Luận án Nghiên cứu động lực học của hệ thống truyền động thuỷ lực - Cơ khí trên liên hợp máy xúc lật

ơ thủy lực, xi lanh thủy lực, các loại van điều 
khiển, an toàn, tiết lưu, tải trọng... v.v. Mỗi khối chức năng được mô tả bởi hệ 
thống các phương trình vi phân và công thức đại số. 
Các mô hình toán học của các khối chức năng được tiến hành xây dựng từ 
các giả thiết sau: 
- Việc mô tả các yếu tố thủy lực có tần số riêng cao (các loại van), chỉ được 
thực hiện ở một mức độ đặc tính tĩnh của chúng; 
46 
- Bỏ qua phân tích các chế độ dòng chất lỏng làm việc (chảy tầng hoặc chảy 
rối) để xác định hệ số sức cản thủy lực của đường ống; tổn thất áp lực về chiều dài 
được xem xét từ các công thức xác định hao tổn theo với các dạng đường ống có 
hệ số cản thủy lực khác nhau. 
- Không được thực hiện giảm mô đun đàn hồi trong khoang chứa với chất 
lỏng làm việc theo quan điểm tính chất đàn hồi của tường, giá trị này được đưa ra 
trong dữ liệu đầu vào cho từng khối chức năng của hệ thống thủy lực. 
Các giả thiết này về cơ bản xác định mức độ đơn giản hóa các mô hình tính 
toán phân tích động của các hệ thống thủy lực, các phần tử cơ bản trong hệ thống 
truyền động và điều khiển thủy lực. 
3.6.2.1. Bơm với mạch thủy lực hở 
Theo mạch đơn giản hóa (hình 3.6) và các giả thiết ở trên, mô hình toán học 
của bơm với mạch hở có thể được viết ra dưới dạng (Trần Xuân Tùy, 2002): 
𝑄𝑃 =
𝑞𝑞.𝑢(𝑡).𝜔𝑘
𝑢𝑒
− 𝑘𝑙𝑒 . 𝑝𝐻 ; (3.22) 
𝑄𝑉 = {
0 𝑘ℎ𝑖 𝑝𝑝 < 𝑝
∗
𝛼(𝑝𝐻 − 𝑝
∗) 𝑘ℎ𝑖 𝑝𝑝 ≥ 𝑝
∗ ; (3.23) 
𝑝�̇� =
𝐸
𝑉
(𝑄𝑝 − 𝑄𝑣 − 𝑄𝑠𝑝1) ; 𝑝𝑝 ≥ −𝑝𝑎 ; (3.24) 
Hình 3.6. Mạch thủy lực dạng hở 
3.6.2.2. Bơm với mạch thủy lực kín 
Theo mạch đơn giản hóa (hình 3.7) và các giả thiết ở trên, mô hình toán học 
của bơm với mạch kín có thể được viết ra theo các phương trình: 
𝑝
1̇
=
𝐸
𝑉𝑖
(𝑄1−𝑄𝑖+𝑄𝑏1−𝑄𝑣1+𝑄𝑣2); 𝑝1≥ −𝑝𝑎; (3.25) 
47 
𝑝
2̇
=
𝐸
𝑉𝑗
(𝑄j−𝑄2+𝑄𝑏2+𝑄𝑣1−𝑄𝑣2); 𝑝2≥ −𝑝𝑎; (3.26) 
𝑄1 =
𝑞𝑝𝑢(𝑡)𝜔𝑘
𝑢𝑒
− 𝑘𝑙𝑒𝑝1; (3.27) 
𝑄2 =
𝑞𝑝𝑢(𝑡)𝜔𝑘
𝑢𝑒
− 𝑘𝑙𝑒𝑝2; (3.28) 
𝑝
ḃ
=
𝐸
𝑉0
