Chơng 4
Động lực học máy kéo xích
4.1. Động lực học của bộ phận di động xích
Bộ phận di động xích đợc thể hiện trên Hình 4.1, bao gồm: bánh sao chủ động
(hay gọi tắt là bánh chủ động), dải xích, bánh dẫn hớng (bánh căng xích), các bánh đè
xích và các bánh đỡ xích. Công dụng chính của các máy kéo nông nghiệp là dùng để
kéo các máy công tác, do đó bánh chủ động nên bố trí ở phần sau của máy (sẽ đợc giải
thích ở phần sau).

Hình 4.1. Sơ đồ bộ phận di động xích
Dới tác động của mô men chủ động
M
k
làm cho nhánh xích chủ động bị căng ra
với lực căng:

T
M
r
k
k
=
(4.1)
trong đó:
r
k
là bán kính động lực của bánh chủ động.
Bán kính
r
k

Quá trình vào ăn khớp với bánh chủ động các mắt xích sẽ bị xoay tơng đối vơí
nhau và sinh ra mô men ma sát
M
r1
trên bề mặt làm việc của các chốt xích.
Do vậy chỉ có một phần mô men chủ động (
M
k
-
M
r1
) tạo ra lực kéo tiếp tuyến,
nghĩa là

P
k
=
M M
r
k r
k

1
(4.3)
39

2

1
M

M
k

k
= M
r1

k
+ P
k
r
k

k
(4.4)
trong đó:
k
tốc độ quay của bánh chủ động ;
M
k

k
công suất do động cơ truyền đến bánh chủ động;
P
k
r
k

k
công suất có ích

k p
k
k
p
e m
k
= =


(4.6)
trong đó: M
e

mô men quay của động cơ
i,
m
tỷ số truyền và hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực máy kéo
Khác với máy kéo bánh, lực kéo tiếp tuyến của máy kéo xích không chỉ phụ
thuộc vào mô men chủ động M
k
mà còn phụ thuộc vào hiệu suất làm việc của nhánh
xích chủ động
p
.
Để tổng quát hoá công thức xác định lực kéo tiếp tuyến cho cả hai loại máy, ta
đặt

m p m p
=
, rồi thay vào công thức (4.6) sẽ nhận đợc:

M M
M
M
M
=

=
1 1
1
(4.8)
Mô men ma sát phụ thuộc vào các thông số kết cấu của bộ phận di động xích, lực
căng T do mô men
M
k
gây ra và phụ thuộc vào hệ số ma sát
à
trên bề mặt tiếp xúc
giữa chốt xích và mắt xích.
Để xác định trị số của M
r1
trớc hết ta phân tích quá trình di chuyển của các mắt
xích trên bánh chủ động (xem hình 4.1)
Khi bánh đè xích sau cùng lăn sang mẵt xích tiếp theo thì mắt xích 1 sẽ xoay
quay khớp A một góc

1
, còn tại khớp B mắt xích 1 và mắt xích 2 cũng xoay tơng đối
với nhau một góc

1

Trong một vòng quay của bánh chủ động có z mắt xích vào ăn khớp và sinh ra
một công ma sát tơng ứng:

à

T r
z M
r
2
2
1 1
2 2
1
( )+ =

và có thể rút ra:

M
T r z
r 1
1 1
2
2
=
+
à

( )
(4.9)
Kết hợp các công thức (4.1), (4.2), (4.8) và (4.9) ta rút ra:

ữ
o,98.
Trong trờng hợp bánh chủ động đợc bố trí ở phần trớc của máy kéo thì nhánh chủ
động bao gồm cả nhánh xích trên. Khi đó mô men ma sát đợc tính theo công thức:

M
T r z
r 1
1 1 2
2 2
2
=
+ +
à

( )
(4.11)
Nh vậy, nếu bố trí bánh chủ động ở phần trớc của máy kéo sẽ làm tăng mô men
ma sát M
r1
trên nhánh chủ động và dẫn đế làm giảm hiệu suất làm việc

p
(khoảng 2
ữ
3%). Đó cũng là lý do tại sao các máy kéo xích dùng trong nông nghiệp không bố trí
bánh chủ động ở phía trớc.
Trong trờng hợp bánh chủ động bố trí ở phía sau và chạy lùi thì nhánh chủ động
sẽ bao gồm cả nhánh trớc và nhánh trên, khi đó mô men ma sát sẽ đợc tính theo công
thức:


n
và P

r

là hai thành
phần lực cản lăn tơng ứng với hai nguyên nhân sinh ra chúng thì lực cản lăn chung của
máy kéo sẽ là:
P


