Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố sử dụng và kết cấu đến tính chất chuyển động vòng của máy kéo bánh dùng trong nông nghiệp

ạt trình độ cao, các nhà khoa học đã giải quyết thành công các bài toán điều khiển lập trình hoặc lái tự động theo GPS. Tuy nhiên điều kiện đất đai Người lái Động cơ Truyền lực Phanh, Lái MÁY KÉO Ảnh hưởng mặt đường Quĩ đạo cần theo (yêu cầu) Quĩ đạo hiện tại (kết quả điều khiển) Liên hệ ngược Nhiễu ngoài 6 canh tác lúa nước ở Việt Nam luôn là thách thức to lớn cho việc giải quyết vấn đề di động của các loại MK và MNN tự hành. Từ nhiều năm nay, các nhà khoa học trong nước chủ yếu tập trung nghiên cứu cải thiện tính chất kéo bám cho MKNN, nghiên cứu dao động thẳng đứng cho MK vận chuyển hoặc ổn định lật đổ cho các MK đồi dốc. Theo những thông tin có được, có thể nói rằng những kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về tính chất chuyển động của MK ở nước ta còn rất hạn chế và, hầu như chưa có công bố kết quả nghiên cứu động lực học theo hướng ngang của MK, nhất là MKNN. Trong phần Tổng quan còn phân tích ưu nhược điểm của nhiều mô hình nghiên cứu đặc tính bánh xe cũng như mô hình khảo sát tính chất chuyển động của toàn xe, nhằm lựa chọn mô hình nghiên cứu phù hợp nhất. Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nội dung nghiên cứu - Lựa chọn và xây dựng mô hình ĐLH chuyển động của MK bánh. - Thiết kế, chế tạo các thiết bị thí nghiệm xác định các tham số vào của mô hình và đặc tính của một số phần tử chính của mô hình. - Mô phỏng tính chất chuyển động vòng của MK trên máy tính số. - Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố kết cấu và sử dụng đến tính chất chuyển động vòng của MK bánh dùng trong nông nghiệp. - Thí nghiệm nhằm kiểm chứng mô hình bánh xe và kiểm chứng mô hình toàn xe trong điều kiện thực tế. 2.2. Phương pháp nghiên cứu đã áp dụng 2.2.1. Phương pháp mô hình hoá Luận án sử dụng phương pháp mô hình hóa để mô tả các phần tử chính (động cơ, bánh xe, MNN) và toàn bộ máy kéo bằng các mô hình toán học, trong khi vẫn đảm bảo giữ nguyên bản chất vật lí của cơ hệ. 7 2.2.2. Phương pháp mô phỏng số kết hợp mô phỏng thực nghiệm Phần mềm mô phỏng MatLab/Simulink được ứng dụng để giải bài toán nghiên cứu, trong đó hầu hết các thông số đầu vào đều được xác định từ thực nghiệm hoặc từ các mô phỏng thực nghiệm. 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Luận án đã xây dựng được các phương pháp thực nghiệm như: - Thực nghiệm xác định mô men quán tính của các máy kéo - Khảo nghiệm động cơ để xác định nhanh đặc tính mô men - Thí nghiệm xây dựng đặc tính bánh xe máy kéo - Xây dựng quỹ đạo chuyển động vòng thực tế của máy kéo 2.2.4. Phương pháp đánh giá tính chất chuyển động vòng của máy kéo - Đánh giá tính chất động lực học chuyển động vòng - Các thông số đặc trưng cho quá trình quay vòng ổn định - Khả năng đáp ứng của MK với quỹ đạo chuyển động cho trước Chương 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG VÒNG CỦA MÁY KÉO TRÊN ĐẤT NÔNG