Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu hệ thống thủy lực điều khiển neo giữ liên hợp máy lâm nghiệp khi làm việc trên vùng đồi núi có độ dốc lớn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:164

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm thiết kế, chế tạo mẫu hệ thống thủy lực điều khiển neo giữ liên hợp máy vận xuất gỗ hoạt động ổn định an toàn trên đất lâm nghiệp có độ dốc lên đến 20 độ, có khả năng thu hồi và tái sử dụng động năng khi xuống dốc để hỗ trợ chuyển động lên dốc và phục vụ các nhiệm vụ công nghệ khác trong quá trình vận xuất gỗ; đánh giá tính chất động lực học và điều khiển của liên hợp máy vận xuất gỗ có trang bị hệ thống thủy lực điều khiển neo giữ trong một số điều kiện chuyển động khi vận xuất gỗ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu hệ thống thủy lực điều khiển neo giữ liên hợp máy lâm nghiệp khi làm việc trên vùng đồi núi có độ dốc lớn

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM MAI HOÀNG LONG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN NEO GIỮ LIÊN HỢP MÁY LÂM NGHIỆP KHI LÀM VIỆC TRÊN VÙNG ĐỒI NÚI CÓ ĐỘ DỐC LỚN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2021
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM MAI HOÀNG LONG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN NEO GIỮ LIÊN HỢP MÁY LÂM NGHIỆP KHI LÀM VIỆC TRÊN VÙNG ĐỒI NÚI CÓ ĐỘ DỐC LỚN Ngành : Kỹ thuật cơ khí Mã số : 9.52.01.03 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Bùi Hải Triều 2. PGS. TS. Nguyễn Thanh Quang HÀ NỘI - 2021
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chƣa 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 đƣợc cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày… tháng… năm 2021 Tác giả luận án Mai Hoàng Long i
LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng 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 đƣợc bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Bùi Hải Triều và PGS. TS. Nguyễn Thanh Quang đã tận tình hƣớng 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 Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Vĩnh Long, Ban Giám hiệu và tập thể cán bộ Khoa Ô tô, Trƣờng Đại học Công nghiệp Việt Hung đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình triển khai thí nghiệm và thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, ngƣời 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 2021 Nghiên cứu sinh Mai Hoàng Long ii
MỤC LỤC Trang Lời cam đoan .......................................................................................................... 0 Lời cảm ơn ............................................................................................................. ii Mục lục .................................................................................................................. iii Danh mục chữ viết tắt ........................................................................................... vi Danh mục các ký hiệu .......................................................................................... vii Danh mục hình ....................................................................................................... x Danh mục bảng giá trị các thông số .................................................................... xiv Trích yếu luận án .................................................................................................. xv Thesis abstract .................................................................................................... xvii Phần 1. Mở đầu .................................................................................................... 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................... 3 1.3. Phạm vi nghiên cứu..................................................................................... 3 1.4. Những đóng góp mới của luận án ............................................................... 4 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ................................................. 4 Phần 2. Tổng quan tài liệu ................................................................................... 5 2.1. Điều kiện địa hình trong sản xuất lâm nghiệp tại Việt Nam....................... 5 2.1.1. Độ dốc đất lâm nghiệp ................................................................................ 