Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu động lực học của hệ thống truyền động thuỷ lực - Cơ khí trên liên hợp máy xúc lật

Chia sẻ: Minh Tú | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xây dựng mô hình động lực học, khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và điều kiện sử dụng cho hệ thống truyền động kết hợp thuỷ lực – cơ khí của LHM xúc lật, hình thành cơ sở khoa học cho việc cải tiến hệ thống truyền động của máy kéo từ hệ thống truyền động dùng hộp số cơ khí có cấp thành hệ thống truyền động phối hợp thuỷ lực - cơ khí nhằm cải thiện tính năng, mở rộng phạm vi hoạt động và nâng cao hiệu suất khai thác sử dụng các loại máy kéo hiện có trong các hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp của Việt Nam.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu động lực học của hệ thống truyền động thuỷ lực - Cơ khí trên liên hợp máy xúc lật

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐẶNG ĐỨC THUẬN NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC - CƠ KHÍ TRÊN LIÊN HỢP MÁY XÚC LẬT Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP – 2021 1
Công trình được hoàn thành tại: HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Bùi Việt Đức 2. PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế Phản biện 1: GS.TS. Chu Văn Đạt Học viện Kỹ thuật Quân sự Phản biện 2: PGS.TS. Đào Mạnh Hùng Trường Đại học Giao thông Vận tải Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Đăng Điệm Trường Đai học Công nghệ Giao thông Vận tải Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện, họp tại: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Vào hồi ….. ngày….tháng….năm 2021 Có thể tìm hiểu Luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam 2
PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Truyền động và điều khiển thủy lực đã và đang được ứng dụng phổ biến trong hầu hết các lĩnh vực của xã hội như giao thông vận tải, xây dựng, nông - lâm nghiệp. Đặc biệt trên hệ thống máy công tác tự hành, truyền động thủy lực đang thay thế dần cho truyền động cơ khí và một số dạng truyền động khác. Liên hợp máy (LHM) xúc lật là loại liên hợp giữa máy kéo và bộ phận công tác xúc lật, có khả năng di chuyển tốt trên các địa hình phức tạp (đất dốc, nền yếu). Hiện nay, phần lớn các máy kéo trong LHM xúc lật có hệ thống truyền động (HTTĐ) và trích công suất cơ khí, bị hạn chế và kém linh hoạt trong kết nối, truyền động và vận hành. Để có thể cải tiến hoặc thiết kế mới LHM xúc lật với hệ thống truyền động và trích công suất hoàn toàn là truyền động và điều khiển thủy lực, bên cạnh các nghiên cứu thiết kế, xây dựng mạch truyền động, tính toán thông số kỹ thuật, lựa chọn các phần tử thủy lực xác định ở các trạng thái tĩnh, làm việc ổn định, cần thiết phải có các nghiên cứu động lực học, đặc biệt là các trạng thái hoạt động của các phần tử của hệ thống truyền động thủy lực nói riêng và hệ thống LHM xúc lật nói chung ở các chế độ chuyển tiếp hoặc làm việc không ổn định. Từ những phân tích trên đây, đối với hệ thống truyền động thuỷ tĩnh phối hợp với truyền lực cơ học được quan tâm nhằm nâng cao tính vạn năng của hệ thống. Kết cấu hệ thống đơn giản, đặc biệt là có thể thay đổi kết cấu dễ ràng nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của máy kéo là những vấn đề cần được nghiên cứu và đánh giá HTTĐ này. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Xây dựng mô hình động lực học, khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và điều kiện sử dụng cho hệ thống truyền động kết hợp thuỷ lực – cơ khí của LHM xúc lật, hình thành cơ sở khoa học cho việc cải tiến hệ thống truyền động của máy kéo từ hệ thống truyền động dùng hộp số cơ khí có cấp thành hệ thống truyền động phối hợp thuỷ lực - cơ khí nhằm cải thiện tính năng, mở rộng phạm vi hoạt động và nâng cao 3
