Đang tải... (xem toàn văn)
luận văn
- 0 - Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp i hà nội -------------[\-------------- Vũ Đức Hải vũ đức hải Nghiên cứu một số tính chất ổn định hớng chuyển động của liên hợp máy kéo bánh hơi chuyển động trên dốc ngang Chuyên ngành: Kĩ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp Mã số: 60 52 14 Luận văn thạc sĩ kĩ thuật Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. Nông Văn Vìn Thái Nguyên - 2005 mở đầu ở nớc ta, vùng trùng du và miền núi chiếm 75% tổng diện tích đất tự nhiên và chiếm 50% tổng diện tích đất canh tác của toàn quốc. Vùng đất này đợc phân bố rải rác trên các sờn đồi, sờn núi và trong các thung lũng. Chúng đợc phân bố trên các độ dốc và trên các độ cao khác nhau, nhiều vùng nằm ở độ cao trên 500m. Với đặc trng khí hậu á nhiệt đới, vùng này cho phép sản xuất nhiều sản phẩm nông-lâm nghiệp phong phú đa dạng, đáp ứng yêu cầu tiêu dùng trong nớcvà xuất khẩu. Nhờ có khí hậu đặc trng nên vùng này hiện đang có nhiều nông sản quý hiếm nh chè tuyết vùng cao; cây hơng liệu nh quế, hồi; các loại cây dợc liệu quý nh đỗ trọng, tam thất; cây dẻ hạt, ngoài ra vùng này còn có thể trồng các loại cây lơng thực để giải quyết nhu cầu địa phơng. Điều kiện cơ giới hoá nông nghiệp ở vùng đồi núi có những khó khăn, trớc hết là địa hình phức tạp, độ dốc lớn và không đồng đều, đồng ruộng phân bố manh mún với kích thớc lô thửa nhỏ, nhiều góc cạnh, đờng xá đi lại rất khó khăn. Ngoài đặc điểm về địa hình, vùng núi còn là vùng có cơ cấu cây trồng rất đa dạng, không thể cơ giới hoá trên diện tích rộng. Do đặc điểm trên cần phải nghiên cứu thiết kế, cải tiến để có những loại máy riêng, phù hợp với điều kiện tự nhiên, tập quán sản xuất của vùng núi. Đối với các máy kéo làm việc trên đồi dốc, ngoài việc quan tâm đến tính năng kéo bám, tính ổn định lật đổ thì tính ổn định hớng chuyển động cũng rất cần đợc chú trọng. Tính chất ổn định hớng chuyển động có ảnh hởng quyết định đến năng suất, chất lợng các khâu công việc canh tác bằng máy. Những năm qua, vấn đề này đã đợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên ở nớc ta hiện nay cha có điều kiện trang bị các loại máy kéo chuyên dùng cho đồi dốc, vì vậy nghiên cứu cơ sở khoa học nhằm cải - 1 - tiến các máy kéo nông nghiệp để có thể làm việc trên đồi dốc là một hớng nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực. Xuất phát từ định hớng đó, chúng tôi chọn đề tài luận văn: Nghiên cứu một số tính chất ổn định hớng chuyển động của liên hợp máy kéo bánh hơi chuyển động trên dốc ngang. Mục đích nghiên cứu của đề tài là góp phần xây dựng cơ sở khoa học để tính toán, thiết kế cải tiến và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý các loại máy kéo thông thờng khi làm việc trên đất dốc. - 2 - Chơng 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1.1. Đặt vấn đề Để đáp ứng yêu cầu cơ giới hoá vùng đất dốc, nhiều nớc công nghiệp phát triển đã chế tạo ra các loại máy kéo chuyên