Tóm tắt Luận án Nghiên cứu tính chất truyền động và điều khiển hệ thống truyền động vô cấp phân tầng trên máy kéo nhỏ 4 bánh

khiển và truyền động của LHM. Độ tin cậy và chính xác của mô hình đã được đánh giá thông qua các thí nghiệm đối chứng. - Thiết bị thí nghiệm được thiết kế chế tạo từ luận án sử dụng các phương pháp đo, thu nhận số liệu, xử lý và điều khiển hiện đại có thể thử nghiệm tốt các phương án điều khiển tỷ số truyền và khảo sát các phương án thay đổi tải, được sử dụng để kiểm chứng kết quả mô phỏng và tạo cơ sở thực tiễn cho việc xây dựng chương trình điều khiển tỷ số truyền tự động cho máy kéo truyền lực vô cấp phân tầng. - Xác định được phương án điều khiển tự động tỉ số truyền của truyền động vô cấp bằng hệ thống thủy lực sử dụng van đóng ngắt tạo lực ép tác động vào bánh đai chủ động, bánh đai bị động tự lựa nhờ lực lò xo có kết cấu đơn giản, phù hợp với điều kiện sản xuất Việt Nam. Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Khái quát về tình hình máy kéo nhỏ sử dụng trong sản xuất nông nghiệp Việt Nam Tính đến năm 2012, ở Việt Nam có khoảng 300 nghìn máy kéo các loại sử dụng trong sản xuất nông nghiệp với tổng công suất lên tới 3,68 triệu kW, trong đó công suất của máy kéo lớn chỉ chiếm khoảng 40% (Phạm Văn Lang, 2012), mức độ cơ giới hóa trong khâu làm đất trồng lúa ở miền Bắc là 76,4%, cả nước là 89,5% (Việt Hà, 2013). Hầu hết các máy kéo nhỏ sản xuất trong nước đang sử dụng ở 4 Việt Nam có hai bánh, kết cấu hệ truyền lực rất đơn giản. 1.2. Tổng quan về chuyển động vô cấp trên máy kéo 1.2.1. Khái quát về các loại hình truyền lực vô cấp Để kết nối, truyền và biến đổi chuyển động từ động cơ đến bộ phận di động, hiện nay trên thế giới đã và đang sử dụng rất phổ biến các dạng truyền động vô cấp trong hệ thống truyền lực của ô tô - máy kéo. Truyền động vô cấp có thể là truyền động thủy lực, truyền động điện hay truyền động cơ khí. 1.2.2. So sánh các loại truyền động vô cấp Truyền động vô cấp ứng dụng trên máy kéo rất đa dạng, trong chế tạo và sử dụng CVT được đánh giá theo các tiêu chí: Khả năng truyền mô men, phạm vi thay đổi tỷ số truyền, hiệu suất truyền động, tính nhạy, độ ồn khi làm việc, thể tích riêng, tuổi thọ. Tuy nhiên, việc so sánh đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn được dạng truyền động vô cấp phù hợp cho hệ thống truyền lực của máy kéo phải trên cơ sở công suất truyền tải. Đối với máy kéo công suất nhỏ được sử dụng trong sản xuất nông nghiệp, bộ truyền vô cấp đai thang đáp ứng tốt các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật. 1.3. Công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan đến đề tài luận án 1.3.1 Các nghiên cứu về máy kéo với truyền lực vô cấp Phạm vi điều chỉnh tỷ số truyền của truyền động vô cấp nằm trong khoảng 1:5 và 1:9, do đó không đảm bảo cho dải thay đổi tải trọng khi chỉ sử dụng một bộ truyền động vô cấp. Để máy kéo làm việc tối ưu trong quá trình canh tác cũng như vận chuyển, cần thiết phải có thêm trong hệ thống truyền lực một hộp số cơ học có thêm các cấp số tỷ số truyền. Đã