(
𝑞𝑏𝜔𝑘
𝑢𝑏
− ℎ𝑙𝑒𝑝𝑐 −𝑄𝑏1−𝑄𝑏2−𝑄𝑣𝑏); 𝑝𝑝≥ −𝑝𝑎; (3.29) 
Hình 3.7. Mô hình bơm với mạch nguồn thủy lực kín 
3.6.2.3. Động cơ thủy lực 
Động lực học của động cơ thủy lực (mạch đơn giản - trên hình 3.8) theo các 
giả thiết ở trên có thể được mô tả bằng hệ thống phương trình vi phân và công thức 
đại số: 
𝜔�̇� = 𝐽
−1 [𝑞𝑚𝑊(𝑡)(𝑝1 − 𝑝2) −
𝑀𝑙𝑜𝑎𝑑
𝜂𝑚𝑒𝑐ℎ
] ; (3.30) 
𝑄1 = 𝑞𝑚𝑊(𝑡)𝜔𝑘 + 𝑘𝑙𝑒𝑝𝑖; (3.31) 
𝑄2 = 𝑞𝑚𝑊(𝑡)𝜔𝑘 − 𝑘𝑙𝑒𝑝𝑖; (3.32) 
𝑝�̇� =
𝐸
𝑉𝑖
(𝑄𝑖 − 𝑄1); 𝑝𝑖 ≥ −𝑝𝑎; (3.33) 
𝑝�̇� =
𝐸
𝑉𝑖
(𝑄2 − 𝑄𝑗); 𝑝𝑗 ≥ −𝑝𝑎; (3.34) 
𝑝1 = 𝑝𝑖 − 𝜆𝑖
𝑄𝑖+𝑄1
2
|
𝑄𝑖+𝑄1
2
| ; 𝑝1 ≥ −𝑝𝑎; (3.35) 
𝑝2 = 𝑝𝑗 + 𝜆𝑗
𝑄𝑗+𝑄2
2
|
𝑄𝑗+𝑄2
2
| ; 𝑝2 ≥ −𝑝𝑎; (3.36) 
𝜑�̇� = 𝜔𝑘; (3.37) 
48 
Hình 3.8. Mô hình động cơ thủy lực 
3.6.2.4. Tải trọng quán tính đàn hồi 
Khi chuyển động quay (hình 3.9) tải trọng quán tính đàn hồi được mô tả bởi 
các phương trình: 
𝜔�̇�=𝐽
−1(𝑀𝑙𝑜𝑎𝑑−𝑀𝑟𝑒𝑠); (3.38) 
𝜑�̇� = 𝜔𝑘; (3.39) 
𝑀𝑙𝑜𝑎𝑑 = 𝑐(𝜑𝑙 − 𝜑𝑘) + ℎ(𝜑𝑙 − 𝜑𝑘); (3.40) 
Hình 3.9. Mô hình tải trọng quán tính đàn hồi của chuyển động quay 
3.6.2.5. Mô hình hệ thống điều khiển thủy lực 
Hệ thống điều khiển thủy lực có thể thực hiện các chức năng như điều khiển 
vị trí (tịnh tiến hoặc quay); điều khiển vận tốc hay điều khiển tải trọng (lực, mômen 
xoắn hay áp suất). Trong thực tế khi thiết kế các mạch thủy lực có trường hợp đòi 
hỏi điều khiển vận tốc của cơ cấu chấp hành. Có 2 phương pháp điều khiển vận 
tốc cơ cấu chấp hành đó là: Điều khiển bằng van tiết lưu và điều khiển bằng máy 
thủy lực (máy bơm, mô tơ thủy lực) có lưu lượng thay đổi. 
* Điều khiển bằng van tiết lưu 
 Lưu lượng qua van phụ thuộc độ mở tiết diện van, xác định theo công thức 
3.41. 
𝑄𝑣 = 𝜇𝑣𝑆𝑣√
2
𝜌
∆𝑝𝑣 (3.41) 
 Khi tiết diện van tiết lưu bằng không (Sv = 0) thì lưu lượng chất lỏng qua 
van Qv = 0. Như vậy tất cả chất lỏng từ máy bơm đi ra theo van tràn trở về thùng 
49 
chứa. Khi tiết diện van tiết lưu cực đại Sv = Smax tương ứng lưu lượng chất lỏng 
qua van là cực đại Q = Qmax dẫn tới tốc độ của động cơ thủy lực là cực đại. 