5 2.1.2. Đƣờng vận chuyển và vận xuất gỗ .............................................................. 5 2.2. Tình hình cơ giới hóa lâm nghiệp tại Việt Nam ......................................... 8 2.3. Công nghệ khai thác gỗ trong và ngoài nƣớc ............................................. 9 2.3.1. Tình hình cơ giới hóa khai thác gỗ ............................................................. 9 2.3.2. Tình hình sử dụng máy kéo bánh hơi trong vận xuất gỗ .......................... 14 2.4. Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ....................................... 20 2.4.1. Các công trình khoa học nghiên cứu về máy kéo nông nghiệp dùng trong khai thác gỗ lâm nghiệp ................................................................... 20 2.4.2. Các công trình nghiên cứu áp dụng hệ thống thủy lực trong xe máy công trình .................................................................................................. 20 iii
2.4.3. Các công trình nghiên cứu về tời kéo, neo giữ trên xe, máy lâm nghiệp ........................................................................................................ 21 Phần 3. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ............................................... 25 3.1. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................. 25 3.2. Thời gian nghiên cứu ................................................................................ 25 3.3. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................... 25 3.4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 27 3.5. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 28 3.5.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết ........................................................... 28 3.5.2. Phƣơng pháp mô hình hóa và mô phỏng .................................................. 28 3.5.3. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm ..................................................... 33 Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận ........................................................ 45 4.1. Sơ đồ hoạt động hệ thống thủy lực điều khiển neo giữ liên hợp máy vận xuất gỗ ................................................................................................ 45 4.2. Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ mạch thủy lực điều khiển neo giữ liên hợp máy vận xuất gỗ ........................................................................................ 46 4.2.1. Hệ thống thủy lực neo giữ điều khiển bơm tác động áp suất ................... 47 4.2.2. Hệ thống thủy lực sử dụng bơm thể tích không đổi và van giới hạn áp suất ............................................................................................................ 50 4.2.3. Hệ thống thủy lực neo giữ điều khiển sơ cấp ........................................... 55 4.2.4. Hệ thống thủy lực neo giữ điều khiển sơ cấp, sử dụng bơm thể tích không đổi................................................................................................... 60 4.2.5. Hệ thống neo giữ tích hợp các phần tử thủy lực để thu hồi, tích lũy và tái sử dụng năng lƣợng. ............................................................................. 63 4.2.6. Định cỡ các phần tử thủy lực của hệ thống neo giữ.................................. 65 4.2.7. Mô hình mô phỏng các phần tử thủy lực của hệ thống neo giữ................ 67 4.3. Nghiên cứu mô phỏng tính chất động lực học và điều khiển của hệ thống thủy lực neo giữ .............................................................................. 73 4.3.1. Khảo sát hệ thống khi thay đổi số vòng quay bơm ................................... 73 4.3.2. Khảo sát hệ thống khi thay đổi tải trọng trên trục tời ............................... 75 4.4. Nghiên cứu thực nghiệm ........................................................................... 76 4.4.1. Mục đích thí nghiệm ................................................................................. 76 iv
4.4.2. Yêu cầu của mô hình thí nghiệm .............................................................. 76 4.4.3. Sơ đồ mạch thủy lực của mô hình thí nghiệm .......................................... 76 4.4.4. Hệ thống đo và xử lý số liệu .................................................................... 78 4.4.5. Tổ chức thí nghiệm ................................................................................... 88 4.5. Nghiên cứu động lực học chuyển động và điều khiển của liên hợp máy vận xuất gỗ sử dụng hệ thống thủy lực neo giữ ................................ 99 4.5.1. Sơ đồ truyền động thủy lực của liên hợp máy cỡ nhỏ .............................. 99 4.5.2. Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển, neo giữ liên hợp máy ........................... 99 4.5.3. Xây dựng mô hình mô phỏng liên hợp máy vận xuất gỗ sử dụng hệ thống thủy lực neo giữ ............................................................................ 100 4.5.4. Khảo sát một số chế độ động lực học và điều khiển của liên hợp máy vận xuất gỗ sử dụng hệ thống thủy lực neo giữ ...................................... 108 4.6. Sử dụng hợp lý năng lƣợng tích lũy trong chu kỳ hoạt động của liên hợp máy vận xuất gỗ ............................................................................... 115 4.6.1. Quá trình bốc dỡ gỗ ................................................................................ 116 4.6.2. Quá trình khởi hành lên dốc có hỗ trợ tích áp ........................................ 118 4.6.3. Mô hình kéo gom gỗ ............................................................................... 122 4.6.4. Quá trình xuống dốc tích áp .................................................................... 123 Phần 5. Kết luận và kiến nghị ......................................................................... 128 5.1. Kết luận ................................................................................................... 128 5.2. Kiến nghị ................................................................................................. 129 Danh mục các công trình công bố ...................................................................... 130 Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 131 Phụ lục 1 ............................................................................................................. 134 Phụ lục 2 ............................................................................................................. 135 Phụ lục 3 ............................................................................................................. 136 Phụ lục 4 ............................................................................................................. 137 v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt DAQ Data Acquisition (Bộ thu thập dữ liệu) FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức Lƣơng thực và Nông nghiệp thế giới) HTĐK Hệ thống điều khiển HTTL Hệ thống thủy lực ILO International Labour Organization (Tổ chức Lao động Quốc tế ) LHM Liên hợp máy MKLN Máy kéo lâm nghiệp MKNN Máy kéo nông nghiệp PWM Pulse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung) vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Tên gọi Đơn vị bL Chiều rộng vết bánh xe [mm] Hệ số đặc trưng cho hệ số bám cực đại giữa bánh xe với C1 [-] mặt đường C2 Hê số đặc trưng cho hình dáng của đường cong bám [-] Hệ số đặc trưng cho sự sai khác giữa giá trị lớn nhất của C3 [-] đường cong bám với giá trị hệ số bám khi trượt hoàn toàn cS Độ cứng dây tời [N/mm] fL Hệ số ma sát lăn [-] fT Hệ số ma sát trượt [-] FA Phản lực của mặt đường [N] FG Trọng lực của LHM [N] FH Lực cản dốc [N] FL Lực ma sát lăn [N] FN Lực pháp tuyến [N] FS Lực căng dây tời [N] FT Lực ma sát trượt [N] FZ Tải trọng bám của bánh xe chủ động [N] G Khối lượng liên hợp máy [kg] Gr Khối lượng rơ móc [kg] Gk Khối lượng máy kéo [kg] Gg Khối lượng gỗ [kg] GVD Hệ số của van giới hạn áp suất [-] h Độ cao của mấp mô [m] iS Tỉ số truyền giữa động cơ và bơm cung cấp dầu [-] it Tỉ số truyền của bộ truyền lực [-] iTCS Tỉ số truyền đến trục trích công suất [-] JD Mô-men quán tính động cơ [kgmm2] J Mô-men quán tính bộ tời [kgmm2] KCP Hệ số chuyển đổi áp suất/điện áp [(N/mm2)/V] KP Hệ số ma sát của bơm thủy lực [mm2/s] KM Hệ số ma sát của mô tơ thủy lực [Nmms] vii
