Giáo trình: lý thuyết ô tô máy kéo lâm nghiệp

Tài liệu chuyên sâu về lý thuyết ô tô máy kéo lâm nghiệp, cung cấp kiến thức cơ bản đến nâng cao cho sinh viên và kỹ sư ngành lâm nghiệp.

• Tác giả: Trần Công Hoan
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Cơ khí hóa khai thác lâm nghiệp
• Đề tài: Lý thuyết ô tô máy kéo lâm nghiệp
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm về Lý thuyết Ô tô Máy kéo Lâm nghiệp

Lý thuyết ô tô máy kéo lâm nghiệp là một môn học quan trọng nghiên cứu các đặc tính sử dụng của xe trong hoạt động vận chuyển và khai thác gỗ. Đây là một phần của chương trình giáo trình ô tô máy kéo lâm nghiệp được giảng dạy cho học sinh chuyên ngành Cơ khi hỏa khai thác lâm nghiệp. Môn học này cung cấp những lý luận cơ bản về sử dụng xe, máy và phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cơ bản của ô tô máy kéo. Mục đích chính là giúp học sinh nắm vững những kiến thức cần thiết để sử dụng hiệu quả máy móc trong lâm nghiệp, nâng cao năng suất vận chuyển và hạ thấp giá thành sản xuất.

1.1. Định nghĩa và phạm vi nghiên cứu

Lý thuyết ô tô máy kéo lâm nghiệp nghiên cứu những đặc tính hoạt động của xe trong điều kiện đặc thù của ngành lâm nghiệp. Nó bao gồm việc chọn lựa và đánh giá các loại xe, nghiên cứu tác động của các yếu tố cấu tạo đến hiệu suất sử dụng, và đặt nền tảng khoa học để đánh giá khách quan những đặc tính của từng loại xe khác nhau.

1.2. Tầm quan trọng trong ngành lâm nghiệp

Ô tô và máy kéo lâm nghiệp được sử dụng rộng rãi trong vận chuyển và khai thác gỗ. Hiện nay, hiệu suất sử dụng vẫn còn thấp do điều kiện địa hình phức tạp và trình độ công nhân chưa cao. Việc nắm vững lý luận cơ bản giúp tối ưu hóa năng suất và hạ chi phí vận chuyển.

II. Yêu cầu Kinh tế Kỹ thuật đối với Ô tô Máy kéo

Yêu cầu kinh tế - kỹ thuật là những tiêu chí cơ bản được xác định dựa trên năng suất và tính tiết kiệm của xe. Năng suất của ô tô máy kéo lâm nghiệp được tính dựa trên số lượng gỗ (tính theo mét khối) vận chuyển trong một đơn vị thời gian. Năng suất phụ thuộc vào lực kéo, tốc độ động học và các yếu tố cấu lạo khác của xe. Tính tiết kiệm nhiên liệu là chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật quan trọng ảnh hưởng lớn đến giá thành vận chuyền. Nó phụ thuộc vào chỉ phí nhiên liệu riêng của động cơ, mất mát năng lượng trong quá trình chuyền động và cách chọn tỷ số truyền của hệ thống truyền lực.

2.1. Năng suất của ô tô máy kéo

Năng suất được đo bằng khối lượng gỗ (m³/giờ) mà xe có thể vận chuyển. Nó phụ thuộc trực tiếp vào lực kéo, tốc độ chuyển động và khả năng vượt các địa hình khó khăn. Các điều kiện làm việc thay đổi liên tục, do đó động cơ phải có khả năng thích ứng với những lực cản biến đổi.

2.2. Tính tiết kiệm và chi phí vận hành

Tính tiết kiệm nhiên liệu là yếu tố quan trọng quyết định giá thành vận chuyển. Cần nghiên cứu chỉ phí nhiên liệu riêng của động cơ, giảm mất mát năng lượng trong quá trình truyền động và tối ưu hóa tỷ số truyền để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.

III. Đường Đặc tính của Động cơ

Đường đặc tính của động cơ thể hiện mối phụ thuộc giữa các thông số chủ yếu như công suất, mô men quay, tiêu thụ nhiên liệu với số vòng quay của trục cơ. Những đường đặc tính cơ bản bao gồm đường đặc tính tốc độ, đường đặc tính lực tải và đường đặc tính điều chỉnh. Những đường này được xây dựng dựa trên số liệu từ các khảo nghiệm động cơ trong phòng thí nghiệm. Điều kiện làm việc của xe luôn thay đổi, làm cho các thông số của động cơ cũng biến đổi theo. Sự phụ thuộc của những thông số này vào các yếu tố khác nhau là cơ sở để thiết kế và sử dụng hiệu quả ô tô máy kéo lâm nghiệp.