có các nghiên cứu và ứng dụng truyền động vô cấp cho máy kéo nhỏ trên thế giới. Trong các ứng dụng này, 5 hệ thống truyền lực của máy kéo được bố trí theo hai phương án: - Truyền lực vô cấp được bố trí trước hộp số cơ học - Truyền lực vô cấp được bố trí sau hộp số cơ học 1.3.2. Các nghiên cứu về điều khiển truyền động vô cấp Các khía cạnh nghiên cứu nhằm điều khiển lực ép phù hợp vào puli để đạt được một tỉ số truyền mong muốn là một phần tất yếu của nghiên cứu CVT hơn hai thập kỷ qua. Để đạt được mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu mong muốn ứng với các mức độ khác nhau của mô-men xoắn, cả tốc độ động cơ và mô-men xoắn động cơ cần phải được kiểm soát đồng thời. Các nghiên cứu và ứng dụng điều khiển CVT sử dụng hệ thống thủy lực với van tùy động đáp ứng tốt các mục tiêu điều khiển nhưng có nhược điểm giá thành cao, công nghệ chế tạo phức tạp. 1.4. Ứng dụng truyền động vô cấp phân tầng cho máy kéo nhỏ sản xuất tại Việt Nam Trong truyền động vô cấp sử dụng đai thang bản rộng cho máy kéo nông nghiệp có công suất nhỏ, việc điều khiển tỷ số truyền có thể sử dụng lò xo kết hợp với hệ thống thủy lực điều chỉnh gián đoạn sử dụng van đóng ngắt. Ưu điểm của phương pháp này cho phép sử dụng nguồn dầu thủy lực có lưu lượng không đổi. Mặt khác, hệ thống điều khiển hai điểm với van đóng ngắt có chương trình điều khiển đơn giản, công nghệ chế tạo phù hợp với điều khiển sản xuất trong nước và chi phí đầu tư thấp rất phù hợp với cho máy kéo có công suất nhỏ có yêu cầu chi phí đầu tư không cao. Xuất phát từ mục tiêu trên tác giả Bùi Việt Đức đã thực hiện nghiên cứu ban đầu nhằm ứng dụng truyền động vô cấp cho máy kéo nhỏ tại Việt Nam, với đề tài “Nghiên cứu một số quan hệ động lực học truyền động vô cấp đai thang bản rộng cho máy kéo nhỏ” được 6 thực hiện tại Trường Đại học Rostock năm 2007. Luận án tập chung vào nghiên cứu tính chất hoạt động của bộ truyền vô cấp sử dụng đai thang bản rộng và mô phỏng hệ thống truyền lực của máy kéo với bộ truyền vô cấp đai thang bản rộng với thí dụ hệ thống truyền lực máy kéo nhỏ. Các phương án nghiên cứu là thay đổi tốc độ quay của động cơ, thay đổi tải trọng của động cơ, đóng mở li hợp và thay đổi tỉ truyền. Việc thay đổi tỉ số truyền được thực hiện đơn giản bằng cách thay đổi lực ép lên đĩa di động của bánh đai chủ động và hệ thống truyền lực của máy kéo nghiên cứu chỉ giới hạn đến bánh xe máy kéo và tải trọng chỉ nghiên cứu đơn giản là thay đổi lực kéo của máy kéo. Như vậy luận án chưa quan tâm đến việc điều khiển tự động tỉ số truyền của CVT phù hợp với các chế độ làm việc của máy kéo trên đồng ruộng cũng như khi vận chuyển. Mô hình hệ thống truyền lực của máy kéo chưa xét đến các hoạt động thực của máy nông nghiệp khi liên hợp với máy kéo trong quá trình canh tác. Chƣơng 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phƣơng pháp mô hình hóa và mô phỏng Trong lĩnh vực động lực học máy, phương pháp mô hình hóa và mô phỏng được sử dụng rất phổ biến do ưu thế nhiều mặt. Có hai phương pháp cơ bản trong mô hình hóa là mô hình hóa vật lý và mô hình hóa toán học. Trong luận án sử dụng chủ yếu phương pháp mô hình hóa toán học và mô phỏng bằng phần mền Mathlab- simulik để giải bài toán và khảo sát các vấn đề nghiên cứu. 