hiệu suất khai thác sử dụng các loại máy kéo hiện có trong các hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp của Việt Nam.. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1. Phạm vi nghiên cứu về nội dung - Truyền động thủy lực – cơ khí. - Mặt đường có xuất hiện mấp mô đơn với kích thước trung bình. - Đối tượng nghiên cứu của luận án là HTTĐ thủy lực - cơ khí trên máy kéo làm việc với bộ xúc lật. LHM gồm có 01 máy kéo Yanmar 3000 công suất 30HP và bộ phận xúc lật. - Tập trung nghiên cứu tác động điều khiển và phản ứng của hệ thống thủy lực khi tải trọng thay đổi. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu về không gian Tại bộ môn Động lực, Khoa Cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, thực hiện công việc chính của đề tài: xây dựng mô hình thí nghiệm, tổ chức thí nghiệm và báo cáo kết quả thí nghiệm. 1.3.3. Phạm vi nghiên cứu về thời gian + Từ tháng 07/2016 đến 12/2017 nghiên cứu lý thuyết. + Từ tháng 12/2017 đến 5/2019 tính toán, xây dựng mô hình mô phỏng, tổ chức thí nghiệm và báo cáo kết quả thí nghiệm. + Từ tháng 5/2019 đến 12/2020 hoàn chỉnh luận án, tổ chức xêmina + Từ tháng 1/2021 đến 12/2021 tổ chức xêmina cấp bộ môn và cấp cao hơn 1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI - Xây dựng được mô hình động lực học quá trình làm việc hệ thống truyền động thủy lực - cơ khí thay thế cho HTTĐ cơ khí, từ đó khảo sát động lực học cho LHM kéo xúc lật có tính đến đặc tính làm việc của động cơ, đường truyền lực, quan hệ đất – bánh xe và ảnh hưởng của tải trọng đến đặc tính kéo bám của máy kéo với HTTĐ thủy lực - cơ khí đã có từng vùng tỷ số truyền vô cấp. - Thiết kế, chế tạo chuyển đổi thành công HTTĐ máy kéo Yanmar 3000 từ truyền động cơ khí sang truyền động thủy lực – cơ khí phục vụ 4
thí nghiệm và nghiên cứu khả năng ứng dụng HTTĐ kết hợp trên các máy kéo cải tiến để nâng cao khả năng làm việc của máy kéo. - Nghiên cứu, phân tích ưu nhược điểm của HTTĐ thủy lực - cơ khí với tính chất truyền lực vô cấp từng vùng, từ đó làm cơ sở khoa học cho việc định hướng phát triển về công nghệ máy kéo trong tương lai, ứng dụng các bộ truyền phù hợp để chế tạo HTTĐ cho các máy kéo vạn năng phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp ở trong nước. 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Xây dựng được mô hình động lực học cho máy kéo có HTTĐ thủy lực - cơ khí, bảo đảm tính chất truyền động bán vô cấp (vô cấp từng vùng), từ đó đã khảo sát được đặc trưng làm việc của hệ thống truyền động ở các chế độ khai thác và sử dụng khác nhau. Đã khảo sát các đặc trưng động lực học của máy kéo với HTTĐ thủy lực - cơ khí, có lắp bộ phận tạo tải là bộ phận xúc lật, quá trình làm việc của máy kéo khi thay đổi HTTĐ từ cơ khí sang thuỷ lực – cơ khí, với tính năng truyền động vô cấp từng vùng đã cho thấy các quá trình làm việc như: tính năng khởi hành, tăng tốc cũng như khả năng làm việc của LHM được cải thiện thông qua đặc trưng vận tốc làm việc và hiệu quả sử dụng công suất của động cơ được cải thiện rõ rệt so với máy kéo khi sử dụng hộp số cơ khí phân cấp. Luận án đã thiết kế, chế tạo và lắp ráp hệ thống truyền động cho máy kéo Yanmar 3000 từ hệ thống truyền động cơ khí thành hệ thống truyền động thuỷ lực – cơ khí kết hợp, làm cơ sở để thực hiện nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đến khả năng đáp ứng của HTTĐ bán vô cấp, đến chế độ làm việc danh nghĩa của động cơ, nhờ đó tính năng kéo bám và tính kinh tế nhiên liệu của máy kéo được cải thiện đáng kể. Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của luận án là cơ sở cho việc phân tích đánh giá khả năng sử dụng bộ truyền phối hợp thuỷ lực – cơ khí trên HTTĐ máy kéo nhằm cải thiện hiệu quả làm việc của LHM kéo trong sản xuất nông lâm nghiệp ở nước ta. 5
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRÊN Ô TÔ MÁY KÉO VÀ XE CHUYÊN DỤNG Hệ thống truyền động (HTTĐ) trên máy kéo và xe chuyên dụng (MK&XCD) ngày nay rất đa dạng về kết cấu và nguyên lý làm việc, tuy nhiên dựa trên nguyên lý truyền công suất từ động cơ đến bộ phận di chuyển ta chia ra các dạng truyền động chính như sau. Truyền động cơ khí là hệ thống truyền động cổ điển nhất trên MK & XCD, trong hệ thống truyền động này, công suất từ động cơ được truyền qua bộ ly hợp, hộp số cơ khí, cầu chủ động, bánh chủ động ô tô máy kéo.Trong truyền lực cơ khí, ưu điểm nổi bật của hệ thống truyền động là mỗi bộ phận trong HTTĐ độc lập với nhau, dễ chế tạo, có giá thành chế tạo thấp. Với máy kéo và xe chuyên dụng, việc sử dụng công suất động cơ tối ưu nhất là động cơ phải được làm việc ở chế độ danh nghĩa, khi đó chi phí năng lượng riêng là thấp nhất, hiệu suất làm việc của máy kéo đạt giá trị cao nhất, muốn đạt được yêu cầu này, hộp số cơ khí của máy kéo và xe chuyên dụng cần trang bị nhiều số truyền dẫn đến kết cấu công kềnh, phức tạp. Truyền động thuỷ lực trên MK&XCD, với nhiều ưu thế về kết cấu và tính năng truyền động hiệu quả nên truyền động thủy lực là một hệ thống truyền động được ứng dụng ngày càng phổ biến trên ô tô máy kéo. Truyền động thủy lực trong ôtô máy kéo là tổ hợp của các bộ phận, trong đó sử dụng năng lượng của dòng chất lỏng do bơm tạo nên để làm quay trục bánh công tác, sau đó qua bộ truyền trung gian khác hoặc trực tiếp làm quay bánh chủ động của ôtô máy kéo. Truyền động thủy lực có hai dạng cơ bản là truyền động thủy động và truyền động thủy tĩnh. Theo Bùi Hải Triều & cs. (2006), một số phương án truyền động thủy tĩnh từ động cơ đốt trong đến các bánh xe của bộ phận di động như trên hình 2.1. Từ một bơm thủy lực tổng, ta có thể truyền cho hai mô tơ thủy lực ở hai cầu chủ động (hình 2.1a), cho một mô tơ thủy lực cầu sau 6
và hai mô tơ thủy lực cho cầu trước (hình 2.1b) hay cho tất cả các mô tơ thủy lực độc lập cho các bánh xe (hình 2.1c). Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thủy lực, truyền động thủy lực đã được ứng dụng phổ biến và đa dạng trên rất nhiều hệ thống của Ôtô - Máy kéo và xe chuyên dụng như hệ thống phanh, trợ lực lái, di động, cơ cấu công tác…vv. Hình 2.1. Truyền động thủy tĩnh cho bộ phận di động Nguồn: Bùi Hải Triều & cs. (2006) 2.2. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Với MK&XCD công suất lớn, các nghiên cứu ngoài nước hiện đang ở mức độ cao, phạm vi rộng và chuyên sâu về các vấn đề chuyên môn liên quan đến động lực học, tự động hóa quá trình hoạt động của hệ thống truyền động thủy lực, hầu hết các quan hệ vật lý, toán học của các thông số cũng như đặc tính làm việc của các phần tử thủy lực đã được xác định khá đầy đủ và cụ thể, phần lớn các kết quả nghiên cứu đã và đang được ứng dụng trên các hệ thống máy. Các nghiên cứu chuyên sâu về động lực học, điều khiển, điều chỉnh tự động quá trình làm việc của hệ thống truyền động thủy lực trên máy tự hành đã và đang được triển khai thực hiện tại rất nhiều trung tâm nghiên cứu chuyên ngành của các Viện nghiên cứu, Trường đại học lớn trên thế giới như Mỹ, Đức, Thụy Điển..vv. Việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm máy kéo ở Việt Nam đã được chú ý từ rất sớm và được nhiều nhà khoa học và các công ty phối hợp thực hiện. Trong các công trình nghiên cứu trong nước các tác giả chủ yếu đi vào nghiên cứu thiết kế chế tạo máy kéo công suất vừa và nhỏ 7
truyền động cơ khí và chỉ quan tâm đến hiệu suất làm việc của máy kéo mà không đi sâu nghiên cứu truyền động thủy lực và đặc tính của hệ thống truyền động thủy lực. Hiện ít thấy các công trình công bố về HTTĐ đặc biệt là HTTĐ vô cấp hay bán vô cấp trên máy kéo và xe chuyên dụng ở trong nước. PHẦN 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tổng quan để xác định hướng nghiên cứu của luận án. - Đề xuất giải pháp công nghệ và lựa chọn mô hình HTTĐ của đối tượng nghiên cứu trên cơ sở mô hình vật lý của HTTĐ, xây dựng mô hình toán để khảo sát động lực học HTTĐ của máy kéo khảo sát. - Mô phỏng các đặc tính động lực học của máy kéo khi trang bị HTTĐ thủy lực - cơ khí, phân tích đánh giá ưu nhược điểm của HTTĐ, làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo cải tiến hệ thống truyền động của đối tượng nghiên cứu. - Tính toán, thiết kế chế tạo HTTĐ cải tiến, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm làm cơ sở cho việc đánh giá độ tin cậy của mô hình nghiên cứu lý thuyết cũng như đánh giá chung về kết quả sử dụng bộ truyền bán vô cấp với hệ thống truyền động thủy tĩnh kết hợp với hộp số cơ khí làm cơ sở cho việc thiết kế, cải tiến hoặc chế tạo máy kéo công suất lớn ở Việt Nam. 3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong luận án sử dụng chủ yếu phương pháp mô hình hóa toán học và mô phỏng bằng phần mềm Mathlab- Simulink để giải bài toán và khảo sát các vấn đề nghiên cứu. Nghiên cứu thực nghiệm trong luận án được sử dụng để kiểm chứng lý thuyết, so sánh đánh giá mô hình mô phỏng. Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên sản phẩm chính của đề tài là máy kéo Yanmar 3000 làm việc với bộ xúc lật đã được thiết kế, chế tạo, chuyển đổi từ hệ thống truyền động cơ khí về hệ thống truyền động thủy lực – cơ khí. PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 8
4.1. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu là máy kéo YANMAR 3000 liên hợp với bộ xúc lật công suất nhỏ phục vụ san ủi đất, cát và vận chuyển các sản phẩm phụ 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. 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. 4.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN LỰC CỦA MÁY KÉO 4.2.1. Sơ đồ tổng thể hệ thống truyền động thủy lực - cơ khí của máy kéo Mẫu LHM xúc lật đang nghiên cứu được cải tiến từ máy kéo cơ sở YANMAR 3000, thay đổi cơ bản là hệ thống truyền động từ động cơ đến trục sơ cấp của hộp số là truyền động thủy tĩnh, các thông còn lại vẫn giữ nguyên như máy kéo nguyên thuỷ. Sơ đồ tổng thể của hệ thống truyền động của máy kéo cải tiến được trình bày trên hình 4.1. 1- Động cơ diesel ; 2- Hộp số thuỷ lực; 3- Hộp số cơ khí ; 4- Hộp vi sai; 5- Bánh xe chủ động bên phải; 6- Bánh xe chủ động bên trái. Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống truyền động của liên hợp máy 9