 Hình 3.10. Mạch thủy lực điều khiển bằng van tiết lưu 
Khi mô men sinh ra tại trục mô tơ tăng lên → Chênh lệch áp suất (∆pv =p1 – 
p2) tăng lên. Mà p2 = pxả = patm = const. → Áp suất p1 tăng lên, mà pb = const → 
Chênh lệch áp suất giữa 2 đầu van tiết lưu ∆pv giảm xuống → Từ công thức (3.41) 
suy ra lưu lượng Qv giảm xuống, tức là lưu lượng vào mô tơ cũng giảm xuống 
vì Qvan = Qxilanh → Tốc độ quay động cơ thủy lực giảm. Như vậy khi tăng tải trọng 
dẫn tới giảm tốc độ của cơ cấu. 
a) 
b) 
Hình 3.11. Đặc tính tải và điều khiển van tiết lưu 
Đặc tính tĩnh của hệ thống là quan hệ giải tích hoặc hình học của một thông 
số của hệ theo một thông số khác ở một chế độ làm việc của hệ thống. Trên hình 
3.11 thể hiện đặc tính tải và đặc tính điều khiển của van, trong đó: 
- Đặc tính tải:  = f(M) khi Sv = const 
50 
- Đặc tính điều khiển:  = f( Sv ) khi F = const 
- Đặc tính biến đổi: N = f(đk công tác) hay η = f(đk công tác) 
- Hiệu suất của hệ thống thủy lực được xác định thông qua các hao phí công 
suất tại máy bơm, tại động cơ và hao phí cung cấp cho quá trình điều khiển và 
được xác định theo công thức 3.42. 
𝜂 = 𝜂𝑏 . 𝜂đ𝑐 . 𝜂đ𝑘; (3.42) 
Với mạch thủy lực điều khiển bằng van tiết lưu, hao phí cơ bản liên quan tới 
quá trình điều khiển van tiết lưu (hình 3.12). 
Hình 3.12. Hiệu suất truyền động thủy lực sử dụng van tiết lưu 
Ta coi: ηb ≈ 1; ηđc ≈ 1; 
 𝜂𝑑𝑘 =
𝑝𝑑𝑐𝑄𝑑𝑐
𝑝𝑏𝑄𝑏
= 𝑝𝑑𝑐
∗ . 𝑄𝑑𝑐
∗ (3.43) 
 𝑝𝑑𝑐
∗ =
𝑝𝑑𝑐𝑆𝑥
𝑝𝑏𝑆𝑥
=
𝐹
𝐹𝑚𝑎𝑥
 (3.44) 
 𝑄𝑑𝑐
∗ =
𝑉𝑆𝑥
𝑉𝑚𝑎𝑥𝑆𝑥
=
𝑄𝑑𝑐
𝑄𝑏
 (3.45) 
 Qua các nghiên cứu và thực tế khi sử dụng van tiết lưu điều khiển lưu lượng 
trong mạch truyền động thủy lực cho thấy, thậm chí khi hiệu suất máy bơm và 
động cơ là 1, thì hiệu suất của hệ thống thủy lực điều khiển bằng van tiết lưu cũng 
không vượt quá 0,385. Như vậy cho dù hệ thống là việc ở chế độ tối ưu thì cũng 
chỉ có 58% lưu lượng máy bơm đổ vào động cơ, lượng còn lại thông qua van tràn 
đổ về thùng chứa, và cũng chỉ 2/3 áp suất của máy bơm được sử dụng cho động 
cơ, lượng áp suất còn lại thất thoát tại van tiết lưu. 
Một phương pháp khác hiệu quả hơn, cho phép điều khiển tốc độ cơ cấu chấp 
hành bằng cách sử dụng các máy thủy lực dạng thể tích có lưu lượng biến đổi. 
51 
Thay đổi lưu lượng của máy thủy lực thường thực hiện bằng sự thay đổi thể tích 
công tác (thể tích riêng) của máy thủy lực trong hệ thống. Trong các hệ thống thủy 
lực với động cơ thủy lực dạng chuyển động quay (motor thủy lực) có 3 phương án 
(phương pháp) điều khiển lưu lượng của các máy thủy lực này là: thay đổi thể tích 
riêng của máy bơm thủy lực; thay đổi thể tích riêng của động cơ thủy lực (motor 
thủy lực); thay đổi thể tích riêng của cả máy bơm và động cơ thủy lực. 
