Tóm tắt Luận án Nghiên cứu tính năng kéo bám của hệ thống di động xích máy nông nghiệp tự hành

là các tính chất rất quan trọng khi nghiên cứu tương tác xe - đất. Theo đó, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu thực nghiệm và mô tả toán học gần đúng các đặc tính nén đất và cắt đất để đưa vào các mô hình nghiên cứu lý thuyết kéo bám của máy kéo. 1.2. Tổng quan về xích máy kéo nông nghiệp Kết cấu của xích gây ảnh hưởng rấ lớn đến hiệu quả làm việc của các máy kéo xích. Xích cứng là loại hệ thống xích có tỷ lệ đường kính bánh tỳ trên bước xích thấp bằng 1,2 và tỷ lệ khoảng cách bánh tỳ trên bước xích thường là 1,5. Mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng. Tùy thuộc vào công dụng của máy, điều kiện sử dụng và khả năng chế tạo, người thiết kế có thể lựa chọn loại kết cấu cho phù hợp và nghiên cứu tối ưu các thông số của nó. 1.3. Nghiên cứu trên thế giới về tính chất kéo bám của hệ thống di động xích Đối với các máy kéo nông nghiệp, độ trươt phụ thuộc lực kéo δ(Pm), hệ số bám ϕ, hệ số cản lăn f và hiệu suất kéo ηk(Pm) là các chỉ tiêu kéo bám quan trọng nhất. Các chỉ tiêu này phụ thuộc rất phức tạp vào rất nhiều yếu tố: các yếu tố cấu tạo, tính chất cơ lý của đất, chế độ 4 tải trọng kéo. Tùy theo mục đích và điều kiện nghiên cứu, nói chung các công trình nghiên cứu đều đạt được những thành tựu nhất định, có thể tham khảo cho những nghiên cứu tiếp theo. Nhìn chung, đã có nhiều công trình nghiên cứu rất sâu về các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất kéo bám: loại xích, bước xích , chiều cao mấu bám, các phương án treo, điều kiện chuyển động, .... Trong hầu hết các công trình nghiên cứu về tính chất kéo bám của máy kéo xích, mô hình lý thuyết được xây dựng ở dạng bài toán tĩnh học vì máy kéo nông nghiệp chuyển động với vận tốc thấp, chuyển động trên đồng ruộng ít va vấp với các vật cản cục bộ lớn; Các đặc tính cơ lý của đất được mô tả bằng các hàm hồi quy thực nghiệm và được sử dụng làm hàm cơ sở để xây dựng mô hình lý thuyết kéo bám. Các loại xích cứng ra đời sớm hơn và cũng đã được nghiên cứu hoàn thiện hơn, cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm. Đối với xích mềm, đặc biệt là xích cao su có lõi sợi thép, thì có thể áp dụng bài toán xích cứng để xác định các phản lực pháp tuyến tại các bánh tỳ. Sau đó xây dựng mô hình nghiên cứu bổ sung cho phần xích cao su nằm giữa hai bánh tỳ [Wong (2001); Muro and O’Brien (2004) ]. Về phương pháp tính, do bài toán phi tuyến với nhiều thông số ảnh hưởng nên các mô hình toán chỉ giải được bằng phương pháp số. 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước Việc nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo còn rất hạn chế. Đối với nghiên cứu thực nghiệm, chủ yếu để xây dụng đường cong trượt δ(Pm), xác định hệ số cản lăn f và đường đặc tính kéo thực nghiệm cho các máy kéo xích cứng. Về nghiên cứu lý thuyết, chỉ sử dụng các hệ thống công thức tương đối đơn giản với các thông số đầu vào là hệ số bám ϕ hoặc đường cong trượt thực nghiệm δ(Pm) và hệ số cản lăn f. 1.5. Kết luận chương và nhiệm vụ của luận án Qua nghiên cứu tổng quan về tính năng kéo bám của xe xích đã thấy rõ những thuận lợi khó khăn, hướng thực hiện cũng như yêu cầu 5 cấp thiết cần thực hiện luận án. Từ đó đã đặt ra mục tiêu và nhiêm vụ nghiên cứu như đã giới thiệu ở phần mở đầu. Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để tiến hành nghiên cứu tính năng kéo bám của hệ thống di động xích cao su trên liên hợp máy nông nghiệp tự hành, luận án này sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. 2.1. Phương pháp nghiêm cứu lý thuyết Luận án xây dựng mô hình lý thuyết xác định tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su trên cơ sở kế thừa và phát triển mô hình lý thuyết về xích mềm (xích nối bản lề bước ngắn) của Wong (2001); Muro and O’Brien (2004). Sử dụng phần mềm Matlab để giải bài toán mô hình và khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kéo bám. Nội dung chi tiết của phương pháp nghiên cứu lý thuyết được hiện thực hóa trong chương 3. Độ tin cậy của mô hình lý thuyết được đánh giá thông qua kết quả kiểm chứng bằng thực nghiệm (sẽ trình bày ở chương 4). 2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Mục đích nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định các thông số đầu vào cho mô hình lý thuyết và kiểm chứng mô hình. Các thông số đầu vào của mô hình lý thuyết: Các thông số đặc trưng của đất, các thông số kết cấu của xích, trọng lượng và tọa độ trong tâm của máy. Các thông số kiểm chứng mô hình lý thuyết: Do hạn chế về điều kiện nghiên cứu, luận án chỉ kiểm chứng chỉ tiêu hiệu suất kéo ηk. Đây cũng là chỉ tiêu tổng hợp và quan trọng khi nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo nông nghiệp. Các đại lượng vật lý cần đo: Lực kéo, mô men, tốc độ góc của các trục quay, vận tốc chuyển động của máy kéo . Để đáp ứng các yêu cầu đo, luận án đã sử dụng các thiết bị đo hiện đại và xử lý các kết quả thí nghiệm trên phần mềm chuyên dụng DASYLAB và phần mềm Matlab. 6 Nội dung chi tiết của phương pháp thực nghiệm được trình bày ở chương 4 2.3. Kết luận chương 2 − Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm là phù hợp. − Sử dụng phương pháp kế thừa và phát triển cho phù hợp với đối tượng nghiên cứu sẽ tận dụng được các thành quả nghiên cứu của các tác giả đã nghiên cứu trước và tăng hiệu quả nghiên cứu các bài toán đặt ra trong luận án. − Sử dụng các thiết bị đo hiện đại, các phần mềm mạnh để tính toán và xử lý số liệu là cơ sở đảm bảo độ chính xác của các kết quả nghiên cứu. Chương 3 MÔ HÌNH LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT KÉO BÁM CỦA MÁY KÉO XÍCH CAO SU 3.1. Đặt vấn đề Các dạng bài toán nghiên cứu các chỉ tiêu kéo bám của xích thường gặp là: 1) Bài toán thuận: Cho trước: lực cản lăn Pf hoặc hệ số cản lăn f , đặc tính trượt không thứ nguyên δ(T) với T = Pm/G tương ứng với một loại đất cụ thể, đặc tính mô men động cơ Me(ne) và tỉ số truyền trong hệ thống truyền lực. Cần khảo sat khả năng kéo của máy kéo theo các giá trị lực kéo khác nhau: độ trượt δ(Pm) , vận tốc thực tế V(Pm), công suất kéo Nk(Pm) và hiệu suất kéo ηk(Pm). Sử dụng các công thức tính toán tương đối đơn giản. Bài toán thuận chủ yếu được áp dụng để nghiên cứu khai thác máy hợp lý (chọn chế độ tải trọng kép Pm, chọn số truyền làm việc) 2) Bài toán ngược: Cho trước: đặc tính cơ lý của đất, giá trị độ trượt của xích δ. Cần xác định (tính toán): lực đẩy Pk(δ), lực cản lăn Pf(δ), lực kéo 7 có ích Pm(δ) , công suất kéo Nk(δ), hiệu suất kéo ηk(δ) , hệ số bám của xích ϕ và hệ số cản lă f. Bài toán ngược phức tạp hơn, khó giải hơn nhiều so với bài toán thuận. Bài toán ngược thường dùng để nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống di động xích, sự phân bố trọng lượng hợp lý. Trong luận án này sẽ nghiên cứu dạng bài toán ngược cho xích cao su (xích mềm). Để xây dựng mô hình lý thuyết kéo bám của xích mềm có thể áp dụng một vài phương pháp khác nhau tùy theo mục đích nghiên cứu. Trong luận án này sử dụng phương pháp phối hợp. Nội dung được tóm tắt như sau: - Bài toán 1: Xác định tính chất kéo bám của hệ thống di động cao su với giả thiết nhánh xích tiếp đất không bị uốn (như xích xích cứng). Kết quả của bài toán này đã xác định được quy luật thay đổi áp suất tại mặt tiếp xúc p dọc theo chiều dài của nhánh xích tiếp đất (nhánh xích chính). Từ đó xác định được phản lực pháp tuyến tác động lên các bánh đè xích (các bánh tỳ) và độ lún của đất ở điểm tiếp xúc với bánh đè xích. - Bài toán 2: Sử dụng các công thức tính toán các phản lực pháp tuyến tại các bánh đè xích như bài toán 1. Vì dù là xích cứng hay xích mềm thì tổng phản lực pháp tuyến của đất tác dụng lên nhánh xích tiếp đất sẽ truyền lên thân máy thông qua các bánh đè xích. Nội dung tiếp theo là xây dựng mô hình bổ sung để tính toán sự phân bố ứng suất pháp tuyến và ứng suất tiếp tuyến tại các điểm của đoạn xích nằm giữa hai bánh đè xích kề nhau. Điểm khác nhau cơ bản giữa mô hình xích cứng và xích mềm là ở chỗ: do đoạn xích mềm nằm giữa hai bánh đè xích bị uốn vồng lên (tức là độ lún giảm đi) do đó khả năng chống cắt của đất dưới tác động của các mấu bám sẽ giảm, nghĩa là việc tính toán lực đẩy và độ trượt của xích mềm là khác với xích cứng. 8 3.2. Mô hình lý thuyết xác định tính chất kéo bám của hệ thống xích cứng 3.2.1. Một số giả thiết khi xây dựng mô hình xích cứng - Máy kéo chuyển động ổn định và bỏ qua các tải trọng động vì máy kéo nông nghiệp thường chuyển động với vận tốc thấp; - Tính chất cơ lý của đất là đồng nhất trên cùng một sâu như nhau, không tính đến sự thay đổi ngẫu nhiên trên động ruộng; - Nhánh xích tiếp đất ngập sâu vào trong đất và nhánh xích chính không bị uốn, nghĩa là tất cả các mấu bám đều phát huy hết khả năng bám và tiếp xúc trên một mặt phẳng; - Lực kéo ở móc có phương song song với mặt đường. 