Th.s Nguyễn Can

Máy kéo đang được sử dụng ngày càng nhiều trong các ngành nông nghiệp, lâm nghiệp thuỷ lợi, quân sự…ở nước ta hiện nay. Chọnloại máy kéo và hệ thống công tác kèm theo, và chọn chế độ làm việc thích hợp trên những địa hình khác nhau là rất cần thiết để đảm bảo tính kinh tế và an toàn cho sử dụng. Việc lựa chọn và kiểm tra các thông số làm việc thích hợp này có thể thực hiện dựa trên đồ thị lực kéo của máy kéo. Tuy nhiên chúng ta thấy rằng việc xây dựng đồ thị lực kéo đòi hỏi nhiều thời gian và kinh phí thí nghiệm cũng như cần có những phương tiện đo đạc nhất định, trong thực tế sử dụng ít có điều kiện thực hiện được. Để giúp cho việc sơ bộ đánh giá khả năng làm việc của máy được dễ dàng, chúng tôi đã lập một chương trình máy tính nhỏ đê thiết lập Đồ thị đặc tính động lực học của máy kéo với tên gọi: Chương trình ” Xác định đặc tính động lực học của máy kéo “, gọi tắt là “Động lực máy kéo” (ĐLMK).

Trong bài viết này chúng tôi xin trình bầy về việc sử dụng lý thuyết ô- tô máy kéo để xây dựng các thuật toán khi viết chương trình máy tính nhỏ ĐLMK đó và nêu ví dụ việc ứng dụng Chương trình vào trong nghiên cứu đặc tính động lực học của máy kéo trong sản xuất.

I. Đặc điểm của chương trình ĐLMK.

1.Tên chương trình: “Xác định đặc tính động lực học của máy kéo”, viết tắt là: “ĐLMK”

2. Ngôn ngữ lập trình: Turbo-Paskal 7.0

3. Phạm vi sử dụng: Máy kéo bánh bơm, máy kéo xích loại nhỏ đến lớn.

4. Các thông số đầu vào của chương trình:

-Công suất tối đa (Na: Mã lực).

-Số vòng quay ứng với công suất tối đa (nc: Vòng/phút)

-Mô men tối đa động cơ (Me: KGm).

-Kiểu buồng đốt của động cơ.

-Tỷ số truyền tổng tại các số truyền làm việc (it).

-Trọng lượng máy kéo (G: KG).

-Hiệu suất truyền động (ht), và hiệu suất truyền động xích (hx) với máy kéo xích.

-Hệ số cản lăn của máy kéo (fc) với máy kéo xích.

-Số răng bánh sao chủ động (Z) với máy kéo xích.

-Bước xích (t: mm) với máy kéo xích.

-Bán kính bánh xe chủ động (Rb: m) với máy kéo bánh bơm.

-Hệ số trượt ( d: %) tương ứng với lực kéo ở móc (Pm: KG).

5. Kết quả đầu ra của chương trình: Gồm các đồ thị sau:

Đồ thị 1- Số vòng quay động cơ theo mô men động cơ, ne = f1(Me) Vòng/phút

Đồ thị 2- Công suất động cơ theo mô men động cơ, Ne = f2(Me) Mã lực

Đồ thị 3- Tiêu hao nhiên liệu theo mô men động cơ, gt = f3(Me) Kg/giờ

Đồ thị 4- Vận tốc lý thuyết máy kéo theo tốc độ động cơ, Vl = f4(ne) Km/giờ

Đồ thị 5- Lực kéo tại móc theo mô men động cơ, Pm = f5(Me) KG

Đồ thị 6- Hệ số trượt máy kéo theo lực kéo tại móc, d = f6(Pm). %

Đồ thị 7- Vận tốc thực máy kéo theo lực kéo tại móc, Vt = f7(Pm) Km/giờ

Đồ thị 8- Công suất tại móc theo lực kéo tại móc, Nm = f8(Pm) Mã lực

Đồ thị 9- Chi phí nhiên liệu theo lực kéo tại móc, Gm = f9(Pm) Kg/giờ

II. Những giải pháp và thuật toán chính của chương trình.

Cácđồ thị nêu trên được xây dựng trong bốn góc của hệ trục toạ độ Đề-các xoy. Việc xây dựng các đồ thị này khá quen thuộc với các cán bộ kỹ thuật ô tô máy kéo,nhưng khi sử dụng ngôn ngữ lập trình Turbo Paskal có một số vấn đề phải giải quyết như sau:

