Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu đến tính chất chuyển động vòng của máy kéo bánh dùng trong nông nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HÀN TRUNG DŨNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ SỬ DỤNG VÀ KẾT CẤU ĐẾN TÍNH CHẤT CHUYỂN ĐỘNG VÒNG CỦA MÁY KÉO BÁNH DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HÀN TRUNG DŨNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ SỬ DỤNG VÀ KẾT CẤU ĐẾN TÍNH CHẤT CHUYỂN ĐỘNG VÒNG CỦA MÁY KÉO BÁNH DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 62.52.01.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. BÙI HẢI TRIỀU HÀ NỘI - 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng để bảo vệ ở bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 16 tháng 12 năm 2013 Tác giả luận án Hàn Trung Dũng ii LỜI CẢM ƠN Với tất cả lòng chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Hải Triều – Bộ môn Động lực, Khoa Cơ Điện, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, người đã tận tình động viên, chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong nhiều năm để tôi đủ quyết tâm hoàn thành bản luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo Bộ môn Động lực, Khoa Cơ Điện, Ban Quản lý đào tạo, Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội và các khoa, phòng, ban, viện trong trường đã giúp đỡ về chuyên môn cũng như tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc và tập thể cán bộ CNV Trung tâm Giám định máy và thiết bị (trực thuộc Viện Cơ Điện NN và Công nghệ STH) đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về thiết bị trong quá trình triển khai thí nghiệm. Xin chân thành cảm ơn Th.S. Lê Anh Sơn, giảng viên Bộ môn Động lực, Khoa Cơ Điện, Trường Đại học Nông nghiệp đã giúp đỡ phần mềm và công cụ tính toán rất hiệu quả. Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp trong và ngoài cơ quan và đặc biệt là các thành viên trong gia đình, đã giúp đỡ, ủng hộ, động viên, góp ý kiến để tôi hoàn thành bản luận án này. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận án Hàn Trung Dũng iii Với tất cả lòng chân triển MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ x DANH MỤC BẢNG xiii MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5 1.1. Khái quát về tình hình phát triển máy kéo nông nghiệp ở nước ta 5 1.1.1. Thực trạng trang bị máy kéo ở nước ta 5 1.1.2. Tình hình nghiên cứu chế tạo máy kéo ở nước ta 7 1.2. Khái quát về tính chất chuyển động của máy kéo 8 1.3. Sự cần thiết nghiên cứu tính chất chuyển động vòng của máy kéo nông nghiệp 11 1.4. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về tính chất chuyển động của máy kéo 15 1.4.1. Quá trình và thành tựu nghiên cứu động lực học ô tô theo phương ngang 15 1.4.2. Tình hình nghiên cứu về tính chất chuyển động của máy kéo bánh 19 1.5. Tình hình nghiên cứu tính chất chuyển động của máy kéo ở trong nước .24 1.6. Mô hình động lực học nghiên cứu tính chất chuyển động của máy kéo 26 1.7. Các mô hình bánh xe để nghiên cứu tính chất chuyển động của máy kéo30 1.8. Kết luận phần Tổng quan 37 Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 2.1. Nội dung nghiên cứu 38 2.2. Phương pháp nghiên cứu 38 2.2.1. Phương pháp mô hình hoá đối tượng nghiên cứu 38 2.2.2. Phương pháp mô phỏng số kết hợp với mô phỏng thực nghiệm 40 2.2.3. Phương pháp giải bài toán chuyển động của ô tô máy kéo 43 2.2.4. Phương pháp đánh giá tính chất chuyển động của ô tô máy kéo 45 iv 2.2.5. Phương pháp thí nghiệm xác định các tham số đặc trưng của mô hình nghiên cứu 47 2.2.6. Xây dựng phương pháp thí nghiệm xác định quỹ đạo chuyển động vòng của máy kéo 49 2.3. Kết luận chương 2 55 Chương 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG VÒNG CỦA MÁY KÉO TRÊN ĐẤT NÔNG