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm trong luận án được sử dụng để kiểm chứng lý thuyết, so sánh đánh giá mô hình mô phỏng. Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong luận án được sử dụng để đạt được mục tiêu chính là chế tạo bộ truyền động đai vô cấp điều khiển tỷ số truyền tự động theo tải trọng. 7 2200 v/p 40 Nm 9,2 kW(12,5ML) Truyền động vô cấp (i=0,34-2,92) Li hợp R I I II 1,5 12,75 km/h 22,75 4 1 8,5 R Phanh II Dải tốc độ Chƣơng 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC MÁY KÉO BỐN BÁNH TRUYỀN LỰC VÔ CẤP PHÂN TẦNG 3.1. Phác thảo sơ đồ truyền lực VCPT cho máy kéo nhỏ bốn bánh Do đặc điểm hoạt động, sự thay đổi của lực cản và vận tốc chuyển động của máy kéo được phân tầng rõ rệt. Hình 3.1 giới thiệu sơ đồ truyền động vô cấp phân tầng cho máy kéo nhỏ bốn bánh đáp ứng đặc điểm thay đổi tải trọng khi cánh tác và vận chuyển. Công suất động cơ được truyền tới bánh xe qua CVT, li hợp ma sát đơn, hộp số bánh răng hai cấp, truyền lực chính và truyền lực cuối cùng. Với hộp số hai cấp, máy kéo có thể chuyển động với vận tốc từ 1,5 đến 12,5 km/h khi làm việc trên đồng và 4 đến 22,75 km/h khi vận chuyển trên đường. Hình 3.1. Sơ đồ truyền động VCPT cho máy kéo nhỏ 3.2. Xây dựng mô hình các hệ thống thành phần 3.2.1. Mô hình động cơ máy kéo Luận án tập trung nghiên cứu tính chất hoạt động và điều khiển của máy kéo, do đó động cơ được nhìn theo ý nghĩa là một nguồn động lực đáp ứng yêu cầu năng lượng khi hoạt động với tải trọng khác nhau trong nông nghiệp, trong mô hình nghiên cứu chỉ xem xét 8 động cơ làm việc trên nhánh tự điều chỉnh của đường đặc tính ngoài. Việc mô tả quan hệ giữa mô men và tốc độ trong nhánh này thể hiện qua công thức: NN nn nn M M    max max (3-1) 3.2.2. Mô hình truyền động vô cấp phân tầng Truyền lực vô cấp phân tầng bao gồm: truyền lực vô cấp đai thang bản rộng điều khiển được tỷ số truyền, li hợp ma sát đơn, hộp số phân tầng bánh răng ăn khớp ngoài có hai số tiến và một số lùi, truyền lực chính và truyền lực cuối. Do mục tiêu nghiên cứu, trong mô hình chỉ mô phỏng phần tử truyền động vô cấp. * Mô hình truyền động đai vô cấp bản rộng. Khả năng truyền công suất của bộ truyền động đai biến tốc phụ thuộc vào lực ma sát giữa dây đai và bánh đai, lực ma sát được tạo ra nhờ lực ép và hệ số ma sát. Giá trị của các lực ép có ảnh hưởng quyết định tới sự truyền mô men giữa các trục truyền động. Để bộ truyền đai không bị trượt trơn, các lực ép được tính toán sao cho mô-men ma sát lớn hơn mô – men được truyền. Tỷ số truyền được giữ cố định nhờ một trạng thái ổn định của lực ép trên bánh đai chủ động. Hình 3.2. Lực dụng lên bánh đai 9 Để xác định lực ép yêu cầu cho một trạng thái làm việc ổn định, cần phải tính toán thành phần lực tác động theo hướng dọc trục trên cung ôm giữa dây đai và bánh đai (hình 3.2).     