luận án tiến sĩ nghiên cứu tính chất truyền động và điều khiển hệ thống truyền động vô cấp phân tầng trên máy kéo nhỏ 4 bánh

153 460 0
  • Loading ...
1/153 trang
Tải xuống

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 16/10/2014, 16:23

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN CÔNG THUẬT NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÔ CẤP PHÂN TẦNG TRÊN MÁY KÉO NHỎ 4 BÁNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ HÀ NỘI – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN CÔNG THUẬT NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÔ CẤP PHÂN TẦNG TRÊN MÁY KÉO NHỎ 4 BÁNH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ : 62 52 01 03 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. BÙI HẢI TRIỀU 2. TS. BÙI VIỆT ĐỨC 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 đƣợc trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chƣa 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 đƣợc cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả luận án Nguyễn Công Thuật ii LỜI CẢM ƠN Với tất cả lòng chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hƣớng dẫn: PGS.TS. Bùi Hải Triều, TS. Bùi Việt Đức – Bộ môn Động lực, khoa Cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, đã tận tình động viên, chỉ bảo, hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi để tôi 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 lãnh đạo Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ về chuyên môn cũng nhƣ tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu và tập thể cán bộ Khoa Ô tô Trƣờng Đại học Công nghiệp Việt - Hung đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai thí nghiệm, thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp trong và ngoài cơ quan và ngƣời thân 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 Nguyễn Công Thuật iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt vi Danh mục bảng x Danh mục hình xi MỞ ĐẦU 1 1 Tính cấp thiết của đề tài 1 2 Giả thuyết vấn đề nghiên cứu 2 3 Phƣơng án kiểm định giả thiết 3 4 Mục tiêu của luận án 3 5 Đối tƣợng nghiên cứu 3 6 Giới hạn nghiên cứu 3 7 Đóng góp mới của luận án 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5 1.1 Khái quát về tình hình máy kéo nhỏ sử dụng trong sản xuất nông nghiệp Việt Nam 5 1.2 Tổng quan về truyền động vô cấp trên máy kéo 9 1.2.1 Khái quát về các loại hình truyền lực vô cấp 9 1.2.2 So sánh các loại CVT 15 1.3 Công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan đến đề tài luận án 18 1.3.1 Các nghiên cứu về máy kéo với truyền lực vô cấp 18 1.3.2 Các nghiên cứu về điều khiển truyền động vô cấp 24 1.4 Ứng dụng truyền lực vô cấp phân tầng cho máy kéo nhỏ sản xuất tại Việt Nam 28 Chƣơng 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1 Phƣơng pháp mô hình hóa và mô phỏng 31 iv 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 36 2.2.1 Phƣơng pháp đo các đại lƣợng không điện 37 2.2.2 Phƣơng pháp điều khiển tỷ số truyền 39 2.2.3 Phƣơng pháp tạo tải 46 2.2.4 Phƣơng pháp xử lý và gia công số liệu thực nghiệm 47 Chƣơng 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC MÁY KÉO BỐN BÁNH VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÔ CẤP PHÂN TẦNG 48 3.1 Phác thảo sơ đồ truyền lực vô cấp phân tầng cho máy kéo nhỏ bốn bánh 48 3.2 Xây dựng mô hình các hệ thống thành phần 49 3.2.1 Mô hình động cơ máy kéo 49 3.2.2 