nghiên cứu động lực học của liên hợp máy kéo trong khâu làm đất nông, lâm nghiệp

Trong những điều kiện làm việc cụ thể có khi sai khác rất lớn so với các giả thiết khi tính toán thiết kế và nó ảnh hởng ngay đến khả năng làm việc, hiệu quả và chất lợng công việc của l

đặt vấn đề

Cơ giới hóa phục vụ sản xuất nông, lâm nghiệp là việc sử dụng các thiết

bị máy móc để thực hiện các công việc từ sản xuất cây giống tại vờn ơm, chuẩn bị đất trồng (làm đất), trồng cây, chăm sóc và bảo vệ cây trồng Để đáp ứng đợc yêu cầu cơ giới hóa trong nông nghiệp và nông thôn, thì việc sử dụng

có hiệu quả các liên hợp máy kéo cỡ nhỏ là hết sức quan trọng Do nhu cầu thực tế sản xuất ở nớc ta đã nhập khẩu một số mẫu máy của nhiều nớc, trong

đó một số mẫu máy tỏ ra khá thích ứng và đợc dùng phổ biến ở trong nớc, tuy nhiên việc tuyển chọn cha đợc nghiên cứu đầy đủ trên cơ sở khoa học Các máy đợc nhập ngoại chủ yếu từ các nớc Nhật Bản, Trung Quốc Các máy kéo

cỡ nhỏ đợc chế tạo trong nớc chủ yếu ở nhà máy cơ khí Trần Hng Đạo, nhà máy Diezel Sông Công, Công ty máy kéo và máy nông nghiệp, một số xí nghiệp cơ khí địa phơng khác Tuy nhiên các liên hợp máy cỡ nhỏ sản xuất trong nớc đợc sử dụng trong thời gian qua có chất lợng công nghệ chế tạo cha phù hợp với điều kiện sản xuất, việc nghiên cứu cơ bản phục vụ thiết kế cũng

nh để nâng cao chất lợng đang dần dần từng bớc đợc quan tâm đầy đủ [19]

Trong những năm gần đây đã có một số đề tài đề cập đến vấn đề sử dụng máy kéo cỡ nhỏ trong sản xuất nông, lâm nghiệp nh: Đặng Tiến Hòa

“Nghiên cứu một số vấn đề động lực học của liên hợp máy kéo cỡ nhỏ hai bánh”, PGS – TS Nguyễn Nhật Chiêu, Th.S Nguyễn Văn An, T.S Lê Văn Thái “Nghiên cứu sử dụng máy kéo cỡ nhỏ để phay đất rừng trồng cây lâm nghiệp” Những đề tài trên đã tập trung vào nghiên cứu cải tiến và lắp thêm một số bộ phận công tác nhằm nâng cao khả năng sử dụng của máy trong điều kiện sản xuất nông, lâm nghiệp Tuy nhiên, hiện nay vấn đề động lực học của liên hợp máy kéo cỡ nhỏ trong khâu làm đất trồng cây nông, lâm nghiệp thì hầu nh các đề tài đã đề cập đến nhng cha đầy đủ

Qua 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 kéo cỡ nhỏ chỉ tập trung vào xác định khả năng làm việc hoặc cải tiến một số hệ thống hay cơ

cấu riêng lẻ, mà cha chú ý đầy đủ đến các tính chất hoạt động thực tế của liên hợp máy trên đất nông, lâm nghiệp, trong mối tơng quan qua lại giữa liên hợp máy và đối tợng tác động Trong những điều kiện làm việc cụ thể có khi sai khác rất lớn so với các giả thiết khi tính toán thiết kế và nó ảnh hởng ngay đến khả năng làm việc, hiệu quả và chất lợng công việc của liên hợp máy.

Các liên hợp máy kéo cỡ nhỏ tuy có tốc độ chuyển động thấp, song do

có khối lợng chuyển động và mô men quán tính nhỏ và những đặc điểm kết cấu riêng nên rất dễ nhậy cảm với các tác động động lực học trong quá trình liên hợp máy làm việc Để đánh giá và nâng cao hiệu quả của quá trình làm việc của liên hợp máy và có thể cải thiện liên hợp máy thích ứng với các điều kiện hoạt động thực tế trong sản xuất nông, lâm nghiệp ở nớc ta, cần thiết nhận dạng các chế độ động lực học của liên hợp máy Có nghĩa là cần biết cả

về định tính lẫn định lợng các tác động động lực học đến khả năng làm việc cũng nh đến chất lợng công việc, độ bền các chi tiết máy và đến tính năng

điều khiển các liên hợp máy

Với lý do trên chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu một số vấn đề

động lực học của máy kéo Bông Sen 12 trong khâu làm đất nông, lâm nghiệp ”

Chơng 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 ở nớc ta

Từ năm 2000 đến nay, khi sự nghiệp đổi mới do Đảng khởi xớng và lãnh đạo đã có nhiều chính sách mới đợc 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 Trong sản xuất nông, lâm nghiệp tỷ lệ công việc làm bằng máy tăng lên mạnh mẽ Tính đến tháng 4 năm 2005 cả nớc đã trang bị trên 16,3 triệu mã lực dùng trong sản nông, lâm nghiệp và thủy lợi Bình quân trang bị động lực cho một ha canh tác đạt gần 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 [19]

Trong 10 năm gần đây số máy kéo các loại tăng 5,5 lần, động cơ diesel sản xuất trong nớc tăng 8,3 lần, các loại máy canh tác khác phục vụ sản xuất nông, lâm nghiệp và chăn nuôi tăng vợt bậc Các phơng tiện vận chuyển ở nông thôn phát triển mạnh, hiện có 100.000 xe vận tải nhỏ và 875.650 tầu thuyền cơ giới Tỷ lệ diện tích gieo trồng cây hàng năm đợc cày bừa bằng máy

đạt 72 %, trong đó máy kéo cỡ nhỏ đợc xác định là một nguồn động lực quan trọng trong sản xuất [7]

Một trong những chủ trơng thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn là trang bị các loại máy kéo để cơ giới hóa các khâu sản xuất Việc trang bị các loại máy kéo để phục vụ sản xuất trong các hộ gia

đình nông dân đang đợc ngời dân chú trọng đầu t mua sắm Nhiều loại máy kéo cỡ nhỏ đã đợc nhập vào Việt Nam với số lợng lớn và phân theo các vùng lãnh thổ Các loại máy kéo cỡ nhỏ đợc nhập và sử dụng ở Việt Nam chủ yếu

do các nớc Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc sản xuất [7]

Nhu cầu sử dụng nguồn động lực nhỏ, 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 máy trong nớc chỉ mới cung cấp đợc khoảng 17 % [19] Chính vì vậy thị trờng trong nớc còn tràn ngập các loại máy kéo nhỏ của Trung Quốc với giá cao và chất lợng cha tốt Máy kéo qua sử dụng của Nhật cũng tràn vào Việt Nam, có chất lợng chế tạo tốt hơn nhng giá thành đắt và phụ tùng thay thế khan hiếm Ngành chế tạo máy nớc ta trong những năm hội nhập WTO đã gặp rất nhiều khó khăn hầu hết các máy kéo cỡ nhỏ chế tạo trong nớc đều sao chép mẫu của Trung Quốc, Nhật Bản ra đời cách đây nhiều thập kỷ, đơn điệu

về mẫu mã lạc hậu về tính năng kỹ thuật [19] Ngay cả việc sao chép mẫu cũng cha có căn cứ khoa học đầy đủ để có đợc những mẫu máy phù hợp với

điều kiện sử dụng ở nớc 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 là DISOCO)

đã có nhiều tiến bộ trong việc thay đổi chủng loại, nâng cao chất lợng, phát triển số lợng và đã bớc đầu có xuất khẩu sang các nớc trong khu vực

Hiện nay đã có những tiến bộ nhất định trong ngành chế tạo máy, nhng máy kéo do Việt Nam sản xuất đợc thị trờng trong nớc chấp nhận với số lợng còn rất hạn chế do chất lợng các máy còn cha đảm bảo, cha đáp ứng đợc các yêu cầu tính năng kỹ thuật đặt ra Do đó, cần phải tập trung đầu t nghiên cứu tính toán thiết kế, đổi mới qui trình công nghệ cho ra đợc sản phẩm có chất l-ợng, phù hợp với đặc điểm và tính chất công việc mà máy đảm nhận Mục tiêu của ngành chế tạo máy nớc ta là phần đấu đến năm 2010 chế tạo khoảng 6000 máy kéo cần tay cỡ 6 - 15 mã lực/năm, chiếm lĩnh đợc toàn bộ thị trờng máy kéo cỡ nhỏ trong nớc, cùng với kéo cỡ lớn đạt đợc chỉ tiêu cơ giới hóa khâu làm đất lên đến 60 ữ 70% diện tích canh tác trong cả nớc [19]

