Thạc Sĩ Nghiên cứu ứng dụng bộ truyền động đai vô cấp cho hệ thống truyền lực máy kéo nhỏ

Luận văn thạc sĩ năm 2011
Đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐAI VÔ CẤP CHO HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC MÁY KÉO NHỎ

MỤC LỤC
Lời cam ñoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục bảng vi
MỞ ðẦU 1
1. ðặt vấn ñề: 1
2. Mục ñích nghiên cứu của ñề tài:2
3. Nhiệm vụ của ñề tài: 2
ChươngI NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN.3
1.1. Khái quát chung: 3
1.2. Lịch sử phát triển của truyền ñộng vô cấp:3
1.3. Các dạng truyền ñộng vô cấp dùng trên máy kéoloại nhỏ:6
1.3.1. Hộp số vô cấp loại cơ: 7
1.3.2. Hộp số vô cấp dạng thủy lực:14
1.3.3. Hộp số dùng truyền ñộng ñiện (Tðð):16
1.4. So sánh các loại hộp số vô cấp (CVT).16
1.5. Lựa chọn hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo:18
CHƯƠNG II LỰA CHỌN KẾT CẤU, TÍNH TOÁN THÔNG SỐ HỆ
THỒNG TRUYỀN LỰC MÁY KÉO NHỎ20
2.1. Kết cấu tổng thể 20
2.2. ðộng cơ: 20
2.3. Hệ thống truyền lực: 21
2.3.1. ðặc ñiểm và kết cấu của truyền ñộng ñai vô cấp bản rộng:21
2.3.2. ðặc ñiểm và kết cấu của ly hợp cho máy kéo nhỏ:25
2.3.3. Phân tích, lựa chọn kết cấu hộp số cho máy kéo nhỏ:29
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
iv
CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ðỘNG HỌC CỦA HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC DÙNG HỘP SỐ VÔ CẤP TRÊN
MÁY KÉO NHỎ. 33
3.1. Tính toán các thông số ñộng học của ly hợp trên máy kéo nhỏ.33
3.1.1. Mômen ma sát yêu cầu của ly hợp:33
3.1.2. Xác ñịnh thông số cơ bản của ñĩa ma sát:34
3.1.3. Xác ñịnh các thông số cơ bản của lò xo ép:38
3.1.4. Công trượt sinh ra trong quá trình ñóng ly hợp:43
3.1.5. Tính toán nhiệt ñộ của ly hợp:50
3.2. Tính toán các thông số ñộng học của bộ truyềnñai bản rộng vô
cấp trên máy kéo. 51
3.2.1. Xác ñịnh loại ñai và ñường kính lớn nhất của bộ truyền ñai vô cấp:52
3.2.2. Xác ñịnh ñường kính nhỏ nhất của các bánh ñai và khoảng
ñiều chỉnh. 53
3.2.3. Xác ñịnh khoảng cách trục e của bộ truyền ñai:54
3.2.4. Kiệm nghiệm góc ôm β: 55
3.2.5. Tính lực căng ban ñầu của ñai và lực tác dụng lên trục:55
3.3. Tính toán cơ cấu ñiều kiển bộ truyền ñai vô cấp:56
3.3.1. Tính toán cơ cấu ép bánh ñai chủ ñộng:56
3.3.2. Tính toán lò xo ép bánh ñai bị ñộng:59
3.4. Tính toán thông số ñộng học cho hộp số và cầuchủ ñộng63
3.4.1. Xác ñịnh khoảng cách trục65
3.4.2. Kích thước chiều trục của hộp số65
3.4.3. Tính toán số răng của các bánh răng hộp số66
3.4.4. Bán kính vòng chia và mômen quán tính bánh răng hộp số72
3.4.5. Mômen quán tính trục hộp số73
3.4.6. Tính toán các thông số ñộng học của truyền lực chính74
3.4.7. Tính toán các thông số ñộng học của bộ vi sai77
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
v
3.4.8. Tính toán cho bán trục máy kéo bánh nông nghiệp82
3.4.9. Tính toán các thông số ñộng học của truyền lực cuối cùng85
CHƯƠNG IV KHẢO SÁT HỆ THỐNG TRUYỀN ðỘNG MÁY KÉO NHỎ88
4.1. Giới thiệu phần mền Matlab – Simulink88
4.2. ðộng cơ 90
4.3. Truyền ñộng ñai vô cấp 91
4.4. Ly hợp 92
4.5. Hộp số, cầu sau 93
4.6. Xây dựng mô hình mô phỏng máy kéo:94
CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ99
5.1. Kết luận 99
5.2. Kiến nghị. 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO 103
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
vi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 ðánh giá các loại truyền ñộng 17
Bảng 2. So sánh các loại truyền ñộng bao vòng vô cấp.17
Bảng 2.2. Kết quả tính toán bán kính vòng chia và ñường kính trục lắp
bánh răng tương ứng 72