0 )sincos()( dffF RNax (3-2) Mô men truyền qua đai được xác định qua lực ma sát theo phương tiếp tuyến của dây đai và bánh đai.  1 0 111  drfM T (3-3)  2 0 2212  drfM T (3-4) Lực ép trên các bánh đai được xác định như sau: Trên bánh đai chủ động: Fax1= Fxl0 + Fxl1 (3-5) Fxl được xác định từ xi lanh thủy lực: Fxl = A1.p1 (3-6) Trên bánh đai bị động: Fax2= Flx + Fxl1 (3-7) Fxl và Fxl1 là lực ép và giá trị thay đổi của lò xo Lực ép lò xo được xác định theo công thức Flx = Flx0 + Clx xlx(i) (3-8) Trong đó Flx0 là lực ép ban đầu Clx là độ cứng của lò xo Các giá trị thay đổi của lực ép trên các bánh đai thường không diễn ra đồng thời, một trong hai giá trị thay đổi này luôn bằng không. Nếu Fax1> 0 thì Fax2= 0 và Fax2> 0 thì Fax1= 0 Lực ép thay đổi không chỉ tạo ra sự thay đổi động lực học tỷ số truyền mà còn đưa đến sự khác biệt của lực ép trên các bánh đai, sự khác biệt này chính là tỷ số giữa lực ép trên bánh đai chủ động và lực ép trên bánh đai bị động. Tỷ số lực ép giữa các bánh đai phụ thuộc vào tỷ số truyền và mô men, các giá trị của thông số này thường được xác định từ thực nghiệm. Sự thay đổi tỷ số truyền: Luận án sử dụng mô hình của Shafai (1995) dưới đây. 10 xk axaxcvtcvt bel FFi dt di ).2(tan2 )()1( * 11 2      (3-9) * 1axF xác định theo quan hệ ),,( * 201 * 1 axax FiMfF  (3-10)                   * 2 * 1 02 1 0 ax ax dt diax ax F F F F  (3-11) * 2axF - Lực ép tức thời của lò xo; bx- hệ số giảm chấn Shafai Để tính toán mô phỏng tỷ số truyền của CVT, giá trị của ξ được xác định bằng thực nghiệm. * Mô hình hệ thống điều khiển bằng thủy lực Để đánh giá tính chất điều khiển của hệ thống thủy lực, luận án tiến hành mô phỏng, khảo sát hệ thống thủy lực với van tùy động và van đóng ngắt 3/3. Từ kết quả khảo sát lựa chọn hệ thống thủy lực sử dụng van đóng ngắt 3/3 điều khiển tỉ số truyền cho CVT (hình 3.3). Hình 3.3. Mô hình điều khiển tự động sử dụng van đóng ngắt điện từ Bộ điều khiển sử dụng phương thức điều khiển hai điểm theo sai lệch, tạo ra tín hiệu điều khiển dạng xung. Van đóng ngắt điện từ 3/3 điều khiển dòng dầu vào - ra xi lanh cho đến khi đạt được vị trí mong muốn. Nguồn cấp dầu thủy lực: Trong mô hình sử dụng nguồn thủy lực có áp suất pDQ không đổi. Xi lanh: Sử dụng xi lanh tác động một chiều có phương trình gia tốc chuyển động của piston: m FFF a msLX   (3-12) Van đóng ngắt điện từ Xi lanh thủy lực CVT p Q i F Điện tử điều chỉnh vị trí Nguồn thủy lực Tín hiệu vào 11 Trong đó: pAF . - lực đẩy của piston; FLX – là lực ép của bánh đai bị động: xCFFLX .0  (3-13) Fms- lực ma sát: Fms = μFLXsign(v) (3-14) Van đóng ngắt 3/3 điều khiển điện: Van thực hiện việc đóng ngắt dòng dầu thủy lực bằng tín hiệu điện từ điều khiển con trượt di chuyển, tác động trả về nhờ lực lò xo. Phương trình dòng chảy thủy lực qua van: Khi cấp dầu:  ppsignppAkQ DQDQvDr  ... (3-15) Khi xả dầu: pAkQ vDr .. (3-16) Trong đó: Q- lưu lượng qua van; pDQ- áp suất nguồn cung cấp; p- áp suất làm việc; Av- diện tích lưu thông qua van; kDr- hệ số lưu lượng của van. Trên cơ sở mô hình toán học và mối quan hệ giữa các phần tử, mô hình được mô