dùng có tính an toàn cao, khả năng kéo bám tốt, nhờ đó nâng cao hiệu quả sử dụng một cách rõ rệt. Tuy nhiên, các loại máy này thờng rất đắt tiền. Vì vậy, xu hớng cải tiến các máy kéo nông nghiệp thông dụng cho đồng bằng để đáp ứng phần nào các công việc cơ giới hoá trên vùng đất dốc nông lâm nghiệp vẫn đợc áp dụng ở nhiều nớc trên thế giới. ở nớc ta, một mặt do nền công nghiệp chế tạo máy nói chung và chế tạo máy kéo nói riêng cha phát triển, mặt khác do khả năng về vốn đầu t của các nông hộ còn rất hạn chế nên việc cải tiến các máy kéo nông nghiệp thông dụng ở đồng bằng để làm việc trên đất có độ dốc cao hơn vẫn là một phơng án có tính khả thi. Tuy nhiên, với các công việc đòi hỏi các máy kéo có công suất lớn hơn và có tính ổn định cao phải sử dụng các máy kéo chuyên dùng . Để giải quyết vấn đề trên, trớc hết là phải có những đầu t nghiên cứu lựa chọn loại máy kéo nông nghiệp có thể cải tiến đợc. Sau đó cần nghiên cứu cơ sở khoa học để công tác cải tiến đạt hiệu quả, không đòi hỏi chi phí quá lớn và có thể thực hiện đợc trong điều kiện chế tạo ở nớc ta hiện nay. 1.2. Vài nét về tình hình sản xuất nông nghiệp ở vùng trung du [10],[13] Điều kiện sản xuất nông lâm nghiệp ở vùng đồi núi có những đặc thù riêng, trớc hết là địa hình phức tạp hơn nhiều so với đồng bằng: độ dốc mặt - 3 - đồng lớn và không đồng đều, có nơi góc dốc lớn hơn 30 o ; Đồng ruộng phân bố vụn vặt với kích thớc lô thửa thờng nhỏ và không vuông vắn; mặt đồng không bằng phẳng, đờng xá đi lại rất khó khăn, thậm chí có nhiều khu không có lối cho máy đi vào. Đặc điểm lớn thứ hai là cơ cấu cây trồng rất đa dạng với các yêu cầu về cơ giới hoá cũng rất khác nhau, tính quy hoạch đồng ruộng còn rất thấp, cùng một khu hoặc ngay trên cùng một lô ruộng có thể trồng nhiều loại cây trồng khác nhau, cây lâm nghiệp xen lẫn cây nông nghiệp. Xét về điều kiện thực hiện cơ giới hóa, những đặc điểm trên là những nguyên nhân chính gây khó khăn cho việc thực hiện cơ giới hoá nông - lâm nghiệp ở vùng đồi núi. Máy kéo là nguồn động lực chính để thực hiện các khâu công nghệ sản xuất nông lâm nghiệp, phải hoạt động trong những điều kiện rất khó khăn, phức tạp, đặc biệt là đối với các máy kéo lâm nghiệp vì hầu hết các vùng đất lâm nghiệp thờng phân bố ở độ dốc cao hơn, ít hoặc cha đợc cải tạo. Do vậy đòi hỏi các loại máy kéo dùng cho vùng đồi núi nói chung và cho vùng sản xuất lâm nghiệp nói riêng phải có tính ổn định cao,tính năng kéo bám tốt. Để đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa vùng đất dốc, nhiều nớc công nghiệp phát triển đã chế tạo ra các loại máy kéo chuyên dùng có tính an toàn cao, khả năng kéo bám tốt nhờ đó nâng cao đợc hiệu quả sử dụng một cách rõ rệt. Tuy nhiên, các loại máy này thờng rất đắt tiền. Vì vậy, hớng cải tiến các máy kéo nông nghiệp thông dụng cho đồng bằng để đáp ứng đợc một phần nào các công việc cơ giới hóa trên vùng đất dốc nông lâm nghiệp vẫn đợc áp dụng ở nhiều nớc trên thế giới. ở nớc ta, một mặt do