3.1. Các loại đường đặc tính chính

Đường đặc tính tốc độ thể hiện mối quan hệ giữa công suất, mô men quay và số vòng quay. Đường đặc tính lực tải cho thấy khả năng kéo của xe. Đường đặc tính điều chỉnh giúp xác định tối ưu hóa các tham số hoạt động dựa trên các yếu tố ảnh hưởng khác nhau.

3.2. Ứng dụng của đường đặc tính điều chỉnh

Đường đặc tính điều chỉnh theo góc đốt sớm hoặc góc phun sớm (trong động cơ Diezel) giúp xác định góc tối ưu, đảm bảo công suất cực đại và tính tiết kiệm nhiên liệu cao nhất. Đường đặc tính theo thành phần hỗn hợp cháy cũng rất quan trọng để đạt hiệu suất tối ưu.

IV. Yêu cầu Kỹ thuật Đối với Ô tô Máy kéo Lâm nghiệp

Yêu cầu kỹ thuật dành cho ô tô máy kéo lâm nghiệp bao gồm ba nhóm chính: yêu cầu kinh tế kỹ thuật, yêu cầu kỹ thuật chung, và yêu cầu sử dụng riêng của ngành. Xuất phát từ những đặc điểm của lâm nghiệp Việt Nam như địa hình đốc, đường xấu, quãng vận chuyển lớn (có khi lên đến 9km), gỗ lớn và nặng, ô tô máy kéo lâm nghiệp phải có cấu tạo đặc biệt để đáp ứng được những yêu cầu này. Yêu cầu kỹ thuật chung tập trung vào việc nâng cao độ bền, tăng tuổi thọ của xe thông qua nghiên cứu tính điều khiển, sức chống lật, di động năng và độ êm của chuyển động.

4.1. Ba nhóm yêu cầu chính

Thứ nhất là yêu cầu kinh tế kỹ thuật (năng suất, tiết kiệm). Thứ hai là yêu cầu kỹ thuật chung (độ bền, tuổi thọ, tính điều khiển, sức chống lật). Thứ ba là yêu cầu sử dụng riêng của ngành lâm nghiệp, đòi hỏi cấu tạo đặc biệt và di động năng cao.

4.2. Đặc điểm riêng của lâm nghiệp Việt Nam

Địa hình Việt Nam có đường xấu, nhiều đốc, quãng vận chuyển rất lớn (lên đến 9km trở lên), gỗ lớn, nặng và điều kiện thời tiết nóng ẩm. Do đó, ô tô máy kéo lâm nghiệp phải có di động năng cao, cấu tạo đặc biệt để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG IỈ ĐỘNG HỌC ĐẠI CƯƠNG CỦA Ô TÔ VA MAY KEO BÁNH BƠM §1— NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA ĐẤT Trong lâm nghiệp ô tô và máy kéo có thể“nói là làm việc trong điều kiện | (không có đường và đường xấu. Khả năng làm việc của ô tô và máy kéo bánh bơm. phu thuộc rất nhiều { vào tính chất và trạng thái của đất trên các tuyến đường. i Do đó, hiểu được những tính chất cơ lý cơ bản-của đất là một việc rất 4 cần thiết.

Nhưng đất có rất nhiều loại và tính chất cơ lý của chúng phụ thuộc yao nhiều yếu tố. Đến nay chủng ta vẫn chưa éó một lý thuyết hoàn chỉnh, ‡ hững công thức tông quát mà những công thức sử: đụng hiện nay mang nhiền } Ị ímh chất thực nghiệm. i ị | Tính chất cơ lý của đắt có rất nhiều, chủng ta chỉ giới hạn trong những i ‘inh chất cơ lý cơ bản, có tính chất quyết định đến khả năng chịu lực tác dụng sủa bánh xe. - Một số tính chất cơ lý éơ bẵn đó là: 1) Cấu trúc và thành phần co hoé cia đất — đó là số lượng đất có kích thước khác nhau.

2) Trọng lượng thể tích của đất (của các phần tử rắn) — trọng lượng của các phần tử rắn của.đất trong một đơn vị thể tích. Trọng lượng thể tích nói lên độ chặt của đất. 3) Đó thấ Ỏ khả nắng của đất cho nước thấm qua các khoảng trống của mỉnh. Trong những [rên thì độ ầm và độ rắn là hai tính chất ảnh hưởng nhiều nhất x.lý của đất và khi khảo nghiệm ô tô máy kéo người ta chỉ xác đị inh chất đó ở những độ sâu khác nhau.

