Chơng 6
Tính năng kéo của máy kéo
6.1. Phơng trình cân bằng công suất và hiệu suất kéo
Phơng trình cân bằng công suất của máy kéo là phơng trình biểu thị mối quan hệ
giữa công suất phát ra của động cơ và các thành phần công suất chi phí cho các lực cản
chuyển động. Trờng hợp tổng quát là khi máy kéo có sử dụng trục thu công suất, phơng
trình có dạng nh sau:
N
e
= N
m.
s

+ N


+ N


N
i
N
j
+ N
m
+ N
0
(6.1)
trong đó:
N
e

e o
N
N N
=

(6.2)
Trờng hợp không sử dụng trục thu công suất :


k
m
e
N
N
=
(6.3)
Hiệu suất kéo là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất kéo của máy kéo và
để đánh giá so sánh chất lợng kéo của các máy kéo khác nhau.
Hiệu suất kéo phụ thuộc vào các thông số cấu tạo, chế độ tải trọng và điều kiện sử
dụng chúng. Vì vậy, cùng điều kiện sử dụng nh nhau, hiệu suất kéo của các máy kéo
khác nhau là khác nhau hoặc cùng một loại máy kéo, hiệu suất kéo sẽ khác nhau khi
làm việc ở điều kiện khác nhau.
Để đơn giản trớc hết ta xét trờng hợp máy kéo chuyển động ổn định trên đờng
nằm ngang và không sử dụng trục thu công suất . Các trờng hợp khác sẽ đợc xem nh là
trờng hợp đặc biệt.
Trong trờng hợp này phơng trình cân bằng công suất nh sau:
N
e
= N
m.

N
ms
N

N
f
Trong đó:
N
k
công suất truyền cho bánh chủ động ;
N
k
= N
e
N
m.
s
= P
k
v
T

N
R
- công suất truyền lên khung để đẩy máy kéo chuyển động;
N
R
= N
k
N

Hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực:


m
k
e
e m s
e
m s
e
N
N
N N
N
N
N
= =

=
. .
1
(6.5)
Suy ra: N
m.S
=( 1 -
m
)N
e
Hiệu suất tính đến sự ảnh hởng của độ trợt


N
P v
P v
P
P
P
fG P
= = = =
+
(6.7)
Kết hợp các công thức (6.3),(6.6),(6.6)và (6.7) với những phép biến đổi đơn giản
ta nhận đợc:



k m f m
m
m
P
fG P
= =
+
( )1
(6.8)
Khi tính toán có thể chấp nhận ta giả thiết là hệ số cản lăn và hiệu suất cơ học
trong hệ thống truyền lực là những đại lợng không đổi: f = const;
m
= const
Trên hình 6.1 là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất kéo
k

m
0
=100%

k



k


max
P
tu
Cần lu ý rằng, hệ số và đờng đặc tính trợt phụ thuộc vào các thông số cấu tạo
của máy kéo và các tính chất cơ lý của đất. Do vậy các giá trị
kmax
và P
tu
của các máy
kéo khác nhau sẽ khác nhau và cũng sẽ thay đổi khi điều kiện sử dụng thay đổi .
6.2. Đồ thị cân bằng công suất và đờng đặc tính kéo thế năng
6.2.1. Đồ thị cân bằng công suất
Phơng trình (6.4) biểu thị sự cân bằng công suất của máy kéo không dùng trục thu
công suất và chuyển động ổn định trên mặt đờng nằm ngang. Các thành phần công suất
trong phơng trình đều phụ thuộc vào tải trọng kéo (P
m
).
Để dễ nhận thấy sự ảnh hởng của tải trọng kéo đến các thành phần công suất ta
biểu diễn phơng trình (6.4) dới dạng đồ thị với trục hoành biểu diễn lực kéo P

k
m
m e
m
=
+
=
+


Trong trờng hợp đang xét công suất động cơ luôn luôn bằng công suất danh nghĩa
( N
e
=N
eH
= const), do đó đờng cong vận tốc lý thuyết có thể xây dựng theo công thức:

v
N
G P
T
m eH
m
=
+

f
(6.9)
Vận tốc thực tế : v = v
T

P
cpmax
P
cpmin
P
tu
0
N
m
N
m
Hiình 6.2
Đồ thị cân bằng công suất
của máy kéo
N

N
f
N
f
v
v
T
v
N
P
f
Ne
H
N

m
kéo ở móc và sẽ xây dựng đợc đồ thị cân bằng công suất.
Trình tự xây dựng đồ thị cân bằng công suất:
1 Xây dựng đờng cong trợt =(P
m
) theo số liệu thực nghiệm hoặc theo công thức
thực nghiệm.
2 Xây dựng đờng cong vận tốc lý thuyết v
T
= (P
m
)
.
theo công thức (6.9) và
vận tốc thực tế v = f(P
m
) theo (6.10).
3 Công suất hao tổn do ma sát trong hệ thống truyền lực:
N
m.S
= N
eH
(1
m
)
4 Công suất hao tổn do trợt : N