NGHIỆP .57 3.1. Lựa chọn mô hình động lực học chuyển động của máy kéo nông nghiệp 57 3.2. Xây dựng mô hình động lực học chuyển động vòng của máy kéo nông nghiệp trong trường hợp tổng quát 58 3.2.1. Các giả thiết khi xây dựng mô hình 58 3.2.2. Hệ thống phương trình vi phân mô tả tính chất chuyển động vòng 59 3.2.3. Các quan hệ động học bổ sung 61 3.2.4. Mô hình động cơ máy kéo 63 3.2.5. Mô hình hệ thống truyền lực 64 3.2.6. Mô hình bánh xe máy kéo nông nghiệp 71 3.2.7. Lực cản kéo của máy nông nghiệp 76 3.3. Thử nghiệm mô hình để khảo sát chuyển động vòng của máy kéo trên đất nông nghiệp 77 3.3.1. Mô hình một vết cho máy kéo có một cầu chủ động (4x2) 78 3.3.2. Sơ đồ khối thuật toán khảo sát tính chất chuyển động vòng của máy kéo một cầu chủ động 79 3.4. Kết luận chương 3 80 Chương 4. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CHUYỂN ĐỘNG VÒNG CỦA MÁY KÉO TRÊN ĐẤT NÔNG NGHIỆP 81 4.1. Chọn đối tượng để khảo sát 81 4.2. Khảo sát động lực học chuyển động vòng 82 4.2.1. Phương án thay đổi góc lái cuối 82 4.2.2. Phương án thay đổi tốc độ xoay bánh xe dẫn hướng 83 4.3. Khảo sát chuyển động vòng ổn định 84 v 4.3.1. Các thông số chuyển động vòng ổn định khi thay đổi góc lái cuối 85 4.3.2. Các thông số chuyển động vòng ổn định khi thay đổi tỉ số truyền 85 4.3.3. Các thông số chuyển động vòng ổn định khi thay đổi lực cản kéo 87 4.3.4. Các thông số vòng ổn định khi thay đổi phân bố trọng lượng 88 4.4. Khảo sát sự sai lệch quỹ đạo chuyển động so với quỹ đạo cho trước 92 4.4.1. Sai lệch quỹ đạo khi máy kéo quay vòng 90 0 93 4.4.2. Sai lệch quỹ đạo khi vòng 180 0 không nút 94 4.4.3. Sai lệch quỹ đạo khi vòng 180 0 theo hình quả lê 95 4.5. Khảo sát ảnh hưởng của đặc tính bánh xe khi làm việc trên các loại nền 97 4.6. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu khác đến quỹ đạo chuyển động vòng 98 4.6.1. Trường hợp trọng tâm liên hợp máy bị lệch hẳn về một phía 98 4.6.2. Trường hợp thay đổi tỷ số truyền khi quay vòng 99 4.7. Kết luận chương 4 100 Chương 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 101 5.1. Thí nghiệm xác định mô men quán tính J z của máy kéo đối với trục đứng qua trọng tâm 101 5.2. Xây dựng đặc tính động cơ bằng thực nghiệm 105 5.3. Thí nghiệm xác định đặc tính bánh xe máy kéo 106 5.3.1. Mô tả chung về thiết bị thí nghiệm bánh xe WTD-02 106 5.3.2. Sơ đồ lắp ráp các cụm chức năng 107 5.3.3. Sơ đồ truyền động cho bánh xe thí nghiệm 108 5.3.4. Sơ đồ bố trí thiết bị đo lường 108 5.3.5. Kết nối thiết bị với máy kéo ngoài thực địa 109 5.3.6. Tổ chức thí nghiệm 111 5.3.7. Kết quả thí nghiệm 111 5.3.8. Kết quả xác định các hệ số của mô hình bánh xe 113 5.4. Thí nghiệm kiểm chứng kết quả mô phỏng 116 5.4.1. Mục đích thí nghiệm 116 vi 5.4.2. Xây dựng hệ thống đo lường, thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm quá trình quay vòng máy kéo 116 5.4.3. So sánh kết quả tính toán khảo sát theo mô hình mô phỏng với kết quả thực nghiệm trên máy kéo MTZ-80 122 5.5. Kết luận chương 5 125 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 127 Kết luận 127 Đề nghị 128 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị tính F Góc lệch bên trung bình của hai bánh xe cầu trước rad R Góc lệch bên trung bình của hai bánh xe cầu sau rad Góc chuyển động lệch tại vị trí trọng tâm rad Góc xoay trung bình của hai bánh xe dẫn hướng cầu trước quanh trục z trong theo hệ tọa độ thân xe rad xF Hệ số bám dọc trung bình của các bánh xe cầu trước yF Hệ số bám ngang trung bình của các bánh xe cầu trước xR Hệ số bám dọc trung bình của các bánh xe cầu sau yF Hệ số bám ngang trung bình của các bánh xe cầu sau RF Hệ số bám tổng hợp của bánh xe cầu trước RR Hệ số bám tổng hợp của bánh xe cầu sau T Hiệu suất truyền lực cơ khí H Hiệu suất truyền lực