Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến tính ổn định hướng chuyển động trên đất dốc của liên hợp máy kéo xích cao su

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu động lực học chuyển động của liên hợp máy kéo xích cao su làm việc trên đất dốc, làm cơ sở khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng đến quỹ đạo chuyển động và chất lượng làm việc của liên hợp máy (LHM) trong điều kiện sản xuất nông lâm nghiệp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến tính ổn định hướng chuyển động trên đất dốc của liên hợp máy kéo xích cao su

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH ------------------------- PHẠM THỊ THU HẰNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN TÍNH ỔN ĐỊNH HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐẤT DỐC CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO XÍCH CAO SU TẮT TÓM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 62.52.01.03 HÀ NỘI – 2017
Công trình được hoàn thành tại: CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Phạm Thị Thu Hằng, Nguyễn Ngọc Quế, Lê Trung Dũng (2015), “Xây dựng mô hình tính toán lý thuyết khảo sát động lực học của máy kéo xích cao su liên hợp với máy phay khi làm việc trên đất dốc (phần 1)”, Tạp chí Cơ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế khí Việt Nam, Tổng hội Cơ khí Việt Nam,( só đặc biệt tháng 04/2015), PGS.TS. Lê Trung Dũng trang 55-59. 2. Phạm Thị Thu Hằng, Lê Trung Dũng, Nguyễn Ngọc Quế (2016), “Xây dựng mô hình lý thuyết xác định khả năng làm việc của máy kéo xích cao su liên hợp với máy phay khi làm việc trên đất dốc (phần 2)”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Tổng hội Cơ khí Việt Nam,( só đặc biệt tháng 09/2016), Phản biện 1: PGS.TS. Bùi Hải Triều trang 195-200. Phản biện 2: GS.TS. Chu Văn Đạt 3. Phạm Thị Thu Hằng, Lê Trung Dũng, Nguyễn Ngọc Quế (2016), “Động Phản biện 3: TS. Đậu Thế Nhu học và động lực học làm việc của phay đất”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Tổng hội Cơ khí Việt Nam,( só đặc biệt tháng 09/2016), trang 326-331. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện Họp tại: VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH Vào hồi……….. giờ ………… ngày ………. tháng ………. Năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án tại : 1. Thư viện Quốc gia Việt Nam 2. Thư viện Viện cơ điện NN và Công nghệ STH
MỞ ĐẦU động học λ, từ đó tìm ra giới hạn nhỏ nhất λ để đất đạt yêu cầu. Những năm gần đây Đảng và Nhà nước ta rất quan tâm đến đời sống của Trong luận án đã sử dụng phần mềm mô phỏng, có thể khảo sát linh hoạt bà con vùng trung du và miền núi, vì đất đai đồi dốc, máy móc nhập khẩu chưa các phương án kết cấu, thông số sử dụng của LHM. Độ tin cậy và chính xác của đáp ứng được yêu cầu của người dân do đó đa số bà con còn nối canh tác thủ mô hình đã được đánh giá thông qua thực nghiệm đối chứng. Đề xuất phương pháp thực nghiệm xác định hàm mô men cản cũng như công, cho nên đời sống bà con còn thấp. Do vậy để đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa hàm lực đẩy của phay nhờ khung đo lực kéo được thiết kế chuyên dụng cho máy vùng đất dốc một mặt nâng cao kinh tế, hiệu quả, tiết kiệm nhiên liệu và an toàn kéo MTZ-80, loadcell đo lực đẩy, cảm biến đo áp suất Huba control 511 và cảm cho người lao động mặt khác giá thành chế tạo rẻ phù hợp hơn cho người lao biến đó lưu lượng Lake R-6HD-50FAW (Mỹ) có độ chính xác cao. động Việt Nam. Ứng dụng phương pháp thực nghiệm xác định quỹ đạo chuyển động của Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên, đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của LHM bằng Camera tốc độ cao (FASTCAM SA1.1 675K-C1), khá chính xác và một số thông số đến tính ổn định hướng chuyển động trên đất dốc của liên hợp phù hợp với vận tốc chuyển động nhỏ của LHM khi làm việc trên đất dốc. máy kéo xích cao su” là rất cần thiết cho cơ giới hóa đất đồi dốc ở nước ta và là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao. CHƯƠNG 1 Mục tiêu của luận án : nghiên cứu động lực học chuyển động của liên hợp máy TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU kéo xích cao su làm việc trên đất dốc, làm cơ sở khảo sát ảnh hưởng của một số Trên cơ sở phân tích tình hình tổng quan về đất dốc, tổng quan về cơ giới hóa thông số kết cấu và sử dụng đến quỹ đạo chuyển động và chất lượng làm việc làm đất nông lâm nghiệp, tình hình nghiên cứu chế tạo máy kéo ở trong nước, các của liên hợp máy (LHM) trong điều kiện sản xuất nông lâm nghiệp. loại máy kéo xích dùng trong đồi dốc trong nước và quốc tế, cũng như tổng quan Nhiệm vụ của luận án: Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu xây dựng mô hình động học và chế độ làm việc của máy phay, có thể rút ra những nhận xét sau: động lực học quá trình chuyển động của LHM, có tính đến đặc tính động cơ, - Sự ổn định hướng khi làm việc của máy kéo khi kết hợp với máy công tác được đường truyền lực và quan hệ phay- đất đến máy nông nghiệp. Mô hình có thể nhiều công trình nghiên cứu nhưng tất cả các công trình nghiên cứu ở trong và được mô phỏng bằng toán học và giải trên phần mềm hiện đại của máy tính, ngoài nước đều chưa có đề tài nào nghiên cứu sâu về sự ổn định hướng của máy nhằm tăng khả năng khảo sát nhiều phương án, rút ngắn thời gian cũng như chi kéo xích cao su cỡ nhỏ liên kết với may phay khi làm việc trên đất dốc ngang. phí nghiên cứu. - Lực đẩy của phay tác động vào máy kéo có ảnh hưởng lớn đến khả năng ổn Do quan hệ đất máy (xích- đất, phay-đất) là quan hệ rất phức tạp nó phụ định hướng và giảm tiêu hao công suất của máy. Theo Jun SaKai (1983) ông đã thuộc vào rất nhiều các yếu tố ngẫu nhiên vì vậy luận án cần phải nghiên cứu đề xuất công thức tính lực đẩy và lực nâng của phay, các giá trị lực này phụ thực nghiệm để xác định các thông số đầu vào cho mô hình nghiên cứu lý thuyết, thuộc vào hệ số lực cản của đất, công suất trục phay, bán kính trống phay…. đồng thời xác định quỹ đạo chuyển động của LHM để khẳng định độ tin cậy của - Sự ổn định hướng của máy kéo và máy công tác là một yêu cầu cần thiết nó mô hình toán đã thiết lập. giúp đi đúng hướng mà người lái mong muốn, không ảnh hưởng đến cây Những đóng góp mới của đề tài luận án trồng xung quanh, tiêu hao nhiên liệu ít, chất lượng làm việc ổn định, giảm Mô hình được xây dựng trong luận án đã mô tả khá đầy đủ tính chất căng thẳng cho người lái….Sự ổn định hướng phụ thuộc vào các thông số kết chuyển động của LHM khi làm việc trên đất dốc. Trong mô hình đã tích hợp cấu và điều kiện sử dụng. tương tác giữa động cơ, hệ thống truyền lực, dải xích, đất và máy nông nghiệp. - Đất trồng trên vùng trung du miền núi phía Bắc có độ dốc trên 10o, thành phần Luận án đã tiến hành nghiên cứu đặc trưng làm việc của phay đất, tương chủ yếu là sét do đó việc làm đất bằng biện pháp cơ giới mang lại năng suất và tác giữa phay và đất, máy công tác với máy kéo xích thông qua hàm mô men lực hiệu quả cao hơn, nhưng độ dốc hiện trường làm giảm khả năng ổn định ngang, cản của phay cũng như hàm lực đẩy của phay, ngoài ra luận án đã phân tích được gây khó khăn trong việc sản xuất. chất lương làm việc của phay và công suất làm việc của phay phụ thuộc chỉ số 1 2
- Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trong cơ giới hóa khâu làm đất và những tồn tại trong Theo Kopшун B.H (2005) ông đã đưa ra công thức tính λ như sau: nghiên cứu ổn định ngang của máy kéo trên đất dốc, nội dung đề tài đặt ra nghiên cứu h   z lv . arccos(1   ) ảnh hưởng của một số thông số đến khả năng làm việc trên đất dốc của liên hợp máy R trong đó: 0  hδ  hc (với hc  R ) (2.2)  kéo xích cao su trong đó nghiên cứu khả năng ổn định hướng là chủ yếu; đề tài có sử h z lv . sin arccos(1  ) dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, kết hợp kiểm chứng bằng thực nghiệm. R CHƯƠNG 2 Để đảm bảo khả năng nông học của đất khi phay thì chiều cao sót tối CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA MÁY PHAY thiểu phải bằng chiều sâu phay (hδ=hc). Vậy giá trị nhỏ nhất của λ là: VÀ ĐẤT KHI LIÊN HỢP VỚI MÁY KÉO hc   z lv . arccos(1  ) (2.3)  min  R 2.1 Lực của đất tác dụng vào phay h 2.1.1 Chỉ số động học λ z lv . sin