Thông số điều khiển máy bơm: 
𝑒𝑏 =
𝑉 ,0𝑏
𝑉0𝑏
⁄ ; (3.46) 
V’0b – thể tích làm việc hiện thời của máy bơm; 
V0b – thể tích làm việc cực đại của máy bơm; 
Thông số điều khiển của động cơ: eđc = V’0đc/V0đc; 
V’0đc – thể tích làm việc hiện thời của động cơ; 
V0đc – thể tích làm việc cực đại của động cơ; 
Ta có: 
𝑒𝑏 . 𝑉0𝑏 . 𝑛𝑏 = 𝑒đ𝑐 . 𝑉0đ𝑐 . 𝑛đ𝑐 ; (3.47) 
𝑛đ𝑐 = (
𝑒𝑏
𝑒đ𝑐⁄ ) (
𝑉0𝑏
𝑉0đ𝑐
⁄ )𝑛𝑏 ; (3.48) 
* Điều khiển bằng cách thay đổi thể tích riêng của máy bơm thủy lực: 
Trong phương án này chúng ta sử dụng máy bơm có khả năng thay đổi lưu 
lượng. Khả năng thay đổi lưu lượng của máy bơm được thể hiện bởi thông số điều 
khiển máy bơm eb. Khi lưu lượng máy bơm thay đổi từ 0 tới cực đại. Thông số 
điều khiển eb thay đổi từ 0 tới 1. 
Từ công thức (3.48) ta có : eđc = 1 ; eb = 0÷1; 
𝑛đ𝑐 = 𝑒𝑏 (
𝑉0𝑏
𝑉⁄ 0đ𝑐
)𝑛𝑏 ; (3.49) 
Khi eb = 0 nđc = 0 : động cơ đứng yên; 
Khi eb = 1 nđc = nđc.max : động cơ quay với vận tốc cực đại; 
Mô men xoắn đặt vào trục động cơ chỉ phụ thuộc vào tải trọng ngoài, từ đó 
xác định được áp suất làm việc của chất lỏng trong động cơ: pđc; 
Ta có: 
𝑀đ𝑐 = ∆𝑝đ𝑐
𝑉0đ𝑐
2𝜋
 ; ∆𝑝đ𝑐 = ∆𝑝𝑏 ; 
52 
𝑁đ𝑐 = 𝑀đ𝑐Ωđ𝑐 = 𝑉0đ𝑐Δpđ𝑐𝑛đ𝑐 ; (3.50) 
Khi cố định giá trị ∆p, công suất động cơ Nđc tỷ lệ thuận với tốc độ quay (tần 
số quay) của động cơ nđc. 
3.6.2.6. Mô hình bánh xe 
Là bộ phận có kết cấu và điều kiện làm việc phức tạp, trạng thái hoạt động 
của bánh xe chịu tác động của các yếu tố tải trọng, mặt đường, áp suất lốp..vv, và 
có ảnh hưởng lớn tới quá trình làm việc của hệ thống máy. Xây dựng mô hình bánh 
xe là cần thiết để thực hiện các tính toán động lực học của truyền động thủy lực 
thủy tĩnh trong hệ thống truyền động LHM. 
 a) Bánh xe; b) Đường cong trượt; c) Biến dạng bánh xe; 
Hình 3.13. Mô hình động lực học bánh xe 
Mô hình toán học được xem xét ở đây mô tả chuyển động bánh xe, sự kết nối 
cứng của bánh xe với động cơ thủy lực (hình 3.13а), tức là biến dạng đàn hồi của 
bánh răng và trục giữa động cơ thủy lực và bánh xe không được xem xét. 
𝑀𝑖 =
𝑅𝑗.𝑟
𝜂
; 𝑀𝑚 =
𝑅𝑖
𝑢𝑔
; 𝜔𝑗 =
𝜔𝑚
𝑢𝑔
; (3.51) 
𝑅�̇� + 𝑐𝜆𝑟|𝜔𝑗|𝛿(𝑅𝑗) = 𝑐𝜆(𝜔𝑗𝑟 − 𝑣𝑘); (3.52) 
Trong đó: 
- Mi Mô men bánh xe chủ động; -Mm mô men trục động cơ thủy lực; 
- Rj lực tiếp tuyến bánh xe; -r bán kính động học bánh xe; 
- cλ độ cứng tiếp tuyến bánh xe; - δ(Rj) hàm trượt. 