= (P
m
+ fG)(v

năng của máy kéo (hình 6.3)
Đờng đặc tính kéo thế năng của máy kéo biểu thị khả năng tạo ra công suất kéo
lớn nhất có thể với các giá trị lực kéo đã cho, trong điều kiện đất đai đã đợc xác định.
Khi máy kéo chạy không công suất kéo N
m
= 0, toàn bộ công suất truyền cho
bánh chủ động chỉ để khắc phục lực cản lăn. Với sự tăng lực kéo công suất kéo cũng
tăng dần đến giá trị cực đại N
mmax
, sau đó sẽ giảm dần do độ trợt tăng nhanh. Khi độ tr-
ợt = 1 (100%) thì N
m
=0 và toàn bộ công suất truyền cho bánh chủ động sẽ tiêu hao
vô ích cho hiện tợng trợt.
Quy luật thay đổi công suất kéo cũng tơng tự nh sự thay đổi hiệu suất kéo. Nếu
chọn tỷ lệ xích phù hợp đờng cong hiệu suất và đờng cong công suất kéo (đặc tính kéo
thế năng) sẽ hoàn toàn trùng nhau vì trong trờng hợp này N
m
và
k
quan hệ với nhau
theo tỷ lệ thuận ( N
m
=
k
N
e max
)

.

H
=16-18% đối với máy kéo bánh và
H
=6-7% đối với máy
87
kéo xích.
Hệ thống máy kéo của các nớc khác nhau có thể khác nhau, tuỳ thuộc vào điều
kiện cụ thể của từng nớc. Thông thờng các máy kéo đợc phân theo các lớp: 2, 6, 9, 14,
20, 30, 40, và 60 KN (lực kéo danh nghĩa).
6.3. Đờng đặc tính kéo của máy kéo dùng hộp số cơ học
6.3.1. Khái niệm chung về đờng đặc tính kéo dùng hốp số cơ học
Trong thực tế, trên các máy kéo hầu hết sử dụng loại hộp số cơ học phân cấp,
không thể duy trì cho động cơ luôn luôn làm việc ở chế độ danh nghĩa, nghĩa là dộng cơ
làm việc thiếu tải hoặc quá tải tuỳ thuộc vào tải trọng kéo và số truyền làm việc. Do vậy
các đờng cong công suất ứng với các số truyền là khác nhau và đợc minh hoạ nh hình
6.4.
Đờng bao của các đờng cong công suất chính là đờng đặc tính kéo thế năng. Nh
vậy ở mỗi số truyền chỉ có nhiều nhất là một điểm tiếp xúc với đờng đặc tính kéo thế
năng. Đối với máy kéo xích (Hình 6.4a) do khả năng bám tốt nên điểm cực đại của các
đờng cong công suất nằm trên đờng đặc tính kéo thế năng, lúc đó động cơ làm việc ở
chế độ danh nghĩa. ở các máy kéo bánh, khi lực kéo lớn độ trợt sẽ tăng nhanh nên điểm
cực đại ứng với các số truyền thấp thờng không nằm trên đờng đặc tính kéo thế năng, ví
dụ số truyền 1 trên hình 6.4b.
Nh vậy chỉ khi dùng hộp số vô cấp máy kéo mới phát huy hết khả năng kéo, đó
chính là lý do tại sao gọi đờng cong công suất kéo N
m
=f(P
m
) trên hình 6.2 là đờng đặc
tính kéo thế năng.

a máy kéo xích; b máy kéo bánh bơm
b)
N
m


3
2
4
1
0
P
m
Đường đặc tính kéo thế năng
a)
N
m

4
3
2
1

0
P
m
Đường đặc tính kéo thế năng
thể thu đợc trực tiếp trên thiết bị đo hoặc có sử dụng một số công thức đơn giản để tính
toán.
Đờng đặc tính kéo lý thuyết đợc xây dựng theo các kết quả tính toán lý thuyết

M
G P r
i
e
m k
m
=
+
( . ).
.
f

(6.12)

v
r
i
k e
=

( )1
(6.13)
Nh vậy, trên cơ sở sử dụng đờng đặc tính của động cơ =f(M
e
) và đờng cong trợt
=f(P
m
) ta sẽ xây dựng đợc các đờng cong vận tốc v =f(P
m
) cho các số truyền khác

