Luận Văn Nghiên Cứu Truyền Động Vô Cấp Sử Dụng Hộp Số Phân Nhánh Công Suất Thủy Tĩnh Trên Máy Kéo Nông Nghiệp.doc

Nhận viết đề tài trọn gói – ZL: 0934 573 149 – Luanvantot.com
TẢI TÀI LIỆU KẾT BẠN ZALO : 0934 573 149
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
PHẠM DUY SÚY
NGHIÊN CỨU TRUYỀN ĐỘNG VÔ CẤP SỬ DỤNG
HỘP SỐ PHÂN NHÁNH CÔNG SUẤT THỦY TĨNH
TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP
LUẬN ÁN TIẾN SĨ

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
PHẠM DUY SÚY
NGHIÊN CỨU TRUYỀN ĐỘNG VÔ CẤP SỬ
DỤNG HỘP SỐ PHÂN NHÁNH CÔNG SUẤT
THỦY TĨNH TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: 9520103
Người hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Hải Triều
TS. Trịnh Minh Hoàng
HÀ NỘI - 2022

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên
cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo
vệ lấy bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám
ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày… tháng… năm 2022
Tác giả luận án
Phạm Duy Súy
i

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận
được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của
bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.
Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết
ơn sâu sắc PGS.TS. Bùi Hải Triều và TS. Trịnh Minh Hoàng đã tận tình hướng dẫn,
dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và
thực hiện đề tài.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo,
Bộ môn Động lực, Khoa Cơ điện - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp
đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Viện Hàn lâm khoa
học Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án./.
Hà Nội, ngày… tháng… năm 2022
Tác giả luận án
Phạm Duy Súy
ii

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan...................................................................................................................................i
Lời cảm ơn......................................................................................................................................ii
Mục lục...........................................................................................................................................iii
Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt .............................................................................................vi
Danh mục bảng.......................................................................................................................... viii
Danh mục hình..............................................................................................................................ix
Trích yếu luận án........................................................................................................................ xii
Thesis abstrac............................................................................................................................. xiv
Phần 1. Mở đầu............................................................................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................................1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu..........................................................................................................2
1.2.1. Mục tiêu chung ...................................................................................................................2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể ...................................................................................................................2
1.3. Phạm vi nghiên cứu...........................................................................................................2
1.3.1. Phạm vi không gian ...........................................................................................................2
1.3.2. Phạm vi thời gian ...............................................................................................................3
1.3.3. Nội dung nghiên cứu .........................................................................................................3
1.4. Những kết quả mới của luận án......................................................................................3
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài......................................................................4
1.5.1. Ý nghĩa khoa học của luận án..........................................................................................4
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận án..........................................................................................4
Phần 2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu.................................................................................5
2.1. Tổng quan về máy kéo nông nghiệp ở việt nam .........................................................5
2.1.1. Tình hình cơ giới hóa và sử dụng máy kéo nông nghiệp...........................................5
2.1.2. Đặc điểm kết cấu hệ thống truyền lực trên máy kéo đang sử dụng ở Việt Nam ..6
2.2. Tổng quan về hộp số máy kéo nông nghiệp.................................................................8
2.3. Tình hình nghiên cứu phát triển truyền động vô cấp trên máy kéo nông nghiệp 9
2.3.1. Truyền động vô cấp cơ khí...............................................................................................9
2.3.2. Truyền động thủy tĩnh.................................................................................................... 13
iii

2.3.3. Mạch điều khiển cơ bản của hộp số thủy tĩnh........................................................... 13
2.3.4. Điều khiển hộp số thủy tĩnh.......................................................................................... 15
2.3.5. Hộp số nhập dòng công suất......................................................................................... 16
2.3.6. Truyền động phân nhánh công suất thủy tĩnh........................................................... 17
2.3.7. Nhận xét chung................................................................................................................ 26
2.4. Nội dung của luận án ..................................................................................................... 26
Tóm tắt phần 2.............................................................................................................................28
Phần 3. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................29
3.1. Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng hệ thống kỹ thuật .................................. 29
3.1.1. Khái niệm chung về phương pháp............................................................................... 29
3.1.2. Công cụ mô phỏng.......................................................................................................... 31
3.2. Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng các phần tử thủy lực............................. 34
3.2.1. Phương pháp mô tả tính chất cản dòng, dung kháng và cảm kháng thủy lực
trong mạch truyền động thủy tĩnh............................................................................... 34
3.2.2. Phương pháp mô phỏng các mạch truyền động tĩnh cơ bản.................................. 35
3.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm....................................................................... 38
3.3.1. Phương pháp phân tích hiệu suất hộp số bằng thực nghiệm.................................. 38
3.3.2. Phương pháp thí nghiệm động lực học hộp số.......................................................... 39
3.3.3. Phương pháp tạo tải cho thí nghiệm hộp số .............................................................. 40
3.3.4. Phương pháp đo và xử lý số liệu thực nghiệm.......................................................... 41
Tóm tắt phần 3.............................................................................................................................42
Phần 4. Kết quả nghiên cứu...................................................................................................43
4.1. Nghiên cứu hộp số phân nhánh công suất thủy tĩnh sử dụng cho máy kéo
nông nghiệp ..................................................................................................................... 43
4.1.1. Lựa chọn cấu hình hộp số phân nhánh công suất và sơ đồ truyền động máy kéo
........................................................................................................................................................ 43
4.1.2. Nghiên cứu mô phỏng hộp số phân nhánh công suất.............................................. 56
4.1.3. Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng hoạt động và hiệu suất của hộp
số phân nhánh công suất............................................................................................... 61
4.1.4. Kết luận ............................................................................................................................. 74
4.2. Nghiên cứu tính chất hoạt động và điều khiển của máy kéo nông nghiệp sử
dụng hộp số phân nhánh công suất............................................................................. 74

iv

4.2.1. Xác định kết cấu hệ thống truyền lực của máy kéo sử dụng hộp số phân
nhánh công suất .............................................................................................................. 74
4.2.2. Xây dựng mô hình mô phỏng máy kéo sử dụng hộp số phân nhánh công suất. 85
4.2.3. Khảo sát một số chế độ động lực học và điều khiển của máy kéo sử dụng
hộp số phân nhánh công suất....................................................................................... 86
4.2.4. Dự kiến hệ thống tự động điều khiển tỷ số truyền để nâng cao hiệu suất sử
dụng công suất động cơ...............................................................................................101
Tóm tắt phần 4.......................................................................................................................... 104
Phần 5. Kết luận và kiến nghị ............................................................................................ 105
5.1. Kết luận...........................................................................................................................105
5.2. Kiến nghị ........................................................................................................................106
Danh mục các công trình công bố có liên quan đến luận án.................................... 107
Tài liệu tham khảo................................................................................................................. 108
Phụ lục....................................................................................................................................... 112
v

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Danh mục các ký hiệu
Ký hiệu Tên gọi Đơn vị
b Hệ số ma sát cản nhớt của bánh răng Nm.s
kP Hệ số cản nhớt của bơm Nm.s
kM Hệ số cản nhớt của động cơ Nm.s
JP Mô men quán tính của khối lượng quay quy dẫn về trục bơm kg.m2
JM Mô men quán tính quy dẫn của tất cả phần chuyển động của kg.m2
xe đến trục thứ cấp hộp số (trục động cơ thủy lực)
 Hệ số nén của dầu thủy lực mm2
/N
i0 Tỷ số truyền lực chính -
zR Số răng bánh răng bao -
zS Số răng bánh răng mặt trời -
V1 Thể tích dầu tích lũy trong nhánh cao cáp của bộ biến tốc cm3
thủy lực
V2 Thể tích dầu tích lũy trong nhánh thấp cáp của bộ biến tốc cm3
thủy lực
VPmax Thể tích riêng cực đại của bơm trong bộ biến tốc thủy lực cm3
/vòng
VMmax Thể tích riêng cực đại của động cơ trong bộ biến tốc thủy lực cm3
/vòng
i1 Tỷ số truyền cặp bánh răng dẫn động biến tốc thủy lực -
i2 Tỷ số truyền cặp bánh răng nhập dòng biến tốc thủy lực -
ip Tỷ số truyền phân tầng -
ivs Tỷ số truyền vi sai -
ic Tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng -
g Gia tốc trọng trường m/s2
rB Bán kính bánh xe máy kéo m
m Khối lượng máy kéo kg
FV Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe chủ động N
C1 Cảm biến đo số vòng quay -
C2 Cảm biến đo mô men -
vi

C5 Cảm biến đo áp suất -
C6 Cảm biến đo lưu lượng -
Card A/D Card chuyển đổi A/D -
Me Mô men trụcđộng cơ Nm
ne Số vòng quay trục động cơ vòng/phút
nM Số vòng quay trục ra hộp số vòng/phút
iG Tỷ số truyền của hộp số -
iH Tỷ số truyền của bộ biến tốc thủy lực -
i1 Tỷ số truyền của cặp bánh răng dẫn động biến tốc -
i2 Tỷ số truyền của cặp bánh răng nhập dòng -
T Hiệu suất HTTL -
L Hiệu suất hệ thống di động
HS Hiệu suất HSPNCS -
Danh mục các chữ viết tắt
Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt
NCS Nghiên cứu sinh
HSPNCS Hộp số phân nhánh công suất
HTTL Hệ thống truyền lực
VEAM Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam
PTHH Phần tử hữu hạn
CAE Viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Computer Aided Engineering. Nghĩa
là phân tích công nghệ với sự trợ giúp của máy tính
XHCN Xã hội chủ nghĩa
THACO Công ty Cổ phần ô tô Trường Hải
CRO Carier - Ring - Output
SRO Sun - Ring - Output
TTS Trục trích công suất
OOL Optimal operation line
ECU Electronic Control Unit
vii

DANH MỤC BẢNG
TT Tên bảng Trang
3.1. Các khối chức năng thông dụng được sử dụng trong mô phỏng số ..................33
3.2. Biểu diễn sơ đồ khối các phần tử thủy lực cơ bản ................................................35
4.1. Tổng hợp cấu hình hộp số phân nhánh công suất nhập dòng tại trục vào .......44
4.2. Tổng hợp cấu hình hộp số phân nhánh công suất nhập dòng tại trục ra ..........45
4.3. Tổng hợp các chế độ phân nhánh công suất theo tỷ số truyền của 6
phương án nhập dòng tại trục vào 48
4.4. Tổng hợp các chế độ phân nhánh công suất theo tỷ số truyền của 6
phương án nhập dòng tại trục ra 49
4.5. Tỷ số truyền cực đại và hiệu suất hộp số phân nhánh công suất .......................53
4.6. Thiết bị đo ghi và xử lý số liệu thí nghiệm.............................................................63
4.7. Sai số giữa kết quả đo thí nghiệm và tính toán lý thuyết.....................................68
4.8. Thông số kỹ thuật động cơ YM-3T84.....................................................................80
4.9. Thông số kỹ thuật sử dụng trong mô phỏng hoạt động máy kéo.......................87
viii

