tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng mô hình dao động MCMRH ( máy chặt mía rải hàng) liên hợp với máy kéo 4 bánh làm việc trên mặt đồng không phẳng

đồng gây ra, chịu những lực cản luôn luôn biến đổi trên các bộ phận làm việc và lựcquán tính động cơ, v.v …Ảnh hưởng của những tác động này có hại đến sự làm việc ổn định dẫn đến giảmcác

đại học tháI nguyên

Trờng đại học kỹ THUậT CÔNG NGHIệP

Thái Nguyên- năm 2011

Công trình đợc hoàn thành tại: Trờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên

Tỏc giả luận văn: Nguyễn Thị Hưng

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Sỹ Hiệt.

Phản biện 1: GS.TS Bành Tiến Long

Phản biện 2: PGS.TS Vũ Ngọc Pi

Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn

Họp tại: Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp - ĐHTN

Ngày10 tháng 12 năm 2011

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài.

Trong sản xuất mía nguyên liệu, chi phí công lao động rất cao, lao động thủ côngnhiều và rất vất vả, vì vậy nhu cầu cơ giới hóa các khâu càng trở nên bức xúc, nhất là làkhâu thu hoạch

Máy thu hoạch mía là loại máy liên hợp làm việc trong điều kiện phức tạp, yếu tốtác động từ bên ngoài rất đa dạng, khi di động chịu những kích động mấp mô do mặt

đồng gây ra, chịu những lực cản luôn luôn biến đổi trên các bộ phận làm việc và lựcquán tính động cơ, v.v …

Ảnh hưởng của những tác động này có hại đến sự làm việc ổn định dẫn đến giảmcác chỉ tiêu về năng suất và gây thất thoát nguyên liệu, tăng chi phí năng lượng trong quátrình làm việc của liên hợp máy Việc phân tích điều kiện làm việc, xét tới những daođộng ngẫu nhiên do kích động của mấp mô mặt đồng gây ra ảnh hưởng đến quá trìnhhoạt động và ổn định của các bộ phận máy nhằm mục đích tối ưu các thông số động học,kết cấu hợp lý của bộ phận chặt mía rải hàng

Đề tài được lựa chọn là:“ Xây dựng mô hình dao động MCMRH (máy chặt mía

rải hàng) liên hợp với máy kéo 4 bánh làm việc trên mặt đồng không phẳng”.

2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

* Ý nghĩa khoa học:

- Xây dựng mô hình dao động của MCMRH liên hợp với máy kéo 4 bánh làm việc trênmặt đồng không phẳng, nhằm mục đích tối ưu hoá các thông số các bộ phận làm việc.Ứng dụng các phương pháp khoa học trong nghiên cứu tạo ra sản phẩm có chất lượng vàhiệu quả trong sản xuất

* Ý nghĩa thực tiễn:

- Thông qua khảo sát mô hình, giải bài toán tối ưu, xác định giá trị các thông số thiết kếchế tạo các bộ phận có kết cấu phù hợp, bố trí hợp lý các bộ phận máy công tác trênliên hợp máy Hoàn thiện thiết và kết cấu mẫu máy

- Thông qua bài toán khảo sát mô hình dao động được tối ưu hoá, lựa chọn chế độ làmviệc của LHM phù hợp nhằm đảm bảo hiệu quả và chất lượng thu hoạch mía

3 Tổng quan nội dung nghiên cứu của đề tài.

- Tình hình, kết quả nghiên cứu máy thu hoạch mía ở trong và ngoài nước

- Kết quả của những công trình nghiên cứu về động lực học máy nông nghiệp trên thếgiới và Việt Nam

-Vấn đề nghiên cứu liên quan đến máy chặt mía rải hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh

4 Mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu.

* Mục đích đề tài:

Nghiên cứu cơ sở khoa học, xác định các yếu tố ảnh hưởng của dao động liên hợpmáy làm việc trên mặt đồng không phẳng đến chất lượng chặt mía, nhằm mục đích tối

ưu các thông số động học, kết cấu hợp lý của bộ phận chặt mía rải hàng, trên cơ sở đólựa chọn cách bố trí bộ phận công tác và chế độ làm việc của liên hợp máy phù hợp đạtnăng suất và chất lượng

* Đối tượng nghiên cứu

- Máy thu hoạch mía liên hợp với máy kéo 4 bánh

* Phương pháp nghiên cứu.