Độ ầm của đất là tỷ 8 ính theo phần trăm giữa trọng lượng của nước chứa trong một don ‘vi thé tích của đất và trọng lượng của đất khô trong thể tích đó. Độ ầm đó gọi là độ ầm tính theo trọng lượng. Đồi khi người ta tính độ ầm tương đối — đó là tỷ lệ giữa độ ầm tính theo i trọng lượng của đất ở trạng thải tự nhiên và độ âm cũng của đất ấy khi thay + đồi từ trang thái déo sang trạng thái chẩy, | | ĩ 19 Đề bánh xe có thể lăn được trến mặt đường thì tử phía khủng xe phải có một lực đầy F tác động theo chiều chuyền động. Khi chuyển động, giữa mặt đường và bánh xe bao giờ cũng có một lực can Xt, tac dong ngược với chiều chuyền động.

Ngoài ra, từ phía mặt đường còn có phản lực pháp tuyến tác động trên khắp mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường mà tồng hợp.lực của chúng gọi là Yu- Khi chuyền động, phần bánh xe phía trước khi tiếp xúc với mặt đường bị nén lại, phần phía sau dần đần được khôi phục lại. Nếu bánh xe dẻØ tuyệt đối và không có mất mát vì ma sát giữa các phân tử cao su của bánh, giữa bánh xe và mặt đường thì năng lượng sản ra đề ép phần bánh phia trước sẽ được khôi phục lại hoàn toàn ở phần bánh phía sau và khi đó áp lực lên mặt đường sẽ phân bố đều trong mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Nhưng vì có mất mát trong bảnh xe (những mất mát này biến thành nhiệt tỏa ra xung quanh), áp lực lên mặt đường phân bố không đều như-hình 7 và điềm đặt của tông hợp lực dịch về phía trước một đóạn at so với tâm mặt tiếp xúc. Khoảng cách ay càng lớn khi mất mát trong bánh xe càng lớn.

Nếu viết phương trình cân bằng lực trên các trục x vary thì ta có: UX = Fy, —Xyp=0 hay là: Fy = Xtr ZY = Gy = yr = 0 hay là: Ytr = Gy. Phương trình cân bằng mô men của các lực tương ứng với tâm quay 0 của bánh xe sẽ là: =Mo = Xt. Ty = Yer Agr = 0 Từ đó có: X„ = MÀ ca, Sứ ——+ TẾ Tụ trong đỏ ry — bán kính lăn của bánh. Ta dat ae = fir và gọi là hệ-số cẩn lăn của bánh thụ động.

K Như vậy, hệ số cẩn lăn fụy tỷ lệ thuận với khoảng cách aụ. Như trên TÊN tiến ayy tăng khi mất mát trong bánh xe tăng, hay nói khác đi, hệ số cẩn lăn ø khi mất mát trong bánh xe tăng. Những mất mát đó phụ thuộc Y on trăng Ea tốte chủ yếu sau đây: khối lượng phần bánh xe bị biến dang 00 ứng che) p suất của không khí trong bánh xe v. Nếu khối lượng ph bảnh ée bì biến dạng tăng lên sé làm cho ma sát trong cao su lớn lên và đồ đó SỐ “ cản lăn fq„ tăng.

Giảm áp suất của không khí trong bánh xe làm ánh xe bị biến dạng nhiều và chậm khôi phục lại hình dáng do đó làm cho, tăng. Để giảm lực cẩn lăn khi chạy trên đường cứng ta nên tăng áp suất của không khí trong bánh xe. Khi chuyền động với tốc độ lớn (70 — 80km/h), phần bánh xe phía sau không kịp khôi phục lại hình dáng, năng lượng dùng khôi phục hình dáng bánh xe giảm đi, do đó hệ số cẩn lăn fạy tăng lên. xe bién dang Lin trên mặt đường?(mặt đất) bién dang.

Trong trường hợp này cả bánh xe và mặt đất đều biến dạng và công suất dùng đề lăn bánh xe trên mặt đất chủ yếu là chỉ cho việc biến dạng của đất đề tạo thành rãnh trên mặt đất. Do đó, đề giảm hệ số cẩn lăn của bánh xe cần giảm độ biến dạng của mặt đất. Muốn giảm độ biến dạng của mặt đất chúng ta cần phải tăng diện tích mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đất bằng cách giảm áp suất của không khi trong bánh xe. Giảm áp suất của khòng khí trong bánh xe có làm cho mất mắt về năng lượng Hình 8 trong lốp xe tăng lên, nhưng kết quả cuối eùng.

đồ làm việc của bảnh hệ số cẩn lăn giảm. xe thụ động biến đạng trên Trên cơ sở đó, 6 tô máy, kéo bánh bơm làm mặt đường biển đạng. Ệ việc trong điều kiện đường xấu hoặc không có đường, áp suất của không khi trong bánh xe thường nhỏ, có khi tới 7 N/em?. Quá trình làm việc của bánh xe biến dạng trên mặt đất biến dạng rất phức | tạp.