3.2.2. Mô hình vật lý Với các giả thiết trên, mô hình tương tác xích−đất có thể được mô hình hóa như hình 3.1. Trong đó: G là trọng lượng xe, L − chiều dài tiếp xúc của dãi xích (tính theo hai điểm BC – xem hình 3.1); Rd và Rk − bán kính bánh dẫn hướng và bánh sao chủ động, trong trường hợp hình 3.1 bánh sao và bánh sau là một nên Rk=Rr, ; h − chiều cao mấu xích; t − bước mấu; e − độ lệch tâm của tọa độ trọng tâm so với mặt phẳng đối xứng dọc xe; hg − chiều cao của tọa độ trọng tâm; T0 − lực căng xích ban đầu; Mk − Hình 3.1. Sơ đồ lực tác dụng lên máy kéo 9 mô men chủ động; Pk − lực đẩy (phản lực của đất tác dụng lên các mấu bám do Mk gây ra); Pf − lực cản lăn; G − trọng lượng máy kéo; Pm − lực kéo có ích ; V− vận tốc máy kéo ; V’ − vận tốc vòng của xích. 3.2.3. Xây dựng mô hình toán Trong mô hình nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo, mô hình toán học cần thể hiện được các mối quan hệ giữa các thành phần lực với độ biến dạng và ứng suất của đất, các quan hệ truyền năng lượng, các chỉ tiêu đánh giá tính chất kéo bám. 3.2.3.1. Tính độ lún tĩnh ở trạng thái đứng yên của một xe xích cứng trên đất yếu Khi xe xích cứng đứng cố định trên đất yếu, dải xích cứng sẽ có xu hướng nghiêng khi hình thành độ lún ở trước bánh dẫn hướng sf và độ lún sau bánh sao sr, tạo góc nghiêng của xe θto, và làm thay đổi theo độ lệch tâm e của trọng tâm xe. Độ nghiêng của xe dựa vào trên độ lún của mép trước (sf0), mép sau (sr0) so với chiều cao vấu xích (h). Luận án này sẽ tiến hành tính toán các thông số cơ bản cho trường hợp sr0 ≥ sf0 ≥ h. Hình 3.2. Mô hình xác định các thành phần ứng suất a) Ứng suất chống nén và chống cắt, b) Biểu đồ phân bố lượng X Z 10 3.2.3.2. Khoảng trượt j của xe xích Độ trượt của máy kéo δ được định nghĩa như sau: 1 k k k k R VV V R ωδ ω − = − = ′ (3.9) Trong đó Rk, ωk là bán kính và tốc độ góc bánh sao chủ động 3.2.3.3. Xác định các lực tác dụng vào hệ thống di động xích a) Phân bố áp suất tiếp xúc dưới nhánh xích chính. Phân bố áp suất theo chiều dài của xích pi(X) với X là chiều dài tính từ điểm B đến điểm đang xét, được xác định theo công thức: ( ) ( ){ } 211 2 0 nni ip X k h k s X h= + − (3.-7) s0ι(X) = sf0i + (sr0i- sf0i)X/L (3.8) b) Tính lực đẩy Pk Lực đẩy Pk do mô men chủ động tạo ra và nó được cân bằng với tổng các lực cản tác động lên hệ thống di động theo phương X: k mb ms fb fs rb rsP P P P P P P= + + + + + (3.9) Trong đó: Pmb, Pms – lực tác động lên mặt chính và mặt bên của mấu bám trên nhánh chính; Pfb, Pfs – lực tác động lên mặt chính và mặt bên của mấu bám trên bánh trước; Prb, Prs – lực tác động lên mặt chính và mặt bên của mấu bám trên bánh sau. Các thành phần phản lực của đất được xác định như sau: - Lực tác động lên mặt chính của mấu bám: ( ) 0 2 L mb mbP B X dXτ= ∫ (3.16) Trong đó: ( ) ( ){ } ( ){ }1 exp 'mb c f i BX m m p X a j Xτ δ = + ⋅ × − − +  (3.17) ' ' 1 11 1 cos cos V V δδ θ θ − = − ⋅ = − (3.18) τmb(X) - ứng suất chống cắt của đất; δ’ – độ trượt của xích theo phương X; δ - độ trượt tính theo phương chuyển động của máy kéo; B – bề rộng của dải xích; mc, mf , a – các hệ số thực nghiệm, phụ thuộc loại đất; jB – mức trượt của dãi xích tại điểm B - được mô tả trên hình vẽ 3.8b (mức trượt của bánh dẫn hướng tại điểm B có thể tính được). 