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 lợng máy móc thiết bị cơ giới rất lớn, trong đó chủ yếu là các loại máy kéo và liên hợp máy kéo Máy kéo đợc sử dụng ở nớc 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 nớc đạt 63,8 %, cao nhất là đồng bằng Sông Cửu Long đạt 87 %,

Đông 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 đợc tăng lên nhờ có hàng trăm nghìn máy bơm thuốc trừ sâu các loại Về tới tiêu đến cuối năm 2005 nhà nớc

đầu t xây dựng trên 76.000 công trình thủy lợi lớn nhỏ và 6000 trạm bơm các loại, hàng năm đạt khối lợng nớc tới 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 [19]

Việc trang bị máy kéo cỡ nhỏ (dới 25ml) cho sản xuất nông, lâm nghiệp hiện nay là một yêu cầu không thể thiếu đợc trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông thôn Do chủ trơng đa dạng hóa các loại hình kinh tế xã hội,

đất đai đã chuyển giao quyền sử dụng cho ngời sản xuất, mô hình kinh tế trang trại hộ gia đình đã phát triển với các qui mô lớn Do vậy việc trang bị máy kéo cũng thay đổi, các loại máy kéo cỡ nhỏ đã trở thành một phơng tiện không thể thiếu đợc đối với mỗi hộ gia đình có qui mô sản xuất theo mô hình trang trại, đặc biệt là các hộ gia đình trồng các loại cây công nghiệp

1.2 Một số tính chất và đặc điểm riêng về động lực học liên hợp máy kéo

độ không đồng đều của tải trọng và các chỉ tiêu của quá trình công nghệ mà máy cần hoàn thành cũng nh chi phí năng lợng [10] 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 đợc xem xét đầy đủ Đa số các trờng hợp khi tính toán thiết kế ngời ta ứng dụng cơ bản là mô hình tĩnh học với sự lý tởng hóa đáng kể các điều kiện làm việc thực tế, mà lẽ ra các yếu tố này rất phức tạp và đa dạng Nhiều tác giả cho rằng khi tính toán thiết kế cũng nh nghiên cứu liên hợp máy, cần phải xem nh là một hệ thống động lực học điều khiển

đợc, cần phải có một mô hình mô tả đầy đủ đến mức có thể về các tính chất của liên hợp máy là việc trong các điều kiện khác nhau [10]

Hoạt động của liên hợp máy có thể đợc xem nh 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 đa về sơ đồ tổng quát theo nguyên lý 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 nh 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 trờng hợp có thể là các đại lợng vật lý nh: Lực, mô men lực, chuyển vị v.v Các thông số đầu ra là các thông số xác định chất lợng làm việc, các chỉ tiêu năng lợng và kinh tế kỹ thuật, tính bền vững v.v [10]

Liên hợp máy kéo cỡ nhỏ với công suất động cơ từ 6 - 15 mã lực (máy kéo hai bánh đẩy tay) và 17 - 25 mã lực (máy kéo bốn bánh lái vô lăng), thờng

sử dụng động cơ một xilanh nằm ngang, có bộ điều chỉnh số vòng quay động cơ kiểu bi - đĩa ly tâm Khi làm việc trên mặt đất với các máy kéo, tuy có tốc

độ chậm nhng do khối lợng 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 đờng 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 [10].

Do trọng lợng và bề rộng cơ sở nhỏ, khi di chuyển trên đờng không bằng phẳng hoặc làm việc trên đồng thì liên hợp máy rất dễ nhạy cảm với các kích thích dao động theo phơng thẳng đứng và phơng ngang, điều đó phần nào

ảnh hởng đến chất lợng khâu canh tác mà máy đảm nhận Thí dụ, khi thực hiện khâu cày trọng lợng của máy cày nhỏ dẫn đến độ ăn sâu của cày kém, độ mất ổn định tăng lên Đặc biệt là đối với là đối với máy nhỏ hai bánh lái càng rất nhạy cảm với dao động lắc xung quang trục bánh xe chủ động [4]

Liên hợp máy kéo hai bánh đẩy tay hoặc bốn bánh lái vô lăng, trong ờng truyền lực từ động cơ đến bánh chủ động sau có sử dụng bộ truyền đai thang Đặc điểm này dẫn đến hiệu suất truyền lực kém, hạn chế khả năng làm việc của liên hợp máy trên ruộng nớc, song lại an toàn hơn cho đờng truyền lực của máy kéo 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 động khi máy kéo di chuyển [4]

đ-Đối với liên hợp máy kéo cỡ nhỏ đẩy tay với kết cấu chỉ có phần chủ

động ở phía trớc và kết cấu hệ thống lái đơn giản, điều khiển bằng côn chuyển hớng và không có trợ lực lái, nên tính điều khiển kém, tay lái dễ bị lắc xung quang trục chủ động Tuy nhiên nếu ta thiết kế vị trí trọng tâm hợp lý, vị trí tay điều khiển côn và kết hợp sử dụng chế độ tải trọng, chế độ tốc độ phù hợp thì sẽ cải thiện đợc điều kiện lái rất nhiều

1.3 Tình hình nghiên cứu động lực học của máy kéo cỡ nhỏ trên thế giới

và trong nớc

1.3.1 Tình hình nghiên cứu động lực học của máy kéo trên thế giới

Đối với liên hợp máy kéo cỡ lớn, các công trình nghiên cứu các chế độ

động lực học đã đợc các nhà khoa học quan tâm đến từ lâu và đợc công bố ở nhiều công trình nghiên cứu, [30], [31], [32], thờng sử dụng các mô hình toán học, trong đó sử dụng rộng rãi các mô hình dao động nhiều bậc tự do Thông

thờng một máy kéo có 7 loại dao động: Dao động thẳng đứng, dao động xoay quanh trục thẳng đứng, dao động ngang, dao động xoay quanh trục ngang, dao

động dọc, dao xoay quang trục dọc, và dao động liên kết xoay quanh trục cân bằng Trong các nghiên cứu riêng phụ thuộc vào phơng thức và mục đích nghiên cứu có thể chỉ quan tâm đến những loại dao động nhất định còn các loại khác bỏ qua

Muller [29] khi phân tích các mô hình ông đã đa ra một mô hình không gian mô tả tất cả các dao động có thể của máy kéo (hình 1.1)

Hình 1.1: Mô hình máy kéo theo Muller [29]

Mục tiêu của công trình này là xác định bằng tính toán tải trọng ở các cầu của máy kéo và ôtô trong nông nghiệp khi vợt qua vật cản có kích thớc lớn, do đó đã bỏ qua tác động và ảnh hởng của tải trọng kéo, còn động cơ đợc giả thiết nh là một bánh đà có mô men quán tính cực lớn Để nghiên cứu ảnh hởng của tải trọng kéo đến lực cản lăn trong công trình trên, tác giả đã chú ý

đến dao động theo phơng dọc của máy kéo và các thông số cũng nh các yếu tố

ảnh hởng, thí dụ nh mô men quán tính của tất các phần chuyển động của máy kéo, độ cứng và hệ số cản dao động của bánh xe theo phơng tiếp tuyến, tính chất tác động qua lại giữa bánh xe và đất với sự thay đổi của lực kéo, ở đây giả thiết mô men chủ động của bánh xe là một hàm điều hòa

Trong mô hình trên, mô men quay của động cơ đợc lấy từ đặc tính tĩnh của động cơ và hệ thống đợc nghiên cứu là hệ thống hai hay nhiều khối lợng,

bỏ qua tính chất cản dao động của các phần truyền lực và tác động của dao

động thẳng đứng Popesku sử dụng mô hình thay thế để nghiên cứu về đờng truyền lực và khả năng tăng tốc theo phơng dọc của máy kéo, trong đó cũng

bỏ qua dao động thẳng đứng [29] Kết quả tính toán mô hình và nghiên cứu thực nghiệm các tác động động lực học rất phù hợp