4.2.2. Hệ phương trình vi phân chuyển động của liên hợp máy Từ các phân tích động lực học cho từng phần tử trong hệ thống truyền động, bánh xe và thân máy kéo có thể hệ thống lại thành hệ phương trình vi phân chuyển động LHM cho 3 trường hợp: 1) Trường hợp thực hiện xúc vật liệu 𝐽𝑃 𝜔𝑃̇ = 𝑀1 − 𝐾𝑃 𝜔𝑃 − 𝑀𝑃 𝐽𝑀 𝜔𝑀̇ = 𝑀𝑀 − 𝐾𝑀 𝜔𝑀 − 𝑀𝐶𝑇 𝑄 −𝑄 −𝑄 𝑃̇ = 𝑃 𝑍 𝑀 ; (4.1) 𝑉𝑆 𝛽 { 𝑚𝑥̈ = 𝑃𝑘 − 𝑓. 𝐺. 𝑐𝑜𝑠 𝛼 − 𝐺. 𝑠𝑖𝑛 𝛼 − 𝑃𝑥𝑢𝑐 2) Trường hợp vận chuyển vật liệu bằng gầu xúc 𝐽𝑃 𝜔𝑃̇ = 𝑀1 − 𝐾𝑃 𝜔𝑃 − 𝑀𝑃 𝐽𝑀 𝜔𝑀̇ = 𝑀𝑀 − 𝐾𝑀 𝜔𝑀 − 𝑀𝐶𝑇 𝑄 −𝑄 −𝑄 𝑃̇ = 𝑃 𝑍 𝑀 ; (4.2) 𝑉𝑆 𝛽 {𝑚𝐴 𝑥̈ = 𝑃𝑘 − 𝑓. 𝐺𝐴 . 𝑐𝑜𝑠 𝛼 − 𝐺𝐴 . 𝑠𝑖𝑛 𝛼 3) Trường hợp vận chuyển bằng rơ mooc 𝐽𝑃 𝜔𝑃̇ = 𝑀1 − 𝐾𝑃 𝜔𝑃 − 𝑀𝑃 𝐽𝑀 𝜔𝑀̇ = 𝑀𝑀 − 𝐾𝑀 𝜔𝑀 − 𝑀𝐶𝑇 𝑄 −𝑄 −𝑄 𝑃̇ = 𝑃 𝑍 𝑀 ; (4.3) 𝑉𝑆 𝛽 {(𝑚𝐴 + 𝑚𝑀 )𝑥̈ = 𝑃𝑘 − 𝑓(𝐺𝐴 + 𝐺𝑀 ) 𝑐𝑜𝑠 𝛼 − (𝐺𝐴 + 𝐺𝑀 ) 𝑠𝑖𝑛 𝛼 Các hệ phương trình trên chỉ khác nhau ở phương trình cuối, do đó các thành phần trong hệ phương trình được xác định theo các công thức phụ trợ. Từ đó ta xác định được các phản lực pháp tuyến trên cầu sau máy kéo cho 3 trường hợp trên. 4.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 4.3.1. Mục tiêu nghiên cứu mô hình Mẫu máy xúc cải tiến đang nghiên cứu là phiên bản khởi đầu, do vậy cần nghiên cứu một cách tổng quát các chỉ tiêu đánh giá, khả năng hoạt động của mẫu máy trên cơ sở phân tích các quá trình động lực học của các bộ phận chính và của cả LHM. Thông qua các kết quả mô phỏng sẽ đề xuất các mô hình nghiên cứu thực nghiệm, các phương án nghiên cứu 10
phát triển để nâng cao tính hoàn thiện của mẫu máy. Một số chỉ tiêu chính cần nghiên cứu: - Khả năng điều khiển vận tốc: Điều khiển mức ga, mức sử dụng thể tích làm việc của bơm thủy lực, số truyền của hộp số cơ khí. - Khả năng khởi hành và tăng tốc. - Khả năng kéo tối đa và khả năng vượt các chướng ngại vật. Các thông số đầu vào cho mô hình: là các thông số kỹ thuật cần thiết đáp ứng để giải hệ phương trình vi phân, đặc tính ngoài của động cơ và một số đặc tính lực cản LHM điều khiển được để đáp ứng các phương án nghiên cứu động lực học. 4.3.2. Mô hình mô phỏng Matlab-Simulink Trên cơ sở phân tích các quan hệ động học, động lực học và mô hình toán học, nghiên cứu sinh (NCS) đã xây dựng mô hình mô phỏng các quá trình động lực học của LHM xúc YANMAR 3000 trên phần mềm Matlab- Simulink đáp ứng theo mục tiêu nghiên cứu lý thuyết đã đặt ra (hình 4.2). Mô hình Simulink gồm các khối: Động cơ diesel  Bơm thuỷ lực  Bình tích áp + các ống nối  Motor thuỷ lực  Bánh xe chủ động  Thân máy kéo. Hình 4.2. Mô hình Simulink mô phỏng động lực học liên hợp máy xúc lật Các mô đun điều khiển: Mô đun điều khiển mức ga động cơ diesel, 11
mô đun điều khiển mức sử dụng thể tích bơm thủy lực, mô đun điều khiển đặc tính lực cản. Các tham số mô hình (các thông số kỹ thuật, các tỷ số truyền của hộp giảm tốc cơ khí, đặc tính động cơ, đặc tính kéo bám,…v.v) được nhập từ một file Matlab. Các kết quả mô phỏng ở dạng đồ thị được vẽ trên Matlab từ các dữ liệu do Simulink gửi sang. 4.