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 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 Phạm Thị Thu Hằng, Nguyễn Ngọc Quế, Lê Trung Dũng (2015), “Xây dựng mô hình tính toán lý thuyết khảo sát động lực học 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 làm việc 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 Phạm Thị Thu Hằng, Lê Trung Dũng, Nguyễn Ngọc Quế (2016), “Xây dựng mô hình lý thuyết xác định khả làm việc máy kéo xích cao su liên hợp với máy phay làm việc 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 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……… ………… ngày ……… tháng ……… Năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án : Thư viện Quốc gia Việt Nam Thư viện Viện điện NN Công nghệ STH trang 195-200 Phạm Thị Thu Hằng, Lê Trung Dũng, Nguyễn Ngọc Quế (2016), “Động học động lực học làm việc 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 Đảng Nhà nước ta quan tâm đến đời sống bà vùng trung du miền núi, đất đai đồi dốc, máy móc nhập chưa đáp ứng yêu cầu người dân đa số bà nối canh tác thủ công, đời sống bà thấp Do để đáp ứng yêu cầu giới hóa vùng đất dốc mặt nâng cao kinh tế, hiệu quả, tiết kiệm nhiên liệu an toàn cho người lao động mặt khác giá thành chế tạo rẻ phù hợp cho người lao động Việt Nam Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên, đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến tính ổn định hướng chuyển động đất dốc liên hợp máy kéo xích cao su” cần thiết cho giới hóa đất đồi dốc nước ta hướng nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao Mục tiêu luận án : nghiên cứu động lực học chuyển động liên hợp máy kéo xích cao su làm việc đất dốc, làm sở khảo sát ảnh hưởng số thông số kết cấu sử dụng đến quỹ đạo chuyển động chất lượng làm việc liên hợp máy (LHM) điều kiện sản xuất nông lâm nghiệp Nhiệm vụ luận án: Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu xây dựng mô hình động lực học trình chuyển động LHM, có tính đến đặc tính động cơ, đường truyền lực quan hệ phay- đất đến máy nông nghiệp Mô hình mô toán học giải phần mềm đại máy tính, nhằm tăng khả khảo sát nhiều phương án, rút ngắn thời gian chi phí nghiên cứu Do quan hệ đất máy (xích- đất, phay-đất) quan hệ phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố ngẫu nhiên luận án cần phải nghiên cứu thực nghiệm để xác định thông số đầu vào cho mô hình nghiên cứu lý thuyết, đồng thời xác định quỹ đạo chuyển động LHM để khẳng định độ tin cậy mô hình toán thiết lập Những đóng góp đề tài luận án Mô hình xây dựng luận án mô tả đầy đủ tính chất chuyển động LHM làm việc đất dốc Trong mô hình tích hợp tương tác động cơ, hệ thống truyền lực, dải xích, đất máy nông nghiệp Luận án tiến hành nghiên cứu đặc trưng làm việc phay đất, tương tác phay đất, máy công tác với máy kéo xích thông qua hàm mô men lực cản phay hàm lực đẩy phay, luận án phân tích chất lương làm việc phay công suất làm việc phay phụ thuộc số động học λ, từ tìm giới hạn nhỏ λ để đất đạt yêu cầu Trong luận án sử dụng phần mềm mô phỏng, khảo sát linh hoạt phương án kết cấu, thông số sử dụng LHM Độ tin cậy xác mô hình đánh giá thông qua thực nghiệm đối chứng Đề xuất phương pháp thực nghiệm xác định hàm mô men cản hàm lực đẩy phay nhờ khung đo lực kéo thiết kế chuyên dụng cho máy kéo MTZ-80, loadcell đo lực đẩy, cảm biến đo áp suất Huba control 511 cảm biến lưu lượng Lake R-6HD-50FAW (Mỹ) có độ xác cao Ứng dụng phương pháp thực nghiệm xác định quỹ đạo chuyển động LHM Camera tốc độ cao (FASTCAM SA1.1 675K-C1), xác phù hợp với vận tốc chuyển động nhỏ LHM làm việc đất dốc CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Trên sở phân tích tình hình tổng quan đất dốc, tổng quan giới hóa làm đất nông lâm nghiệp, tình hình nghiên cứu chế tạo máy kéo nước, loại máy kéo xích dùng đồi dốc nước quốc tế, tổng quan động học chế độ làm việc máy phay, rút nhận xét sau: - Sự ổn định hướng làm việc máy kéo kết hợp với máy công tác nhiều công trình nghiên cứu tất công trình nghiên cứu nước chưa có đề tài nghiên cứu sâu ổn định hướng máy kéo xích cao su cỡ nhỏ liên kết với may phay làm việc đất dốc ngang - Lực đẩy phay tác động vào