Khi nghiên cứu về ảnh hởng của mô men quay động cơ đến các hệ thống khác của liên hợp máy thì Vantjutov, Peters và Kutkov [29], đã mô tả tác động động lực học của động cơ và máy điều chỉnh vào hệ thống liên hợp máy bởi hai phơng trình vi phân Quan hệ giữa các thông số của động cơ và máy điều chỉnh cũng nh tác động qua lại của chúng đợc biểu diễn một cách

đơn giản theo dạng quan hệ tuyến tính giữa mô men và vận tốc góc Trong công trình này không quan tâm đến các quá trình bên trong và các quá trình biến đổi năng lợng phức tạp ở các chế độ làm việc động động lực học của

động cơ

Khi nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành và phanh của máy kéo bốn bánh chủ động thì Ksenvin và Solonski [27] đã quan tâm đến dao động thẳng đứng và các dao động khác của máy kéo Các thông số động lực học và các hiện tợng vật lý đợc mô tả đầy đủ ở một mô hình thay thế Tác động qua lại giữa đất và bánh xe cũng đợc tính đến, thông qua sự phụ thuộc của lực chủ

động bánh xe vào phản lực của đất theo phơng thẳng đứng, tính chất bám và trợt của bánh xe đợc đặc trng hóa

Vogel với công trình của mình [31] đã góp phần làm rõ tính chất động lực học của một liên hợp máy cày khi lực kéo, tải trọng thẳng đứng và các dao

Hình 1.2: Mô hình máy kéo theo Vogel [30]

Mục đích của công trình này là xác định tính chất biên độ, tần số của các thông số làm việc nh tốc độ quay của động cơ, độ trợt, tốc độ chuyển

động, mô men chủ động của bánh xe, tải trọng lên cầu và lực kéo Ngoài ra còn giải thích đợc các hiệu ứng động lực học có dẫn đến sự tổn thất trợt hay không Với một mô hình dao động liên kết tính đến các tính chất đàn hồi, cản của hệ truyền lực và bánh xe, mô men quán tính của các phần tử chuyển động, dao động lực kéo và cả tác động qua lại của bánh xe vào đất, tác giả đã thực hiện đợc việc tính toán mô hình cũng nh trong nghiên cứu thực nghiệm Trong công trình này mô men của động cơ cũng đợc biểu diễn là hàm số tuyến tính của tốc độ quay Qua kết quả tính toán mô hình có thể chỉ ra rằng trong các

điều kiện hoạt động nhất định, sự dao động của lực kéo gây ảnh hởng lớn hơn

so với sự ảnh hởng của dao động tải trọng thẳng đứng đến tính chất động lực học của việc truyền công suất

Công trình của Pluznikov và Solonski [30] đã tạo ra một mô hình mô phỏng máy kéo khi thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính Mô hình đã hệ thống hóa đợc các phơng án cấu trúc, thí dụ hộp số cơ học, cơ học - thủy lực và hộp

số thủy lực, máy kéo bốn bánh hay hai bánh chủ động, trục thu công suất loại

độc lập hay phụ thuộc, các phơng án liên hợp và các quá trình làm việc, cũng

nh các phơng án hoạt động nh quá trình khởi hành sang số và chuyển động dừng Các thông số động cơ đợc thay thế bởi các quan hệ hàm số giữa mô men

quay và chi phí nhiên liệu phụ thuộc vào tốc độ quay và hành trình tay thớc Mô hình cha quan tâm đến tính chất đàn hồi và giảm chấn của bánh xe cũng

nh của hệ thống truyền lực

Để mô tả tính chất tiếp xúc giữa đất và bánh xe khi liên hợp máy làm việc nhiều tác giả đã đa vào mô hình nghiên cứu quan hệ bám trợt ở nhiều dạng khác nhau Trong [32] tác giả đã đa ra một mô hình phản ánh khá đầy đủ cả về tính chất hoạt động và cấu trúc của máy kéo (hình 1.3) Mô hình mô tả tác động qua lại giữa các quá trình làm việc của động cơ với máy điều chỉnh, tính đến các tính chất đàn hồi và giảm chấn của các phần tử trong hệ thống, các tính chất bám và trợt của bộ ly hợp cũng nh của bánh xe với mặt đờng, tính chất biến đổi mô men quay, tốc độ quay và mô men quán tính qua hệ thống truyền lực

Hình 1.3: Mô hình các phần tử máy kéo theo Bùi Hải Triều [32]

Mục đích của công trình này là nghiên cứu các trạng thái hoạt động của máy kéo khi tải trọng ngoài thay đổi cũng nh khi có tác động điều khiển điều chỉnh Tuy nhiên công trình này mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu tính chất hoạt động của kéo bánh bơm khi di chuyển trên nền cứng

Qua các phân tích trên có thể nhận xét rằng: Các chế độ động lực học của máy kéo nông, lâm nghiệp, đã đợc nghiên cứu từng phần hoặc theo các vấn đề riêng bằng lý thuyết, hoặc thực nghiệm đã và đạt đợt các kết quả rất

đáng kể, tuy nhiên các mô hình nghiên cứu cha mô tả một cách hoàn toàn đầy

đủ các tính chất hoạt động của liên hợp máy nh tác động qua lại từ động cơ

đến máy công tác Các tính chất hoạt động của động cơ đợc xác định bởi những quá trình phức tạp, thí dụ nh các quá trình lu động của khí hoặc các quá trình điều chỉnh thờng chỉ đợc mô tả bởi một đặc tính mô men tĩnh, hoặc tĩnh tơng đơng hoặc một hàm số phụ thuộc thời gian xác định bằng thực nghiệm Một số công trình sự tác động qua lại giữa động cơ - máy điều chỉnh và các phần tử khác của liên hợp máy kéo đợc đề cập đến song mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu máy kéo cỡ lớn di chuyển trên nền cứng

1.3.2 Tình hình nghiên cứu động lực học của máy kéo ở nớc ta trong những năm gần đây

Đối liên hợp máy kéo cỡ nhỏ về cơ bản các tính chất động lực học cũng giống nh máy kéo cỡ lớn, nhng do đặc điểm riêng nh đã nói ở trên đòi hỏi phải có những mô hình nghiên cứu riêng Việc nghiên cứu về tính chất động lực học của liên hợp máy kéo cỡ nhỏ trong lâm nghiệp ở nớc ta cũng cha đợc quan tâm đúng mức Trong chơng trình nghiên cứu của Viện Cơ Điện Nông Nghiệp (1981 - 1985) đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm liên hợp kéo cỡ nhỏ hai bánh theo mô hình một mức, đã xây dựng đợc hàm truyền cho liên hợp máy kéo cỡ nhỏ làm việc với cày và nhận xét máy kéo nhỏ khi làm việc

có độ ổn định thấp hơn nhiều so máy kéo MTZ 50 [19] Tuy nhiên còn các vấn đề động lực học của quá trình kéo bám, ổn định của liên hợp máy khi làm việc trên địa hình dốc, các quá trình điều khiển, điều chỉnh cũng nh tính chất tải trọng của các phần tử riêng cha thấy đề cập đến.

Trong các tài liệu công bố thấy rằng, tính chất dao động phụ thuộc cơ bản vào thông số của bánh xe, do đó việc xác định tính chất của bánh xe để nghiên cứu mô hình là cần thiết Trong khi tính chất của bánh xe máy kéo cỡ lớn trong phơng thẳng đứng đã đợc nghiên cứu khá đầy đủ, thì tính chất theo phơng tiếp tuyến còn ít thấy đợc công bố Trong [10] giả thiết rằng độ cứng hớng kính và hệ số cản hớng kính có thể gần đúng tuyến tính

Đối liên hợp máy kéo cỡ nhỏ trong nớc đợc sản xuất đang đợc sử dụng trong thực tế hiện nay còn nhiều nhợc điểm về tính năng sử dụng, về kết cấu chất lợng chế tạo v.v Các công trình nghiên cứu về liên hợp máy kéo cỡ nhỏ hai bánh nhất là về động lực học còn ít thấy đợc công bố Mặt khác, do liên hợp máy kéo cỡ nhỏ có những đặc điểm riêng biệt cả về kết cấu hệ thống truyền lực, về phơng thức liên hợp với máy nông nghiệp, về hệ thống điều khiển, di động, tính chất tải trọng và điều kiện hoạt động, do đó đòi hỏi phải

có mô hình nghiên cứu riêng phù hợp Để nghiên cứu một số vấn đề động lực học của liên hợp máy khi có tác động điều chỉnh, hoặc tải trọng ngoài tác