arccos(1  c ) R Chỉ số động học λ ảnh hưởng trực tiếp đến yêu cầu nông học của đất. Cụ 2.1.2 Chiều dài cung cắt S z thể nếu λ1 thì đất mới bắt đầu bị cắt vì vận tốc phay lớn hơn vận tốc máy (hình 2.1). x S R Vp (2.1) lưỡi cắt 1   ; rbsbs Vm φ C hc C’  1 T  1 lưỡi cắt 2  1 hc Hình 2.3. Động học quá trình cắt đất của phay 2 R Chiều dài cung cắt S do quỹ đạo của lưỡi cắt đất tạo ra được tính như sau:\ 1  1 (2.4) Hình 2.1: Quỹ đạo chuyển động của một điểm trên lưỡi cắt khi phay quay với S  D(  1)  (1  k 2 sin 2  ) d  0 chỉ số động học λ1 Khi λ >1 có thể mô tả quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt hình 2.2, trong 4 Trong đó : 4k 2  ; φ1=  t1  arccos(1  2k1 ) đó hδ- chiều cao sót của đất và zlv - số lưỡi cắt làm việc đồng thời. k  2 ( k 2  1) 2 1 (  1) 2  2.1.3. Xác định lực và mô men cản của phay Lực cắt tổng P là lực tổng hợp gồm hai thành phần là lực pháp tuyến Fn và lực tiếp tuyến Ft. Khi biểu diễn lực P lên hai phương đứng oz là P1z và phương ngang ox là P1x (hình 2.4): Lực tác dụng tổng lên trống phay theo hai phương ox và oz là: P  Zlv (F .cos - F .cos(   )) (2.5) 1 x t k n k P1z  Zlv(Fnsin(φk+ζ)+Ftsinφk)) (2.6) Hình 2.2: Mô tả thông số động học của phay 3 4
Z R 41z R41x (1)  R 13z R31x D A (4) Vm R 31z lt R13x R42z (3) ζ b1 Gp R23z (2) B R 42x P1z R32x C C P R φ φk J ld R 23x R 32z hc D C’ P1x hp γ e c Fn X b2 Ft z Hình 2.4. Các lực tác dụng lên lưỡi phay o x Mô men cản và công suất của phay là: PΣ1x PΣ1z M cp  Ft R  z lv .b p S (  1 ) R (2.7) Hình 2.6: Sơ đồ cân bằng lực và mô men của cơ cấu treo Tách các khâu tại các khớp sau đó đặt các phản lực liên kết vào các khớp N p  M cp . p  Ft .R. p  z lv b p S [(  1 ) 2   2 ].R p (2.8) vừa tách như hình 2.6. Cân bằng lực và mô men tại các khâu, biến đổi cuối cùng 2.2. Phân tích động học va động lực học cơ cấu treo của máy phay ta được hệ các phương trình mô tả lực tác động tại cơ cấu treo: R41X – R13x = 0 2.2.1 Sơ bộ kết cấu, mô hình tính toán và các giai đoạn làm việc R41Z – R13Z = 0 - Sơ bộ kết cấu của cơ cấu treo hình 2.5. R42x + R32x = 0 R42z + R32z = 0 (2.9) z O D A R13x + R23x +PΣ1x =0 Pm R13z + R23z +PΣ1z +Gp=0 B R13z .ltsinρ2+R13x .ltcosρ2 =0 C R32x .ldsinρ1+R32z.ldcosρ1 =0 R32X .b1+PΣ1x .(b1 +b2) +(Gp-P1z)e-R23z.c=0 2.2.2 Lực máy phay tác dụng lên cơ cấu treo khi LHM làm việc trên đất dốc x y (   ) R 41z A  R41x  C1 Pm c1 D B1 0T R41x M A a1 Pm x  c2 B2   R42x C2 B R42z Hình 2.7 Sơ đồ tính giá trị lực Pm Hình 2.5: máy phay liên kết với máy kéo nhờ cơ cấu bốn khâu bản lề Lực đẩy tổng  P1x phụ thuộc vào rất nhiều thông số như tính chất đất, chiều sâu Các nội lực chính tác động vào phay là phản lực tựa tại các khớp bản lề (hình vẽ 2.6): Lực Pm: Pm  R412  R422  2 R41 R42 c os(   ) (2.10) 5 6
2.3 Ảnh hưởng lực đẩy của máy phay lên máy kéo khi LHM làm việc trên M x -p = (a - d). (Pm .cos ) (2.12) đất dốc ngang + Nếu khoảng lệch tâm ad khi lắp phay lệch phía dưới dốc thì: 7 8
CHƯƠNG 3 Nhìn theo hướng A-A z MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA LHM KHI LÀM VIỆC TRÊN ĐẤT ĐỒI DỐC vx 3.1. Xây dựng mô hình toán khảo sát khả năng làm việc trên đất dốc của LHM c lm 3.1.1. Xây dựng mô hình o l1 M Gp.cosβ Các giả thiết: G.sinβsinψ γ MP G.cosβ Pm hg Mk - Do khảo sát LHM khi làm việc với chiều sâu phay cố định, bỏ qua vận tốc xoay Z Gpsinβsinψ hm quanh ox, oy và dịch chuyển của tọa độ trọng tâm theo oz. Pf C K Pk hc hp x - Tọa độ trọng tâm và vị trí treo máy phay được cho là nằm trong mặt phẳng 0,5Lx PΣ1x e thẳng đứng đối xứng chứa đường tâm dọc của máy kéo; PΣ1z Lx - Máy kéo chuyển động ổn định và bỏ qua các tải trọng động vì máy kéo nông nghiệp thường chuyển động với vận tốc thấp; Nhìn theo hướng B-B - Tính chất cơ lý của đất là đồng nhất, góc dốc ngang là hằng số; - Lực đẩy của phay nằm trong mặt phẳng đối xứng dọc của máy kéo và nghiêng với phương ngang một góc cố định  ; -Trong mặt phẳng thẳng đứng: cơ cấu treo làm việc ở thế bơi. - Các khớp liên kết của cơ cấu treo là các khớp bản lề, do đó trong mặt phẳng ngang, xem như cơ cấu treo được liên kết cứng với máy kéo. Do vậy thành phần ngang G p sin  