DANH MỤC HÌNH
TT Tên hình Trang
2.1. Sơ đồ truyền lực của máy kéo đẩy tay.......................................................................7
2.2. So sánh định tính về tính chất hiệu suất truyền lực của máy kéo khi trang
bị các hộp số khác nhau 8
2.3. Sơ đồ hệ thống truyền động ZF-P.IV.ASL8Reimers ...........................................10
2.4. Sơ đồ hệ thống truyền động vô cấp của ĐH Munich ...........................................11
2.5. Sơ đồ truyền động vô cấp phân tầng cho máy kéo nhỏ ở Việt Nam.................12
2.6. Mô hình điều khiển tự động tỷ số truyền sử dụng van đóng ngắt .....................12
2.7. Sơ đồ mạch thủy lực của hộp số thủy tĩnh..............................................................13
2.8. Các phương án mạch truyền động thủy lực cho máy kéo và xe chuyên dụng14
2.9. Điều khiển điện tử trên xe chuyên dụng trang bị hộp số thủy tĩnh....................16
2.10. Hệ thống truyền động của máy xúc lật....................................................................16
2.11. Hộp số thủy tĩnh truyền động sát nhập dòng công suất .......................................17
2.12. Nguyên lý phân nhánh công suất..............................................................................18
2.13. Sơ đồ hộp số HM - 8 ...................................................................................................20
2.14. Hộp số phân nhánh công suất trên máy kéo Fendt ...............................................22
2.15. Phân bổ công suất theo vận tốc chuyển động ........................................................23
2.16. Sơ đồ hộp số JD AutoPowr........................................................................................25
3.1. Các phương pháp mô phỏng và thí nghiệm............................................................30
3.2. Sơ đồ truyền động thủy tĩnh mạch hở......................................................................36
3.3. Sơ đồ khối mô phỏng bộ truyền thủy tĩnh mạch hở .............................................36
3.4. Sơ đồ mạch kín truyền động và điều khiển thủy tĩnh...........................................37
3.5. Sơ đồ khối mô phỏng mạch điều khiển truyền động thủy tĩnh dạng mạch kín
38
3.6. Sơ đồ mạch thủy lực bệ thử công suất thủy tĩnh ...................................................40
3.7. Sơ đồ kết nối hệ thống đo và xử lý số liệu..............................................................41
4.1. Sơ đồ kết cấu hộp số phân nhánh công suất nhập dòng tại trục vào.................43
4.2. Sơ đồ tổng quát hộp số phân nhánh công suất nhập dòng tại trục ra................46
4.3. Hiệu suất phần tử thủy lực phụ thuộc số vòng quay và áp suất hoạt động......51
4.4. Đặc tính hiệu suất của bơm hướng trục...................................................................51
4.5. Sơ đồ hộp số phân nhánh công suất lựa chọn theo cấu hình CRO....................54

ix

4.6. Đặc tính tốc độ của động cơ diesel truyền lực (định tính) ..................................57
4.7. Mô hình mô phỏng hộp số phân nhánh công suất.................................................58
4.8. Sơ đồ thuật toán mô phỏng hộp số phân nhánh công suất ..................................60
4.9. Sơ đồ truyền động, điều khiển đo thí nghiệm hộp số phân nhánh công suất..62
4.10. Bệ thử công suất để thí nghiệm hộp số phân nhánh công suất...........................63
4.11. Worksheet sử dụng trong thí nghiệm.......................................................................64
4.12. Kết quả thí nghiệm thay đổi tỷ số truyền................................................................67
4.13. Kết quả thí nghiệm thay đổi tải trọng theo mức nhanh........................................69
4.14. Kết quả thí nghiệm thay đổi tải trọng theo mức chậm.........................................70
4.15. Quan hệ giữa hiệu suất hộp số phân nhánh công suất (HS) với mô men
động cơ (Me), số vòng quay động cơ (ne) và thể tích VM 71
động cơ (Me), số vòng quay động cơ (ne) và tỷ số truyền bộ biến tốc thủy
lực (iH) 72
động cơ (Me), số vòng quay động cơ (ne) và tỷ số truyền hộp số (iG) 72
động cơ (Me), khi tỷ số truyền hộp số (iG) thay đổi 73
4.19. Sơ đồ truyền động vô cấp phân tầng của máy kéo nông nghiệp sử dụng
hộp số vô cấp phân tầng 75
4.20. Sơ đồ truyền công suất của máy kéo nông nghiệp................................................75
4.21. Đặc tính đa chiều của động cơ Diesel sử dụng trục trích công suất..................78
4.22. Đặc tính ngoài của động cơ YM-3T84 trên máy kéo YANMA 3000 ..............79
4.23. Quan hệ giữa tỷ số truyền của hộp số phân nhánh công suất (iG) với tỷ số
truyền của bộ biến tốc thủy lực (iH) 80
4.24. Quan hệ giữa hiệu suấtL, hệ số kéo K và hệ số truyền lực dọcx với độ
trượt bánh xe82
4.25. Sơ đồ khối tính toán khả năng lựa chọn điểm làm việc tối ưu của liên
hợp máy 83
4.26. Mô hình động lực học truyền động của máy kéo sử dụng hộp số phân
nhánh công suất 85
x

4.27. Sơ đồ mô phỏng động lực học chuyển động dọc của máy kéo sử dụng hộp
số phân nhánh công suất 86
4.28. Quy trình thay đổi thể tích VP trong quá trình khởi hành...................................89
4.29. Mô men (a) và số vòng quay động cơ (b) trong quá trình khởi hành máy
kéo sử dụng hộp số phân nhánh công suất 89
4.30. Số vòng quay trục ra hộp số (a) và vận tốc máy kéo (b) trong quá trình
khởi hành 89
4.31. Quy trình thay đổi thể tích VM trong quá trình chuyển số .................................91
4.32. Diễn biến các thông số động lực học trong quá trình chuyển số (Fk = 4905 N)
92
4.33. Diễn biến các thông số động lực học trong quá trình chuyển số (Fk = 6867 N)
93
4.34. Quy trình thay đổi lực kéo FK trong quá trình chuyển số...................................94
4.35. Diễn biến các thông số động lực học chuyển động của máy kéo khi thay
đổi lực kéo (VM = VMmax = 37 cm3/vòng) 95
4.36. Diễn biến các thông số động lực học chuyển động của máy kéo khi thay
đổi lực kéo (VM = 4 cm3/vòng) 96
4.37. Điểm làm việc của mô men động cơ (Me), số vòng quay động cơ (ne) và
hiệu suất hệ thống truyền lực (TC) theo lực kéo FK và thể tích VM 98
4.38. Điểm làm việc của mô men động cơ (Me) và số vòng quay động cơ (ne)
theo lực kéo FK và tỷ số truyền bộ biến tốc thủy lực (iH) 99
4.39. Điểm làm việc của mô men động cơ (Me) và số vòng quay động cơ (ne)
theo lực kéo FK và tỷ số truyền hộp số (iG) 99
4.40. Thể tích làm việc cần điều khiển của động cơ của bộ biến tốc thay đổi
theo lực kéo................................................................................................................ 100
4.41. Tỷ số truyền cần điều khiển của bộ biến tốc thủy lực (iH) và tỷ số truyền
cần điều khiển của hộp số phân nhánh công suất (iG) thay đổi theo lực kéo100
4.42. Điểm làm việc (mô men và số vòng quay) của động cơ thay đổi theo lực
kéo (VM = VM,opt)................................................................................................. 101
4.43. Mô men và vận tốc tại bánh xe thay đổi theo lực kéo (VM = VM,opt)........ 101
4.44. Sơ đồ, hệ thống điều khiển điện tử để điều khiển chuyển động của máy
kéo sử dụng hộp số phân nhánh công suất.......................................................... 102

xi

TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
Tên tác giả: Phạm Duy Súy
Tên Luận án: Nghiên cứu truyền động vô cấp sử dụng hộp số phân nhánh công suất
thủy tĩnh trên máy kéo nông nghiệp
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9 52 01 03
Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt
Nam Mục đích nghiên cứu
Xác định một số tính chất truyền động và điều khiển của hộp số phân nhánh
công suất (HSPNCS) thủy tĩnh nhằm xây dựng cơ sở khoa học để phát triển hệ thống
truyền động vô cấp trên máy kéo nông nghiệp có công suất 30 đến 50 mã lực.
Phương pháp nghiên cứu
- Lý thuyết: Nghiên cứu lựa chọn cấu hình và định cỡ cho các phần tử của HSPNCS
phù hợp với máy kéo nông nghiệp cỡ công suất 30 đến 50 mã lực; Phân tích, đánh giá chất
lượng động lực học và điều khiển của HSPNCS trong phòng thí nghiệm và khi lắp trên
máy kéo nông nghiệp và đề xuất một số giải pháp điều khiển tỷ số truyền
HSPNCS.
- Thực nghiệm: Thí nghiệm kiểm chứng độ tin cậy của mô hình mô phỏng, đánh
giá hiệu suất cũng như khả năng tái tạo nguyên lý hoạt động của HSPNCS bằng bệ thử
hộp số do NCS thiết kế, chế tạo.
Kết quả chính và kết luận
* Những vấn đề khoa học và kĩ thuật đã được giải quyết
- Lựa chọn được cấu hình và xác định được các thông số kết cấu của HSPNCS
phù hợp sử dụng cho máy kéo nông nghiệp cỡ công suất 30 đến 50 mã lực.
- Mô phỏng được máy kéo nông nghiệp sử dụng HSPNCS, mô hình có thể sử
dụng cho nghiên cứu các tính chất động lực học và điều khiển hộp số tương ứng với
các chế độ làm việc điển hình của máy kéo. Luận án đã xác định được quy luật và
vùng điều khiển tỷ số truyền HSPNCS tương ứng với chiến lược điều khiển tối ưu
theo công suất cực đại khi máy kéo làm việc với tải trọng kéo lớn và không ổn định.
Từ các kết quả nghiên cứu đã đề xuất một hệ thống tự động điều khiển tỷ số truyền để
nâng cao hiệu suất động cơ và các phần tử truyền lực.
- Bệ thử hộp số do NCS thiết kế, chế tạo cùng phương pháp thí nghiệm hợp lý,
phù hợp với điều kiện trong nước để kiểm chứng độ tin cậy của mô hình mô phỏng
cũng như đánh giá được hiệu suất của HSPNCS.
xii

