LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tác giả luận văn Trần Văn Thịn[.]
Trang 1Tôi xin cam đoan, đây là công trình của riêng tôi
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực
và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tác giả luận văn
Trần Văn Thịnh
LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian làm việc khẩn trương, với tinh thần nghiên cứu khoa học một cách nghiêm túc, trên cơ sở các kiến thức của bản thân và các tài liệu tham khảo, sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn Văn Quân, thầy hướng dẫn trực tiếp, thầy Phạm Văn Lý với những nhận xét và góp ý xác đáng, thầy Trần Kim Khôi và các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình khảo nghiệm tại hiện trường và xử lý số liệu đo đếm được Đến nay, Đề tài
“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời tự hành hai trống” của tôi
đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với những sự giúp đỡ tận tình quý báu đó Tôi xin hứa với những kiến thức đã học được trong quá trình học tập và nghiên cứu, trong điều kiện có thể tôi sẽ vận dụng vào quá trình hoạt động
LỜI CAM ĐOAN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-
BÙI THANH THỦY
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA LIÊN HỢP MÁY JOHN DEERE 5310 VỚI MÁY CÀY PHỤC
VU ̣ LÀM ĐẤT NÔNG, LÂM NGHIỆP
Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Hà Nội, 2011
Trang 2và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tác giả luận văn
Trần Văn Thịnh
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-
BÙI THANH THỦY
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA LIÊN HỢP MÁY JOHN DEERE 5310 VỚI MÁY CÀY PHỤC
VU ̣ LÀM ĐẤT NÔNG, LÂM NGHIỆP
Chuyên ngành: Máy và Thiết bị cơ giới hóa Nông -Lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14
Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS Lê Văn Thái
Hà Nội, 2011
Trang 3ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, việc cơ giới hóa phục vụ trong sản xuất nông nghiệp là việc sử dụng các thiết bị máy móc để thực hiện các công việc từ sản xuất cây giống tại vườn ươm, chuẩn bị làm đất, trồng cây, chăm sóc, bảo vệ và thu hoạch cây trồng Để đáp ứng được các yêu cầu về cơ giới hóa trong sản xuất nông nghiệp ở nước ta thì việc sử dụng có hiệu quả các liên hợp máy là hết sức quan trọng Do nhu cầu thực tế phục vụ cho sản xuất ở nước ta đã nhập khẩu một số mẫu máy của nhiều nước, trong đó có một số mẫu máy thích ứng và phổ biến ở trong nước, tuy nhiên việc chọn lựa chưa được nghiên cứu trên cơ sở khoa học Các máy được nhập khẩu chủ yếu từ các nước như Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, ….Còn các máy cỡ nhỏ được chế tạo trong nước chủ yếu ở nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo, nhà máy cơ khí Sông Công Thái Nguyên và một số nhà máy cơ khí ở địa phương…Tuy nhiên một số liên hợp máy sản xuất trong nước được sử dụng trong thời gian qua có chất lượng công nghệ chế tạo chưa phù hợp với điều kiện sản xuất, cho nên việc nghiên cứu phục vụ thiết kế cũng như để nâng cao chất lượng đang dần dần từng bước được củng cố và quan tâm
Trong những năm gần đây đã có nhiều đề tài nghiên cứu đề cập đến vấn
đề sử dụng máy kéo cỡ nhỏ trong sản xuất nông, lâm nghiệp như: PGS.TS Đặng Thế Hòa Trường Đại học Nông nghiệp – Hà Nội, PGS – TS Nguyễn Nhật Chiêu Hội Khoa học lâm nghiệp, TS Nguyễn Văn Đạt Trường Đại học Tây Nguyên Những đề tài trên tập trung nghiên cứu cải tiến, lắp thêm một