NGHIỆP 3.1. Lựa chọn mô hình động lực học chuyển động vòng của máy kéo Trong nghiên cứu động lực học ô tô máy kéo bằng kỹ thuật mô hình hóa, vấn đề quan trọng là mô hình xây dựng phải phản ánh được những đặc trưng cơ bản nhất của cơ hệ, có thể xây dựng được chương trình giải và khảo sát linh hoạt. Ngoài ra, phải kiểm chứng được bằng thực nghiệm. Cần lựa chọn một mô hình sao cho có số bậc tự do ít nhất có thể được mà vẫn cho kết quả phù hợp về các mối quan hệ động lực học của hệ trong một miền đủ rộng. Theo quan điểm đó, chọn mô hình phẳng một vết. 3.2. Xây dựng mô hình động lực học chuyển động vòng của máy kéo Để nghiên cứu tính năng quay vòng của máy kéo bánh một cách khái quát nhất, cần lập sơ đồ tính toán quay vòng máy kéo bánh có hai cầu chủ động, với các bánh xe trước là các bánh xe dẫn hướng (hình 3.1). 8 0X 0Y yFF F LFF xRF yRF LTF mv  x y O T A B Fl l Rl Fv Rv v v R F     RLF xFF  MF Ml cM Hình 3.1. Sơ đồ một vết nghiên cứu tính chất chuyển động vòng của máy kéo 4x4 Như vậy các MK có một cầu chủ động chỉ là trường hợp riêng. 3.2.1. Các giả thiết chính đặt ra khi xây dựng mô hình nghiên cứu - Máy kéo chuyển động trên mặt đồng bằng phẳng, bỏ qua dao động thẳng đứng, bỏ qua chuyển động vặn và chuyển động lật. - Các lực tác dụng trong mặt phẳng ngang song song với mặt đường không dốc. - Trọng tâm của MK nằm trên mặt phẳng chuyển động. Coi sự phân bố lại trọng lượng trên các cầu và trên các bánh xe trái phải khi chuyển động vòng là không đáng kể. - Hai bánh xe trên mỗi cầu được quy đổi thành một bánh xe tương đương đặt tại điểm giữa cầu. Qui ước góc quay trung bình của các bánh dẫn hướng trước là =(t), trong tính toán đặt tại điểm giữa của cầu trước. - Bỏ qua các góc đặt bánh xe dẫn hướng. 9 cos os   R R vv c . . . . cos cos cos sin ( )sin cos cos sin sin cos cos sin sin ( sin sin cos )                                                        F F E F XF F R R E R XR R XR LR XF LF YF M YR XF LF YF M Z XF LF YF F YR R M J M i i F r J M i i F r mv F F F F F mv F mv F F F F mv mv F J F F F l F l F Rsin ( )             M R C z zFl l M M M 3.2.2. Hệ thống phương trình vi phân trong chuyển động vòng Từ mô hình động lực học chuyển động hình 3.1 có thể xây dựng hệ phương trình vi phân chuyển động của MK hai cầu chủ động trong mặt phẳng ngang như dưới đây. Kí hiệu chỉ số “F” cho cầu trước, chỉ số “R” cho cầu sau. (3-1) Hai phương trình đầu mô tả tính chất truyền lực từ động cơ đến các cầu chủ động còn ba phương trình sau mô tả chuyển động của thân xe trong mặt phẳng ngang. Để giải được hệ phương trình (3-1) cần thiết phải xác định các quan hệ động học bổ sung và xây dựng mô hình động lực học của các phần tử chính trong hệ thống. 3.2.3. Các quan hệ động học bổ sung Góc lệch bên của các cầu: (3-2) Vận tốc dài của bánh chủ động sau: (3-3) Vận tốc dài của bánh xe dẫn hướng: (3-4) 3.2.4. Mô hình động cơ máy kéo Đặc tính Ne=f(ne) và Me=f(ne) của D-240 (trên MK MTZ-80) và YM- 3T84 (trên MK Yanmar-3000) được xây dựng bằng phương pháp phanh tạo tải trên trục trích công suất (PTO) của MK nhờ bệ thử thủy lực F-4000 của Mỹ. Phương trình đường đặc tính mô men được biểu diễn như sau: Đối với động cơ D-240: 20,59 5000,6E EM    (3-5) cos os( )F F vv c      sin sin; ( ) cos cos R F R F l v l vtg tg v v                 10 Đối với động cơ YM-3T84: - Với mức ga 100%: 7,01 2029,1E EM    (3-6) - Với mức ga 50%: 5,86 1380,5E EM    (3-7) Khi MK quay vòng, lực cản có thể tăng lên chút ít nhưng do bơm nhiên liệu cao áp được trang bị bộ điều tốc li tâm mọi chế độ, nên động cơ lại nhanh chóng thiết lập điểm làm việc mới mà không phải về số. 3.2.5. Mô hình hệ thống truyền lực Sơ đồ truyền lực và kết cấu vi sai của máy kéo bánh và ô tô có ảnh hưởng nhất định đến tính chất chuyển động vòng của xe. Tuy nhiên, trong rất nhiều công trình nghiên cứu về tính chất chuyển động của ô tô máy kéo với mô hình phẳng, các tác giả đều giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của các biến dạng trong hệ thống truyền lực, bỏ qua ảnh hưởng của phân bố lại mô men theo tình trạng bám giữa các cầu và giữa các bánh xe chủ động cùng cầu. Giả thiết này có thể chấp nhận được vì MK cỡ nhỏ thường được trang bị bộ vi sai đơn giản. Với MK có vi sai tự gài thì phải tính mô men cản McVS. Do đó mô hình hệ thống truyền lực trở nên đơn giản hơn, chỉ là mô tả sự phân chia và biến đổi mô men đến các cầu chủ động theo kết cấu (tỉ số truyền) của MK nghiên cứu và được biểu diễn bởi hai phương trình đầu tiên của hệ phương trình (3-1). 3.2.6. Mô hình bánh xe máy kéo trên đất nông nghiệp Bánh xe - phần tử kết nối giữa máy kéo và mặt đồng - là phần tử quan trọng đặc biệt của mô hình mô phỏng. Mô hình bánh xe MKNN đã được xây dựng trên cơ sở phát triển mô hình Burckhardt, theo đó kết hợp giữa lý thuyết Kamm với các kết quả thực nghiệm theo phương dọc của bánh xe trên đất. Các thí nghiệm xác định tham số cũng như thực nghiệm kiểm chứng mô hình đều được thực hiện trên thiết bị thí nghiệm bánh xe máy kéo WTD-2 do chính nhóm nghiên cứu thiết kế và chế tạo. Quan hệ giữa hệ số bám tổng hợp R và độ trượt tổng hợp SR: 11 2 1 3(1 )R C S R RC e C S    (3-8) với: 2 2R x yS S S  (3-9) Trong đó Sx, Sy, SR lần lượt là độ trượt dọc, độ trượt ngang và độ trượt tổng hợp của bánh xe. - Bánh xe chủ động: 2 2 2 2 2(1 )RR xR yR xR R xRS S S S tg S     (3-10) - Bánh xe bị động: 2 2 2 2 2(1 )RF xF yF xF F xFS S S S tg S     (3-11) Hệ số bám dọc và hệ số bám ngang khi đó được tính theo công thức: (3-12) Các công thức (3-8) và (3-9) thỏa mãn trong toàn vùng [0(Sx;Sy)1], do đó các hệ số C1, C2, C3 có thể được xác định dễ dàng trong trường hợp Sy=0. Có nghĩa là chỉ cần tổ chức thí nghiệm kéo bám để xác định độ trượt của bánh xe theo phương dọc. (Trong thực tế, việc xác định độ trượt theo phương ngang khá phức tạp và khó nhận được kết quả chính xác). Khi đó =0 nên Sy=0 và y=0, do đó SR=Sx và R=x. Đồng thời, cũng trên cơ sở số liệu thực nghiệm, có thể xác định được các mối quan hệ giữa lực dọc, lực ngang phụ thuộc vào hệ số bám; lực cản lăn