53 
- m, j vận tốc góc của trục động cơ thủy lực và bánh xe; 
3.6.2.7. Xe tự hành 
Động lực học chuyển động tịnh tiến của xe tự hành được mô tả bởi hệ phương 
trình: 
𝑚. 𝑣�̇� = ∑ 𝑅𝑗𝑖
𝑁
𝑖=1 +𝑊; (3.53) 
𝑧�̇� = 𝑣𝑖 ; (3.54) 
Trong đó: - m, vi ,zi , W trọng lượng, vận tốc, chuyển vị và tổng lực cản của 
xe tự hành; - Rji lực kéo; 
3.7. KẾT LUẬN PHẦN 3 
Phần 3 đã tổng hợp phân tích các cơ sở lý thuyết và phương pháp xây dựng 
mô hình động lực học truyền động thủy lực trong HTTĐ của liên hợp máy. 
Để có thể lựa chọn các phần tử với thông số kỹ thuật hợp lý và tính toán thiết 
kế mạch TĐTL có khả năng hoạt động ổn định, hiệu quả trong các điều kiện làm 
việc thay đổi, cần xem xét các quan hệ tương tác giữa các phần tử trong hệ thống, 
sự thay đổi đặc tính của môi chất truyền động với thông số đặc trưng là lưu lượng 
và áp suất trong môi trường làm việc thay đổi nhanh, bất thường. 
Hệ thống truyền động thủy lực thiết kế cho LHM được hình thành trên cơ sở 
kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước, phát triển các quan hệ tương 
tác giữa các phần tử thủy lực, đặc tính môi chất và sự kết nối truyền động với các 
hệ thống, bộ phận làm việc khác như động cơ đốt trong, hộp số cơ khí, bộ phận di 
chuyển..v.v, với các đặc trưng cụ thể là độ nhớt, hệ số nén, độ cứng của dầu thủy 
lực; ma sát, hệ số đàn hồi, giảm chấn hệ trục, bánh răng; biến dạng bánh xe, quan 
hệ bánh xe với mặt đường và có xem xét đến các đặc thù về điều kiện làm việc của 
hệ thống máy. 
54 
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Nội dung phần 4 trình bày phương pháp xây dựng mô hình động lực học của 
liên hợp máy xúc lật, trên cơ sở đó xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm 
Matlab-Simulink để khảo sát các đặc tính của bộ truyền và sự ảnh hưởng của các 
thông số điều khiển đến các chỉ tiêu làm việc của LHM. Phân tích đánh giá tính 
tương thích của bộ truyền thuỷ lực với loại máy kéo đã chọn và khả năng ứng dụng 
của mô hình nghiên cứu. 
4.1. LỰA CHỌN MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 
Đối tượng nghiên cứu là máy kéo YANMAR 3000 liên hợp với máy xúc lật 
công suất nhỏ thực hiện các công việc san ủi, xúc chuyển vật liệu đất cát trong sản 
xuất nông nghiệp. Các công việc thường gặp là: (1) San phẳng bề mặt, khối vật 
liệu san ủi không cần chuyển đi; (2) San phẳng bề mặt, chuyển khối vật liệu trong 
khoảng cách gần; (3) San ủi bề mặt, chuyển khối vật liệu san ủi tới vị trí xa. 
Trong trường hợp thứ nhất, LHM chỉ thực hiện san ủi cho phẳng. 
Trường hợp thứ hai, sau khi xúc đầy gầu sẽ nâng gầu lên và di chuyển đến 
nơi cần đổ. 
Trường hợp thứ ba, xúc vật liệu lên rơ mooc, sau đó dùng chính máy kéo 
YANMAR để kéo rơ mooc đến nơi cần đổ vật liệu. 
Như vậy, mô hình nghiên cứu có thể chia thành 3 trường hợp: Mô hình nghiên 
cứu động lực học quá trình xúc vật liệu; Mô hình nghiên cứu động lực học quá 
trình vận chuyển khối vật liệu trong gầu xúc ở cự ly ngắn; Mô hình nghiên cứu 
động lực học quá trình vận chuyển bằng rơ mooc trên đường nông nghiệp. 
4.1.1. Mô hình liên hợp máy thực hiện xúc vật liệu 
Để thực hiện san ủi hoặc xúc vật liệu, dùng cơ cấu thuỷ lực hạ gầu (ben) 
xuống, nếu cần thiết có thể dùng thuỷ lực ép thêm một lực mới có thể thực hiện 
được xúc ủi. Khi LHM di chuyển khối vật liệu vào gầu tăng dần và do đó lực cản 
cũng tăng dần. Mô hình vật lý của LHM có thể mô hình hoá như hình 4.1. 
Ở đây, luận án sử dụng một số giả thiết sau: 
- Bề mặt di chuyển của máy kéo là mặt phẳng. 