11 - Lực tác động lên mặt cạnh của mấu bám trên nhánh xích chính: ( ) 0 L ms msP X dXτ= ∫ (3.19) Trong đó τms là ứng suất chống cắt của đất trên mặt cạnh của mấu bám: ( ) ( ) ( ){ }14 cot 1 expims c f Bp X hX h m m a j XBτ δpi −      = + ⋅ − − +        (3.20) Lực tác động lên phần tiếp xúc của bánh trước Pfb, Pfs và lên phần tiếp xúc của bánh sau Prb, Prs cũng được tính tương tự như tính Pmb và Pms tức là tính độ lún tĩnh. c) Tính lực cản Pf ( ) ( ) 21 1 111 21 1 2 2 22 1 1 nn n f ri ri k B k B P h k Bh s h s h n n ++ = + − + − + + (3.26) Trong đó: p(s) - ứng suất pháp tuyến của đất theo độ lún sâu s; còn sri là độ lún của bánh xe sau. Tổng độ lún bánh sau sri được tính từ độ lún tĩnh sr0i và độ lún trượt srs (vuông góc với phần chính của dải xích) như sau: ( )0 cosri r i rs tis s s θ= + (3.28) ( ) 21 2 0 1 1 cc cN ss rs fs ri n n jnjnL s s c p N N N =   −        = + −                  ∑ (3.31) Trong đó ' '1s Lj δ δ= − pri − áp suất tiếp xúc của bánh sau. e) Tính độ lệch của tâm áp lực e0i Điểm đặt của hợp lực Z là tâm áp lực, lệch ra khỏi điểm giữa của nhánh xích tiếp đất một đoạn e0i. ( ) ( ) ( ) 0 ' 1 1 cos sin 2 2 1 sin cos 2 i f r ri i m d r ti d ti g r ti ti L e P R s z P h R l Z L G h R L e θ θ θ θ     = + − − + + − − −          + − − −      tan cos k ti GZ P θ θ = − ; tan cos k m f PP G Pθ θ = − − ; 12 ( )cos sin 2 cos1 sin cos 2 tan i ri f r d r ti ti ti g ti ti f ti L z s P R h R GG h L e P θ δ θ θθ θ θ     = − + − − − ×            − − − +          1sin ri fiti s s L θ −  − =      3.3. Mô hình xác định tính chất kéo bám của xích cao su 3.3.1. Tính phân bố áp suất tiếp xúc dưới dải xích mềm p’i(X) Sơ đồ các lực tác dụng vào dải xích mềm như thể hiện trong hình 3.3. Các đặc tính biến dạng của dải xích mềm phụ thuộc chủ yếu vào lực căng xích T, phản lực pháp tuyến Zp và phản lực dọc Ps tác dụng lên dải xích. Đối với đoạn CCm, ta có thể thiết lập phương trình cân bằng giữa lực T và Ps tác động theo chiều dọc X và giữa Zp tác dụng theo hướng vuông góc với X. Phương trình cân bằng lực theo phương X và theo phương vuông góc với X có dạng: sT P T T+ = + ∆ (3.34) ( )'0tan ip x ds XZ T T dXα= = (3.35) Trong đó tổng hợp lực pháp tuyến Zp có thể được xác định từ sự phân bố áp suất pi(X) trên khoảng bất kỳ [X, Xm] như sau: ( )mXp iXZ B p X dX= ∫ ; pi(X) − áp suất tiếp xúc (hay ứng suất pháp tuyến ). ( ) ( )0 0 0 X m iT T T X T B X dXτ= + = + ∫ ; Hình 3.3. Lực tác dụng lên xích mềm 13 Trong công thức trên τi(X) đã được giải thích và có công thức tính ở phần xích không biến dạng; ở đây được viết lại như sau ( ) ( ){ } ( ){ }1 exp 'i c f i BX m m p X a j Xτ δ = + ⋅ × − − +  Thay Zp và T vào (3.52) sau đó tích phân biểu thức này ta có: ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ){ }' ' ' '0 0 0 0 0 mX m i i m i iX Z X X X s X dX s X s D s LT X − = + − −∫ (3.36) s’0i(0) = s’f0i; s’0i(D)=s’r0i Phân bố áp suất tiếp xúc p’i(X) được tính theo công thức: ( ) ( ){ } 21 '1 2 0' nni ip X k h k s X h= + − (3.37) 3.3.2. Tính lực đẩy P’k Lực đẩy P’k do mô men chủ động tạo ra được cân bằng