Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu một số vấn đề động lực học của liên hợp máy John Deere 5310 với máy cày phục vụ làm đất nông, lâm nghiệp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm xác đinh một số thông số về động học và động lực học của liên hợp máy Jonh Deer 5310 với máy cày khi làm đất sản xuất nông, lâm nghiệp. Kết quả nghiên cứu đạt được góp phần bổ sung những cơ sở khoa học cho việc xác định khả năng làm việc và sử dụng hợp lý liên hợp máy. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu một số vấn đề động lực học của liên hợp máy John Deere 5310 với máy cày phục vụ làm đất nông, lâm nghiệp

LỜI CAM ĐOAN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Tôi xin cam------------------------------------- đoan, đây là công trình của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. BÙ I THANH THỦ Y Tác giả luận văn NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA LIÊN HỢP MÁY JOHN DEERE 5310 VỚI MÁY CÀ Y PHỤC VỤ LÀ M ĐẤT NÔNG, LÂMTrần Văn PThịnh NGHIỆ LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian làm việc khẩn trương, với tinh thần nghiên cứu khoa học một cách nghiêm túc, trên cơ sở các kiến thức của bản thân và các tài liệu tham khảo, sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Văn Quân, thầy hướng dẫn Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy trực tiếp, thầy Phạm Văn Lý với những nhận xét và góp ý xác đáng, thầy Trần LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Kim Khôi và các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình khảo nghiệm tại hiện trường và xử lý số liệu đo đếm được. Đến nay, Đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời tự hành hai trống” của tôi đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với những sự giúp đỡ tận tình quý báu đó. Tôi xin hứa với những kiến thức đã học được trong quá trình học tập và nghiên cứu, trong điều kiện có thể tôi sẽ vận dụng vào quá trình hoạt động LỜI CAM ĐOAN Hà Nội, 2011
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực BỘ GIÁO DỤC và chưa VÀaiĐÀO được côngTẠO bố trong bấtBỘ kỳNÔNG NGHIỆP công trình VÀ PTNT nào khác. TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------- Tác giả luận văn BÙ I THANH THỦ Y NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐỘTrần NG LỰ HỌC CỦA C Thịnh Văn LIÊN HỢP MÁY JOHN DEERE 5310 VỚI MÁY CÀ Y PHỤC VỤ LÀ M ĐẤT NÔNG, LÂM NGHIỆP Chuyên ngành: Máy và Thiết bị cơ giới hóa Nông -Lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT TS. Trần Tuấ n Nghĩa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Lê Văn Thái Hà Nội, 2011
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, việc cơ giới hóa phục vụ trong sản xuất nông nghiệp là việc sử dụng các thiết bị máy móc để thực hiện các công việc từ sản xuất cây giống tại vườn ươm, chuẩn bị làm đất, trồng cây, chăm sóc, bảo vệ và thu hoạch cây trồng. Để đáp ứng được các yêu cầu về cơ giới hóa trong sản xuất nông nghiệp ở nước ta thì việc sử dụng có hiệu quả các liên hợp máy là hết sức quan trọng. Do nhu cầu thực tế phục vụ cho sản xuất ở nước ta đã nhập khẩu một số mẫu máy của nhiều nước, trong đó có một số mẫu máy thích ứng và phổ biến ở trong nước, tuy nhiên việc chọn lựa chưa được nghiên cứu trên cơ sở khoa học. Các máy được nhập khẩu chủ yếu từ các nước như Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, ….Còn các máy cỡ nhỏ được chế tạo trong nước chủ yếu ở nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo, nhà máy cơ khí Sông Công Thái Nguyên và một số nhà máy cơ khí ở địa phương…Tuy nhiên một số liên hợp máy sản xuất trong nước được sử dụng trong thời gian qua có chất lượng công nghệ chế tạo chưa phù hợp với điều kiện sản xuất, cho nên việc nghiên cứu phục vụ thiết kế cũng như để nâng cao chất lượng đang dần dần từng bước được củng cố và quan tâm. Trong những năm gần đây đã có nhiều đề tài nghiên cứu đề câ ̣p đến vấn đề sử dụng máy kéo cỡ nhỏ trong sản xuất nông, lâm nghiệp như: PGS.TS. Đặng Thế Hòa Trường Đại học Nông nghiệp – Hà Nội, PGS – TS. Nguyễn Nhật Chiêu Hội Khoa học lâm nghiệp, TS Nguyễn Văn Đạt Trường Đại học Tây Nguyên ... Những đề tài trên tập trung nghiên cứu cải tiến, lắp thêm một số bộ phận công tác nhằm nâng cao hiệu quả khả năng sử dụng của liên hợp máy trong điều kiện sản xuất nông, lâm nghiệp. Tuy nhiên vấn đề động lực học của liên hợp máy phục vụ khâu làm đất nông, lâm nghiệp ở nước ta thì hầu như các đề tài đề cập đến còn rất ít.