số bộ phận công tác nhằm nâng cao hiệu quả khả năng sử dụng của liên hợp máy trong điều kiện sản xuất nông, lâm nghiệp Tuy nhiên vấn đề động lực học của liên hợp máy phục vụ khâu làm đất nông, lâm nghiệp ở nước ta thì hầu như các đề tài đề cập đến còn rất ít
Trang 4Qua tìm hiểu và phân tích khái quát các công trình nghiên cứu trong những năm gần đây cho thấy việc nghiên cứu các liên hợp máy cỡ vừa và nhỏ chỉ tập trung vào xác định khả năng làm việc hoặc cải tiến một số hệ thống hay cơ cấu riêng lẻ, mà chưa chú ý đầy đủ đến các tính chất hoạt động thực tế của liên hợp máy trong sản xuất nông, lâm nghiệp, mối tương quan qua lại giữa liên hợp máy và đối tượng tác động Trong điều kiện làm việc cụ thể có
sự sai số rất lớn so với các giả thuyết khi tính toán thiết kế và nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, hiệu quả và chất lượng công việc của liên hợp máy
Tuy các liên hợp máy cỡ nhỏ có tốc độ truyền động thấp, xong do có khối lượng chuyển động, mô men quán tính nhỏ và những đặc điểm kết cấu riêng nên rất dễ nhạy cảm với các tác động động lực học trong quá trình liên hợp với máy công tác Để đánh giá và nâng cao hiệu quả sử dụng của quá trình làm việc của liên hợp máy và đưa ra giới hạn phạm vi làm việc nhằm cải thiện liên hợp máy sao cho thích ứng với các điều kiện làm việc thực tế trong sản xuất nông, lâm nghiệp ở nước ta, cần thiết phải nhận dạng các chế độ động lực học của liên hợp máy Có nghĩa là chúng ta phải nắm được về định tính và định lượng các tác động động lực học đến khả năng làm việc cũng như đến chất lượng công việc, độ bền của các chi tiết máy và tính năng điều khiển của liên hợp máy
Với những lý do trên tôi thực hiện đề tài “ Nghiên cứu một số vấn
đề động lực học của liên hợp máy John Deere 5310 với máy cày phục vụ làm đất nông, lâm nghiệp”
Trang 5
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình trang bị máy kéo và áp dụng cơ giới trong sản xuất nông, lâm nghiệp nước ta
Từ năm 2000 đến nay, khi sự nghiệp đổi mới do Đảng khởi xướng và lãnh đạo đã có nhiều chính sách mới được ban hành ngày càng đồng bộ Làm cho sản xuất nông, lâm nghiệp đã chuyển từ tự cung, tự cấp sang sản xuất hàng hóa Tính đến tháng 4 năm 2005 cả nước đã trang bị trên 16,3 triệu mã lực dùng trong sản xuất nông, lâm nghiệp và thủy lợi Bình quân trang bị động lực cho một ha canh tác đạt 0,8 mã lực, do điều kiện phát triển kinh tế ở các vùng khác nhau nên việc trang bị động lực cũng khác nhau Cao nhất là Tây nguyên đạt 1,78 mã lực/ha Đông Nam bộ 1,25 mã lực/ha, Đồng Bằng Sông Cửu Long 0,98 mã lực/ha Trong khi đó khu 4 cũ và Trung du miền núi phía bắc mới chỉ đạt 0,36 mã lực/ha, [11]
Trong 10 năm gần đây số máy kéo các loại tăng 5,5 lần, động cơ diesel sản xuất trong nước đạt 8,3 lần, các loại máy canh tác khác phục vụ sản xuất nông, lâm nghiệp và chăn nuôi tăng vượt bậc Các phương tiện vận chuyển ở nông thôn phát triển mạnh, hiện có 100.000 xe vận tải nhỏ và 875.650 tầu thuyền cơ giới Tỉ lệ diện tích gieo trồng cây hàng năm được cày bừa bằng máy đạt 7,2 %, trong đó máy kéo cỡ nhỏ được xác định là một nguồn động lực quan trọng trong sản xuất