cos có tác dụng lên máy kéo. ' Mô hình vật lý của LHM được mô tả như hình 3.1 và 3.2: Hình 3.2: Các lực và mô men tác dụng lên LHM khi làm việc trên đất dốc ngang β ở hình chiếu đứng (nhìn theo hướng A.A và B-B) Các kí hiệu được sử dụng trong mô hình vật lý là:  – góc dốc ngang; ψ- góc xoay thân máy;G, Gp- trọng lượng máy kéo và của phay; Pkd, Pkt- lực chủ động của dải xích phía dưới và phía trên dốc;Pfd, Pft- lực cản lăn của dải xích phía dưới và trên dốc; Zd, Zt- phản lực pháp tuyến của đất tác dụng lên hai dải xích; Yt, Yd- phản lực ngang của đất tác dụng lên hai dải xích; Ym- phản lực ngang tác dụng lên phay;Pm -lực đẩy bởi máy phay tác động lên máy kéo; v x , v y – vận tốc tịnh tiến theo hai phương x, y ;ωz- vận tốc xoay LHM quanh trục oz vuông góc với mặt phẳng oxy tại tọa độ trọng tâm;B- chiều rộng cơ sở giữa hai dải xích;b- bề rộng của một dải xích; Lx – chiều dài dải xích Hình 3.1: Các lực và mô men tác dụng lên LHM khi làm việc trên đất dốc ngang tiếp xúc với đất; e- độ lệch tâm áp lực trên mặt tựa xích;hg-chiều cao tọa độ trọng tâm;hm-chiều cao cơ cấu treo;hc- chiều sâu phay; Lp-Bề rộng phay;γ- góc nghiêng β ở hình chiếu bằng 9 10
3.1.2. Mô hình toán học việc. Nên mô men động cơ sinh ra luôn cân bằng với mô men cản từ trống phay Cân bằng lực và mô men đối với tọa độ trọng tâm của LHM trong hệ tọa và từ hệ thống di động quy dẫn về trục khuỷu động cơ, ta có: độ di động được hệ ba phương trình sau: Me=M1+ M2 (Nm) (3.4) M(vx  vy .z )  (Pkd  Pkt )  (Pfd Pft )  G.sin.sin  Pm.cos trong đó: Me- mô men động cơ (Nm)  M1- mô men truyền đến hệ thống di động của máy kéo (Nm) M(vy  vx .z )  (Yd  Yt  Ym )  (G  GP ).sin.cos (3.1)   M2 – mô men truyền đến bộ phận làm việc của phay (Nm) Ioz (z )  (Pkt - Pft - Pkd  Pfd ).B/2- (Gp .sin.cos.(lm  c) (G Gp ).sin.cos.(ey - c) Mcx )  1 t 3.2.1 Mô hình các phần tử trong liên hợp máy [(Pkd  Pkt )  (Pfd  Pft ) G. sin.sin  Pm . cos  M.vy .z ]dt v x  vxo  M 0 3.2.1.1 Mô hình động cơ máy kéo  Đặc tính của động cơ JD-32 của máy kéo xích MKX-30, đường đặc tính t 1 vy  vyo  [(Yt Yd Ym )  (G  GP ) sin. cos  M.vx .z )]dt (3.2)  M0 gồm hai phần:  t z  0Z  1 [(Pkt - Pt - Pkd  Pfd ) *B/2- ( Gp .sin.cos *(lm  c) (G Gp ).sin.cos.(ey - c)  Mcx ) ]dt + Nhánh tự điều chỉnh: Me = -0,0537. ne + 118, khi ne>= neH (3.5)  I oz 0 2 + Nhanh quá tải: Me = -0.0000035.ne +0,0089.ne – 7,0632 khi ne
Z Vx Lx X 0 m l Y X 0 b Gsinβ Mx Hình 3.4. Đồ thị đường đặc tính độ trượt δ-Pk của máy kéo xích MKX-30 khi làm việc trên đất Hình 3.5. hình chiếu đứng và hình chiều bằng của mặt đế tựa dải xích khi làm việc Phương trình hồi quy: δ= 3.10-9P k2+6.10-6Pk-0.001 Theo đinh luật cơ học ta có chuyển dịch theo phương dọc và ngang của - Xác định lực cản chuyển động của LHM dải xích khi LHM làm việc trên đất dốc ngang theo hệ tọa độ cố định XOY: Pf  f cl Z  fcl (G cos   Pm sin  ) (3.11)  A  vo  y. (3.18) - Tổng lực cản chuyển động của máy kéo:   A  o  x. Pcx  Pf  G sin  sin  Pm cos  (3.12) Trong đó: τA- chuyển dịch của điểm A theo phương dọc của dải xích; - Lực kéo chủ động Pk, lực kéo nhánh xích dưới Pkd và lực kéo nhánh xích trên ηA- chuyển dịch của điểm A theo phương ngang của dải xích; ηo- chuyển dịch Pkt: của trọng tâm theo phương ngang của dải xích; vo- vận tốc ban đầu của LHM; Pk  Pkt  Pkd  Pcx  Pf  G sin  sin  Pm cos  (3.13) ψ- góc xoay thân máy; ηo (G  Gp ).cos  Pm sin (G.hg  Gp.hp ) sin cos Gsin.sin  Pm cos m l Y Pkd  fcl.(  ) 2 B 2 (G  Gp ).cos  Pm sin (G.hg  Gp .hp ) sin cos G sin.sin  Pm cos τ x(i+1) xi Pkt  fcl .(  ) A K x1 xo(l,t) /X O 2 B 2 Δl η + Xác định phản lực ngang tác dụng lên dải xích i.v.Δt Y  Yt  Yd  (G  G p )sin  cos (3.14) Hình 3.6 Sơ đồ xác định chuyển dịch của dải xích khi LHM làm việc trên đất - Xác định độ dịch tâm áp lực dốc. G (c cos   hg sin  sin )  Pm .(hm cos   l1 sin  ) (3.15) Vậy lực tổng tác dụng theo phương ngang lên dải xích là: e đ N M (3.20) Z  F   y .v.t.b.C i đat (Ghg  G p h p ) sin  .cos (3.16) 0 d Z Mcx=  M đ   y i .vt.(l.i.v.t ).b.C đat (3.21) B B 3.2.1.2 Mô hình truyền động nhánh 2 cho phay c.G sin  cos  l m .G p sin  cos  Pkt B  Pfd B  G sin  cos  Pm cos  ey  2 2 (3.17) Y Mp M cp (3.22) M2   - Mô men cản xoay của dải xích MC.x i2 . 2 (i x .itl .i p ) 2 13 14