1/ Trong phương pháp xây dựng đồ thị thông thường, các đồ thị 1,2,3 và 6 được xây dựng bằng thực nghiệm, thực tế các thực nghiệm đó khó có điều kiện thực hiện.Để việc xây dựng đồ thị được thuận tiện, chúng tôi sử dụng các công thức gần đúng thay cho thực nghiệm, công thức chính được sử dụng là công thức quan hệ công suất và tốc độ động cơ của Lay-dec-man; điều này có thể dẫn đến sai số nhỏ nhưng vẫn trong giới hạn cho phép đối với thực tế sản xuất. Cụ thể thuật toán để tính toán các toạ độ điểm vẽ trên đồ thị góc 3 như sau:

Chúng ta có công thức thực nghiệm Lay-dec-man:

Ne= Nmax[(ne/nc).h1 + (ne/nc)² .h2 – (ne/nc)³] [1]

Trong đó:

Ne: Công suất động cơ tại tốc độ ne tương ứng của động cơ.

Nmax: Công suất tối đa động cơ taị tốc độ tương ứng nc của động cơ.

h1, h2: Các hệ số, phụ thuộc loại buồng cháy động cơ diezel

Và có Me = 716,6 Ne / ne (KGm) [2]

Thực hiện một số phép biến đổi sơ cấp chúng ta sẽ có công thức xây dựng đồ thị (1):

ne = 0,5 { h2 . nc + [ nc ² (h2 + 4 h1 ) – 4 Me. nc³ / 716,2 .Nmax ] ^0,5} (Vòng/phút) [3]

Công thức xây dựng đồ thị (2) và (3) là:

Ne = ne .Me / 716,2 ( Mã l ực) [4]

Gt = ge. Me .ne / 716,2 ( gam/h ) [5]

2. Để hàm số và đối số trong các công thức xây dựng đồ thị đúng với yêu cầu như nêu trong mục I/5 ở trên, cần phải thực hiện một số phép biến đổi toán học cần thiết. Ví dụ sự chuyển đổi công thức Lay-dec-man Ne =”f(ne)” thành hàm số dạng ne =”f1(Me)” nêu ở trên.

3. Khi vẽ bằng tay, các đồ thị góc I ( trừ đồ thị d) được suy ra từ các đồ thị góc II, III, IV bởi cách dóng các đường thẳng song song với trục toạ độ. Phương pháp dóng không thực hiện được bởi Turbo Pascal, giải pháp được sử dụng ở đây là dùng công thức tính lại các giá trị ne, Me tương ứng tại từng điểm vẽ.

4. Đồ thị 6 (hệ số trượt d) :

Hệ số trượt d có thể được tính theo công thức lý thuyết về sự trượt dọc hướng chuyển động, theo quan điểm về sự ảnh hưởng của các vấu bám trên xích:

d = h. Pm / C .Fb .l [6]

Trong đó:

h: Hệ số đặc trưng cho sự phân bố không đều ứng suất các vấu xích trên mất đất.

C : Hệ số đặc trưng quan hệ cơ lý của đất đến sự trượt.(KG/ m3)

Fb : Tổng hình chiếu trong mặt phẳng ngang máy kéo của các vấu xích vào đất (m2).

l : Chiều dài tựa của giải xích trên mặt đất (m).

Pm : Lực kéo tại móc kéo (KG)

Công thức xác định hệ số trượt dnêu trên chỉ dùng được khi máy kéo làm việc trên vùng đất cứng, và khi đã xác định được hệ số C, hệ số phân bố ứng suất h.

Cũng có thể nhập giá trị hệ số trượt dtheo lực kéo tại móc Pm thu được từ thực nghiệm vào chương trình. Việc vào với số lượng lớn (trên dưới một trăm) số liệu như vậy bằng tay rất dễ gây lỗi. Để việc vào số liệu d dễ dàng và không ảnh hưởng tới sự làm việc của chương trình chính, một chương trình phụ (file thứ hai) được xây dựng để thành lập một file thứ ba là file dữ liệu hệ số d. Chương trình chính sẽ đọc dữ liệu d từ file thứ ba này.

Chương trình phụ cho phép người sử dụng chọn một trong hai phương pháp lập dữ liệu dbằng công thức hay bằng thực nghiệm.