Bảng 2-3. Kết quả tính toán mômen quán tính khối lượng của các bánh
răng 73
Bảng 4-1. Các thông số tính toán của mô hình mô phỏng96
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
vii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Hình ảnh hộp số vô cấp Mercedes – Benz .1
Hình 1.2: CVT kiểu vành ñai ma sát 4
Hình 1.3: CVT kiểu hình xuyến 4
Hình 1.4: Mẫu xe DAF 600 .4
Hình 1.5: Các xe snowmobile .4
Hình 1.6: Dòng xe ATVs (All - terrain vehicle) .5
Hình 1.7: Dòng xe Justy của subaru 5
Hình 1.8: Hình ảnh sơ ñồ phân loại truyền ñộng vô cấp .7
Hình 1.9: Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp kiểu puly ñai và dây ñai truyền
(VDP) 8
Hình 1.10: Hình ảnh các chế ñộ làm việc của hộp số vô cấp loại ñai bản rộng
(VDP) 10
Hình 1.11: Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp loại con lăn(TCVT) 11
Hình 1.12: Hình ảnh các chế ñộ làm việc của hộp số vô cấp kiểu con lăn .11
Hình 1.13: Sơ ñồ cấu tạo của hộp số vô cấp kiểu IVT 12
Hình 1.14: Hình ảnh cấu tạo hộp số vô cấp kiểu con lăn tỏa tròn .13
Hình 1.15: Sơ ñồ cấu tạo của hộp số vô cấp loại thủy tĩnh .14
Hình 1.16: Sơ ñồ cấu tạo hộp số dùng truyền ñộng thủy lực 15
Hình 1.17: Sơ ñồ cấu tạo hệ thống Hybrid 16
Hình 1.18: Sơ ñồ truyền lực máy kéo của Viện máy kéo nông nghiệp
TU.Muenchen 18
Hình 2.1: Sơ ñồ bố trí các bộ phận của hệ thống truyền lực dùng hộp số vô
cấp kiểu ñai bản ộng 21
Hình 2.2: Nguyên lý thay ñổi tỷ số truyền của vô cấp 22
Hình 2.3: Cấu tạo bánh ñai chủ ñộng 23
Hình 2.4: Cấu tạo bánh ñai bị ñộng .23
Hình 2.5: Cấu tạo dây ñai cao su .24
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
viii
Hình 2.6: Hình ảnh cấu tạo của ly hợp ma sát dùng lực ép lò xo màng 27
Hình 2.7: Nguyên lý cấu tạo và làm việc của ly hợp ma sát khô một ñĩa .28
Hình 3.1: Các kích thước của ñĩa ma sát .34
Hình 3.2 : Lò xo ép của ly hợp 38
Hình 3.3: Các kích thước của lò xo .40
Hình 3.4: Mô hình tính toán công trượt ly hợp .45
Hình 3.5: Mô hình tính toán công trượt máy nông nghiệp tự hành (khi ñóng
êm dịu) .48
Hình 3.6: Kết cấu bộ truyền ñai vô cấp RD b .52
Hình 3.7: Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của bộ truyền ñai vô cấp 53
Hình 3.8: Các lực tác dụng lên nửa bánh ñai di ñộngcủa bánh ñai chủ
ñộng .56
Hình 3.9: Xylanh tác ñộng kép có cần piston một phía .58
Hình 3.10: Các lực tác dụng lên nửa bánh ñai di ñộng của bánh ñai bị
ñộng 59
Hình 3.11: Các kích thước và tải trọng tác dụng lênlò xo chịu nén .61
Hình 3.12. Sơ ñồ lực tác dụng bán trục giảm tải mộtnữa .82
Hình 4.1. Các khối chức năng Simulink 89
Hình 4.2: Sơ ñồ hệ thống truyền lực mà ñề tài ñang xây dựng .90
Hình 4.3: ðồ thị mô phỏng ñặc tính ñộng cơ 91
Hình 4.4: Sơ ñồ hoạt ñộng của ly hợp 92
Hình 4.5: Hình mô phỏng máy kéo trên Matlap – Simulink .95
Hình 4.6: : Khảo sát sự thay ñổi tốc ñộ ñộng cơ và bánh ñai bị ñộng khi thay
ñổi tỷ số truyền giảm và tăng liên tục 97
Hình 4.7: Khảo sát sự thay ñổi tốc ñộ ñộng cơ và bánh ñai bị ñộng khi thay
ñổi tỷ số truyền tăng và giảm liên tục 97
Hình 4.8: Khảo sát sự thay ñổi tốc ñộ ñộng cơ và bánh ñai bị ñộng khi thay
ñổi tỷ số truyền tăng và giảm liên tục trong thời gian dài 98
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
1
MỞ ðẦU
1. ðặt vấn ñề:
Máy kéo sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam hiện nay ñều sử dụng hộp số
cơ khí có cấp trong hệ thống truyền lực ñể thay ñổimômen, tốc ñộ quay từ
ñộng cơ ñến bộ phận di ñộng. Hệ thống truyền lực này ñã trở thành lạc hậu,
bộc lộ nhiều hạn chế trước các yêu cầu rất ña dạng,phức tạp của các công
việc trong sản xuất nông nghiệp.