động thay đổi theo thời gian thì việc đặt ra là cần phải xây dựng đợc một mô hình mô tả đầy đủ về kết cấu cũng nh tính chất hoạt động, có khả năng linh hoạt để khảo sát các chế độ động lực học của các liên hợp máy kéo cỡ nhỏ góp phần hoàn thiện về mặt kết cấu và nâng cao chất lợng làm việc

Để cơ giới hóa trong khâu sản xuất nông, lâm nghiệp thì cần có các thiết bị máy móc, hiện nay nguồn động lực chủ yếu đợc sử dụng là máy kéo

và liên hợp máy kéo Để sử dụng chúng có hiệu quả đối với loại hình sản xuất nông, lâm nghiệp ở nớc ta, thì cần phải có những công trình nghiên cứu và

đánh giá để xác định các thông số kỹ thuật và các chỉ tiêu kinh tế khi sử dụng các loại máy kéo này Đã có một số nhà khoa học trong nớc nghiên cứu tập

trung vào lĩnh vực xác định khả năng làm việc máy kéo trên ruộng nớc và ruộng có độ ẩm cao hoặc ruộng đất khô Các tác giả đã tìm ra sự ảnh hởng của nền đất lên máy móc, họ cho biết nền đất để nâng đỡ máy khi máy làm việc thì mọi sự thay đổi của nền đất đều ảnh hởng đến khả năng làm việc của máy kéo và các loại máy công tác đi kèm Nh khi máy làm việc ở ruộng nớc có lực cản riêng của đất lên máy chỉ bằng 1/2 ruộng đất khô, nhng độ trợt của máy kéo lại tăng, do đó công suất bị tiêu hao khi trợt là rất lớn và máy kéo thờng bị lún, nên lực cản tăng lên Độ bằng phẳng của nền đất không đều sẽ ảnh hởng

đến việc di động của máy [15]

Hiện nay loại máy kéo cầm tay hai bánh do Công ty Máy kéo và máy nông nghiệp chế tạo mang tên Bông Sen, ký hiệu BS 8, BS 10, BS 12 và BS 15,

đang đợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp Đối với loại máy kéo

BS 12 có kết cấu đơn giản gọn nhẹ, dễ thao tác sử dụng, đa chức năng và độ bền cao Máy kéo BS 12 có thể lắp với loại cày diệp, cày trụ một lỡi, cày chảo hai lỡi hoặc lắp với phay đất khô và bùn ngoài ra nguồn động lực của máy kéo BS 12 còn đợc sử dụng để lắp với các loại máy khác nh: Máy xay xát, máy bơm nớc, máy tuốc lúa liên hoàn, máy nghiền bột Máy kéo BS 12 khi làm việc trên địa hình đất dốc chịu tác động của nhiều yếu tố nh: Độ mấp mô

bề mặt, lực cản của đất, độ dốc, vận tốc, tải trọng là những yếu tố ảnh hởng

đến kết cấu và khả năng làm việc của liên hợp máy kéo [4]

Máy kéo BS 12 có khối lợng và trọng lợng nhỏ, nên khi làm việc rất mẫn cảm với môi trờng xung quanh Một số tác giả nh: PGS – TS Nguyễn Nhật Chiêu, Th.S Nguyễn Văn An, T.S Lê Văn Thái đã thực hiện đề tài

“Nghiên cứu sử dụng máy kéo cỡ nhỏ để phay đất rừng trồng cây lâm nghiệp”, nội dung của đề tài đã tìm hiểu khả năng làm việc của liên hợp máy kéo cỡ nhỏ với phay đất khi phay đất rừng Đề tài đã xuất phơng án cải tiến bộ phận làm việc là lỡi phay phù hợp với địa hình đất nông, lâm nghiệp

Tác giả Đặng Tiến Hòa đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu một số vấn đề

động lực học của liên hợp máy kéo cỡ nhỏ hai bánh” [10], tác giả xây dựng

đ-ợc mô hình và chơng trình tính toán các tính chất hoạt động của bộ truyền đai, trong đó có tính đến tính chất đàn hồi phi tuyến, sự hao tán năng lợng và độ tr-

ợt Đồng thời mô hình hóa đợc quá trình biến đổi năng lợng của động cơ một

xi lanh trong đó có tính đến ảnh hởng của các yếu tố kết cấu, tác động qua lại của máy điều chỉnh với chế độ tải trọng và các quá trình xảy ra bên trọng

động cơ Tác giả Đặng Tiến Hòa đã đề xuất một số biện pháp nhằm cải tiến chế độ các bộ phận truyền lực, chế độ khởi hành sang số một cách hiệu quả nhất

Tác giả Đặng Thế Huy với đề tài “Phơng pháp nghiên cứu khoa học cơ khí khí nông nghiệp”, đã nghiên cứu sự tơng tác của liên hợp máy kéo với các tác động bên ngoài từ đó tìm ra các đặc trng động lực học nh: Hàm truyền, mật độ phổ, biên độ, tần số làm cơ sở cho việc thay đổi kết cấu và chọn chế

độ sử dụng liên hợp máy hợp lý

Tác giả Nguyễn Can thực hiện đề tài “Nghiên cứu đặc tính động lực học của máy kéo xích khi làm việc trên sờn dốc trong sản xuất lâm nghiệp vùng

đồi phía Bắc Việt Nam”, tác giả đã tính toán, thiết kế, chế tạo và đa ra thực nghiệm một mô hình đồng dạng liên hợp máy kéo xích và hiện trờng thu nhỏ 1/10 kích thớc, xác định đợc nguyên nhân và ảnh hởng của một số thông số kết cấu máy đến sự trợt ngang và trợt quay của liên hợp máy kéo xích khi làm việc trên sờn dốc Các giả thiết của bài toán đa ra đã cố gắng gần với thực tế nhng một số giả thiết chỉ phù hợp với những điều kiện chung và có tính qui luật; Với những yếu tố ngẫu nhiên có trong thực tế sản xuất, các công thức tính toán cần phải đa thêm vào các hệ số thực nghiệm tính đến ảnh hởng của chúng Về mặt lý thuyết có thể dùng làm cơ sở cho nghiên cứu và phân tích sự

ảnh hởng của thông số kỹ thuật và vấn đề mất ổn định do trợt ngang của máy kéo xích

Nh vậy qua tìm hiểu các tài liệu và các nội dung nghiên cứu của một số tác giả trên, cho thấy các tác giả đã tập trung vào xây dựng các mô hình đồng dạng, mô hình toán học, sự tơng tác giữa liên hợp máy kéo và các tác động

bên ngoài rồi từ đó tìm ra các đặc trng động lực học, nghiên cứu cấu tạo và các đặc tính kỹ thuật của máy kéo Để đề xuất các biện pháp cải tiến các bộ phận máy công tác cho phù hợp với điều kiện thực tế Tuy nhiên để sử dụng máy kéo BS 12 một cách có hiệu quả trong sản xuất nông, lâm nghiệp, thì còn nhiều vấn đề kỹ thuật ảnh hởng trực tiếp lên máy kéo khi liên hợp máy kéo làm việc trên thực địa nh: Các lực cản tác động lên liên hợp máy, các thông số của thực địa, khả năng kéo bám trên địa hình dốc, các yếu tố địa hình mà cha

đợc các đề tài đề cập đến

Để có thể nghiên cứu một cách đầy đủ về vấn đề động lực học của liên hợp máy kéo BS 12, thì việc nghiên cứu và mô tả đầy đủ về kết cấu cũng nh tính chất hoạt động, khả năng linh hoạt để khảo sát các chế độ động lực học của liên hợp máy kéo BS 12 là rất cần thiết, sẽ góp phần hoàn thiện về mặt kết cấu và nâng cao chất lợng làm việc

Vì những lý do nêu trên, chúng tôi nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu một

số vấn đề động lực học của máy kéo Bông Sen 12 trong khâu làm đất nông, lâm nghiệp ”

Chơng 2 đối tợng, Mục tiêu, nội dung

và phơng pháp nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu một số vấn đề về động lực học, khả năng làm việc của liên hợp máy kéo Bông Sen 12 với cày trụ một lỡi không diệp trong khâu làm đất sản xuất nông, lâm nghiệp, góp phần bổ sung những cơ sở khoa học cho việc hoàn thiện thiết kế và sử dụng hợp lý liên hợp máy kéo Bông Sen 12