Mô hình truyền lực vô cấp phân tầng 50 3.2.3 Mô hình hộp số- truyền lực chính và cuối 80 3.2.4 Mô hình bánh xe máy kéo nông nghiệp 81 3.2.5 Mô hình máy nông nghiệp 82 3.2.6 Phần tử điều khiển (ECU) và cảm biến 83 3.2.7 Kết nối mô hình mô phỏng và thử nghiệm mô hình 84 Chƣơng 4 PHÂN TÍCH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HOẠT ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA MÁY KÉO TRUYỀN LỰC VÔ CẤP PHÂN TẦNG 92 4.1 Lựa chọn máy nông nghiệp đi kèm 92 4.2 Ảnh hƣởng của vị trí lắp cảm biến tải trọng đến tính chất điều khiển tỷ số truyền của CVT 94 4.3 Ảnh hƣởng của hệ thống tự động điều khiển tỷ số truyền đến tính chất hoạt động của máy kéo 98 4.3.1 Liên hợp với cày trụ 99 4.3.2 Liên hợp với cày chảo 103 4.3.3 Phân tích sự biến thiên của lực cản cày và tỷ số truyền CVT 106 Chƣơng 5 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 110 5.1 Mục đích nghiên cứu 110 5.2 Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm 110 5.2.1 Mô tả chung 110 v 5.2.2 Tính toán, thiết kế các phần tử thiết bị thí nghiệm 111 5.2.3 Hoàn thiện thiết bị thí nghiệm 115 5.3 Tổ chức thí nghiệm 115 5.3.1 Thí nghiệm hệ thống điều khiển tỷ số truyền vô cấp bằng tay 116 5.3.2 Thí nghiệm điều khiển tự động tỷ số truyền vô cấp 118 5.3.3 Thí nghiệm đối chứng đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng 119 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 122 1 Kết luận 122 2 Đề nghị 122 Danh mục công trình đã công bố có liên quan đến luận án 124 Tài liệu tham khảo 125 Phụ lục 129 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên gọi Đơn vị A Diện tích tác động của xi lanh tác động một chiều [mm 2 ] A 1 Diện tích tác động khoang 1của xi lanh hai chiều [mm 2 ] A 2 Diện tích tác động khoang 2của xi lanh hai chiều [mm 2 ] b Bề rộng vành đai CVT [mm] b x Hệ số giảm chấn Shafai [mm/N] C lx Độ cứng của lò xo [N/mm] d Đƣờng kính con trƣợt điều khiển van thủy lực [mm] E Mô đun đàn hồi dầu thủy lực [mm -2 ] e Khoảng cách trục của CVT [mm] f Hệ số cản lăn [-] f n Thành phần lực pháp tuyến tác dụng lên phân tố đai [N] f R Lực ma sat giữa phân tố dai và bánh đai [N] f t Thành phần lực tiếp tuyến tác dụng lên phân tố đai [N] F Lực căng đai [N] F 1 Lực căng của nhánh đai chủ động CVT [N] F 2 Lực căng của nhánh đai bị động CVT [N] F ax1 Lực ép bánh đai chủ động [N] F ax2 Lực ép bánh đai bị động [N] F c Lực cản máy nông nghiệp [N] F l Lực cản lăn [N] F lx Lực ép của lò xo [N] F lx0 Lực ép ban đầu của lò xo [N] F lx1 Giá trị thay đổi của lực ép lò xo [N] F n Lực pháp tuyến tác dụng lên dây đai [N] F t Lực tiếp tuyến tác dụng lên dây đai [N] F x Lực kéo [N] F xl Lực tác động xi lanh thủy lực [N] vii G Trọng lƣợng máy kéo [kG] h Chiều cao vành đai CVT [mm] i CVT Tỷ số truyền của CVT [-] i t Tỷ số truyền hệ thống truyền lực [-] J Mô-men quán tính máy kéo quy dẫn bánh xe chủ động [kgm 2 ] J 1 Mô-men quán tính CVT chủ động [kgm 2 ] J 2 Mô-men quán tính CVT bị động [kgm 2 ] k Hệ số hồi quy [-] k DR Hệ số lƣu lƣợng qua van [ )/( 2 Nsmm ] K PR Hệ số điều chỉnh [V/V] K VS Hệ số khếch đại trƣớc [mm/mA] L Chiều dài dây đai [mm] M Khối lƣợng của CVT [kg] M c Mô-men cảm của máy nông nghiệp [Nm] M CVT Mô-men trục thứ cấp CVT [Nm] Me Mô-men động cơ [Nm] M k Mô-men kéo của máy kéo [Nm] n e Số vòng quay động cơ [min -1 ] p Áp suất dầu thủy lực trong xi lanh một chiều [N/m 2 ] p 1 Áp suất dầu thủy lực khoang 1 xi lanh