Tài liệu Đồ án liên hợp máy ppt

ĐỒ ÁN LIÊN HỢP MÁY Tên đồ án: “Tính toán thành lập liên hợp máy cày” * Yêu cầu tính toán: − Xác định yêu cầu kỹ thuật nông học − Lựa chọn loại máy kéo và máy nông nghiệp − Chọn vận tốc

Đồ án liên hợp máy

Lời nói đầu

Trong ngành sản xuất nông nghiệp vấn đề xác định hợp lý nguồn động lực cho các máy nông nghiệp là một vấn đề vô cùng quan trọng, có ý nghĩa thực tiễn cao Được tiếp xúc với Đồ án Lý thuyết liên hợp máy em thấy rất hữu ích cho việc tìm hiểu kiến thức chuyên nghành, vận dụng kiến thức mình

đã học

Trong bài Đồ án Tình toán liên hợp máy em đã sử dụng phương pháp dùng đồ thị để tinh toán Phương pháp này rất đơn giản trực quan dễ hiểu, khả năng ứng dụng các phần mềm tin học cao đặc biệt là phần mềm Matlab Trong Đồ án này em cũng đã sử dụng nhiều kiến thức của các môn chuyên ngành liên quan khác đặc biệt là môn Động lực học ôtô – máy kéo

Trong quá trình thực hiện bài đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa Cơ Điện – Trường ĐH Nông Nghiệp Hà Nội

Đặc biệt là chỉ dẫn tận tình của thầy giáo, Ts Nông Văn Vìn và em cũng đã

rất cố gắng hoàn thành một cách tốt nhất đồ án này Nhưng trong quá trình thực hiện cũng không thể tránh khỏi khiếm khuyết Em rất mong được sự nhận xét và góp ý của thấy Để em có thể củng cố thêm kiến thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 12/12/2009

SV: Lương Văn Thao

ĐỒ ÁN LIÊN HỢP MÁY

Tên đồ án: “Tính toán thành lập liên hợp máy cày”

* Yêu cầu tính toán:

− Xác định yêu cầu kỹ thuật nông học

− Lựa chọn loại máy kéo và máy nông nghiệp

− Chọn vận tốc và số truyền làm việc hợp lý

− Xác định số lượng máy nông nghiệp

− Tính toán năng suất và chi phí nhiên liệu riêng của liên hợp máy

− Sử dụng ngôn ngữ Matlab để lập trình tính toán và vẽ đồ thị

* Nội dung:

− Tính toán lực cản liên hợp máy

− Xây dựng đường đặc tính động cơ

− Xây dựng đường đặc tính trượt của máy kéo

− Xây dựng đường đặc tính kéo của máy kéo

− Tính toán thành lập liên hợp máy

− Phân tích đánh giá các chỉ tiêu sử dụng liên hợp máy đã thành lập

A CÁC SỐ LIỆU ĐÂU VÀO

Tính toán thành lập liên hợp máy kéo Shibaurra−−−−3000A với cày lưỡi diệp Các thông tin đã biết:

−Yêu cầu nông học: độ sâu cày: h= 18 cm

− Bề rộng cấu tạo của một thân cày: bc= 25 cm

− Lực cản riêng của cày: K0 = 70000 N/m2

− Các số liệu kỹ thuật và thực nghiệm máy kéo Shibaurra−3000A (Nhật Bản):

+ Trọng lượng máy kéo: G = 1500 kG

+ Chiều dài cơ sở : L = 1,815 m

+ Khoảng cách từ trong tâm đến cầu sau: a= 0,799 m

+ Bán kính bánh chủ động rk = 0.668 m

+ Chiều cao điểm móc máy nông nghiệp: hm = 0,4 m

− Phân bố tỉ số truyền trong hệ thống truyền lực:

− Hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực: 0.85

− Các số liệu khảo nghiệm động cơ SD−3000

−Kết quả khảo nghiệm độ trượt của máy kéo trên ruộng gốc rạ:

Phần I Tính toán lực cản của liên hợp máy

1.1 Khái quát về các tính chất cơ lý của đất

Các máy kéo chủ yếu làm việc trên đồng ruộng hoặc chuyển động trên các loại đường đất Việc nghiên cứu các quá trình tác động tương hỗ giữa bộ phận di động của máy (bánh xe hoặc dải xích) và đất là cần thiết và quan trọng Để nắm được vấn đề này trước hết cần nắm được các tính chất cơ lý của đất