2.2 Đối tợng nghiên cứu

Ngành cơ khí nông - Lâm nghiệp đã đóng góp không nhỏ vào sự tăng trởng của sản xuất nông, lâm nghiệp và phát triển kinh tế nông thôn trong những năm gần đây Các hộ gia đình và các trang trại có qui mô lớn đã và

đang sử dụng các thiết bị cơ giới hóa các khâu sản xuất góp phần nâng cao hiệu quả và chất lợng hàng hóa nông, lâm sản Các liên hợp máy kéo cỡ nhỏ

đợc các hộ gia đình và các trang trại sử dụng trong hầu hết các khâu sản xuất nh: Làm đất, tới tiêu, chăm sóc và thu hoạch phục vụ sản xuất nông, lâm nghiệp Các loại máy kéo hai bánh cỡ nhỏ có công suất từ 8 ữ 20 mã lực [15]

đã và đang đợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông, lâm nghiệp ở nớc ta Qua thực tế sử dụng một số mẫu máy đã tỏ ra khá thích ứng và đợc dùng phổ biến trong nớc, chúng đợc nhập ngoại chủ yếu từ Nhật Bản, Trung Quốc Các máy kéo cỡ nhỏ đợc chế tạo trong nớc chủ yếu ở nhà máy Cơ khí nông nghiệp

Hà Tây, Trần Hng Đạo, Diesel Sông Công và một số xí nghiệp cơ khí địa

ph-ơng khác Tuy nhiên, các liên hợp máy kéo cỡ nhỏ sản xuất trong nớc đợc sử dụng trong thời gian qua có chất lợng công nghệ chế tạo cha cao, việc hoàn cứu cơ bản phục vụ thiết kế cũng nh để nâng cao chất lợng sử dụng cha đợc quan tâm đầy đủ

Hiện nay loại máy kéo cầm tay hai bánh do Công ty Máy kéo và máy nông nghiệp chế tạo mang tên Bông Sen, ký hiệu BS 8, BS 10, BS 12 và BS 15

đang đợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông, lâm nghiệp Đối với loại máy kéo BS 12 có kết cầu đơn giản gọn nhẹ rễ thao tác sử dụng, đa chức năng và

độ bền cao Máy kéo BS 12 có thể lắp với loại cày diệp, cày chảo hai lỡi hoặc lắp với phay để phay đất khô và đất bùn , ngoài ra nguồn động lực của máy kéo BS 12 còn dùng làm nguồn động lực cho các loại máy công tác khác nh: Máy xay xát, Bơm nớc, Máy tuốt lúa, Máy nghiền bột [12]

Hình 2.1: Máy kéo Bông Sen 12 Bảng 01: Đặc tính kỹ thuật chủ yếu của máy kéo BS 12 [12].

6 Mức tiêu hao nhiên liệu trung bình 19 lít/ha

12 Tốc độ trục trích công suất 580 v/ph

15 Trọng lợng khi lắp phay 0,6 495 kg

17 Năng suất bình quân: - Khi cày

- Khi phay

0,13 ha/giờ0,15 ha/giờ

IV - iIV = 46,115

V - iV = 27,78

2.3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về khả năng kéo, bám và ổn định của liên hợp máy kéo BS 12, xây dựng các đồ thị khả năng kéo, bám trên các loại đờng khác nhau Xác định trị số các góc ổn định của liên hợp máy kéo BS 12 khi làm việc trên các loại đất khác nhau

Nghiên cứu lý thuyết động lực học của liên hợp máy kéo BS 12 khi làm

đất với cày trụ một lỡi không diệp, lập phơng trình vi phân quĩ đạo chuyển

động của liên hợp máy kéo BS 12 trên sờn dốc, giải phơng trình vi phân và mô phỏng các chuyển dịch bằng phần mền Matlab - Simulink và xây dựng các đồ thị xác định lực cản đối với cày, đồ thị chuyển vị ngang dốc, xuống dốc, quan

hệ giữa độ dốc, lực cản cày, hệ số ma sát

2.4 Phơng pháp nghiên cứu

- Phơng pháp lý thuyết ôtô máy kéo: Phân tích các lực xuất hiện trong quá trình liên hợp máy làm việc với cày trụ một lỡi, đa ra phơng pháp tính các lực tác dụng nh: Lực kéo tiếp tuyến, lực bám, các lực cản cày, mô men Nghiên cứu chế độ sử dụng hợp lý nhất, đồng thời đánh giá chất lợng liên hợp máy kéo đang sử dụng, thiết lập những cơ sở khoa học cơ bản nhất để hoàn chỉnh kết cấu, làm tăng hiệu quả sử dụng liên hợp máy kéo cỡ nhỏ trong sản xuất nông, lâm nghiệp

- Phơng pháp cơ học lý thuyết: Xây dựng phơng trình vi phân chuyển

động của liên hợp máy kéo BS 12 khi làm việc trên sờn dốc, sử dụng nguyên

lý Dalambe

- Sử dụng phần mền Matlab - Simulink để mô phỏng và giải hệ phơng trình vi phân, xây dựng các đồ thị quan hệ giữa các thông số nh: Độ dốc, lực cản cày, hệ số ma sát tại giới hạn trợt dốc

Chơng 3 Nghiên cứu lý thuyết về khả năng kéo, bám và ổn

định của liên hợp máy kéo BS 12 3.1 Chọn đối tợng làm mô hình cho nghiên cứu

Hiện nay, máy cày trụ một lỡi lắp sau máy kéo là loại đang đợc sử dụng khá phổ biến trong sản xuất nông, lâm nghiệp Đối với máy kéo BS 12 là loại máy kéo cỡ nhỏ, do đó cần phải lựa chọn loại cày nhỏ có kích thớc phù hợp để liên hợp đợc với máy kéo BS 12 khi làm việc trong điều kiện sản xuất nông, lâm nghiệp Để chọn đợc loại cày phù hợp với tính năng kỹ thuật của máy kéo

BS 12, chúng tôi đã tìm hiểu một số đặc tính kỹ thuật và cấu tạo của các loại cày đang đợc sử dụng trên thị trờng, trên cơ sở so sánh u nhợc điểm của từng loại cày để lựa chọn loại cày liên hợp đợc với máy kéo BS 12 cho phù hợp Chúng tôi thấy cày trụ một lỡi không diệp có u điểm nh bề rộng xá cày, độ cày sâu tốt, cày trụ một lỡi có thể làm việc trên nhiều loại đất trong điều kiện sản xuất nông, lâm nghiệp trên địa hình đất dốc, bị chia cắt với diện tích nhỏ thì việc áp dụng cày trụ một lỡi liên hợp với máy kéo BS 12 là rất thuận lợi

Hình 3.1: Mô hình liên hợp máy kéo BS 12 với cày trụ một lỡi

3.2 Khả năng kéo của liên hợp máy kéo BS 12

Khả năng kéo của máy kéo là một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng để xác

định tải trọng khi máy kéo làm việc Khả năng kéo cho biết những điều kiện

cụ thể máy kéo làm đợc những công việc gì và với tải trọng là bao nhiêu Do cấu tạo của máy kéo BS 12 có phần chủ động là phần đầu máy đợc lắp cân bằng trên cầu trớc, các bộ phận công tác ở phía sau qua khớp nối Khi nghiên cứu ta coi lực do máy kéo sinh để kéo bộ phận làm việc có phơng song song với mặt đất

Với các giả thiết trên ta có sơ đồ nghiên cứu khả năng kéo của máy kéo

BS 12 trong trờng hợp tổng quát khi máy kéo làm việc trên sờn dốc với độ dốc nghiêng là α nh sau:

Hình 3.2: Sơ đồ biểu diễn quá trình di chuyển lên dốc của liên hợp máy

Theo sơ đồ làm việc ta có các lực tác dụng lên liên hợp máy kéo BS 12 gồm:

Y 2

- Trọng lợng phần đầu máy: G đợc chia làm 2 thành phần là G cosα và

3.2.1 Xác định lực kéo tiếp tuyến ở các số truyền

Theo [5] thì lực kéo tiếp tuyến đợc xác định theo công thức sau:

Fk: Lực kéo tiếp tuyến;

M: Mô men quay của động cơ (M = 43 N.m);