Công nghệ chế tạo máy kéo của Việt nam cho tới nay mới chỉ sản xuất
ñược các loại máy kéo công suất vừa và nhỏ (dưới 30KW). Kết cấu của máy
kéo, ñặc biệt là hệ thống truyền lực vẫn dựa trên thiết kế của các mẫu máy từ
những năm 70 của thế kỷ trước, vì vậy có rất nhiều hạn chế như nặng nề, kém
linh hoạt, tính vạn năng không cao, hiệu suất thấp, vv, ñã ảnh hưởng không
tốt ñến năng suất, chất lượng công việc, sức khỏe người ñiều khiển.
Nghiên cứu ứng dụng một hệ thống truyền lực hợp lý cho máy kéo, phù
hợp với ñiều kiện sản xuất chế tạo và sử dụng của Việt Nam là rất cần thiết.
Vì vậy việc phát triển hệ thống truyền ñộng vô cấp trên máy kéo loại nhỏ là
phù hợp.
Truyền ñộng vô cấp trên các máy nông nghiệp tự hành và máy kéo ñã
ñược phát triển trên thế giới từ vài thập kỷ gần ñây. ðối với các máy kéo lớn,
hệ thống truyền ñộng vô cấp ưu tiên sử dụng hộp số phân nhánh công suất
thủy tĩnh. Truyền ñộng thủy tĩnh yêu cầu chi phí ñầu tư lớn do giá thành của
các thành phần cấu trúc thủy lực cao. Do các nguyênnhân về chi phí chế tạo,
trọng lượng và hiệu suất nên việc sử dụng hộp số thủy tĩnh trên các máy kéo
công suất nhỏ là không phù hợp.
Trên các loại máy kéo nhỏ ñã và ñang ñược ưu tiên phát triển ở nước
ta, truyền ñộng ñai vô cấp ñược ñánh giá là phù hợpnhất. Truyền ñộng ñai vô
cấp có hiệu suất truyền hợp lý, yêu cầu lực ép nhỏ,hệ thống ñiều khiển không
quá phức tạp. Do kết cấu ñơn giản sẽ dẫn ñến chi phí chế tạo thấp, do an toàn
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
2
hoạt ñộng cao sẽ dẫn ñến chi phí vận hành nhỏ. Trong lĩnh vực kỹ thuật máy
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 vôcấp 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 càitầng chậm.
Từ các phân tích trên ñây, có thể thấy việc nghiên cứu ứng dụng bộ
truyền ñai vô cấp cho hệ thống truyền lực máy kéo nhỏ là cần thiết.
2. Mục ñích nghiên cứu của ñề tài:
Tính toán thông số, xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực
ứng dụng bộ truyền ñộng ñai bản rộng vô cấp cho máykéo công suất vừa và
nhỏ, nhằm thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu phuc vụ cho việc nghiên cứu thiết
kế chế tạo máy tự hành vạn năng phục vụ sản xuất Nông nghiệp ở Việt Nam.
3. Nhiệm vụ của ñề tài:
- Tập hợp các dạng truyền ñộng vô cấp, phân tích ưu nhược ñiểm của
chúng.
- Lựa chọn một dạng truyền ñộng vô cấp hợp lý ñể ứng dụng cho hệ
thống truyền lực máy kéo nhỏ.
- Tính toán các thông số ñộng học và kết cấu bộ truyền ñộng ñai vô cấp
và các bộ phận khác của hệ thống truyền lực.
- Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền ñộng có tích hợp bộ truyền
ñộng ñai vô cấp.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
3
Chương I
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN.
1.1. Khái quát chung:
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 nhấtvà giá trị nhỏ nhất.