nền công nghiệp chế tạo máy nói chung và chế tạo máy kéo nói riêng cha phát triển, mặt khác do khả năng về vốn đầu t của các nông hộ còn rất hạn chế nên việc cải tiến các máy kéo nông nghiệp thông dụng ở đồng bằng để làm việc trên đất có độ dốc cao hơn vẫn là một - 4 - phơng án có tính khả thi cao. Tuy nhiên, với các công việc đòi hỏi các máy kéo có công suất lớn và có tính ổn định cao phải sử dụng các máy kéo chuyên dùng. Một lý do khác là trong những năm gần đây, mô hình sản xuất nông lâm kết hợp đã phát huy tốt cả về hiệu quả sử dụng đất và sử dụng nhân lực, góp phần tích cực phát triển kinh tế xã hội ở vùng trung du và miền núi. Để khai thác tốt hơn các máy kéo nông nghiệp ở vùng này, nhất là trong những thời gian nông nhàn cần tìm ra những biện pháp mở rộng phạm vi hoạt động của các máy kéo bằng cách cải tiến kỹ thuật hoặc tạo ra thêm các việc làm cho các liên hợp máy kéo. Để giải quyết những vấn đề trên, trớc hết là phải có những đầu t nghiên cứu lựa chọn loại máy kéo nông nghiệp có thể cải tiến đợc chừng mực nhất định và công việc cải tiến không đòi hỏi chi phí quá lớn và có thể thực hiện đợc trong điều kiện chế tạo ở nớc ta hiện nay. 1.3. Vài nét về tình hình phát triển máy kéo đồi dốc trên thế giới và trong nớc [11], [13], [17] 1.3.1. Về hệ thống máy kéo đồi dốc ở các nớc phát triển Đối với nhiều nớc phát triển, việc nghiên cứu máy kéo chuyên làm việc trên đồi dốc đã mang tính hệ thống và đạt nhiều thành tựu, từ nghiên cứu cơ bản đến công nghệ chế tạo. Trong thực tế đã xuất hiện nhiều loại máy kéo đồi dốc có kết cấu khác nhau. Phổ biến nhất là các loại máy kéo bánh có khung thăng bằng, hoàn thiện hơn là loại máy kéo có cả khung và cả hệ thống di động luôn giữ thăng bằng theo phơng thẳng đứng (hình 1.1). Nhờ kết cấu đặc biệt nh vậy, tính ổn định ngang, tính năng lái và tính năng kéo bám tốt hơn hẳn các loại máy kéo thông thờng. Những loại máy kéo này có thể làm việc có hiệu quả ở - 5 - những độ dốc cao hơn (tới 20-25 0 ), trong khi các loại máy kéo nông nghiệp thông thờng chỉ đợc phép sử dụng ở góc dốc nhỏ hơn khoảng 12-15 0 ,. a) b) c) d) e) Hình 1.1. Một số loại máy kéo đồi dốc có khung tự cân bằng Xu hớng chủ yếu cải tiến các loại máy kéo thông thờng, có công dụng chung để phục vụ cơ giới hoá vùng đồi bao gồm: - Hạ thấp trọng tâm máy kéo (hình 1.2,a); - Lắp thêm trọng vật tăng trọng lợng bám (hình 1.2,b); - Tăng bề rộng cơ sở hoặc dùng bánh kép (hình 1.2,c); - Sử dụng hệ thống di động có tính năng kéo bám tốt (hình 1.2,d); - Lắp thêm đối trọng ở cầu trớc kết hợp xoay truyền lực cuối cùng để hạ thấp trọng tâm (hình 1.2,e). Ngoài ra các loại máy kéo đồi dốc còn đợc cải tiến ghế ngồi của ngời lái, lắp thêm các bộ phận an toàn nh cabin an toàn, bộ phận chống lật Một giải pháp khác là sử dụng các loại máy kéo có truyền động thuỷ lực. Các loại máy này có u thế mạnh trong các công việc khai hoang, làm đất trồng rừng, trồng cây công nghiệp dài ngày, cây ăn quả. Vì ở các khâu này lực - 6 - cản máy công tác thay đổi trong phạm vi rộng và rất ngẫu nhiên, tăng giảm đột ngột khiến cho ngời lái khó đoán trớc đợc và khó có thể điều chỉnh kịp thời cho phù hợp, nhiều khi còn gây nguy hiểm cho sự an toàn thiết bị. Nếu dùng truyền động thuỷ lực (côn thuỷ lực, hộp số thuỷ lực hoặc các bộ phận an toàn thuỷ lực) sẽ có khả năng phát huy đợc công suất động cơ tốt hơn, giảm đợc tải trọng động, tránh đợc quá tải cho các chi tiết trong hệ thống truyền lực, an toàn cho các bộ phận làm việc, giảm thời gian dừng máy để sang số, ngời lái đỡ căng thẳng thần kinh trong quá trình điều khiển máy Những u điểm đó góp phần nâng cao năng suất và chất lợng công việc rất đáng kể. Chính vì vậy xu thế chung là sử dụng ngày càng phổ biến các máy kéo có hệ thống truyền động thuỷ lực cho các máy kéo đồi dốc. b) a) c) e) d) Hình 1.2. Một số phơng án cải tiến máy kéo để sử dụng trên đồi dốc[17] ở các vùng đất độ dốc cao, chủ yếu sử dụng máy kéo xích hoặc các máy kéo bánh chuyên dùng cho vùng đồi. Đối với các nớc chậm phát triển hoặc đang phát triển, việc trang bị một hệ thống máy kéo cho quốc gia của mình chủ yếu là theo con đờng nhập khẩu. Tuy nhiên do hạn chế về vốn, để tiết kiệm vốn và đồng thời để kích - 7 - thích, tạo điều kiện cho công nghiệp trong nớc phát triển, nhiều nớc đang phát triển cũng đã hình thành và phát triển ngành chế tạo máy kéo. 1.3.2. Tình hình phát triển máy kéo đồi dốc ở Việt nam Công tác nghiên cứu, thiết kế, hế tạo máy kéo ở nớc ta bắt đầu khá sớm, từ năm 1962 đã nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm loại máy kéo MTZ-7M (lấy tên là "Tháng Tám"). Tiếp theo đó, liên tục đã có nhiều chơng trình nghiên cứu khoa học cấp nhà nớc về chế tạo máy kéo nhng cho đến nay cha có mẫu máy kéo lớn nào đợc sản xuất chấp nhận. Nguyên nhân chính là chúng ta cha có những hệ thống máy móc thiết bị hiện đại đáp ứng đợc yêu cầu chế tạo các loại máy có kết cấu phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, cha có cả công nghệ hợp lý hoặc tiên tiến và cha có cả những kinh nghiệm thiết kế Có thể nói sự phát triển của ngành chế tạo máy kéo ở nớc ta vẫn đang ở thời kỳ nghiên cứu thăm dò. Trong thời kỳ bao cấp, miền Bắc chủ yếu nhập các loại máy kéo từ các nớc Liên Xô, Trung Quốc và các nớc Đông Âu, trong đó số lợng máy kéo nhập từ Liên Xô chiếm nhiều nhất. Về chất lợng, qua thực tế sử dụng nhiều năm đã khẳng định loại máy kéo bánh MTZ-50/80 và loại máy kéo xích DT- 75 do Liên Xô chế tạo là phù hợp với điều kiện sản xuất ở nớc ta thời kỳ đó. Sau nghị quyết 10 của Bộ Chính trị, ruộng đất đợc giao cho nông dân sử dụng lâu dài, kích thớc ruộng bị thu hẹp, manh mún, các máy kéo lớn không phát huy đợc hiệu quả sử dụng và thay vào đó là các loại máy kéo công suất nhỏ nhập từ Trung Quốc, Nhật bản hoặc chế tạo trong nớc. Các máy kéo đợc nhập ồ ạt từ nớc ngoài không đợc quản lý về chất lợng và cũng không có những chỉ dẫn cần thiết của các cơ quan khoa học. Hậu quả của việc trang bị máy móc thiếu