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Các đề xuất về cấu hình cho hộp số và máy kéo được lựa chọn trên các kết cấu
sẵn có phù hợp với máy kéo nông nghiệp cỡ công suất 30 đến 50 mã lực, cùng với các
công nghệ chế tạo tham khảo hiện đang áp dụng tại Việt Nam, cho phép thử nghiệm
để tiến tới thiết kế và chế tạo thử nghiệm sản phẩm thực tế.
- Xây dựng được phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để nghiên
cứu các tính chất động học, động lực học và điều khiển, cũng như để nghiên cứu đánh
giá hiệu suất của HSPNCS trên máy kéo nông nghiệp. Thí nghiệm kiểm chứng độ tin
cậy của mô hình mô phỏng và đánh giá hiệu suất hộp số được thực hiện trong điều
kiện thực với các thiết bị hiện có tại Việt Nam. Điều này cho phép gợi mở các hướng
nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm áp dụng phát triển cho sản phẩm nội địa hóa với
điều kiện hiện có.
- Xác định được quy luật và vùng điều khiển tỷ số truyền HSPNCS tương ứng
với chiến lược điều khiển tối ưu theo công suất cực đại của động cơ làm cơ sở cho hệ
thống điều khiển tỷ số truyền để nâng cao hiệu suất của động cơ và các phần tử truyền
lực trên máy kéo nông nghiệp.
- Luận án có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nhà sản xuất máy
kéo tại Việt Nam trong quá trình nghiên cứu phát triển truyền lực vô cấp cho máy kéo
nông nghiệp.
xiii

THESIS ABSTRACT
PhD candidate: Pham Duy Suy
Thesis title: Study on continuously variable transmission using hydrostatic power split
transmission on agricultural tractors
Major: Mechanical Engineering Code: 9 52 01 03
Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Research Objectives:
Determine some kinematic, dynamic and control properties of hydrostatic power
split transmission (HPST) to build the basis for the development of continuously
variable transmission on agricultural tractors of power from 30 to 50 horsepower.
Materials and Methods
- Research on choosing the configuration and size for the components of the
transmission system of the tractor with HPST; Study on dynamics and control
properties of HPST by simulation method; Study the operating and control properties
of tractors with HPST in some typical tractor operations and propose some solutions
to control the ratios of HPST.
- Testing to verify the reliability of the simulation model, evaluate the
performance as well as the ability to reproduce the operating principle of HPST by the
test band designed and manufactured by the author.
Main findings and conclusions
* Scientific and technical problems have been solved
- Choosing and configuring the parameters of HPST structure appropriately to
use for agricultural tractors of power from 30 to 50 HP.
- Simulation of agricultural tractors using HPST, the model can be used to study
on dynamics and controls properties of HPST corresponding to the typical working
mode of the tractor. The thesis has determined the rules and control areas of the ratios
of HPST corresponding to the optimal control strategy based on maximum power
when the tractor works with a heavy and unstable traction load. From the research
results, it is proposed that an automatic system control the ratios of HPST to improve
the performance of motors and transmission components.
- HPST test band is designed, manufactured by the Ph.D student, combined with
reasonable testing methods and in accordance with domestic conditions to verify the
reliability of the simulation model as well as evaluate the performance of HPST.
xiv

* Scientific and practical significance
- Configuration proposals for HPST and tractors are selected on existing
structures suitable for agricultural tractors of power from 30 to 50 HP. This structure
is in accordance with the manufacturing technology currently applied in Vietnam,
which allows testing to proceed to the design and manufacturing of HPST products.
- Develop theoretical and experimental research methods to study the dynamics
and control properties of HPST, as well as to study and evaluate the performance of
HPST on agricultural tractors. Testing to verify the reliability of the simulation model
and evaluate the performance of HPST is carried out in real conditions with existing
equipment in Vietnam. This allows us to suggest the development of theoretical and
experimental research and development for localized products under existing
conditions.
- Determining the rule and control area of the ratio of the HPST corresponding
to the optimal control strategy based on the maximum power of the engine. That is the
basis for the HPST's ratio control system to improve the efficiency of the engine and
the transmission elements on agricultural tractors.
- The thesis can be used as a reference for tractor manufacturers in Vietnam in the
research and development of continuously variable transmission for agricultural tractor.
xv

PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hộp số máy kéo có nhiệm vụ biến đổi mô men và số vòng quay của động cơ
cho phù hợp tải trọng của máy kéo trong sản xuất nông nghiệp. Mỗi tỷ số truyền
cho biết một khả năng biến đổi năng lượng, do đó theo lý thuyết khả năng sử dụng
công suất của động cơ sẽ được thực hiện tối ưu với giải pháp trang bị hộp số vô
cấp. Ngoài khả năng cung cấp vô hạn các số truyền trong một vùng tỷ số truyền
xác định và có độ êm dịu rất cao khi chuyển số, hộp số vô cấp còn có thể kết nối
với các hệ thống quản lý điện tử trên máy kéo thuận lợi hơn nhiều so với hộp số có
phân cấp.
Việc cải thiện hộp số phù hợp với các yêu cầu của hộp số máy kéo hiện đại
được thực hiện theo hai hướng chính: sử dụng hộp số sang số dưới tải trọng và
phân chia nhiều cấp số truyền. Theo lý thuyết, hộp số có đến 48 số tiến và 24 số lùi
có thể đáp ứng một phần yêu cầu của hộp số máy kéo hiện đại, tuy nhiên làm tăng
quá lớn chi phí thiết kế chế tạo và giá thành, không phù hợp với các loại máy kéo
nhỏ và trung bình. Hướng phát triển hộp số vô cấp, từ hộp số vô cấp cơ khí đến
hộp số thủy tĩnh và hiện tại là hộp số phân nhánh công suất thủy tĩnh (HSPNCS),
đã được ưu tiên thực hiện tại các nước phát triển.
Hộp số vô cấp cơ khí trên cơ sở các bộ biến tốc đai thang bản rộng hoặc bộ
biến tốc xích kim loại chỉ phù hợp với máy kéo cỡ nhỏ (dưới 20 mã lực). Hộp số
thủy tĩnh có nhược điểm cơ bản là hiệu suất nhỏ hơn nhiều so với hộp số cơ khí.
Phù hợp nhất, thỏa mãn các yêu cầu của máy kéo hiện đại là HSPNCS, nó tích hợp
được ưu điểm của hộp số thủy tĩnh là khả năng điều khiển vô cấp và ưu điểm của
hộp số cơ khí là hiệu suất cao nếu có chiến lược điều khiển hợp lý. HSPNCS đã
được thương mại hóa và sản xuất hàng loạt, sử dụng cho các máy kéo hiện đại như
của các hãng Case, Claas, Johu Deere, Massey Feguson…
Tại Việt Nam hiện nay, phù hợp và có hiệu quả nhất với điều kiện đồng
ruộng và điều kiện kinh tế của nông dân là sử dụng máy kéo có cỡ công suất từ 30
đến 50 mã lực. Tuy nhiên tất cả các máy kéo đang sử dụng, kể cả các máy kéo
nhập ngoại từ Liên Xô cũ, Nhật Bản hay Trung Quốc hoặc là các máy kéo dự kiến
thiết kế trong dự án sản xuất máy kéo mang thương hiệu Việt Nam của THACO,
đều được trang bị hộp số phân cấp cơ khí với 6 đến 9 số tiến và 3 đến 4 số lùi.
Việc cải tiến hộp số để đáp ứng các yêu cầu của hộp số máy kéo hiện đại
1

theo hướng sang số dưới tải trọng và phân chia nhiều cấp số truyền là không phù
hợp với lý do chi phí chế tạo và giá thành. Lựa chọn hợp lý nhất là HSPNCS, tuy
nhiên HSPNCS thương mại hóa chỉ mới được trang bị cho máy kéo lớn trên 60
kW (trên 80 mã lực) và rất khó tiếp cận với các tài liệu công nghệ.
Do đó để hiện đại hóa hộp số theo hướng vô cấp trang bị cho máy kéo nông
nghiệp cỡ công suất 30 đến 50 mã lực đang hoạt động ở Việt Nam, cần thiết
nghiên cứu phát triển HSPNCS có cấu hình phù hợp, chi phí giá thành hợp lý, đáp
ứng các yêu cầu của hộp số hiện đại.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
1.2.1. Mục tiêu chung
Xác định một số tính chất truyền động và điều khiển của hộp số phân nhánh
công suất thủy tĩnh nhằm xây dựng cơ sở khoa học để phát triển hệ thống truyền
động vô cấp trên máy kéo nông nghiệp có công suất 30 đến50 mã lực.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Xác định cấu hình của HSPNCS phù hợp với máy kéo nông nghiệp cỡ công
suất 30 đến 50 mã lực;
- Xây dựng mô hình mô phỏng hoạt động của HSPNCS và thí nghiệm để
kiểm chứng và đánh giá độ tin cậy của mô hình;
- Nghiên cứu điều khiển tỷ số truyền để lựa chọn chế độ làm việc tối ưu của
máy kéo sử dụng HSPNCS khi làm việc với tải trọng kéo lớn trên đồng ruộng;
1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Phạm vi không gian
- Các nội dung nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu mô phỏng được thực hiện
tại Bộ môn Động lực - Học viện Nông nghiệp Việt Nam và tại Viện Hàn lâm Khoa
học và công nghệ Việt Nam.
- Các nội dung nghiên cứu thiết kế, chế tạo bệ thử và thực nghiệm được thực
hiện tại phòng thí nghiệm của Bộ môn Động lực - Học viện Nông nghiệp Việt
Nam.
Luận án đã nghiên cứu một số tính chất truyền động và điều khiển của
HSPNCS trong một số chế độ làm việc tiêu biểu như khởi hành, chuyển số và thay
đổi tải trọng. Trong thực tế, tính chất truyền động và điều khiển của
2