phụ thuộc độ trượt và mô men đàn hồi trên bánh xe thí nghiệm: 0 4; ; ( ) ;x z x y z y L R z z y R x yF F F F F C C S F M F n F n       (3-13) Sau khi nhập các hệ số C1, C2 và C3 của mô hình bánh xe trên mỗi loại đường, với mỗi trường hợp góc chuyển động lệch α khác nhau, thực hiện mô phỏng SIMULINK trên cơ sở các công thức của mô hình Burckhardt, dễ dàng nhận được đặc tính bám trượt theo hai phương dọc (x- Sx) và ngang (y-Sx) của bánh xe MK ở các góc chuyển động lệch. 3.2.7. Lực cản kéo của máy nông nghiệp Các MK có thể liên kết với MNN loại treo, loại móc hoặc rơ-mooc. Trong phạm vi nghiên cứu chuyển động vòng, giả thiết trị số của lực cản MNN không đổi, cho phép thay thế MNN bằng một véc tơ lực FM đặt tại à yxx R y R R R SS v S S      12 điểm móc, có phương lệch với trục dọc của MK góc  tính theo công thức (3-14), phụ thuộc bán kính vòng: (3-14) Trong đó: M được tính như sau: 2 2 2M Ml d    (3-15) 3.3. Mô phỏng động lực học chuyển động của máy kéo trên đất nông nghiệp bằng phần mềm Matlab/Simulink Luận án chọn đối tượng nghiên cứu mô phỏng và thí nghiệm kiểm chứng mô hình là máy kéo MTZ-80, một loại máy kéo 4x2 rất thông dụng vì được thực tế chấp nhận do tính năng phù hợp với sản xuất nông nghiệp. Đối với MK một cầu chủ động, hệ thống phương trình vi phân (3-1) khi máy kéo chuyển động vòng được viết lại như sau: (3-16) Các quan hệ động học và động lực học bổ sung nhằm hỗ trợ việc giải hệ (3-16) cũng được lập tương tự như trường hợp máy kéo có sơ đồ 4x4. Sử dụng mô phỏng Matlab/Simulink để giải hệ phương trình trên. Từ các hệ phương trình (3-16) và (3-2), tính ra được các góc lệch bên F, R và độ trượt SxF, SxR. Sau đó đưa vào mô hình bánh xe (mục 3.2.6) để tính ra các lực FXR, FXF, FYR, FYF, FLR, FLF và các mô men MZR, MZF. Tiếp tục đưa chúng trở lại hệ phương trình (3-16) để tính ra các thông số đặc trưng cho chuyển động vòng của máy kéo như , , , , ,...      v Mô hình đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm (mục 5.3.3). Căn cứ mục đích mô phỏng có thể kết luận mô hình mô phỏng khá tương thích và đủ tin cậy để có thể ứng dụng khảo sát các loại máy kéo khác.   R ( ) os . cos cos sin ( )sin cos cos sin cos cos sin sin ( sin cos ) sin ( ) F F XR LR XF F R R E R XR R XR LR XF YF M YR XF YF M Z XF YF F YR R M M R C z J F F c F r J M i F r mv F F F F mv F mv F F F mv mv F J F F l F l F l l M M                                                          zFM         (ar ar ) 2 M M ctg ctg l d       13 Hình 4.1. Các phương án thay đổi góc lái cuối Chương 4. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CHUYỂN ĐỘNG VÒNG CỦA MÁY KÉO TRÊN ĐẤT NÔNG NGHIỆP Đối với khảo sát mô phỏng, cần ưu tiên trước hết dùng phương pháp mạch hở (open-loop-test), tức là thay thế tác động của người lái bằng các hàm tiền định, nhằm đánh giá khách quan hơn tính chất của hệ thống. 4.1. Chọn đối tượng để khảo sát Chọn Yanmar-3000 làm đối tượng khảo sát là vì MK này có công suất cỡ vừa (30HP), có kết cấu và các đặc tính kỹ thuật rất phù hợp với điều kiện sản xuất nông nghiệp nước ta và được nông dân ưa chuộng. 4.2. Khảo sát động lực học chuyển động vòng 4.2.1. Phương án thay đổi góc lái cuối Giá trị góc lái cuối max trong 3 phương án khảo sát lần lượt là 0,5rad, 0,55rad, 0,6rad. Kết quả quỹ đạo và gia tốc ngang của trọng tâm được thể hiện cùng trong hình 4.1. Tốc độ đánh lái 0,13 d /ra s  là khá nhỏ nên MK chuyển hướng chậm, tốc độ xoay thân xe không lớn nên quá trình quá độ tương đối dài. Các phương án khảo sát với các góc lái cuối khác nhau chỉ khác nhau ở giai đoạn vòng ổn định, thể hiện ở chỗ khi tăng góc lái cuối thì gia tốc ngang của trọng tâm lớn hơn và bán kính quay vòng giảm đi đáng kể. 14 Hình 4.2. Các phương án thay đổi tốc độ xoay bánh xe dẫn hướng 4.2.2. Phương án thay đổi tốc độ xoay bánh xe dẫn hướng Tốc độ xoay bánh xe dẫn hướng trước được thay đổi theo ba phương án lần lượt là 0,1rad/s, 0,13rad/s và 0,18rad/s. Giá trị góc lái cuối max trong 3 phương án khảo sát đều là 0,5rad. Kết quả quỹ đạo và gia tốc ngang của trọng tâm được thể hiện trên hình 4.2. Với tốc độ đánh lái khác nhau nhưng giống nhau ở góc lái cuối thì chỉ có ở giai đoạn quá độ, gia tốc ngang và bán kính cong quỹ đạo mới có sự khác nhau, còn đến giai đoạn vòng ổn định thì bán kính quay vòng và gia tốc ngang ở cả 3 phương án đều giống nhau. Trong thực tế, thông thường tốc độ đánh lái và góc lái cuối hoàn toàn do người lái cảm nhận được bán kính khúc cua để có xử lý phù hợp. 4.3. Khảo sát chuyển động vòng ổn định Trong các khảo sát đã xây dựng các quan hệ , , , ( )F R yf a     , với điều kiện chỉ lấy các giá trị dừng, tức khi đã vòng ổn định (=const). 4.3.1. Trường hợp thay đổi góc lái cuối Có 4 phương án thay đổi góc lái cuối là max=0,3; 0,4; 0,5 và 0,6rad. Khi tăng góc lái cuối thì gia tốc ngang ay của trọng tâm tăng nhanh do MK vòng gấp với bán kính cong nhỏ hơn, đương nhiên tốc độ vòng  cũng 15 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ay aF, aR, Da aR Da aF 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ay dy/dt, b   a) b) 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 ay Da ST2 ST3 ST4 b) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,0 0,5 1,0 1,5 ay dsi/dt ST2 ST3 ST4 ST2 ST4 ST3 a) tăng, kéo theo sự tăng góc chuyển động lệch bên của cả cầu trước, trọng tâm và cầu sau máy kéo. Càng tăng ay thì =(F-R) càng tăng, tức là máy kéo càng có tính quay vòng “thiếu”. Hình 4.3. Các thông số đặc trưng thay đổi theo góc lái cuối 4.3.2. Trường hợp thay đổi tỉ số truyền Trong khảo sát này, tiến hành thay đổi số truyền từ số II đến số IV. Khi quay vòng MK, nếu gài số truyền càng cao thì vận tốc dọc càng lớn, lực quán tính li tâm càng lớn gây ra các thành phần lực ngang lớn hơn, làm cho góc chuyển động lệch của các cầu đều tăng nhanh, đồng thời gia tốc ngang khi quay vòng ổn định ay=v2/ khá lớn, nhất là ở số truyền IV. Điều này tăng nguy cơ gây lật đổ máy kéo. Hình 4.4. Các thông số đặc trưng thay đổi theo số truyền 16 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ay