BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN CÔNG THUẬT NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VÔ CẤP PHÂN TẦNG TRÊN MÁY KÉO NHỎ BÁNH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ : 62 52 01 03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - 2014 Cơng trình hồn thành tại: HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS BÙI HẢI TRIỀU TS BÙI VIỆT ĐỨC Phản biện 1: GS.TS Vũ Đức Lập Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Văn Bang Phản biện 3: PGS.TS Đào Hữu Quyết Luận án đƣợc bảo vệ hội đồng chấm luận án cấp Học viện họp tại: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Vào hồi , ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thƣ viện: - Thƣ viện Quốc gia Việt Nam - Thƣ viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam - Thƣ viện Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Việt - Hung MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Máy kéo thiết bị động lực sử dụng chủ yếu sản xuất nơng nghiệp, nơi có điều kiện tải trọng phức tạp thay đổi dải rộng Trong điều kiện sản xuất nông nghiệp Việt nam, đặc biệt miền Trung miền Bắc, máy kéo nhỏ (dưới 20 kW) chiếm ưu sử dụng phổ biến góp phần quan trọng việc tăng suất giải phóng sức lao động cho nơng dân Để hoạt động hiệu điều kiện tải trọng thay đổi phức tạp dải rộng, máy kéo nhỏ cần trang bị hộp số có nhiều cấp số truyền đảm bảo máy kéo làm việc tốt canh tác vận chuyển Một phương án tối ưu trang bị cho máy kéo hệ thống truyền lực vô cấp (CVT) đảm bảo cho tỷ số truyền thay đổi liên tục toàn dải tốc độ Việc nghiên cứu nhằm lựa chọn phương pháp điều khiển tỷ số truyền truyền động vô cấp đáp ứng tiêu kỹ thuật với máy kéo nông nghiệp có cơng nghệ chế tạo phù hợp chi phí đầu tư ban đầu chấp nhận với hộ nông dân thực cần thiết để ứng dụng thực tiễn Với lí trên, đề tài luận án đặt vấn đề “Nghiên cứu tính chất truyền động điều khiển hệ thống truyền động vô cấp phân tầng máy kéo nhỏ bánh”, nhằm lựa chọn phương pháp điều khiển tự động tỉ số truyền CVT phù hợp tạo sở khoa học cho việc chế tạo máy kéo nhỏ bốn bánh truyền lực vô cấp phân tầng Việt Nam Giả thuyết vấn đề nghiên cứu Trên sở kết cấu hệ thống truyền lực máy kéo nhỏ, thay truyền động đai thang truyền thống truyền động vô cấp đai thang rộng kết hợp hộp số khí đơn giản với hai cấp số truyền (vơ cấp phân tầng-VCPT) điều khiển tay tương ứng với chế độ canh tác vận chuyển Sử dụng phương pháp điều khiển tỷ số truyền cách thay đổi lực kẹp bánh đai chủ động bánh đai bị động tự lựa nhờ lực lò xo, hệ thống thủy lực điều chỉnh gián đoạn với van đóng ngắt điều khiển lực ép bánh đai chủ động để đạt tỷ số truyền mong muốn Phƣơng án kiểm định giả thiết Xây dựng mơ hình tốn phần tử, mơ hình hóa, mơ hệ thống tiến hành khảo sát phương án điều khiển tỷ số truyền mơ hình; thiết kế chế tạo thiết bị điều khiển tự động tỷ số truyền truyền động vô cấp theo tải trọng nhằm kiểm định kết nghiên cứu lý thuyết, mô Mục tiêu luận án Lựa chọn phương án xây dựng hệ thống điều khiển tự động tỷ số truyền truyền động đai vô cấp đáp ứng yêu cầu giữ điểm làm việc LHM vùng làm việc có lợi đặc tính động cơ, đảm bảo tiêu kinh tế, kỹ thuật Đối tƣợng nghiên cứu Bộ truyền động vô cấp đai thang cho máy kéo bốn bánh có cơng suất nhỏ sử dụng sản xuất