HSPNCS còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác như động cơ diesel, lốp máy
kéo, điều kiện đồng ruộng hay chế độ làm việc riêng biệt của các máy nông nghiệp
đi kèm... Tuy nhiên, với mục tiêu là xây dựng phương pháp và xây dựng cơ sở
phát triển cấu hình truyền động vô cấp và cơ sở điều khiển tỷ số truyền cho hộp số
trên máy kéo cỡ công suất 30 đến 50 mã lực nên những yếu tố ảnh hưởng kể trên
là chưa được đề cập đến trong các kết quả nghiên cứu của luận án.
1.3.2. Phạm vi thời gian
- Nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng: từ tháng 6/2017 đến 8/2020.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thực nghiệm: từ tháng 1/2019 đến 2/2020.
1.3.3. Nội dung nghiên cứu
Với mục tiêu chung và mục tiêu cụ thể như trên, các nội dung chính của luận
án bao gồm:
- Lựa chọn cấu hình và định cỡ các phần tử truyền động của HSPNCS phù
hợp với máy kéo nông nghiệp cỡ công suất 30 đến 50 mã lực;
- Xây dựng mô hình và thí nghiệm để tái hiện và nghiên cứu các tính chất
hoạt động và điều khiển của HSPNCS;
- Đánh giá hiệu suất của HSPNCS để xác định vùng tỷ số truyền cho hiệu
suất cao nhất, tương ứng với các vùng làm việc chính của động cơ truyền lực;
- Phân tích, đánh giá chất lượng động lực học và điều khiển của HSPNCS
trong phòng thí nghiệm và khi lắp trên máy kéo nông nghiệp cỡ công suất 30 đến
50 mã lực;
- Nghiên cứu phương pháp điều khiển tỷ số truyền để lựa chọn chế độ làm
việc tối ưu của máy kéo sử dụng HSPNCS khi làm việc với tải trọng kéo lớn trên
đồng ruộng;
- Đề xuất hệ thống điều khiển tự động tỷ số truyền.
1.4. NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN
- Lựa chọn được cấu hình và xác định được các thông số kết cấu của
HSPNCS phù hợp sử dụng cho máy kéo nông nghiệp cỡ công suất 30 đến 50 mã
lực.
3

- Mô phỏng được máy kéo nông nghiệp sử dụng HSPNCS, mô hình có thể sử
dụng cho nghiên cứu các tính chất động lực học và điều khiển hộp số tương ứng
với các chế độ làm việc điển hình của máy kéo.
- Bệ thử hộp số do NCS thiết kế, chế tạo cùng phương pháp và thí nghiệm
hợp lý, phù hợp với điều kiện trong nước kiểm chứng để độ tin cậy của mô hình
mô phỏng cũng như đánh giá được hiệu suất của HSPNCS.
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.5.1. Ý nghĩa khoa học của luận án
- Tổng hợp được cơ sở khoa học cho lựa chọn cấu hình HSPNCS ứng dụng
phù hợp với máy kéo nông nghiệp cỡ công suất 30 đến 50 mã lực.
- Xây dựng được phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để
nghiên cứu các tính chất động học, động lực học và điều khiển, cũng như để
nghiên cứu đánh giá hiệu suất của HSPNCS trên máy kéo nông nghiệp.
- Xác định được quy luật và vùng điều khiển tỷ số truyền HSPNCS tương
ứng với chiến lược điều khiển tối ưu theo công suất cực đại của động cơ làm cơ sở
cho hệ thống điều khiển tỷ số truyền để nâng cao hiệu suất của động cơ và các
phần tử truyền lực trên máy kéo nông nghiệp.
- Luận án có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nhà sản xuất
máy kéo tại Việt Nam trong quá trình nghiên cứu phát triển truyền lực vô cấp cho
máy kéo nông nghiệp.
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận án
- Luận án đã sử dụng bộ thông số và kết cấu thực của sản phẩm máy kéo cỡ
công suất 30 đến 50 mã lực hiện sử dụng trong nước, thí nghiệm kiểm chứng độ
tin cậy của mô hình mô phỏng và đánh giá hiệu suất hộp số được thực hiện trong
điều kiện thực với các thiết bị hiện có tại Việt Nam. Điều này cho phép gợi mở các
hướng nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm áp dụng phát triển cho sản phẩm nội
địa hóa với điều kiện hiện có.
- Các đề xuất về cấu hình cho hộp số và máy kéo được lựa chọn trên các kết
cấu sẵn có cùng với các công nghệ chế tạo tham khảo hiện đang áp dụng tại Việt
Nam, cho phép thử nghiệm để tiến tới thiết kế và chế tạo thử nghiệm sản phẩm
thực tế.
4

PHẦN 2. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP Ở VIỆT NAM
2.1.1. Tình hình cơ giới hóa và sử dụng máy kéo nông nghiệp
Tính đến 2020, trang bị động lực bình quân trong sản xuất nông nghiệp cả
nước đạt 1,6 mã lực/ha canh tác, riêng đối với sản xuất lúa đạt 2,2 mã lực/ha. Cả
nước có khoảng 600.000 máy kéo, trong đó máy kéo cỡ lớn và cỡ trung khoảng
238.000 chiếc. Máy kéo là nguồn động lực chủ đạo cho các khâu canh tác như làm
đất, gieo trồng, chăm sóc và một phần tưới tiêu. Mức độ cơ giới hóa bình quân các
khâu và các loại cây trồng cụ thể như sau:
- Khâu làm đất: Lúa đạt 85,21%, cao nhất vùng đồng bằng sông Hồng và
đồng bằng sông Cửu Long đạt 96%, thấp nhất là vùng trung du miền núi phía Bắc
đạt 51,7%; Mía đạt 80% ở các vùng sản xuất tập trung; Ngô đạt 70%; Sắn đạt 8%;
Vùng rau chuyên canh đạt 90%.
- Khâu gieo trồng: Đối với lúa cấy và gieo xạ đạt 30%; Mía đạt 30%; Cao su
đạt khoảng 70%.
- Khâu chăm sóc (vun, xới, phun thuốc bảo vệ thực vật): Lúa đạt khoảng
60%; Đối với chè và mía đạt 70%.
Về quy hoạch đất, đồng ruộng, sản xuất lúa chủ yếu có quy mô nhỏ lẻ, chưa
đạt hiệu quả kinh tế. Ruộng đất manh mún, phân tán với diện tích trung bình mỗi
hộ đạt 0,44 ha, 85% thửa ruộng có diện tích dưới 0,5 ha. Hơn nữa đất nông nghiệp
chưa được quy hoạch tập trung, xen lẫn với đô thị, công nghiệp, lâm nghiệp gây
khó khăn cho việc cơ giới hóa.
Máy kéo nông nghiệp đang sử dụng ở Việt Nam có xuất xứ đa dạng nhập
khẩu từ Nhật Bản, Trung Quốc (Kubota, Yanma, Iseiki,...) hoặc sản xuất trong
nước. Ngoài ra còn có các máy kéo trước đây đã nhập khẩu từ Liên Xô cũ và châu
Âu (MTZ, John Deere,...). Các sản phẩm nhập khẩu chiếm 70% trong đó 50% là
máy cũ, chất lượng không kiểm soát được. Máy kéo sản xuất trong nước chiếm
khoảng 30%, là máy kéo đẩy tay 12 ÷ 18 mã lực và máy kéo 4 bánh 24 mã lực.
Việc định hướng phát triển cho máy kẽo cỡ nhỏ đã được đề cập đến trong các
văn bản chính thức của nhà nước như Quyết định 02/2008/QĐ-BCT của Bộ Công
thương về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển công nghiệp sản xuất máy
5

động lực và máy nông nghiệp giai đoạn 2006-2015, có xét đến năm 2020 (Bộ
Công thương, 2008) và Quyết định 1342/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ về
việc phê duyệt kế hoạch hành động phát triển ngành công nghiệp máy nông nghiệp
thực hiện chiến lược công nghiệp hóa của Việt Nam trong khuôn khổ hợp tác Việt
Nam - Nhật Bản hướng đến năm 2020, tầm nhìn 2030 (Thủ tướng Chính phủ,
2014). Theo đó, định hướng phát triển đối với máy nông nghiệp có đề cập đến:
"Giai đoạn đến năm 2015, sản xuất đáp ứng đủ nhu cầu trong nước về trang bị máy
kéo hai bánh đến 12 mã lực, bước đầu sản xuất có hiệu quả máy kéo bốn bánh 18-
25 mã lực thay thế nhập khẩu, trên cơ sở đó từng bước nâng cao khả năng sản xuất
máy kéo bốn bánh công suất 35-40 mã lực. Tìm kiếm, hợp tác với nước ngoài để
lắp ráp và sản xuất máy kéo bốn bánh 50-80 mã lực, trước hết là chế tạo chi tiết,
phụ tùng, dần làm chủ công nghệ chế tạo đồng bộ loại máy này". Trong các văn
bản này cũng có nội dung qui hoạch chi tiết cho phát triển sản phẩm máy kéo:
"Kêu gọi liên doanh nước ngoài để sản xuất máy kéo 4 bánh cỡ 18-35 mã lực và
50-80 mã lực, hướng vào xuất khẩu là chính".
Từ những vấn đề thời sự của tình hình cơ giới hóa, đặc điểm sử dụng thực tế
của sản xuất nông nghiệp trong nước, cũng như các định hướng phát triển ngành
cho thấy việc nghiên cứu sản xuất máy kéo nhỏ cỡ 30 - 50 mã lực là có nhu cầu
thực sự. Để đạt được những mục tiêu này, cần thiết phải có các nghiên cứu phát
triển một cách sâu rộng cho các cụm chi tiết trên dòng máy kéo này, phù hợp với
điều kiện làm việc thực tế tại Việt Nam.
2.1.2. Đặc điểm kết cấu hệ thống truyền lực trên máy kéo đang sử dụng ở Việt
Nam
Đặc điểm chung của hai loại máy kéo sản xuất tại Việt Nam là sử dụng động
cơ 1 xy lanh nằm ngang, hộp số được dẫn động bởi một bộ truyền đai thang từ
động cơ và có 6 số tiến, 2 số lùi. Nhược điểm cơ bản là gây va đập khi sang số và
khó điều khiển để tìm được điểm làm việc tối ưu nhằm sử dụng hết công suất động
cơ khi máy kéo thực hiện nhiều dạng công việc khác nhau trong sản xuất thực tế.
Hình 2.1 trình bày sơ đồ hệ thống truyền lực của máy kéo đẩy tay BS12 và
BS16,5, chỉ phù hợp với giai đoạn chuyển đổi ban đầu của nền sản xuất nông
nghiệp Việt Nam. Năm 2014, Tổng Công ty Động lực và Máy nông nghiệp
(VEAM) bắt đầu nghiên cứu chế tạo mẫu máy kéo 4 bánh đầu tiên trên cơ sở kết
6