ứng với P
m
đã cho, sau đó từ đờng đặc tính của động cơ G
T
=f(M
e
) xác định đ-
ợc giá trị G
T
tơng ứng. Từ cặp giá trị (P
m
, G
T
) vừa xác định đợc ta vẽ đợc một điểm của
đồ thị . Thay các giá trị lực kéo khác nhau ta xác định đợc nhiều điểm và nối chúng lại
sẽ đợc đờng cong G
T
= f(P
m
) của số truyền đã cho.
Tất cả các đờng cong G
T
= f(P
m
) sẽ cắt nhau tại một điểm, tơng ứng với lúc máy
kéo đứng yên và động cơ làm việc ở chế độ chạy không G
T
= G
T0
. Tại các điểm cực đại

=f(P
m
)
Chi phí nhiên liệu riêng của máy kéo là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính tiết
89
kiệm nhiên liệu và đợc xác định theo công thức :

g
G
N
T
T
m
= 10
3
, g/kWh (6.16)
trong đó : G
T
- chi phí nhiên liệu giờ, kg/h; N - công suất kéo, kW.
Các đờng cong g
T
=f(P
m
) cũng đợc xây dựng cho từng số truyền.

Cần lu ý rằng các đờng cong trên đờng đặc tính kéo biểu thị mối quan hệ giữa các
chỉ tiêu kéo và lực kéo ở móc. Các quan hệ này là các quan hệ phi tuyến. Do đó để đảm
bảo độ chính xác cần thiết phải xác định nhiều điểm, nhất là ở vùng lực kéo mà công
suất kéo đạt cực đại N
max

m1
N
m2
N
m3
g
T1
g
T2
g
T3
G
T0
N
m


g
T
P
f
v
3
v
2
v
1
v
0
v

G
e0
M
emax
0
M
e
cực đại của đờng cong chi phí nhiên liệu giờ G
T
thờng đạt đợc tại cùng một giá trị lực
kéo. Trong trờng hợp này, sự giảm công suất kéo ở nhánh bên phải (còn gọi là nhánh
quá tải) của đờng cong công suất chủ yếu là do động cơ làm việc ở chế độ quá tải, tốc
độ quay của động cơ giảm nhanh. Do đó không đợc phép sử dụng máy kéo ở nhánh quá
tải mặc dù công suất kéo giảm không nhiều so với công suất kéo cực đại.
ở vùng lực kéo lớn, cũng là vùng hay sử dụng số truyền thấp, độ trựơt tăng nhanh
do đó điểm cực đại của đờng cong công suất kéo thờng không nhận đợc tại vùng lực kéo
có chi phí nhiên liệu giờ cực đại, thậm chí chi phí nhiên liệu giờ cha đạt giá trị cực đại
do động cơ thiếu tải. Sự giảm công suất kéo ở nhánh quá tải chủ yếu là do độ trựơt lớn
làm vận tốc máy kéo giảm nhanh. Trong trờng hợp này có thể cho phép máy kéo làm
việc ở nhánh quá tải nếu hiệu suất kéo còn trong phạm vi cho phép và động cơ cha quá
tải.
Công dụng chính của đờng đặc tính kéo thực nghiệm là để xác định các chỉ tiêu
kéo nhằm giúp cho việc chọn liên hợp máy đợc thích hợp và nâng cao hiệu quả sử dụng
máy kéo. Ngoài ra, thông qua đờng đặc tính kéo ta có thể đánh giá mức độ phù hợp
(thông qua hiệu suất kéo cực đại
max
) máy kéo với điều kiện sử dụng nó, mức độ phù
hợp của công suất động cơ với hệ thống di động và sự phân bố tỷ số truyền ...
Đờng đặc tính kéo lý thuyết chủ yếu đợc sử dụng khi tính toán thiết kế về máy
kéo để đánh giá sơ bộ (phỏng đoán) tính chất kéo của loại máy kéo đang thiết kế. Cũng

i r
k
(1 - )
T
i
1
, ( km/h) (6.17)
trong đó : P
k
lực kéo tiếp tuyến, N;
M
e
,
e
mô men quay ( Nm) và tốc độ góc (1/s) của động cơ ;
i
T
, i tỷ số truyền của phần hộp số cơ học và phần hộp số thuỷ lực;

m
hiệu suất ma sát trong phần hộp số cơ học và trong nhánh xích chủ
động (nếu là máy kéo xích) ;
r
k
bán kính động lực học của bánh chủ động, giả thiết bán kính động lực
học và bán kính lăn lý thuyết bằng nhau,m;
f hệ số cản lăn;
G trọng lợng sử dụng của máy kéo, N;
P
m