nông nghiệp Việt Nam Giới hạn nghiên cứu Sử dụng phương pháp mơ hình hóa mơ nghiên cứu lý thuyết; thí nghiệm kiểm chứng thực phịng thí nghiệm sở chế tạo thiết bị thí nghiệm tự động điều khiển tỷ số truyền theo tải trọng, tải trọng tạo cách thay đổi áp suất hệ thống thủy lực phụ tải; phần điều khiển điện tử thiết bị đơn giản hóa theo mục tiêu nghiên cứu luận án Thời gian nghiên cứu: từ tháng năm 2011 đến tháng năm 2014 Đóng góp luận án - Xây dựng mơ hình mơ động lực học máy kéo truyền lực vô cấp phân tầng liên hợp với máy nông nghiệp mô tả đầy đủ kết cấu, hoạt động tác động qua lại phần tử Máy kéo – Máy cày – Đất canh tác Mơ hình sử dụng để khảo sát linh hoạt hệ thống theo điều kiện thay đổi tải trọng mức ga để đánh giá tính chất điều khiển truyền động LHM Độ tin cậy xác mơ hình đánh giá thơng qua thí nghiệm đối chứng - Thiết bị thí nghiệm thiết kế chế tạo từ luận án sử dụng phương pháp đo, thu nhận số liệu, xử lý điều khiển đại thử nghiệm tốt phương án điều khiển tỷ số truyền khảo sát phương án thay đổi tải, sử dụng để kiểm chứng kết mô tạo 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 phương án điều khiển tự động tỉ số truyền truyền động vô cấp 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 lị xo có kết cấu đơn giản, phù hợp với điều kiện sản xuất Việt Nam Chƣơng TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát tình hình máy kéo nhỏ sử dụng sản xuất nơng nghiệp Việt Nam Tính đến năm 2012, Việt Nam có khoảng 300 nghìn máy kéo loại sử dụng sản xuất nông nghiệp với tổng công suất lên tới 3,68 triệu kW, cơng suất máy kéo lớn chiếm khoảng 40% (Phạm Văn Lang, 2012), mức độ giới hóa khâu làm đất trồng lúa miền Bắc 76,4%, nước 89,5% (Việt Hà, 2013) Hầu hết máy kéo nhỏ sản xuất nước sử dụng Việt Nam có hai bánh, kết cấu hệ truyền lực đơn giản 1.2 Tổng quan chuyển động vô cấp máy kéo 1.2.1 Khái quát loại hình truyền lực vô cấp Để kết nối, truyền biến đổi chuyển động từ động đến phận di động, giới sử dụng phổ biến dạng truyền động vô cấp hệ thống truyền lực ô tô - máy kéo Truyền động vơ cấp truyền động thủy lực, truyền động điện hay truyền động khí 1.2.2 So sánh loại truyền động vô cấp Truyền động vô cấp ứng dụng máy kéo đa dạng, chế tạo sử dụng CVT đánh giá theo tiêu chí: Khả truyền mơ men, phạm vi thay đổi tỷ số truyền, hiệu suất truyền động, tính nhạy, độ ồn làm việc, thể tích riêng, tuổi thọ Tuy nhiên, việc so sánh đánh giá tiêu kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn dạng truyền động vô cấp phù hợp cho hệ thống truyền lực máy kéo phải sở công suất truyền tải Đối với máy kéo công suất nhỏ sử dụng sản xuất nông nghiệp, truyền vô cấp đai thang đáp ứng tốt tiêu kinh tế, kỹ thuật 1.3 Cơng trình nghiên cứu nƣớc liên quan đến đề tài luận án 1.3.1 Các nghiên cứu máy kéo với truyền lực vô cấp Phạm vi điều chỉnh tỷ số truyền truyền động vô cấp nằm khoảng 1:5 1:9, khơng đảm bảo cho dải thay đổi tải trọng sử dụng truyền động vô cấp Để máy kéo làm việc tối ưu trình canh tác vận chuyển, cần thiết phải có thêm hệ thống truyền lực hộp số học có thêm cấp số tỷ số truyền Đã có nghiên cứu ứng dụng truyền động vô cấp cho máy kéo nhỏ giới Trong ứng dụng này, hệ thống truyền lực máy kéo bố trí theo hai phương án: - Truyền lực vơ cấp bố trí trước hộp số học - Truyền lực