cấu hệ thống truyền lực của máy kéo đẩy tay. Máy kéo 4 bánh 24 mã lực đã khắc
phục được một số nhược điểm của máy kéo đẩy tay, do bố trí hệ thống lái và thay
thế cơ cấu chuyển hướng kiểu ly hợp vấu bằng cơ cấu vi sai. Tuy đã bước đầu
được sản xuất và chấp nhận do giá rẻ nhưng rất khó cạnh tranh với các máy kéo
nhập ngoại cỡ trung bình và nhỏ.
a) Máy kéo BS16,5 b) Máy kéo BS12
Hình 2.1. Sơ đồ truyền lực của máy kéo đẩy tay
Nguồn: Nguyễn Công Thuật (2014)
Ngoài các máy kéo được nhập từ Liên Xô cũ hiện nay các máy kéo nhỏ công
suất dưới 30kW (40 mã lực) có nguồn gốc từ Trung Quốc hay Nhật Bản đang được
sử dụng trong sản xuất nông nghiệp, ưa dùng nhất là các máy kéo đã qua sử dụng
của các hãng Kubota, Yanma, Iseiki,… Đặc điểm chung về kết cấu hệ thống
truyền lực của các máy kéo này là sử dụng động cơ Diesel 3 xy lanh đứng với ly
hợp ma sát khô. Hệ thống truyền lực có 8 ÷ 9 số tiến và 3 ÷ 4 số lùi. Ngoài ra máy
kéo được trang bị hệ thống lái cơ khí, có thể có trợ lực thủy lực (Nguyễn Công
Thuật, 2014)
Để khắc phục các nhược điểm của máy kéo nhập ngoại là đắt tiền đối với
máy kéo Nhật Bản, cũng như việc không kiểm soát được chất lượng đối với máy
kéo đã qua sử dụng và kém ổn định như máy kéo Trung Quốc, đã xuất hiện dự án
sản xuất máy kéo ở dạng thiết kế chép mẫu và nội địa hóa từng phần loại máy kéo
30- 50 mã lực của Hàn Quốc tại Công ty Cổ phần ô tô Trường Hải (THACO). Tuy
nhiên, hệ thống truyền lực vẫn được sử dụng là hệ thống truyền lực cơ khí phân
cấp với số các số truyền còn khiêm tốn.
7

Tóm lại, HTTL sử dụng trên máy kéo nông nghiệp ở Việt Nam chủ yếu là
HTTL cơ khí chưa có thể lựa chọn vô cấp tỷ số truyền, nghĩa là khó tìm được điểm
làm việc tối ưu tương ứng với công việc khác nhau trong sản xuất nông nghiệp.
2.2. TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP
Đến những năm cuối của thế kỷ XX, hầu như tất cả các máy kéo nông nghiệp
đều được trang bị hộp số phân cấp cơ khí. Do có chi phí đầu tư phát triển lớn nên
hộp số vô cấp chưa có vai trò đáng kể để trang bị cho máy kéo.
Một nguyên nhân nữa dẫn đến hộp số vô cấp chưa được sử dụng nhiều trên
máy kéo nông nghiệp là hiệu suất truyền lực thấp (Mürrenhoff & Wallentowitz,
1998).
Hình 2.2. So sánh định tính về tính chất hiệu suất truyền lực của máy kéo khi
trang bị các hộp số khác nhau
Nguồn: Mürrenhoff & Wallentowitz (1998)
Ngay cả hộp số sang số dưới tải trọng và hộp số vô cấp xích biến tốc cũng có
hiệu suất nhỏ hơn hộp số phân cấp cơ khí. Nguyên nhân giảm hiệu suất được giải
thích do có hao tổn trượt tại các ly hợp ma sát ướt và tiêu hao năng lượng cho hệ
thống thủy lực phụ trợ. Tuy nhiên, nhược điểm cơ bản của hộp số phân cấp cơ khí
là phải ngắt dòng lực kéo, gây va đập khi sang số và đảo chiều cũng như khó tìm
chế độ làm việc tối ưu cho máy kéo phù hợp với mọi điều kiện sản xuất nông
nghiệp. Trong giai đoạn tiếp theo việc nghiên cứu, phát triển hộp số vô cấp trở nên
thuận lợi hơn do đó có sự tiến bộ vượt bậc trong kỹ thuật thủy lực và phát triển
mới về cấu hình HSPNCS có khả năng làm tăng thành phần công suất cơ khí theo
vận tốc chuyển động của máy kéo (Kress, 1968; Skirde & Gigling, 1996). Ở Châu
Âu hình thành xu hướng phát triển HSPNCS cho máy kéo lớn và vẫn giữ hộp số
vô cấp xích biến tốc cho máy kéo nhỏ.
8

2.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN TRUYỀN ĐỘNG VÔ CẤP
TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP
Phù hợp với điều kiện sản xuất nông nghiệp, hộp số máy kéo cần được thỏa
mãn các yêu cầu cơ bản sau:
- Sử dụng tối ưu công suất động cơ trên toàn vùng vận tốc;
- Hiệu suất tối ưu kể cả khi vận tốc nhỏ và yêu cầu lực kéo lớn cũng như vận
chuyển với một vận tốc cao trên đường;
- Lựa chọn vô cấp vận tốc chuyển động trong toàn vùng để tương thích với
tất cả các điều kiện làm việc;
- Thay đổi vận tốc, đảo chiều không ngắt dòng lực kéo và không có va đập;
- Chi phí nhiên liệu nhỏ với năng suất diện tích cực đại.
Để thỏa mãn các yêu cầu trên, hộp số máy kéo đã chuyển từ hộp số không
đồng tốc đến đồng tốc từng phần và đồng tốc hoàn toàn, tiếp theo là hộp số sang số
dưới tải từng phần và hộp số sang số dưới tải hoàn toàn. Điều đó lần đầu tiên cho
phép việc thay đổi vận tốc không cần ly hợp và không cần ngắt dòng lực kéo. Tuy
nhiên, chỉ có một số truyền tương thích với vùng giới hạn công suất của động cơ,
có nghĩa là không thể sử dụng tối ưu công suất của động cơ trên toàn vùng vận tốc,
tương thích với tất cả các điều kiện làm việc, kể cả khi chia nhỏ các cấp truyền nhờ
tăng số các số truyền. Thí dụ 48 số tiến và 24 số lùi, phối hợp sang số dưới dạng
tải trọng thì cũng không phải lựa chọn tối ưu do chi phí quá lớn cho kết cấu ly hợp,
hộp số quá phức tạp.
Đơn giản hơn về kết cấu và dễ tự động hóa để thỏa mãn các yêu cầu của máy
kéo nông nghiệp hiện đại là trang bị hộp số vô cấp. Đây là giải pháp đã và đang
được quan tâm trong lịch sử phát triển hệ thống truyền lực của máy kéo (Casoli &
cs., 2007; Xia & cs., 2018; Raikwar & cs., 2015; Zbigniew Żebrowski, 2007).
2.3.1. Truyền động vô cấp cơ khí
Theo kết quả phân tích trong (Viet Duc Bui, 2007; Nguyễn Công Thuật,
2014) trong dải công suất máy kéo nhỏ hơn 30 mã lực (22,2 kW) thì truyền động
cơ khí là một lựa chọn phù hợp. Trong đó, truyền động đai và truyền động xích
biến tốc được ưu tiên sử dụng trên máy kéo nông nghiệp.
Đặc điểm chung của hệ thống truyền động vô cấp cơ khí là phạm vi điều
khiển vô cấp nằm trong khoảng 1÷5 và 1÷9. Để máy kéo có thể làm việc tối ưu
9

khi canh tác trên đồng và khi vận chuyển trên đường cần mở rộng khoảng vô cấp
bằng cách bố trí trước hoặc sau bộ biến tốc một hộp số cơ khí có hơn một số tiến
và một số lùi.
Hệ thống truyền lực cơ khí vô cấp ứng dụng đầu tiên vào năm 1957 cho máy
kéo MAN A25 (Hình 2.3). Bộ đai biến tốc được dẫn động từ động cơ có công suất
18 kW (24 mã lực) thay đổi số truyền liên tục từ 1÷4 và được điều khiển bằng tay.
Hộp số cơ khí có hai số tiến, một số lùi bố trí nối tiếp cho phép máy kéo chuyển
động ở ba dải vận tốc ứng với một số chế độ vận tốc không đổi của động cơ.
Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống truyền động ZF-P.IV.ASL8Reimers
Nguồn: Kirste (1989)
Thế hệ tiếp theo của ASL8 là ASL210 đã được trang bị điều khiển tự động tỷ
số truyền. Máy kéo sử dụng ly hợp kép cho hệ thống di động và bơm thủy lực, trục
trích công suất. Phía thứ cấp của bộ truyền biến tốc bố trí một hộp số cơ khí có 3
số tiến và 1 số lùi. Mẫu tiếp theo là ASL218 được trang bị cho máy kéo công suất
44 kW (59 mã lực), hộp số cơ khí hai cấp số truyền bố trí trước bộ biến tốc. Tại
phía thứ cấp của bộ biến tốc lắp bộ truyền hành tinh có nhiệm vụ đảo chiều, cho
phép máy kéo có các dải chuyển động tiến lùi như nhau.
Cũng năm 1965 bộ truyền T518 trang bị cho máy kéo Schutter Super 550.
Trong hệ thống truyền lực, hộp số cơ khí hai cấp truyền được đặt trước bộ biến
tốc. Ly hợp ma sát kép bố trí trên trục thứ cấp để thực hiện chuyển số hộp số có 3
10