- Phương pháp ma trận trong nghiên cứu dao động;

- Phương pháp hàm truyền khảo sát dao động của liên hợp máy;

- Phương pháp xác xuất và động lực học thống kê;

- Phương pháp ứng dụng ngẫu nhiên trong nghiên cứu dao động của hệ cơ học

* Nội dung nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu của đề tài.

- Phân tích tổng hợp điều kiện và chế độ động lực học liên hợp máy khi chúng làmviệc dưới tác động của quá trình ngẫu nhiên (dao động ngẫu nhiên) ảnh hưởng đến quátrình làm việc và chất lượng thu hoạch mía

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình dao động tổng hợp của liên hợpmáy khi làm việc trên mặt đồng không phẳng

- Nghiên cứu thiết lập phương pháp thực nghiệm xác định các thông số đàn hồi vàquán tính của hệ động lực học LHM

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của: TS Nguyễn Sỹ Hiệt.Tôi xin trân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn, cảm ơnnhững ý kiến đóng góp của GS.TSKH Phạm Văn Lang, cảm ơn các thầy cô giáo, các cán

bộ công nhân viên Khoa sau đại học-Trường đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Do kinh nghiệm và thời gian có hạn, chắc chắn luận văn không tránh khỏi nhữngthiếu sót Tôi xin trân trọng tiếp thu những ý kiến đóng góp cho bản luận văn này

Chương I TỔNG QUAN - MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1.1.Vị trí khâu thu hoạch mía trong ngành sản xuất mía đường.

1.2 Công nghệ và phương pháp thu hoạch mía bằng máy trên thế giới và trong nước

1.2.1 Công nghệ thu hoạch mía

1.2.2 Các phương pháp thu hoạch mía

1.2.2.1 Phương pháp thu hoạch nhiều giai đoạn

1.2.2.2 Phương pháp thu hoạch một giai đoạn

1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy thu hoạch mía trên thế giới

1) - Máy chặt mía cỡ nhỏ sử dụng nguồn động lực máy kéo nhỏ 2 bánh (hình 1.1)

2) Máy cắt mía cỡ vừa NB-15T của Nhật (hình 1.2)

3) Máy thu hoạch mía liên hợp với máy kéo 4 bánh của Thái Lan ((hình 1.3)

1.4 Hiện trạng thu hoạch mía và tình hình nghiên cứu ứng dụng máy thu hoạch mía trong sản suất mía nguyên liệu ở nước ta.

1.4.1 Hiện trạng thu hoạch mía ở nước hiện nay

1.4.2 Tình hình nghiên cứu máy thu hoạch mía trong nước

Hình 1.4: Máy thu hoạch mía THM-0,3

Hình 1.5: Máy Chặt mía để nguyên cây gom xả đống trên đồng

Hình 1.6 Máy chặt mía rải hàng K-80

Hình 1.7 Máy chặt mía rải hàng CMRH-0,1

Hình 1.8 Máy thu hoạch mía rải hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh THM-0,15

1.5 Nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo và các liên hợp máy làm việc trên đồng

1.5.1.Các mô hình dao động

1.5.1.1 Mô hình 1/4

1.5.1.2.Mô hình 1/2 trong mặt phẳng ngang

1.5.1.3.Mô hình phẳng theo phương dọc xe ô tô hai trục

1.5.2 Một số nghiên cứu khảo sát về dao động của các liên hợp máy thu hoạch làm việc trên đồng

1.5.2.1 Nghiên cứu dao động máy thu hoạch lúa TC-2 liên hợp với máy kéo MTZ-50 1.5.2.2.Nghiên cứu dao động máy gặt lúa rải hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh cỡ trung

1.5.2.3.Các hàm kích động

1.6 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

2.2 Mô hình tính toán

2.3 Phương pháp động lực học thống kê

2.4 Các phương pháp toán học

Chương 3 ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TOÁN HỌC TRONG NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT DAO ĐỘNG LIÊN HỢP MÁY 3.1 Ứng dụng tính toán ma trận vào kỹ thuật nghiên cứu dao động

3.1.1 Dao động của hệ có hai bậc tự do

1.Dạng song tuyến và dạng toàn phương

2 Lập phương trình chuyển động dưới dạng ma trận

3.1.2 Dao động của hệ có có nhiều bậc tự do với khối lượng tập trung

1 Lập phương trình vi phân chuyển động của hệ vô hạn bậc tự do

3.2 Phương pháp xác suất và động lực học thống kê

3.2.1 Quá trình ngẫu nhiên

3.2.2 Những đặc trưng cơ bản của quá trình ngẫu nhiên

3.2.3 Tính chất cơ bản của hàm tương quan

3.3.1.1 Khảo sát phương trình vi phân dạng tổng quát n

3.3.1.2.Hàm truyền và phương trình tần số riêng 3,4,9,11,13

3.3.2.2 Tương quan giữa mật độ phổ của quá trình, phương sai của chuyển vị, vận tốc và gia tốc của hệ thống.

Chương 4

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG MÁY CHẶT MÍA RẢI HÀNG LIÊN HỢP VỚI MÁY KÉO 4 BÁNH

LÀM VIỆC TRÊN MẶT ĐỒNG KHÔNG PHẲNG

4.1 Xây dựng mô hình dao động máy thu hoạch

4.1.1 Mô hình tổng quát động lực học liên hợp máy thu hoạch

4.1.1.1 Giải bài toán dao động cưỡng bức của hệ có vô hạn bậc tự do [8]

4.1.1.2 Lập phương trình hàm động năng của cơ hệ

4.1.1.3 Xác định tần số dao động

4.1.1.4 Xác định chuyển vị của hệ

4.1.1.5 Xây dựng tiêu chuẩn tối ưu

4.2 Máy thu hoạch mía rải hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh

4.2.1.Lựa chọn nguyên lý làm việc của máy thu hoạch mía

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc và các bộ phận của máy thu hoạch mía

THM-0,15

1- Xích nâng cây; 2- Bánh xe tựa đồng; 3- Dao đĩa; 4 - Hộp số dao; 5- Hộp

số trung tâm; 6- Các đăng; 7-Trục truyền động trung gian; 8- Máy kéo 4 bánh; 9 –

Cơ cấu nâng hạ dàn cắt; 10-Hộp số đổi chiều chuyển động quay; 11- Hộp truyềnđộng xích trung gian; 12- Xích chuyển cây ngang dưới; 13- Xích chuyển cây ngangtrên sau; 14- Xích kẹp giữ chuyển cây ngang trước; 15-Khung bộ phận máy côngtác…

4.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

4.3 Xây dựng mô hình nghiên cứu dao động của máy thu hoạch mía liên hợp với máy kéo 4 bánh

4.3.1 Mô hình liên hợp máy thu hoạch mía kiểu treo (không bánh tựa đồng của bộ phận công tác)

Hình 4.3 Mô hình phẳng dao động máy thu hoạch mía liên hợp với máy kéo 4 bánh

4.3.2 Mô hình nửa treo của liên hợp máy

Hình 4.4 Mô hình động học máy thu hoạch mía rải hàng liên hợp với máy kéo 4

bánh, bộ phận công tác có bánh tựa đồng.

4.3.3 Thiết lập và giải phương trình vi phân dao động của LHM thu hoạch mía

Chương trình tính toán mô hình động lực học tuyến tính

Các bước lập trình tính toán bao gồm trình tự các bước sau:

1.- Tính toán các ma trận M; K; C; D; B; E trong phương trình (4.67);

2.- Tính ma trận nghịch đảo M-1;

3.- Chuyển phương trình (4.67) sang dạng phương trình Côsi (4.71);

l 1A l

l 1

4.- Tìm ma trận nghịch đảo IS A ;

m

m G s G s

G ) A det(

) A Is

2 1 1

(4.77)5.- Xác định hàm truyền theo công thức (4.77);

6.- Xác định đặc tính của hàm biên độ - tần số của hệ động lực học LHM theo các công thức ( 4.81), (4.82)

7.- Xác định mật độ phổ của quá trình vào theo công thức (4.80)

4.4 Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số đàn hồi và quán tính của hệ động lực học liên hợp máy

4.4.1 Đối tượng nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu được chọn là máy kéo máy kéo 4 bánh BS-VS4, liên hợp vớimáy thu hoạch mía Máy kéo có công suất động cơ 25 sức ngựa ở chế độ vòng quay củatrục khuỷu động cơ là 2200 v/phút Khối lượng kết cấu của máy kéo là 940 kg Máy kéokhông có bộ phận nhíp cầu trước Chiều dài cơ sở máy kéo là 1440 mm

4.4.2 Thiết lập phương pháp thực nghiệm xác định các thông số đàn hồi và quán tính của hệ động lực học LHM

4.4.2.1 Xác định mômen quán tính của LHM

Phương pháp xác định mô men quán tính của LHM theo phương pháp treo đàn hồi

Hình 4.5 Sơ đồ xác định mômen quán tính của LHM theo phương pháp treo đàn hồi 1- Máy kéo; 2 - Lò xo; 3- Điểm tựa.