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT MÔ HÌNH Mô hình động lực học hệ thống truyền động của máy nông nghiệp tự hành được xây dựng và sử dụng để thay thế cho hệ thống máy thực trong khảo sát xác định tính chất, trạng thái làm việc của hệ thống máy khi chịu tác động thay đổi về kết cấu và điều kiện làm việc, hình thành các cơ sở cho việc thiết kế chế tạo, xây dựng các chế độ làm việc hợp lý cho hệ thống truyền động cũng như cả hệ thống máy. 4.4.1. Phân tích sự tương quan giữa các đặc tính của các thông số khảo sát trong hệ thống truyền động của máy kéo Trạng thái làm việc của hệ thống máy trong trường hợp khảo sát chịu tác động thay đổi nhanh của tải trọng, tương tự như khi máy di chuyển qua mấp mô dạng bậc hoặc bộ phận công tác gặp vật cản lớn. Động cơ, bơm và mô tơ thủy lực làm việc ổn định sau 4 giây ở chế độ ga 80 %, góc xoay đĩa nghiêng của bơm 50 %. Máy di chuyển ổn định và gặp vật cản tại giây thứ 7, lực cản có giá trị thay đổi từ 650 N tới 7500 N trong thời gian 1 giây (hình 4.3). Vật cản tạo ra lực tác động thay đổi giá trị lớn trong thời gian ngắn, hoạt động của hệ thống truyền động có sự tự điều chỉnh và nhanh chóng ổn định nhờ các phản ứng linh hoạt của hệ thống truyền động thủy lực. Trước tiên khi tải trọng tăng tạo ra áp suất cao trong mạch truyền động thủy lực, nhờ có tác động của van áp suất, nó không vượt quá giá trị đặt trước, trong trường hợp khảo sát, áp suất giới hạn của van được đặt ở giá trị 100 bar, khi áp suất trong mạch thủy lực vượt quá giá trị giới hạn. Van xả áp mở, một phần lưu lượng dầu cung cấp từ bơm qua van xả về thùng dầu, lưu lượng tới mô tơ thủy lực giảm, áp suất trong mạch thủy lực được duy trì ở giá trị giới hạn, đảm bảo cho động cơ không bị quá tải, 12
trạng thái làm việc của hệ thống truyền động nhanh chóng ổn định mà không cần tác động điều chỉnh ga hay góc nghiêng đĩa bơm. 4.4.2. Khảo sát ảnh hưởng van xả áp Trong trường hợp khảo sát này, mức ga thay đổi từ 0 – 80% và ổn định sau 3 giây, góc nghiêng đĩa bơm không thay đổi ở 50%, lực cản dạng bậc có giá trị thay đổi từ 700 N đến 7000 N tại giây thứ 8, van xả áp được điều chỉnh thay đổi giá trị áp suất ở 3 mức 250 bar (tương đương với không có van xả áp), 150 bar và 120 bar. Khi có tác động của lực cản dạng bậc, áp suất trong hệ thống truyền động thủy lực tăng nhanh, tạo ra dao động với biên độ lớn (80 – 100) bar với áp suất đặt van 250 bar và ổn định sau 3 giây. Với áp suất đặt 150 bar, biên độ dao động áp suất giảm đáng kể, chỉ còn 25 – 30 bar, thời gian ổn định sau 2 giây và với áp suất đặt ở mức 120 bar, giá trị áp suất của mạch truyền động thủy lực được duy trì ổn định, không tạo ra dao động. 13
Tuy nhiên trong trường hợp áp suất đặt có giá trị nhỏ, lưu lượng dầu tới động cơ thủy lực giảm do tác động xả dầu của van áp suất khi làm Hso su dung cong suat max = 0.6 Muc Dieu khien Ga va Bom [%] Toc do Dong co,Bom,Motor [v/ph] Mo men Dong co Me[Nm] 2000 100 100 k = 80 1600 ne kga, k [%] 80 60 kga= 50 1200 np 50 Me=58.2 40 gamin 800 20 nm 0 400 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 Ap suat p thuy luc 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Cong suat dong co và Motor [kW] Van toc LHM [km/h] Cong sua danh nghia Ne max = 22 kW 120 20 pz=100 100 3 p [bar] 15 80 V lt 10 Ne=8.5 2 40 5 V Nm =3.8 0 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Luu luong Bom, Motor, Van xa ap 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 80 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Qp, Qm, Qz [l/ph] Qp Qm Qz 60 Do truot Banh xe x Hieu suat TDTL h 0.4 1 14 40 0.3 0.8 0.6 0.47 0.2 20 0.4 0.1 0.2 0 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Luc can Luc can Luc can 10000 10000 10000 (Pf +7000) (Pf +7000) (Pf +7000) Pcan [N] 5000 5000 5000 Pf Pf Pf 0 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 thoi gian t[s] thoi gian t[s] thoi gian t[s] a) Đặc tính điều khiển; b) Đặc trính truyền động, c) Đặc tính truyền năng lượng. Hình 4.3. Đồ thị tương quan giữa các đặc tính của hệ thống truyền động thuỷ lực trên liên hợp máy xúc