- Không sử dụng thuỷ lực để ép gầu xuống. 
55 
Hình 4.1. Sơ đồ các lực tác dụng lên liên hợp máy khi xúc vật liệu 
Trong đó: 
G – trọng lượng máy kéo; Ggau – trọng lượng gầu, thay đổi theo thời gian Ggau 
(t); m – khối lượng máy kéo: 𝑚 = 𝐺 𝑔 ⁄ ; 𝑚. �̈� - lực quán tính của máy kéo; Pk – 
phản lực tiếp tuyến của mặt đường lên bánh xe chủ động; Z1, Z2 – phản lực pháp 
tuyến của mặt đường lên cầu trước và cầu sau; PCT – lực cản máy công tác, thay 
đổi theo thời gian PCT(t); v – vận tốc máy kéo. 
Khối lượng m sinh ra lực quán tính chỉ tính theo khối lượng máy kéo (m có 
giá trị không đổi), còn khối lượng của gầu xúc (bao gồm cả khối vật liệu Ggau(t)) 
cũng gây ra lực quán tính. Nhưng để đơn giản hoá bài toán mà không ảnh hưởng 
đến kết quả tính toán, luận án ghép lực quán tính của gầu xúc với lực cản ma sát 
bằng cách tiến hành thực nghiệm đo trực tiếp lực cản tổng cộng Pxuc(t). 
Phương trình vi phân chuyển động của LHM có dạng: 
𝑚�̈� = 𝑃𝑘(𝑡) − 𝑓. 𝐺. cos 𝛼 − 𝐺. sin 𝛼 − 𝑃𝑥𝑢𝑐(𝑡); (4.1) 
Trong đó, lực kéo tiếp tuyến Pk được xác định theo quan hệ đất bánh xe: 
𝑃𝑘(𝑡, 𝛿)= 𝜑(𝑡, 𝛿).𝑍2(𝑡); (4.2) 
 (t,) – hệ số sử dụng trọng lượng bám (hay hệ số bám tức thời), phụ thuộc 
vào mức độ trượt của bánh xe ()
Các thành phần phản lực pháp tuyến được xác định theo các công thức 4.3 
và 4.4 như sau: 
𝑍1(𝑡)=
𝐺.𝑎.cos𝛼−(𝐺.sin𝛼+𝑚.�̈�)ℎ𝑔
𝐿
; (4.3) 
gh
V
.m x
.sinG 
.cosG 
G
kP
1fP
2fP
1Z
2Z
L
b
a
x
z
xucP
gauG
56 
𝑍2(𝑡)=
𝐺.𝑏.cos𝛼+(𝐺.sin𝛼+𝑚.�̈�)ℎ𝑔
𝐿
; (4.4) 
4.1.2. Mô hình liên hợp máy vận chuyển khối vật liệu bằng gầu xúc 
Mô hình vật lý LHM vận chuyển vật liệu bằng gầu xúc thể hiện trên hình 4.2, 
thực chất mô hình này là một mô hình máy kéo tương đương với các thông số là: 
trọng lượng GA, toạ độ trọng tâm a’, b’, hA. 
Hình 4.2. Mô hình xác định toạ độ trọng tâm liên hợp máy khi vận chuyển 
vật liệu bằng gầu xúc 
Phương trình vi phân chuyển động: 
𝑚𝐴�̈� = 𝑃𝑘 − 𝑓. 𝐺𝐴 cos 𝛼 − 𝐺𝐴 sin 𝛼 ; (4.5) 
Lực kéo Pk xác định theo quan hệ đất bánh xe: 
𝑃𝑘(𝑡)= 𝜑(𝑡, 𝛿).𝑍𝑘(𝑡); (4.6) 
Phản lực pháp tuyến tác dụng lên máy kéo: 
𝑍1(𝑡)=
𝐺𝐴.𝑎
,.cos𝛼−(𝐺𝐴.sin𝛼+𝑚𝐴.�̈�)ℎ𝐴
𝐿
; (4.7) 
𝑍2(𝑡)=
𝐺𝐴.𝑏
,.cos𝛼+(𝐺𝐴.sin𝛼+𝑚𝐴.�̈�)ℎ𝐴
𝐿
; (4.8) 
{
𝐺𝐴= 𝐺 +𝐺𝑔𝑎𝑢 
𝑚𝐴=
𝐺𝐴
𝑔
𝑏,=
𝐺.𝑏−𝐺𝑔𝑎𝑢.𝑐
𝐺+𝐺𝑔𝑎𝑢
𝑎,= 𝐿 −𝑏, 
ℎ𝐴=ℎ𝑔𝑎𝑢+
(𝑐+𝑏,)(ℎ𝑔−ℎ𝑔𝑎𝑢)
𝑐+𝑏
; (4.9) 
Trong đó, trọng lượng và toạ độ trọng tâm của LHM được xác định theo công 
gh
V
G
kP
1fP
2fP
1Z
2Z
L
b
a
gauG
AG
gauh
c
'b
'a
Ah
Am x
57 
thức 4.9 và đã được công bố trong Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số tháng 10 năm 
2018. 
4.1.3. Mô hình liên hợp máy vận chuyển bằng rơ mooc 
Mẫu máy xúc nghiên cứu có công suất trung bình và định hướng chỉ làm việc 
trong khu vực nông nghiệp và nông thôn nên chỉ có thể kéo rơ mooc một trục là 
phù hợp. Mô hình vật lý được thể hiện trên hình 4.3. Sử dụng rơ mooc một trục 
làm tăng khả năng bám của cầu sau nhưng sẽ làm giảm tính ổn định lái, đặc biệt là 
khi lên dốc. Để khắc phục nhược điểm này có thể chất tải lên gầu xúc bằng chính 
các vật liệu cần vận chuyển. Khi đó trọng lượng đầu kéo và toạ độ trọng tâm được 
xác định như mô hình LHM vận chuyển bằng gầu xúc đã trình bày ở phần trên. 
Hình 4.3. Mô hình liên hợp máy xúc vận chuyển bằng rơ moóc một trục 
Trong đó: 
GA , L, a’, b’, hA – trọng lượng và các toạ độ trọng tâm của máy kéo; 
GM, LM, d, hM – trọng lượng và các toạ độ trọng tâm của rơ mooc. 
Z1, Z2 , ZM – các thành phần phản lực pháp tuyến 
Tách rơ mooc tại khớp nối T và thay bằng các phản lực liên kết XT , ZT tác 
động lên rơ mooc và 'TX , 
'
TZ tác động lên máy kéo 
' ' '
( ; )T T T TX X Z Z . 
Việc xác định các thành phần phản lực cho máy kéo và rơ mooc được thực 
hiện theo tuần tự sau: 
- Xác định phản lực pháp tuyến lên rơ mooc: 
V
kP
1fP
2fP
1Z
2Z
L
AG
'b
'a
Ah
Am x
cosAG 
sinAG 
c
mh
Mh
sinMG 
cosMG M
G
Mm x
fMP
MZML
d
T
TX TZ
'
TZ
'
TX
58 
Cân bằng mô men đối với khớp nối: 
𝑍𝑀𝐿𝑀 − 𝐺𝑀 cos 𝛼 (𝐿𝑀 − 𝑑) − (𝑚𝑀 . �̇̈� + 𝐺𝑀 sin 𝛼)(ℎ𝑀 − ℎ𝑚) = 0; 
𝑍𝑀=
𝐺𝑀 cos𝛼(𝐿𝑀−𝑑)+(𝑚𝑀.�̈�+𝐺𝑀 sin𝛼).(ℎ𝑀−ℎ𝑚)
𝐿𝑀
; (4.10) 
- Xác định các thành phần phản lực liên kết tại khớp nối: 
Cân bằng lực theo phương chuyển động x: 
𝑋𝑇−𝑚𝐴. �̈�−𝐺𝑀 sin 𝛼− 𝑓. 𝑍𝑀= 0; 
𝑋𝑇 = 𝐺𝑀 sin 𝛼 + 𝑓. 𝑍𝑀 +𝑚𝑀 . �̈�; (4.11) 
Cân bằng lực theo phương pháp tuyến với mặt đường z: 
𝑍𝑇−𝐺𝑀 cos 𝛼+𝑍𝑀= 0; 
𝑍𝑇 = 𝐺𝑀 cos 𝛼 − 𝑍𝑀; (4.12) 
- Xác định các thành phần phản lực lên máy kéo: 
Cân bằng mô men lần lượt đối với điểm tiếp xúc của bánh xe sau và bánh xe 
trước với mặt đường ta nhận được các thành phần phản lực pháp tuyến: 
𝑍1=
𝑎,.𝐺𝐴 cos𝛼−(𝑚𝐴.�̈�+𝐺𝐴 sin𝛼)ℎ𝑔−𝑍𝑇.𝑐−𝑋𝑇.ℎ𝑚
𝐿
; (4.13) 
𝑍2=
𝑏,.𝐺𝐴 cos𝛼+(𝑚𝐴.�̈�+𝐺𝐴 sin𝛼)ℎ𝑔+𝑍𝑇.𝑐+𝑋𝑇.ℎ𝑚
𝐿
; (4.14) 
- Phương trình vi phân chuyển động của LHM: 
Với giả thiết bỏ qua khe hở trong khớp nối T (coi như khớp nối lý tưởng), 