Thí nghiệm được bố trí như trên hình 4.5 LHM dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc XOZ quanh trục OY Gọi  là góc lắc của LHM tại tâm trục cầu sau máy kéo O, l1 là khoảng cách từ O đến trọng tâm LHM; L- khoảng cách từ O đến lò xo đỡ LHM phía trước

4.4.2.2 Phương pháp xác định độ cứng của lốp máy kéo

Có hai phương pháp thực nghiệm xác định đặc tính đàn hồi của lốp máy kéo:

Hình 4.6 Sơ đồ xác định mômen quán tính

của vật (bánh xe) theo phương pháp con lắc

7

Hình 4.7 Sơ đồ thí nghiệm xác định các đặc tính của lốp

Giá đỡ tựa 1; máy kéo 2; pa lăng 3; bộ phận ly hợp 4; bộ phận chuyển đổi sơ cấp tín của hiệu rung (vibration) 5; bộ phận khuếch đại (y) 6 và máy đo giản đồ (osilographer)7.

4.5 Thử nghiệm mẫu máy liên hợp thu hoạch mía làm việc trên đồng

Vụ mía 2008-2009 mẫu máy thu hoạch mía chặt rải hàng được đưa đi thử nghiệmtại Lam Sơn Thanh hoá (hình 4.8)

Hình 4.8 Thử nghiệm máy liên hợp thu hoạch mía tại

Công ty mía đường Lam Sơn Thanh Hoá

4.5.1 Kết quả thí nghiệm máy chặt mía rải hang trong sản xuất

4.5.1.1 Điều kiện mía và ruộng thí nghiệm

mía trồng vụ 1, trên vùng đất đồi có độ dốc trung bình 780 Khoảng cách giữa cácluống là 1,11,25 mét Cây mía khi thu hoạch phần lớn chưa được bóc lá; mật độ câykhoảng 1015 cây trên mét chiều dài, phân bố không đều với mật độ 35 cây/khóm,đường kính thân cây 2,53cm

Giống mía thí nghiệm MI5514, trồng không vun luống trên đất dốc, có chiều cao

tự nhiên trung bình 2,1 m chiếm 30% trong tổng số cây (tính tổng số cây đo trên độ dài

15 mét của luống mía)

Đối tượng mía thu hoạch là loại giống vụ 1, cây đứng, đường kính thân cây daođộng trong khoảng 2,03 cm, chiều cao cây, mật độ cây mía trung bình trên luống tuơngđối cao 916 cây/m Tình trạng luống mía không đuợc vun, đất hai bên cao hơn hàngmía Mật độ lá tương đối dày, do mía không bóc lá trong suốt quá trình sinh trưởng đếnkhi thu hoạch

4.5.1.2 Kết quả thí nghiệm

1) Năng suất làm việc của máy

Máy thu hoạch mía 1 hàng, liên hợp với máy kéo 4 bánh công suất 18-24 hp cónăng suất đạt trung bình 0,15 ha/h tuy chưa cao nhưng phù hợp với việc thu hoạch kếthợp với lao động thủ công thực hiện các công đoạn khác như róc lá, bó gom cây và vậnchuyển trong giai đoạn hiện tại

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm năng suất làm việc của LHM

Cấp

tốc độ Lần lặp

Đường chạy thí nghiệm, m

Thời gian, s Vận tốc máy,

m/s

Năng suất làm việc của máy, ha/h(x1/100 )

Năng suất làm việc của máy, ha/h

Hình 4.9 Năng suất làm việc của máy

2).Ảnh hưởng của vận tốc liên hợp máy đến chiều cao gốc cắt

Bảng 4.2: Vận tốc máy ảnh hưởng tới chiều cao gốc cắt.