alfaF Không MNN MNN sau MNN trước 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ay alfaR Không MNN MNN sau MNN trước a) b) Hiệu số góc lệch bên của các cầu  không khác nhau nhiều giữa số II và số III, song nếu gài sang số IV thì tính quay vòng thiếu của máy kéo tăng lên đáng kể. Như vậy khi quay vòng máy kéo không nên gài số IV. 4.3.3. Trường hợp thay đổi phân bố trọng lượng Hình 4.5. Góc lệch của các cầu phụ thuộc sự phân bố trọng lượng Ảnh hưởng của trọng lượng bám đến chuyển động lệch của các cầu ở các phương án treo MNN được thấy rất rõ qua các đồ thị trên hình 4.5. 4.4. Ảnh hưởng của đặc tính bánh xe khi làm việc trên các loại nền Ảnh hưởng của đặc tính làm việc của bánh xe trên các loại nền đường khác nhau đến quỹ đạo chuyển động và gia tốc ngang của trọng tâm máy kéo được thể hiện trên hình 4.6. Hình 4.6. Ảnh hưởng của đặc tính bánh xe đến quỹ đạo chuyển động vòng và gia tốc ngang 17 Với cùng vận tốc, tốc độ đánh lái và góc lái cuối, MK khi quay vòng trên nền càng mềm thì bán kính quay vòng càng tăng và gia tốc ngang càng giảm do sự gia tăng chuyển động lệch của các cầu. 4.5. Khảo sát sai lệch quỹ đạo chuyển động so với quỹ đạo cho trước Khảo sát này nhằm kiểm tra sự đáp ứng của MK được mô phỏng đối với khả năng chuyển động đúng theo những quỹ đạo đã định trước (quay vòng 1800 hình quả lê). Từ kết quả mô phỏng trên hình 4.7 nhận thấy nếu như trên đường asphalt mức độ sai lệch quỹ đạo lớn nhất chỉ là 0,4m, thì trên đất gốc rạ sai lệch lên đến hơn 1,5m do MK bị trượt ngang khá nhiều. Máy kéo khảo sát có tính năng quay vòng thiếu ( Chương 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.1. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm (NCTN) NCTN nhằm xác định các tham số đầu vào và đặc tính của các phần tử trong mô hình tính toán, đồng thời kiểm chứng mô hình mô phỏng. Nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm bao gồm: - Xác định tọa độ trọng tâm và mô men quán tính Jz của các MK và MNN nghiên cứu trong điều kiện sử dụng. - Khảo nghiệm xây dựng các đường đặc tính đặc tính ngoài và đặc tính riêng phần của hai động cơ lắp trên hai MK. - Thí nghiệm tính chất chuyển động lệch của bánh xe chủ động và bánh xe bị động của hai MK, trên một số loại nền đường. Đây là khâu đột phá của luận án khi nghiên cứu tính chất chuyển động của MKNN. Quỹ đạo yêu cầu QĐ trên đường asphalt QĐ trên đất gốc rạ Hình 4.7. Sai lệch quỹ đạo khi MK quay vòng 1800 hình quả lê 18 - Thí nghiệm chuyển động vòng của máy kéo MTZ-80 trên đất gốc rạ nhằm kiểm chứng đánh giá kết quả mô phỏng tính chất chuyển động vòng của máy kéo bánh dùng trong nông nghiệp. 5.2. Đối tượng thí nghiệm Tất cả các thực nghiệm cần thiết đều được tiến hành trên hai loại MK tiêu biểu là MTZ-80 (CH Belarus chế tạo) – đại diện cho loại MK có công suất hạng trung; và YANMAR-3000 (Nhật Bản chế tạo) – đại diện cho loại MK có công suất hạng nhỏ. 5.