máy kéo có ảnh hưởng lớn đến khả ổn định hướng giảm tiêu hao công suất máy Theo Jun SaKai (1983) ông đề xuất công thức tính lực đẩy lực nâng phay, giá trị lực phụ thuộc vào hệ số lực cản đất, công suất trục phay, bán kính trống phay… - Sự ổn định hướng máy kéo máy công tác yêu cầu cần thiết giúp hướng mà người lái mong muốn, không ảnh hưởng đến 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 thông số kết cấu điều kiện sử dụng - Đất trồng vùng trung du miền núi phía Bắc có độ dốc 10o, thành phần chủ yếu sét việc làm đất biện pháp giới mang lại suất hiệu cao hơn, độ dốc trường làm giảm khả ổn định ngang, gây khó khăn việc sản xuất - Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn giới hóa khâu làm đất tồn nghiên cứu ổn định ngang máy kéo đất dốc, nội dung đề tài đặt nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến khả làm việc đất dốc liên hợp máy kéo xích cao su nghiên cứu khả ổn định hướng chủ yếu; đề tài có sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, kết hợp kiểm chứng thực nghiệm CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA MÁY PHAY VÀ ĐẤT KHI LIÊN HỢP VỚI MÁY KÉO 2.1 Lực 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 đất Cụ thể λ1 đất bắt đầu bị cắt vận tốc phay lớn vận tốc máy (hình 2.1) Vp R (2.1)   ; rbsbs Theo Kopшун B.H (2005) ông đưa công thức tính λ sau: h   z lv arccos(1   ) đó:  hδ  hc (với hc  R ) (2.2) R  h z lv sin arccos(1  ) R Để đảm bảo khả nông học đất phay chiều cao sót tối thiểu phải chiều sâu phay (hδ=hc) Vậy giá trị nhỏ λ là: hc ) R  h z lv sin arccos(1  c ) R   z lv arccos(1   2.1.2 Chiều dài cung cắt S z Vm ω R x φ hc T  1 R C C’  1 hc S lưỡi cắt Vm  1 (2.3) lưỡi cắt Hình 2.3 Động học trình cắt đất phay Chiều dài cung cắt S quỹ đạo lưỡi cắt đất tạo tính sau:\  Hình 2.1: Quỹ đạo chuyển động điểm lưỡi cắt phay quay với số động học λ1 Khi λ >1 mô tả quỹ đạo chuyển động lưỡi cắt hình 2.2, hδ- chiều cao sót đất zlv - số lưỡi cắt làm việc đồng thời 1 S  D(  1)  (1  k sin  ) d  Trong : k (2.4) 4k ( k  1)   φ1=  t1  arccos(1  2k1 ) ; (  1)  2.1.3 Xác định lực mô men cản phay Lực cắt tổng P lực tổng hợp gồm hai thành phần lực pháp tuyến Fn lực tiếp tuyến Ft Khi biểu diễn lực P lên hai phương đứng oz P1z phương ngang ox P1x (hình 2.4): Lực tác dụng tổng lên trống phay theo hai phương ox oz là: (2.5) P  Zlv (F cos - F cos(   )) 1 x Hình 2.2: Mô tả thông số động học phay t k n k P1z  Zlv(Fnsin(φk+ζ)+Ftsinφk)) (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 )   ].R p (2.8) 2.2 Phân tích động học va động lực học cấu treo máy phay 2.2.1 Sơ kết cấu, mô hình tính toán giai đoạn làm việc - Sơ kết cấu cấu treo hình 2.5 O A e z Hình 2.4 Các lực tác dụng lên lưỡi phay Mô men cản công suất phay là: D ld R 23x R 32z b2 Ft z Pm B C x x PΣ1z Hình 2.6: Sơ đồ cân lực mô men cấu treo Tách khâu khớp sau đặt phản lực liên kết vào khớp vừa tách hình 2.6 Cân lực mô men khâu, biến đổi cuối ta hệ phương trình mô tả lực tác động cấu treo: R41X – R13x = R41Z – R13Z = R42x + R32x = R42z + R32z = (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 cấu treo LHM làm việc 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 cấu bốn khâu lề Các nội lực tác động vào phay phản lực tựa khớp lề (hình vẽ 2.6): Lực đẩy tổng Lực Pm: Hình 2.7 Sơ đồ tính giá trị lực Pm phụ thuộc vào nhiều thông số tính chất đất, chiều sâu  P1x Pm  R412  R422  R41 R42 c os(   ) (2.10) 2.3 Ảnh hưởng lực đẩy máy phay lên máy kéo LHM làm việc 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 phay lên máy kéo phay lắp đối xứng LHM làm việc đất dốc β (góc xoay ψ=0) Khi lực đẩy phay P1x lực nâng phay P1 z tác dụng thông qua cấu treo đến máy kéo Pmcosγ, lực sinh 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 phay lắp lệch (hình 2.9), lực đẩy phay qua cấu treo tác dụng lên máy kéo (Pmcosγ), lực làm xoay máy kéo với mô men xoay Mm-p ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động 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 phay lên máy kéo phay lắp lệch LHM làm việc đất dốc β (góc xoay ψ=0) + Nếu khoảng lệch tâm a>d lắp phay lệch phía dốc thì: M x -p = (a - d) (Pm cos ) (2.12) + Nếu khoảng lệch tâm a