Một trong những chủ trương thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn là trang bị các loại máy kéo để cơ giới các khâu sản xuất Việc trang bị các loại máy kéo để phục vụ sản xuất trong các hộ gia đình nông dân đang được người dân chú trọng đầu tư mua sắm Nhiều loại máy kéo cỡ nhỏ đã được nhập vào Việt nam với số lượng lớn và phân theo các vùng lãnh thổ Các loại máy kéo cỡ nhỏ được nhập và sử dụng ở Việt Nam chủ yếu do các nước Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc sản xuất
Trang 6Nhu cầu sử dụng nguồn liên hợp máy cỡ vừa và máy kéo nhỏ ở các vùng núi phía Bắc, Tây nguyên và Đông Nam Bộ còn rất lớn, trong các ngành chế tạo máy và sản xuất trong nước chỉ mới cung cấp được khoảng 17% [19] Chính vì vậy thị trường trong nước còn tràn ngập các loại máy kéo nhỏ của Trung Quốc với giá cao và chất lượng chưa tốt Máy kéo qua sử dụng của Nhật cũng tràn vào Việt Nam, có chất lượng chế tạo tốt hơn nhưng giá thành đắt và phụ tùng thay thế khan hiếm Ngành chế tạo máy nước ta trong những năm hội nhập WTO đã gặp nhiều khó khăn hầu hết các máy kéo cỡ nhỏ chế tạo trong nước đều sao chép mẫu của Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản ra đời cách đây nhiều thập kỷ, đơn điệu về mẫu mã lạc hậu về tính năng kĩ thuật [19] Ngay cả việc sao chép mẫu cũng chưa có căn cứ khoa học đầy đủ để có được những máy phù hợp với điều kiện sử dụng ở nước ta Trong những năm gần đây các công ty chế tạo động cơ (viết tắt là VINAPPRO), công ty máy kéo và máy Nông nghiệp (viết tắt là VIKYNO), công ty Diesel Sông Công ở phía Bắc (viết tắt DISOCO) đã có nhiều tiến bộ trong việc thay đổi chủng loại, nâng cao chất lượng, phát triển số lượng và đã bước đầu có xuất khẩu sang các nước trong khu vực
Thực hiê ̣n cơ giới hóa nông, lâm nghiê ̣p theo quan điểm của Lênin:
“Muố n thay đổi tâ ̣p quán thói quen của người tiểu nông cần hàng chu ̣c va ̣n
máy kéo” Tới nay tỷ lê ̣ công viê ̣c sử du ̣ng máy móc tăng lên đáng kể Tính đến tháng 4 năm 2005 cả nước đã trang bi ̣ trên 16 triê ̣u mã lực dùng trong sản xuất nông, lâm nghiệp, thủy sản Bình quân trang bi ̣ đô ̣ng lực cho mô ̣t ha canh
tác đa ̣t gần 0,8 mã lực/ha, do điều kiê ̣n sản xuất, phát triển kinh tế từng khác nhau nên viê ̣c trang bi ̣ đô ̣ng lực cũng khác nhau Cao nhất là Tây Nguyên đa ̣t 1,78 mã lực/ha, đông Nam Bô ̣ 1,25 mã lực/ ha, đồ ng bằng sông Cửa Long 0,98 mã lực/ha, trong khi đó miền trung và khu vực miền núi phía bắc chỉ đa ̣t 0,36 mã lực/ha.[8]
Trang 7Do yêu cầu của quá trình công nghiê ̣p hóa, hiê ̣n đa ̣i hóa nông nghiê ̣p nông thôn Nhu cầu trang bi ̣ máy kéo để cơ giới hóa các khâu sản xuất là rất
lớ n Trong khi đó, nền cơ khí trong nước chưa theo ki ̣p cơ giới hóa nông nghiệp, số lươ ̣ng máy kéo sản xuất ở trong nước chỉ đáp ứng được 17% nhu cầu Do đó thi ̣ trường máy kéo trong nước tràn ngâ ̣p các loa ̣i máy kéo nhâ ̣p khẩu củ a Trung Quốc, Nhâ ̣t Bản, Mỹ… Trong những năm gần đây, nhà nước đã có rất nhiều chính sách ưu tiên kích thích phát triển nền cơ khí nông nghiệp trong nước, nhưng vẫn chưa có bước tiến triển đáng kể Điều này là do
sản phẩm trong nước không thể ca ̣nh tranh với hàng nhâ ̣p khẩu về giá cả và chất lượng Do đó, để thúc đẩy sản xuất máy móc phu ̣c vu ̣ cơ giới hóa nông nghiệp, nông thôn, cần có sự nỗ lực từ rất nhiều phía, các công ty cơ khí, nhà nước, nhà khoa ho ̣c.[11]