Ký hiệu Tên gọi Đơn vị KDr Hệ số tiết lưu [mm2/ √ KPR Hệ số điều chỉnh theo điện áp điều khiển [V/V] KS Hệ số lưu lượng [mm4/ √ KVD Hệ số giới hạn áp suất ( ) KVW Hệ số phân phối [mm2/ √ KWS Hệ số chuyển đổi vị trí theo điện áp điều khiển [V/mm] KX Hệ số ma sát của xy lanh thủy lực [Ns/mm] L Chiều dài của mấp mô [mm] mG Khối lượng gỗ tính toán [kg] Me Mô men của động cơ diesel [Nm] MN Mô-men định mức của động cơ diesel [Nm] MP Mô men cản của bơm cung cấp [Nm] MRP Mô men ma sát của bơm cung cấp [Nm] MM Mô men quay của mô tơ kéo tời [Nm] MRM Mô men ma sát của mô tơ kéo tời [Nm] MS Mô men cản do lực căng dây tời [Nm] ne Tốc độ động cơ Diesel [vg/ph] nN Tốc độ định mức của động cơ Diesel [vg/ph] nmax Tốc độ tối đa của động cơ Diesel [vg/ph] nP Tốc độ bơm dầu [vg/ph] p Áp suất điều khiển [N/mm2] p10 Áp suất ban đầu đặt vào cảm biến áp suất [N/mm2] pi Áp suất khí trong lốp xe [N/mm2] pDQ Áp suất nguồn [N/mm2] pS Áp suất tích áp [N/mm2] PT Công suất của trục tời [kW] PTL Công suất của của mô tơ thủy lực [kW] PVD Công suất hao tổn thủy lực [kW] QDQ Lưu lượng nguồn [mm3/s] QK Lưu lượng qua bộ điều khiển [mm3/s] viii
Ký hiệu Tên gọi Đơn vị QM Lưu lượng qua mô tơ thủy lực [mm3/s] Qg Lƣu lƣợng tích lũy trong các đƣờng ống hệ thống [mm3/s] QP Lưu lượng bơm cung cấp [mm3/s] QS Lưu lượng tích áp thủy lực [mm3/s] QVD Lưu lượng van giới hạn áp suất [mm3/s] RBX Bán kính bánh xe chủ động [mm] R Bán kính trục tời [mm] S1 Tích áp giảm chấn [-] S2 Tích áp lưu lượng [-] u0 Điện áp đặt vào cảm biến áp suất [V] Uist Điện áp chuyển đổi [V] Ustell Điện áp điều khiển [V] Usoll Điện áp so sánh [V] vm Vận tốc của liên hợp máy [mm/s] V1 Tổng thể tích từ bơm đến động cơ thủy lực [mm3] V10 Giá trị ban đầu của V1 [mm3] V2 Tổng thể tích từ tích áp đến động cơ thủy lực [mm3] V20 Giá trị ban đầu của V2 [mm3] VM Thể tích riêng của mô tơ thủy lực [mm3/vg] VP Thể tích riêng của bơm thủy lực [mm3/vg] α Góc dốc [0] β Hệ số nén của dầu thủy lực [-] η Độ nhớt động lực học của lưu chất [Ns/mm2] ηM Hiệu suất của mô tơ thủy lực [%] ν Độ nhớt động học của lưu chất [mm2/s] ψ Độ mở bướm ga động cơ Diesel [%] ϕx Hệ số bám dọc [-] ix
DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 2.1. Thiết bị chuyên dùng gom gỗ ............................................................................ 11 2.2. Máy kéo nông nghiệp cỡ nhỏ vận xuất gỗ ......................................................... 11 2.3. Liên hợp máy cỡ nhỏ có rơ móc một cầu chở gỗ ............................................... 12 2.4. Thiết bị bốc dỡ và vận xuất gỗ cự ly ngắn ......................................................... 13 2.5. Máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng vận xuất gỗ ................................................. 14 2.6. Máy kéo nông nghiệp đƣợc trang bị rơ moóc và tay thủy lực ........................... 15 2.7. Sử dụng máy kéo nông nghiệp đƣợc trang bị tời để gom gỗ ............................. 16 2.8. Máy kéo MTZ-50 kéo rơ móc chở gỗ với thiết bị tự bốc .................................. 18 2.9. Máy kéo VALMET vận chuyển gỗ ................................................................... 19 2.10. Tời kéo liên hợp máy vận xuất gỗ vƣợt dốc ...................................................... 22 2.11. Các vị trí lắp bộ tời ............................................................................................ 23 3.1. Mô hình tổng thể liên hợp máy vận xuất gỗ ...................................................... 26 3.2. Quá trình nghiên cứu bằng phƣơng pháp mô phỏng .......................................... 32 3.3. Sơ đồ hình thành áp suất và liên kết nguồn áp suất với phụ tải ......................... 37 3.4. Nguồn áp suất điều khiển hành trình không ...................................................... 38 3.5. Bơm đóng ngắt ................................................................................................... 39 3.6. Nguồn áp suất điều khiển số vòng quay bơm .................................................... 39 3.7. Bơm thể tích không đổi với van giới hạn áp suất .............................................. 40 3.8. Điều khiển không đồng bộ ................................................................................. 41 3.9. Các phƣơng pháp điều hƣởng xung ................................................................... 42 3.10. Điều chỉnh vị trí nhờ van đóng ngắt điều hƣởng bề rộng xung ......................... 44 4.1. Sơ đồ hoạt động của liên hợp máy vận xuất gỗ trang bị hệ thống thủy lực neo giữ................................................................................................................ 45 4.2. Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển neo giữ bơm tác động áp suất ........................ 47 4.3. Sơ đồ mô phỏng hệ thống neo giữ điều khiển bơm tác động áp suất ................ 48 4.4. Kết quả mô phỏng hệ thống thủy lực neo giữ điều khiển bơm tác động áp suất...... 49 4.5. Sơ đồ mạch thủy lực neo giữ sử dụng bơm thể tích không đổi ......................... 50 4.6. Sơ đồ mô phỏng hệ thống thủy lực neo giữ sử dụng bơm thể tích không đổi .......... 52 x
4.7. Kết quả mô phỏng hệ thống thủy lực neo giữ sử dụng bơm thể tích không đổi ....... 54 4.8. Sơ đồ mạch thủy lực neo giữ điều khiển sơ cấp ................................................ 55 4.9. Sơ đồ mô phỏng hệ thống thủy lực neo giữ điều khiển sơ cấp .......................... 56 4.10. Kết quả mô phỏng hệ thống thủy lực neo giữ điều khiển sơ cấp ....................... 59 4.11. Sơ đồ mạch thủy lực áp suất không đổi điều khiển neo giữ liên hợp máy ........ 60 4.12. Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống thủy lực điều khiển sơ cấp sử dụng bơm thể tích không đổi ............................................................................................... 61 4.13. Kết quả khảo sát hệ thống thủy lực neo giữ điều khiển sơ cấp, sử dụng bơm thể tích không đổi ...................................................................................... 62 4.14. Sơ đồ mạch thủy lực điều khiển neo giữ liên hợp máy vận xuất gỗ cỡ nhỏ ...... 63 4.15. Động cơ Diesel ................................................................................................... 65 4.16. Bơm dầu JP30 .................................................................................................... 66 4.17. Mô tơ thủy lực RE 540....................................................................................... 67 4.18. Sơ đồ khối phần tử mạch bơm thủy lực ............................................................. 67 4.19. Sơ đồ khối mô phỏng hoạt động của bơm thủy lực ........................................... 68 4.20. Sơ đồ khối các phân tử mạch động cơ thủy lực ................................................. 68 4.21. Sơ đồ khối mô phỏng hoạt động của động cơ thủy lực...................................... 69 4.22. Sơ đồ khối mô phỏng quá trình hình thành áp suất ........................................... 69 4.23. Sơ đồ hoạt động và mô phỏng quan hệ Q- p của van tiết lƣu ............................ 69 4.24. Sơ đồ hoạt động và mô phỏng quan hệ Q- p của van giới hạn áp suất .............. 70 4.25. Sơ đồ hoạt động và sơ đồ khối mô phỏng .......................................................... 71 4.26. Sơ đồ khối mô phỏng xy lanh bốc dỡ gỗ ........................................................... 71 4.27. Sơ đồ ký hiệu và mô phỏng phần tử tích áp trong mạch thủy lực ..................... 72 4.28. Sơ đồ mô phỏng hệ thống thủy lực neo giữ ....................................................... 73 4.29. Kết quả mô phỏng khi thay đổi số vòng quay bơm ........................................... 74 4.30. Kết quả mô phỏng khi thay đổi tải trọng trên trục tời ........................................ 75 4.31. Sơ đồ mạch thủy lực của mô hình thí nghiệm ................................................... 77 4.32. Thiết bị thí nghiệm ............................................................................................. 78 4.33. Board mạch Arduino Uno .................................................................................. 79 4.34. Sơ đồ kết nối Arduino với máy tính................................................................... 80 4.35. Bộ điều khiển p/u ............................................................................................... 80 xi
