BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO HỮU ĐOÀN

NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG KÉO BÁM
CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG
XÍCH MÁY NÔNG NGHIỆP TỰ HÀNH

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ : 62 52 01 03
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Thư viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Máy kéo là nguồn động lực chủ yếu để thực hiện các khâu công
nghệ sản xuất trong nông nghiệp.
Do ngành công nghiệp chế tạo máy kéo còn non trẻ, phần lớn các
máy kéo có công suất trung bình trở lên phải nhập từ nước ngoài. Đối
với máy kéo xích kim loại, phần khó khăn nhất là chế tạo hệ thống di
động xích đòi hỏi công nghệ rất cao, chúng ta chưa chế tạo được.
Gần đây, trên thế giới đã phát triển nhanh các loại xích cao su lắp
trên các liên hợp máy nông nghiệp tự hành. Các loại máy kéo xích cao
su cũng đã được nhập vào Việt Nam, phổ biến hơn cả là các liên hợp
máy gặt đập được nhập từ Trung Quốc. Ưu điểm lớn nhất của xích cao
su là giá thành rẻ, lại phù hợp với điều kiện đồng ruộng có độ ẩm cao.
Vì vậy, đề tài luận án: “Nghiên cứu tính năng kéo bám của hệ
thống di động xích máy nông nghiệp tự hành” nghiên cứu sâu về xích
cao su đặt ra là cấp thiết, có tính thời sự. Đây là hướng nghiên cứu
mang tính thực tiễn cao góp phần hoàn thiện những cơ sở khoa học cho
việc chế tạo cũng như khai thác có hiệu quả hơn các máy kéo xích ở
Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng chương trình tính toán xác định tính chất kéo bám của
máy kéo xích cao su, cho phép khảo sát ảnh hưởng của một số thông số
kết cấu và sử dụng đến tính chất kéo bám của máy kéo xích từ đó góp
phần hoàn thiện các thông số kết cấu đối với máy kéo xích cao su chế
tạo trong nước.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là xác định tính chất kéo bám

cao su với đất nông nghiệp Việt Nam trên cơ sở kế thừa và phát triển
mô hình lý thuyết của mô số tác giả trước đã công bố. Đây là công trình
nghiên cứu lần đầu tiên được thực hiện ở Việt Nam.
− Xây dựng được thuật giải và chương trình mô phỏng trên máy
tính, cho phép khảo sát nhiều yếu tố kết cầu và điều kiện sử dụng đến
các chỉ tiêu kéo bám của máy kéo. Các kết quả mô phỏng là những cơ
sở cần thiết giúp cho việc lựa chọn các thông số cơ bản khi tính toán
thiết kế máy kéo và lựa chọn các chế độ sử dụng hợp lý.
− Phương pháp và mô hình nghiên cứu thực nghiệm đã nối kết
3
được giữa các quan hệ lý thuyết với kỹ thuật đo hiện đại, đáp ứng tốt
các nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo trên đồng ruộng.
- Các kết quả của luận án đã được áp dụng để nghiên cứu hoàn
thiện mẫu máy kéo xích cao su B2010, thuộc Dự án sản xuất thử
nghiệm mã số B2013−110−04DA. Và có thể làm tài liệu tham khảo
cho trong các nghiên cứu tiếp theo và phục vụ đào tạo đại học và sau
đại học chuyên ngành cơ khí động lực.

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
1.1. Tính chất cơ lý của đất
Có nhiều tiêu chuẩn để đánh giá tính chất cơ lý của đất nhưng
trong nghiên cứu tương tác xe - đất thì độ ẩm, khả năng chống nén, và
khả năng chống cắt của đất là các tính chất rất quan trọng khi nghiên
cứu tương tác xe - đất. Theo đó, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu
thực nghiệm và mô tả toán học gần đúng các đặc tính nén đất và cắt đất
để đưa vào các mô hình nghiên cứu lý thuyết kéo bám của máy kéo.
1.2. Tổng quan về xích máy kéo nông nghiệp
Kết cấu của xích gây ảnh hưởng rấ lớn đến hiệu quả làm việc của
các máy kéo xích.