cấp số truyền. Bằng cách đó tạo cho máy kéo có 3 dải vận tốc chuyển động tiến lùi
như nhau.
Trong những năm 1988/1989 hệ thống truyền lực của máy kéo được cải thiện
đáng kể với bộ biến tốc. Việc điều khiển tỷ số truyền của bộ biến tốc được thực
hiện tự động nhờ hệ thống điều khiển thủy lực - điện, tín hiệu điều khiển là mô
men xoắn trên đường truyền lực lấy từ một cảm biến mômen. Trên Hình 2.4, giới
thiệu một số hệ thống truyền lực vô cấp trang bị cho máy kéo nghiên cứu có công
suất 22 kW (gần 30 mã lực), đặc điểm là hệ thống có kết cấu đơn giản với hộp số
phân tầng có số lùi bố trí phía sau bộ biến tốc.
Hình 2.4. Sơ đồ hệ thống truyền động vô cấp của ĐH Munich
Nguồn: Hansel (1991)
Để cải thiện tính chất hoạt động và điều khiển của các máy kéo cỡ nhỏ sản
xuất tại Việt Nam (công suất 9-20 kW (12-27 mã lực)), Bùi Việt Đức phát triển
mẫu máy kéo nhỏ có kết cấu đặc trưng là bộ truyền đai được bố trí ngay sau động
cơ và ly hợp ma sát nằm trước hộp số cơ khí (hình 2.5) (Viet Duc Bui, 2007).
Bộ biến tốc đai thang có tỷ số truyền từ 0,4 đến 2,5 được điều khiển bằng tay,
hộp số cơ khí có 2 số tiến 1 số lùi kết hợp với bộ vi sai và truyền lực cuối cùng. Sự
phối hợp giữa bộ biến tốc và hộp số cơ khí tạo ra một hệ thống truyền động vô cấp
phân tầng cho máy kéo phù hợp với điều kiện làm việc trên đồng hay vận chuyển
trên đường.
11

Hình 2.5. Sơ đồ truyền động vô cấp phân tầng cho máy kéo nhỏ ở Việt Nam
Nguồn: Viet Duc Bui (2007)
Kế thừa hệ thống truyền động vô cấp phân tầng trong (Viet Duc Bui, 2007),
Nguyễn Công Thuật đã phát triển hệ thống tự động điều khiển tỷ số truyền vô cấp
trên cơ sở thủy lực điều khiển vị trí (Nguyễn Công Thuật, 2014). Sử dụng van
đóng ngắt điều khiển bề rộng xung (PWM), tỷ số truyền được tự động điều khiển
thông qua vị trí của xy lanh thủy lực tác động vào đĩa chủ động của bộ biến tốc
(Hình 2.6), sao cho công suất của động cơ được sử dụng tối ưu với mọi chế độ vận
tốc của máy kéo khi làm việc trên đồng.
Hình 2.6. Mô hình điều khiển tự động tỷ số truyền sử dụng van đóng ngắt
Nguồn: Nguyễn Công Thuật (2014)
Truyền động vô cấp phân tầng với hệ thống điều khiển tỷ số truyền trên đây
là một lựa chọn phù hợp để trang bị cho các máy kéo nhỏ sản xuất tại Việt Nam do
ít thay đổi về kết cấu bộ truyền động đai, phân tầng đơn giản, điều khiển đơn giản
chi phí thấp.
12

2.3.2. Truyền động thủy tĩnh
Giải pháp vô cấp tiếp theo là truyền động thủy tĩnh. Mạch truyền động thủy
lực bao gồm một bơm điều khiển được thể tích riêng và một hoặc vài động cơ thủy
lực. Hệ thống truyền động thủy tĩnh có khả năng làm tăng mức độ tự do trong kết
cấu, thay đổi vô cấp vận tốc chuyển động, thay đổi hướng chuyển động và có thể
thực hiện quá trình phanh không hao mòn. Do các tính chất ưu việt đã nêu, truyền
động thủy tĩnh không chỉ còn giới hạn trong vùng công suất nhỏ, mà ngày càng
được ứng dụng nhiều cho các thiết bị di động công suất lớn. Do yêu cầu vùng thay
đổi vận tốc lớn nên người ta thường chọn liên hợp hộp số thủy tĩnh với hộp số
sang số dưới tải để nhân rộng vùng vận tốc. Tuy nhiên như đã phân tích, phương
án này sẽ làm tăng tính phức tạp của kết cấu và do đó làm tăng chi phí chế tạo.
Ngoài ra, nhược điểm cơ bản của truyền động thủy tĩnh là hiệu suất thấp.
2.3.3. Mạch điều khiển cơ bản của hộp số thủy tĩnh
Dạng đơn giản nhất của truyền động thủy tĩnh bao gồm một bơm dẫn động từ
động cơ đốt trong và một động cơ thủy lực. Bơm và động cơ thủy lực kết nối với
nhau trong một mạch điều khiển kín (Hình 2.7).
1- Bơm; 2- Động cơ thủy lực; 3- Bơm phụ; 4- Van một chiều; 5- Van giới hạn áp suất;
6- Van xả; 7- Van duy trì áp suất; 8- Van áp suất
Hình 2.7. Sơ đồ mạch thủy lực của hộp số thủy tĩnh
Ngoài bơm và động cơ, để hộp số hoạt động cần có thêm các phần tử kết cấu
khác. Các van áp suất 8 để bảo vệ động cơ đốt trong để khỏi quá tải. Dòng dầu lưu
thông trong mạch thủy lực được làm nóng bởi hao tổn công suất hộp số, cần có
bơm dầu phụ 3 để cung cấp đồng thời áp suất cho các đơn nguyên điều
13

khiển và dầu đã làm mát qua các van 1chiều đến mỗi đường dầu áp suất thấp. Van
giới hạn áp suất 5 xác định áp suất của đường dầu áp suất thấp, lượng dầu nóng lên
tương ứng tại các đường ống dầu được dẫn qua van xả 6 và van duy trì áp suất 7.
Bằng cách đó, lượng dầu hao tổn do lọt dòng trong bơm và động cơ cũng được bổ
sung.
Trong kết cấu thực tế người ta thường phối hợp chức năng của van giới hạn
áp suất mạch với van giới hạn áp suất cung cấp, thành phần này được bố trí tại vỏ
bơm, van xả được bố trí tại vỏ của động cơ.
Trong những kết cấu đơn giản, chỉ có bơm được thiết kế làm đơn nguyên
điều khiển. Để thay đổi tỷ số truyền, người ta thay đổi thể tích riêng của bơm và
thay đổi chiều chuyển động nhờ thay đổi chiều cung cấp. Vùng điều khiển được
mở rộng cơ bản nhờ điều khiển cả hai, khi đó có thể thực hiện điều khiển riêng lẻ
hoặc phối hợp điều khiển giữa bơm và động cơ.
Máy kéo sử dụng truyền lực thủy tĩnh thường có các phương án kết cấu như
hình 2.8.
Hình 2.8. Các phương án mạch truyền động thủy lực cho máy kéo
và xe chuyên dụng
Dạng đơn giản nhất là mỗi cầu được dẫn động từ một động cơ thủy lực qua
hộp số cơ khí. Để có kết cấu không cần trục sơ cấp hoặc trục trung gian, trong hệ
thống truyền lực sẽ cần nhiều động cơ. Để giảm số vòng quay bánh xe có thể bố trí
phối hợp với một bộ truyền hành tinh (Hansel, 1991).
14

Đối với xe xích thường sử dụng một hộp số thủy tĩnh riêng cho mỗi dải xích.
Tại động cơ truyền lực bố trí một đơn nguyên bơm kép, các hộp số có thể điều
khiển thay đổi hướng độc lập với nhau.
Trên các xe nhiều cầu, các động cơ thủy lực được mắc song song với nhau,
do đó tất cả các động cơ đều chịu áp suất như nhau. Mắc song song có lợi nếu tất
cả các động cơ nhận tải chung như các trường hợp xe chạy bình thường trên đường
phẳng. Tuy nhiên cũng như các bộ vi sai cơ khí, trong các mạch truyền động thủy
lực cũng xuất hiện nguy cơ, nếu một bánh xe có tính chất bám không thuận lợi
hoặc thoát tải mạnh sẽ dẫn tới bị trượt quay làm cho mômen trên bánh xe còn lại
giảm mạnh. Để khắc phục, cần bố trí khóa vi sai thủy lực theo nguyên lý chia dòng
(Mürrenhoff & Wallentowitz, 1998).
2.3.4. Điều khiển hộp số thủy tĩnh
Mặc dù về cơ bản việc lựa chọn tỷ số truyền do lái xe đảm nhận, trong các hệ
thống truyền động thủy tĩnh điều khiển vô cấp cũng có thể tự động điều khiển từng
phần. Một mặt có thể giảm tải cho lái xe, mặt khác cho khả năng theo đuổi mục
tiêu tối ưu hóa nhờ việc điều khiển tự động. Ngoài ra trên các xe được ưu tiên cao
nhất là cắt giảm nhu cầu nhiên liệu, cần thiết sử dụng hết công suất của động cơ.
Để phù hợp với mục tiêu này, người ta sử dụng hệ thống tự cắt giảm áp suất và
điều chỉnh tải trọng trong giới hạn trong các mạch truyền động thủy lực di động.
Một dạng kết cấu đặc biệt được gọi là điều khiển tự động.
Mặc dù các hệ thống điều khiển tự động nêu trên có thể thực hiện với chi phí
kỹ thuật tương đối thấp, nhưng có chi phí lớn cho việc làm tương thích tối ưu giữa
động cơ với các nhiệm vụ truyền lực. Để cải thiện chi phí và tối ưu hóa phối hợp
làm việc của hệ thống truyền lực, có thể thay thế hệ thống điều khiển thủy lực - cơ
khí bằng điều khiển điện tử (Jin, 2018). Hơn nữa điều khiển điện tử còn có khả
năng tích hợp các nhiệm vụ điều khiển khác mà không cần thêm chi phí đầu tư.
Hình 2.9 giới thiệu một sơ đồ điều khiển thủy lực để mở rộng vùng vận tốc
chuyển động và tránh các vùng làm việc có hiệu suất không thuận lợi. Việc điều
khiển bơm và động cơ thủy lực cũng như sang số được thực hiện bằng điều khiển
điện tử. Lái xe chỉ tác động để chọn trước hướng chuyển động, vùng vận tốc và vị
trí của bàn đạp ga. Bộ điều khiển điện tử có thể điều khiển động cơ đốt trong tương
thích với các nhiệm vụ truyền lực trong các điều kiện làm việc đã cho.
15

