Đang tải... (xem toàn văn)
Luận án nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống máy kéo, máy cày đất canh tác góp phần xây dựng những cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế, cải tiến và tối ưu hóa chế độ làm việc của Liên hiệp máy cày ngầm trên đất lâm nghiệp ở Việt Nam.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM ĐOÀN VĂN THU NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ SỬ DỤNG ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU LÀM VIỆC CỦA LIÊN HỢP MÁY CÀY NGẦM TRONG LÂM NGHIỆP Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị lâm nghiệp Mã số: 62 52 14 05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2010 Cơng trình hồn thành tại: Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Người hướng dẫn: - PGS.TS Bùi Hải Triều - PGS.TS Đỗ Hữu Quyết Phản biện 1: PGS.TS Nơng Văn Vìn, Trường Đại học Nơng nghiệp I Phản biện 2: PGS.TS Vũ Đức Lập, Học viện Kỹ thuật Quân Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Khắc Trai, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện Họp tại: Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Vào hồi 30’, ngày 11 tháng 11 năm 2010 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CƠNG BỐ Đồn Văn Thu (2006), Ảnh hưởng biện pháp kỹ thuật làm đất giới đến sinh trưởng phát triển rừng trồng Bạch đàn Urophylla, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nông thôn Phát triển nông thôn, ISSN 0866 – 7020, số 7/2006 Bùi Hải Triều, Đoàn Văn Thu (2009), Nghiên cứu xác định lực cản cày ngầm canh tác đất lâm nghiệp, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nông thôn, ISSN 0866 – 7020, số 6/2009 Đoàn Văn Thu (2009), Ảnh hưởng số yếu tố cấu trúc sử dụng đến thành phần lực cản cày ngầm, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nông thôn, ISSN 0866 – 7020, số 8/2009 Đoàn Văn Thu, Bùi Hải Triều (2010), Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định đặc tính động lực máy kéo lắp biến mô thủy động, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn, ISSN 0866 – 7020,số 6/2010 Đoàn Văn Thu (2009), Kết nghiên cứu cải tiến thiết bị hồn thiện cơng nghệ làm đất trồng rừng cho vùng đồi thấp miền Bắc Việt Nam, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Lâm nghiệp phía Bắc, NXB Nơng nghiệp, 10/2009 Đồn Văn Thu (2010), Kết nghiên cứu xây dựng đặc tính kéo bám máy kéo Komatsu D65A-8 hoạt động đất lâm nghiệp, Tạp chí Khoa học Lâm nghiệp, ISSN: 1859 - 0373, số 2/2010 -1- Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình giới làm đất lâm nghiệp 1.1.1 Cơ giới hóa làm đất trồng rừng giới Cơ giới làm đất lâm nghiệp nhiều nước giới quan tâm, hệ thống thiết bị máy móc đại, có tính chun dụng nghiên cứu ứng dụng sản xuất Ở Quốc gia phát triển như: Mỹ, Liên Xô cũ, Australia, Thuỵ Điển, Đức, Canada, Brazil công việc làm đất