cơ lý của đất được mô tả bằng các hàm hồi quy thực nghiệm và được sử
dụng làm hàm cơ sở để xây dựng mô hình lý thuyết kéo bám.
Các loại xích cứng ra đời sớm hơn và cũng đã được nghiên cứu
hoàn thiện hơn, cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm.
Đối với xích mềm, đặc biệt là xích cao su có lõi sợi thép, thì có
thể áp dụng bài toán xích cứng để xác định các phản lực pháp tuyến tại
các bánh tỳ. Sau đó xây dựng mô hình nghiên cứu bổ sung cho phần
xích cao su nằm giữa hai bánh tỳ [Wong (2001); Muro and O’Brien
(2004) ].
Về phương pháp tính, do bài toán phi tuyến với nhiều thông số
ảnh hưởng nên các mô hình toán chỉ giải được bằng phương pháp số.
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước
Việc nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo còn rất hạn chế.
Đối với nghiên cứu thực nghiệm, chủ yếu để xây dụng đường cong
trượt δ(P
m
), xác định hệ số cản lăn f và đường đặc tính kéo thực nghiệm
cho các máy kéo xích cứng. Về nghiên cứu lý thuyết, chỉ sử dụng các
hệ thống công thức tương đối đơn giản với các thông số đầu vào là hệ
số bám ϕ hoặc đường cong trượt thực nghiệm δ(P
m
) và hệ số cản lăn f.
1.5. Kết luận chương và nhiệm vụ của luận án
Qua nghiên cứu tổng quan về tính năng kéo bám của xe xích đã
thấy rõ những thuận lợi khó khăn, hướng thực hiện cũng như yêu cầu
5
cấp thiết cần thực hiện luận án. Từ đó đã đặt ra mục tiêu và nhiêm vụ
nghiên cứu như đã giới thiệu ở phần mở đầu.
Chương 2
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

DASYLAB và phần mềm Matlab.
6
Nội dung chi tiết của phương pháp thực nghiệm được trình bày ở
chương 4
2.3. Kết luận chương 2

− Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm là phù hợp.
− Sử dụng phương pháp kế thừa và phát triển cho phù hợp với
đối tượng nghiên cứu sẽ tận dụng được các thành quả nghiên cứu của
các tác giả đã nghiên cứu trước và tăng hiệu quả nghiên cứu các bài
toán đặt ra trong luận án.
− Sử dụng các thiết bị đo hiện đại, các phần mềm mạnh để tính
toán và xử lý số liệu là cơ sở đảm bảo độ chính xác của các kết quả
nghiên cứu.
Chương 3
MÔ HÌNH LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT KÉO BÁM
CỦA MÁY KÉO XÍCH CAO SU
3.1. Đặt vấn đề
Các dạng bài toán nghiên cứu các chỉ tiêu kéo bám của xích
thường gặp là:
1) Bài toán thuận:
Cho trước: lực cản lăn P
f
hoặc hệ số cản lăn f , đặc tính trượt
không thứ nguyên δ(T) với T = P
m
/G tương ứng với một loại đất cụ
thể, đặc tính mô men động cơ M
e

(δ), lực kéo
7
có ích P
m
(δ) , công suất kéo N
k
(δ), hiệu suất kéo η
k
(δ) , hệ số bám
của xích ϕ và hệ số cản lă f.
Bài toán ngược phức tạp hơn, khó giải hơn nhiều so với bài toán
thuận.
Bài toán ngược thường dùng để nghiên cứu tính toán thiết kế hệ
thống di động xích, sự phân bố trọng lượng hợp lý.
Trong luận án này sẽ nghiên cứu dạng bài toán ngược cho xích
cao su (xích mềm).
Để xây dựng mô hình lý thuyết kéo bám của xích mềm có thể áp
dụng một vài phương pháp khác nhau tùy theo mục đích nghiên cứu.
Trong luận án này sử dụng phương pháp phối hợp. Nội dung
được tóm tắt như sau:
- Bài toán 1:
Xác định tính chất kéo bám của hệ thống di động cao su với giả
thiết nhánh xích tiếp đất không bị uốn (như xích xích cứng). Kết quả
của bài toán này đã xác định được quy luật thay đổi áp suất tại mặt tiếp
xúc p dọc theo chiều dài của nhánh xích tiếp đất (nhánh xích chính). Từ
đó xác định được phản lực pháp tuyến tác động lên các bánh đè xích
(các bánh tỳ) và độ lún của đất ở điểm tiếp xúc với bánh đè xích.
- Bài toán 2:
Sử dụng các công thức tính toán các phản lực pháp tuyến tại các
bánh đè xích như bài toán 1. Vì dù là xích cứng hay xích mềm thì tổng

k
− bán kính bánh
dẫn hướng và bánh sao chủ động, trong trường hợp hình 3.1 bánh sao
và bánh sau là một nên R
k
=R
r
, ; h − chiều cao mấu xích; t − bước mấu;
e − độ lệch tâm của tọa độ trọng tâm so với mặt phẳng đối xứng dọc xe;
h
g
− chiều cao của tọa độ trọng tâm; T
0
− lực căng xích ban đầu; M
k
−
Hình 3.
1
. Sơ đ
ồ

l
ự
c tác d
ụ
ng lên máy kéo 9
mô men chủ động; P

r0
) so với chiều cao vấu xích (h).
Luận án này sẽ tiến hành tính toán các thông số cơ bản cho
trường hợp s
r0
≥ s
f0
≥ h.