Hiện nay đã có những tiến bộ nhất định trong ngành chế tạo máy, nhưng máy kéo do Việt Nam sản xuất được thị trường trong nước chấp nhận với số lượng còn rất nhiều hạn chế do chất lượng các máy còn chưa đảm bảo, chưa đáp ứng được các yêu cầu tính năng kỹ thuật đặt ra Do đó, cần phải tập trung đầu tư nghiên cứu tính toán thiết kế, đổi mới qui trình công nghệ cho ra được sản phẩm có chất lượng, phù hợp với đặc điểm và tính chất công việc
mà máy đảm nhận Mục tiêu của ngành chế tạo máy nước ta là phấn đấu đến năm 2020 chế tạo khoảng 10.000 máy kéo cầm tay cỡ 6 – 15 mã lực/năm, chiếm lĩnh được toàn bộ thị trường máy kéo cỡ nhỏ trong nước, cùng với kéo
cỡ lớn đạt được
Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn, thì việc cơ giới hóa các khâu công việc trong sản xuất đòi hỏi lượng máy móc thiết bị cơ giới rất lớn, trong đó chủ yếu là các loại máy kéo và liên hợp máy kéo Máy kéo được sử dụng ở nước ta đã góp phần cơ giới hóa nhiều công việc trong sản xuất Những năm gần đây tỷ lệ cơ giới hóa khâu làm đất bình quân cả nước đạt 63,8 %, cao nhất là đồng bằng Sông Cửu Long đạt 87 %,
Trang 8Đông Nam bộ 75 %, Đồng Bằng Sông Hồng và duyên hải Nam Trung bộ trên
65 %, các vùng khác xấp xỉ 41 % Trong khâu thu hoạch lúa việc đập và làm sạch bằng máy liên hoàn phát triển khá nhanh, hiện có 890.000 máy đập lúa động cơ các loại Khả năng phòng trừ sâu bệnh được tăng lên nhờ có hàng nghìn máy bơm thuốc trừ sâu các loại Về tưới tiêu đến cuối năm 2005 nhà nước đầu tư xây dựng trên 76.000 công trình thủy lợi lớn nhỏ và 6000 trạm bơm các loại, hàng năm đạt khối lượng nước tưới 110.000 triệu m3/h, tiêu úng 100.000 triệu m3/h Ngoài ra hộ gia đình nông dân tự trang bị gần 1.800.000 máy bơm nhỏ các loại [11]
Vớ i viê ̣c nhà nước chủ trương phát triển đa da ̣ng hóa nền kinh tế, khuyến khích phát triển kinh tế hô ̣ gia đình, kinh tế trang tra ̣i, do đó nhu cầu trang bi ̣
máy kéo cỡ nhỏ cho sản xuất nông, lâm nghiê ̣p là rất lớn Vì vâ ̣y cần đầu tư, quan tâm hơn nữa tới lĩnh vực này, để sớm hoàn thành mu ̣c tiêu công nghiê ̣p
hóa, hiê ̣n đa ̣i hóa nông nghiê ̣p nông thôn
1.2 Một số tính chất và đặc điểm động lực học liên hợp máy kéo cỡ nhỏ
Liên hợp máy kéo cỡ nhỏ khi làm việc trong sản xuất nông, lâm nghiệp chịu tác động của các điều kiện ngoài thay đổi, được nhìn nhận là đa yếu tố và
đa dạng Có thể kể đến là tính chất không bằng phẳng của trái đất, tính chất không đồng nhất của trái đất, tính đa dạng về cơ cấu cây trồng, tính phức tạp
và đa dạng của các quá tình công nghệ v.v… Các yếu tố này chủ yếu ảnh hưởng đến độ không đồng đều của tải trọng và các chỉ tiêu của quá trình công nghệ mà máy cần hoàn thành cũng như chi phí năng lượng Đối với liên hợp máy khi làm việc thì tác động chủ yếu là tác động qua lại giữa bộ phận làm việc với vật liệu và giữa bộ phận di động với mặt đất Đồng thời khi tính toán
và thiết kế máy, các trạng thái thực không được xem xét đầy đủ Đa số các trường hợp khi tính toán thiết kế người ta ứng dụng cơ bản là mô hình tĩnh học với sự lý tưởng hóa đáng kể các điều kiện làm việc thực tế, mà lẽ ra các yếu tố này rất đa dạng và phức tạp Nhiều tác giả cho rằng khi tính toán thiết
Trang 9kế cũng như nghiên cứu liên hợp máy, cần phải có một mô hình mô tả đầy đủ đến mức có thể về các tính chất của liên hợp máy làm việc trong các điều kiện khác nhau [4]