vơ cấp bố trí sau hộp số học 1.3.2 Các nghiên cứu điều khiển truyền động vơ cấp Các khía cạnh nghiên cứu nhằm điều khiển lực ép phù hợp vào puli để đạt tỉ số truyền mong muốn phần tất yếu nghiên cứu CVT hai thập kỷ qua Để đạt mức tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu mong muốn ứng với mức độ khác mô-men xoắn, tốc độ động mơ-men xoắn động cần phải kiểm sốt đồng thời Các nghiên cứu ứng dụng điều khiển CVT sử dụng hệ thống thủy lực với van tùy động đáp ứng tốt mục tiêu điều khiển có nhược điểm giá thành cao, cơng nghệ chế tạo phức tạp 1.4 Ứng dụng truyền động vô cấp phân tầng cho máy kéo nhỏ sản xuất Việt Nam Trong truyền động vô cấp sử dụng đai thang rộng cho máy kéo nơng nghiệp có cơng suất nhỏ, việc điều khiển tỷ số truyền sử dụng lò xo kết hợp với hệ thống thủy lực điều chỉnh gián đoạn sử dụng van đóng ngắt Ưu điểm phương pháp cho phép sử dụng nguồn dầu thủy lực có lưu lượng khơng đổi Mặt khác, hệ thống điều khiển hai điểm với van đóng ngắt có chương trình điều khiển đơn giản, cơng nghệ chế tạo phù hợp với điều khiển sản xuất nước chi phí đầu tư thấp phù hợp với cho máy kéo có cơng suất nhỏ có u cầu chi phí đầu tư khơng cao Xuất phát từ mục tiêu tác giả Bùi Việt Đức thực nghiên cứu ban đầu nhằm ứng dụng truyền động vô cấp cho máy kéo nhỏ Việt Nam, với đề tài “Nghiên cứu số quan hệ động lực học truyền động vô cấp đai thang rộng cho máy kéo nhỏ” thực Trường Đại học Rostock năm 2007 Luận án tập chung vào nghiên cứu tính chất hoạt động truyền vô cấp sử dụng đai thang rộng mô hệ thống truyền lực máy kéo với truyền vô cấp đai thang rộng với thí dụ hệ thống truyền lực máy kéo nhỏ Các phương án nghiên cứu thay đổi tốc độ quay động cơ, thay đổi tải trọng động cơ, đóng mở li hợp thay đổi tỉ truyền Việc thay đổi tỉ số truyền thực đơn giản cách thay đổi lực ép lên đĩa di động bánh đai chủ động hệ thống truyền lực máy kéo nghiên cứu giới hạn đến bánh xe máy kéo tải trọng nghiên cứu đơn giản thay đổi lực kéo máy kéo Như luận án chưa quan tâm đến việc điều khiển tự động tỉ số truyền CVT phù hợp với chế độ làm việc máy kéo đồng ruộng vận chuyển Mơ hình hệ thống truyền lực máy kéo chưa xét đến hoạt động thực máy nông nghiệp liên hợp với máy kéo trình canh tác Chƣơng PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phƣơng pháp mơ hình hóa mơ Trong lĩnh vực động lực học máy, phương pháp mơ hình hóa mơ sử dụng phổ biến ưu nhiều mặt Có hai phương pháp mơ hình hóa mơ hình hóa vật lý mơ hình hóa tốn học Trong luận án sử dụng chủ yếu phương pháp mơ hình hóa tốn học mơ phần mền Mathlab- simulik để giải toán khảo sát vấn đề nghiên cứu 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm luận án sử dụng để kiểm chứng lý thuyết, so sánh đánh giá mơ hình mơ Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm luận án sử dụng để đạt mục tiêu chế tạo truyền động đai vô cấp điều khiển tỷ số truyền tự động theo tải trọng Chƣơng XÂY DỰNG MƠ 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, thay đổi lực cản vận tốc chuyển động máy kéo 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 cánh tác vận chuyển Công suất động truyền tới bánh xe qua CVT, li hợp ma sát đơn, hộp số bánh hai cấp, truyền lực truyền lực cuối Với hộp số hai cấp, máy kéo chuyển động với vận tốc từ 1,5 đến 12,5 