Đất là một môi trường phức tạp - phân tán rời rạc, không đồng nhất và được cấu tạo bởi ba pha: pha cứng (các hạt cứng), pha lỏng (nước) và pha khí (không khí và hơi) Các tính chất cơ lý của đất thay đổi tuỳ thuộc vào tính chất và thành phần của các pha chứa trong đất

Những tính chất vật lý có ảnh hưởng lớn đến tính năng kéo bám của máy kéo là thành phần cấu trúc, độ ẩm và độ chặt

- Thành phần cấu trúc của đất (còn gọi là thành phần hạt ) được đánh giá bởi kích thước hàm lượng của các hạt cứng (cốt liệu) trong khối đất Theo thành phần cấu trúc các loại đất được chia làm hai nhóm chính: nhóm đất sét

và nhóm đất cát Nhóm đất sét được cấu tạo chủ yếu bởi các hạt sét, còn nhóm đất cát chủ yếu là do các hạt cát cấu thành nên

- Độ ẩm của đất biểu thị lượng nước chứa trong khối đất và được đánh giá bởi tỉ số giữa trọng lượng của phần nước chứa trong khối đất và trọng lượng toàn phần của khối đất đó khi ở trạng thái tự nhiên Khi độ ẩm thay đổi thì trạng thái và các tính chất cơ học của đất cũng thay đổi theo Ví dụ, tùy thuộc vào độ ẩm trạng thái của đất sét có thể là cứng, dẻo hoặc ở thể lỏng

- Độ chặt (còn gọi là độ cứng) là lực cản riêng của đất trên mỗi đơn vị diện tích đầu đo (máy đo độ chặt) khi ấn đầu đo đó vào trong đất từ trên xuống dưới theo phương thẳng đứng

Độ chặt và độ ẩm của đất có ảnh hưởng lớn đến các tính chất cơ học của nó Khi khảo nghiệm máy kéo trên đồng ruộng thường phải xác định hai thông số này ở các độ sâu khác nhau tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu

Để tiện cho việc nghiên cứu người ta phân tích sự biến dạng của đất theo hai phương: phương pháp tuyến (vuông góc với mặt đất) và phương tiếp tuyến (song song với mặt đất) Các ứng suất đã được phân tích thành hai thành phần tương ứng với hai phương đó: ứng

suất pháp tuyến (ứng suất nén) và ứng suất

tiếp tuyến (ứng suất cắt)

Độ sâu của vết bánh xe sẽ phụ thuộc

vào ứng suất nén, còn tính chất kéo bám của

bộ phận di động sẽ phụ thuộc vào ứng suất

cắt Do đó sức chống cắt và chống nén là hai

tính chất cơ học cơ bản có ảnh hưởng lớn đến

tính năng kéo bám của máy kéo

Sức chống nén của đất được đặc trưng

bởi ứng suất pháp tuyến Thực nghiệm cho thấy rằng, mối quan hệ định lượng giữa ứng suất pháp tuyến σ và độ biến dạng h của đất có tính chất phi tuyến Đường cong biểu diễn mối quan hệ đó có dạng như hình 1.1 Đồ thị này còn

có tên gọi là đặc tính nén của đất hoặc đường cong nén đất

H×nh 1.1 Quan hÖ gi÷a øng suÊt ph¸p σ

Đặc tính nén của đất có thể chia làm ba phần tương ứng với ba giai đoạn của quá trình nén đất Trong giai đoạn thứ nhất chỉ xảy ra sự nén chặt làm cho các phần tử đất xích lại gần nhau, quan hệ giữa ứng suất và độ biến dạng là tuyến tính Trong giai đoạn thứ hai sự nén chặt đất vẫn tiếp tục xảy ra nhưng đồng thời xuất hiện cục bộ hiện tượng cắt đất ở một số vùng bao quanh khối đất Khi đó ứng suất lớn hơn nội lực ma sát và lực dính giữa các hạt đất,

do đó biến dạng sẽ tăng nhanh hơn so với sự tăng ứng suất và quan hệ giữa chúng là phi tuyến Cuối giai đoạn hai ứng suất trên toàn bộ vùng bao quanh khối đất lớn hơn nội lực ma sát và lực dính giữa các phần tử đất, quá trình nén chặt đất kết thúc và bắt đầu xảy ra hiện tượng trượt hoàn toàn giữa khối đất và vùng đất bao quanh nó và ứng suất pháp tuyến đạt giá trị cực đại Trong giai đoạn thứ ba chỉ xảy ra hiện tượng trượt của khối đất, ứng suất không tăng nhưng biến dạng lại tăng Ở một số loại đất trong giai đoạn này ứng suất đất còn giảm xuống một ít