2 Qua tìm hiểu và phân tích khái quát các công trình nghiên cứu trong những năm gần đây cho thấy việc nghiên cứu các liên hợp máy cỡ vừa và nhỏ chỉ tập trung vào xác định khả năng làm việc hoặc cải tiến một số hệ thống hay cơ cấu riêng lẻ, mà chưa chú ý đầy đủ đến các tính chất hoạt động thực tế của liên hợp máy trong sản xuất nông, lâm nghiệp, mối tương quan qua lại giữa liên hợp máy và đối tượng tác động. Trong điều kiện làm việc cụ thể có sự sai số rất lớn so với các giả thuyết khi tính toán thiết kế và nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, hiệu quả và chất lượng công việc của liên hợp máy. Tuy các liên hợp máy cỡ nhỏ có tốc độ truyền động thấp, xong do có khối lượng chuyển động, mô men quán tính nhỏ và những đặc điểm kết cấu riêng nên rất dễ nhạy cảm với các tác động động lực học trong quá trình liên hợp với máy công tác. Để đánh giá và nâng cao hiệu quả sử dụng của quá trình làm việc của liên hợp máy và đưa ra giới hạn phạm vi làm việc nhằm cải thiện liên hợp máy sao cho thích ứng với các điều kiện làm việc thực tế trong sản xuất nông, lâm nghiệp ở nước ta, cần thiết phải nhận dạng các chế độ động lực học của liên hợp máy. Có nghĩa là chúng ta phải nắm được về định tính và định lượng các tác động động lực học đến khả năng làm việc cũng như đến chất lượng công việc, độ bền của các chi tiết máy và tính năng điều khiển của liên hợp máy. Với những lý do trên tôi thực hiện đề tài “ Nghiên cứu một số vấn đề động lực học của liên hợp máy John Deere 5310 với máy cày phục vụ làm đất nông, lâm nghiệp”.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình trang bị máy kéo và áp dụng cơ giới trong sản xuất nông, lâm nghiệp nước ta Từ năm 2000 đến nay, khi sự nghiệp đổi mới do Đảng khởi xướng và lãnh đạo đã có nhiều chính sách mới được ban hành ngày càng đồng bộ. Làm cho sản xuất nông, lâm nghiệp đã chuyển từ tự cung, tự cấp sang sản xuất hàng hóa. Tính đến tháng 4 năm 2005 cả nước đã trang bị trên 16,3 triệu mã lực dùng trong sản xuất nông, lâm nghiệp và thủy lợi. Bình quân trang bị động lực cho một ha canh tác đạt 0,8 mã lực, do điều kiện phát triển kinh tế ở các vùng khác nhau nên việc trang bị động lực cũng khác nhau. Cao nhất là Tây nguyên đạt 1,78 mã lực/ha. Đông Nam bộ 1,25 mã lực/ha, Đồng Bằng Sông Cửu Long 0,98 mã lực/ha. Trong khi đó khu 4 cũ và Trung du miền núi phía bắc mới chỉ đạt 0,36 mã lực/ha, [11] . Trong 10 năm gần đây số máy kéo các loại tăng 5,5 lần, động cơ diesel sản xuất trong nước đạt 8,3 lần, các loại máy canh tác khác phục vụ sản xuất nông, lâm nghiệp và chăn nuôi tăng vượt bậc. Các phương tiện vận chuyển ở nông thôn phát triển mạnh, hiện có 100.000 xe vận tải nhỏ và 875.650 tầu thuyền cơ giới. Tỉ lệ diện tích gieo trồng cây hàng năm được cày bừa bằng máy đạt 7,2 %, trong đó máy kéo cỡ nhỏ được xác định là một nguồn động lực quan trọng trong sản xuất . Một trong những chủ trương thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn là trang bị các loại máy kéo để cơ giới các khâu sản xuất. Việc trang bị các loại máy kéo để phục vụ sản xuất trong các hộ gia đình nông dân đang được người dân chú trọng đầu tư mua sắm. Nhiều loại máy kéo cỡ nhỏ đã được nhập vào Việt nam với số lượng lớn và phân theo các vùng lãnh thổ. Các loại máy kéo cỡ nhỏ được nhập và sử dụng ở Việt Nam chủ yếu do các nước Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc sản xuất
4 Nhu cầu sử dụng nguồn liên hợp máy cỡ vừa và máy kéo nhỏ ở các vùng núi phía Bắc, Tây nguyên và Đông Nam Bộ còn rất lớn, trong các ngành chế tạo máy và sản xuất trong nước chỉ mới cung cấp được khoảng 17% [19]. Chính vì vậy thị trường trong nước còn tràn ngập các loại máy kéo nhỏ của Trung Quốc với giá cao và chất lượng chưa tốt. Máy kéo qua sử dụng của Nhật cũng tràn vào Việt Nam, có chất lượng chế tạo tốt hơn nhưng giá thành đắt và phụ tùng thay thế khan hiếm. Ngành chế tạo máy nước ta trong những năm hội nhập WTO đã gặp nhiều khó khăn hầu hết các máy kéo cỡ nhỏ chế tạo trong nước đều sao chép mẫu của Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản ra đời cách đây nhiều thập kỷ, đơn điệu về mẫu mã lạc hậu về tính năng kĩ thuật [19]. Ngay cả việc sao chép mẫu cũng chưa có căn cứ khoa học đầy đủ để có được những máy phù hợp với điều kiện sử dụng ở nước ta. Trong những năm gần đây các công ty chế tạo động cơ (viết tắt là VINAPPRO), công ty máy kéo và máy Nông nghiệp (viết tắt là VIKYNO), công ty Diesel Sông Công ở phía Bắc (viết tắt DISOCO) đã có nhiều tiến bộ trong việc thay đổi chủng loại, nâng cao chất lượng, phát triển số lượng và đã bước đầu có xuất khẩu sang các nước trong khu vực. Thực hiêṇ cơ giới hóa nông, lâm nghiêp̣ theo quan điể m của Lênin: “Muố n thay đổ i tâ ̣p quán thói quen của người tiể u nông cầ n hàng chu ̣c va ̣n máy kéo”. Tới nay tỷ lê ̣ công viê ̣c sử du ̣ng máy móc tăng lên đáng kể . Tiń h đế n tháng 4 năm 2005 cả nước đã trang bi ̣trên 16 triê ̣u mã lực dùng trong sản xuấ t nông, lâm nghiêp, ̣ thủy sản. Biǹ h quân trang bi đô ̣ ̣ng lực cho mô ̣t ha canh tác đa ̣t gầ n 0,8 mã lực/ha, do điề u kiêṇ sản xuấ t, phát triể n kinh tế từng khác nhau nên viê ̣c trang bi ̣ đô ̣ng lực cũng khác nhau. Cao nhấ t là Tây Nguyên đa ̣t 1,78 mã lực/ha, đông Nam Bô ̣ 1,25 mã lực/ ha, đồ ng bằ ng sông Cửa Long 0,98 mã lực/ha, trong khi đó miề n trung và khu vực miề n núi phía bắ c chỉ đa ̣t 0,36 mã lực/ha.[8]
5 Do yêu cầ u của quá trình công nghiêp̣ hóa, hiêṇ đa ̣i hóa nông nghiê ̣p nông thôn. Nhu cầ u trang bi ̣ máy kéo để cơ giới hóa các khâu sản xuấ t là rấ t lớn. Trong khi đó, nề n cơ khí trong nước chưa theo kip̣ cơ giới hóa nông nghiê ̣p, số lươ ̣ng máy kéo sản xuấ t ở trong nước chỉ đáp ứng đươ ̣c 17% nhu cầ u. Do đó thi ̣ trường máy kéo trong nước tràn ngâ ̣p các loa ̣i máy kéo nhâ ̣p khẩ u của Trung Quố c, Nhâ ̣t Bản, My… ̃ Trong những năm gầ n đây, nhà nước đã có rấ t nhiề u chiń h sách ưu tiên kích thích phát triể n nề n cơ khí nông nghiê ̣p trong nước, nhưng vẫn chưa có bước tiế n triể n đáng kể . Điề u này là do sản phẩ m trong nước không thể ca ̣nh tranh với hàng nhâ ̣p khẩ u về giá cả và chấ t lươ ̣ng. Do đó, để thúc đẩ y sản xuấ t máy móc phu ̣c vu ̣ cơ giới hóa nông nghiê ̣p, nông thôn, cầ n có sự nỗ lực từ rấ t nhiề u phía, các công ty cơ khí, nhà nước, nhà khoa ho ̣c.[11]. Hiện nay đã có những tiến bộ nhất định trong ngành chế tạo máy, nhưng máy kéo do Việt Nam sản xuất được thị trường trong nước chấp nhận với số lượng còn rất nhiều hạn chế do chất lượng các máy còn chưa đảm bảo, chưa đáp ứng được các yêu cầu tính năng kỹ thuật đặt ra. Do đó, cần phải tập trung đầu tư nghiên cứu tính toán thiết kế, đổi mới qui trình công nghệ cho ra được sản phẩm có chất lượng, phù hợp với đặc điểm và tính chất công việc mà máy đảm nhận. Mục tiêu của ngành chế tạo máy nước ta là phấn đấu đến năm 2020 chế tạo khoảng 10.000 máy kéo cầm tay cỡ 6 – 15 mã lực/năm, chiếm lĩnh được toàn bộ thị trường máy kéo cỡ nhỏ trong nước, cùng với kéo cỡ lớn đạt được. Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn, thì việc cơ giới hóa các khâu công việc trong sản xuất đòi hỏi lượng máy móc thiết bị cơ giới rất lớn, trong đó chủ yếu là các loại máy kéo và liên hợp máy kéo. Máy kéo được sử dụng ở nước ta đã góp phần cơ giới hóa nhiều công việc trong sản xuất. Những năm gần đây tỷ lệ cơ giới hóa khâu làm đất bình quân cả nước đạt 63,8 %, cao nhất là đồng bằng Sông Cửu Long đạt 87 %,
6 Đông Nam bộ 75 %, Đồng Bằng Sông Hồng và duyên hải Nam Trung bộ trên 65 %, các vùng khác xấp xỉ 41 %. Trong khâu thu hoạch lúa việc đập và làm sạch bằng máy liên hoàn phát triển khá nhanh, hiện có 890.000 máy đập lúa động cơ các loại. Khả năng phòng trừ sâu bệnh được tăng lên nhờ có hàng nghìn máy bơm thuốc trừ sâu các loại. Về tưới tiêu đến cuối năm 2005 nhà nước đầu tư xây dựng trên 76.000 công trình thủy lợi lớn nhỏ và 6000 trạm bơm các loại, hàng năm đạt khối lượng nước tưới 110.000 triệu m3/h, tiêu úng 100.000 triệu m3/h. Ngoài ra hộ gia đình nông dân tự trang bị gần 1.800.000 máy bơm nhỏ các loại [11]. Với viê ̣c nhà nước