Hình 3.2. Mô hình xác định các thành phần ứng suất
a) Ứng suất chống nén và chống cắt, b) Biểu đồ phân bố lượng
X
Z
10
3.2.3.2. Khoảng trượt j của xe xích
Độ trượt của máy kéo δ được định nghĩa như sau:
1
k k
k k
R V
V


(3 7)
s
0ι
(X) = s
f0i
+ (s
r0i
- s
f0i
)X/L (3.8)
b) Tính lực đẩy P
k

Lực đẩy P
k
do mô men chủ động tạo ra và nó được cân bằng với
tổng các lực cản tác động lên hệ thống di động theo phương X:
k mb ms fb fs rb rs
P P P P P P P
= + + + + +
(3.9)
Trong đó: P
mb
, P
ms
– lực tác động lên mặt chính và mặt bên của
mấu bám trên nhánh chính; P
fb
, P

}
1 exp '
mb c f i B
X m m p X a j X
τ δ
 
= + ⋅ × − − +
 
(3.17)
'
'
1 1
1 1
cos cos
V
V
δ
δ
θ θ
−
= − ⋅ = −
(3.18)
τ
mb
(X) - ứng suất chống cắt của đất; δ’ – độ trượt của xích theo
phương X; δ - độ trượt tính theo phương chuyển động của máy kéo; B –
bề rộng của dải xích; m
c
, m
f

i
ms c f B
p X
h
X h m m a j X
B
τ δ
π
−
 
 
 
 
= + ⋅ − − +
 
 
 
  
 
(3.20)

Lực tác động lên phần tiếp xúc của bánh trước P
fb
, P
fs
và lên
phần tiếp xúc của bánh sau P
rb
, P
rs


(3.26)

Trong đó: p(s) - ứng suất pháp tuyến của đất theo độ lún sâu s;
còn s
ri
là độ lún của bánh xe sau.
Tổng độ lún bánh sau s
ri
được tính từ độ lún tĩnh s
r0i
và độ lún
trượt s
rs
(vuông góc với phần chính của dải xích) như sau:
(
)
0
cos
ri r i rs ti
s s s
θ
= +
(3.28)

( )
2
1
2
0

 
 
 
 
 
∑
(3.31)
Trong đó
'
'
1
s
L
j
δ
δ
=
−

p
ri
− áp suất tiếp xúc của bánh sau.
e) Tính độ lệch của tâm áp lực e
0i

Điểm đặt của hợp lực Z là tâm áp lực, lệch ra khỏi điểm giữa của
nhánh xích tiếp đất một đoạn e
0i
.


 
+ − − −
 

 
 
 
tan
cos
k
ti
G
Z P
θ
θ
= −
;
tan
cos
k
m f
P
P G P
θ
θ
= − −
;



 
 
 
− − − +
 
 

 
 
 
 
1
sin
ri fi
ti
s s
L
θ
−
 
−
=
 
 
 

góc với X có dạng:
s
T P T T
+ = + ∆
(3.34)
(
)
'
0
tan
i
p x
ds X
Z T T
dX
α
= =
(3.35)
Trong đó tổng hợp lực pháp tuyến Z
p
có thể được xác định từ sự
phân bố áp suất p
i
(X) trên khoảng bất kỳ [X, X
m
] như sau:

( )
m
X

{
}
( )
{
}
1 exp '
i c f i B
X m m p X a j X
τ δ
 
= + ⋅ × − − +
 

Thay Z
p
và T vào (3.52) sau đó tích phân biểu thức này ta có:
( )
(
)
( )
( ) ( ) ( )
{ }
' ' ' '
0 0 0 0
0
m
X
m
i i m i i
X

i i
p X k h k s X h
= + −
(3.37)
3.3.2. Tính lực đẩy P’
k

Lực đẩy P’
k
do mô men chủ động tạo ra được cân bằng với các
thành phần lực cản:
' ' ' ' ' ' '
k mb ms fb fs rb rs
P P P P P P P
= + + + + +
(3.38)
Trong đó: P’
mb
, P’
ms
– lực tác động lên mặt chính và mặt bên của
mấu bám trên nhánh chính; P’
fb
, P’
fs
– lực tác động lên mặt chính và
mặt bên của mấu bám trên bánh trước; P’
rb
, P’
rs