η: Hiệu suất truyền lực;

r: Bán kính làm việc của bánh chủ động (r = 0,28m);

i: Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

Thay các giá trị trên, tơng ứng với từng tỷ số truyền vào công thức (3.2)

ta sẽ xác định đợc lực kéo ở các số truyền:

Bảng 02: Trị số lực kéo tiếp tuyến

Pki: Khả năng kéo của máy kéo khi làm việc ở số truyền thứ i;

Fki: Lực kéo tiếp tuyến ở số truyền thứ i;

α: Góc nghiêng của địa hình;

f: Hệ số cản lăn của đờng

Căn cứ vào phơng trình (3.3) cho thấy khả năng kéo ở các số truyền phụ thuộc vào loại đờng và góc nghiêng địa hình α Để thuận tiện cho việc nghiên cứu và khi sử dụng máy, chúng tôi xây dựng đồ thị khả năng kéo ở các số truyền khi máy kéo ở sờn dốc có độ nghiêng α Đồ thị đợc xây dựng bằng cách thay các giá trị góc nghiêng α vào công thức (3.3) khi đó lập đợc đồ thị, với trục tung là khả năng kéo và trục hoành là góc nghiêng α Đối với điều kiện sản xuất nông, lâm nghiệp ở nớc ta máy kéo chủ yếu hoạt động trên 4 loại đờng đất chính sau [14]

Đối với đờng đất khô, loại đờng này có hệ số cản lăn f = 0,05, đồ thị

đ-ợc xây dựng theo công thức: Pki = Fki - G.(f.cosα ± sinα)

( α 0 )

V VI

IV III

LIIII I

Hình 3.3: Đồ thị khả năng kéo khi LHM BS 12 làm việc trên đờng đất khô

Đối với đờng đất ẩm, loại đờng này có hệ số cản lăn f = 0,06, đồ thị đợc xây dựng theo công thức: Pki = Fki - G.(f.cosα ± sinα)

Hình 3.4: Đồ thị khả năng kéo khi LHM BS 12 làm việc trên đờng đất ẩm

Đối với đờng đất hoang hóa, loại đờng này có hệ số cản lăn f = 0,07, đồ thị đợc xây dựng theo công thức: Pki = Fki - G.(f.cosα ± sinα)

( α 0 )

V VI

IV III

LIIII I

LI

PK(N)

-30 -25 -20 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

22120 11760 7900 5200 4620 3610 1880 1030

( α 0 )

V VI

IV III

LIIII I

LI

PK(N)

-30 -25 -20 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

22070 14410 7850 5140 4720 3560 1830 980

Hình 3.5: Đồ thị khả năng kéo khi LHM BS 12 làm việc trên đờng đất hoang hóa

Đối với đờng đất canh tác, loại đờng này có hệ số cản lăn f = 0,12, đồ thị đợc xây dựng theo công thức: Pki = Fki - G.(f.cosα ± sinα)

Hình 3.6: Đồ thị khả năng kéo khi LHM BS 12 làm việc trên đờng đất canh tác

Do khả năng kéo còn phụ thuộc vào địa hình nên khi xây dựng đồ thị khi góc nghiêng α ≤ 300 chúng tôi cho độ nghiêng α thay đổi từ - 300 ≤ α ≤

300 Khi sử dụng đồ thị ta làm nh sau: Khi biết góc nghiêng α ta gióng lên cắt

đồ thị tại điểm nào đó, từ điểm này gióng sang trục tung để xác định khả năng kéo của máy kéo

( α 0 ) V

VI

IV III

LIIII I

LI

PK(N)

-30 -25 -20 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

21820 14160 7600 4890 4470 3310 1580 730

Các đồ thị đợc xây dựng ở các phần trên là các đồ thị miêu tả khả năng kéo của máy kéo BS 12 ở các số truyền khi máy làm việc trên từng loại đất khác nhau Từ đờng I đến đờng VI là đờng biểu diễn khả năng kéo ở các số truyền tiến, đờng LI đến LII là đờng biểu diễn khả năng kéo ở số truyền lùi Từ quá trình xây dựng các đồ thị trên chúng tôi nhận thấy quan hệ giữa khả năng kéo của máy kéo và góc nghiêng α là quan hệ đờng thẳng, đồ thị cho thấy khi máy kéo lên dốc thì khả năng kéo giảm và khi máy kéo xuống dốc thì khả năng kéo tăng Vì vậy khả năng kéo của máy kéo còn phụ thuộc vào hệ số cản lăn, loại đờng có hệ số cản lăn nhỏ thì khả năng kéo rất lớn và ngợc lại khi máy kéo làm việc trên loại đờng có hệ số cản lăn lớn thì khả năng kéo giảm đi rất nhiều.

3.3 Khả năng bám của liên hợp máy kéo BS 12

Khả năng bám của máy kéo chính là lực bám của bánh xe chủ động vào

đất, do lực ma sát giữa bánh của máy kéo và mặt đất tạo lên Khả năng bám là một chỉ tiêu kỹ thuật để xác định tải trọng của máy kéo, đối máy kéo BS 12 có cầu chủ động là cầu trớc và trọng lợng phần đầu máy luôn cân bằng trên trục trớc Nên khi nghiên cứu chúng tôi chỉ xét khả năng bám trong trờng hợp tổng quát khi máy kéo làm việc ở sờn dốc với góc nghiêng là α

Hình 3.7: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên liên hợp máy kéo BS 12

Theo sơ đồ phân tích lực lên máy kéo BS 12 ta có các lực tác dụng lên máy kéo bao gồm:

- Trọng lợng phần đầu máy đợc phân làm hai thành phần G.cosα và G.sinα;

- Lực bám của bánh xe chủ động Fb;

- Lực kéo bộ phận làm việc phía sau Pk ϕ;

- Lực cản lăn tác dụng lên bánh xe Pf

Theo [5] thì liên hợp máy kéo di chuyển đợc khi và chỉ khi Pk ≥ Fb, khi

đó lực bám của liên hợp máy đợc xác định theo công thức sau:

Fb = ϕ.Gϕ.cosα (3.4)Trong đó:

Fb: Lực bám của bánh xe với mặt đất;

Gϕ: Trọng lợng bám;

α: Góc nghiêng địa hình;

ϕ: Hệ số bám phụ thuộc vào từng loại đất

Nh vậy lực bám của liên hợp máy không những chỉ phụ thuộc vào loại

đờng và loại máy di chuyển mà nó còn phụ thuộc vào góc nghiêng địa hình

Để tạo điều kiện thuận lợi cho công việc nghiên cứu, chúng tôi xây dựng đồ thị khả năng bám phụ thuộc vào góc nghiêng địa hình, đồ thị đợc xây dựng dựa vào công thức (3.4) với trục tung là lực bám, trục hoành là góc nghiêng

địa hình Đối với kiện sản nông, lâm nghiệp ở nớc ta, theo máy kéo chủ yếu làm việc trên các loại đờng đất chính sau: Đờng đất khô với hệ số bám ϕ = 0,7, đờng đất ẩm ϕ = 0,6, đờng đất hoang hóa có ϕ = 0,8, đờng đất đã canh tác

có ϕ = 0,6 [14]

Thay các giá trị trên vào công thức (3.4) ta vẽ đợc đồ thị lực bám của máy kéo BS 12 phụ thuộc vào góc nghiêng α, Vì máy kéo chỉ làm việc ở một

độ dốc nhất định nào đó cho lên ở đồ thị khả năng bám của máy kéo BS 12 chỉ giới hạn góc nghiêng từ - 300≤α ≤ 300, đồ thị khả năng bám của kéo của máy kéo BS 12 nh sau:

( α 0 )

III II I

Hình 3.8: Đồ thị khả năng bám của liên hợp máy kéo BS 12 phụ thuộc vào góc

nghiêng α

Từ đồ thị cho thấy:

Đờng I là đồ thị lực bám khi máy kéo làm việc ở đờng đất hoang hóa

Đờng II là đồ thị lực bám khi máy kéo làm việc ở đờng đất khô

Đờng III là đồ thị lực bám khi máy kéo làm việc ở đờng đất ẩm và đất

đã canh tác

Cách sử dụng đồ thị nh sau: Khi cần xác định lực bám của máy kéo

đang làm việc ở một góc nghiêng α nào đó, ta gióng song song với trục tung cắt đồ thị tại một điểm, từ điểm này ta gióng sang cắt trục tung tại một điểm, tại điểm này chính là giá trị lực bám mà máy kéo đạt đợc ứng với độ dốc đó