phỏng bằng phần mền Mathlab-simulink. Kết quả khảo sát là sự thay đổi các thông số lưu lượng, áp suất dầu, hành trình và vận tốc dịch chuyển piston dưới tác động mở van cấp dầu và xả dầu. Hình 3.4. Kết quả khảo sát điều khiển tự động bằng van đóng ngắt 1- Xung điều khiển; 2- Hành trình piston 1 2 12 Nhận xét: Quá trình điều khiển khi sử dụng van đóng ngắt 3/3 với xi lanh tác động một chiều, hành trình trả về có độ trễ lớn hơn hành trình tiến (hành trình mở van cấp dầu là 0,1giây, hành trình trả về là 0,15 giây). Tỷ số truyền của CVT thay đổi tương thích với chuyển vị của piston điều khiển. * Mô hình hộp số- truyền lực chính và cuối Trong quá trình canh tác hay vận chuyển, hộp số của máy kéo sẽ cài tương ứng với với một số truyền, tỷ số truyền của truyền động vô cấp được điều khiển tự động phù hợp với sự thay đổi tải trọng. Phần tử hộp số- truyền lực chính và truyền lực cuối được thể hiện qua bộ truyền có tỷ số truyền động cố định trong các chế độ canh tác hay vận chuyển. 3.2.3. Mô hình bánh xe máy kéo nông nghiệp Trong quá trình hoạt động bánh xe chủ động không những đỡ trọng lượng của máy kéo mà còn chuyển đổi chuyển động quay được tạo ra bởi động cơ thành chuyển động tịnh tiến giúp máy kéo chuyển động. Máy kéo bốn bánh trong mô hình sử dụng bánh chủ động có thông số kết cấu tương tự với các bánh xe của máy kéo Yanmar – 3000. Đặc tính trượt của bánh xe khi làm việc trên đất gốc rạ sau thu hoạch được hồi quy theo công thức: )1(max se   (3-17) Trong đó: μ - hệ số bám; μmax = 0.78 - hệ số bám cực đại của bánh xe; hệ số hồi quy k = 0.93. 3.2.4. Mô hình máy nông nghiệp Máy nông nghiệp là phần tử tác động trực tiếp vào đối tượng để thực hiện quá trình công nghệ. Các liên hợp máy kéo nhỏ sử dụng trong nông nghiệp được sử dụng chủ yếu trong khâu làm đất và phổ biến là liên hợp với cày. Trong quá trình canh tác, lực cản cày lớn và biến động mạnh nên lựa chọn MNN đi kèm trong mô hình mô phỏng có thể phản ánh tương đối đầy đủ các dạng tải của MNN. 13 3.2.5. Phần tử điều khiển (ECU) và cảm biến * Phần tử điều khiển: Trên cơ sở thông số vào, ECU xử lý đưa gia giá trị tỷ số truyền phù hợp với tải và tiến hành phát xung điều khiển hệ thống thủy lực theo phương thức điều chỉnh hai điểm. * Cảm biến: Phần tử cảm biến được giả thiết hoạt động tức thời, không có sai số, quan hệ giữa thông số vào và ra được đặc trưng bởi hệ số chuyển đổi. 3.2.6. Kết nối mô hình mô phỏng và thử nghiệm mô hình Trên cơ sở mô hình của các phần tử, dựa vào điều kiện hoạt động và các mối quan hệ vật lý giữa các phần tử, tiến hành nối ghép các phần tử được mô hình LHM hoàn chỉnh (hình 3.5). Hình 3.5. Mô hình mô phỏng động lực học LHM cày với máy kéo truyền lực vô cấp phân tầng 3.2.6.1. Khảo sát với hệ thống điều khiển tỷ số truyền bằng tay: Nhằm đánh giá phản ứng của hệ thống khi tác động xung điều khiển dạng bậc (hình 3.6 và 3.7). j 1 ωb MM Md MK s 1 ECU 1 Fl FZ s 1 m 1 r 1 δ(v,ω) µ iCV T Ψga FCX Loại cày Loại đất v f 2 3 4 MX 5 6 j 1 δd(ω) ωd ωM s 1 14 Hình 3. 