kéo.
Hình 1.12. Sơ ñồ hệ thống Hybrid
1.2.4. So sánh các loại hộp số vô cấp (CVT)
Các tiêu chí ñể so sánh, ñánh giá các loại CVT là những cơ sở cho việc
lực chọn một bộ truyền ñộng hợp lý cho máy kéo. Các tiêu chí trong bảng 1
và 2 ñã ñược lược hóa, thể hiện khá rõ nét ñặc tính các bộ phận truyền ñộng
ðai bản rộng
Xích Dây kim loại
Hiệu suất (%) 90 – 96 90 – 97 90 - 97
Công suất cực ñại (kW) 160 400 400
Mô men xoắn cực ñại (Nm) 200 500 500
Phạm vi thay ñổi tỷ số truyền 9 6 6
Hệ số ma sát 0.45 0.1 0.1
Lực ép (kN) 1 – 3 15 – 30 10 – 20
Môi trường làm việc Khô Khô hoặc ướt Ướt
Tuổi thọ Trung bình Cao Cao
Giá thành Thấp Cao Cao
1.2.5. Tiêu chí lựa chọn hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo
Từ các phân tích ở phần trên và căn cứ vào thực tế sản xuất chế tạo và
sử dụng kéo của Việt Nam, có thể áp dụng một số tiêu chí dưới ñây ñể lựa
chọn hệ thống truyền lực máy kéo:
- Hiệu suất: bao gồm hiệu suất truyền lực và hiệu suất sử dụng máy.
Hiệu suất truyền lực liên quan ñến kết cấu và khả năng hoạt ñộng của hệ
thống, hiệu suất sử dụng chịu ảnh hưởng nhiều bởi tính vạn năng của máy
kéo.
- ðộ tin cậy: liên quan ñến công nghệ chế tạo, cho ñến nay công nghiệp
chế tạo máy của Việt Nam ñã tiếp cận ñược với một số công nghệ chế tạo
máy tiên tiến trên thế giới, có thể sản xuất chế tạo các chi tiết máy chất lượng
ñảm bảo, ñạt ñược ñộ tin cậy cần thiết.
- Giá thành chế tạo: ñây là chỉ tiêu phụ thuộc vào tỷ lệ nội ñịa hóa sản
xuất chế tạo máy kéo, giá máy sẽ giảm khi tỷ lệ nội ñịa hóa cao. Ngoài ra việc
Copyright: Tài liệu đại học ©