Hình 2.9. Điều khiển điện tử trên xe chuyên dụng trang bị hộp số thủy tĩnh
Nguồn: Jin (2018)
2.3.5. Hộp số nhập dòng công suất
Hình 2.10. Hệ thống truyền động của máy xúc lật
Nguồn: Mürrenhoff& Wallentowitz (1998)
Máy xúc lật là một xe chuyên dụng có phổ hoạt động rất rộng, từ việc nâng
chuyển trong nhà đến nâng chuyển đất đá trong hầm mỏ và thường sử dụng truyền
động thủy tĩnh.
Truyền động thủy tĩnh trên máy xúc lật có thể có công suất trong khoảng nhỏ
hơn 60 kW (80 mã lực) đến 100 kW (1 mã lực) và lớn hơn 100 kW (Hình 2.10)
(Mürrenhoff& Wallentowitz, 1998). Công suất nhỏ hơn 60 kW máy sử
16

dụng hộp số thủy tĩnh thuần túy. Khi công suất đến 100 kW và lớn hơn 100 kW,
hộp số thủy tĩnh được phối hợp nhập dòng công suất hoặc sang số dưới tải trọng.
Tùy từng trường hợp ứng dụng mà có thể sang số khi ngắt hoặc không ngắt dòng
lực kéo.
Về nguyên lý, hộp số nhập dòng công suất (hình 2.11) bao gồm một bơm
điều khiển được thể tích, hai động cơ thủy lực điều khiển được thể tích và một hộp
số nhập dòng sang số dưới tải trọng. Hai động cơ làm việc qua các trục trung gian
có thể đóng ngắt khác nhau đến một trục thứ cấp trung tâm. Nhờ điều khiển chung
động cơ diesel, đĩa lắc của bơm và động cơ thủy lực và ly hợp nên có thể lựa chọn
vùng tỷ số truyền gần như vô cấp.
Hình 2.11. Hộp số thủy tĩnh truyền động sát nhập dòng công suất
Nguồn: Mürrenhoff& Wallentowitz (1998)
Quá trình sang số được thực hiện bằng cách điều khiển nhanh động cơ
muốn chuyển mạch về 0, động cơ còn lại truyền công suất yêu cầu. Quá trình này
không chỉ tác động đến động cơ và các ly hợp k1 đến k4 mà còn đến cả bơm và
động cơ truyền lực nên lái xe không thể điều khiển được. Hệ thống bố trí một máy
tính trung tâm đảm nhận cả chức năng điều khiển tải trọng giới hạn, điều khiển
phân cấp và điều khiển chuyển động tự động. Bằng cách đó có thể lựa chọn các
chương trình làm việc khác nhau giữa chuyển động và hoạt động nâng chuyển và
tái lập chương trình theo ý muốn của lái xe hoặc thích hợp với các điều kiện làm
việc.
17

2.3.6. Truyền động phân nhánh công suất thủy tĩnh
2.3.6.1. Nguyên lý phân nhánh công suất
Việc ứng dụng truyền động thủy tĩnh cho máy kéo thường thất bại do hiệu
suất truyền lực so với hộp số phân cấp sang số dưới tải là quá thấp. Hộp số phân
nhánh công suất kết hợp được ưu điểm về điều khiển vô cấp số vòng quay với hiệu
suất truyền lực cao tương tự hộp số sang số dưới tải (85% ÷ 90%) (Orshansky &
Weseloh, 1972; Kirejczyk, 1984; Mürrenhoff & Wallentowitz, 1998). Ý tưởng cơ
bản của hộp số phân nhánh công suất là: Công suất của động cơ đốt trong được
phân chia thành một phần truyền động thủy lực và một phần truyền động cơ khí.
Phần công suất lớn hơn truyền theo nhánh cơ khí với công suất cao.
Nguyên lý phân nhánh công suất cơ bản được đề cập đến trong (Chengyan,
2010), được trình bày trên hình 2.12. Trong sơ đồ, cần dẫn của bộ truyền hành tinh
nhận truyền động từ trục sơ cấp với công suất vào Pe. Khi máy kéo đứng yên, trục
thứ cấp và bánh răng mặt trời bị hãm cứng.
1- Trục sơ cấp; 2- Cần dẫn; 3- Trục thứ cấp; 4- Bánh răng mặt trời;
5- Vành răng; 6- Bơm; 7- Động cơ thủy lực
Hình 2.12. Nguyên lý phân nhánh công suất
Nguồn: Chengyan (2010)
Trong chế độ khởi hành động cơ thủy lực có thể tích làm việc lớn nhất và
bơm nhận truyền động từ vành răng bắt đầu tăng góc lắc từ 0 để tăng thể tích Vp.
Động cơ thủy lực bắt đầu quay và làm quay bánh răng mặt trời của bộ truyền hành
tinh cùng trục thứ cấp. Việc làm tăng số vòng quay bánh răng mặt
18

trời làm giảm số vòng quay của vành răng và dẫn đến giảm số vòng quay của trục
bơm. Công suất vào bơm giảm, đồng thời việc tăng thể tích bơm Vp lại tác động
làm tăng số vòng quay trục thứ cấp. Nếu bơm được điều khiển đến thể tích cực đại
và thể tích làm việc của động cơ thủy lực được làm nhỏ đi dẫn đến làm tăng số
vòng quay của bánh răng mặt trời và trục thứ cấp, số vòng quay vành răng và phần
công suất bơm thủy lực tiếp tục giảm. Nếu điều khiển thể tích làm việc của động
cơ thủy lực giảm đến 0 thì bơm 6 và vành răng sẽ bị khóa cứng. Tại điểm làm việc
này tất cả công suất vào được truyền qua nhánh cơ khí, bởi vì cần dẫn quay quanh
vành răng và trực tiếp dẫn động bánh răng mặt trời và trục thứ cấp.
Số vòng quay thứ cấp có thể tiếp tục tăng cao bằng cách điều khiển góc của
đĩa lắc động cơ thủy lực nhỏ hơn 0. Khi đó động cơ trở thành bơm dẫn động từ
trục thứ cấp. Bơm khi đó hoạt động ở chế độ động cơ và tiếp tục làm quay vành
răng làm cho số vòng quay bánh răng mặt trời tiếp tục tăng. Tại điểm làm việc này,
một phần công suất ra được dẫn vòng trở lại bộ truyền thủy lực. Trạng thái này
được gọi là tuần hoàn công suất, làm tăng tải trọng trục bánh răng mặt trời lớn hơn
100% công suất vào, làm cho hiệu suất hộp số trở lên xấu đi do tăng hao tổn trong
bộ truyền thủy lực.
Để trục thứ cấp quay ngược lại, bơm được điều khiển góc của đĩa lắc theo
chiều ngược lại. Chiều quay ngược lại của trục thứ cấp dẫn đến hậu quả là tiếp tục
làm tăng số vòng quay vành răng và bơm. Công suất động cơ thủy lực truyền đến
trục thứ cấp được tuần hoàn qua bộ truyền hành tinh đến bơm công suất chung,
trong trạng thái hoạt động này được truyền qua nhánh thủy lực, do đó khi chuyển
động lùi, hộp số nêu trên sẽ có hiệu suất xấu hơn chuyển động tiến.
Nhược điểm tiếp theo là tải trọng của cả các phần thủy lực và các phần cơ khí
đều lớn hơn 100% công suất đầu vào.
Hộp số trên cơ sở hình 2.12 có các điểm làm việc dẫn đến tăng tải trọng cho
các thành phần tham gia kết cấu do tuần hoàn công suất. Một số sơ đồ hộp số máy
kéo tránh được các điểm làm việc này nhờ kết cấu hệ thống khởi hành.
Để có nhiều vùng vận tốc không phải ngắt dòng lực kéo người ta đã bố trí
nhiều bộ hành tinh và/hoặc nhiều cấp truyền bánh răng để mở rộng khoảng vô cấp,
mặt khác đã bố trí các mạch đảo chiều hoặc hộp số đảo chiều với các ly hợp đĩa để
thực hiện chuyển động lùi của máy kéo (Heinz, 2010).
19

2.3.6.2. Phát triển và ứng dụng hộp số phân nhánh công suất thủy tĩnh trên máy
kéo
Máy kéo sử dụng HSPNCS, được chào bán bởi các hãng sản xuất nổi tiếng
như Case, Claas, DeutzFahr, AGGO, Johndeere, MasseyFerguson và Steyr, có
công suất từ 63 ÷ 243 kW (325 mã lực) (Bùi Hải Triều, 2006).
Cuối thập kỷ 80 Claas bắt đầu phát triển HSPNCS thủy tĩnh HM - 8 làm việc
theo ý tưởng của giáo sư Jarchob năm 1990 và năm 1992 công bố về trình độ phát
triển (Alarico, 2011).
Hình 2.13. Sơ đồ hộp số HM - 8
Nguồn: Alarico (2011)
Hộp số HM - 8 được cấu tạo bởi hộp số thủy tĩnh, bộ truyền hành tinh và
nhóm bộ truyền mắc nối tiếp. Công suất vào từ động cơ diesel được phân nhánh tại
trục vào thành một phần cơ khí và một phần thủy lực. Phần công suất thủy lực
20