6. Giảm tỷ số truyền Hình 3.7. Tăng tỷ số truyền Nhận xét: Khi tác động xung điều khiển, các thông số của mô hình: tỷ số truyền, mô men và tốc độ góc của CVT thay đổi phù hợp. 3.2.6.2. Khảo sát với hệ thống tự động điều khiển tỷ số truyền Thay đổi tải trọng dạng bậc: Khảo sát nhằm đánh giá phản ứng của hệ thống khi tải ngoài thay đổi dạng bậc, thực chất là đánh giá quá trình chuyển tiếp xẩy ra trong các phần tử (hình 3.8 và 3.9). Hình 3.8. Kết quả khảo sát tăng tải trọng dạng bậc 15 Hình 3.9. Kết quả khảo sát giảm tải trọng dạng bậc Nhận xét: Thay đổi tải trọng tăng và giảm dạng bậc, tỷ số truyền của CVT thay đổi phù hợp với sự thay đổi của tải nhưng thời gian thay đổi là không như nhau. Thay đổi tải trọng dạng điều hòa: Nhằm đánh giá miền tần số mà hệ thống có thể đáp ứng trong quá trình điều khiển (hình 3.10). Hình 3.10. Kết quả khảo sát thay đổi tải trọng dạng điều hòa khi tần số kích thích < 8 (rad/s), hệ thống điều khiển đáp ứng tốt nhất, sự thay đổi tỷ số truyền theo kịp sự thay đổi tải, mô men động cơ biến động nhỏ. Khi tần số kích thích 8 ≥ (rad/s), quá trình điều khiển tỷ số truyền không theo kịp sự thay đổi tải do đó động cơ phải tự điều nên mô men động cơ dao động với biên độ lớn hơn. 16 Chƣơng 4. PHÂN TÍCH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HOẠT ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA MÁY KÉO TRUYỀN LỰC VÔ CẤP PHÂN TẦNG 4.1. Lựa chọn máy nông nghiệp đi kèm Tải trọng của máy cày chủ yếu là lực cản, do tính chất đa dạng của đất canh tác nên lực cản cày là hàm ngẫu nhiên và có sự biến động lớn. Xuất phát từ mục đích nghiên cứu tính chất điều khiển và truyền động vô cấp nên trong mô hình mô phỏng máy kéo nhỏ truyền lực vô cấp phân tầng lựa chọn máy cày là máy nông nghiệp đi kèm. 4.2. Ảnh hƣởng của vị trí lắp cảm biến tải trọng đến tính chất điều khiển tỷ số truyền của truyền động vô cấp Lựa chọn bố trí cảm biến tải trọng sao cho phản ánh tức thời, trung thực sự thay đổi tải là yếu tố quan trọng giúp cho việc điều khiển tỷ số truyền CVT chính xác, kịp thời với sự thay đổi của tải đảm bảo động cơ làm việc ổn định ở vùng có lợi về các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật là cần thiết. Mặc khác, việc bố trí và lựa chọn cảm biến sao cho khi liên hợp với MNN đơn giảm và thuận tiện cho việc chăm sóc kỹ thuật là vấn đề cần được quan tâm. Có hai vị trí có thể lựa chọn để bố trí cảm biến: + Cảm biến mô men đặt trên đường truyền lực chính, phương án này có thể xác định được tải trọng khi liên hợp với máy nông nghiệp có tải là mô men cản nhưng chúng có nhược điểm gá lắp khó khăn và giá thành cao; + Cảm biến lực lắp trên thanh treo dưới khi liên hợp với máy nông nghiệp. Ưu điểm có phương pháp này là gá lắp đơn giản, cảm biến lực có giá thành thấp dễ chăm sóc kỹ thuật. Trong mục này tiến hành khảo sát hai vị trí lắp cảm biến trên mô hình mô phỏng nhằm lựa chọn phương án phù hợp. Quá trình 17 khảo sát được thực hiện bằng hai phương án tăng và giảm tải đột ngột. Các thông số khảo sát là tỷ số truyền CVT mô men và tốc độ góc của động cơ. Kết quả khảo sát thể hiện trên hình 4.1 và 4.2 Hình 