km/h làm việc đồng đến 22,75 km/h vận chuyển đường 2200 v/p 40 Nm 9,2 kW(12,5ML) Dải tốc độ I 1,5 II R 12,75 km/h 22,75 8,5 R I Li hợp Truyền động vô cấp (i=0,34-2,92) II Phanh Hình 3.1 Sơ đồ truyền động VCPT cho máy kéo nhỏ 3.2 Xây dựng mơ hình hệ thống thành phần 3.2.1 Mơ hình động máy kéo Luận án tập trung nghiên cứu tính chất hoạt động điều khiển máy kéo, động nhìn theo ý nghĩa nguồn động lực đáp ứng yêu cầu lượng hoạt động với tải trọng khác nơng nghiệp, mơ hình nghiên cứu xem xét động làm việc nhánh tự điều chỉnh đường đặc tính ngồi Việc mơ tả quan hệ mô men tốc độ nhánh thể qua công thức: n n M  max M N nmax  nN (3-1) 3.2.2 Mô hình truyền động vơ cấp phân tầng Truyền lực vơ cấp phân tầng bao gồm: truyền lực vô cấp đai thang rộng điều khiển tỷ số truyền, li hợp ma sát đơn, hộp số phân tầng bánh ăn khớp ngồi có hai số tiến số lùi, truyền lực truyền lực cuối Do mục tiêu nghiên cứu, mơ hình mơ phần tử truyền động vơ cấp * Mơ hình truyền động đai vô cấp rộng Khả truyền công suất truyền động đai biến tốc phụ thuộc vào lực ma sát dây đai bánh đai, lực ma sát tạo nhờ lực ép hệ số ma sát Giá trị lực ép có ảnh hưởng định tới truyền mô men trục truyền động Để truyền đai không bị trượt trơn, lực ép tính tốn cho mô-men ma sát lớn mô – men truyền Tỷ số truyền giữ cố định nhờ trạng thái ổn định lực ép bánh đai chủ động Hình 3.2 Lực dụng lên bánh đai Trong đó: F  A p - lực đẩy piston; FLX – lực ép bánh đai bị động: FLX  F0  C.x (3-13) Fms- lực ma sát: Fms = μFLXsign(v) (3-14) Van đóng ngắt 3/3 điều khiển điện: Van thực việc đóng ngắt dịng dầu thủy lực tín hiệu điện từ điều khiển trượt di chuyển, tác động trả nhờ lực lò xo Phương trình dịng chảy thủy lực qua van: Khi cấp dầu: Q k Dr Av pDQ  p sign  pDQ  p  Khi xả dầu: Q k Dr Av p (3-15) (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 van Trên sở mơ hình tốn học mối quan hệ phần tử, mơ hình mơ phần mền Mathlab-simulink Kết khảo sát thay đổi thông số lưu lượng, áp suất dầu, hành trình vận tốc dịch chuyển piston tác động mở van cấp dầu xả dầu Hình 3.4 Kết khảo sát điều khiển tự động van đóng ngắt 1- Xung điều khiển; 2- Hành trình piston 11 Nhận xét: Quá trình điều khiển sử dụng van đóng ngắt 3/3 với xi lanh tác động chiều, hành trình trả có độ trễ lớn hành trình tiến (hành trình mở van cấp dầu 0,1giây, hành trình trả 0,15 giây) Tỷ số truyền CVT thay đổi tương thích với chuyển vị piston điều khiển * Mơ hình hộp số- truyền lực cuối Trong q trình canh tác hay vận chuyển, hộp số máy kéo cài tương ứng với với số truyền, tỷ số truyền truyền động vô cấp điều khiển tự động phù hợp với thay đổi tải trọng Phần tử hộp sốtruyền lực truyền lực cuối thể qua truyền có tỷ số truyền động cố định chế độ canh tác hay vận chuyển 3.2.3 Mơ hình bánh xe máy kéo nơng nghiệp Trong q trình hoạt động bánh xe chủ động khơng đỡ trọng lượng máy kéo mà chuyển đổi chuyển động quay tạo động thành chuyển động tịnh tiến giúp máy kéo chuyển động Máy kéo bốn bánh mơ hình sử dụng bánh chủ động có thơng số kết cấu tương tự với bánh xe máy kéo Yanmar – 3000 Đặc tính trượt bánh xe làm việc đất gốc rạ sau thu hoạch hồi quy theo công thức: (3-17)    max (1  e s ) Trong đó: μ - hệ số bám; μmax = 0.78 - hệ số bám cực đại bánh xe; hệ số hồi quy k = 0.93 3.2.4 Mơ hình máy nông nghiệp