hai chiều [N/m 2 ] p 1 Áp suất dầu thủy lực khoang 2 xi lanh hai chiều [N/m 2 ] P DQ Áp suất dầu thủy lực [N/m 2 ] Q Lƣu lƣợng dầu thủy lực [mm 3 /s] Q 1 Lƣu lƣợng dầu thủy lực ra van điều khiển [mm 3 /s] Q 2 Lƣu lƣợng dầu thủy lực về van điều khiển [mm 3 /s] Q 1z Lƣu lƣợng từ nguồn vào van qua mép điều khiển 1 [mm 3 /s] Q 2z Lƣu lƣợng từ nguồn vào van qua mép điều khiển 2 [mm 3 /s] Q 1a Lƣu lƣợng từ van về thùng qua mép điều khiển 1 [mm 3 /s] Q 2a Lƣu lƣợng từ van về thùng qua mép điều khiển 2 [mm 3 /s] viii r Bán kính bánh đai [mm] R Bán kính bánh xe máy kéo [mm] t Thời gian khảo sát [s] U Điện áp điều khiển [V] U ist Điện áp chuyển đổi [V] U soll Điện áp so sánh [V] v Vận tốc máy kéo [m/s] V 0 Thể tích ban đầu xi lanh tác động một chiều [mm 3 ] V 10 Thể tích ban đầu khoang 1 xi lanh tác động hai chiều [mm 3 ] V 20 Thể tích ban đầu khoang 2 xi lanh tác động hai chiều [mm 3 ] x Quãng đƣờng di chuyển của máy kéo [m] x K Hành trình điều khiển piston [mm] α Góc nghiêng bánh đai [°] β Góc nghiêng dây đai [°] γ Góc giữa đƣờng tâm của dây đai và hƣớng lực ma sát [°] δ d Độ trƣợt đai [%] δ m Độ trƣợt bánh xe máy kéo [%] ξ Hệ số Shafai [-] υ Modun đàn hồi của chất lỏng [mm 2 /N] φ Góc ôm của dây đai trên bánh đai [°] φ 1 Góc ôm của dây đai trên bánh đai chủ động [°] φ 2 Góc ôm của dây đai trên bánh đai bị động [°] ω Vận tốc góc bánh xe [rad/s] ω d1 Vận tốc góc bánh đai chủ động CVT [rad/s] ω d2 Vận tốc góc bánh đai bị động CVT [rad/s] µ Hệ số ma sát Coulomb [-] Φ Hệ số Guebeli [-] [...]... bốn bánh do VEAM sản xuất 8 1 .4 Phân loại truyền động vô cấp 9 1.5 Hộp số tự động 7G-Tronic 10 1.6 Truyền động thủy tĩnh trên máy kéo 11 1.7 Hệ thống Hybrid 12 1.8 Truyền động đĩa ma sát vô cấp 13 1.9 Truyền động bao vòng vô cấp 13 1.10 Truyền động xích vô cấp 14 1.11 Truyền động dây đai kim loại vô cấp 14 1.12 Truyền động đai bản rộng vô cấp 15 1.13 Đánh giá các dạng truyền động vô cấp 16 1. 14 Bộ... nghiên cứu tính chất điều khiển và truyền động của bộ truyền động đai vô cấp nhằm đƣa ra phƣơng án điều khiển tỷ số truyền phù hợp Từ nhu cầu thực tiễn và với những lí do trên, đề tài luận án đặt vấn đề Nghiên cứu tính chất truyền động và điều khiển hệ thống truyền động vô cấp phân tầng trên máy kéo nhỏ 4 bánh”, nhằm xây dựng cơ sở khoa học cho việc chế tạo máy kéo nhỏ bốn bánh truyền lực vô cấp phân. .. vô cấp phân tầng 24 1.21 Truyền lực vô cấp trên xe máy 25 1.22 Hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động 27 1.23 Hệ thống VVT-I sử dụng mạch điều khiển hai vị trí 28 2.1 Quá trình nghiên cứu bằng phƣơng pháp mô phỏng 36 2.2 Encoder HE40B-6-300-N 38 2.3 Cảm biến áp suất HB40T510 39 2 .4 Sơ đồ hệ thống thủy lực điều khiển tỷ số truyền CVT 40 2.5 Tính chất điều khiển và đặc tính lƣu lƣợng của van 40 ... đổi áp suất trong hệ thống thủy lực phụ tải; phần điều khiển điện tử của thiết bị đƣợc đơn giản hóa theo mục tiêu nghiên cứu của luận án Thời gian nghiên cứu: từ tháng 5 năm 2011 đến tháng 5 năm 20 14 7 Đóng góp mới của luận án Xây dựng mô hình mô phỏng động lực học máy kéo truyền lực vô cấp phân tầng liên hợp với máy nông nghiệp mô tả đầy đủ về kết cấu, hoạt động và tác động qua lại giữa các phần tử Máy... của truyền động vô cấp theo tải trọng nhằm kiểm định kết quả nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng 4 Mục tiêu của luận án Lựa chọn phƣơng án và xây dựng hệ thống điều khiển tự động tỷ số