4.37. Sơ đồ chƣơng trình kết nối với card điều khiển ................................................. 82 4.38. Đồ thị biến đổi bề rộng xung ............................................................................. 83 4.39. Cảm biến áp suất ................................................................................................ 84 4.40. Cảm biến quang chữ U....................................................................................... 85 4.41. Cảm biến lƣu lƣợng AW-LAKE ........................................................................ 87 4.42. Sơ đồ mạch thủy lực thí nghiệm đánh giá biến động áp suất nhân tạo .............. 88 4.43. Biến động của áp suất điều khiển hệ thống khi thay đổi mô men cản trên trục tời ................................................................................................................ 89 4.44. Biến động của áp suất điều khiển hệ thống khi thay đổi số vòng quay trục bơm ..... 90 4.45. Sơ đồ mạch thủy lực thí nghiệm điều chỉnh áp suất khi liên hợp máy lên dốc ...... 91 4.46. Diễn biến áp suất và tốc độ liên hợp máy khi có nhiễu từ mô men trục tời ...... 92 4.47. Diễn biến áp suất và mô men khi gặp nhiễu lƣu lƣợng ..................................... 93 4.48. Sơ đồ mạch thủy lực thí nghiệm xuống dốc ...................................................... 94 4.49. Diễn biến áp suất, số vòng quay trục tời và mô men do lực căng dây tời ......... 94 4.50. Quá trình thay đổi lƣu lƣợng tích áp và vận tốc liên hợp máy khi lên dốc ........ 95 4.51. Đánh giá các biến đổi của vận tốc, mô men, áp suất và lƣu lƣợng giữa kết quả mô phỏng và thí nghiệm .............................................................................. 97 4.52. Sơ đồ truyền công suất của liên hợp máy vận xuất gỗ ....................................... 99 4.53. Sơ đồ mạch điều khiển neo giữ liên hợp máy vận xuất gỗ .............................. 100 4.54. Đặc tính ngoài của động cơ truyền lực ............................................................ 101 4.55. Sơ đồ mô phỏng quá trình khởi hành sử dụng năng lƣợng tích áp .................. 102 4.56. Sơ đồ mô phỏng chuyển động lên dốc nhờ bơm thủy lực có điều khiển áp suất ... 103 4.57. Sơ đồ mô phỏng quá trình kéo gom xếp gỗ ..................................................... 104 4.58. Sơ đồ mô phỏng quá trình tích áp khi liên hợp máy xuống dốc ...................... 105 4.59. Sơ đồ mô phỏng quá trình bốc dỡ gỗ ............................................................... 106 4.60. Sơ đồ mô phỏng truyền động di động của liên hợp máy ................................. 106 4.61. Sơ đồ mô phỏng liên hợp máy chuyển động lên dốc sử dụng hệ thống thủy lực neo giữ điều khiển áp suất ......................................................................... 108 4.62. Kết quả khảo sát khi thay đổi hệ số bám.......................................................... 111 4.63. Sơ đồ chuyển động của bánh xe vƣợt qua mấp mô đơn .................................. 113 4.64. Kết quả khảo sát khi liên hợp máy vƣợt qua mấp mô...................................... 115 xii
4.65. Sơ đồ trật tự làm việc của liên hợp máy vận xuất gỗ trên vùng đất có độ dốc cao ............................................................................................................. 116 4.66. Mô hình mô phỏng quá trình nâng sàn móc .................................................... 116 4.67. Quá trình vận tốc nâng xy lanh trút gỗ............................................................. 117 4.68. Diễn biến áp suất xả tích áp và áp suất trong xy lanh bốc dỡ gỗ ..................... 118 4.69. Liên hợp máy khởi hành lên dốc nhờ năng lƣợng tích áp................................ 119 4.70. Diễn biến của vận tốc, lƣu lƣợng, áp suất và lực căng dây tời khi liên hợp máy lên dốc có hỗ trợ tích áp ........................................................................... 121 4.71. Sơ đồ khối mô phỏng quá trình kéo gom gỗ .................................................... 122 4.72. Quá trình vận tốc khi kéo gom gỗ nhờ năng lƣợng xả tích áp ......................... 123 4.73. Quá trình áp suất xả tích áp và quay mô tơ khi kéo gom gỗ ............................ 123 4.74. Sơ đồ liên hợp máy xuống dốc ........................................................................ 124 4.75. Sơ đồ mô phỏng liên hợp máy chuyển động xuống dốc .................................. 125 4.76. Diễn biến áp suất, lực căng dây tời và tốc độ di chuyển của liên hợp máy khi xuống dốc, tích áp ...................................................................................... 126 xiii