Tính linh hoạt này của CVT cho phép duy trì một tốcñộ góc không ñổi
trong một giải vận tốc ñầu ra. Như vậy CVT có thể cho phép các ñộng cơ
luôn hoạt ñộng ở vùng hiệu suất tối ưu nhất.
1.2. Lịch sử phát triển của truyền ñộng vô cấp:
Năm 1490. Leonardo da Vinci ñưa ra khái niệm truyềnvô cấp biến ñổi
liên tục. Sáng chế ñầu tiên cho CVT là dựa trên mộtvành ñai ma sát do Dailer
và Benz (năm 1886), Vào năm 1935 cũng sáng chế một CVT hình xuyến do
người Mỹ chế tạo.
Năm 1910, Zenith Motorcycles thiết kế xe V2-Motorcycles với một
CVT truyền ñộng từng bậc. Với sự cải tiến này Zenith ñã rất thành công trong
cuộc ñua leo dốc cho ôtô và môtô.
Hình 1.1: Hình ảnh hộp số vô cấp Mercedes - Benz
4
Một dạng CVT là Variomatic, ñược thiết kế và xây dựng bởi Hub van
Doorne vào cuối năm 1950, những hộp số vô cấp này ñược áp dụng cho dòng
xe nhỏ dùng cho gia ñình với giá cả phải chăng , ñược gọi là dòng xe DAF
600 (hình 1.4) ñược sản xuất năm 1958.
Nhiều chiếc xe snowmobiles (xe gắn máy ñi tuyết) (hình 4) sử dụng
CVT vành ñai cao su. Năm 1974, hãng Rokon cung cấp một xe gắn máy với
một CVT vành ñai cao su.
CVTs ñược sử dụng trong một số ATVs (All-terrain vehicle) là loại xe
dùng cho tất cả các ñịa hình (hình 1.6). Các dòng xe AVT ñầu tiên ñược trang
bị hộp số vô cấp ñược Suzuki dùng cho dòng xe LT80 mini vào năm 1987.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[ ] 1 . TS. Nguyễn Ngọc Quế: Giáo trình ôtô – máy kéo và xe chuyên
dụng. Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội 2007.
[ ] 2 . ðặng Quý: Tính toán thiết kế ôtô.Trường ðại học Sư phạm kỹ
thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, 2001.
[ ] 3 . Ths. Lê Văn Tụy: Kết cấu và tính toán ôtô. Trường ðại học Bách
khoa ðà Nẵng, 2005.
[ ] 4 . Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn
Tài, Lê Thị Vàng : Lý thuyết ôtô máy kéo. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ
thuật,Hà Nội 2008.
[ ] 5 . Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm. Thiết kế chi tiết máy .Nhà
xuất bản Giáo dục, 2007.
[ ] 6 . S.N. NITRIPPORTRIC: Bài tập chi tiết máy. Biên dịch: Võ Trần
Khúc Nhã . Nhà xuất bản Hải Phòng, 2004.
[ ] 7 . Trịnh Chất:Cơ sở thiết kế máy & chi tiết máy. Nhà xuất bản Khoa
học và kỹ thuật,Hà Nội 2007.
[ ] 8 . Bùi Hải Triều (chủ biên), Nguyễn Ngọc Quế, ðỗ Hữu Quyết,
Nguyễn Văn Hựu: Giáo trình truyền ñộng thủy lực và khí nén.Nhà xuất bản
Nông nghiệp, Hà Nội 2006.
[ ] 9 . Nguyễn Bảng, Nguyễn Viết Lầu, Phạm Xuân Vượng, Trần Minh
Vượng, Trần Văn Nghiễn, Võ Tấn Thặng:Cơ khí hóa nông nghiệp (Quyển I-ðộng lực).Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội 1991.
[ ] 10 . Nông Văn Vìn : ðộng lực học chuyển ñộng máy kéo – ôtô.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, 2007.
[ ] 11 . La Văn Hiền. Nhập môn MATLAB access.Nhà xuất bản ðại Học
Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh, 2004.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật .
104
[ ] 12 . Phạm Thị Ngọc Yến, Ngô Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Nguyễn Thị
Lan Hương: Cơ sở MATLAB và ứng dụng.Nhà xuất bản Khoa học và kỹ
thuật,Hà Nội 2007.
[ ] 13 . Ths. Phạm Vũ Long: ðiều tra thực trạng cơ giới hóa cây trồng
cạn ñồng bằng Sông Hồng,ñề xuất mô hình cơ giới hóatoàn bộ. Báo cáo khoa
học, 2008.