Căn cứ vào đồ thị ta nhận thấy rằng: Lực bám của máy kéo thay đổi theo hàm số cosα Khi máy kéo làm việc trên đờng đất hoang hóa thì lực bám của máy kéo là lớn nhất và khi máy kéo làm việc trên đờng đất ẩm và đất canh tác thì lực bám là nhỏ nhất Nên thông thờng ở loại đờng này ngời ta thờng lắp bánh lồng để tăng khả năng bám cho liên hợp máy

3.4 Nghiên cứu khả năng ổn định của liên hợp máy kéo BS 12

Khả năng làm việc của máy kéo phụ thuộc vào góc nghiêng của địa hình mà máy kéo có thể làm việc đợc trong điều kiện ổn định Phần này chúng tôi nghiên cứu động lực học ổn định của liên hợp máy theo điều kiện chống lật

và chống trợt Đối với máy kéo BS 12 do cấu tạo của liên hợp máy có khớp nối giữa phần đầu máy và bộ phận làm việc, khớp nối này làm cho đầu máy và

bộ phận làm việc lật ngang một cách độc lập với nhau Do đó khi xác định khả năng ổn định của máy kéo BS 12 chúng tôi xác định cho phần đầu máy riêng biệt

dừng lại theo xuống dốc là nguy hiểm, bởi vậy ta xét trong trờng hợp này để nghiên cứu chung cho khả năng ổn định tĩnh dọc.

Hình 3.9: Sơ đồ nghiên cứu khả năng ổn định tĩnh dọc

a/ Xác định góc ổn định theo điều kiện trợt

Theo sơ đồ phân tích lực ta có các lực tác dụng lên liên hợp máy kéo

- Tọa độ trọng tâm của máy kéo (h = 641 mm, a = 300 mm) [12]

Thông thờng liên hợp máy dừng lại do tác dụng của phanh, do đó máy kéo có sức chống lật cao hơn và khi đó lực hãm tối đa là:

Ptmax = ϕ.G.cosαT = G.sinαT (3.5)Vậy góc ổn định chống trợt đợc xác định bằng cách biến đổi công thức trên:

⇒ TgαT = ϕ ; Với ϕ là hệ số bám (3.6)

b/ Xác định góc ổn định theo điều kiện lật

Nếu ta xét trờng hợp máy kéo dừng lại theo chiều lên dốc sẽ không nguy hiểm bằng khi máy kéo dừng lại theo chiều xuống dốc Vì khi đó thân cày không còn điểm tỳ vào mặt đất, để xác định góc chống lật chúng tôi chỉ xét trong trờng hợp máy dừng theo chiều xuống dốc Từ sơ đồ phân tích lực cho thấy liên hợp máy bị lật khi phản lực Y2 = 0.

Lập phơng trình mô men đối với điểm 0 ta có:

) G.h.sin -

cos (

L

1 Y

0 G.cos - h.G.sin

Y

T 2

T T

2 0

α α

α α

T a G

a L

M

=

⇒

= +

⇒ TgαT (3.8)Thay các giá trị của tọa độ trọng tâm của máy kéo xác định đợc trị số góc ổn định tĩnh dọc theo bảng sau:

Bảng 03: Trị số góc ổn định tĩnh dọc

Theo điều kiện trợt Theo điều kiện lật

3 Đờng đất đã canh tác 30058’

Qua các trờng hợp trên cho thấy rằng góc giới hạn khi liên hợp máy

đứng trên dốc bị trợt hoặc bị lật đổ chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của máy kéo và chất lợng mặt đờng

nên ta có thể coi liên hợp máy là một khối và nghiên cứu khả năng ổn định của liên hợp máy Sơ đồ nghiên cứu khả năng ổn định tĩnh ngang nh sau:

Hình 3.10: Sơ đồ nghiên cứu khả năng ổn định tĩnh ngang

Theo sơ đồ phân tích lực ta có các lực tác dụng lên liên hợp máy nh sau:

- Trọng lợng của máy kéo G đợc phân ra làm hai thành phần là G.cosβT

Để xác định góc βT, trớc hết ta phải tính phản lực của đất tác dụng lên bánh phía trên dốc Theo điều kiện cân bằng ta viết phơng trình mô men đối với điểm 0 ta có:

) h.sin - cos 2

.(

B

G Y

0 Y - G.sin - 2 G.cos

T 1

1 T T

0

β β

β β

T B

B h

B M

B Tg

h.sin 2

cos

0 ) h.sin - cos 2 (

T

T T

β β

B

B B

mà máy kéo có thể đứng không bị trợt ngang

Theo sơ đồ phân tích lực (hình 3.10) thì điều kiện cân bằng của máy kéo dới tác động của các lực là:

Z1 + Z2 = G.sinβT (3.12)Gọi ϕn là hệ số bám ngang thì điều kiện đảm bảo cho máy kéo không bị trợt ngang là:

G.sinβT = ϕn.(Y1 +Y2) (3.13)Theo điều kiện cân bằng ta có:

Y1 + Y2 = G.cosβT (3.14)Thay (3.14) vào (3.13) ta có:

G.sinβT ≤ G.cosβT ϕn

⇒ TgβT = ϕn (3.15)Theo [14] ta có ϕn = (0,6 ữ 0,7) ϕd, thay các giá trị của ϕn vào công thức (3.15) ta xác định trị số góc ổn định tĩnh ngang nh sau:

Bảng 04: Trị số góc ổn định tĩnh ngang

Theo điều kiện trợt Theo điều kiện lật

3 Đờng đất đã canh tác 19048’

Y 1

M f2

M f2 M

So sánh góc ổn định tĩnh ngang theo điều kiện chống lật và góc ổn định tĩnh ngang theo điều kiện chống trợt, ta thấy góc ổn định tĩnh ngang chống tr-

ợt nhỏ hơn Qua nghiên cứu góc ổn định tĩnh dọc và ngang cho thấy góc ổn

định tĩnh của liên hợp máy đợc xác định theo điều kiện chống trợt và phụ thuộc vào từng loại đất

3.4.3 Xác định khả năng chống lật khi LHM chuyển động

Vì khoảng cách giữa hai bánh trớc và khoảng cách giữa bánh chủ động với bộ phận công tác là không lớn Mặt khác hệ thống phanh hãm tốt nên liên hợp máy có thể dễ bị lật trớc bị trợt, nhất là khi liên hợp máy chuyển động ở thế di chuyển thì hiện tợng lật càng dễ xảy ra Trong phần này chúng tôi nghiên cứu khả năng ổn định dọc và ổn định ngang khi liên hợp máy di chuyển không tải và có tải

Qua thực tế cho thấy khi liên hợp máy di chuyển không tải và có tải theo chiều lên dốc với góc nghiêng αd1, xuống dốc với góc nghiêng αd1 Khi di chuyển lên dốc liên hợp máy kéo dễ bị trợt, trớc khi bị lật nhất là trong trờng hợp có tải Khi xuống dốc liên hợp máy dễ bị lật hơn là bị trợt trong trờng hợp không tải Vì vậy chúng tôi đi nghiên cứu hai trờng hợp này, sơ đồ nghiên cứu khi liên hợp máy lên dốc và xuống dốc nh sau:

P w

Hình 3.11: Sơ đồ nghiên cứu khả nẳng ổn định khi liên hợp máy kéo di chuyển

lên dốc và xuống dốc

Theo sơ đồ phân tích lực ta có các lực tác dụng lên liên hợp máy kéo khi chuyển động gồm:

- Trọng lợng phần đầu máy tác dụng lên hai bánh chủ động Gm;

- Trọng lợng của máy cày GC;

- Các phản lực pháp tuyến tác dụng lên hai bánh Y1, Y2;

- Các lực cản lăn Z1, Z2;

- Mô men cản lăn Mf1, Mf2;

- Mô men quay chủ động của máy kéo M

Để tránh cho máy kéo để không bị lật đổ khi chuyển động trên dốc, ta cần xác định điều kiện để máy kéo trợt trên dốc Khi lực kéo ở bánh chủ động

