Đang tải... (xem toàn văn)
Tên Luận án: Nghiên cứu tính năng kéo bám của hệ thống di động xích máy nông nghiệp tự hành 2. Thông tin về nghiên cứu sinh: Họ và tên nghiên cứu sinh: ĐÀO HỮU ĐOÀN Năm nhập học: 2009 Năm tốt nghiệp 2014 Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 62.52.01.03 Chức danh khoa học, học vị và tên người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế PGS.TS. Nông Văn Vìn Cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt nam 3. Giới thiệu tóm tắt luận án: Luận án này trình bày mô hình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm xác định tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su trên đất phù sa sông Hồng, Việt Nam có độ ẩm cao. Trên cơ sở mô hình lý thuyết xây dựng mô hình toán từ đó khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng đến tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su. Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện là cơ sở thực tiễn nhằm hoàn thiện mô hình nghiên cứu lý thuyết đồng thời dùng để khẳng định độ tin cậy và chính xác của mô hình nghiên cứu của luận án. 4. Đóng góp mới về mặt học thuật, lý luận của luận án + Luận án góp phần hoàn thiện về mặt lý thuyết tương tác đấtmáy, đây là mối quan hệ phức tạp khi nghiên cứu về tính chất kéo bám của máy kéo xích trên nền đất nông nghiệp độ ẩm cao. Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần hoàn thiện cơ sở tính toán, thiết kế và chế tạo máy kéo xích ở trong nước, làcơ sở khoa học để hướng dẫn sử dụng máy kéo xích cao su trong sản suất nông nghiệp ở Việt Nam. Ngoài ra luận án còn là tài liệu tham khảo hữu ích cho học sinh sinh viên, cho cán bộ kỹ thuật hoạt động trong lĩnh vực cơ khí hóa nông lâm nghiệp. + Phương pháp nghiên cứu của luận án kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, luận án đã ứng dụng các thành tựu của khoa học kỹ thuật về kỹ thuật số, về cơ học đất và phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện. Luận án đã giải quyết được mục tiêu đặt ra là xác định được tính chất kéo bám của hệ thống di động xích cao su trong mối quan hệ phực tạp giữa xích với nền đất độ ẩm cao. + Mô hình thực nghiệm của luận án có thể ứng dụng để xác định các thông số đặc trưng về tính chất cơ lý của đất như: hệ số lún tĩnh, hệ số ứng suất tiếp, hệ số lún trượt vv... dùng trong mô hình lý thuyết cũng như đánh giá tính chất kéo bám của máy kéo xích mới thiết kế chế tạo và độ tin cậy của mô hình nghiên cứu lý thuyết.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO HỮU ĐOÀN NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG KÉO BÁM CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG XÍCH MÁY NÔNG NGHIỆP TỰ HÀNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ HÀ NỘI – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO HỮU ĐOÀN NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG KÉO BÁM CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG XÍCH MÁY NÔNG NGHIỆP TỰ HÀNH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ : 62 52 01 03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN NGỌC QUẾ 2. PGS.TS. NÔNG VĂN VÌN HÀ NỘI – 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2015 Tác giả luận án Đào Hữu Đoàn ii LỜI CẢM ƠN Với tất cả lòng chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế và PGS.TS. Nông Văn Vìn, Học viện Nông Nghiệp Việt Nam đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ để tôi hoàn thành bản luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy trong ban lãnh đạo, tập thể cán bộ giáo viên Khoa Cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Ban Giám hiệu và các đơn vị, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, Ban Giám hiệu và các đơn vị, Trường Cao đẳng Nghề Bắc Giang đã giúp đỡ về chuyên môn cũng như tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp và đặc biệt các thành viên trong gia đình đã giúp đỡ, ủng hộ và động viên để tôi hoàn thành bản luận án này. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận án Đào Hữu Đoàn iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt vi Danh mục bảng x Danh mục hình xi MỞ ĐẦU 1 1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1 2 Mục tiêu nghiên cứu 3 3 Đối tượng nghiên cứu 3 4 Nhiệm vụ của luận án 3 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 3 6 Những đóng góp mới của luận án 4 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 6 1.1 Tính chất cơ lý của đất 6 1.1.1 Các tính chất vật lý của đất 6 1.1.2 Các tính chất cơ học của đất 8 1.2 Tổng quan về xích máy kéo nông nghiệp 11 1.2.1 Xích cứng 12 1.2.2 Xích mềm 12 1.3 Nghiên cứu trên thế giới về tính chất kéo bám của hệ thống di động xích 13 1.3.1 Phân bố ứng suất của đất dưới tải trọng xe 14 1.3.2 Ứng dụng của lý thuyết cân bằng dẻo đối với tương tác máy-đất 16 1.3.3 Phương pháp thực nghiệm xác định tính chất kéo bám của máy kéo xích 22 1.3.4 Xác định ứng suất và biến dạng của đất 24 1.3.5 Một số nghiên cứu về hệ thống di động xích mềm ở ngoài nước 30 1.4 Một số kết quả nghiên cứu về xe xích ở Việt Nam 33 1.5 Kết luận chương và nhiệm vụ của luận án 35 iv Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 2.1 Nghiên cứu lý thuyết 37 2.1.1 Phương pháp mô hình hóa 37 2.1.2 Phương pháp xác định tính chất kéo bám máy kéo xích cứng 41 2.1.3 Phương pháp mô hình hóa xác định tính chất kéo bám của hệ thống di động xích mềm 44 2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 50 2.2.1 Mục tiêu và nhiệm vụ của nghiên cứu thực nghiệm 50 2.2.2 Thực nghiệm xác định các thông số đầu vào cho mô hình nghiên cứu lý thuyết 52 2.2.3 Nghiên cứu thực nghiệm xác định tính chất kéo bám của máy kéo xích với hệ thống di động xích cao su 59 2.3 Kết Luận chương 2 63 Chương 3 MÔ HÌNH LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT KÉO BÁM CỦA MÁY KÉO XÍCH CAO SU 65 3.1 Đặt vấn đề 65 3.2 Mô hình lý thuyết xác tính chất kéo bám của hệ thống xích cứng 67 3.2.1 Mô hình vật lý 67 3.2.2 Mô hình toán 69 3.3 Mô hình xác định tính chất kéo bám của hệ thống di động xích cao su 77 3.3.1 Tính phân bố áp suất tiếp xúc dưới dải xích cao su p’ i (X) 77 3.3.2 Tính lực đẩy P’ k 79 3.3.3 Tính lực cản lăn P’ f 80 3.3.4 Tính độ lệch của tâm áp lực e’ 0i 80 3.3.5 Phương trình cân bằng công suất và hiệu suất kéo 80 3.4 Lưu đồ tính 81 3.5 Khảo sát tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su thiết kế mới B2010 83 3.5.1 Thông số kỹ thuật của xe 83 3.5.2 Hệ số thực nghiệm phụ thuộc loại đất 84 3.5.3 Một số kết quả mô phỏng tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su 85 3.6 Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng đến tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su 89 v 3.6.1 Ảnh hưởng của trọng lượng G 89 3.6.2 Ảnh hưởng của bề rộng dải xích B và chiều cao mấu xích h (B/h) 92 3.6.3 Ảnh hưởng của lực căng xích T 0 đến chất lượng kéo bám 94 3.6.4 Ảnh hưởng của khoảng cách bánh đè xích lp đến chất lượng kéo bám 97 3.7 Kết luận chương 3 100 Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 101 4.1 Đặt vấn đề 101 4.2 Xác định các thông số đầu vào cho mô hình nghiên cứu lý thuyết 101 4.2.1 Xác định các thông số của mô hình đất 101 4.2.2 Xác định các thông số kết cấu và kỹ thuật của máy kéo xích cao su 110 4.3 Nghiên cứu thực nghiệm tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su B2010 116 4.3.1 Mô hình thí nghiệm 116 4.3.2 Mô hình vật lý 117 4.3.3 Thiết bị đo 118 4.3.4 Thiết kế và chế tạo thiết bị lắp ráp dụng cụ đo mômen 121 4.3.5 Thiết bị chuyển đổi Analog – Digital (Card A/D) và phần mềm DASYLab 125 4.4 Quy trình thí nghiệm 125 4.5 Kết quả thí nghiệm 126 4.6 Tính toán các số liệu thí nghiệm 128 4.6.1 Xác định các thành phần lực, mô men và độ trượt 128 4.6.2 Xử lý số liêu 130 4.6.3 So sánh kết quả nghiên cứu lý thuyết với kết quả nghiên cứu thực nghiệm 133 4.7 Kết luận chương 4 134 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 136 1 Kết luận 136 2 Để nghị 137 Danh mục công trình đã công bố liên quan đến luận án 138 Tài liệu tham khảo 139 Phụ lục 145 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị τ Ứng suất cắt của đất kPa α Góc lệch tâm của bánh sau Rad σ Ứng suất pháp của đất kPa η Hiệu suất kéo % γ s Trọng lượng riêng của đất N/m 3 β Góc lệch tâm của bánh trước Rad ω k Vận tốc góc bánh sao chủ động Rad/s δ Độ trượt của dải xích so với nền đất % θ f Góc tiếp xúc của bánh dẫn hướng Rad θ r Góc tiếp xúc của bánh chủ động Rad θ t0 Góc nghiêng của xe Rad a Hệ số biến dạng cắt phụ thuộc loại đất tương tác với xích 1/cm 2 c 0 Hệ số lún trượt phụ thuộc loại đất tương tác với xích cm 2c1 - c2+1 /N c1 c 1 Hệ số mũ lún trượt phụ thuộc loại đất tương tác với xích - c 2 Hệ số mũ lún trượt phụ thuộc loại đất tương tác với xích - CI Chỉ số nón e Độ lệch của tọa độ trọng tâm xe m e 0 Độ lệch tâm tương đối của phản lực đất Z m E 1 Năng lượng do lực P 1 gây ra kNm/s E 2 Năng lượng do lực P f gây ra kNm/s E 3 Năng lượng do lực P k gây ra kNm/s E 4 Năng lượng do lực P m gây ra kNm/s F Lực kéo kN F ca Lực bám dính của đất kN F d Lực kéo ở móc kéo kN F max Lực kéo cực đại kN F p Phản lực của đất kN vii G Trọng lượng xe (Tải trọng pháp) kN h Chiều cao vấu xích m h g Chiều cao tọa độ trọng tâm xe m j Khoảng trượt của mấu xích m K Mô đun biến dạng cắt k 1 Hệ số lún 1 phụ thuộc loại đất tương tác với xích - k 2 Hệ số lún 2 phụ thuộc loại đất tương tác với xích - K pc, K pq Hệ số hàm góc ma sát trong của đất K r Tỷ lệ của ứng suất tiếp dư τ r trên ứng suất tiếp tối đa τ max K ω Khoảng trượt ở ứng suất tiếp đạt cực đại τ max m c Hệ số kết dính phụ thuộc loại đất tương tác với xích kPa m f Hệ số ma sát phụ thuộc loại đất tương tác với xích - MI Chỉ số di động M k Mô men xoắn tác động lên bánh sao chủ động kNm MMP Áp suất tối đa trung bình kPa n 1 Hệ số mũ 1 lún phụ thuộc loại đất tương tác với xích - n 2 Hệ số mũ 2 lún phụ thuộc loại đất tương tác với xích - N c hệ số khả năng