Cấp

tốc độ Lần lặp

Đường chạy thí nghiệm, m Thời gian, s

Vận tốc máy, m/s

ChiÒu cao gèc c¾t, (cm)

Ảnh hưởng của vận tốc máy đến chiều cao gốc cắt

Hình 4.10: Ảnh hưởng của vận tốc máy đến chiều cao gốc cắt

Phần lớn diện tích mía nơi thí nghiệm không được vun gốc, hoặc vun gốc không đồngđều, tình trạng mía bị đổ nhiều, không bóc lá Kết quả ứng dụng đã được đơn vị sản xuấtđánh giá:

-Diện tích đã thu hoạch bằng máy kết hợp với lao động thủ công có năng suất 55 60tấn/ha;

- Số lao động thủ công theo máy để chặt ngọn, làm sạch lá và thu gom là 3530 công/

ha so với thu hoạch hoàn toàn bằng thủ công hiện nay cần tới 5055 công /ha Như vậy kếthợp sử dụng máy với thủ công đã giảm được 20  25 nhân công lao động;

- Chất lượng làm việc của máy :

- Độ cắt sót không đáng kể, hầu hết cây mía được cắt;

- Nhát cắt gốc mía sau khi cắt với ruộng có vun gốc đạt yêu cầu, tỷ lệ gốc bị xơ tướctrung bình chiếm 1015%

- Độ cao cắt gốc chưa không đều do ảnh hưởng bởi mặt đồng, thất thoát chiếm khốilượng đáng kể lưu lại gốc trên đồng

4.6 Kết luận chương 4

Trên cơ sở nguyên lý hoạt động của loại máy thu thu hoạch mía rải hàng, đề tài đãthực hiện:

- Nghiên cứu xây dựng mô hình dao động liên hợp máy thu hoạch mía liên hợp vớimáy kéo 4 bánh làm việc trên mặt đồng không phẳng ngẫu nhiên;

- Thiết lập cách giải phương trình vi phân dao động của LHM thu hoạch mía;

- Thiết lập phương pháp thực nghiệm xác định các thông số đàn hồi và quán tính của

hệ động lực học liên hợp máy;

- Thí nghiệm mẫu máy trên đồng đánh giá chất lượng làm việc của liên hợp máy

KÊT LUẬN CHUNG

Thu hoạch mía bằng máy là khâu cơ giới hoá hoàn toàn mới mẻ và đang có nhu cầutrong sản suất mía ở nước ta

1 Đề tài đã nghiên cứu tìm hiểu về tình hình cơ giới hoá thu hoạch mía và các loạimáy thu hoạch mía đã và đang được ứng dụng trong sản xuất trên thế giới và trong nước

2 Đề tài đã tiến hành thí nghiệm, và ứng dụng mẫu máy mía trong sản xuất Máychặt mía rải hàng liên hợp với máy kéo 4 cho phép ta tận dùng nguồn động lực hiện có vàchế tạo được trong nước Nguyên lý làm việc chặt mía để nguyên cây của máy phù hợpvới quy trình sản xuất hiện nay tại các vùng sản xuất mía nguyên liệu cho các nhà máyđường trong nước Chất lượng làm việc của máy bước đầu đạt được một số chỉ tiêu yêucầu nông học về độ cắt sót, chất lượng nhát cắt, năng suất…

3 “Xây dựng mô hình dao động máy chặt mía rải hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh làm việc trên mặt đồng không phẳng” nhằm tối ưu các thông số cấu tạo và động học

của hệ thống máy chặt mía rải hàng, làm cơ sở cho việc thiết kế hoàn thiện mẫu máy, tối

ưu các thông số kết cấu và chế độ làm việc của máy, đảm bảo ổn định và tăng chất lượnglàm việc, giảm độ tổn thất mía lưu lại trên đồng

4 Ứng dụng các phương pháp toán học vào việc nghiên cứu khảo sát dao độngliên hợp máy

5 Nội dung chính của Luận văn mới dừng lại ở nhiệm vụ xây dựng mô hình daođộng máy chặt mía rải hàng liên hợp với máy kéo 4 bánh Việc nghiên cứu khảo sát môhình dao động này cần được thực hiện các nhiệm vụ tiếp theo là lập trình trên máy tính,thực nghiệm xác định các yếu tố đầu vào, từ đó giải bài toán tối ưu

Tµi liÖu tham kh¶o