những căn cứ khoa học cần thiết dẫn đến nhiều chủ máy bị phá sản hoặc hiệu quả sử dụng rất thấp, cha thật sự có - 8 - tác dụng kích thích phát triển sản xuất nông nghiệp. Đây cũng là những bài học thực tế cho cả các nhà khoa học, các nhà quản lý và những ngời sử dụng máy. Trong những năm gần đây, xu thế là nhập các loại máy kéo có công suất lớn hơn và hiện đại hơn nh T-130, MTZ80A (Liên Xô), KOMATSU, D53A, D53P, D85A (Nhật Bản). Các loại máy kéo này bớc đầu đã phát huy hiệu quả. Tuy nhiên do giá thành đắt nên không có khả năng áp dụng rộng rãi trong sản xuất.[13] Riêng về hệ thống máy kéo đồi dốc, có thể nói hầu nh cha có ở nớc ta. Phần lớn các công việc cơ giới hóa bằng máy trên đất dốc hiện vẫn sử dụng các loại máy kéo thông thờng. Điều đó đã hạn chế rất nhiều đến các chỉ tiêu làm việc của máy kéo cũng nh độ an toàn cho ngời sử dụng máy. Để giải quyết vấn đề này, nhiều cơ quan khoa học và nhiều nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu cải tiến các máy kéo thông thờng hoặc các máy kéo nông nghiệp thiết kế cho đồng bằng nhằm mục đích sử dụng trên đất dốc. Tuy nhiên cho đến nay, theo các tài liệu đã công bố thì lĩnh vực này cha đạt đợc nhiều kết quả cho lắm. 1.4. Khái quát chung về tính ổn định của máy kéo khi làm việc trên dốc nghiêng ngang Khác với các máy kéo đồng bằng, chỉ tiêu kéo bám đợc xem là quan trọng nhất thì đối với các loại máy kéo đồi dốc ngời ta thờng phải quan tâm nhiều hơn đến tính ổn định, bao gồm tính ổn định theo điều kiện lật đổ và tính ổn định hớng chuyển động. Tính ổn định của máy kéo là khả năng đảm bảo giữ đợc quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện khác nhau. Tùy thuộc vào điều kiện sử dụng, máy kéo có thể đứng yên, chuyển động trên đờng dốc (dốc - 9 - [...]... khái quát về tính ổn định của máy kéo bánh khi chuyển động trên dốc nghiêng ngang 1.4.1 Tính ổn định ngang của máy kéo bánh hơi khi chuyển động thẳng trên đờng nghiêng ngang Hình 1.3 trình bày sơ đồ các lực và mô men tác động lên ô tô máy kéo bánh khi chuyển động trên đờng nghiêng ngang không kéo moóc Hình 1.3 Sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên máy kéo khi chuyển động thẳng trên dốc nghiêng ngang Giả... tính một số yếu tố kết cấu và độ dốc đến tính ổn định hớng chuyển động của máy kéo - 17 - Chơng 2 Một số cơ sở lý thuyết về tính ổn định hớng chuyển động của máy kéo trên dốc ngang 2.1 Khái quát chung về chuyển động lệch của máy kéo trên dốc ngang [17], [22], [23] Khi liên hợp máy làm việc trên mặt phẳng ngang thì trọng tâm của máy so với bề mặt đồng không thay đổi, các phản lực trên các bánh xe máy kéo. .. định góc nghiêng của trục bánh máy kéo trên dốc ngang a Khi máy kéo chuyển động trên bề mặt cứng b Khi bánh trên dốc của máy kéo nằm trong rãnh cày c Khi bánh dới dốc của máy kéo nằm trong rãnh cày Đối với các máy kéo thông thờng, khi tăng bề rộng vết bánh thì ảnh hởng của biến dạng lốp sẽ giảm và sẽ làm giảm góc nghiêng thêm Góc nghiêng thêm của trục bánh