chủ trương phát triể n đa da ̣ng hóa nề n kinh tế , khuyế n khích phát triể n kinh tế hô ̣ gia đình, kinh tế trang tra ̣i, do đó nhu cầu trang bi ̣ máy kéo cỡ nhỏ cho sản xuấ t nông, lâm nghiêp̣ là rấ t lớn. Vì vâ ̣y cần đầ u tư, quan tâm hơn nữa tới liñ h vực này, để sớm hoàn thành mu ̣c tiêu công nghiêp̣ hóa, hiê ̣n đa ̣i hóa nông nghiêp̣ nông thôn. 1.2. Một số tính chất và đặc điểm động lực học liên hợp máy kéo cỡ nhỏ Liên hợp máy kéo cỡ nhỏ khi làm việc trong sản xuất nông, lâm nghiệp chịu tác động của các điều kiện ngoài thay đổi, được nhìn nhận là đa yếu tố và đa dạng. Có thể kể đến là tính chất không bằng phẳng của trái đất, tính chất không đồng nhất của trái đất, tính đa dạng về cơ cấu cây trồng, tính phức tạp và đa dạng của các quá tình công nghệ v.v… Các yếu tố này chủ yếu ảnh hưởng đến độ không đồng đều của tải trọng và các chỉ tiêu của quá trình công nghệ mà máy cần hoàn thành cũng như chi phí năng lượng. Đối với liên hợp máy khi làm việc thì tác động chủ yếu là tác động qua lại giữa bộ phận làm việc với vật liệu và giữa bộ phận di động với mặt đất. Đồng thời khi tính toán và thiết kế máy, các trạng thái thực không được xem xét đầy đủ. Đa số các trường hợp khi tính toán thiết kế người ta ứng dụng cơ bản là mô hình tĩnh học với sự lý tưởng hóa đáng kể các điều kiện làm việc thực tế, mà lẽ ra các yếu tố này rất đa dạng và phức tạp. Nhiều tác giả cho rằng khi tính toán thiết
7 kế cũng như nghiên cứu liên hợp máy, cần phải có một mô hình mô tả đầy đủ đến mức có thể về các tính chất của liên hợp máy làm việc trong các điều kiện khác nhau [4]. Hoạt động của liên hợp máy có thể được xem như là phản ứng đối với kích thích ngoài ở đầu vào và các tác động điều khiển. Khi đó sơ đồ tính toán, phân tích các tính chất hoạt động của một máy bất kỳ không phụ thuộc vào công dụng của nó mà có thể đưa ra về sơ đồ tổng quát theo nguyên lí đầu vào – đầu ra. Với sơ đồ này việc nghiên cứu chủ yếu là quan hệ giữa các biến đổi thông số vào và thông số ra, cũng như động lực học việc truyền và chuyển đổi các thông số đó. Các thông số đầu vào có thể là tất cả các kích thích ngoài (thí dụ thông số về điều kiện làm việc: Độ mấp mô mặt đất, lực cản của máy v.v…) và các tác động điều khiển (quá trình thay đổi ga, cắt gài côn, sang số v.v…) tùy từng trường hợp có thể là các đại lượng vật lý như: Lực, mô men lực, chỉ tiêu cơ giới hóa khâu làm đất lên đến 60 ÷ 70% diện tích canh tác trong cả nước [7] Liên hợp máy kéo cỡ vừa và nhỏ với công suất động cơ từ 6 – 15 mã lực (máy kéo hai bánh đẩy tay ) và 20 – 50 mã lực (máy kéo bốn bánh lái vô lăng), thường sử dụng động cơ một xilanh nằm ngang, có bộ điều chỉnh số vòng quay động cơ kiểu bi – đĩa li tâm. Khi làm việc trên mặt đất với các máy kéo, tuy có tốc độ chậm nhưng do khối lượng nhỏ và mô men quán tính nhỏ, nên rất nhạy cảm với sự thay đổi của tải trọng ngoài, đặc biệt là trong điều kiện mặt đồng không bằng phẳng và tính chất không đồng nhất của đất. Một đặc điểm khác là bánh xe máy kéo có đường kính nhỏ làm giảm khả năng bám, tăng lực cản lăn của máy kéo khi làm việc trên đất có độ ẩm cao hoặc trên đất nhiều sỏi đá [8]. Do trọng lượng và bề rộng cơ sở nhỏ, khi di chuyển trên đường không bằng phẳng hoặc làm việc trên đồng thì liên hợp máy rất dễ nhạy cảm với các kích thích dao động theo phương thẳng đứng và phương ngang, điều đó phần
8 nào ảnh hưởng đến chất lượng khâu canh tác mà máy đảm nhận. Thí dụ, khi thực hiện khâu cày trọng lượng của máy cày nhỏ dẫn đến độ ăn sâu của cày kém, độ mất ổn định tăng lên. Đặc biệt là đối với máy nhỏ hai bánh lái càng rất nhạy cảm với dao động lắc xung quanh trục bánh xe chủ động, [8]. Liên hợp máy kéo hai bánh đẩy tay hoặc bốn bánh lái vô lăng, trong đường truyền lực từ động cơ đến bánh chủ động sau có sử dụng bộ chuyền đai thang. Đặc điểm này dẫn đến hiệu suất truyền lực kém. Ngoài ra theo nhiều công trình nghiên cứu cho thấy nếu hệ truyền lực có truyền động đai kết hợp với côn ly hợp ma sát sẽ làm giảm tải trọng khi máy kéo di chuyển. Đối với liên hợp máy kéo cỡ nhỏ đẩy tay với kết cấu chỉ có phần chủ động ở phía trước và kết cấu hệ thống lái đơn giản, điều khiển bằng côn chuyể n hướng và không có trợ lực lái, nếu tính điề u khiển kém, tay lái dễ bị lắc xung quanh trục chủ động. Tuy nhiên nếu ta thiết kế vị trí trọng tâm hợp lý, vị trí tay điều khiển côn và hợp sử dụng chế độ tải trọng, chế độ tốc độ phù hợp thì sẽ cải thiện được điều khiển lái rất nhiều. 