thủy lực F Hệ số phân bố tải trọng pháp tuyến trên cầu trước R Hệ số phân bố tải trọng pháp tuyến trên cầu sau Hệ số ma sát giữa bánh xe với mặt đường E Vận tốc góc của trục khuỷu động cơ rad/s E Gia tốc góc của trục khuỷu động cơ rad/s 2 LH Vận tốc góc của trục li hợp rad/s LH Gia tốc góc của trục li hợp rad/s 2 F Vận tốc góc của bánh xe cầu trước rad/s F Gia tốc góc của bánh xe cầu trước rad/s 2 R Vận tốc góc của bánh xe cầu sau rad/s R Gia tốc góc của bánh xe cầu sau rad/s 2 Góc lệch của phương lực kéo ở móc so với trục dọc máy kéo rad Góc xoay thân xe quanh trục z trong hệ tọa độ cố định rad Vận tốc góc của thân xe xoay quanh trục z trong hệ tọa độ thân xe rad/s Gia tốc góc của thân xe quanh trục z trong hệ tọa độ thân xe rad/s 2 Bán kính cong của quỹ đạo trọng tâm của máy kéo m f Hệ số cản lăn k Hệ số kéo của máy kéo l Chiều dài cơ sở của máy kéo m F l Khoảng cách từ trọng tâm máy kéo đến cầu trước m viii R l Khoảng cách từ trọng tâm máy kéo đến cầu sau m M l Khoảng cách từ cầu sau đến điểm móc máy nông nghiệp m MF l Khoảng cách từ trọng tâm máy nông nghiệp đến cầu trước m MR l Khoảng cách từ trọng tâm máy nông nghiệp đến cầu sau m m Khối lượng của máy kéo kg dF r Bán kính động lực học của bánh xe cầu trước m dR r Bán kính động lực học của bánh xe cầu trước m tF r Bán kính tính toán của bánh xe cầu trước m tR r Bán kính tính toán của bánh xe cầu sau m B Chiều rộng cơ sở của máy kéo m zF C Độ cứng theo phương thẳng đứng của bánh xe cầu trước N/m zR C Độ cứng theo phương thẳng đứng của bánh xe cầu sau N/m xF C Độ cứng của đường truyền lực đến bánh xe cầu trước N/m xR C Độ cứng của đường truyền lực đến bánh xe cầu sau N/m yF C Độ cứng theo phương ngang của bánh xe cầu trước N/m yR C Độ cứng theo phương ngang của bánh xe cầu sau N/m xF F Lực dọc trong vùng tiếp xúc tác dụng lên các bánh xe cầu trước N xR F Lực dọc trong vùng tiếp xúc tác dụng lên các bánh xe cầu sau N yF F Lực ngang trong vùng tiếp xúc tác dụng lên các bánh xe cầu trước N yR F Lực ngang trong vùng tiếp xúc tác dụng lên các bánh xe cầu sau N zF F Lực pháp tuyến trong vùng tiếp xúc tác dụng lên các bánh xe cầu trước N zR F Lực pháp tuyến trong vùng tiếp xúc tác dụng lên các bánh xe cầu sau N LF F Lực cản lăn của đất đối với các bánh xe cầu trước N LR F Lực cản lăn của đất đối với các bánh xe cầu sau N M F Lực cản kéo của máy nông nghiệp N G Trọng lượng của máy kéo N M G Trọng lượng của máy nông nghiệp N M J Mô men quán tính của động cơ và phần chủ động của li hợp kg.m 2 p J Mô men quán tính của phần bị động của li hợp và các chi tiết quay trong hộp phân chia kg.m 2 x J Mô men quán tính của máy kéo theo trục dọc x qua trọng tâm kg.m 2 y J Mô men quán tính của máy kéo theo trục ngang y qua trọng tâm kg.m 2 [...]... đề nghiên cứu một số vấn đề về động lực học chuyển động vòng của máy kéo 4 bánh dùng trong nông nghiệp, một mảng khoa học về cơ khí hóa nông nghiệp chưa có nhiều thành quả nghiên cứu ở nước ta 2 Mục tiêu, nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu Mục tiêu của đề tài luận án là xây dựng được một chương trình mô phỏng động lực học quay vòng máy kéo, cho phép khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu. .. dụng và kết cấu đến tính chất chuyển động vòng của máy kéo bánh trong điều kiện sản xuất nông nghiệp Nhiệm vụ của đề tài luận án là nghiên cứu xây dựng mô hình động lực học quá trình chuyển động vòng của máy kéo bánh, có tính đến đặc tính làm việc của động cơ, đường truyền lực và đặc biệt là quan hệ đất – bánh xe và ảnh hưởng của máy nông nghiệp Mô hình có thể được mô phỏng bằng toán học và giải được... học quay vòng của máy kéo khi sử dụng hai sensor vận tốc Sơ đồ tính toán xử lý kết quả thí nghiệm quay vòng của máy kéo khi sử dụng một sensor vận