phương trình vi phân chuyển động của LHM có dạng: 
(𝑚𝐴+𝑚𝑀).�̈�=𝑃𝑘− 𝑓.(𝐺𝐴+𝐺𝑀) cos 𝛼−(𝐺𝐴+𝐺𝑀) sin 𝛼; (4.15) 
Trong đó, lực kéo tiếp tuyến Pk được xác định theo quan hệ đất bánh xe: 
𝑃𝑘(𝑡, 𝛿)= 𝜑(𝑡, 𝛿).𝑍2(𝑡); (4.16) 
4.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY KÉO 
4.2.1. Sơ đồ tổng thể của hệ thống truyền động máy kéo 
Mẫu máy kéo đang nghiên cứu YANMAR 3000 + gầu xúc đặt phía trước 
được cải tiến từ máy kéo cơ sở (nguyên bản) YANMAR 3000, thay đổi cơ bản hệ 
thống truyền động từ động cơ đến trục sơ cấp của hộp số (nguyên bản), các thông 
còn lại vẫn giữ nguyên như máy kéo nguyên bản. Sơ đồ tổng thể của hệ thống 
truyền động của máy kéo cải tiến được trình bày trên hình 4.4. 
59 
1 - Động cơ diesel ; 2 – Bộ truyền xích; 3 - Hộp số thuỷ lực; 4 - Hộp số cơ khí ; 5 – Bộ vi sai; 6 - Bộ 
truyền cuối; 7 - Bánh xe chủ động bên trái; 8 – Bàn đạp ga; 9 – Điều khiển bơm; 10 – Tay gài số 
Hình 4.4. Sơ đồ hệ thống truyền động của liên hợp máy 
Các thông số mô hình: 
ne – Tốc độ quay động cơ diesel ; 
np – Tốc độ quay của bơm; 
nm – Tốc độ quay Mô tơ thuỷ lực; 
nH – Tốc độ quay trục thứ cấp hộp số cơ khí ; 
nkp – Tốc độ quay bánh xe chủ động bên phải; 
nkt – Tốc độ quay bánh xe chủ động bên trái; 
MCE – Mô men cản trục bơm lên động cơ diesel; 
MCT – Mô men cản hộp số lên trục mô tơ thuỷ lực; 
MCH – Mô men cản từ cầu sau lên hộp số cơ khí; 
Pk – Lực kéo tiếp tuyến của máy kéo; 
. / 2k k kp ktP r M M – Mô men cản từ bánh xe bán trục bên phải và trái; 
PKp, PKt – Phản lực tiếp tuyến bánh xe bên phải và bên trái; 
gak Mức ga động cơ [%], (thông số điều khiển động cơ diesel); 
k  Mức xoay góc nghiêng của đĩa điều khiển bơm [%] (thông số điều khiển 
bơm); 
 8
 7
 8
 7
7
6
1
2
3
4
5
0i
ci
Hi
10
qe
n
pn mn
kpn
ktn
pM
kP 2/
kP 2/
CmM
V
%gak %k 
Hi
p
k kP r 2/
k kP r 2/
CeM
1i
8
9
60 
iH – Tỷ số truyền hộp số cơ khí (thông số điều khiển hộp số). 
i0 – Tỷ số truyền của truyền động chính; 
ic – Tỷ số truyền của truyền động cuối.
Những đáp ứng cơ bản của hệ thống truyền động cải tiến (hình 4.4): 
- Đáp ứng khởi hành LHM: Hệ thống truyền động không có bộ ly hợp cơ khí 
như máy kéo nguyên bản, thay chức nă