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:
VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH
CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
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
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế
PGS.TS. Lê Trung Dũng
su liên hợp với máy phay khi làm việc trên đất dốc (phần 1)”, Tạp chí Cơ
khí Việt Nam, Tổng hội Cơ khí Việt Nam,( só đặc biệt tháng 04/2015),
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
Phản biện 2: GS.TS. Chu Văn Đạt
Phản biện 3: TS. Đậu Thế Nhu
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
trang 195-200.
3. Phạm Thị Thu Hằng, Lê Trung Dũng, Nguyễn Ngọc Quế (2016), “Động
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.
MỞ ĐẦU
Những năm gần đây Đảng và Nhà nước ta rất quan tâm đến đời sống của
bà con vùng trung du và miền núi, vì đất đai đồi dốc, máy móc nhập khẩu chưa
đáp ứng được yêu cầu của người dân do đó đa số bà con còn nối canh tác thủ
công, cho nên đời sống bà con còn thấp. Do vậy để đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa
vùng đất dốc một mặt nâng cao kinh tế, hiệu quả, tiết kiệm nhiên liệu và an toàn
cho người lao động mặt khác giá thành chế tạo rẻ phù hợp hơn cho người lao
động Việt Nam.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên, đề tài: “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” 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.
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.
Nhiệm vụ của luận án: Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu xây dựng mô hình
động lực học quá trình chuyển động của LHM, có tính đến đặc tính động cơ,
đường truyền lực và quan hệ phay- đất đến máy nông nghiệp. Mô hình có thể
được mô phỏng bằng toán học và giải trên phần mềm hiện đại của máy tính,
nhằm tăng khả năng khảo sát nhiều phương án, rút ngắn thời gian cũng như chi
phí nghiên cứu.
Do quan hệ đất máy (xích- đất, phay-đất) là quan hệ rất phức tạp nó phụ
thuộc vào rất nhiều các yếu tố ngẫu nhiên vì vậy luận án cần phải nghiên cứu
thực nghiệm để xác định các thông số đầu vào cho mô hình nghiên cứu lý thuyết,
đồng thời xác định quỹ đạo chuyển động của LHM để khẳng định độ tin cậy của
mô hình toán đã thiết lập.
Những đóng góp mới của đề tài luận án
Mô hình được xây dựng trong luận án đã mô tả khá đầy đủ tính chất
chuyển động của LHM khi làm việc trên đất dốc. Trong mô hình đã tích hợp
tương tác giữa động cơ, hệ thống truyền lực, dải xích, đất và máy nông nghiệp.
Luận án đã tiến hành nghiên cứu đặc trưng làm việc của phay đất, tương
tác giữa phay và đất, máy công tác với máy kéo xích thông qua hàm mô men lực
cản của phay cũng như hàm lực đẩy của phay, ngoài ra luận án đã phân tích được
chất lương làm việc của phay và công suất làm việc của phay phụ thuộc chỉ số
1
động học λ, từ đó tìm ra giới hạn nhỏ nhất λ để đất đạt yêu cầu.
Trong luận án đã sử dụng phần mềm mô phỏng, có thể khảo sát linh hoạt
các phương án kết cấu, thông số sử dụng của LHM. Độ tin cậy và chính xác của
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
hàm lực đẩy của phay nhờ khung đo lực kéo được thiết kế chuyên dụng cho máy
kéo MTZ-80, loadcell đo lực đẩy, cảm biến đo áp suất Huba control 511 và cảm
biến đó lưu lượng Lake R-6HD-50FAW (Mỹ) có độ chính xác cao.
Ứng dụng phương pháp thực nghiệm xác định quỹ đạo chuyển động của
LHM bằng Camera tốc độ cao (FASTCAM SA1.1 675K-C1), khá chính xác và
phù hợp với vận tốc chuyển động nhỏ của LHM khi làm việc trên đất dốc.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Trên cơ sở phân tích tình hình tổng quan về đất dốc, tổng quan về cơ giới hóa
làm đất nông lâm nghiệp, tình hình nghiên cứu chế tạo máy kéo ở trong nước, các
loại máy kéo xích dùng trong đồi dốc trong nước và quốc tế, cũng như tổng quan
động học và chế độ làm việc của máy phay, có thể rút ra những nhận xét sau:
- Sự ổn định hướng khi làm việc của máy kéo khi kết hợp với máy công tác được
nhiều công trình nghiên cứu nhưng tất cả các công trình nghiên cứu ở trong và
ngoài nước đều chưa có đề tài nào nghiên cứu sâu về sự ổn định hướng của máy
kéo xích cao su cỡ nhỏ liên kết với may phay khi làm việc trên đất dốc ngang.