được dẫn qua trục 2 của bộ biến tốc thủy lực và chuyển đổi tương ứng nhờ thay
đổi góc lắc của bơm qua trục 3 đến trục 7 của bánh răng mặt trời. Phần cơ khí
truyền qua mạch đảo chiều đến trục 4. Từ đây công suất được dẫn đến vành răng
của phần tử hành tinh P1 và cần dẫn của P2. Việc dẫn chung cả hai nhánh công suất
được thực hiện trong bộ truyền hành tinh kép có một trục kết nối nhánh 5 và một
trục kết nối chậm 6.
Việc truyền công suất tiếp theo được thực hiện nhờ các cụm truyền động mắc
nối tiếp với 8 vùng vận tốc được sang số dưới tải trọng không ngắt dòng lực nhờ
điều khiển thích hợp các ly hợp từ K1 đến K8. Do có 8 vùng vận tốc truyền động
nên có thể lựa chọn các thành phần phi tiêu chuẩn. Vùng góc lắc của bơm ở vào
khoảng ± 20o
và thể tích cực đại 28 cm3
/vòng.
Động cơ thủy lực là máy trục nghiêng không thay đổi thể tích làm việc với
VM = 16cm3
/vòng. Phần công suất thủy lực là 33% đến 100% trong quá trình khởi
hành.
Để tăng hiệu suất nhờ phân nhánh công suất phải dựa vào việc làm nhỏ vùng
chuyển đổi có hiệu quả công suất thủy lực càng nhỏ so với công suất chung thì
càng cần nhiều cấp truyền kế tiếp và hiệu suất càng tốt hơn trong một vùng tỷ số
truyền. Hiệu suất cao nhất sẽ phụ thuộc vào kết cấu hộp số, khi mà công suất qua
nhánh thủy lực bằng 0 có nghĩa là công suất ra được tạo ra hoàn toàn bằng cơ khí.
Sau Claas, các hãng Fendt, Seyr và ZF cũng đưa ra các mẫu hộp số phân
nhánh công suất riêng biệt.
Năm 1995, Fendt giới thiệu một hộp số vô cấp mới tại hội trợ Agritechnika.
Hộp số không làm việc theo nguyên lý Jarchow và được chế tạo hàng loạt cho máy
kéo Favorit 926. Sự phát triển phi thường của máy trục nghiêng 450
của Sauer
Sundstand với hiệu suất 95% tại điểm làm việc là một phát triển quan trọng trong
lĩnh vực máy hướng trục và cho Fendt một xung lực bổ sung.
Một thời gian ngắn sau Fendt, Case Steyr (Steyrs - Matic) và ZF cũng giới
thiệu các lựa chọn hộp số thủy cơ tại hội nghị Agritechnika 1997 với hai hộp số có
4 vùng vận tốc. Năm 1999 Fendt giới thiệu bổ sung các serie 900, 700 và 400 với
hộp số Vario. Đến với Agritechnika còn có Case và Steyr giới thiệu một máy kéo
có hộp số vô cấp lớn công suất 80 – 125 kW. Mùa hè năm 2000, Deutz Fahr ra mắt
hộp số một vùng vận tốc đầu tiên của Agroton TTV (Lenge, 2001).
21

Nhờ ứng dụng phân nhánh công suất mà yêu cầu về hiệu suất đối với vùng vận
tốc quan trọng nhất của hộp số máy kéo được thỏa mãn hoàn toàn (Renius, 2005).
2.3.6.3. Hộp số đã sản xuất hàng loạt
a. Hộp số của Fendt Vario (Hollader, 1996)
Khác với hộp số HM-8, trong đó công suất được phân nhánh trực tiếp thành
hai phần cơ khí và thủy lực nhờ một cặp bánh răng (Torque Split), trong hộp số
Vario, đầu vào của biến tốc thủy lực được nối với động cơ diesel qua bộ truyền
hành tinh. Nguyên lý này được gọi là phân nhánh vận tốc (Speed Split). Cần dẫn
quay cùng trục động cơ, công suất cơ khí được truyền qua bánh răng mặt trời. Việc
nhập dòng được thực hiện đơn giản nhờ một cặp bánh răng trên trục động cơ thủy
lực và trục bánh răng mặt trời (Hình 2.14). Hộp số đồng bộ kế tiếp tạo thành hai
vùng vận tốc làm việc. Khi máy kéo làm việc trên đồng có thể lựa chọn vận tốc từ
-24km/h đến +32km/h còn khi vận chuyển trên đường từ -32km/h đến +50km/h.
Khi chạy hết cả hai vùng từ 0 đến vận tốc cực đại vmax, công suất thủy lực giảm từ
100% đến 0%.
Hình 2.14. Hộp số phân nhánh công suất trên máy kéo Fendt
Nguồn: Hollader (1996)
Khi khởi hành hộp số làm việc hoàn toàn thủy lực, có nghĩa là bơm dẫn động
từ động cơ diesel được điều khiển truyền chuyển động cho các động cơ đang có
thể tích cực đại. Nhờ tăng thể tích làm việc của bơm, số vòng quay của trục nhập
dòng và của bánh răng mặt trời tăng lên. Do đó công suất của động cơ
22

diesel không còn chỉ truyền qua nhánh thủy lực mà tăng mức độ truyền qua bánh
răng mặt trời trong nhánh cơ khí. Trước khi bơm được điều khiển đến góc lắc cực
đại các động cơ bắt đầu được điều khiển về 0, do đó số vòng quay tiếp tục tăng
lên. Khi động cơ ở trạng thái góc lắc bằng 0, bơm sẽ bị hãm cứng (vành răng bị
hãm cứng) và hộp số sẽ làm việc hoàn toàn bằng cơ khí với vận tốc cao nhất. Sự
thay đổi của việc truyền công suất từ hoàn toàn thủy lực sang hoàn toàn cơ khí có
dạng tuyến tính trên toàn vùng vận tốc (Hình 2.15). Khi bơm đứng im
ở trạng thái góc lắc 0o
còn các động cơ ở góc lắc cực đại, nhờ đó ngăn ngừa sự
quay không bộ truyền hành tinh. Để chuyển động lùi cần điều khiển góc lắc từ 0o
theo hướng ngược lại.
Đặc điểm kỹ thuật của hộp số Fendt (Skirde & Gigling, 1996):
- Thích ứng vô cấp với vận tốc chuyển động và công suất theo yêu cầu sử dụng;
- Hiệu suất cao trong vùng làm việc chính, có thể so sánh với hộp số sang số
dưới tải;
- Công suất hao tổn nhỏ khi vận tốc chuyển động lớn;
- Độ ồn có thể giảm nhờ tối ưu hóa kết cấu;
- Kết cấu hệ thống điều khiển đơn giản, khi làm việc không cần sang số;
- Chi phí cho phần hộp số cơ khí nhỏ do không cần nhiều cấp số truyền.
Hình 2.15. Phân bổ công suất theo vận tốc chuyển động
Nguồn: Skirde & Gigling (1996)
Nhờ kết cấu và điều khiển đơn giản nên hộp số Fendt Vario rất ít lỗi hoạt
động. Mẫu hộp số Serie 400 và 700 về cơ bản tương đương với Serie 900 chỉ khác
là thay vì sử dụng 2 động cơ thủy lực, trên các loại kết cấu nhỏ hơn chỉ sử
23

dụng một động cơ. Bộ biến tốc thủy tĩnh được phát triển tại Saue Sundstrand với
bơm 65cm3
/vòng và động cơ là 117cm3
/vòng. Trong Serie 800 và 900 giới thiệu
mẫu điều khiển mới (Hӧnẻ, 2013). Từ 2003 Serie 800 được chế tạo trên Serie 7400
Dynavt của máy kéo MF.
b. Hộp số ZF – Matic
Hộp số ZF – Matic là phát triển nhảy bậc của kỹ thuật truyền lực Steyr, tiếp
nhận từ hãng ZF nên cũng được ZF tiêu thụ. Hộp số được thiết kế với 4 vùng vận
tốc chuyển động. Tuy nhiên các vùng chuyển động không được chuyển mạch nhờ
các phần tử hành tinh và các ly hợp đĩa mà nhờ các cấp bánh răng và khớp vấu.
Steyer phát triển hộp số ở dạng mô đun hóa, không chỉ sử dụng cho máy kéo mà
còn cho máy xây dựng và xe chuyên dụng.
c. Hộp số ZF – Ecom
Việc đảo chiều chuyển động trong hộp số ZF - Ecom được thực hiện nhờ ly
hợp đảo chiều bố trí tại trục ra của hộp số các vùng vận tốc chuyển động khác
nhau được thực hiện bởi 4 ly hợp đĩa và một phanh đĩa trong một bộ hành tinh đa
cấp. Việc truyền thông tin từ động cơ, hộp số và phần tử chấp hành được thực hiện
qua CAN – BUS (Pohlenz, 2002). Sự phát triển chiến lược chuyển động của máy
kéo theo mục đích sử dụng máy kéo đơn giản nhất có thể cũng đã được giới thiệu
trong (Alarico, 2011). Chiến lược chuyển động cần điều khiển động cơ và hộp số
sao cho có thể sử dụng công suất yêu cầu trong mọi tình trạng thực tế là kinh tế
nhất. Tác giả cũng kết luận rằng, có yêu cầu cao về phát triển phần mềm cho điều
khiển tự động động cơ và hộp số tại các trạng thái và phương án chuyển động khác
nhau từ 2001. Ecom được chế tạo hàng loạt bởi Deutz Fahr trong serie Agrotottv
và bởi John Deer trong serie JDeer 6020 (Renius, 2003).
d. Hộp số JD Auto Powr
Tại hội chợ Agritechnika 2001, John Deer giới thiệu loại kết cấu mới cho
serie 7010 (Renius, 2003). Cũng như Fendt, hộp số này sử dụng 2 máy hướng trục
của Sauer Danfoss, bơm có VPmax 160cm3
/vòng. Động cơ không đổi thể tích làm
việc được cấp dầu bởi bơm có góc lắc ± 450
. Hộp số Auto Powr (118 - 129kW)
được phát triển tại Waterloo USA và có 2 vùng vận tốc cơ khí. Việc chuyển số
giữa 2 vùng được thực hiện tự động dưới tải trọng nhờ ly hợp đĩa. Việc điều khiển
hộp số và nhận tín hiệu chuyển động được thực hiện bởi 2 thiết bị điện tử. Sơ đồ
kết cấu hộp số được giới thiệu trên Hình 2.16.
24

Luận Văn Nghiên Cứu Truyền Động Vô Cấp Sử Dụng Hộp Số Phân Nhánh Công Suất Thủy Tĩnh Trên Máy Kéo Nông Nghiệp.doc

Luận Văn Nghiên Cứu Truyền Động Vô Cấp Sử Dụng Hộp Số Phân Nhánh Công Suất Thủy Tĩnh Trên Máy Kéo Nông Nghiệp.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Luận Văn Nghiên Cứu Truyền Động Vô Cấp Sử Dụng Hộp Số Phân Nhánh Công Suất Thủy Tĩnh Trên Máy Kéo Nông Nghiệp.doc

Similar to Luận Văn Nghiên Cứu Truyền Động Vô Cấp Sử Dụng Hộp Số Phân Nhánh Công Suất Thủy Tĩnh Trên Máy Kéo Nông Nghiệp.doc (9)

More from tcoco3199

More from tcoco3199 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận Văn Nghiên Cứu Truyền Động Vô Cấp Sử Dụng Hộp Số Phân Nhánh Công Suất Thủy Tĩnh Trên Máy Kéo Nông Nghiệp.doc