Hoạt động của liên hợp máy có thể được xem như là phản ứng đối với kích thích ngoài ở đầu vào và các tác động điều khiển Khi đó sơ đồ tính toán, phân tích các tính chất hoạt động của một máy bất kỳ không phụ thuộc vào công dụng của nó mà có thể đưa ra về sơ đồ tổng quát theo nguyên lí đầu vào – đầu ra Với sơ đồ này việc nghiên cứu chủ yếu là quan hệ giữa các biến đổi thông số vào và thông số ra, cũng như động lực học việc truyền và chuyển đổi các thông số đó Các thông số đầu vào có thể là tất cả các kích thích ngoài (thí
dụ thông số về điều kiện làm việc: Độ mấp mô mặt đất, lực cản của máy v.v…) và các tác động điều khiển (quá trình thay đổi ga, cắt gài côn, sang số v.v…) tùy từng trường hợp có thể là các đại lượng vật lý như: Lực, mô men lực, chỉ tiêu cơ giới hóa khâu làm đất lên đến 60 ÷ 70% diện tích canh tác trong cả nước [7]
Liên hợp máy kéo cỡ vừa và nhỏ với công suất động cơ từ 6 – 15 mã lực (máy kéo hai bánh đẩy tay ) và 20 – 50 mã lực (máy kéo bốn bánh lái vô lăng), thường sử dụng động cơ một xilanh nằm ngang, có bộ điều chỉnh số vòng quay động cơ kiểu bi – đĩa li tâm Khi làm việc trên mặt đất với các máy kéo, tuy có tốc độ chậm nhưng do khối lượng nhỏ và mô men quán tính nhỏ, nên rất nhạy cảm với sự thay đổi của tải trọng ngoài, đặc biệt là trong điều kiện mặt đồng không bằng phẳng và tính chất không đồng nhất của đất Một đặc điểm khác là bánh xe máy kéo có đường kính nhỏ làm giảm khả năng bám, tăng lực cản lăn của máy kéo khi làm việc trên đất có độ ẩm cao hoặc trên đất nhiều sỏi đá [8]
Do trọng lượng và bề rộng cơ sở nhỏ, khi di chuyển trên đường không bằng phẳng hoặc làm việc trên đồng thì liên hợp máy rất dễ nhạy cảm với các kích thích dao động theo phương thẳng đứng và phương ngang, điều đó phần
Trang 10nào ảnh hưởng đến chất lượng khâu canh tác mà máy đảm nhận Thí dụ, khi thực hiện khâu cày trọng lượng của máy cày nhỏ dẫn đến độ ăn sâu của cày kém, độ mất ổn định tăng lên Đặc biệt là đối với máy nhỏ hai bánh lái càng rất nhạy cảm với dao động lắc xung quanh trục bánh xe chủ động, [8]
Liên hợp máy kéo hai bánh đẩy tay hoặc bốn bánh lái vô lăng, trong đường truyền lực từ động cơ đến bánh chủ động sau có sử dụng bộ chuyền đai thang Đặc điểm này dẫn đến hiệu suất truyền lực kém Ngoài ra theo nhiều công trình nghiên cứu cho thấy nếu hệ truyền lực có truyền động đai kết hợp với côn ly hợp ma sát sẽ làm giảm tải trọng khi máy kéo di chuyển
Đối với liên hợp máy kéo cỡ nhỏ đẩy tay với kết cấu chỉ có phần chủ động ở phía trước và kết cấu hệ thống lái đơn giản, điều khiển bằng côn chuyển hướng và không có trợ lực lái, nếu tính điều khiển kém, tay lái dễ bị lắc xung quanh trục chủ động Tuy nhiên nếu ta thiết kế vị trí trọng tâm hợp
lý, vị trí tay điều khiển côn và hợp sử dụng chế độ tải trọng, chế độ tốc độ phù hợp thì sẽ cải thiện được điều khiển lái rất nhiều
1.3 Tình hình nghiên cứu động lực học của máy kéo nông nghiệp trên thế giới và trong nước
1.3.1 Trên thế giới
Đối với liên hợp máy kéo nông nghiệp cỡ lớn, các công trình nghiên
cứu các chế độ động lực học đã được các nhà khoa học quan tâm đến từ lâu
và được công bố ở nhiều công trình nghiên cứu, thường sử dụng các mô hình toán học, trong đó sử dụng rộng rãi các mô hình dao động nhiều bậc tự do Thông thường một máy kéo có 7 loại dao động: Dao động thẳng đứng, dao động xoay trục thẳng đứng, dao động ngang, dao động xoay trục ngang, dao động dọc, dao động xoay trục dọc, và dao động liên kết xoay quanh cân bằng Trong các nghiên cứu riêng phụ thuộc vào phương thức và mục đích nghiên cứu có thể chỉ quan tâm đến những loại dao động nhất định còn các loại khác
bỏ qua