truyền bộ truyền động đai vô cấp đáp ứng yêu cầu giữ điểm làm việc của LHM tại vùng làm việc có lợi nhất trên đặc tính của động cơ, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật 5 Đối tƣợng nghiên cứu Bộ truyền động vô cấp đai thang... lƣu lƣợng của van 41 2.7 Sơ đồ cấu trúc của EasyDAQ U1001 42 2.8 Sơ đồ chƣơng trình kết nối với card điều khiển 43 2.9 Chƣơng trình kết nối với card điều khiển 44 2.10 Sơ đồ khối của chƣơng trình 45 2.11 Chƣơng trình thu thập, xử lí và điều khiển tỷ số truyền 45 2.12 Sơ đồ hệ thống tạo tải bằng thủy lực 46 2.13 Đặc tính mô men của bơm 47 3.1 Sơ đồ truyền công suất của LHM kéo nhỏ 48 3.2 Đặc tính ngoài... đổi lực kẹp ở bánh đai chủ động và bánh đai bị động tự lựa nhờ lực lò xo, hệ thống thủy lực điều chỉnh gián đoạn với van đóng ngắt điều khiển lực ép bánh đai chủ động để đạt đƣợc tỷ số truyền mong muốn 2 3 Phƣơng án kiểm định giả thiết Trên cơ sở xây dựng mô hình toán các phần tử, mô hình hóa, mô phỏng hệ thống, tiến hành khảo sát các phƣơng án điều khiển tỷ số truyền trên mô hình; thiết kế chế tạo thiết... trong vận chuyển Một trong những phƣơng án tối ƣu là trang bị cho máy kéo hệ thống truyền lực vô cấp đảm bảo cho tỷ số truyền thay đổi liên tục trên toàn bộ dải tốc độ Truyền động vô cấp trên các máy nông nghiệp tự hành và máy kéo đã đƣợc phát triển trên thế giới từ vài thập kỷ gần đây Đối với các máy kéo lớn, hệ thống truyền động vô cấp ƣu tiên sử dụng hộp số phân nhánh công suất thủy tĩnh, hiệu suất tốt... biến động với biên độ lớn 1 04 4.11 Khảo sát với lực cản cày chảo tăng do đi vào vùng đất cứng 105 4. 12 Khảo sát với lực cản cày chảo giảm do đi vào vùng đất mền 106 4. 13 Tần suất xuất hiện giá trị lực cản cày trụ (hai thân) 107 4. 14 Tần suất xuất hiện giá trị tỷ số truyền CVT ứng với các vùng phân bố lực cản cày trụ 107 4. 15 Tần suất xuất hiện giá trị lực cản cày chảo 108 4. 16 Tần suất xuất hiện giá... Việt Nam có hai bánh, kết cấu hệ truyền lực rất đơn giản Bánh đai chủ động Truyền động đai(i=1,68) 9,2kW(12ML) 2200v/p 45 Nm Tốc độ ứng với số truyền Số tiến I: 1 ,4 km/h II: 2,5 III: 4, 1 IV: 5,3 V: 9,5 VI: 15,3 Số lùi RI: 1 km/h RII: 3,8 Phanh Bánh đai bị động và li hợp Hình 1.1 Sơ đồ truyền lực của máy kéo BS12 Nguồn: VEAM, 2013 Trên hình 1.1 và 1.2 thể hiện sơ đồ máy kéo nhỏ hai bánh BS12 và BS165 . tiêu nghiên cứu của luận án. Thời gian nghiên cứu: từ tháng 5 năm 2011 đến tháng 5 năm 20 14 7. Đóng góp mới của luận án Xây dựng mô hình mô phỏng động lực học máy kéo truyền lực vô cấp phân. vấn đề nghiên cứu 2 3 Phƣơng án kiểm định giả thiết 3 4 Mục tiêu của luận án 3 5 Đối tƣợng nghiên cứu 3 6 Giới hạn nghiên cứu 3 7 Đóng góp mới của luận án 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN. động vô cấp phân tầng trên máy kéo nhỏ 4 bánh”, nhằm xây dựng cơ sở khoa học cho việc chế tạo máy kéo nhỏ bốn bánh truyền lực vô cấp phân tầng tại Việt Nam. 2. Giả thuyết vấn đề nghiên cứu Trên
- Xem thêm -

Xem thêm: luận án tiến sĩ nghiên cứu tính chất truyền động và điều khiển hệ thống truyền động vô cấp phân tầng trên máy kéo nhỏ 4 bánh, luận án tiến sĩ nghiên cứu tính chất truyền động và điều khiển hệ thống truyền động vô cấp phân tầng trên máy kéo nhỏ 4 bánh, luận án tiến sĩ nghiên cứu tính chất truyền động và điều khiển hệ thống truyền động vô cấp phân tầng trên máy kéo nhỏ 4 bánh

Từ khóa liên quan

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn