Tài liệu 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: 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)   ; rbsbs 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 P1z  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  Ft R  z lv .b p S (  1 ) R (2.7) N p  M cp . p  Ft .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 P1x và lực nâng của phay P1 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 -