với các thành phần lực cản: ' ' ' ' ' ' ' k mb ms fb fs rb rsP P P P P P P= + + + + + (3.38) Trong đó: P’mb, P’ms – lực tác động lên mặt chính và mặt bên của mấu bám trên nhánh chính; P’fb, P’fs – lực tác động lên mặt chính và mặt bên của mấu bám trên bánh trước; P’rb, P’rs – lực tác động lên mặt chính và mặt bên của mấu bám trên bánh sau. + Tính P’mb, P’ms . Sử dụng các công thức tính Pmb, Pms, ở phần xích không biến dạng thay pi(X) bằng p’i(X) ta được công thức tính P’mb, P’ms + Tính P’fb, P’fs, và P’rb, P’rs Các thành phần lực tác động vào bánh dẫn hướng và bánh sau trong hai trường hợp xích không bị giãn và bị giãn là bằng nhau: Ta có P’fb = Pfb; P’fs = Pfs; P’rb = Prb; P’rs = Prs 3.3.3. Tính lực kéo có ích ở móc kéo P’m . Lực kéo có ích P’m (hay lực kéo dư) là phần lực dùng để kéo máy công tác, có thể được xác định theo công thức: P’m = P’k − (P’fb + P’fs + P’rb + P’rs ) 3.3.4. Phương trình cân bằng công suất và hiệu suất kéo Phương trình cân bằng công suất: E1= E2 + E3 + E4 (3.43) 14 E1 – công suất đẩy : 1 ' 1k VE P δ= − (3.44) E2 - công suất cản do nén đất: 2 ' fE P V= (3.45) E3 – công suất cản do cắt đất ở dưới nhánh xích tiếp đất: ' 3 ' 1 1 ' tan 1 cosk titi E P V GV θδ θ   = − +  −  (3.46) E4 - Công suất có ích: 4 'mE P V= (3.47 Hiệu suất kéo: 4 1 '(1 ) ' m k k PE E P η δ= = − (3.48) 3.4. Khảo sát xe xích cao su thiết kế mới B2010 3.4.1. Thông số kỹ thuật của xe Bangr 3.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy kéo B2010 Trọng lượng xe G (kN) 10,507 Chiều rộng dãi xích B (m) 0,35 Chiều dài tiếp xúc dãi xích L (m) 1,40 Bán kính bánh dẫn hướng Rd (m) 0,065 Bán kính bánh lăn sau Rr (m) 0,09 Bán kính bánh chủ động* Rk 0,13 Chiều cao mấu xích h (m) 0,03 Bước mấu xích t(m) 0,09 Khoảng cách bánh đè xích lp (m) 0,28 Bán kính bánh đè xích Rm 0,065 Độ lệch tâm của tọa độ trọng tâm so với mặt phẳng đối xứng dọc xe e (m) 0,038 3.4.2. Hệ số thực nghiệm phụ thuộc loại đất Bằng kết quả thí nghiệm (trình bày ở chương 4) và nhờ phương pháp xấp xỉ thực nghiệm, ta nhận được các thông số của các hàm đặc trưng cho các tính chất cơ lý của đất như sau: k1=0,49147; k2=0,56107; n1=0,8664; n2=0,8001; mc=0,46387; mf=0,363; a=0,2011; c0=0,1481;c1=0,8491; c2=0,3272 3.4.3. Một số kết quả khảo sát Một số kết quả tính toán được thể hiện qua các đồ thị sau: 15 Trên hình 3.4 thể hiện quay luật thay đổi độ lún s , áp suất p và lực căng xích T dọc theo chiều dài của nhánh xích tiếp đất (L= 1,4m), tính gốc tọa độ tại điểm B của bánh đè xích đầu tiên (Hình 3.2). Qua đó cho thấy: Độ lún s và áp suất tiếp xúc p thay đổi gần giống quy luật tuần hoàn hình sin, đạt cực đại cục bộ tại các điểm nằm dưới bánh đè xích. Đây là điểm khác biệt so với xích cứng. Hình 3.4. Sự thay đổi độ lún (a), áp suất tiếp xúc (b) và lực căng xích (c) dọc theo chiều dài nhánh tiếp đất (L=1,4 m) 16 Trên hình 3.5 là kết quả khảo sát ảnh hưởng của độ trượt δ và trọng lượng máy kéo (G = 10507 ; 14000; 18000 N) đến các thành phần lực kéo , các thành phần công suất và hiệu suất kéo. Nhận xét: − Sự ảnh hưởng