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 5.3.1. Xác định mô men quán tính đối với trục đứng qua trọng tâm Jz Đối với các máy kéo nhập ngoại, thông số này thường không được biết, nhất là trong những điều kiện sử dụng khác nhau. Luận án đã chọn phương pháp dao động xoắn tắt dần khi treo máy kéo bằng hai dây mềm (hình 5.1). Sau khi tạo dao động xoắn cho máy kéo được treo quanh trục trọng tâm z, với giả thiết dao động nhỏ và bỏ qua giảm chấn, có: (5-1) Từ công thức (5-1) thấy rằng, vấn đề là phải xác định chính xác chu kỳ dao động T0. Hệ thống thiết bị đo, tự ghi dao động lắc của MK đã được thiết kế, chế tạo và nhận được kết quả như trên hình 5.2. Số chu kỳ dao động > 50 chứng tỏ giảm chấn khá nhỏ. Hình 5.1. Sơ đồ treo máy kéo theo mặt phẳng thẳng đứng G l2 a l1 Hình 5.2. Đồ thị dao động lắc của máy kéo YM-3000 quanh trục z 2 21 2 z 02 1 2 ( )J 8 l l Ga l l T    19 Hình 5.3. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm chuyển động lệch của bánh xe máy kéo  10 2 4 7 8 15 6 1 3 5 9 11 13 14 12 Mô men quán tính của máy kéo MTZ-80 đối với trục thẳng đứng z qua trọng tâm tính được là: Jz = 3851,91 kgm2. Mô men quán tính của máy kéo YM-3000 đối với trục z là: Jz = 816,1 kgm2. 5.3.2. Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm bánh xe máy kéo Thiết bị được thiết kế để liên kết với hệ thống treo của máy kéo MTZ- 80, thông qua khung đo lực kéo chuyên dụng. Bố trí chung về lắp đặt bánh xe, hệ thống truyền động và gây tải, hệ thống cảm biến, đầu đo được thể hiện trên hình 5.3. Truyền lực các-đăng bố trí giữa hộp giảm tốc và hộp bánh răng côn cho phép đặt lệch bánh xe một góc đến 20o so với hướng tiến. Các hệ thống được tính toán đảm bảo về tương ứng động học, khả năng truyền mô men, truyền lực, đảm bảo độ bền, cân bằng và ổn định khi thí nghiệm. 1-sensor áp suất; 2-khung; 3-sensor đo lực dọc; 3-động cơ thủy lực; 5-sensor tốc độ quay môtơ; 6-hộp giảm tốc; 7-trục các đăng; 8-hộp bánh răng nón; 9-sensor tốc độ quay bánh xe ; 10-bánh xe thí nghiệm; 11-sensor góc lệch khung do MK đi không thẳng; 12-bánh đuôi; 13-sensor vận tốc thực tế; 14-sensor lực ngang; 15- chất tải Hệ thống đo đa kênh được thiết lập cùng phần mềm DasyLab11.0 trên hình 5.4 cho phép đo, ghi, tính toán và hiển thị tức thời tất cả các thông số. 20 loadcell con lăn khung con lăn bánh xe bánh xe hiệu chỉnh góc khung đo Hình 5.5. Thiết bị được liên kết với máy kéo nhờ hệ thống khung treo đặc biệt Ưu điểm nổi bật của thiết bị này là liên kết với máy kéo MTZ, trong đó máy kéo vừa là nguồn động lực (truyền mô men cho bánh xe thí nghiệm), vừa là nguồn gây tải trọng kéo (đẩy) cho bánh xe (hình 5.5). Nhờ máy kéo MTZ-80 có trọng lượng khá lớn (gần 3,5T) nên thiết bị thí nghiệm khá ổn định thẳng hướng, đảm bảo góc đặt lệch bánh xe luôn được duy trì đúng. Các giá trị góc lệch bên i được đặt trước bằng cách xoay lệch bánh xe thí nghiệm so với phương dọc. Giá trị lực Fxi được tạo ra bằng cách thay đổi số truyền và lực phanh của máy kéo MTZ-80 để tạo ra Hình 5.4. Sơ đồ kết nối các phần tử của hệ thống đo lường n n  v F p Sp SF Sn Sn SF Sv Sα DATA ACQUISITION