trồng rừng chủ yếu thực giới Các chủng loại máy kéo có cơng suất lớn đại như: Fiat, Komatsu, Bofort, Caterpilar, TZ-171, T-130 với thiết bị chuyên dụng: Ben ủi, rà rễ, máy phát dọn thực bì, Rulơ có gắn lưỡi cắt để xử lý thực bì; cày ngầm, cày lật, phay đất, khoan hố sử dụng để làm đất trồng rừng 1.1.2 Đặc điểm tình hình giới làm đất trồng rừng nước Ở nước ta, khâu canh tác lâm nghiệp nghiên cứu áp dụng với nhiều phương thức mức độ khác nhằm nâng cao suất, chất lượng khâu công việc sản xuất Những năm gần đây, số loại thiết bị máy móc đại như: Komatsu D53A, D53P, D65A, D85A, Caterpilar, TZ-171 với thiết bị canh tác kèm theo nhập ứng dụng vào sản xuất Công nghệ làm đất trồng rừng phổ biến là: Sử dụng liên hợp máy (LHM) kéo xích cơng suất 150 – 200ml với ben ủi khung rà rễ xử lý thực bì tồn diện theo băng, sau cày ngầm cày theo đường đồng mức để trồng Về liên hợp Máy kéo xích – Cày ngầm làm đất trồng rừng số tác giả quan tâm nghiên cứu, kết nghiên cứu phần bổ sung hoàn thiện kết cấu lựa chọn chế độ sử dụng thích hợp, nâng cao hiệu sử dụng LHM Mặc dù vậy, nghiên cứu giải phần LHM nghiên cứu, chưa đề xuất mơ hình LHM hồn chỉnh theo hướng tối ưu hố 1.2 Đặc điểm LHM cày ngầm làm đất trồng rừng Cày ngầm loại cày không lật, làm việc thân cày tạo rãnh đất tơi xốp có độ sâu từ 50 ÷ 60 cm để trồng Các mẫu cày ngầm có từ đến thân lắp vị trí thích hợp dàn cày, liên kết với máy kéo qua cấu treo, điều khiển nâng hạ xy lanh thủy lực Mũi cày có dạng hình nêm thẳng nêm có cánh, góc nâng đất trung bình từ 27 350 1.3 Những nghiên cứu LHM làm đất lâm nghiệp 1.3.1 Nghiên cứu tính ổn định ngang LHM Khi nghiên cứu ổn định máy kéo xích làm đất trồng rừng miền Bắc Việt Nam, TS Nguyễn Can đưa giới hạn độ ổn định lật máy kéo làm việc sườn dốc theo cấp lực kéo chung cho loại máy kéo 1.3.2 Nghiên cứu tính chất kéo bám Các cơng trình nghiên cứu tính chất kéo bám khẳng định rằng, tương tác hệ thống di động xích đất phức tạp, khả kéo bám máy kéo xích phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Cấu tạo di động xích, phân bố trọng lượng bám trạng thái hoạt động LHM, đặc điểm địa hình lý tính đất 1.3.3 Nghiên cứu lực cản cày ngầm Lực cản cày trường hợp tổng qt tính theo cơng thức V.P Goriatkin: (1-1) P = K0.a.b + G.f + ε a.b.v2 Đối với cày ngầm, khơng có bánh tựa đồng khơng phí lượng lật đất, nên sử dụng cơng thức rút gọn V.P Goriatkin P = K0.a.b tính tốn thiết kế thành lập liên hợp cày Các kết nghiên cứu cho thấy, lực cản cày chịu ảnh hưởng yếu tố thuộc về: Kết cấu cày, tính chất lý tính đất chế độ làm việc liên hợp máy cày Tuy nhiên, Việt Nam hệ số lực cản riêng K0 tính chất lực cản cày đất lâm nghiệp chưa nghiên cứu xác định 1.3.4 Nghiên cứu tối ưu hóa LHM -2- Với LHM làm đất, có nhiều cơng trình nghiên cứu phân tích đánh giá quan hệ hệ Máy kéo – Máy cày Đất canh tác nhằm mục đích xác định thơng số hoạt động tối ưu Các nghiên cứu tối ưu hóa khẳng định: Trong điều kiện đất đai xác định, LHM cày đạt điểm làm việc tối ưu điều khiển xác, phù hợp hệ số sử dụng tải trọng động cơ, vận tốc chuyển động bề rộng làm việc máy cày Những hạn chế tồn bản: Chưa có cơng trình nghiên cứu đầy đủ, hệ thống để xác định mơ hình LHM làm đất trồng rừng phù hợp với điều kiện Việt Nam; hệ số lực cản riêng đất cày tính chất lực cản cày đất lâm chưa nghiên cứu xác định; nghiên cứu tối ưu hóa kết cấu sử dụng LHM làm đất trồng rừng chưa quan tâm đầy đủ… Để tiếp tục nghiên cứu cải thiện tính chất hoạt động LHM làm đất trồng rừng, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số kết cấu sử dụng đến tiêu làm việc LHM cày ngầm lâm nghiệp” cần thiết góp phần nâng cao hiệu giới làm đất lâm nghiệp 1.4 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận án Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm phân tích yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống máy kéo - máy cày - đất canh tác góp phần xây dựng sở khoa học cho việc tính tốn thiết kế, cải tiến tối ưu hóa chế độ làm việc LHM cày ngầm đất lâm nghiệp Việt Nam Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống Máy kéo – Máy cày Đất canh tác Nghiên cứu thực nghiệm xác định số yếu tố ảnh hưởng đến tiêu làm việc LHM làm đất lâm nghiệp Phân tích hoạt động LHM cày ngầm trường điều kiện tải trọng biến động mạnh ứng dụng logic mờ điều khiển chế độ làm việc LHM cày ngầm đất lâm nghiệp theo hướng tối ưu Chương CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG MÁY KÉO – MÁY CÀY – ĐẤT CANH TÁC Khi LHM làm đất hoạt động, tiêu suất chi phí lượng phụ thuộc nhiều vào yếu tố kết cấu LHM sử dụng Do vậy, để giảm chi phí lượng cày, nâng cao hiệu sử dụng, cần nghiên cứu đầy đủ yếu tố ảnh hưởng hệ thống “Máy kéo - Máy cày - Đất canh tác” 2.1 Phân bố hao tổn công suất hệ thống Máy kéo – Máy cày - Đất canh tác Các nghiên cứu hệ thống máy kéo – máy cày – đất canh tác cho thấy, công suất qua phần tử hệ thống đáng kể, công suất sử dụng cho phận làm việc máy canh tác vào khoảng 13 – 20% Hiệu suất chung hệ thống cải thiện nhờ điều khiển chọn hợp lý điểm làm việc phần tử 2.2 Động máy kéo Tùy thuộc vào tính chất tải trọng yêu cầu để lựa chọn điểm làm việc động đặc tính ngồi có cơng suất lớn điểm có chi phí nhiên liệu riêng đạt cực tiểu Với LHM cày ngầm làm đất trồng rừng chọn điểm làm việc điểm có chi phí nhiên liệu cực tiểu 2.3 Hệ thống truyền động Hiện nay, hệ thống truyền động số máy kéo đại như: Komatsu D65A, D85A, Fiat có sử dụng biến mơ thủy động, phận giúp cho máy kéo có khả tự điều chỉnh vận tốc làm việc theo điều kiện tải trọng, đảm bảo an toàn qúa tải điều khiển linh động Máy kéo Komatsu D65A lắp biến mô loại phần tử, pha Trong thực tế, máy kéo sử dụng biến mô thủy động chưa