của độ trượt đến các chỉ tiêu kéo là rất lớn. Vùng độ trượt làm việc có hiệu quả khoảng 4 đến 10%. − Khi tăng trrọng lượng G, lực đẩy Pk tăng nhưng các thành Hình 3.5. Ảnh hưởng của độ trượt và trọng lượng đến lực kéo (a), các thành phần công suất (b) và hiệu suất (c). E1 − công suất đẩy; E2 − công suất cản do nén đất; E3 − công suất cản dó cắt đất ; E4 − công suất kéo có ích. c) a) b) 17 phần lực cản cũng tăng nên lực kéo có ích Pm và công suất kéo chỉ tăng thẹo khi độ trượt còn nhỏ (nhỏ hơn khoảng 30%) , sau đó thay đổi theo quy luật ngược lại. − Đối với hiệu suất kéo ηk, khi tăng G thì hiệu suất kéo giảm. Điều này có thể được giải thích là khi tăng G làm tăng độ lún dẫn đến tăng nhanh lực cản lăn. Trên hình 3.6 là kết quả khảo sát ảnh hưởng của bề rộng dải xích và chiều cao mấu bám đến hiệu suất kéo. Khảo sát ba cặp giá trị B/h như sau: B = 25 cm, h=3cm; B= 35 cm, h= 1,5 cm; B= 35 cm, h= 3 cm. Khi thay đổi bề rộng của dải xích B và chiều cao mấu bám h (Hình 3.6) cho thấy ảnh hưởng của bề rộng B đến hiệu suất kéo rất rõ rệt nhưng ảnh hưởng của chiều cao mấu bám không đáng kể (đường 2 và đường 3 gần như trùng nhau) vì chiều cao các mấu bám tương đối nhỏ. Đây cũng là một trong những cơ sở tham khảo khi lựa chọn các thông số hình học của dải xích cho các máy kéo nông nghiệp. 3.6. Kết luận chương 3 - Đã xây dựng được mô hình nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo xích cao xu trên đất có độ ẩm cao. - Xây dựng được thuật giải và chương trình mô phỏng các tính chất kéo bám của hệ thống di động xích cao su, cho phép khảo sát nhiều yếu tố đến các chỉ tiêu kéo bám. Hình 3.6. Ảnh hưởng của bề rộng xích và chiều cao mấu bám đến hiệu suất kéo ηk . 18 − Qua các kết quả khảo sát hệ thống di động xích của máy kéo B2010 cho thấy quy luật thay đổi của các thông số phản ánh đúng bản chất vật lý như đã phân tích ở phần lý thuyết. − Độ tin cậy của mô hình lý thuyết cũng đã được khẳng định ở các kết quả kiểm chứng (Mục 4.3.2) Chương 4 NGHIÊM CỨU THỰC NGHIỆM 4.1. Đặt vấn đề Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là để xác định các tham số đầu vào của mô hình lý thuyết và kiểm chứng mô hình. Do đó các thí nghiệm được tiến hành cả trong thí nghiệm và trên đồng ruộng. 4.2. Xây dựng mô hình nghiên cứu thực nghiệm Hình 4.1 là sơ đồ thí nghiệm trên đồng ruộng. Hình 4.2 là sơ đồ bố trí các cảm biến trên máy kéo thí nghiệm. Sự kết nối các cảm biến trong hệ thống được thể hiện trên hình 4.3. Các cảm biến đo: − Đo số vòng quay: Cảm biến quang học E3F3 của hãng Omron. − Đo mô men: Cảm biến T4A của CHLB Đức. − Đo lực kéo: Cảm biến Z4 của CHLB Đức. Pm G Pk Pf V Máy kéo gây tải Bánh tựa đồng Máy kéo TN Hình 4.1. Sơ đồ thí nghiệm máy kéo trên đồng 19 Hình 4.2. Sơ đồ bố trí các cảm biến trên máy kéo khảo nghiệm Bánh tựa đồng G n1 Cn2 Động cơ Hộp số n2 n3 n4 n Cn Cn3 Cn4 Cn5 CM C Pm Pk Pf Mk MC Mx V Me Trục trung gian Côn ly hợp Bánh sao n5 r5 rx rc rk Hình 4.3. Sơ đồ kết nối hệ thống thiết bị thí nghiệm CP − Cảm biến đo lực kéo ở móc máy kéo Cáp tín hiệu Cáp