đạt tới giới hạn bám thì máy kéo bắt đầu trợt, khi máy kéo chuyển động lên dốc, theo [5] ta xác định đợc góc dốc giới hạn mà máy kéo bị trợt:

f - G G

G

C m

và tải trọng của liên hợp máy

Xét trờng hợp khi máy kéo xuống dốc: Viết phơng trình mô men với các lực tác dụng tại điểm 0 ta có:

∑M0 = Y1.e - G.sin αd2.h+ G.cos αd2.a - Y2.L (3.17)Hiện tợng lật bắt đầu xảy ra khi Y2 = 0 và Y1 = cosαd2, ta có góc αd2

giới hạn tại đó máy kéo có hiện tợng lật đợc xác định theo công thức sau:

e a

1 Đờng đất hoang hóa 26031’ 33031’ 11001’

3 Đờng đất đã canh tác 27052’ 23004’ 9025’

Nh vậy góc ổn định động của liên hợp máy đợc xác định bằng mức độ kéo tải của nó trên từng loại đất, với loại đất đã canh tác thì góc ổn định động dọc là nhỏ nhất

3.4.4 Xác định khả năng ổn định động ngang

Thông thờng góc ổn định cho phép liên hợp máy kéo làm việc trên sờn dốc bằng 50% góc ổn định tĩnh tơng ứng (nghĩa là liên hợp máy cho phép làm việc ở độ dốc 10055’) [5] Tuy nhiên để làm cơ sở cho việc mở rộng phạm vi hoạt động của liên hợp máy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu khả năng ổn định của liên hợp máy trong trờng hợp nguy hiểm nhất, khi liên hợp máy kéo di chuyển trên đờng vòng với vận tốc tối đa (Vmax = 4,25 km/h) và bán kính quay vòng nhỏ nhất theo sơ đồ sau:

Hình 3.12: Sơ đồ nghiên cứu khả năng ổn định ngang khi máy kéo quay vòng

Theo sơ đồ phân tích lực tác dụng lên máy kéo khi di chuyển trên sờn dốc ngang với độ nghiêng của địa hình là βđ ta có các lực sau:

- Trọng lợng của liên hợp máy G, đợc phân ra làm hai thành phần G.cos

βđ và G.sin βđ;

- Lực ly tâm Plt;

- Các phản lực pháp tuyến tác dụng lên hai bánh xe Y1, Y2;

- Các phản lực tiếp tuyến lên hai bánh xe Z1, Z2

Theo [5] thì lật ngang là một tai nạn thờng xảy ra đối với máy kéo hơn

là lật dọc Dới tác động của các lực ngang nh lực ly tâm Plt, hợp lực G.sin βđ

của trọng lợng máy làm cho máy kéo có thể bị lật ngang

Để nghiên cứu và tính đợc độ dốc ngang tối đa cho máy kéo làm việc

đ-ợc, xét trờng hợp nguy hiểm nhất là khi các lực đều tác động cùng một lúc Cũng nh lật dọc, liên hợp máy kéo bị lật ngang khi phản lực pháp tuyến của mặt đất lên bánh phía trên dốc bằng không, nh vậy điều kiện đảm bảo cho máy kéo không bị lật là Y1 ≥ 0

Để tính Y1 chúng tôi viết phơng trình cân bằng mô men các lực tơng ứng với điểm 0 nh sau:

B

h G

h B

M

d - P - h.G.sin cos

2

B Y

0 G.cos 2

B

- G.sin h

P Y

d lt

1

d d

lt 1 0

β β

β β

=

⇒

= +

+

=

∑

(3.19)

Thông thờng góc βd rất nhỏ, nếu ta cho cos βd = 1 thì độ dốc ngang tối

đa mà liên hợp máy kéo có thể làm việc đợc bằng cách biến đổi theo công thức trên ta đợc:

h G

h

.

P - 2

B.G

lt

=

β (3.20)Trong đó:

G.V 2

= ; Với: V - Vận tốc tối đa;

R - Bán kính quay vòng nhỏ nhất;

g - Gia tốc trọng trờng

Từ kết quả trên cho thấy rừng nguy cơ lật ngang sẽ tăng khi tăng chiều cao trọng tâm xe và giảm chiều rộng theo vết bánh xe Hợp lực song song với mặt đất của trọng lợng máy kéo khi chuyển động trên sờn dốc và lực ly tâm khi chuyển động trên đờng vòng là những nguyên nhân chính gây ra hiện tợng lật ngang và những hiện tợng khác làm ảnh hởng đến khả năng làm việc của máy kéo

Thông thờng hiện tợng trợt thờng xảy ra trớc hiện tợng lật, do đó chúng tôi đi kiểm tra góc ổn định động ngang theo điều kiện trợt, Theo [6] ta có:

ϕn - hệ số bám ngang của đờng;

βd ϕ - Góc ổn định động ngang khi máy kéo chuyển động, βd ϕ đợc xác định theo điều kiệm bám và nó phụ thuộc vào từng loại đất

Thay các thông số kỹ thuật vào các công thức trên ta xác định đợc trị số góc ổn định động ngang khi máy kéo chuyển động

Bảng 06: Trị số góc ổn định động ngang

Quá trình nghiên cứu khả năng ổn định của liên hợp máy kéo BS 12 với cày trụ một lỡi, chúng tôi nhận thấy liên hợp máy kéo cỡ nhỏ thờng bị trợt trớc khi bị lật Hiện tợng lật xảy ra phụ thuộc vào tải trọng của máy kéo và loại đ-ờng đất mà liên hợp máy kéo làm việc trên đó Khi so sánh giữa góc ổn định

động ngang theo điều kiện lật và trợt, chúng tôi thấy các góc ổn định động ngang theo điều kiện trợt nhỏ hơn Do đó góc ổn định động ngang của liên hợp máy đợc chọn theo điều kiện trợt

Chơng 4 Nghiên cứu động lực học của liên hợp máy kéo BS 12 khi làm đất với cày trụ một lỡi trên đất dốc

4.1 Những giả thiết ban đầu

Bài toán đặt ra là: Nghiên cứu ảnh hởng của độ dốc, cơ tính của đất và chiều sâu cày đến sự chuyển động của liên hợp máy khi cày trên sờn đất dốc

đồi trọc đã đợc canh tác, bài toán đặt ra đặc trng cho khâu làm đất nông, lâm kết hợp ở khu vực Trung du miền Bắc nớc ta

Giả thiết để đơn giản hóa bài toán:

- Coi nền phẳng nghiêng không có nhấp nhô, liên hợp máy không có chuyển vị theo phơng vuông góc với nền

- Liên hợp máy làm việc trong vùng ổn định lật dọc và ngang, không có chuyển dịch quay quanh hai trục dọc và ngang liên hợp máy

- Cơ lý tính đất bề mặt và lớp đất cày là đồng nhất

- Lực kéo tại bánh máy kéo luôn đủ cho các lực cản, sao cho vận tốc lý thuyết của máy kéo là không đổi

- Ngời điều khiển không tác động vào hệ thống phanh côn chuyển ớng

h Hệ số trợt dọc δx của bánh máy kéo trên mặt nghiêng bằng hệ số trợt dọc khi máy kéo chạy trên mặt phẳng và nền đất có cùng cơ tính

Những giả thiết trên cho phép bài toán đơn giản hơn, với chuyển động của liên hợp máy là chuyển động song phẳng và đợc giữ trên mặt nền Hệ lực của bài toán là hệ lực phẳng, lực cản lăn Pcl = const, lực cản tại cày Pc = const, vận tốc lý thuyết Vlt = const, mô men điều khiển máy kéo Mđk = 0.

Liên hợp máy có những chuyển dịch với nền:

- Chuyển dịch trợt dốc Y1 do phân lực ngang trọng lợng (G.sinβ), cản lại chuyển dịch này là bám tại bánh và phản lực tựa thân cày

- Chuyển dịch trợt xoay ϕz quanh trục vuông góc với nền do các mô men quay đối với trục oz, cản lại chuyển dịch này là mô men cản quay vòng

- Chuyển dịch lý thuyết dọc trục liên hợp máy với vận tốc Vlt do lực kéo

Pk, cản lại chuyển dịch này là lực cản lăn

- Chuyển dịch trợt dọc với hệ số trợt δx do các ngoại lực dọc trục, cản lại chuyển dịch này là lực bám của bánh

Có thể phân chuyển dịch của liên hợp máy ra hai nhóm, theo nguyên lý

độc lập tác dụng có thể xét riêng lực và chuyển dịch riêng từng nhóm:

X Y

0

β ϕ

z