chịu lực Terzaghi c N q hệ số khả năng chịu lực Terzaghi q N γ hệ số khả năng chịu lực Terzaghi γ p Áp suất tiếp xúc dưới dải xích kPa P 1 Lực chủ động tác động lên phần dưới của dải xích. kN p f Áp suất tiếp xúc dẫn hướng, kPa P f Lực cản nén tác động theo chiều ngang tại độ sâu z phần trước của xích kN p f0 Áp suất tiếp xúc tĩnh dưới điểm trước tiên của phần chính dải xích kPa P fb Lực thành phần của lực đẩy P k tác dụng lên đỉnh mấu phần bánh dẫn hướng kN P k Tổng lực đẩy tác dụng vào dải xích chưa biến dạng kN viii p m Áp suất tiếp xúc trung bình dưới dải xích kPa P m Lực chủ động có ích tác động theo chiều ngang qua điểm đặt lực ở móc kéo kN P mb Lực thành phần của P k tác dụng lên đỉnh mấu phần chính dải xích kN P ms Lực thành phần của P k tác dụng cạnh mấu phần chính dải xích kN p r Áp suất bánh xích sau kPa p r0 Áp suất tiếp xúc tĩnh dưới điểm sau cùng của phần chính dải xích kPa P rb Lực thành phần của P k tác dụng lên đỉnh mấu phần bánh sau kN P rs Lực thành phần của P k tác dụng lên cạnh máu phần bánh dẫn hướng kN P s Tác dụng theo chiều dọc theo hàng của bánh đè kN P sf Lực thành phần của P k tác dụng lên cạnh mấu phần bánh sau kN R c Lực cản đất kN RCI Chỉ số nón danh nghĩa R f Bán kính bánh dẫn hướng m RI Chỉ số nén lại R k , Bán kính chia của bánh sao chủ động m R r Bán kính bánh sau m s 0 Độ lún tĩnh của dải xích m s 0 (X) Độ lún tĩnh tại điểm khảo sát X m s f0 Lượng lún tĩnh điểm đầu của dải xích tiếp xúc với đất m s r0 Lượng lún tĩnh điểm sau của dải xích tiếp xúc với đất m s s Độ lún trượt của dải xích m t Bước vấu xích m T Lực căng xích kN T 0 Lực căng xích ban đầu kN V Vận tốc thực của xe m/s V’ Vận tốc lý thuyết m/s V s Vận tốc trượt của xe m/s W’ ct Lực phá hỏng do cắt cục bộ của dải xích kN [...]... kết cấu của máy kéo xích cũng như tối ưu hóa một số thông số cơ bản của máy kéo xích cao su chế tạo ở điều kiện Việt Nam Luận án Nghiên cứu tính năng kéo bám của hệ thống di động xích máy nông nghiệp tự hành là một công trình nghiên cứu sâu về tính chất 3 kéo bám của hệ thống di động xích cao su trên các máy nông nghiệp tự hành Mặc dù quan hệ đất -máy, đặc biệt là quan hệ giữa hệ thống di động xích cao... tiêu nghiên cứu Xây dựng chương trình tính toán xác định tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su, cho phép khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng đến tính chất kéo bám của máy kéo xích từ đó góp phần hoàn thiện các thông số kết cấu đối với máy kéo xích cao su chế tạo trong nước 3 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là xác định tính chất kéo bám của hệ thống di động. .. dung của luận án đi sâu nghiên cứu hệ thống di động xích đai cao su làm việc trên đất nông nghiệp 1.3 Nghiên cứu trên thế giới về tính chất kéo bám của hệ thống di động xích Nghiên cứu về hiệu suất của xe xích liên quan đến địa hình hoạt động của nó đã được biết đến như "cơ học đất" Bekker (1956, 1960, 1969); Wong (1989) cho rằng các tính chất cơ lý của đất ảnh hưởng quyết định đến khả năng di chuyển của. .. Lực chủ động của máy kéo (lực kéo tiếp tuyến), lực kéo có ích (lực kéo ở móc), hiệu suất kéo, độ trượt của máy kéo và chi phí nhiên liệu riêng Trong những năm qua, có nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau, phạm vi từ nghiên cứu lý thuyết đến nghiên cứu thực nghiệm, để xác định các tính chất kéo bám của hệ thống đi động xích trên một nền đất đã cho Để xác định được tính chất kéo bám của máy kéo xích, ... thống di động xích cao su trên máy kéo mới thiết kế và chế tạo trong nước (mẫu thử nghiệm - B2010) khi máy kéo này làm việc trên đất phù xa sông Hồng 4 Nhiệm vụ của luận án Nghiên cứu xây dựng mô hình vật lý và mô hình toán phản ánh tương tác giữa hệ thống di động xích cao su của máy kéo với đất nông nghiệp Mô phỏng tính chất kéo bám của hệ thống di động xích có kể đến các tính chất đặc trưng của đất cũng... sản phẩm nông nghiệp, giống cây trồng, phân bón, và các vật liệu khác trong nông nghiệp nông thôn Vì vậy để công nghiệp hóa và hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn, máy kéo xích nòi riêng và máy kéo nói chung đóng một vai trò hết sức quan trọng và không thể thiếu trong nền sản xuất lớn mang tính công nghiệp Dựa vào kết cấu hệ thống di động, máy kéo gồm hai loại chính là máy kéo bánh và máy kéo xích Mỗi... năng di chuyển của máy kéo xích Hiểu biết đầy đủ về các tính chất cơ lý của đất cũng như phản ứng của đất khi bộ phận di động của máy tác động vào là những kiến thức mang tính kinh điển cũng như những lý thuyết cơ bản khi tính toán, thiết kế 13 và chế tạo hệ thống di động của máy kéo nói chung và máy kéo xích nói riêng Điều này, tương tự như vai trò của khí động học trong sự phát triển của ngành hàng không... trợ của máy tính kỹ thuật số, xác định được các tính chất kéo bám của hệ thống di động xích cao su - Xây dựng được mô hình nghiên cứu thực nghiệm, chế tạo và hoàn thiện mô hình, ứng dụng các thiết bị đo hiện đại và hợp lý, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định một số thông số cho mô hình toán cũng như xác định được tính chất kéo bám của máy kéo xích cao su, từ đó sử dụng một vài tính chất kéo bám. .. đất, như đã trình bày ở trên, tính chất cơ lý của đất là rất phức tạp và có hàng loạt các thông số cần phải xác định bằng thực nghiệm, vì vậy khi xây dựng mô hình nghiên cứu tính chất kéo bám của hệ thống di động xích, cần xây dựng được mô hình nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Để đánh giá khả năng làm việc của hệ thống di động của một máy kéo thiết kế là tốt hay xấu... bám để đánh giá độ tin cậy mô hình nghiên cứu lý thuyết 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Tính chất kéo bám của máy kéo là một trong những tính chất quan trọng nhất của máy kéo Việc nghiên cứu thành công luận án không chỉ dùng để đánh giá tính chất kéo bám của đối tượng nghiên cứu là máy kéo xích cao su B2010 mới chế tạo ở trong nước, mà ý nghĩa khoa học của luận án chính là cơ sở khoa học . cấu của máy kéo xích cũng như tối ưu hóa một số thông số cơ bản của máy kéo xích cao su chế tạo ở điều kiện Việt Nam. Luận án Nghiên cứu tính năng kéo bám của hệ thống di động xích máy nông. nông nghiệp tự hành là một công trình nghiên cứu sâu về tính chất 4 kéo bám của hệ thống di động xích cao su trên các máy nông nghiệp tự hành. Mặc dù quan hệ đất -máy, đặc biệt là quan hệ. DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO HỮU ĐOÀN NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG KÉO BÁM CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG XÍCH MÁY NÔNG NGHIỆP TỰ HÀNH LUẬN