việc ở chế độ tải lớn, làm cho tốc độ di chuyển của máy chậm hơn, thậm chí tạm dừng không di chuyển ảnh hưởng đến trạng thái hoạt động liên tục, làm giảm năng suất làm việc của liên hợp máy. Với kết quả khảo sát ta có thể sơ bộ lựa chọn được giá trị áp suất đặt hợp lý là 150 bar. Với giá trị áp suất này, biên độ dao động của áp suất trong mạch truyền động thủy lực không quá lớn để tạo ra sự mất an toàn và ổn định, vẫn đảm bảo được hiệu suất truyền động cũng như tốc độ di chuyển không thay đổi nhiều. 4.4.3. Khảo sát thay đổi mức ga động cơ Khi điều kiện làm việc thay đổi trong phạm vi nhận biết trước của người vận hành, có thể chủ động điều khiển mức ga hoặc góc nghiêng của bơm để duy trì trạng thái làm việc ổn định, hạn chế và khắc phục các tác động của điều kiện làm việc. Kết quả khảo sát trong hình 4.4 cho thấy tốc độ LHM tăng lên nhanh và ổn định ngay sau khi ngừng tác động ga động cơ, trạng thái làm việc của hệ thống máy khá ổn định sau khi vượt qua vật cản với các thông số tốc độ quay động cơ, tốc độ di chuyển liên hợp máy thay đổi không nhiều. Tuy nhiên khi động cơ làm việc ở chế độ tốc độ quay cao, chịu tải lớn, đồng nghĩa với việc sử dụng công suất lớn, chi phí nhiều nhiên liệu. Hạn chế này có thể được cải thiện khi sử dụng hệ thống truyền động thủy lực có bơm hoặc động cơ thủy lực thay đổi lưu lượng. 4.4.4. Khảo sát thay đổi góc nghiêng đĩa điều khiển lưu lượng bơm Khi khảo sát điều khiển thay đổi góc nghiêng của bơm, mức ga động cơ giữ cố định ở 60 %, góc nghiêng của đĩa thay đổi từ 0 đến 100 % trong thời gian 2s, giữ ổn định mức 100 % trong thời gian 6 s sau đó giảm nhanh xuống mức 50 % trong thời gian 0.5s và cũng tương tự như trong khảo sát thay đổi mức ga, lực tác động dạng bậc có giá trị thay đổi từ 500 N đến 5000 N tại thời điểm 2s trùng thời điểm điều khiển bơm. Tương tự như việc tăng ga, sự tăng góc nghiêng đĩa bơm làm tăng lưu lượng bơm và làm tăng tốc độ di chuyển, giúp cho liên hợp máy có vận tốc đủ lớn để vượt qua vật cản. Kết quả khảo sát được thể hiện trên hình 4.5. 15
M uc ga kga va muc xoay dia dieu khien Bom k kga1= 100 kg a, k [%] 100 k =60 50 kga2= 60 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Toc do dong co diesel 2500 ne [v/ph] 1500 500 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Van toc LHM V1 V [km/h] 4 V2 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Momen cua Motor thuy luc 120 100 50 80 M m 40 Ne [kW] Mm [Nm] 60 30 40 20 20 Ne 10 0 0 -20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Luc can 10000 P can [N] (pf + 5000) 5000 Pf 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 thoi gian t[s] Hình 4.4. Diễn biến các thông số động lực học khi điều khiển mức ga 16
M uc ga kga va muc xoay dia dieu khien Bom k k 1= 100 100 [%] kga=60 kg a, k 50 k 2= 60 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Toc do dong co diesel 2000 ne [v/ph] 1500 1000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Van toc LHM 6 V1 5 V [km/h] 4 V2 3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Momen cua Motor thuy luc 120 100 50 80 40 Ne [kW] Mm [Nm] Mm 60 30 40 20 20 Ne 10 0 0 -20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Luc can 10000 P can [N] (pf + 5000) 5000 Pf 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 thoi gian t[s] Hình 4.5. Điều khiển đĩa nghiêng của bơm 17