4.1. Kết quả khảo sát với tải trọng tăng đột ngột Hình 4.2. Kết quả khảo sát với tải trọng giảm đột ngột 1-lực cản; 2- mô men động cơ; 3- tốc độ góc động cơ (trục sơ cấp CVT); 4- tốc độ góc trục thứ cấp CVT; 5- mô men bánh xe ; 6- tỷ số truyền CVT; (*)-kết quả khảo sát sử dụng cảm biến mô men lắp trên đường truyền lực Thời gian ổn định của hệ thống trong hai phương án bố trí cảm biến là như nhau. Tuy nhiên sử dụng cảm biến lực giúp cho quá trình điều khiển tỷ số truyền CVT nhanh, chính xác phù hợp với LHM có tải trọng biến động lớn. Trong các phương mô phỏng, khảo nghiệm 5 1 2 2 * 3 3 * 4 4 * 6 * 6 5 * 6 2* 1 4* 4 3 5* 5 6* 2 18 tiếp theo sử dụng cảm biến lực để điều khiển tỷ số truyền CVT. 4.3. Ảnh hƣởng của hệ thống tự động điều khiển tỷ số truyền đến tính chất hoạt động của máy kéo Ảnh hưởng của hệ thống tự động điều khiển tỷ số truyền đến tính chất hoạt động của máy kéo có thể dược xem như là phản ứng hệ thống điều khiển tỷ số truyền, các thông số động học và động lực học của LHM khi tải trọng ngoài thay đổi. Mô hình động lực học LHM cày với máy kéo truyền lực vô cấp phân tầng trên hình 3.5 được mô phỏng trên phần mền Matlab-Simulink và khảo sát các trường hợp đặc trưng của cản cày. 4.3.1. Liên hợp với cày trụ Kết quả khảo sát khi cày trụ đi vào vùng đất cứng được thể hiện trên hình 4.3. Hình 4.3. Khảo sát với lực cản cày tăng do đi vào vùng đất cứng Khi tải trọng trung bình tăng 800N, tỷ số truyền của CVT được điều khiển thay đổi từ giá trị trung bình 1,1 lên 1,6. Điểm làm việc của động cơ được điều chỉnh gần điểm làm việc lựa chọn. Do sự thay đổi lớn tải trọng nên độ trượt của LHM lúc tải lớn lên tới 50%. 4.3.2. Liên hợp với cày chảo Cày chảo được sử dụng khá phổ biến trong khâu làm đất nhờ kết cấu đơn giản, hiệu suất hoạt động cao. Kết quả khảo sát với cày chảo đi vào vùng đất mền được thể hiện trong hình 4.4. 2 1 3 4 5 6 7 8 19 Hình 4.4. Khảo sát với lực cản cày chảo đi vào vùng đất mềm Nhận xét: Khi tải trọng thay đổi, tỷ số truyền của CVT đáp ứng tốt với sự thay đổi của tải, động cơ làn việc ổn định, tùy theo giá trị của lực cản mà độ trượt của LHM từ 10 đến 32%. Chƣơng 5. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.1. Mục đích nghiên cứu Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm nhằm kiểm chứng mô hinh mô phỏng và xác định, đánh giá các thông số trong quá trình truyền động và điều khiển tự động tỷ số truyền của CVT bằng van đóng ngắt điện - thủy lực cho máy kéo nông nghiệp cỡ nhỏ. 5.2. Thiết kế, Chế tạo mô hình thí nghiệm Trên cơ sở mục đích thí nghiệm, tiến hành tính toán thiết kế - chế tạo, lựa chọn các phần tử của hệ thống thí nghiệm và được lắp ráp hoàn thiện tại xưởng thí - thực nghiệm của trường Đại học Công nghiệp Việt – Hung. 5.3. Tổ chức thí nghiệm Trong thí nghiệm, đối tượng nghiên cứu là tính chất truyền động của bộ truyền đai vô cấp và tính chất điều khiển - điều chỉnh của bộ điều khiển tỉ số truyền bằng thủy lực sử dụng van đóng ngắt 3/3 khi tải trọng ngoài thay đổi. 2 1 4 3 5 6 7 8 20 5.3.1. Thí nghiệm hệ thống điều khiển tỷ số