a) Mô hình Phay START Trong chương 2 đã phân tích và chứng minh được hàm mô men cản phay: Mcp= Zlv bS(τ+μ1σ).R Nhập các thông số đầu vào: G,Gp, Lx, c,B, b) Mô hình hệ thống truyền động thủy lực hg, l1, hp, hm, Lm, D, b, ihtdd, ηmk, ηp, ip, zlv, Gọi Mb là mô men xoắn trên trục bơm. cơ tỷ số truyền từ trục khuỷu đến ic, μ,τ,σ, hc, β, fcl, Jo , Me=f(ne), δ=f(Pk)…. bơm là ib vậy mô men dẫn động cho phay quy về trục khuỷu là M2 là: Mb (3.23) t=0 (ψ=0) M2  itl . x Sgh -khoảng giới hạn di chuyển theo phương ox; c) Xác định tỷ số truyền chung và hiệu suất bộ truyền cho phay Tính Mcp, Mk, Me, λ, to – giới hạn thời gian. Nếu gọi tỷ số truyền từ trục khuỷu động cơ đến trục trống phay là i2: P1x , P1z Pm, vm, vp i 2  i x .itl .i p (3. 24) Để xác định itl, Ở phần thực nghiệm đã tiến hành thí nghiệm xác định Giải ba phương trình tích phân 3.3 được vx, vy, ωz được tỷ số truyền thủy lực của bơm đến phay itl (hình 3.7): Giải các phương trình tích phân 3.4 được: X=  v x ,Y=  v y , ψ=   z t < to or X=Sgh t =to or X=Sgh KẾT QUẢ (X(t),Y(t), ψ(t) Hình 3.7 Kết quả đo tỷ số truyền từ bơm thủy lực đến mô tơ thủy lực phụ thuộc Hình 3.8: Lưu đồ tính quỹ đạo chuyển động của LHM khi làm việc trên đất vào mô men cản phay Mcp dốc ngang 3.3. Khảo sát bài toán trượt ngang của LHM MKX-30 3.4. Kết quả tính toán Lưu đồ tính 3.4 1. Quỹ đạo chuyển động của liên hợp máy trên đất dốc ngang Xét bài toán trên LHM kéo xích cao su MKX-30, lắp thêm máy phay L1501 làm việc trên vùng đồi dốc, khi không tác động vào hệ thống lái: Hình 3.16, Trình bày quỹ đạo của LHM làm việc trên đất dốc ngang 12o chiều sâu phay hc=10cm,Vxo=1.2km/h, τ=3,5N/cm2 , σ=2,6N/cm2, quỹ đạo của LHM là một đường cong hướng xuống chân dốc. 15 16
O Hình 3.9: Quỹ đạo chuyển động của LHM B2010 lắp máy phay L1501 Khi làm việc trên đất dốc ngang Hình 3.12: Ảnh hưởng của độ dốc  đến quỹ đạo chuyển động của LHM theo phương dọc ox=20m Qua khảo sát, thay đổi độ dốc  khoảng dịch chuyển theo phương Y và góc xoay thân máy  cũng thay đổi. Cụ thể khoảng dịch chuyển theo phương Y và góc xoay thân máy  tỷ lệ thuận với độ dốc . 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của lắp phay đến lệch ngang Hình 3.10: Quan hệ giữa góc xoay thân máy  khi di chuyển quãng đường OX[m] Vx Vy Hình 3.13: Kết quả mô phỏng tính chất động học của LHM B2010 khi lắp máy Hình 3.11: Quan hệ giữa vx và vy của LHM Khi làm việc trên đất dốc ngang phay lệch tâm 10 cm sang trái và phải với chiều sâu phay hc=10cm. Qua các đồ thị cho thấy khi LHM đi quãng đường dọc theo phương OX là Qua mô phỏng khi lắp phay lệch trái (lệch dưới dốc) thì độ ổn định của LHM 10m thì LHM dịch chuyển xuống 0,16m theo phương ngang Y và xoay nghiêng một tăng và ngược lại khi lắp phay lệch phải (lệch trên dốc) thì độ ổn định của LHM góc ψ=2,8o, LHM đi quãng đường dọc theo phương OX là 20m (tăng 10m) thì LHM giảm. Khoảng tăng giảm nhiều hay ít phụ thuộc chủ yếu vào khoảng lệch tâm a. 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc LHM đến lệch ngang dịch chuyển xuống 1,36m (tăng 1,2m) theo phương ngang Y và xoay nghiêng một góc ψ=12o khi LHM đi được 25m (tăng 5m) theo phương OX thì nó dịch ngang theo phương OY một đoạn là 2,75m (tăng 1,39m) và xoay nghiêng một góc ψ=19,5o. Vậy khi LHM làm việc trên đất dốc thì thân máy bị xoay theo phương ngang đi dần về phía dưới dốc, thời gian làm việc càng dài thì góc xoay thân máy càng lớn, khoảng dịch chuyển dọc X tăng chậm dần và khoảng dịch chuyển ngang Y tăng nhanh dần. 3.4.2 Ảnh hưởng của độ dốc  đến lệch ngang Hình 3.14: Kết quả mô phỏng tính chất động học của LHM khi thay đổi vận tốc Khảo sát quỹ đạo chuyển động của LHM khi làm việc với độ dốc 1. Vxo=1km/h 2. Vxo=1.5km/h 3. Vxo=3km/h =8 ,12 ,15o và giữ nguyên các thông số như khảo sát trên được đồ thị hình 3.12: o o thanh treo phay với trục ox; hp- chiều cao trọng tâm phay đến mặt đất. 17 18