đủ để thoả mãn đặc tính kéo bám lý tưởng máy kéo Do máy kéo xe chuyên dụng, biến mô thuỷ động thường kết nối với hộp số phân cấp, thí dụ hộp số hành tinh cấp máy kéo Komatsu D65A-8 2.4 Hệ thống di động quan hệ Đất – Xích -3- 2.4.1 Tính chất truyền cơng suất vùng tiếp xúc Xích – Đất Q trình tương tác Đất – Xích diễn phức tạp, việc xác định trị số phân bố ứng suất vùng tiếp xúc Xích – Đất khó khăn, xuất nhiều yếu tố ảnh hưởng như: Tính chất đất đai, địa hình, kết cấu phận di động tính chất tải trọng máy kéo Do tính chất kéo bám phận di động xích thường dược xác định thực nghiệm 2.4.2 Ảnh hưởng tính chất lý tính đất đến tính chất kéo bám Các tính chất vật lý đất ảnh hưởng lớn đến tính kéo - bám máy kéo là: Cấu trúc thành phần hạt, độ cứng độ ẩm đất.v.v 2.4.3 Tải trọng phân bố tải trọng dải xích Khi LHM kéo xích cày ngầm chuyển động ngang dốc, ngồi trọng lượng máy kéo G, dải xích chịu tác động thành phần thẳng đứng lực cản cày Pcz, cấu treo bị khóa cứng trình làm việc 2.4.4 Ảnh hưởng kết cấu dải xích đến tính chất kéo bám Kết cấu phận di động xích: bề rộng, bước xích, chiều cao mấu bám, ắc xích… có ảnh hưởng đến ma sát, áp suất nén độ biến dạng đất, ảnh hưởng đến khả kéo bám phận di động xích 2.4.5 Tính chất kéo bám phận di động xích dốc ngang Khi máy kéo chuyển động ngang dốc, phần trọng lượng máy kéo tác động lên dải xích G phân làm hai thành phần Gcosβ Gsinβ phản lực tương ứng Z1 Z2 Trong trường hợp lực cản không song song với mặt đất, thành phần thẳng đứng lực cản làm tăng trọng lượng bám cho hai dải xích Khả bám máy kéo phụ thuộc nhiều vào độ dốc, độ dốc tăng trọng lượng bám dải xích phía giảm, Z2 giảm đến giá trị định máy kéo khả bám 2.5 Cơ cấu treo Cày ngầm thường liên hợp với máy kéo qua cấu treo hình bình hành, cày MSR với máy kéo Komatsu D65A-8 thí dụ, sơ đồ cân lực mô men dàn cày mơ tả hình 2.1 Ptr NC Pxl C γ2 b1 E γ2 γ1 Pd b2 B Z hc Q X b3 am Pcx Pcz Hình 2.1: Sơ đồ cân lực môment dàn cày Từ sơ đồ cân lực (hình 2.4) xây dựng hệ phương trình cân lực mơ men cấu treo Pcx= Ptr.sinγ2 + Pxl.sinγ1 - Pd sinγ2 Pcz = Ptr.cosγ2 + Pxl.cosγ1 - Pd cosγ2 Như thơng số hình học cấu treo có ảnh hưởng đến trị số thành phần lực Pcx Pcz 2.6 Hệ thống Máy cày – Đất canh tác 2.6.1 Kết cấu tình trạng kỹ thuật cày ngầm Lực tác động vào thân cày gồm: Lực tác động phá vỡ đất mũi cày P’C lực tác động vào trụ cày PT Chi phí lượng làm biến dạng phá vỡ đất cày phụ thuộc vào độ lớn biến dạng phụ thuộc vào kết cấu hình dạng mũi cày: Góc nâng α, góc mở mũi nêm γ, bề rộng b,… -4- 2.6.2 Tính chất lực cản cày Do tính chất khơng đồng nhất, đá ngầm, gốc rễ lẫn đất, địa hình khơng phẳng… dẫn đến lực cản cày có thay đổi suốt qúa trình cày 2.6.