máy kéo sẽ thay đổi đáng kể khi máy kéo chuyển. .. việc trên dốc ngang, khảo sát ảnh hởng của một số yếu tố đến tính ổn định chuyển động làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế - 16 - cải tiến hoặc lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý các liên hợp máy kéo trên vùng đất dốc Nhiệm vụ nghiên cứu: 1- Xây dựng mô hình toán nghiên cứu tính ổn định hớng chuyển động trên dốc ngang 2- Xây dựng thuật giải và chơng trình để giải bài toán mô hình 3- Khảo sát trên máy vi tính. .. kiện để máy trợt trớc khi bị lật đổ nh sau: tg = y ' (1.7) B tg tg t hay y 2h g (1.8) 1.4.2 Tính ổn định động ngang của máy kéo bánh hơi khi chuyển động quay vòng trên đờng nghiêng ngang Hình 1.4 trình bày sơ đồ các lực và mô men tác động lên ô tô máy kéo bánh khi chuyển động vòng trên đờng nghiêng ngang Hình 1.4 Sơ đồ lực và mô men tác động lên máy kéo khi chuyển động vòng trên đờng nghiêng ngang. .. bằng, tính ổn định chuyển động theo hớng đã định có ảnh hởng đặc biệt đến các chỉ tiêu của quá trình công nghệ Nói về tính ổn định chuyển động theo hớng xác định, trớc hết cần phải hiểu đó là khả năng tự duy trì hớng chuyển động của liên hợp máy không có sự tác động của ngời lái vào cơ cấu lái Tính ổn định hớng chuyển động phụ thuộc vào các thông số kết cấu của liên hợp máy, loại công việc thực hiện, tính. .. thêm nữa đi một lợng M : M= ( ' + ) Y ' B 2 2.2.3 Quỹ đạo chuyển động lệch của liên hợp máy bánh hơi trên dốc ngang [19], [12] Khi làm việc trên dốc, dới tác dụng của các thành phần lực ngang bánh xe sẽ bị biến dạng ngang dẫn đến sự chuyển động lệch của bánh xe Mức độ chuyển động lệch phụ thuộc vào các thành phản lực ngang Do vậy, để xác định sự lệch bên của liên hợp máy ta cần phải xác định các... hai loại máy kéo làm việc trên dốc đều vừa có sự chuyển động lệch bên, vừa có sự trợt xuống phía dới dốc (hình 2.3) - 21 - Hình 2.3 Chuyển động của máy kéo theo đờng xiên Chuyển động lệch bên có hai dạng: dạng 1 khi trục dọc của máy hớng xuống chân dốc, dạng 2 khi trục dọc của máy hớng lên trên dốc Khi chuyển động lệch, trục của liên hợp máy có một độ nghiêng dọc Bình thờng nếu nh không tác động lực... thực hiện, tính chất cơ lý của đất, trắc diện mặt đồng, - 25 - Một trong những yếu tố cơ bản ảnh hởng đến tính ổn định hớng chuyển động của liên hợp máy kéo bánh trên dốc là sự chuyển động lệch bên của các bánh xe đàn hồi của máy kéo Dới tác động của các lực bên, lốp xe bị biến dạng theo hớng ngang, khi đó véc tơ vận tốc sẽ lệch khỏi mặt phẳng vành bánh xe Ngoài ra, loại liên hợp máy và phơng pháp... hệ số bám và thành phần dọc của trọng lợng: Khi máy kéo chuyển động lệch lên trên dốc: Pkmax= GY- Gsinsin Khi máy kéo chuyển động lệch xuống dốc: Pkmax= GY+ Gsinsin Trong đó: là hệ số bám của máy kéo trên dốc Đối với loại máy kéo thông thờng, lực kéo tiếp tuyến phụ thuộc vào sự phân bố lại trọng lợng trên các bánh trên và dới dốc Hệ số phân bố lại trọng lợng đợc tính nh sau: =YK/ YK (2.8) Khi máy kéo