Kết quả khảo sát khi thay đổi vận tốc đến khả năng ổn định của LHM là khác 9 8 7 6 5 4 nhau, khi vận tốc nhỏ thì khoảng lệch ngang Y tăng và khi vận tốc tăng thì 9 3 Máy phay TN khoảng lệch ngang Y giảm. Cụ thể, với quãng đường X=20m vận tốc Vxo=1km/h 2 1 xét thì khoảng lệch ngang Y là 3,36m; khi Vxo=1.5km/h thì khoảng lệch ngang Y 12 10 là 1,36m, và khi Vxo=3km/h thì khoảng lệch ngang Y là 0,33m và khi Vxo=5km/h Khung máy kéo thì khoảng lệch ngang Y là 0,12m . KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 11 1. Khi góc dốc nhỏ (10-25o) và máy kéo đủ bám thì máy kéo chỉ chuyển động lệch xuống dưới dốc do biến dạng ngang theo phương OY gây ra. Hình 4.1 .Mô hình và sơ đồ bố trí các thiết bị đo 2. Khi tăng chiều sâu phay hc (phay sâu hơn) thì khả năng chống trượt 1.Động cơ máy kéo;2.bộ chia công suất; 3. sensor đo tốc độ quay của động cơ; ngang và chống xoay tốt hơn, đồng thời tăng lực đẩy phay do đó sẽ tăng khả 4.hộp số; 5. bơm thủy lực; 6.hộp phân phối; 7. đầu nối nhanh; 8. cảm biến đo năng ổn định hướng chuyển động của LHM. lưu lượng và áp suất dầu; 9. cảm biến đo số vòng quay của mô tơ thủy lực đến 3. Nếu vận tốc di chuyển của máy kéo Vm tăng thì khả năng ổn định hướng máy phay.10. cầu chủ động.11 loadcell đo lực đẩy; 12.hộp giảm tốc máy phay; chuyển động của LHM tăng, xong chỉ số động học λ lại giảm ảnh hưởng đến yêu 4.2.2 Kết quả đo lực đẩy cầu chất lượng nông học. Do vậy để vừa đảm bảo tính ổn định hướng và cả yêu Qua thí nghiệm cho thấy, lực đẩy của phay phụ thuộc vào mô men cản cầu nông học thường nên chọn chỉ số động học λ trong khoảng 3-5 là phù hợp phay, khi lực đẩy tăng thì mô men cản phay cũng tăng theo và ngược lại, do vậy nhất. khẳng định mô hình lý thuyết ở chươnng 2 là đúng. Vì khi lực đẩy tăng thì lực 4. Nếu lắp phay lệch xuống phía dưới dốc thì độ ổn định hướng tốt hơn khi cắt cũng tăng dẫn đến mô men truyền đến phay cũng tăng theo. lắp cân, còn nếu lắp phay lệch phía trên dốc thì độ ổn định hướng là kém nhất, do khi lắp phay lệch phía trên dốc lực Pmcosγ và Gpsinβsinψ sẽ sinh ra mô men xoay làm cho LHM quay xuống dốc nhanh hơn và ngược lại khi lắp phay lệch về phía dưới dốc. 5. Qua kết quả khảo sát cho thấy khi LHM làm việc trên đất dốc ngang β, nếu gốc dốc β tăng thì khoảng dịch chuyển theo phương ngang Y và góc xoay thân máy ψ cũng tăng dẫn đến độ ổn định hướng của LHM giảm. Để tăng khả năng ổn định hướng chuyển động khi phay trên dốc ngang, cơ cấu treo máy kéo cần được thiết kế với hệ thống dịch chuyển điểm treo tự động bằng xi lanh lực để dịch chuyển máy phay ngược xuống phía dưới dốc tỷ lệ theo góc gốc β. Hình 4.2: Đặc tính lực đẩy phụ thuộc vào mô men cản phay Mp (hc=10;7cm) Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm Mục đích nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định: các tham số đầu vào của mô hình tính toán (ứng suất tiếp τ và ứng suất cắt σ và tỷ số truyền từ động cơ đến mô tơ thủy lực, xác định đặc tính động cơ), chỉ số động học λ ảnh hưởng rất lớn đến lực đẩy phay và chất lượng làm đất và nghiên cứu thực nghiệm còn nhằm kiểm chứng mức độ tin cậy của mô hình tính toán quỹ đạo chuyển động của LHM ở chương 3 lý thuyết và cũng đồng thời kiểm chứng biện pháp nâng cao độ ổn định hướng của LHM khi làm việc trên đất dốc ngang. Hình 4.3: Đặc tính lực đẩy phụ thuộc vào chỉ số động học λ (hc=10;7cm) 4.2 Thí nghiệm đo lực đẩy và mô men cản phay Thực nghiệm đã cho thấy khi chỉ số động học λ tăng thì lực đẩy tổng 4.2.1 Mô hình và sơ đồ bố trí các thiết bị đo P1x giảm. Do khi chỉ số động học λ tăng tức là vận tốc Vp tăng, lên diện tích cắt 19 20