- Lực đẩy của phay tác động vào máy kéo có ảnh hưởng lớn đến khả năng ổn
định hướng và giảm tiêu hao công suất của máy. Theo Jun SaKai (1983) ông đã
đề xuất công thức tính lực đẩy và lực nâng của phay, các giá trị lực này phụ
thuộc vào hệ số lực cản của đất, công suất trục phay, bán kính trống phay….
- Sự ổn định hướng của máy kéo và máy công tác là một yêu cầu cần thiết nó
giúp đi đúng hướng mà người lái mong muốn, không ảnh hưởng đến cây
trồng xung quanh, tiêu hao nhiên liệu ít, chất lượng làm việc ổn định, giảm
căng thẳng cho người lái….Sự ổn định hướng phụ thuộc vào các thông số kết
cấu và điều kiện sử dụng.
- Đất trồng trên vùng trung du miền núi phía Bắc có độ dốc trên 10o, thành phần
chủ yếu là sét do đó việc làm đất bằng biện pháp cơ giới mang lại năng suất và
hiệu quả cao hơn, nhưng độ dốc hiện trường làm giảm khả năng ổn định ngang,
gây khó khăn trong việc sản xuất.
2
- Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trong cơ giới hóa khâu làm đất và những tồn tại trong
nghiên cứu ổn định ngang của máy kéo trên đất dốc, nội dung đề tài đặt ra nghiên cứu
ảnh hưởng của một số thông số đến khả năng làm việc trên đất dốc của liên hợp máy
kéo xích cao su trong đó nghiên cứu khả năng ổn định hướng là chủ yếu; đề tài có sử
dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, kết hợp kiểm chứng bằng thực nghiệm.
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA MÁY PHAY
VÀ ĐẤT KHI LIÊN HỢP VỚI MÁY KÉO
2.1 Lực của đất tác dụng vào phay
2.1.1 Chỉ số động học λ
Chỉ số động học λ ảnh hưởng trực tiếp đến yêu cầu nông học của đất. Cụ
thể nếu λ<1 thì phay vừa quay vừa trượt do đó đất chưa bị cắt, nếu λ=1 thì vận
tốc của phay và vận tốc của máy bằng nhau do đó đất cũng không bị cắt, chỉ khi
λ>1 thì đất mới bắt đầu bị cắt vì vận tốc phay lớn hơn vận tốc máy (hình 2.1).
Vp
R
(2.1)
;
rbsbs
Theo Kopшун B.H (2005) ông đã đưa ra công thức tính λ như sau:
h
z lv . arccos(1 )
trong đó: 0 hδ hc (với hc R )
(2.2)
R
h
z lv . sin arccos(1 )
R
Để đảm bảo khả năng nông học của đất khi phay thì chiều cao sót tối
thiểu phải bằng chiều sâu phay (hδ=hc). Vậy giá trị nhỏ nhất của λ là:
hc
)
R
h
z lv . sin arccos(1 c )
R
z lv . arccos(1
min
2.1.2 Chiều dài cung cắt S
z
Vm
ω
R
x
φ
hc
T
1
2 R
C
C’
1
hc
S
lưỡi cắt 1
Vm
1
(2.3)
lưỡi cắt 2
Hình 2.3. Động học quá trình cắt đất của phay
Chiều dài cung cắt S do quỹ đạo của lưỡi cắt đất tạo ra được tính như sau:\
Hình 2.1: Quỹ đạo chuyển động của một điểm trên lưỡi cắt khi phay quay với
chỉ số động học λ<1; λ=1 và λ>1
Khi λ >1 có thể mô tả quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt hình 2.2, trong
đó hδ- chiều cao sót của đất và zlv - số lưỡi cắt làm việc đồng thời.