Máy nông nghiệp phần tử tác động trực tiếp vào đối tượng để thực trình cơng nghệ Các liên hợp máy kéo nhỏ sử dụng nông nghiệp sử dụng chủ yếu khâu làm đất phổ biến liên hợp với cày Trong trình canh tác, lực cản cày lớn biến động mạnh nên lựa chọn MNN kèm mơ hình mơ phản ánh tương đối đầy đủ dạng tải MNN 12 3.2.5 Phần tử điều khiển (ECU) cảm biến * Phần tử điều khiển: Trên sở thông số vào, ECU xử lý đưa gia giá trị tỷ số truyền phù hợp với tải tiến hành phát xung điều khiển hệ thống thủy lực theo phương thức điều chỉnh hai điểm * Cảm biến: Phần tử cảm biến giả thiết hoạt động tức thời, khơng có sai số, quan hệ thông số vào đặc trưng hệ số chuyển đổi 3.2.6 Kết nối mơ hình mơ thử nghiệm mơ hình Trên sở mơ hình phần tử, dựa vào điều kiện hoạt động mối quan hệ vật lý phần tử, tiến hành nối ghép phần tử mơ hình LHM hồn chỉnh (hình 3.5) Ψga MM s j Md ωM δd(ω) ωd iCV MK T j ωb s δ(v,ω) µ MX ECU FZ Fl f r Loại cày Loại đất m s v FCX Hình 3.5 Mơ hình mơ 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 tay: Nhằm đánh giá phản ứng hệ thống tác động xung điều khiển dạng bậc (hình 3.6 3.7) 13 Hình Giảm tỷ số truyền Hình 3.7 Tăng tỷ số truyền Nhận xét: Khi tác động xung điều khiển, thông số mơ hình: tỷ số truyền, mơ men tốc độ góc 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 hệ thống tải thay đổi dạng bậc, thực chất đánh giá trình chuyển tiếp xẩy phần tử (hình 3.8 3.9) Hình 3.8 Kết khảo sát tăng tải trọng dạng bậc 14 Hình 3.9 Kết khảo sát giảm tải trọng dạng bậc Nhận xét: Thay đổi tải trọng tăng giảm dạng bậc, tỷ số truyền CVT thay đổi phù hợp với thay đổi tải thời gian thay đổi không Thay đổi tải trọng dạng điều hòa: Nhằm đánh giá miền tần số mà hệ thống đáp ứng trình điều khiển (hình 3.10) Hình 3.10 Kết khảo sát thay đổi tải trọng dạng điều hòa tần số kích thích < (rad/s), hệ thống điều khiển đáp ứng tốt nhất, thay đổi tỷ số truyền theo kịp thay đổi tải, mô men động biến động nhỏ Khi tần số kích thích ≥ (rad/s), trình điều khiển tỷ số truyền khơng theo kịp thay đổi tải động phải tự điều nên mô men động dao động với biên độ lớn 15 Chƣơng 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 kèm Tải trọng máy cày chủ yếu lực cản, tính chất đa dạng đất canh tác nên lực cản cày hàm ngẫu nhiên có biến động lớn Xuất phát từ mục đích nghiên cứu tính chất điều khiển truyền động vơ cấp nên mơ hình mô máy kéo nhỏ truyền lực vô cấp phân tầng lựa chọn máy cày máy nông nghiệp kèm 4.2 Ảnh hƣởng vị trí lắp cảm biến tải trọng đến tính chất điều khiển tỷ số truyền truyền động vơ cấp Lựa chọn bố trí cảm biến tải trọng cho phản ánh tức thời, trung thực thay đổi tải yếu tố quan trọng giúp cho việc điều khiển tỷ số truyền CVT xác, kịp thời với thay đổi tải đảm bảo động làm việc ổn định vùng có lợi tiêu kinh tế kỹ thuật cần thiết Mặc khác, việc bố trí lựa chọn cảm biến cho liên hợp với MNN đơn giảm thuận tiện cho việc chăm sóc kỹ thuật vấn đề cần quan tâm Có hai vị trí lựa chọn để bố trí cảm biến: + Cảm biến mô men đặt đường truyền lực chính, phương án xác định tải trọng liên hợp với máy nơng nghiệp có tải mơ men cản chúng có nhược điểm gá lắp khó khăn giá thành cao; + Cảm biến lực lắp treo liên hợp với máy nơng nghiệp Ưu điểm có phương pháp gá lắp đơn giản, cảm biến lực có giá thành thấp dễ chăm sóc kỹ thuật Trong mục tiến hành khảo sát hai vị trí lắp cảm biến mơ hình mơ nhằm lựa chọn phương án phù hợp Quá trình 16 khảo sát thực hai phương án tăng giảm tải đột ngột Các thông số khảo sát tỷ số truyền CVT mô men tốc độ góc động Kết khảo sát thể hình 4.1 4.2 2* * 4* * * 6 Hình 4.1 Kết khảo sát với tải trọng tăng đột ngột 2* 5* 4* 6* Hình 4.2 Kết khảo sát với tải trọng giảm đột ngột 1-lực cản; 2- mơ men động cơ; 3- tốc độ góc động (trục sơ cấp CVT); 4- tốc độ góc trục thứ cấp CVT; 5- mô men bánh xe ; 6- tỷ số truyền CVT; (*)-kết khảo sát sử dụng cảm biến mô men lắp đường truyền lực Thời gian ổn định hệ thống hai phương án bố trí cảm biến Tuy nhiên sử dụng cảm biến lực giúp cho trình điều khiển tỷ số truyền CVT nhanh, xác phù hợp với LHM có tải trọng biến động lớn Trong phương mơ phỏng, khảo nghiệm 17 sử dụng cảm biến lực để điều khiển tỷ số truyền CVT 4.3 Ảnh hƣởng hệ thống tự động điều khiển tỷ số truyền đến tính chất hoạt động máy kéo Ảnh hưởng hệ thống tự động điều khiển tỷ số truyền đến tính chất hoạt động máy kéo dược xem phản ứng hệ thống điều khiển tỷ số truyền, thông số động học động lực học LHM tải trọng thay đổi Mơ hình động lực học LHM cày với máy kéo truyền lực vơ cấp phân tầng hình 3.5 mô phần mền Matlab-Simulink khảo sát trường hợp đặc trưng cản cày 4.3.1 Liên hợp với cày trụ Kết khảo sát cày trụ vào vùng đất cứng thể hình 4.3 Hình 4.3 Khảo sát với lực cản cày tăng vào vùng đất cứng Khi tải trọng trung bình tăng 800N, tỷ số truyền CVT điều khiển thay đổi từ giá trị trung bình 1,1 lên 1,6 Điểm làm việc động điều chỉnh gần điểm làm việc lựa chọn Do thay đổi lớn tải trọng nên độ trượt LHM lúc tải lớn lên tới 50% 4.3.2 Liên hợp với cày chảo Cày chảo sử dụng phổ biến khâu làm đất nhờ kết cấu đơn giản, hiệu suất hoạt động cao Kết khảo sát với cày chảo vào vùng đất mền thể hình 4.4 18 Hình 4.4 Khảo sát với lực cản cày chảo vào vùng đất mềm Nhận xét: Khi tải trọng thay đổi, tỷ số truyền CVT đáp ứng tốt với thay đổi tải, động việc ổn định, tùy theo giá trị lực cản mà độ trượt LHM từ 10 đến 32% Chƣơng NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.1 Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu thực nghiệm nhằm kiểm chứng mô hinh mô xác định, đánh giá thông số trình truyền động điều khiển tự động tỷ số truyền CVT van đóng ngắt điện - thủy lực cho máy kéo nông nghiệp cỡ nhỏ 5.2 Thiết kế, Chế tạo mơ hình thí nghiệm Trên sở mục đích thí nghiệm, tiến hành tính tốn thiết kế chế tạo, lựa chọn phần tử hệ thống thí nghiệm lắp ráp hồn thiện xưởng thí - thực nghiệm trường Đại học Cơng nghiệp Việt – Hung 5.3 Tổ chức thí nghiệm Trong thí nghiệm, đối tượng nghiên cứu tính chất truyền động truyền đai vơ cấp tính chất điều khiển - điều chỉnh điều khiển tỉ số truyền thủy lực sử dụng van đóng ngắt 3/3 tải trọng ngồi thay đổi 19 5.3.1 Thí nghiệm hệ thống điều khiển tỷ số truyền vô cấp tay Mục đích thí nghiệm nhằm đánh giá khả điều khiển tỷ số truyền CVT hệ thống thủy lực Phương án thí nghiệm: Giữ cố định tải trọng vị trí tay thước nhiên liệu, cấp xung điều khiển cho van đóng ngắt 3/3 để thực hành trình cấp dầu xả dầu từ xi lanh thùng Tiến hành thí nghiệm với vị trí van tiết lưu hệ thống điều khiển thủy lực Kết thí nghiệm: đồ thị biểu diễn mối quan hệ tỷ số truyền, tốc độ quay hai