1.3. Tình hình nghiên cứu động lực học của máy kéo nông nghiệp trên thế giới và trong nước 1.3.1. Trên thế giới Đối với liên hợp máy kéo nông nghiệp cỡ lớn, các công trình nghiên cứu các chế độ động lực học đã được các nhà khoa học quan tâm đến từ lâu và được công bố ở nhiều công trình nghiên cứu, thường sử dụng các mô hình toán học, trong đó sử dụng rộng rãi các mô hình dao động nhiều bậc tự do. Thông thường một máy kéo có 7 loại dao động: Dao động thẳng đứng, dao động xoay trục thẳng đứng, dao động ngang, dao động xoay trục ngang, dao động dọc, dao động xoay trục dọc, và dao động liên kết xoay quanh cân bằng. Trong các nghiên cứu riêng phụ thuộc vào phương thức và mục đích nghiên cứu có thể chỉ quan tâm đến những loại dao động nhất định còn các loại khác bỏ qua.
9 Muller khi phân tích các mô hình ông đã đưa ra một mô hình không gian tả tất cả các dao động có thể của máy kéo (hình 1.1), [4]. Hình 1.1 – Mô hình không gian dao động của máy kéo Mục tiêu của công trình này là xác định bằng tính toán tải trọng ở các cầu của máy kéo và ôtô trong nông nghiệp khi vượt qua vật cản có kích thước lớn, do đó đã bỏ qua tác động và ảnh hưởng của tải trọng kéo, còn động cơ được giả thiết như một bánh đà có mô men quán tính cực lớn. Để nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng kéo đến lực cản lăn trong công trình trên, tác giả đã chú ý đến dao động theo phương dọc của máy kéo và các thông số cũng như các yếu tố ảnh hưởng, ví dụ như mô men quán của tất cả các phần chuyển động của máy kéo, độ cứng và hệ số cản dao động của bánh xe theo phương tiếp tuyến, tính chất tác động qua lại giữa bánh xe và đất với sự thay đổi của lực kéo, ở đây giả thiết mô men chủ động của bánh xe là một hàm điều hòa. Trong mô hình trên, mô men quay của động cơ được lấy từ đặc tính tĩnh của động cơ và hệ thống được nghiên cứu là hai hay nhiều khối lượng, bỏ qua tính chất cản dao động của các phần truyền lực và tác động của dao động thẳng đứng Popesku sử dụng mô hình thay thế để nghiên cứu về đường truyền lực và khả năng tăng tốc theo phương dọc của máy kéo, trong đó cũng bỏ qua dao động thẳng đứng [4]. Kết quả tính toán và mô hình nghiên cứu thực nghiệm các tác động động lực học rất phù hợp.
10 Khi nghiên cứu về ảnh hưởng của mô men quay động cơ đến các hệ thống khác của liên hợp máy thì Vantjutov, Peters và Kutkov [4], đã mô tả tác động động lực học của động cơ và máy điều chỉnh vào hệ thống liên hợp máy bởi hai phương trình vi phân. Quan hệ giữa các thông số của động và máy điều chỉnh cũng như tác động qua lại của chúng được biểu diễn một cách đơn giản theo dạng quan hệ tuyến tính giữa mô men với vận tốc gốc. Trong công trình này không quan tâm đến quá trình bên trong và các quá trình biến đổi năng lượng phức tạp ở các chế độ làm việc động lực học của động cơ. Khi nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành và phanh của máy kéo bốn bánh chủ động thì Ksenvin và Solonski đã quan tâm đến dao động thẳng đứng và các dao động khác của máy kéo. Các thông số động lực học và các hiện tượng vật lí được miêu tả đầy đủ ở một mô hình thay thế. Tác động qua lại giữa đất và bánh xe cũng được tính đến, thông qua sự phụ thuộc của lực chủ động bánh xe vào phản lực của đất theo phương thẳng đứng, tính chất bám và trượt của bánh xe được đặc trưng hóa. Vogel với công trình của mình đã góp phần làm rõ tính chất động lực học của một liên hợp máy cày khi lực kéo, tải trọng thẳng đứng và các dao động (hình 1.2) Hình 1.2- Mô hình máy kéo theo Vogel