4.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của thay đổi số truyền Trong trường hợp khảo sát, LHM sau khi khởi hành cần chuyển số từ 1 sang 2 để tăng tốc độ di chuyển. Khác với sự thay đổi số truyền trong hệ thống truyền động cơ khí, cần phải có tác động ngắt, gài bộ li hợp khá phức tạp, trong hệ thống truyền động của máy kéo khảo sát không có bộ li hợp, tác động ngắt, gài truyền động được thực hiện nhờ hệ thống truyền động thủy lực. M uc ga kga va muc xoay dia dieu khien Bom k k 2= 100 100 kga, k [%] k 1= 80 kga=60 50 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Hop so Co hoc 3 So truyen So 2 2 So 1 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Toc do dong co diesel 2000 ne [v/ph] 1500 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Van toc LHM V2= 8.7 V [km/h] 9 6 V1= 4.7 3 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Momen cua Motor thuy luc 120 100 Mm [Nm] Ne [kW] 80 Mm 60 30 40 Ne 20 20 10 0 0 -20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Luc can 9000 P can [N] 6000 (pf + 3000) 3000 Pf 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 thoi gian t[s] Hình 4.6. Điều khiển số truyền làm việc 4.4.6. Khảo sát trạng thái hoạt động của liên hợp máy xúc lật 18
Kết quả khảo sát mô hình được thể hiện trên hình 4.7. Quá trình xúc nạp tải diễn ra trong khoảng thời gian 18 giây, động cơ làm việc ổn định tại mức ga 80 %, góc nghiêng đĩa bơm giữ cố định 50 %. M uc ga kga va muc xoay dia dieu khien Bom k 100 [%] k = 80 kg a, k kga=50 50 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Toc do dong co diesel 2000 ne [v/ph] 1500 1000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Van toc LHM 2 V [m/s] V1= 1.2 V2= 1.2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Ap suat vaf Luu luong Motor thuy luc p [bar], Qm [l/ph] 120 pz= 110 80 Qm 40 p 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 L uc can Xuc cat [N] 9000 6000 3000 Pf Pf 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Thoi gian t [s] Hình 4.7. Liên hợp máy thực hiện công việc xúc nạp tải 4.4.7. Khảo sát đặc tính điều khiển tỷ số truyền theo lực kéo 19
Để đảm bảo duy trì ổn định mô men động cơ của máy kéo khi làm việc với lực kéo thay đổi trong khoảng giá trị xác định từ đặc tính kéo không thứ nguyên, cần thay đổi tỷ số truyền của truyền động thủy lực theo yêu cầu. Kết quả khảo sát mô hình được thể hiện trên hình 4.8. Dac tinh keo khong thu nguyen 1 0.8 a) 0.6 k k , x 0.4 x 0.2 P =7416 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Pk [N] Ty so truyen yeu cau 3 2 b) i hyc A i hmax =1.28 B 1 951 6786 P =7416 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Pk [N] Ty so truyen dap ung 3 2 c) i hdu A i hmax =1.28 B 1 951 6786 P =7416 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Pk [N] Muc xoay dia nghieng dieu khien bom 100 d) k Vp [%] 50 951 6786 P =7416 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Pk [N] Mo men dong co Me 120 90 79.46 e) Me [Nm] 60 30 951 6786 P =7416 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Pk [N] Hình 4.8. Điều khiển tỷ số truyền thuỷ lực theo tải trọng kéo của máy kéo 20