trục CVT theo thời gian (hình 5.1, 5.2) Hình 5.1 Kết thí nghiệm giảm tỷ số truyền Hình 5.2 Kết thí nghiệm tăng tỷ số truyền Nhận xét: Trong phương án thí nghiệm, thơng số thu nhận phản ánh 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 20 xuống 1,2 hết 0,75 giây Cùng dải thay đổi tỷ số truyền CVT, hành trình giảm tỷ số truyền - tức hành trình tác động hệ thống điều khiển thủy lực - lớn hành trình tăng tỷ số truyền hành trình tác động trả nhờ lực lị xo 5.3.2 Thí nghiệm điều khiển tự động tỷ số truyền vơ cấp Mục đích thí nghiệm: đánh giá khả điều khiển tự động tỷ số truyền CVT hệ thống điều khiển tải trọng ngồi thay đổi Phương án thí nghiệm: Giữ cố định vị trí tay thước nhiên liệu (mức ga khơng đổi), tiến hành thay đổi tải trọng cách thay đổi vị trí van tiết lưu đóng ngắt van điện từ 2/2 hệ thống tạo tải Giá trị mô men cản thông qua thay đổi áp suất chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ cảm biến thơng số vào cho điều khiển Kết thí nghiệm: đồ thị biểu diễn mối quan hệ tỷ số truyền CVT, tốc độ quay hai trục CVT theo thời gian tải trọng thay đổi (hình 5.3) Hình 5.3 Kết thí nghiệm ĐKTĐ tỷ số truyền vơ cấp Nhận xét: Khi thực phương án thay đổi tải trọng, hệ thống tự động điều khiển tỷ số truyền CVT theo yêu cầu 21 toán Sự đáp ứng hệ thống tải trọng tăng tốt tải trọng giảm, độ trễ điều khiển tăng tải 0.12 giây, giảm tải hết 0,4 giây Điều giải thích hệ thống thủy lực thí nghiệm khơng sử dụng phương án ổn định áp suất, nên tác động áp suất hệ thống tăng từ lên áp suất đủ lớn để ép đĩa di động bánh đai 5.3.3 Thí nghiệm đối chứng đánh giá độ tin cậy mơ hình mơ Để kiểm chứng kết mức độ xác kết mơ thí nghiệm, kết thí nghiệm so sánh với kết mô đồ thị với điều kiện thông số vào trình điều khiển thực hai mơ hình Thơng số vào thí nghiệm tải trọng thông số tỷ số truyền tốc độ góc CVT Mục tiêu so sánh khác biệt trình điều khiển độ trễ điều khiển mơ hình thực tế mơ hình mơ Thí nghiệm đối chứng thực hai phương án tăng giảm tải trọng, kết thể hình 5.4 5.5 iCVT Nm Kết imô CV Kết T thực nghiệm 45 MC 30 iCV 15 T Rad/s ω1 200 ω2 3.0(s) 0.5 1.0 1.5 2.0 100 2.5 Hình 5.4 Kết đối chứng với phƣơng án tăng tải 22 iCVT Nm Kết mô Kết thực nghiệm MC 45 30 iCVT 15 Rad/s ω1 ω2 200 100 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0(s) Hình 5 Kết đối chứng với phƣơng án giảm tải Nhận xét: kết thực nghiệm cho thấy tính chất truyền động điều khiển phản ánh dạng với kết mô Thời gian thay đổi tỷ số truyền thời gian trễ thực nghiệm lớn mô Cùng khoảng thay đổi tỷ số truyền (i=0,5), trình điều khiển tính từ tải trọng tăng đến kết thúc điều khiển, thực nghiệm tăng tải hết 0,5 giây phù hợp với kết mô phỏng, giảm tải hết 1,1 giây 0,2 giây KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận 1) Mơ hình mơ động lực học máy kéo truyền lực vô cấp phân tầng liên hợp với MNN xây dựng luận án mô tả đầy đủ kết cấu, hoạt động tác động qua lại phần tử Máy kéo – Máy cày – Đất canh tác Mơ hình sử dụng để khảo sát linh hoạt hệ thống theo điều kiện thay đổi tải trọng mức ga để đánh giá tính chất điều khiển truyền động LHM 2) Thiết bị thí nghiệm thử nghiệm tốt phương án điều khiển tỷ số truyền khảo sát phương án thay đổi tải, sử dụng để kiểm chứng kết mô tạo sở thực tiễn cho việc xây dựng chương trình điều