Các thành phần lực tác động vào bánh dẫn hướng và bánh sau
trong hai trường hợp xích không bị giãn và bị giãn là bằng nhau:
Ta có P’
fb
= P
fb
; P’
fs
= P
fs
; P’
rb
= P
rb
; P’
rs
= P
rs
3.3.3. Tính lực kéo có ích ở móc kéo P’
m
.
Lực kéo có ích P’
m
(hay lực kéo dư) là phần lực dùng để kéo máy
công tác, có thể được xác định theo công thức:
P’
m
= P’
k
− (P’

=
−
(3.44)
E
2
- công suất cản do nén đất:
2
'
f
E P V
=
(3.45)
E
3
– công suất cản do cắt đất ở dưới nhánh xích tiếp đất:
'
3
'
1 1
' tan
1
cos
k ti
ti
E P V GV
θ
δ
θ
 
= − +

3.4.1. Thông số kỹ thuật của xe
Bangr 3.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy kéo B2010
Trọng lượng xe G (kN) 10,507

Chiều rộng dãi xích B (m) 0,35

Chiều dài tiếp xúc dãi xích L (m) 1,40

Bán kính bánh dẫn hướng R
d
(m) 0,065

Bán kính bánh lăn sau R
r
(m) 0,09

Bán kính bánh chủ động* R
k
0,13

Chiều cao mấu xích h (m) 0,03

Bước mấu xích t(m) 0,09

Khoảng cách bánh đè xích l
p
(m) 0,28

Bán kính bánh đè xích R
m

3.4.3. Một số kết quả khảo sát
Một số kết quả tính toán được thể hiện qua các đồ thị sau:

15
Trên hình 3.4 thể hiện quay luật thay đổi độ lún s , áp suất p và
lực căng xích T dọc theo chiều dài của nhánh xích tiếp đất (L= 1,4m),
tính gốc tọa độ tại điểm B của bánh đè xích đầu tiên (Hình 3.2). Qua đó
cho thấy: Độ lún s và áp suất tiếp xúc p thay đổi gần giống quy luật
tuần hoàn hình sin, đạt cực đại cục bộ tại các điểm nằm dưới bánh đè
xích. Đây là điểm khác biệt so với xích cứng.

Hình 3.4.
Sự thay đổi độ lún (a),
áp suất tiếp xúc (b) và
lực căng xích (c) dọc
theo chiều dài nhánh tiếp
đất (L=1,4 m)

16
Trên hình 3.5 là kết quả khảo sát ảnh hưởng của độ trượt δ và
trọng lượng máy kéo (G = 10507 ; 14000; 18000 N) đến các thành
phần lực kéo , các thành phần công suất và hiệu suất kéo.
4
− công suất kéo có ích.
c)
a)
b)

17
phần lực cản cũng tăng nên lực kéo có ích P
m
và công suất kéo chỉ tăng
thẹo khi độ trượt còn nhỏ (nhỏ hơn khoảng 30%) , sau đó thay đổi theo
quy luật ngược lại.
− Đối với hiệu suất kéo η
k
, khi tăng G thì hiệu suất kéo giảm.
Điều này có thể được giải thích là khi tăng G làm tăng độ lún dẫn đến
tăng nhanh lực cản lăn.
Trên hình 3.6 là kết quả khảo sát ảnh hưởng của bề rộng dải xích
và chiều cao mấu bám đến hiệu suất kéo.
Khảo sát ba cặp giá trị B/h như sau: B = 25 cm, h=3cm; B= 35
cm, h= 1,5 cm; B= 35 cm, h= 3 cm.
Khi thay đổi bề rộng
của dải xích B và chiều cao
mấu bám h (Hình 3.6) cho
thấy ảnh hưởng của bề rộng B
đến hiệu suất kéo rất rõ rệt
nhưng ảnh hưởng của chiều
cao mấu bám không đáng kể
(đường 2 và đường 3 gần như
trùng nhau) vì chiều cao các

Hình 4.1 là sơ đồ thí nghiệm trên đồng ruộng.
Hình 4.2 là sơ đồ bố trí các cảm biến trên máy kéo thí nghiệm.
Sự kết nối các cảm biến trong hệ thống được thể hiện trên hình 4.3.
Các cảm biến đo:
− Đo số vòng quay: Cảm biến quang học E3F3 của hãng Omron.
−
Đo mô men: Cảm biến T4A của CHLB Đức.
− Đo lực kéo: Cảm biến Z4 của CHLB Đức.