tốc Sơ đồ một vết nghiên cứu tính chất chuyển động vòng của máy kéo 4x4 Sơ đồ động học của các cầu 3.3 Đường đặc tính ngoài của động cơ điêzen 63 3.4 Mô hình động lực học đường truyền lực của máy kéo 4x4 64 3.5 Sơ đồ xác định mô men cản xoay của bánh xe 65... hiện đại trên máy tính số, nhằm tăng khả năng khảo sát nhiều phương án và rút ngắn thời gian cũng như chi phí nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là máy kéo 4 bánh một cầu chủ động, loại MK sử dụng phổ biến và rất phù hợp với sản xuất nông nghiệp nước ta 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng và kết cấu đến quỹ đạo chuyển động của MK có ý nghĩa... nhất của máy kéo nông nghiệp, thì tính năng chuyển động vòng và ổn định chuyển động là tính năng kỹ thuật và sử dụng rất quan trọng của máy kéo và do vậy nó cần được quan tâm nghiên cứu một cách đầy đủ Nghiên cứu động lực học hướng ngang nhằm mục đích thực tế là xây dựng cơ sở tính toán thiết kế các thông số tối ưu của máy kéo và tạo những điều kiện cần thiết để đảm bảo chất lượng làm việc của máy kéo, ... lựa chọn nhóm thông số này hay nhóm thông số khác làm hàm mục tiêu 1.3 Sự cần thiết nghiên cứu tính chất chuyển động vòng của máy kéo nông nghiệp Nghiên cứu chuyển động vòng chủ yếu là để xác định các tính chất sử dụng của máy kéo, chẳng hạn như tính năng điều khiển, tính ổn định chuyển động và một phần là tính kinh tế Nói cách khác là xác định khả năng duy trì 11 hướng chuyển động nhất định hoặc thay... tốt và sử dụng máy kéo có hiệu quả, trước hết cần nghiên cứu phân tích rõ ảnh hưởng của riêng các thông số kết cấu đến các đặc trưng chuyển động vòng, rồi sau đó mới đến các tác động môi trường, trong khi tác động của người lái được xem như đã biết Nhiều chuyên gia khi nghiên cứu lí thuyết tính toán liên hợp máy nói chung và máy kéo nói riêng đều đi đến kết luận rằng, sau tính năng kéo bám là một tính. .. tính năng kỹ thuật, trong đó tính chất chuyển động được xem là những tính năng kỹ thuật quan trọng nhất Trong lí thuyết động lực học chuyển động của ô tô máy kéo có thể tách ra ba hướng chính là: chuyển động thẳng, chuyển động quay vòng và tiện nghi êm dịu chuyển động Nghiên cứu 8 động lực học hướng chuyển động của ô tô máy kéo, trước hết và chủ yếu là nghiên cứu quĩ đạo chuyển động của chúng (Nguyễn... định của máy kéo bánh cũng rất cấp thiết Nó ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, chất lượng công việc, chi phí nhiên liệu và tính an toàn Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu và điều kiện sử dụng đến quỹ đạo chuyển động của máy kéo nông nghiệp có ý nghĩa thực tiễn là góp phần xây dựng một phương pháp xác định các thông số tối ưu, đảm bảo khả năng làm việc của liên hợp máy, đạt hiệu quả và chất. .. nghiên cứu hiện đại, mô hình động lực học mang tính tổng quát cao, có thể cho nhiều gợi ý khi nghiên cứu về tính chất chuyển động của máy kéo trong điều kiện sản xuất nông nghiệp 1.4.2 Tình hình nghiên cứu về tính chất chuyển động của máy kéo bánh Một vài nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực lí thuyết chuyển động của máy nông nghiệp đã xuất hiện từ thế kỉ XIX Song, ngay đến đầu thế kỉ XX, như Viện sĩ . NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ SỬ DỤNG VÀ KẾT CẤU ĐẾN TÍNH CHẤT CHUYỂN ĐỘNG VÒNG CỦA MÁY KÉO BÁNH DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 62.52.01.03. học quay vòng máy kéo, cho phép khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu đến tính chất chuyển động vòng của máy kéo bánh trong điều kiện sản xuất nông nghiệp. Nhiệm vụ của đề. hình nghiên cứu về tính chất chuyển động của máy kéo bánh 19 1.5. Tình hình nghiên cứu tính chất chuyển động của máy kéo ở trong nước .24 1.6. Mô hình động lực học nghiên cứu tính chất chuyển động