III. Lược đồ logic và vấn đề lưu ý khi chạy chương trình ĐLMK

Sơ đồ logic sơ lược của chương trình ĐLMK được nêu trong hình vẽ 1. Trong sơ đồ này, các đồ thị vận tốc lý thuyết Vl, lực kéo taị móc Pm, vận tốc thực Vt, công suất kéo Nm, chi phí nhiên liệu riêng theo lực kéo tại móc Gm được vẽ cho 3 số truyền làm việc của máy kéo do người sử dụng lựa chọn. Trong lược đồ còn ghi các công thức để tính các giá trị hàm số của từng điểm trên các đồ thị.

Cần lưu ý là máy sẽ báo lỗi Runtine trong các trường hợp giá trị đưa vào của người sử dụng Chương trình không phù hợp; Ví dụ các trị số đặc tính kỹ thuật đưa vào sai với tính năng thực của máy kéo gây ra mâu thuẫn trong các phép tính, tỷ số truyền đưa vào quá thấp so với hệ số cản chuyển động dẫn đến giá trị Pm < 0, trị số đưa vào không đúng kiểu khai báo của Chương trình…

IV.Sử dụng chương trình ĐLMK

Chương trình ĐLMK có thể áp dụng để xác định nhanh tính năng làm việc của các loại máy kéo cỡ nhỏ đến lớn, chỉ cần có số liệu một số tính năng cơ bản của máy kéo, các số liệu này có thể tìm thấy trong các tài liệu thông dụng như Catalo kèm theo máy của Nhà sản xuất. Việc sử dụng chương trình ĐLMK có thể giúp tránh được những sai lầm dẫn đến lãng phí khi mua sắm máy kéo mới, cũng như chọn được phương án làm việc thích hợp dẫn đến làm giảm giá thành cho việc sử dụng.

Chương trình “ĐLMK” đang được sử dụng để nghiên cứu khả năng làm việc của máy kéo xích trong sản xuất lâm nghiệp, xin đưa ra một ví dụ đối với máy kéo dùng trong chuẩn bi đất trồng rừng; Số liệu thống kê cho thấy khoảngmột triệu trong tổng số năm triệu hec ta của chương trình Quốc gia trồng rừng đến năm 2010 sẽ phải thực hiện trên những sườn đất dốc đồi núi trọc, khi chuẩn bị đất trồng rừng, máy kéo phải làm việc trong điều kiện rất nặng nề, công việc thường phải làm là san ủi thành bậc thang, cầy toàn diện hoặc cầy ngầm với độ sâu gần một mét trên mặt đất hoang đã bị chai cứng và đá ong hoá của đồi trọc, khô cạn, men theo đường đồng mức với độ dốc ngang trên dưới 15 ⁰.

Hình vẽ kèm theo đây trình bày hai đồ thị động lực học của máy kéo T 100 và máy kéo DT 75 khi làm việc trong điều kiện của làm đất trồng rừng nói trên

Các số liệu đầu vào của chương trình cho việc tính toán với hai trường hợp trên nêu trong biểu sau:

Số liệu đầu vào của hai đồ thị T 100 và DT 75

Thứ tự	Tên số liệu	Đơn vị	T 100	DT 75
1	Công suất tối đa	Mã lực	108	80
2	Tốc độ Đ.cơ tại C.suất cực đại	Vòng / Ph	1070	1800
3	Suất tiêu hao nhiên liệu riêng	G / Ml.giờ	175	180
4	Kiểu buồng cháy		Xoáy lốc	Thống nhất
5	Tỷ số truyền tổng: Số thứ nhất Số thứ hai Số thứ ba		Số 1: 77,8 Số 2: 48,6 Số 3: 40,7	Số 1: 46.4 Số 2: 41.6 Số 3: 37.3
6	Hiệu suất Tr.động x H.suất xích		0.85 x 0,95	0,85 * 0.95
7	Số răng / bước xích	/ mét	13 / 0,22	13 / 0,18
8	Trọng lượng máy kéo	KG	13 000	5 910
9	Hệ số cản lăn		0.13	0,13

Chú thích ký hiệu trên đồ thị:Vl,Vt: Vận tốc lý thuyết và thực tế máy kéo (Km/giờ); b: Hệ số trượt (%); Gt,Gm: chi phí nhiên liệu của động cơ và của máy kéo (Kg/giờ); Ne,Nm: Công suất tại trục cơ và công suất tại móc kéo (KG); ne: Tốc độ trục cơ (vòng/phút); Pm: lực kéo tại móc kéo (KG); Me: Mô men tại trục cơ (KG.m).

Vào các số liệu gốc