1
1
S D( 1) (1 k 2 sin 2 ) d
0
4
Trong đó :
k
(2.4)
4k 2
( k 2 1) 2
φ1= t1 arccos(1 2k1 )
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:
(2.5)
P Zlv (F .cos - F .cos( ))
1 x
Hình 2.2: Mô tả thông số động học của phay
3
t
k
n
k
P1z Zlv(Fnsin(φk+ζ)+Ftsinφk))
4
(2.6)
Z
R 41z
R 13z
R41x
(1)
A
R31x D
Vm
R13x
R 31z
(4)
lt
R42z
(3)
ζ
φ φk
R
b1
P1z
C
P
P1x
hc
Fn
hp
X
c
o
PΣ1x
M cp Ft R z lv .b p S ( 1 ) R
(2.7)
N p M cp . p Ft .R. p z lv b p S [( 1 ) 2 2 ].R p
(2.8)
2.2. Phân tích động học va động lực học cơ cấu treo của máy phay
2.2.1 Sơ bộ kết cấu, mô hình tính toán và các giai đoạn làm việc
- Sơ bộ kết cấu của cơ cấu treo hình 2.5.
O
A
e
z
Hình 2.4. Các lực tác dụng lên lưỡi phay
Mô men cản và công suất của phay là:
D
ld
R 23x R 32z
b2
Ft
z
Pm
B
C
x
x
PΣ1z
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
vừa tách như hình 2.6. Cân bằng lực và mô men tại các khâu, biến đổi cuối cùng
ta được hệ các phương trình mô tả lực tác động tại cơ cấu treo:
R41X – R13x = 0
R41Z – R13Z = 0
R42x + R32x = 0
R42z + R32z = 0
(2.9)
R13x + R23x +PΣ1x =0
R13z + R23z +PΣ1z +Gp=0
R13z .ltsinρ2+R13x .ltcosρ2 =0
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
y
( )
R 41z
R41x
C1
D
R41x
Pm
A
M
x
C2
c2
R42x
c1
Pm
B1
A
B2
R 42x
R32x C
J
D C’
γ
B
(2)
R23z
Gp
0T
a1
B
R42z
Hình 2.5: máy phay liên kết với máy kéo nhờ cơ cấu bốn khâu bản lề
Các nội lực chính tác động vào phay là phản lực tựa tại các khớp bản lề
(hình vẽ 2.6):
5
Lực đẩy tổng
Lực Pm:
Hình 2.7 Sơ đồ tính giá trị lực Pm
phụ
thuộc vào rất nhiều thông số như tính chất đất, chiều sâu
P1x
Pm R412 R422 2 R41 R42 c os( )
6
(2.10)
2.3 Ảnh hưởng lực đẩy của máy phay lên máy kéo khi LHM làm việc trên
đất dốc ngang
a) Xét trường hợp phay lắp cân
y
Pft
Yt
Mcp
Gsinβsinψ
Gpsinβsinψ
Pf
Pm cosγ
Y
Lp
d
Gpsinβcosψ
x
β
Pfd
c
Yd
ey
Hình 2.8 Các lực tác dụng của phay lên máy kéo khi phay lắp đối xứng và
LHM làm việc trên đất dốc β (góc xoay ψ=0)
Khi đó lực đẩy của phay P1x và lực nâng của phay P1 z tác dụng thông
qua cơ cấu treo đến máy kéo là Pmcosγ, lực này sinh ra mô men quay Mx-p làm
xoay LHM xuống chân dốc.
(2.11)
M x -p = d.Pm cos
b) Xét trường hợp phay lắp lệch
Xét trường hợp khi phay lắp lệch (hình 2.9), lực đẩy phay qua cơ cấu treo
tác dụng lên máy kéo (Pmcosγ), lực này làm xoay máy kéo với mô men xoay
Mm-p ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động của máy kéo .
y
Pft
Yt
Mcp
Gpsinβsinψ
a
Pf
Y
Pm cosγ
Pfd
Lp
Gsinβsinψ
d
Gpsinβcosψ
x
β
c
Yd
ey
Hinh 2.9. Các lực tác dụng của phay lên máy kéo khi phay lắp lệch và LHM
làm việc trên đất dốc β (góc xoay ψ=0)
+ Nếu khoảng lệch tâm a>d khi lắp phay lệch phía dưới dốc thì:
7
M x -p = (a - d). (Pm .cos )
(2.12)
+ Nếu khoảng lệch tâm a
= neH
(3.5)
2
+ Nhanh quá tải:
Me = -0.0000035.ne +0,0089.ne – 7,0632 khi ne
- Xem thêm -