DANH MỤC BẢNG GIÁ TRỊ CÁC THÔNG SỐ TT Tên bảng Trang 3.1. Các thông số kỹ thuật của liên hợp máy ............................................................ 26 4.1. Bảng giá trị các thông số mô phỏng ................................................................... 48 4.2. Bảng giá trị các thông số mô hình mô phỏng mạch thủy lực neo giữ sử dụng bơm thể tích không đổi .............................................................................. 52 4.3. Bảng giá trị các thông số mô hình liên hợp máy lên dốc có tích áp................... 56 4.4. Thông số kỹ thuật của động cơ .......................................................................... 65 4.5. Thông số kỹ thuật của bơm dầu JP30................................................................. 66 4.6. Bảng giá trị các thông số khi thay đổi số vòng quay bơm ................................. 73 4.7. Các thông số của Arduino Uno R3..................................................................... 79 4.8. Thông số kỹ thuật của cảm biến áp suất............................................................. 85 4.9. Thông số kỹ thuật của cảm biến số vòng quay .................................................. 86 4.10. Thông số kỹ thuật của cảm biến lƣu lƣợng ........................................................ 87 4.11. Vị trí mạch các van điều khiển khi khởi hành .................................................. 102 4.12. Vị trí mạch các van khi chuyển động lên dốc .................................................. 103 4.13. Vị trí mạch các van khi liên hợp máy dừng, kéo gỗ......................................... 104 4.14. Vị trí mạch các van khi liên hợp máy xuống dốc ............................................. 105 4.15. Vị trí mạch các van khi bốc dỡ gỗ.................................................................... 106 4.16. Các thông số mô hình khởi hành dời chỗ ......................................................... 110 4.17. Bảng giá trị các thông số mô phỏng ................................................................. 114 4.18. Các thông số mô hình trút gỗ ........................................................................... 117 4.19. Các thông số mô hình khởi hành dời chỗ ......................................................... 118 4.20. Các thông số mô hình kéo gom gỗ ................................................................... 122 4.21. Vị trí van điều khiển khi liên hợp máy xuống dốc ........................................... 124 xiv
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Mai Hoàng Long Tên luận án: Nghiên cứu hệ thống thủy lực điều khiển neo giữ liên hợp máy lâm nghiệp khi làm việc trên vùng đồi núi có độ dốc lớn 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 - Thiết kế, chế tạo mẫu hệ thống thủy lực (HTTL) điều khiển neo giữ liên hợp máy (LHM) vận xuất gỗ hoạt động ổn định an toàn trên đất lâm nghiệp có độ dốc lên đến 20 độ, có khả năng thu hồi và tái sử dụng động năng khi xuống dốc để hỗ trợ chuyển động lên dốc và phục vụ các nhiệm vụ công nghệ khác trong quá trình vận xuất gỗ. - Đánh giá tính chất động lực học và điều khiển của LHM vận xuất gỗ có trang bị HTTL điều khiển neo giữ trong một số điều kiện chuyển động khi làm việc vận xuất gỗ. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lựa chọn cấu hình và định cỡ các phần tử trong HTTL điều khiển neo giữ LHM cỡ nhỏ làm việc trên vùng đất rừng có độ dốc lớn. Mô phỏng để nghiên cứu một số tính chất động lực học của HTTL điều khiển LHM tƣơng ứng các trạng thái làm việc ngoài hiện trƣờng. Nghiên cứu khả năng tích lũy và tái sử dụng năng lƣợng tích áp của HTTL khi LHM di chuyển xuống dốc. Thí nghiệm kiểm chứng độ tin cậy của mô hình mô phỏng, xác định các thông số kỹ thuật của HTTL điều khiển LHM vận xuất gỗ cỡ nhỏ khi làm việc trên vùng đất rừng có độ dốc lớn. Kết quả chính và kết luận * Những vấn đề khoa học và kỹ thuật đã được nghiên cứu Lựa chọn đƣợc cấu hình và xác đƣợc các thông số kỹ thuật của các linh kiên thiết bị để thiết kế HTTL điều khiển neo giữ LHM vận xuất gỗ cỡ nhỏ là việc trên vùng đất rừng có góc dốc lớn lên đến 20 độ. Mô phỏng các trạng thái làm việc của HTTL điều khiển LHM tƣơng ứng các trƣờng hợp điển hình trong thực tế của LHM. Kết quả mô phỏng và thí nghiệm cho thấy HTTL đã hoạt động tốt, thỏa mãn các điều kiện đặt ra về góc dốc, tải trọng và tốc độ di chuyển của LHM khi làm việc trên địa hình đất dốc cao. xv