11 Mục đích của công trình này là xác định tính chất biên độ, tần số của các thông số làm việc như vận tốc quay của động cơ, độ trượt, tốc độ chuyển động, mô men chủ động của bánh xe, tải trọng lên cầu và lực kéo. Ngoài ra còn giải thích được các hiệu ứng động lực học có dẫn đến sự tổn thất trượt hay không. Với một mô hình dao động liên kết tính đến các tính chất đàn hồi, cản của hệ truyền lực và bánh xe, mô men quán tính của các phân tử chuyển động, dao động lực kéo và cả tác động qua lại của bánh xe vào đất, tác giả đã thực hiện được việc tính toán mô hình cũng như trong nghiên cứu thực nghiệm. Trong công trình này mô men của động cơ cũng được biểu diễn là hàm số tuyến tính của tốc độ quay. Qua kết quả tính toán mô hình có thể chỉ ra rằng trong các điều kiện hoạt động nhất định, sự dao động của lực kéo gây ảnh hưởng lớn hơn so với ảnh hưởng của dao động tải trong thẳng đứng đến tính chất động lực học của việc truyề n công suất. Công trình của Pluznikov và Solonski đã tạo ra một mô hình phỏng máy kéo khi thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính. Mô hình đã hệ thống quá được các phương án cấu trúc, thí dụ hộp số cơ học, cơ học – thủy lực và hộp số thủy lực, máy kéo bốn bánh hay bánh tự động, trục thu công suất loại độc lập hay phụ thuộc, các phương án liên hợp và các quá trình làm việc, cũng như các phương án hoạt động của quá trình khởi hành sang số và chuyển động dừng. Các thông số động cơ được thay thế bởi các quan hệ hàm số giữa mô men quay và chi phí nguyên liệu phụ thuộc và tốc độ quay và hành trình tay thước mô hình chưa quan tâm đến tính chất đàn hồi và giảm chấ n của bánh xe cũng như hệ thống truyển lực. Để mô tả tính chất tiếp xúc giữa đất và bánh xe khi liên hợp máy làm việc nhiều tác giả đã đưa vào mô hình nghiên cứu quan hệ bám trượt của nhiều dạng khác nhau. Trong tác giả đã đưa ra một mô hình phản ánh khá đầy đủ cả về tính chất hoạt động và cấu trúc của máy kéo. Mô hình mô tả tác động qua lại giữa các quá trình làm việc của động cơ với máy điều chỉnh, tính đến
12 các tính chất đàn hồi và dẫn chấn của các phần tử trong hệ thống các tính chất bám và trượt của bộ ly hợp cũng như của bánh xe với mặt đường, tính chất biến đổi mô men quay, tốc độ quay và mô men quán tính qua hệ thống truyền lực. Mục đích của công trình này là nghiên cứu các trạng thái hoạt động của máy kéo khi tải trọng ngoài hai lỗi cũng như khi có tác động điều khiển điều chỉnh. Tuy nhiên công trình này mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu tính chất hoạt động của kéo bánh hơi khi di chuyển trên nền cứng. Qua các phân tích trên có thể nhận xét rằng: Các chế độ động lực học của các máy kéo nông, lâm nghiệp, đã được nghiên cứu từng phần hoặc theo các vấn đề riêng bằng lí thuyết, hoặc thực nghiệm đã và đạt được các kết quả rất đáng kể , tuy nhiên các mô hình nghiên cứu chưa mô tả một cách hoàn hảo đầy đủ các tính chất hoạt động của liên hợp máy như tác động qua lại bằng động cơ đến máy công tác. Các tính chất hoạt động của động cơ được xác định bởi những quá trình phức tạp, thí dụ như các quá trình lưu động của khí hoặc các quá trình điều chỉnh thường chỉ được mô tả bởi một đặc tính mô men tiñ h, hoặc tiñ h tương đương hoặc một hàm số phụ thuộc thời gian xác định bằng thực nghiê ̣m. Một số công trình sự tác động qua lại giữa động cơ – máy điều chỉnh và các phần tử khác của liên hợp máy kéo được đề cặp đến xong máy chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu máy kéo cở lớn di chuyển trên nền cứng. 1.3.2. Ở Việt Nam Máy kéo bánh hơi được sử dụng làm nguồn động lực trong sản xuất nông lâm nghiệp ở nước ta chủ yếu nhập từ nước ngoài, rất đa dạng về chủng loại và phạm vi công suất và có đặc điểm riêng, cụ thể: [11] - Máy kéo nhập từ Nhật Bản chủ yếu của các Hãng như Komatsu, Kubota, Shibaura... đặc điểm chung của chúng là có cấu tạo phức tạp, những máy này tuy có độ bền, độ tin cậy cao và tiện nghi sử dụng tốt nhưng khi nhập vào nước ta thường là máy cũ, không có máy công tác kèm theo, phụ tùng thay thế sửa chữa khó khăn và giá bán tương đối cao.