truyền vô cấp bằng tay Mục đích của thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng điều khiển tỷ số truyền CVT của hệ thống thủy lực. Phương án thí nghiệm: Giữ cố định tải trọng và vị trí tay thước nhiên liệu, cấp xung điều khiển cho van đóng ngắt 3/3 để thực hiện hành trình cấp dầu và xả dầu từ xi lanh về thùng. Tiến hành thí nghiệm với các vị trí van tiết lưu trong hệ thống điều khiển thủy lực. Kết quả thí nghiệm: là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ số truyền, tốc độ quay hai trục của CVT theo thời gian (hình 5.1, 5.2) Hình 5.1. Kết quả thí nghiệm giảm tỷ số truyền Hình 5.2. Kết quả thí nghiệm tăng tỷ số truyền Nhận xét: Trong các phương án thí nghiệm, các thông số thu nhận được phản ánh đúng quy luật điều khiển. Thời gian tăng tỷ số truyền từ 1,2 lên 1,8 hết 0,55 giây, thời gian giảm tỷ số truyền từ 1,8 1 2 3 4 1 2 3 4 21 xuống 1,2 hết 0,75 giây. Cùng một dải thay đổi tỷ số truyền của CVT, hành trình giảm tỷ số truyền - tức là hành trình tác động của hệ thống điều khiển thủy lực - lớn hơn hành trình tăng tỷ số truyền - hành trình tác động trả về nhờ lực lò xo. 5.3.2. Thí nghiệm điều khiển tự động tỷ số truyền vô cấp Mục đích thí nghiệm: đánh giá khả năng điều khiển tự động tỷ số truyền CVT của hệ thống điều khiển khi tải trọng ngoài thay đổi. Phương án thí nghiệm: Giữ cố định vị trí tay thước nhiên liệu (mức ga không đổi), tiến hành thay đổi tải trọng bằng cách thay đổi vị trí van tiết lưu và đóng ngắt van điện từ 2/2 trong hệ thống tạo tải. Giá trị mô men cản thông qua sự thay đổi của áp suất chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ cảm biến là thông số vào cho bộ điều khiển. Kết quả thí nghiệm: là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ số truyền CVT, tốc độ quay hai trục của CVT theo thời gian khi tải trọng ngoài thay đổi (hình 5.3). Hình 5.3. Kết quả thí nghiệm ĐKTĐ tỷ số truyền vô cấp Nhận xét: Khi thực hiện các phương án thay đổi tải trọng, hệ thống đã tự động điều khiển được tỷ số truyền của CVT theo yêu cầu 1 2 3 4 22 của bài toán. Sự đáp ứng của hệ thống khi tải trọng tăng tốt hơn khi tải trọng giảm, độ trễ điều khiển khi tăng tải 0.12 giây, khi giảm tải hết 0,4 giây. Điều này được giải thích hệ thống thủy lực trong thí nghiệm không sử dụng phương án ổn định áp suất, nên khi tác động áp suất hệ thống tăng từ 0 lên áp suất đủ lớn để ép đĩa di động của bánh đai. 5.3.3. Thí nghiệm đối chứng đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng Để kiểm chứng kết mức độ chính xác giữa kết quả mô phỏng và thí nghiệm, kết quả thí nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng trên cùng đồ thị với các điều kiện thông số vào của quá trình điều khiển được thực hiện như nhau giữa hai mô hình. Thông số vào của thí nghiệm là tải trọng và thông số ra là tỷ số truyền và tốc độ góc của CVT. Mục tiêu so sánh sự khác biệt trong quá trình điều khiển và độ trễ điều khiển của mô hình thực tế và mô hình mô phỏng. Thí nghiệm đối chứng thực hiện hai phương án tăng và giảm tải trọng, kết quả được thể hiện trên hình 5.4 v