Sự suất hiện ứng suất pháp tuyến trong đất là do tác động của ngoại lực (lực nén) Khi tăng lực nén sẽ làm tăng ứng suất cho đến khi đạt ứng suất cực đại, sau đó dù có tăng lực nén không tăng nữa Do đó ứng suất cực đại σmax sẽ

đặc trưng cho khả năng chống uốn nén của đất Trị số của σmax phụ thuộc loại

đất và các tính chất vật lý của nó, đặc biệt là độ ẩm

Sự biến dạng của đất theo phương pháp tuyến liên quan đến độ sâu của vết bánh xe và do đó ảnh hưởng đến lực cản lăn của máy kéo Vì vậy đường đặc tính nén đất được sử dụng như một cơ sở khoa học để tính toán thiết kế hệ thống di động của máy kéo Để tiện sử dụng đặc tính này người ta thường biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến và độ biến dạng bằng các công thức hồi quy thực nghiệm Tuỳ theo mục đích nghiên cứu và quan điểm cảu các tác giả và tuỳ thuộc cả loại đất, mối quan hệ đó có thể được biểu diễn theo các công thức thực nghiệm khác nhau Một trong các công thức hay được

sử dụng có dạng:

σ =k h. n

Trong đó: k - là hệ số thực nghiệm;

h - độ biến dạng

n - chỉ số mũ

Trị số của k và n phụ thuộc vào loại

đất, trạng thái vật lý của nó và được xác định

bằng thực nghiệm

Sức chống cắt của đất được tạo thành

bởi hai thành phần: lực ma sát và lực liên kết

(lực dính) giữa các phần tử đất Các thành phần lực này phụ thuộc vào các tính chất cơ lý và phụ thuộc vào áp suất pháp tuyến, tức là phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến

Trong quá trình cắt đất theo phương ngang xảy ra sự biến dạng và các ứng suất pháp tuyến Thực tế cho thấy rằng mối quan hệ giữa ứng suất tiếp tuyến τ và biến dạng l có dạng như hình 1.2

Hình dạng của đường cong cắt đất cũng tương tự như đường cong nén đất Đối với đất dẻo sau khi ứng suất cắt đạt đến giá trị cực đại τmax đường

biểu diễn là đường nằm ngang, chứng tỏ ứng suất không thay đổi Nhưng đối với đất cứng sau khi đạt giá trị cực đại ứng suất cắt giảm xuống chút ít rồi sau

đó giữ nguyên giá trị Điều này được giải thích rằng ở đất cứng sức chống cắt được tạo thành do lực ma sát giữa các phần tử đất khi τ τ 〈 max trong đất xuất hiện ma sát nghỉ nhưng khi τ =τmax sẽ bắt đầu xảy ra hiện tượng trượt hoàn

toàn và do đó xuất hiện ma sát trượt và ứng suất cắt sẽ giảm xuống

Người ta thường sử dụng ứng suất cắt cực đại τmax để đặc trưng cho khả

năng chống cắt của đất và gọi là sức chống cắt của đất Giá trị τmax phụ thuộc

vào ứng suất pháp tuyến (ứng suất nén), loại và trạng thái vật lý của đất

l

τ

τ max2

τmax1

Thực nghiệm cho thấy rằng mối quan hệ giữa sức chống cắt τ và ứng suất pháp σ gần như là tuyến tính, thể hiện như hình 1.3 Đối với đất khô lực dính là không đáng kể , đồ thị đi từ gốc toạ độ, còn ở các loại đất tự nhiên bao giờ cũng tồn tại lực dính giữa các phần tử đất trên đồ thị được biểu diễn bởi τo

Mối quan hệ giữa ứng suất tiếp tuyến và ứng suất pháp tuyến được biểu diễn theo công thức :

bộ phận di động của máy kéo lên đất mang tính chất tải trọng động lực học

Do đó độ ẩm sẽ gây ảnh hưởng đến tính năng kéo bám và độ trượt của máy kéo

Tóm lại sức chống nén và sức chống cắt của đất là những thông số quan trọng và thường được sử dụng để tính toán cường độ chịu tải, tính ổn định của đất ở những công trình thuỷ lợi, xây dựng và là một trong những thông số cơ bản xác định độ lún, số lượng tiết diện và góc nghiêng của các loại mấu bám bánh xe máy kéo làm việc trên đất có độ ẩm cao