13 - Mẫu máy nông nghiệp nhập từ các nước trong khối Đông Âu có cấu tạo phức tạp, kết cấu cồng kềnh, độ bền của các chi tiết không cao và giá bán ở mức khá cao. Điển hình như MTZ50, Belaruts của Liên xô cũ, MT8 của Tiệp khắc ... Hiện nay các mẫu này ở nước ta còn lại rất ít. - Máy kéo nhập từ Trung Quốc có kết cấu đơn giản, độ bền các chi tiết không cao nhưng giá bán rẻ, điển hình như máy kéo Xinhtai 120, Máy kéo DFH 180, Thạch Gia trang 15, sư tử vàng 120... - Máy kéo nhập từ Mỹ chủ yếu ở Đồng bằng sông Cưu Long, điển hình là Máy kéo Jonh Deere loại 4x2 và loại 4x4. Đặc điểm chính của loại này là công suất trong bình rất thích hợp cho các khâu canh tác, tuổi thọ các chi tiết cao, làm việc tin cậy và giá thành bán không cao. Ngoài những máy kéo nhập ngoại, chúng ta đã chế tạo được một số loại như Bông sen 20, 15 và 12, máy kéo Kim Bảng – 1550A. Tuy nhiên các laoij máy kéo tronmg nước còn bộc lộ nhiều nhược điểm trong sử dụng nên tỷ lệ trang bị tại các vùng còn thấp. Việc nghiên cứu về tính chất động lực học của liên hợp máy kéo trong nông nghiệp nước ta cũng chưa được quan tâm đúng mức. Trong chương trình nghiên cứu của Viê ̣n Cơ Điện Nông Nghiệp (1981 – 1985) đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm liên hợp kéo cỡ nhỏ hai bánh theo mô hình một mắt, đã xây dựng được hàm truyển cho liên hợp máy kéo cỡ nhỏ làm việc với cày và nhận xét của máy kéo nhỏ khi làm việc với độ ổn định thấp hơn nhiều so máy kéo Jonh Deere 5310. Tuy nhiên còn các vấn đề động lực học của quá trình kéo bám, ổn định của liên hợp máy khi làm việc trên địa hình dốc, các quá trình điều khiển, điều khiển cũng như tính chất tải trọng của các phân tử riêng đã được nhiều tác giả quan tâm, cụ thể như sau:[7] Năm 2000, TS. Đặng Tiến Hoà thực hiêṇ đề tài “ nghiên cứu mô ̣t số vấ n đề đô ̣ng lực ho ̣c của liên hơ ̣p máy kéo cỡ nhỏ 2 bánh” tác giả đã đưa ra mô hình nghiên cứu một số đặc tính động lực học của máy kéo BS12 và một
14 số loại máy kéo cỡ nhỏ khác liên hợp với máy công tác như: cày, bừa, phay Công trình đã nghiên cứu và phân tích các tính chất động lực học, có tính đến sự hoạt động phi tuyến của động cơ trong sự tác động lẫn nhau với các hệ thống thành phần khác của máy kéo và máy công tác . Năm 2000, TS. Lê Minh Lư đã nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi chịu kích động của mặt đường là các hàm xác định và hàm ngẫu nhiên nhằm đánh giá ảnh hưởng của các phần tử đàn hồi phi tuyến đến dao động của máy kéo và của người lái. Năm 2001, TS. Nguyễn Tiến Đạt nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm của việc sử dụng máy kéo cỡ nhỏ để cơ giới hoá khâu vận xuất gỗ rừng trồng Việt Nam. Công trình đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ mấp mô mặt đường, tốc độ và tải trọng tới một số đặc tính động lực học của máy kéo có công suất nhỏ với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ rừng trồng. Năm 2002, TS. Nguyễn Văn Quân đã xây dựng cơ sở lý thuyết xác định một số thông số cơ bản của trang bị lam nghiệp chuyên dùng kèm theo MKNN, lực tải công nghệ tác dụng lên máy kéo và trang bị chuyên dùng khi LHM vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng . Năm 2002, Thạc sỹ Nguyễn Văn An đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ mấp mô mặt đất và tốc độ chuyển động đến phản lực pháp tuyến lên cầu trước của máy kéo DFH-180 khi vận xuất gỗ rừng trồng . Năm 2002, Thạc sỹ Nguyễn Văn Vệ đã nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH-180 khi vận xuất gỗ và biện pháp giảm xóc cho người lái . Năm 2002, Thạc sỹ Nguyễn Đức Sỹ đã nghiên cứu ổn định động lực học dọc liên hợp máy kéo cỡ nhỏ vận xuất gỗ khi khởi hành theo hướng lên dốc . Năm 2002, Thạc sỹ Phạm Minh Đức đã nghiên cứu khả năng kéo bám của liên hợp máy kéo DFH-180 khi sử dụng rơ moóc một trục vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng. Công trình đã nghiên cứu mối quan hệ giữa tải trọng kéo,
15 khoảng cách từ móc nối tới rơ moóc và một số chỉ tiêu kéo-bám của máy kéo, kích thước tối ưu của rơ moóc một trục. Năm 2007, Thạc sỹ Nguyễn Hồng Quang đã nghiên cứu về dao động của máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết, làm cơ sở cho việc hoàn thiện thiết kế và chọn chế độ sử dụng hợp lý LHM kéo khi vận xuất gỗ rừng trồng . Năm 2010, Thạc sĩ Nguyễn Văn Hiế u với đề tài “nghiên cứu mô ̣t số vấ n đề đô ̣ng lực ho ̣c của liên hơ ̣p máy kéo BS12 trong khâu làm đấ t nông lâm nghiê ̣p” tác giả đã xác định được khả năng kéo bám cũng như tính ổn định của liên hợp máy phục vụ khâu canh tác trên đất nông lâm nghiệp.