Hệ thống thủy lực điều khiển đƣợc thiết kế, chế tạo làm việc ổn định, an toàn giúp LHM vận xuất gỗ cỡ nhỏ có thể di chuyển lên dốc, xuống dốc trên vùng đất rừng có độ dốc lớn tƣơng tự nhƣ khi di chuyển trên đƣờng bằng phẳng. Chi phí đầu tƣ trang thiết bị, vận tƣ, dụng cụ đo không quá cao, dễ tìm, phù hợp điều kiện nghiên cứu trong nƣớc. * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Các mô hình mô phỏng động lực học và điều khiển của HTTL neo giữ và LHM vận xuất gỗ đƣợc trang bị hệ thống neo giữ cũng nhƣ kết quả mô phỏng các trạng thái động lực học và điều khiển điển hình là cơ sở khoa học phục vụ thiết kế, tối ƣu hóa và chỉ dẫn vận hành các thiết bị nông lâm nghiệp hoạt động trên đất dốc. Giải pháp công nghệ neo giữ, kéo, thả thiết bị cơ giới nhờ HTTL rất phù hợp với thực tế sản xuất lâm nghiệp trên vùng dốc cao, đặc biệt là các công đoạn khai thác và vận chuyển gỗ. xvi
THESIS ABSTRACT PhD. Candidate: Mai Hoang Long Thesis title: Research on hydraulic system to control mooring to keep forestry machine complex when working on steep hills. Major: Mechanical engineering. Code: 9 52 01 03 Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA). Research Objectives: - Design and prototype the hydraulic system to control the anchorage of the wood transport machine complex to operate stably and safely on forestry land with a slope of up to 20 degrees. The system has the ability to recover and reuse kinetic energy when going downhill to support uphill movement, and serve other technological tasks during wood transportation. - Evaluate the dynamic and control properties of the wood transporter complex equipped with a hydraulic system to control anchors in some moving conditions when working in timber transport. Materials and Methods Researching, selecting, configuring, and sizing the elements in the hydraulic system to control the anchors, keeping the small-sized machine complex to work on the forest land with high slope. Simulation to study some of the dynamic properties of a hydraulic system controlling the machine combination corresponding to the working conditions in the field Study on accumulation and reuse of cumulative energy of hydraulic systems when the machine complex moves downhill. The experiment verifies the reliability of the simulation model, determines the technical parameters of the hydraulic system controlling the small-sized wood tractor when working on the forest land with a steep slope. Main findings and conclusions * Scientific and technical issues have been studied Selecting the configuration and determining the specifications of the equipment components to design the hydraulic system to control the anchors, keep the small wood tractor complex is working on the forest land with a higher slope angle to 20 degrees. Simulating working states of the machine combination control hydraulic system corresponding to typical cases in the reality of the machine complex. Simulation results and experiments show that the hydraulic system has worked well, satisfying the xvii
conditions set on the slope angle, load, and speed of the machine when working on high slope terrain. The hydraulic control system is designed and manufactured to work stably and safely to help the combination of small-sized wood transporters to move uphill and downhill on forest land with a steep slope similar to that of on the flat road. Investment costs for equipment, supplies, and measuring tools are not too high, easy to find, and suitable for domestic research. * Scientific and practical significance Dynamic and control simulation models of the anchored, holding and tractor hydraulic systems equipped with anchoring system as well as simulating results in typical control and dynamic states is an scientific basis for designing, optimizing and guiding the operation of agro-forestry equipment operating on sloping land. Technology solutions for anchoring, dragging and dropping motorized equipment thanks to the hydraulic system are very suitable for the practice of forestry production on high slope areas, especially the stages of logging and transportation of wood. xviii