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất lực cản cày Lực cản cày ngầm phụ thuộc vào nhiều yếu tố kết cấu tình trạng kỹ thuật phận làm việc, tính chất lý tính đất, tình trạng mặt nền, độ cày sâu, bề rộng làm việc tốc độ chuyển động liên hợp máy 2.7 Các tiêu làm việc LHM cày ngầm - Năng suất LHM cày ngầm tính theo cơng thức: W = B.v.τ Trong đó: B - bề rộng làm việc, phụ thuộc vào kết cấu dàn cày yêu cầu lâm học: B = T n; đây: T - cự li rạch cày, n - số thân cày - Chi phí nhiên liệu đơn vị diện tích cày tính theo cơng thức: gc = G t = g e N e (kg/ha) Wh Wh Trong đó: Gt - Chi phí nhiên liệu LHM, kg/h; Wh - Năng suất LHM, ha/h; Ne - công suất hiệu dụng động cơ, kW; ge - chi phí nhiên liệu riêng động cơ, kg/kWh Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU LÀM VIỆC CỦA LHM CÀY NGẦM LÀM VIỆC TRÊN ĐẤT LÂM NGHIỆP 3.1 Mục đích nội dung nghiên cứu thực nghiệm Mục đích: Xác định thơng số kỹ thuật, mối quan hệ ảnh hưởng chúng đến tiêu làm việc LHM cày ngầm làm việc đất lâm nghiệp Nội dung: Xác định hệ số thực nghiệm; xây dựng quan hệ, công thức thực nghiệm đặc trưng cho phần tử hệ thống; kiểm chứng bổ sung cho mơ hình lý thuyết; đánh giá tính kỹ thuật tính sử dụng LHM 3.2 Các quan hệ, đặc tính, thơng số tiêu cần xác định - Các quan hệ đặc tính thực nghiệm cần xây dựng: Tính chất lực cản cày ngầm; đặc tính biến mơ - hộp số máy kéo; đặc tính kéo bám hệ thống di động xích máy kéo; - Các thông số, tiêu cần xác định thực nghiệm: Các thành phần lực cản cày Pcx, Pcz, mô men xoắn trục thứ cấp biến mô MT, vận tốc làm việc, chi phí nhiên liệu Gt, số vòng quay động nđc, số vòng quay bánh chủ động nbs tiêu suất, chất lượng làm việc LHM 3.3 Phương pháp đo xác định thông số 3.3.1 Lựa chọn liên hợp máy thí nghiệm Đề tài lựa chọn LHM kéo xích Komatsu D65A-8 với cày ngầm MSR làm đối tượng mơ hình nghiên cứu thực nghiệm 3.3.2 u cầu kỹ thuật thiết bị đo Thiết bị dùng thí nghiệm đo LHM làm đất trồng rừng cần đảm bảo u cầu sau đây: Có độ xác, độ nhạy cao, nhỏ gọn dễ lắp đặt, làm việc ổn định bị ảnh hưởng rung động, nhiệt độ, độ ẩm môi trường… 3.3.3 Xác định lực cản cày ngầm 3.3.3.1 Phương pháp xác định lực cản cày thực nghiệm -5- Lực cản cày ngầm xác định cách tổng hợp lực kéo nén treo lực tác dụng lên xy lanh lực nâng hạ cày Lực kéo nén treo đo cảm biến điện trở biến dạng, áp suất dầu đo cảm biến áp suất 3.3.3.2 Xây dựng hệ thống đo lực cản cày ngầm Để đảm bảo độ nhạy độ xác đo lực kéo nén điện trở biến dạng, treo cày thiết kế lại để khâu đo có độ biến dạng nằm giới hạn đàn hồi trình cày Các khâu đo sau dán tenzo định chuẩn kết nối với hệ thống đo theo sơ đồ hình 3.1 Dasylab R2 Uđ A /D R4 R3 Hình 3.1: Sơ đồ mắc cảmUbiến vào cầu đo để đo lực kéo 1- Thanh kéo; 2- Cảm biến dây điện trở; 3- Cầu đo; 4- Bộ khuếch đại; 5- Bộ chuyển đổi A/D; 6- Máy tính PU 3.3.4 Đo mô men quay trục thứ cấp biến mô thủy động Mô men xoắn MT xác định phương pháp điện trở biến dạng, điện trở dán trực tiếp lên khớp nối trục đăng