tín hiệu Cn2 – Cảm biến đo số vòng quay trục đo môment Máy tính Pm Pm MC Cn2 Cn3 Cn4 Cn5 Cn1 – Cảm biến đo số vòng quay trục động cơ Cn3 – Cảm biến đo số vòng quay trục ly hợp Cn4 – Cảm biến đo số vòng quay bánh sao chủ động Cn5 – Cảm biến đo số vòng quay bánh xe tựa đồng Cn1 CM CP CM − Cảm biến đo môment trục trung gian A A A A A Bộ gom dữ liệu Card A/D Phần mềm DASYLAB 20 4.2. Xử lý kết quả thí nghiệm 4.2.1. Các công thức tính toán 1) Tính mô men trên trục côn ly hợp Mc 2 3 x x C M M η ω ω = (4.1) xη − hiệu suất bộ truyền đai: 1xη ξ− − ξ − độ trượt đai: . /x c x c x r rω ωξ ω − = 2) Tính mô men chủ động: k m c TM M iη= (4.2) 3) Lực chủ động : /k k kP M r= (4.3) 4) Lực cản lăn Pf : Pf = Pk − Pm (4.4) 5) Độ trượt của bộ phận di động xích 5 5t k k t k k V V r r V r ω ωδ ω − − = = (4.5) 5) Hiệu suất kéo của bọ phận di động xích ηk (1 )kη δ= − (4.6) 4.2.1. Xử lý kết quả thí nghiệm Các số liệu đo được thu thập và xử lý trên phần mềm DASYLAB. Trên hình 4.4 là một kết quả minh họa các kết quả đo trong một lần thí nghiệm, đồng thời ghi các số liệu vào một file.txt . Các files dữ liệu này sẽ được sử dụng để tính toán các chỉ tiêu kéo bám trên phần mềm Matlab khi kiểm chứng mô hình lý thuyết.. Các ký hiệu trên hình 4.4: (1) - Lực kéo Pm [N]; (2) - Mô men trên trục trung gian Mx [Nm]; (3) - Số vòng quay của trục trung gian nTG [v/ph]; (4) - Số vòng quay của trục ly hợp nLH [v/ph]; (5) - Số vòng quay của bánh sao chủ động nBS [v/ph]; (6) - Số vòng quay của bánh. tựa đồng nTD [v/ph]; (7) - Số vòng quay của động cơ cơ ne [v/ph] 21 4.3. Kết quả thí nghiệm 4.3.1. Kết quả xác định các thông số đầu vào của mô hình lý thuyết Các thông số cần xác định là: Trọng lượng xe, tọa độ trọng tâm, các kích thước hình học của bộ phận di động xích, các thông số đo độ lún tĩnh của máy kéo trên đất ruộng. Đã tiến hành thí nghiệm xác định tọa độ trong tâm của máy kéo, xác định độ lún tĩnh và các thông đặc trưng của đất. Các kết quả đã được trình bày ở chương 3. 4.3.2. Kết quả kiểm chứng mô hình lý thuyết Hình 4.5 là kết quả kiểm chứng mô hình lý thuyết với sai số số của hiệu suất kéo ở độ trượt 5−6% là 7−8% . Giá trị tối ưu của độ trượt khi hiệu suất kéo đạt cực đại (ηkmax= 80,6%) là 5,5%. Kết quả này cũng tương đồng với các kết quả đã công bố trong nhiều tài liệu chuyên Hình 4.4. Đồ thị minh họa kết quả thí nghiệm 22 ngành, chứng tỏ mô hình lý thuyết đảm bảo độ tin cậy và có thể sử dụng để khảo sát tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su với nhiều phương án khác nhau. 4.5. Kết luận chương 4 Trong chương 4 đã trình bày mục đích, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, lựa chọn hệ thống thiết bị đo, tiến hành các thí nghiệm xác định các thông số đầu vào và kiểm chứng mô hình lý thuyết. Phương pháp thực nghiệm, các thiết bị đo, các công cụ tính toán mang tính hiện đại nên đảm bảo độ tin cậy của các kết quả nghiên cứu. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 1. Kết luận 1) Tính chất kéo bám của máy kéo là một trong các tính chất quan trọng nhất của m