- 0 -
Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học nông nghiệp i hà nội
-------------[\--------------
Vũ Đức Hải
vũ đức hải Nghiên cứu một số tính chất ổn định hớng
chuyển động của liên hợp máy kéo bánh hơi
chuyển động trên dốc ngangChuyên ngành: Kĩ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp
Mã số: 60 52 14
Luận văn thạc sĩ kĩ thuật

trên cần phải nghiên cứu thiết kế, cải tiến để có những loại máy riêng, phù hợp
với điều kiện tự nhiên, tập quán sản xuất của vùng núi.
Đối với các máy kéo làm việc trên đồi dốc, ngoài việc quan tâm đến
tính năng kéo bám, tính ổn định lật đổ thì tính ổn định hớng chuyển động
cũng rất cần đợc chú trọng. Tính chất ổn định hớng chuyển động có ảnh hởng
quyết định đến năng suất, chất lợng các khâu công việc canh tác bằng máy.
Những năm qua, vấn đề này đã đợc nhiều nhà khoa học quan tâm
nghiên cứu. Tuy nhiên ở nớc ta hiện nay cha có điều kiện trang bị các loại
máy kéo chuyên dùng cho đồi dốc, vì vậy nghiên cứu cơ sở khoa học nhằm cải

- 1 -

tiến các máy kéo nông nghiệp để có thể làm việc trên đồi dốc là một hớng
nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực.
Xuất phát từ định hớng đó, chúng tôi chọn đề tài luận văn:
Nghiên cứu một số tính chất ổn định hớng chuyển động của liên
hợp máy kéo bánh hơi chuyển động trên dốc ngang.
Mục đích nghiên cứu của đề tài là góp phần xây dựng cơ sở khoa học để
tính toán, thiết kế cải tiến và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý các loại máy kéo
thông thờng khi làm việc trên đất dốc.

- 2 -

Chơng 1
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
1.1. Đặt vấn đề
Để đáp ứng yêu cầu cơ giới hoá vùng đất dốc, nhiều nớc công nghiệp
phát triển đã chế tạo ra các loại máy kéo chuyên dùng có tính an toàn cao, khả
năng kéo bám tốt, nhờ đó nâng cao hiệu quả sử dụng một cách rõ rệt. Tuy
nhiên, các loại máy này thờng rất đắt tiền. Vì vậy, xu hớng cải tiến các máy

Xét về điều kiện thực hiện cơ giới hóa, những đặc điểm trên là những
nguyên nhân chính gây khó khăn cho việc thực hiện cơ giới hoá nông - lâm
nghiệp ở vùng đồi núi.
Máy kéo là nguồn động lực chính để thực hiện các khâu công nghệ sản
xuất nông lâm nghiệp, phải hoạt động trong những điều kiện rất khó khăn,
phức tạp, đặc biệt là đối với các máy kéo lâm nghiệp vì hầu hết các vùng đất
lâm nghiệp thờng phân bố ở độ dốc cao hơn, ít hoặc cha đợc cải tạo. Do
vậy đòi hỏi các loại máy kéo dùng cho vùng đồi núi nói chung và cho vùng
sản xuất lâm nghiệp nói riêng phải có tính ổn định cao,tính năng kéo bám tốt.
Để đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa vùng đất dốc, nhiều nớc công nghiệp
phát triển đã chế tạo ra các loại máy kéo chuyên dùng có tính an toàn cao, khả
năng kéo bám tốt nhờ đó nâng cao đợc hiệu quả sử dụng một cách rõ rệt. Tuy
nhiên, các loại máy này thờng rất đắt tiền. Vì vậy, hớng cải tiến các máy
kéo nông nghiệp thông dụng cho đồng bằng để đáp ứng đợc một phần nào
các công việc cơ giới hóa trên vùng đất dốc nông lâm nghiệp vẫn đợc áp
dụng ở nhiều nớc trên thế giới.
ở nớc ta, một mặt do nền công nghiệp chế tạo máy nói chung và chế
tạo máy kéo nói riêng cha phát triển, mặt khác do khả năng về vốn đầu t
của các nông hộ còn rất hạn chế nên việc cải tiến các máy kéo nông nghiệp
thông dụng ở đồng bằng để làm việc trên đất có độ dốc cao hơn vẫn là một

- 4 -

phơng án có tính khả thi cao. Tuy nhiên, với các công việc đòi hỏi các
máy kéo có công suất lớn và có tính ổn định cao phải sử dụng các máy
kéo chuyên dùng.
Một lý do khác là trong những năm gần đây, mô hình sản xuất nông
lâm kết hợp đã phát huy tốt cả về hiệu quả sử dụng đất và sử dụng nhân lực,
góp phần tích cực phát triển kinh tế xã hội ở vùng trung du và miền núi. Để
khai thác tốt hơn các máy kéo nông nghiệp ở vùng này, nhất là trong những

c)
d)
e)

Hình 1.1. Một số loại máy kéo đồi dốc có khung tự cân bằng
Xu hớng chủ yếu cải tiến các loại máy kéo thông thờng, có công
dụng chung để phục vụ cơ giới hoá vùng đồi bao gồm:
- Hạ thấp trọng tâm máy kéo (hình 1.2,a);
- Lắp thêm trọng vật tăng trọng lợng bám (hình 1.2,b);
- Tăng bề rộng cơ sở hoặc dùng bánh kép (hình 1.2,c);
- Sử dụng hệ thống di động có tính năng kéo bám tốt (hình 1.2,d);
- Lắp thêm đối trọng ở cầu trớc kết hợp xoay truyền lực cuối cùng để
hạ thấp trọng tâm (hình 1.2,e).
Ngoài ra các loại máy kéo đồi dốc còn đợc cải tiến ghế ngồi của ngời
lái, lắp thêm các bộ phận an toàn nh cabin an toàn, bộ phận chống lật
Một giải pháp khác là sử dụng các loại máy kéo có truyền động thuỷ
lực. Các loại máy này có u thế mạnh trong các công việc khai hoang, làm đất
trồng rừng, trồng cây công nghiệp dài ngày, cây ăn quả. Vì ở các khâu này lực

- 6 -

cản máy công tác thay đổi trong phạm vi rộng và rất ngẫu nhiên, tăng giảm
đột ngột khiến cho ngời lái khó đoán trớc đợc và khó có thể điều chỉnh kịp
thời cho phù hợp, nhiều khi còn gây nguy hiểm cho sự an toàn thiết bị. Nếu
dùng truyền động thuỷ lực (côn thuỷ lực, hộp số thuỷ lực hoặc các bộ phận an
toàn thuỷ lực) sẽ có khả năng phát huy đợc công suất động cơ tốt hơn,
giảm đợc tải trọng động, tránh đợc quá tải cho các chi tiết trong hệ thống
truyền lực, an toàn cho các bộ phận làm việc, giảm thời gian dừng máy để
sang số, ngời lái đỡ căng thẳng thần kinh trong quá trình điều khiển máy
Những u điểm đó góp phần nâng cao năng suất và chất lợng công việc rất

Trong thời kỳ bao cấp, miền Bắc chủ yếu nhập các loại máy kéo từ các
nớc Liên Xô, Trung Quốc và các nớc Đông Âu, trong đó số lợng máy kéo
nhập từ Liên Xô chiếm nhiều nhất. Về chất lợng, qua thực tế sử dụng nhiều
năm đã khẳng định loại máy kéo bánh MTZ-50/80 và loại máy kéo xích DT-
75 do Liên Xô chế tạo là phù hợp với điều kiện sản xuất ở nớc ta thời kỳ đó.
Sau nghị quyết 10 của Bộ Chính trị, ruộng đất đợc giao cho nông dân
sử dụng lâu dài, kích thớc ruộng bị thu hẹp, manh mún, các máy kéo lớn
không phát huy đợc hiệu quả sử dụng và thay vào đó là các loại máy kéo
công suất nhỏ nhập từ Trung Quốc, Nhật bản hoặc chế tạo trong nớc.
Các máy kéo đợc nhập ồ ạt từ nớc ngoài không đợc quản lý về chất
lợng và cũng không có những chỉ dẫn cần thiết của các cơ quan khoa học.
Hậu quả của việc trang bị máy móc thiếu những căn cứ khoa học cần thiết dẫn
đến nhiều chủ máy bị phá sản hoặc hiệu quả sử dụng rất thấp, cha thật sự có

- 8 -

tác dụng kích thích phát triển sản xuất nông nghiệp. Đây cũng là những bài học
thực tế cho cả các nhà khoa học, các nhà quản lý và những ngời sử dụng máy.
Trong những năm gần đây, xu thế là nhập các loại máy kéo có công suất
lớn hơn và hiện đại hơn nh T-130, MTZ80A (Liên Xô), KOMATSU, D53A,
D53P, D85A (Nhật Bản). Các loại máy kéo này bớc đầu đã phát huy hiệu
quả. Tuy nhiên do giá thành đắt nên không có khả năng áp dụng rộng rãi trong
sản xuất.[13]
Riêng về hệ thống máy kéo đồi dốc, có thể nói hầu nh cha có ở nớc
ta. Phần lớn các công việc cơ giới hóa bằng máy trên đất dốc hiện vẫn sử dụng
các loại máy kéo thông thờng. Điều đó đã hạn chế rất nhiều đến các chỉ tiêu
làm việc của máy kéo cũng nh độ an toàn cho ngời sử dụng máy. Để giải
quyết vấn đề này, nhiều cơ quan khoa học và nhiều nhà khoa học đã tập trung
nghiên cứu cải tiến các máy kéo thông thờng hoặc các máy kéo nông nghiệp
thiết kế cho đồng bằng nhằm mục đích sử dụng trên đất dốc. Tuy nhiên cho


Giả thiết vết của bánh xe trớc và sau trùng nhau, trọng tâm của máy nằm
trong mặt phẳng đối xứng dọc, lực và mô men tác dụng lên máy kéo gồm có:
G - trọng lợng của máy kéo.
M
j
- mô men của các lực quán tính tiếp tuyến tác dụng trong mặt phẳng
ngang khi máy kéo chuyển động không ổn định.
Y
'
, Y
''
- các phản lực thẳng góc từ đờng tác dụng lên bánh xe bên dới
và bên trên dốc.
- góc nghiêng ngang của dốc.
Z', Z'' - các phản lực ngang tác dụng lên bánh xe bên dới và bên trên dốc.

- 10 -

Dới tác dụng của các lực và mô men, khi góc tăng dần tới góc giới
hạn, máy bị lật quanh trục A (A là giao tuyến của mặt phẳng thẳng đứng qua
trục bánh xe bên dới dốc và mặt đờng). Lúc đó: Y'' = 0.
Khi đó:
0
sincos
2
''
=

=

trợt, có phơng trình:

( )


cossin
''''''
GYYZZG
yy
=+=+=
(1.3)
Trong đó:


- góc dốc giới hạn khi máy kéo bị trợt.


y

- hệ số bám ngang giữa bánh xe và đờng.
Rút gọn công thức (1.3) sẽ đợc:

y
tg


=
(1.4)
Điều kiện để máy trợt trớc khi bị lật đổ khi chuyển động trên đờng
nghiêng ngang:

Trong trờng hợp máy kéo đứng yên trên đờng nghiêng ngang thì góc
giới hạn mà máy bị trợt và điều kiện để máy trợt trớc khi bị lật đổ nh sau:

'
y
tg


=
(1.7)

t
tgtg



hay

g
y
h
B
2


(1.8)
1.4.2. Tính ổn định động ngang của máy kéo bánh hơi khi
chuyển động quay vòng trên đờng nghiêng ngang.
Hình 1.4 trình bày sơ đồ các lực và mô men tác động lên ô tô máy kéo
bánh khi chuyển động vòng trên đờng nghiêng ngang.

= 0.






+












+







=
ddg



+







=
ddg
dgd
n
B
hG
gRh
B
G
v


sin
2
cos
sincos
2
2
(1.10)
Rút gọn 2 công thức trên sẽ có:

sincos
2
+







=
+







=
(1.11)
Trong đó:
d

- góc giới hạn khi máy kéo quay vòng bị lật đổ.
R- bán kính quay vòng của xe.
v - vận tốc chuyển động quay vòng (m/s)
v
n
- vận tốc giới hạn (hay vận tốc nguy hiểm).

(1.12)
b) Theo điều kiện bị trợt bên
Khi quay vòng trên đờng nghiêng ngang, máy có thể bị trợt bên, dới
tác dụng của thành phần lực Gsin và P
j
cos do điều kiện bám ngang của
bánh xe và đờng không đảm bảo.
( ) ( )


sincossincos
''''''
jyj
PGYYZZGP
y
=+=+=+
(1.13)
Vận tốc giới hạn khi máy bị trợt bên:

( )
()







+


( )





tg
tggR
v
y
y

+
=
1
(1.15)
Trờng hợp máy kéo quay vòng trên đờng nằm ngang thì vận tốc giới
hạn để máy kéo bị trợt bên sẽ là:

y
gRv


=
(1.16)
Trong đó:


- góc giới hạn của đờng ứng với vận tốc giới hạn.
y

Theo điều kiện bám: R = R
max
= G
b
và phản lực ngang cũng đạt giá trị
cực đại Z = Z
max
.
Thay giá trị Z
max
và R
max
vào công thức (1.17) nhận đợc:

()
2
2
22
maxmax kbk
PGPRZ ==

(1.18)
Theo công thức (1.18) khi lực kéo P
k
càng lớn thì Z càng nhỏ. Khi lực
kéo P
k
hoặc lực phanh P
p
đạt đến giới hạn lực bám thì Z

cứu là:
Mục tiêu nghiên cứu :
xây dựng đợc mô hình toán nghiên cứu tính ổn định hớng chuyển
động của máy kéo khi làm việc trên dốc ngang, khảo sát ảnh hởng của một
số yếu tố đến tính ổn định chuyển động làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế

- 16 -

cải tiến hoặc lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý các liên hợp máy kéo trên vùng
đất dốc.
Nhiệm vụ nghiên cứu:
1- Xây dựng mô hình toán nghiên cứu tính ổn định hớng chuyển động
trên dốc ngang.
2- Xây dựng thuật giải và chơng trình để giải bài toán mô hình.
3- Khảo sát trên máy vi tính một số yếu tố kết cấu và độ dốc đến tính
ổn định hớng chuyển động của máy kéo. - 17 -

Chơng 2
Một số cơ sở lý thuyết về tính ổn định hớng
chuyển động của máy kéo trên dốc ngang
2.1. Khái quát chung về chuyển động lệch của máy kéo
trên dốc ngang [17], [22], [23]
Khi liên hợp máy làm việc trên mặt phẳng ngang thì trọng tâm của máy
so với bề mặt đồng không thay đổi, các phản lực trên các bánh xe máy kéo
cũng nh trên bánh tựa đồng của máy nông nghiệp cũng không đổi. Kết quả
là, tính ổn định chuyển động thẳng đợc bảo toàn và điều kiện làm việc của
ngời lái là thuận lợi nhất. Các chỉ tiêu kéo bám đạt giá trị cao nhất và chi phí

chất cơ lý của đất:

= arctg(h


h


)/ B (2.2)
Trong đó: h


và h


là biến dạng của bánh dới và bánh trên dốc
a)
b)
c)

Hình 2.1. Xác định góc nghiêng của trục bánh máy kéo trên dốc ngang a. Khi máy kéo chuyển động trên bề mặt cứngb. Khi bánh trên dốc của máy kéo nằm trong rãnh cày

c. Khi bánh dới dốc của máy kéo nằm trong rãnh cày



- h


)/B] arcsin(h/B) (2.5)
(độ)
Hình 2.2.
Sự phụ thuộc của
góc nghiêng trục
máy kéo vào góc
dốc[17]
(độ)

Nh vậy sự phân bố lại tải trọng trên các bánh xe thông thờng không
chỉ phụ thuộc vào góc dốc mặt đồng mà còn phụ thuộc vào áp suất không khí
trong lốp, prophin bề mặt dốc và phơng thức cày. Độ nghiêng của máy kéo
đợc giảm xuống khi máy kéo cày lật đất lên phía trên dốc (hình 2.2).
Chuyển động phức tạp nhất của máy kéo trên dốc là khi quay vòng, khi
đó tải trọng trên các bánh xe của máy kéo sẽ thay đổi. Độ cong của quỹ đạo
chuyển động tùy thuộc vào bán kính quay vòng và hớng vòng lên trên hay
xuống dới dốc. Bán kính quay vòng trên dốc cần đảm bảo an toàn chuyển
động. Không đợc phép hãm phanh các bánh phía trong đờng vòng khi
chuyển động ở góc dốc giới hạn (xem mục 1.4.2).

- 20 -

Khi máy kéo chuyển động ngang dốc sẽ xuất hiện chuyển động lệch và
máy kéo tự đi xuống phía chân dốc. Ngay cả khi không xoay bánh lái liên hợp
máy vẫn đi xuống dốc do trợt ngang. Độ chuyển động lệch sẽ tăng lên khi
tăng góc dốc và chiều dài đờng chạy. Chuyển động lệch đợc đặc trng bởi

máy kéo khi biết góc chuyển động lệch bên và góc dốc :
Hình 2.3
Chuyển động của máy kéo
theo đờng xiên

x
= arcsin (sin

sin ) (2.6)
Từ công thức (2.6) thấy rằng khi = 0 thì sin
x
= 0 và
x
= 0
Máy kéo sẽ dịch chuyển xuống dốc một đoạn là:
l = s sin
x
/(sin

cos) (2.7)
ở đây s là độ dài của quãng đờng đi đợc theo phơng định trớc.
Góc nghiêng
z
của trục dọc máy kéo phụ thuộc vào góc chuyển động
lệch bên và góc dốc , đợc thể hiện trên hình 2.4.

(độ)
(độ)
Hình 2.4.
ảnh hởng của góc dốc tới

G
z
= Gcos
x
sin

Thay giá trị của góc
x
và

vào công thức này ta nhận đợc:
G
z
= Gcos[arcsin(sinsin)] sincos
Thành phần dọc của trọng lợng là:
G
x
= Gsin
x
= Gsinsin
Thành phần pháp tuyến của trọng lợng :
G
Y
= Gcos
x
cos

= Gcos[arcsin(sinsin)]cos[arcsin(sincos)]
Hình 2.5.
Sơ đồ xác định các

Trong đó:

là hệ số bám của máy kéo trên dốc.
Đối với loại máy kéo thông thờng, lực kéo tiếp tuyến phụ thuộc vào
sự phân bố lại trọng lợng trên các bánh trên và dới dốc. Hệ số phân bố lại
trọng lợng đợc tính nh sau:


=Y

K
/ Y

K
(2.8)
Khi máy kéo chuyển động ngang dốc không có sự lệch bên:

ZZ
htgeBG
B
Y

cos])5,0[
1
+=
ZZ
htgeBG



+
5,0
.5,0

Sự phân phối lại trọng lợng trên các bánh xe chủ động phụ thuộc vào
vị trí trọng tâm, bề rộng vết bánh xe và góc nghiêng ngang của trục.

- 24 -