Tới nay chưa có một công thức chỉnh xác nảo đề tính hệ số cẩn lăn của ' bánh xe phụ thuộc vào hai yếu tố trên (biến dạng của bánh xe và biến dạng — của mặt đất). Những công thức sử dụng hiện:-nay đều là những công thức thực nghiệm. Một trong những công thức đó là công thức của Ômelianốp: team VoeA CN qa-—2) Ww! trong đó: Ay, Ag — hé sé phụ thuộc vàc 'cấu trúc của lốp; Gir — lực tải chuyền lên bánh xe, Ñ; iw — ap suất của không khí trong bánh xe, Ñ/cm?; € — hệ số nén thề tích của đất, Ñ/cm3; D — đường kính ngoài của bảnh xe, em. Trong côn, thức q<2) số hạng thứ nhất nói lên ảnh hưởng của đất đối thứ ni | số lớn an.

nhiéu so với số — thứ hai và khi đó hệ số cẩn S th vào biến dạng của đất. Khi chuyền động trên mặt đường cứng, hệ số ích của đất rất lớn, nên số hạng thứ nhất có trị số nhỏ hơn nhiều §o vớï.số hạng thứ hai và khi đỏ hệ số cẩn lăn chủ yếu phụ thuộc vào biến dạng của lốp xe. Cũng trong công thức trên, chúng ta thấy rằng hệ số cẩn lăn phụ thuộc vào áp suất của không khí trong bánh xe. Tùy theo trạng thái của mặt đất, ta phải chọn áp suất của khòng khí như thế nào cho lợi nhất, nên việc thay đồi áp suất của không khi trong bánh xe là một điều cần thiết, 2 Nếu chúng ta biết số vòng quay của sao chủ động nạ, tốc độ lý thuyết của xe tỉnh theo công thức: “w= dette =0/06lmy.nạ, Km/h Tốc độ chuyền động của xe tính theo công thức trên là tốc độ trung bình.

Trong thực tế tốc độ của xe không phải là một trị số cố định mà thay đôi theo một chu kỳ nhất định mặc dù sao chủ động có số vòng quay cố định.: Hiện tượng trên có thể giải thích như sau (hình 12): - Cho rằng A bắt đầu mỏec vào xích và mắt xích ab chiếm vị trí như trên hình về, khi đó 2 độ củaBa mắtepe xích có trị Khang tốc số tối thiểu bằng: ` Hình ta So đồ đi chuyền œ của Tắt xích cùng với sao Vin = Te + « C08 chủ năng” œ là tốc độ góc của sao chủ động. Khi mắt xích chiếm vị trí a'b' thì tốc độ có trị số tối đa: max= T0. Thời gian mà tốc độ chuyền. động thay đôi từ trị số tối thiểu đến trị số tối đa bằng: a 2ø :Ể: trong đó : od = : | Nếu chia tốc độ tối đá cho tốc độ tối thiểu và gọi tỉ.số đó là k thì: | a es al 2 =: (3-3) my 08.

= š k—hệ số chuyển động không đều của máy kẻo xích và có trị số từ 1,01 đến 1,04. Hiện tượng chuyên động không đều của máy kẻo xích còn có thề giải thích như sau (hình 13). Khi bánh đè xích sau cùng đè lên mắt xích thì đoạn xích nghiêng giữa bánh đè xích sau cùng và sao chủ động gồm hai mắt xích. Với sự chuyền động liên tục của sao chủ động, bánh đè xích sau cùng lăn đến cuối mắt xích và điềm 1 trên mắt xích tiếp xúc với sao chủ động mới kịp Hình 13 ủi-cEữyEñ.

A quất 08 Sơ đồ thay đổi chiều đài đoạn xích giữa bánh đà ¡ chuyển đi một đoạn xich saw cùng và sao chủ động, ngắn. § 3 — HOẠT BONG CUA BANH CHU ĐỘNG Khi chuyển động trên mặt nằm ngang có những lực và mô men sau đây tác động lên bánh xe chủ động: Mômen quay Me chuyền từ động cơ tới. Trọng lượng Go của xe chuyền cho bánh xe. Phản lực Y, của mặt đất lên bánh xe thẹo chiều thẳng đứng và X, song song với mặt đất và theo chiều chuyền động.

Lực Y, và X, đặt cách đường thẳng đi qua tâm quay của bánh xe về phía trước một đoạn a,. Phản lực F, từ phía khung xe. Về trị số phản lực F¿ bằng lực đầy Eụ của khung xe lên bánh thụ động. Mô men quán tính của chuyền động quay Mj; tác động theö chiều quay của bánh xe nếu là chuyền động chậm đần và ngược chiều quay nếu là chuyển động nhanh dần.

Lực quan tinh Pj cia chuyển động thẳng. Chiều tác động của Pj phụ thuộc vào dấu của gia tốc chuyển động.