P
m
G

P
k
P
f
V

Máy kéo gây tải


n
4

n
C
n
C
n3
C
n4
C
n5
C
M
C
P
m
P
k
P
f
M
k
M
C
M
x
V

M

m
M
C
C
n2

C
n3

C
n4

C
n5

C
n1
– Cảm biến đo số vòng quay trục động cơ
C
n3
– Cảm biến đo số vòng quay trục ly hợp
C
n
4

–

C
ả
m bi

n1

C
M

C
P
C
M
− Cảm biến đo môment trục trung gian
A
A
A
A
A
Bộ
gom
dữ
liệu
Card
A/D
Phần mềm
DASYLAB
20
4.2. Xử lý kết quả thí nghiệm
4.2.1. Các công thức tính toán
1) Tính mô men trên trục côn ly hợp M
c

2

η
= (4.2)
3) Lực chủ động :
/
k k k
P M r
= (4.3)
4) Lực cản lăn P
f
: P
f
= P
k
− P
m
(4.4)
5) Độ trượt của bộ phận di động xích
5 5
t k k
t k k
V V r r
V r
ω ω
δ
ω
− −
= = (4.5)
5) Hiệu suất kéo của bọ phận di động xích η
k


[v/ph]

21
4.3. Kết quả thí nghiệm
4.3.1. Kết quả xác định các thông số đầu vào của mô hình lý thuyết
Các thông số cần xác định là: Trọng lượng xe, tọa độ trọng tâm,
các kích thước hình học của bộ phận di động xích, các thông số đo độ
lún tĩnh của máy kéo trên đất ruộng.
Đã tiến hành thí nghiệm xác định tọa độ trong tâm của máy kéo,
xác định độ lún tĩnh và các thông đặc trưng của đất. Các kết quả đã
được trình bày ở chương 3.
4.3.2. Kết quả kiểm chứng mô hình lý thuyết
Hình 4.5 là kết quả kiểm chứng mô hình lý thuyết với sai số số
của hiệu suất kéo ở độ trượt 5−6% là 7−8% . Giá trị tối ưu của độ trượt
khi hiệu suất kéo đạt cực đại (η

thống di động xích cao su trên máy nông nghiệp tự hành là một công
trình có ý nghĩa thực tiễn. Kết quả nghiên cứu có thể dùng để đánh giá
thiết kế mới, tối ưu hóa các thông số thiết kế của máy kéo xích cao su.
2) Trên cơ sở lý thuyết quan hệ đất-máy và các công trình nghiên
cứu về cơ học đất, tính chất kéo bám của hệ thống di động xích nối bản
Hình 4.3. Kết quả kiểm chứng mô hình lý
thuy
ết23
lề bước ngắn của (Wong, 2001); (Muro and O’Brien, 2004), luận án đã
xây dựng được mô hình lý thuyết xác định một số tính chất kéo bám hệ
thống di động xích cao su, đây là mô hình tính toán tính chất kéo bám
của máy kéo xích đầu tiên ở Việt Nam. Từ mô hình vật lý, đã xây dựng
mô hình toán, nhờ trợ giúp của máy tính và ứng dụng phần mềm
Matlab đã khảo sát tính chất kéo bám của hệ thống đi động của máy
kéo xích. Chương trình tính toán cho ta khảo sát ảnh hưởng của một số
thông số kết cấu và sử dụng đến tính chất kéo bám của máy kéo xích
cao su làm việc trên điều kiện đồng ruộng Việt Nam.
3) Luận án đã tiến hành thiết kế và chế tạo các thiết bị thực
nghiệm nhằm đo một số thông số không điện bằng điện, đã xây dựng
mô hình thí nghiệm, lựa chọn thiết bị đo thích hợp để tiến hành nghiên
cứu thực nghiệm. Với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm hợp lý và
khoa học cùng với việc sử dụng các thiết bị hiện đại. Kết quả nghiên
cứu thực nghiệm có cơ sở bảo đảm độ chính xác và tin cậy.
4) Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được các
thông số đầu vào cho mô hình khảo sát lý thuyết cũng như đã xác định
được tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su, kết quả nghiên cứu
thực nghiệm và nghiên cứu lý thuyết có kết quả khá tương quan nhau,