= P

n
+ P

r
Đất bịến dạng theo phơng pháp tuyến là do sự tác động của tải trọng pháp tuyến,
chủ yếu là do trọng lợng của máy. Sự phân bố ứng suất theo chiều dài xích là không
đều nhau, tại vùng tiếp xúc với các bánh đề xích có ứng suất lớn hơn các vùng lân cận.
Để đơn giản ta giả thiết: máy chuyển động trên đờng nằm ngang với sự phân bố
phản lực pháp tuyến theo chiều dài của nhánh xích tiếp đất là đồng đều (hình 4.3). Khi
41

đó sự biến dạng của đất theo phơng pháp tuyến chủ yếu là do bánh đè xích phía trớc
gây nên, các bánh đè xích tiếp theo chỉ lăn trên nền đất đã đợc bánh đè xích trớc nén
chặt. Hợp lực của các phản lực pháp tuyến tác dụng lên nhánh xích trớc có thể phân
thành hai thành phần: thành phần thẳng đứng và thành phần nằm ngang. Thành phần
nằm ngang có chiều chống lại sự chuyển động và đợc gọi là lực cản lăn P

trong đó: L - chiều dài mặt tựa xích;
h - độ sâu vết xích.
Hình 4.2 Hình 4.3
Sơ đồ lực tác dụng lên máy kéo Sơ đồ xác định lực cản lăn
Để xác định độ sâu của vết xích h ta giả thiết ứng suất pháp tuyến phân bố đồng
đều có trị số là
tb
và sự biến dạng của đất nằm trong giới hạn đàn hồi. Trị số của
tb
có
thể đợc xác định theo công thức (1.1) với n=1 :

tb
= kh
trong đó: k - hệ số biến dạng của đất theo phơng pháp tuyến.
Trong trờng hợp này trọng lợng của máy kéo sẽ đợc cân bằng với các phản lực
pháp tuyến :
G = 2
tb
bL = 2khbL
trong đó: b- bề rộng dải xích.
Từ đó rút ra:h
G
kbL
=
2
Sau khi thay h vào phơng trình (4.13) ta nhận đợc:

G.cos
P
m
G
P
K

P
f

hai yếu tố gây ảnh hởng mạnh nhất. Để giảm thành phần lực cản lăn P
fn
ta có thể tăng
chiều dài L của dải xích sẽ có hiệu quả hơn so với tăng bề rộng b. Nhng trong quá
trình sử dụng không thể thay đổi chiều dài L vì không cho phép thay đổi các thông số
cấu tạo của bộ phận di động xích. Vì vậy, trong thực tế khi máy kéo làm việc trên nền
đất yếu để giảm lực cản lăn thờng ngời ta chỉ tăng bề rộng b bằng cách sử dụng các dải
xích có bề rộng lớn hơn.
Lực cản lăn của máy kéo còn do các lực ma sát trong bộ phận di động xích, bao
gồm: ma sát trong các khớp nối của dải xích do lực căng ban đầu T
0
và lực ly tâm gây
ra; lực ma sát giữa dải xích và các bánh đỡ xích; lực ma sát trong các ổ đỡ và lực cản
lăn của các bánh đè xích. Các thành phần lực ma sát trên có thể quy dẫn đến bánh chủ
động, tơng đơng với một mô men ma sát M
r2
.
Để phân biệt với mô men ma sát M
r1
do mô men chủ động M

o
r
Grf
zrT
M +
+++
=

à
2
)2222(.
1211
2
(4.16)
trong đó: T
0
- lực căng ban đầu;

0
- hệ số cản lăn của các bánh đè xích.
Số hạng thứ nhất của công thức (4.16) là thành phần mô men ma sát sinh ra trên
các chốt xích do lực căng ban đầu T
0
gây ra, số hạng thứ hai là mô men ma sát do lực
cản lăn của các bánh đè xích gây ra. Đó là hai thành phần chủ yếu gây ra mô men ma
sát M
r2
.
Công thức (4.16) cũng cho ta thấy rằng, để giảm mô men ma sát M
r2


P f G
f r r
=

trong đó:
n
và
r
là các hệ số cản lăn tính đến sự mất công suất do biến dạng của
mặt đờng theo phơng pháp tuyến và ma sát trong bộ phận di động xích.
Lực cản lăn chung của cả máy kéo sẽ là tổng của hai thành phần trên, nghĩa là:

P P P f f G fG
f f n f r n r
= + = + =( )
(4.17)
43