3 1 đất và chiều dài cung tiếp xúc của một lưỡi cắt giảm dẫn đến lực cắt giảm do vậy nLH 2 Ne lực đẩy tổng P1x theo phương ox giảm. Máy phay TN 7 4 MC Me D 10 9 A 23 4.2.3 So sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết tính toán ở chương 2 Pm 5 V Sau khi đã đo được số liệu lực tổng PΣ1x đưa về hồi quy và so sánh với B 6 Mbs G mô phỏng tính toán được kết quả như hình 4.4 và 4.5: nbs hc 8 11 P 1x P1z Pk Pf Hình 4.6 .Mô hình và sơ đồ bố trí các thiết bị đo 1- Động cơ ; 2- sensor đo số vòng quay động cơ; 3- côn ly hợp; 4- Hộp số; 5- bơm thủy lực; 6- hộp phân phối; 7- đầu nối nhanh; 8-cảm biến đo lưu lượng và áp suất dầu; 9-cảm biến đo số vòng quay của mô tơ thủy lực đến máy phay; 10- hộp số máy phay; 11- bánh sao; 12- camera tốc độ cao. 4. 3.2 Kết quả đo quỹ đạo chuyển động của LHM Hình 4.4 So sánh kết quả mô phỏng tính toán và thực nghiệm (khi hc=10cm) * Quỹ đạo chuyển động của phay khi chạy không tải Hình 4.7. kết quả đo quỹ đạo chuyển động của LHM khi chạy không tải * Quỹ đạo chuyển động của LHM khi lắp cân Hình 4.5 So sánh kết quả mô phỏng tính toán và thực nghiệm (hc=7cm) - Lực đẩy PΣ1x phụ thuộc vào rất nhiều các thông số như tính chất đất, chiều sâu phay, kết cấu trống phay, cấu tạo lưỡi cắt... và chỉ số động học λ, theo thực nghiệm do trong quá trình phay có hiện tượng trượt, tính chất đất không đồng nhất... (giá trị trượt nhiều hay ít phụ thuộc vào đất phay và chỉ số động học λ) lên Hình 4.8. kết quả đo quỹ đạo chuyển động của LHM khi lắp phay cân giữa lý thuyết và thực nghiệm có sự chênh lệch. Cụ thể khi chỉ số động học λ * Quỹ đạo chuyển động của LHM khi lắp phay lệch trái nhỏ thì giữa lý thuyết và thực nghiệm về kết quả lực đẩy tổng tương đối giống nhau nhưng khi λ tăng thì hiện tượng trượt xẩy ra và λ càng lớn thì trượt càng nhiều dẫn đễn sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm càng lớn. Vì trong lý thuyết tính toán bỏ qua trượt do đó kết quả có sự sai số với thực nghiệm. 4.3 Thí nghiệm đo quỹ đạo chuyển động của LHM khi làm việc trên dất dốc. 4.3.1 Mô hình thí nghiệm Hình 4.9. kết quả đo quỹ đạo chuyển động của LHM khi lắp phay lệch trái Trên hình 4.6 giới thiệu về mô hình và sơ đồ lắp các thiết bị đo: * Quỹ đạo chuyển động của LHM khi lắp phay lệch phải 21 22
Quỹ đạo chuyển động của LHM khi lắp phay cân hai bên Hình 4.12: so sánh phụ thuộc của độ dịch ngang đến quỹ đạo chuyển động của LHM khi lắp phay cân Hình 4.10. kết quả đo quỹ đạo chuyển động của LHM khi lắp phay lệch phải c) Khi lắp phay lệch trái - Để LHM chuyển động ổn định nhất khi làm việc trên đất dốc (độ dốc β không Đồ thị so sánh khoảng lệch ngang Y của LHM làm việc trên chiều dài đổi) thì nên lắp phay lệch trái ( về phía dưới dốc) khi đó người lái tác dụng vào ox=18,5m, chiều sâu phay hc=10cm, vận tốc vx=0,65km/h tính và thực nghiệm cơ cấu lái ít nhất trong khoảng thời gian làm việc như nhau, còn ngược lại khi lắp khi lắp phay lệch trái: lệch về phía phải thì người lái lại phải tác dụng vào cơ cấu lái nhiều nhất trong Quỹ đạo chuyển động của LHM khi lắp phay lệch dưới dốc cùng khoảng thời gian làm việc. 4.3.3 So sánh kết quả thực nghiệm với mô hình tính toán quỹ đạo của LHM B2010B và máy phay L1501 khi làm việc trên đất dốc ngang a) Khi LHM làm việc không tải Đồ thị so sánh khoảng lệch ngang Y của LHM làm việc trên chiều dài ox=18,5m, chiều sâu phay hc=10cm, vận tốc vx=0,74km/h : Hình 4.13 : so sánh phụ thuộc của độ dịch ngang đến quỹ đạo chuyển động của Quỹ đạo chuyển động của LHM khi chạy không tải LHM khi lắp phay lệch trái d) Khi lắp phay lệch phải Đồ thị so sánh khoảng lệch ngang Y của LHM làm việc trên chiều dài ox=18,2m, chiều sâu phay hc=10cm, vận tốc vx=0.76km/h : Quỹ đạo chuyển động của LHM khi lắp phay lệch trên dốc Hình 4.11 : So sánh phụ thuộc của độ dịch ngang đến quỹ đạo chuyển động của LHM khi chạy không tải b) Khi lắp phay cân hai bên Đồ thị so sánh khoảng lệch ngang Y của LHM làm việc trên chiều dài ox=18m, chiều sâu phay hc=10cm, vận tốc trung bình vx=0,76 km/h. Hình 4.14 : so sánh phụ thuộc của độ dịch ngang đến quỹ đạo chuyển động của LHM khi lắp phay lệch phải KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 1. Xây dựng được mô hình thực nghiệm xác định hàm mô men cản cũng như hàm lực đẩy của phay tác dụng lên máy thông qua khung đo lực kéo được 23 24