khiển tỉ số truyền cho máy kéo truyền lực VCPT 23 3) Hệ thống thủy lực với van đóng ngắt điện từ 3/3 sử dụng để điều khiển tự động tỷ số truyền truyền động vô cấp đai thang rộng cách thay đổi lực ép bánh đai chủ động, bánh đai bị động tự lựa nhờ lực lị xo Sử dụng nguồn thủy lực có lưu lượng không đổi tạo độ trễ điều khiển lớn so với hệ thống thủy có áp suất khơng đổi 0,8 giây, thực tiễn nên sử dụng nguồn thủy lực có áp suất khơng đổi để điều khiển tỷ số truyền CVT nhằm giảm thời gian điều khiển 4) Máy kéo với hệ thống truyền lực vô cấp phân tầng giúp cho động làm việc ổn định điểm làm việc lựa chọn tải trọng biến động lớn (biên độ dao động lực cản cày 1500N mơ men động dao động vị trí lựa chọn với biên độ 3,5Nm) làm sở cho việc tối ưu liên hợp máy nhằm nâng cao suất, giảm chi phí nhiên liệu 5) Truyền lực vơ cấp phân tầng điều khiển tự động tỷ số truyền hệ thống thủy lực sử dụng van đóng ngắt điện từ ứng dụng tốt cho máy kéo nhỏ với chi phí đầu tư thấp, phù hợp với cơng nghệ chế tạo Việt Nam Đề nghị 1) Do kinh phí thực cịn hạn chế nên hệ thống điều khiển thủy lực thiết bị thí nghiệm sử dụng lưu lượng không đổi, điều làm tăng thời gian điều khiển tỷ số truyền truyền.Thiết bị thí nghiệm cần đầu tư, sử dụng hệ thống thủy lực có áp suất khơng đổi để tiến hành thí nghiệm nhằm đánh giá tiêu trí khác truyền lực VCPT 2) Tiếp tục nghiên cứu truyền động vô cấp phân tầng cho máy kéo nhỏ thực vận chuyển đường tạo sở lý thuyết cho việc chế tạo máy kéo nhỏ truyền lực VCPT Việt Nam 24 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Bùi Việt Đức Nguyễn Công Thuật (2011) Ứng dụng truyền vô cấp cho máy kéo công suất nhỏ sản suất Việt Nam, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số đặc biệt: 48-52 Bùi Việt Đức Nguyễn Cơng Thuật (2013) Khảo sát q trình thay đổi tỷ số truyền truyền động đai rộng vô cấp máy kéo công suất nhỏ, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số đặc biệt: 195-198 Nguyễn Công Thuật, Bùi Việt Đức Bùi Hải Triều (2013) Điều khiển tỷ số truyền truyền động vơ cấp nhờ van tùy động cấp, Tạp chí Khoa học Phát triển, Số 5: 745-750 Nguyễn Công Thuật, Bùi Việt Đức Bùi Hải Triều (2013) Điều khiển tỷ số truyền truyền động vô cấp nhờ van đóng ngắt điện từ 3/3, Tạp chí Cơng nghiệp nông thôn, số10: 42-45 Nguyễn Công Thuật, Bùi Việt Đức, Bùi Hải Triều Đào Chí Cường (2013) Mơ hình thí nghiệm tính chất truyền động điều khiển truyền động đai vô cấp cho máy kéo cơng suất nhỏ, Tạp chí Giao thơng vận tải, Số 11: 39-41 Nguyễn Công Thuật Bùi Hải Triều (2013) Mơ hình mơ tính chất hoạt động điều khiển máy kéo truyền động vô cấp phân tầng, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 10: 15-19 ... hóa theo mục tiêu nghiên cứu luận án Thời gian nghiên cứu: từ tháng năm 2011 đến tháng năm 20 14 Đóng góp luận án - Xây dựng mơ hình mơ động lực học máy kéo truyền lực vô cấp phân tầng liên hợp... kéo nhỏ bốn bánh truyền lực vô cấp phân tầng Việt Nam Giả thuyết vấn đề nghiên cứu Trên sở kết cấu hệ thống truyền lực máy kéo nhỏ, thay truyền động đai thang truyền thống truyền động vô cấp đai... truyền lực vô cấp phân tầng - Xác định phương án điều khiển tự động tỉ số truyền truyền động vô cấp hệ thống thủy lực sử dụng van đóng ngắt tạo lực ép tác động vào bánh đai chủ động, bánh đai bị