UNIT DASYLAB software PC/LAPTOP F A/D CONVERTER 21 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Sx jx Đường asphalt Đường đất Ruộng gốc rạ Hình 5.6. Đặc tính bám trượt của bánh xe YM-3000 khi =0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Sx jx alpha=0 alpha=5 alpha=10 Hình 5.7. Đặc tính của bánh xe máy kéo YM-3000 lực cản dọc, cản lại chuyển động của khung thiết bị thí nghiệm do mô men chủ động của bánh xe thí nghiệm tạo ra. Sử dụng một số công thức tính toán dưới đây để xây dựng đặc tính kéo bám và đặc tính chuyển động lệch của bánh xe thí nghiệm. Mô men xoắn trên bánh xe chủ động: (5-2) Độ trượt bánh xe chủ động: (5-3) Hệ số bám dọc: Hệ số kéo: Hệ số lăn: Thiết bị này đã được sử dụng để thí nghiệm xác định các hệ số của mô hình bánh xe (mục 3.2.6) và cũng được dùng để thí nghiệm kiểm chứng mô hình Buckhardt phát triển cho bánh xe MKNN. Hình 5.6 minh họa kết quả thí nghiệm bám–trượt của bánh xe máy kéo YM-3000 trên một số loại nền đường, khi =0. Hình 5.7 là đặc tính bám-trượt của bánh xe máy kéo YM-3000 trên đất gốc rạ, ở các góc chuyển động lệch  khác nhau. Mô đun bánh xe sẽ được nối ghép với mô hình MK. d d m x V .p . M 2 π . m bi b b x x π.r .nS 1 30V   x b Z M r F   1x Z F k F  L Z Ff k F    22 5.3.3. Thí nghiệm quay vòng để kiểm chứng kết quả mô phỏng Trong luận án này, một phương pháp lí thuyết – thực nghiệm đã được đề xuất để xác định quỹ đạo chuyển động thực tế của máy kéo bánh, trên cơ sở sử dụng các thiết bị đo hiện đại nhất. Thiết bị đo gồm: - Sensor vận tốc quang học V1-Datron cho phép đo vận tốc hai phương và tốc độ đổi hướng của vectơ vận tốc tuyệt đối (sai số 0,05%). - Các cảm biến đo góc xoay đặt tại trụ đứng của các bánh xe dẫn hướng. - Phần mềm đo lường và xử lý kết quả đo DasyLab11.0. Thí nghiệm được thực hiện khi cho máy kéo MTZ-80 chuyển động vòng trên đất ruộng gốc rạ có độ ẩm tương đối 75%. Worksheet đo lường và xử lý số liệu thí nghiệm được thể hiện trên hình 5.8. Hình 5.8. Sơ đồ kết nối các module trong worksheet thí nghiệm quay vòng Kết quả thu được quỹ đạo chuyển động của máy kéo trong một số thí nghiệm tiêu biểu được minh họa trên hình 5.9. Qua so sánh cho thấy, sai khác giữa các thông số đặc trưng của quỹ đạo vẽ được với quỹ đạo thực của máy kéo đối với phương pháp dùng hai sensor nằm trong giới hạn từ 0,1% (trên đường bê tông) đến 0,4% (trên đất mềm). Trong điều kiện trang bị chỉ có một sensor V1 thì sai khác không đáng kể, tương ứng là 0,5% đến 1%. 23 Hình 5.9. So sánh hai phương pháp xây dựng quỹ đạo chuyển động Diễn biến góc lái đưa vào mô phỏng lấy từ diễn biến góc lái đo được trong thí nghiệm chuyển động vòng. Trong quá trình mô phỏng, tỉ số truyền, mức ga, hàm góc lái, đặc tính bánh xe được đảm bảo gần giống nhất với điều kiện thí nghiệm. Hình 5.10 là kết quả kiểm chứng quỹ đạo và gia tốc ngang của trọng tâm với điều kiện chuyển động: vTB=6,6km/h; 0,13 /rad s  ; δmax=20,8o. Hình 5.10. . Kiểm chứng mô hình trường hợp MK quay vòng 180 độ 24 Hình 5.11: Điều kiện chuyển