thiết kế chuyên dụng cho máy kéo MTZ-80. nếu chỉ số động học λ tăng thì chất lượng làm đất và chi phí công suất cho phay 2. Ứng dụng phương pháp thực nghiệm xác định quỹ đạo chuyển động tăng, nhưng nếu λ tăng quá lớn thì chi phí công suất cho phay tăng nhanh (hình của LHM bằng Camera tốc độ cao (FASTCAM SA1.1 675K-C1), khá chính xác 2.18) song chất lượng làm đất tăng rất chậm (hình 2.7), để vừa đảm bảo chất và phù hợp với vận tốc chuyển động nhỏ của LHM khi làm việc trên đất dốc. lượng phay và chi phí năng lượng hợp lý nên chọn chỉ số động học λ từ 3-5 khi 3. Phương pháp thực nghiệm đo lực đẩy phụ thuộc vào chỉ số động học λ đó vừa vẫn đảm bảo yêu cầu nông học vừa tiết kiệm chi phí năng lượng. với sai số trung bình giũa mô hình tính toán và thực nghiệm là 11,83 và 13,7% là 4. Luận án đã xây dựng được mô hình động lực học mô tả khá đầy đủ tính hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu. Từ thực nghiệm này cũng khẳng định được độ chất chuyển động của LHM trên đất dốc. Trong mô hình đã tích hợp tương tác chính xác và mức độ tin cậy của mô hình tính toàn là hoàn toàn chấp nhận được. giữa động cơ, hệ thống truyền lực, dải xích, đất và máy nông nghiệp. Sử dụng 4. Ứng dụng phương pháp thực nghiệm xác định quỹ đạo chuyển động phần mềm Matlab cho phép mô phỏng và khảo sát linh hoạt các phương án kết của LHM bằng Camera tốc độ cao (FASTCAM SA1.1 675K-C1) hoàn toàn đáp cấu, thông số sử dụng của LHM. Các thông số vào của mô hình được xác định ứng khi LHM đang làm việc với vận tốc rất nhỏ (0,5-3Km/h) và trên đất dốc. bằng thực nghiệm. Độ tin cậy và chính xác của mô hình đã được đánh giá thông 5. Kết quả thực nghiệm đo quỹ đạo chuyển động của LHM khi di chuyển qua các thí nghiệm đối chứng với sai số 12,2% nằm trong phạm vi cho phép. trên đất dốc ngang hoàn toàn phù hợp với mô hình tính toán trong cùng điều kiện 5. Ứng dụng phương pháp thực nghiệm xác định quỹ đạo chuyển động làm việc như nhau, với sai số trung bình 12,2% là hoàn toàn tương thích về quy của LHM bằng Camera tốc độ cao (FASTCAM SA1.1 675K-C1) hoàn toàn đáp luật. Điều đó chứng tỏ mô hình tính toán đủ tin cậy cho nghiên cứu. ứng khi LHM đang làm việc với vận tốc rất nhỏ (0,5-3Km/h) và trên đất dốc. 6. Khi lắp phay lệch lên trên hoặc dưới dốc thì quỹ đạo đo được hoàn toàn 6. Qua mô phỏng lý thuyết và thực nghiệm đã chứng mình nếu LHM đi phù hợp với mô hình tính toán với sai số 9,7 và 13,6% là hoàn toàn nằm trong vận tốc vx=1,2Km/h, độ dốc β=12o, chiều sâu phay hc=10cm và khi lắp phay ở phạm vi cho phép. các vị trí khác nhau thì LHM sẽ chuyển động lệch ra khỏi hành lang an toàn. Cụ thể khi lắp phay lệch trái (lắp xuống dưới dốc) là 12,5cm thì sau quãng đường KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 22m LHM ra khỏi hành lang an toàn (chạm vào hàng cây trồng), nếu phay lắp KẾT LUẬN lệch phải (lệch lên trên dốc) 12,5cm, sau quãng đường là khoảng 12m thì LHM 1.Luận án đã tiến hành phân tích các thành phần phản lực của đất tác chạm ra khỏi hành lang an toàn. Vậy lên lắp phay lệch xuống phía dưới dốc sẽ động lên máy phay bao gồm hai thành phần lực chính là lực đấy phay PΣ1x và lực tăng tính ổn định hướng của LHM giúp người điều khiển đỡ căng thẳng vì sau nâng phay PΣ1z. Để đảm bảo được chiều sâu phay ổn định thì lực nâng phay phải quãng đường dài hơn với phải đánh lái. cân bằng với trọng lượng của máy và lực áp lực của cơ cấu thủy lực, còn lực đẩy KIẾN NGHỊ phay sẽ kết cấu và điều kiện sử dụng.làm tăng tính ổn định hướng chuyển động 1. Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện mô hình động lực học LHM khi làm của LHM khi lắp phay lệch xuống phía dưới dốc, còn nếu lắp lệch lên phía trên việc trên dốc ngang có kể đến ảnh hưởng của tải trọng ngẫu nhiên như đất không dốc thì LHM sẽ xoay xuống phía dưới dốc nhanh hơn gây mất ổn định hướng lớn đồng nhất thể hiện bằng ứng suất pháp và ứng suất tiếp thay đổi khác nhau. hơn. 2. Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để thu thập bộ số liệu lực đẩy của 2. Luận án đã nghiên cứu lý thuyết và tìm được hàm mô men lực cản của phay vào máy kéo ở một số loại đất có tính chất cơ lý điển hình trong nông lâm phay (2.30) cũng như hàm lực đẩy (2.28) phụ thuộc chỉ số động học λ (phụ thuộc nghiệp Việt Nam . vào S), chiều sâu phay hc sau đó đã kiểm chứng bằng thực nghiệm. Kết quả có sai số là 11,83 và 13,7% nhưng sai số nằm trong phạm vị cho phép. 3. Chất lượng làm đất phụ thuộc vào chỉ số động học λ (2.2), theo đó 25 26