1.2 Tính toán lực cản liên hợp máy kéo

Theo đề bài ta có:

−Yêu cầu nông học: độ sâu cày: h= 18 cm

− Bề rộng cấu tạo của một thân cày: bc= 25 cm

− Lực cản riêng của cày: K0 = 70000 N/m2

− Các số liệu kỹ thuật và thực nghiệm máy kéo MTZ−80 (Liên Xô):

+ Trọng lượng máy kéo: G = 1500 kG

+ Chiều dài cơ sở : L = 1,815 m

+ Khoảng cách từ trong tâm đến cầu sau: a= 0,799m

+ Bán kính bánh chủ động rk = 0,668 m

+ Chiều cao điểm móc máy nông nghiệp: hm = 0,4 m

- Chọn số thân cày là 3 thân

- Lực kéo yêu cầu là: Pm = K0.B.hm = 7000.0,25.3.0,18 = 945 (kG)

- Tính lực kéo đảm bảo điều kiện bám Pmmax

• Tính phản lực pháp truyến lên cầu chủ động cho máy kéo bánh (Zk)

Zk =

L

h P a L

Trong đó: L: chiều dài cơ sở của máy kéo (m)

a: tọa độ dọc so với cầu sau (m)

hm: chiều cao điểm móc máy nông nghiệp (m)

• Tính lực kéo Pmmax

Pmmax = Pϕ = ϕ.Zk = 0,7 1117,355 = 782,149 (kG)

Trong đó: ϕ là hệ số bám (với máy kéo bánh thường lấy là 0,7)

Phần II Xây dựng đường đặc tính kéo của máy kéo

2.1 Xây dựng đường đặc tính của động cơ

2.1.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ

Đường đặc tính tốc độ thể hiện sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng (Ne), mô men quay (Me), chi phí nhiên liệu giờ (Ge), chi phí nhiên liệu riêng (ge) theo tốc độ quay (ne) của động cơ

Dựa vào các số liệu thực nghiệm ta xây dựng:

* Đường cong mômen quay Me (Nm)

Được tạo bởi hai đường Một đoạn tuyến tính và một đoạn đường cong bậc hai Như trong hàm hồi quy

+

emac e

H e

H e e

e

n n n khi b

n b

n n khi a

n a n a

2 1

3 2

2 1

.

.

a1 = -1,523.10-6 ; a2 = 4,5.10-3 ; a3 = 6,424

b1 = -0,066; b2 = 185,287

* Đường cong chi phí nhiên liệu giờ G e (kg/h)

Được tạo bởi hai đường Một đoạn tuyến tính và một đoạn đường cong bậc hai Như trong hàm hồi quy

+

emac e

H e

H e e

e

n n n khi d

n d

n n khi c

n c n c

2 1

3 2

2 1

.

.

Dùng Matlab vẽ đồ thị ta được

2.1.1 Xây dựng đường đặc tính tải trọng

Đường đặc tính tải trọng là đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng (Ne), tốc độ quay (ne), chi phí nhiên liệu giờ (Ge), chi phí nhiên liệu riêng (ge) theo mô men (Me) quay của động cơ

Dựa vào các số liệu thực nghiệm ta xây dựng:

* Đường cong tốc độ quay n e (v/ph)

Được tạo bởi hai đường Một đoạn tuyến tính và một đoạn đường cong bậc hai Như trong hàm hồi quy

* Đường cong chi phí nhiên liệu giờ G e (kg/h)

Được tạo bởi hai đường Một đoạn tuyến tính và một đoạn đường cong bậc hai Như trong hàm hồi quy

≤ +

emac e

H e

e

H e e

M M M khi d

M d M d

M M khi c

M c

3 2

2 1

2 1

.

2.2 Xây dựng đường đặc tính trượt của máy kéo

Đường đặc tính trượt của máy kéo có thể mô tả theo một số hàm toán học quen thuộc Thường sử dụng hàm logarit hoặc hàm mũ

2.3 Xõy dựng đường đặc tớnh kộo của mỏy kộo

Đã biết:

– Trọng lượng máy kéo : G = 15000 [kG]

– Hệ số cản lăn f = 0,06

– Lực cản lăn: Pf = fG [kG]

– Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực i

– Hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực ηm (chọn ηm= 0,85) – Bán kính bánh xe chủ động rk = 0,668 [m]

Các bước tính toán:

1– Cho giá trị lực kéo Pm [kG]

2– Tính độ trượt của máy kéo

m

P B

B A

i

r P P M

≤ +

=

max 2

2 2 2

1

e e eH e

e

eH e

e e

M M M

khi c

M b M a

M M khi

b M a n

5– Tính vận tốc lý thuyết

i

n r

N m = m [ml] (mã lực) 8– Tính chi phí nhiên liệu giờ của động cơ Ge [kg/h] :

≤

≤ +

=

max 4

4 2 4

3

e e eH e

e

eH e

e e

M M M

khi c

M b M a

M M khi

b M a G

9– Tính chi phí nhiên liệu riêng của máy kéo:

3

10

m

e T

Phần III Tính toán thành lập liên hợp máy

3.1 Các yêu cầu tính toán khi thành lập liên hợp máy kéo

Lựa chọn số truyền để đảm bảo cho máy kéo làm việc được phù hợp với lực kéo của máy nông nghiệp thì đường công suất kéo không thể nằm bên nhánh quá tải như thấy ở đồ thị của số truyền II4, I4 và III3 Vì vậy khi làm việc ta sẽ chọn số truyền II3

• Công suất kéo: Nm =17,652(ml)

• Độ trượt: δ =17,859%

• Hiệu suất kéo: ηk = 0,639

• Mô men: Me = 7,314 kGm

• Số vòng quay: ne = 2705,7 vg/ph

• Chi phí nhiên liệu giờ: Ge = 6,834(kg/h)

• Chi phí nhiên liệu riêng: ge = 387,141(g/ml.h)

• Vận tốc hoạt động : vm = 4,920 (km/h)

3.2 Tính toán thành lập liên hợp máy

Với loại máy kéo Shibaurra− −3000A (số liệu trên phụ lục 1) liên hợp

với cày lưỡi diệp (số liệu trên phụ lục 2) Sau khi dùng phương pháp đồ thị

xác định được các chỉ tiêu làm việc của liên hợp máy ở số truyền II3 có tỷ số truyền i = 113,76 Ta tính toán các thông số khác của liên hợp máy

- Năng suất lý thuyết của liên hợp máy (ha/h)

Wlt = 0,1.B.V = 0,1.1.4,92 = 0,492 (ha/h) Trong đó:

τ : hệ số tính đến các hao phí về vận tốc, bề rộng làm việc và thời gian ở đây τ = 0,85

- Tính chi phí nhiên liệu riêng trên ha (kg/ha)

Ge : chi phí nhiên liệu giờ (kg/h)

3.3 Phân tích, đánh giá các chỉ tiêu của liên hợp máy đã thành lập

Giữa hai chế độ định mức và làm việc của máy kéo

Qua đường đặc tính kéo ta thấy rằng các đường cong công suất kéo đều

có giá trị cực đại và các đường cong chi phí nhiên liệu riêng đều có giá trị cực tiểu gmin và cùng đạt được trong một vùng lực kéo Lúc đó hiệu quả làm việc

và tính tiết kiệm nhiên liệu của máy kéo là cao nhất

Dùng đồ thị đặc tính kéo lý thuyết và phần mềm matlab ta xác định được các chỉ tiêu kéo của máy kéo ứng với số truyền 6 tại lực kéo yêu cầu của máy nông nghiệp đã cho và các chỉ tiêu định mức của số truyền đó ta được:

Trong đó chỉ tiêu kéo:

• Công suất kéo: Nm =17,400 (ml)

• Độ trượt: δ =17, 049%

• Hiệu suất kéo: ηk = 0, 644

• Mô men: Me = 7,15 kGm

• Số vòng quay: ne = 2707 vg/ph

• Chi phí nhiên liệu giờ: Ge = 6,765 (kg/h)

• Chi phí nhiên liệu riêng: gm = 388,81 (g/ml.h)

• Vận tốc hoạt động : vm = 4,971 (km/h)

Trong đó chỉ tiêu kéo định mức:

• Công suất kéo: Nm =17,652(ml)

• Độ trượt: δ =17,859%