16 1.4. Kết luận chương 1 Trong những năm gần đây tình hình áp dụng máy móc thiết bị để cơ giới các khâu trong sản xuất nông lâm nghiệp ngày càng tăng không ngừng. Máy kéo được sử dụng phục vụ canh tác nông lâm nghiệp rất phong phú về chủng loại và phạm vi công suất rất rộng. Máy kéo được sử dụng phổ biến tại các Tỉnh Miền bắc nước ta được nhập từ Trung Quốc, Nhật Bản và máy kéo được sản xuất trong nước còn tại các Tỉnh vùng Tây nguyên và đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu dùng máy kéo nhập khẩu từ Nhật Bản và Mỹ... Việc nghiên cứu các yếu tố động lực học của LHM kéo nông nghiệp đã được nhiều tác giả đầu tư nghiên cứu và đạt những kết quả nhất định. Các công trình nghiên cứu đó đã góp phần đóng góp tích cực cho các hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp ở nước ta, kết quả nghiên cứu có ý nghĩa lớn cho việc hoàn thiện thêm kết cấu và chọn ra chế độ sử dụng hợp lý an toàn và hiệu quả khi làm việc. Máy kéo John Deere của Mỹ được nhập vào nước ta trong những năm gần đây với số lượng khá lớn tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Để sử du ̣ng liên hơ ̣p máy John Deere 5310 mô ̣t cách có hiêụ quả trong sản xuấ t nông, lâm nghiêp̣ thì còn nhiề u vấ n đề về kỹ thuâ ̣t ảnh hưởng trực tiế p lên liên hơ ̣p máy làm viê ̣c như: Các lực cản, thông số về của thực đia,̣ khả năng kéo bám, điạ hin ̀ h ....Nên việc khảo sát các chế đô ̣ đô ̣ng ho ̣c và đô ̣ng lực ho ̣c của liên hơ ̣p máy John Deere 5310 với máy cày để làm đất nông lâm nghiệp là rấ t cầ n thiế t nhằm đề xuất giải pháp hoàn thiê ̣n về mă ̣t kế t cấ u, sử dụng hợp lý, nâng cao năng suấ t và chấ t lươ ̣ng làm viê ̣c.
17 Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Xác đinh ̣ mô ̣t số thông số về đô ̣ng ho ̣c và động lực học của liên hợp máy Jonh Deer 5310 với máy cày khi làm đất sản xuất nông, lâm nghiệp. Kết quả nghiên cứu đạt được góp phần bổ sung những cơ sở khoa học cho việc xác định khả năng làm việc và sử dụng hợp lý liên hợp máy. 2.2. Đối tượng nghiên cứu Ngành cơ khí nông, lâm nghiệp đóng góp không nhỏ vào sự tăng trưởng của sản xuất nông, lâm nghiệp và phát triển kinh tế nông thôn trong những năm gần đây. Các hộ gia đình và các trang trại có quy mô vừa và lớn đã và đang sử dụng các thiết bị để cơ giới hóa các khâu sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng công việc. Cùng với sự phát triể n của kinh tế nông nghiêp̣ nông thôn. Trong những năm gầ n đây ở nước ta, các loa ̣i máy kéo cỡ nhỏ và vừa đươ ̣c sử dụng phổ biế n phục vụ cơ giới hóa các khâu công việc trong sản xuất nông lâm nghiệp, đó là máy kéo Shibaua-SD2843, SD 3100, Kubota, DFH-180, máy kéo Bông Sen 6,8,12,15, máy kéo John Deere 5310 ... Viê ̣c đưa máy kéo vào phu ̣c vu ̣ sản xuấ t nông, lâm nghiêp̣ giúp người nông dân nâng cao năng suấ t, cải thiê ̣n điề u kiêṇ lao đô ̣ng, đáp ứng kip̣ thời vu ̣ gieo trồ ng, nâng cao hiêụ quả kinh tế . Trong những năm gầ n đây máy kéo John Deere đã đươ ̣c nhâ ̣p khẩ u về Viê ̣t Nam với số lượng khá lớn, chủ yế u là máy kéo bánh hơi với công suấ t trung bin ̀ h làm nguồn động lực cho các máy làm đất, thu hoạch... Qua khảo sát thực tế cho thấy tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long sử dụng chủ yếu loại 5310 với một cầu chủ động liên hợp với máy cày đĩa phục vụ khâu làm
18 đất canh tác. Vì vậy đề tài chọn máy kéo Jonh Deere 5310 liên hợp với máy cày đĩa làm đối tượng nghiên cứu. Hình 2.1 Máy kéo John Deere-5310 2.2.1. Đă ̣c tính kỹ thuâ ̣t của máy kéo John Deere-5310 TT Đă ̣c tính kỹ thuâ ̣t Thông số 1 Công suấ t tru ̣c thu công suấ t PTO 37 KW 2 Mô men xoắ n cực đa ̣i 195N.m 3 Đường kiń h xilanh 106,5 mm 4 Số xilanh 3 5 Hành trình làm viê ̣c 110 mm 6 Dung tích xilanh 2,9 l 7 Tỉ số nén 17,8:1 8 Tro ̣ng lươ ̣ng 2063 kg 9 Kích thước dài x rô ̣ng x cao 3600 x 1885 x 1678 mm 10 Cỡ bánh trước 6,50-20 11 Cỡ bánh sau 16,9-28 12 Tải tro ̣ng trên tru ̣c cho phép cực đa ̣i (2 1100 kg