mắc theo cầu Weatstone đủ để đón nhận tín hiệu biến dạng kéo, nén Tín hiệu đo truyền hệ thống thu phát vô tuyến đến phận thu nhận máy tính (hình 3.2) Hộp pin nguồn R1 R4 R2 R3 Máy truyền phát tín hiệu đo Uđ Uo Dasylab CPU A/D Máy thu tín hiệu đo Hình 3.2: Sơ đồ mắc cảm biến với thiết bị đo RTSE 600 đo Msc 1- Cầu đo điện trở;2- Bộ pin nguồn; 3- Máy truyền phát tín hiệu đo; 4- Máy thu nhận tín hiệu đo; 5- Bộ chuyển đổi A/D; - Máy tính 3.3.5 Xác định thơng số động học - Các thông số động học V, nđc, nbs đo cảm biến đo vận tốc V1, cảm biến quang điện PLT 200 cảm biến Omron E3F-DS10E4 3.3.6 Đo chi phí nhiên liệu LHM Chi phí nhiên liệu đo cảm biến lưu lượng DFL – kết nối đường dẫn nhiên liệu đến bơm cao áp 3.3.7 Định chuẩn khâu đo Các khâu đo sau dán cảm biến định chuẩn thiết bị chuyên dùng Trung tâm Giám định máy thiết bị – Viện Cơ điện Nông nghiệp Công nghệ sau thu hoạch, để đảm bảo độ xác q trình thí nghiệm 3.3.8 Kết nối hệ thống đo xử lý tín hiệu Hệ thống thiết bị đo kết nối máy tính với với cảm biến lắp đặt LHM xác định thơng số đo, tín hiệu truyền qua cổng tương ứng thiết bị chuyển đổi Analog - Digital đến máy tính Hệ thống cho phép xác -6- định đồng thời nhiều thông số kỹ thuật LHM khảo nghiệm có liên quan Worksheet chương trình thí nghiệm để thu thập xử lý tín hiệu đo (Hình 3.3) PC- CARD-: AI Filter 00 Sc aling00 Dig Meter 00 V- ndc- nbs -Gt Write0 Tocdo 2ban00 Ptb- Pbe- Pto Ptb- Pb e- Pt-p Dig Meter 01 Ptb- Pb e- Pt01 PC- CARD-: CT Gt Statistics 01 Hình 3.3: Worksheet chương trình thí nghiệm 3.4 tổ chức thí nghiệm kết đo - Thí nghiệm thực Trung tâm Khoa học sản xuất Lâm nghiệp Đông Bắc Bộ, Ngọc thanh, Phúc Yên, Vĩnh Phúc; trường thí nghiệm có điều kiện lập địa điển hình đất trồng rừng khu vực: Độ dốc đồi từ ÷ 8%, đất có độ ẩm: 17%, độ chặt: 35 kG/cm2, thực bì bụi sim mua gốc Bạch đàn sau khai thác có mật độ khoảng 700 ÷ 800g/ha - Các phương án thí nghiệm đo thay đổi theo thứ tự yếu tố thực nghiệm: số thân cày n, độ cày sâu hc, bề rộng mũi cày bm, vận tốc cày… - Kết thí nghiệm thu thập lưu dạng file liệu phần mềm Dasylab, tín hiệu đo hiển thị theo dạng đồ thị hình 3.4 Hình 3.4: Kết đo thơng số: V, nbs, Pd, Ptr, pxl, Msc phương án thí nghiệm TN04 (n=2, b=0,12m, hc=0,55m) Kết thí nghiệm đo cho thấy, giá trị lực cản mô men có biến thiên lớn, số vòng quay động thay đổi ít, giao động khoảng 1550 – 1630 v/ph 3.5 Tổng hợp, phân tích kết xây dựng quan hệ thực nghiệm 3.5.1 Tổng hợp, tính tốn lực cản cày ngầm Các thành phần lực cản cày ngầm Pcx, Pcz tổng hợp từ tín hiệu đo lực Pd, Ptr, pxl, kết tính tốn xác định K0 có giá trị biến động từ 84,7 kN đến 153,6kN tương ứng với điều kiện phương án thí nghiệm 3.5.2 Phân tích ảnh hưởng đến lực cản riêng cày ngầm Đồ thị biểu diễn mối quan hệ hệ số lực cản riêng K0 với vận tốc cày V ứng với mức độ sâu cày khác (hình 3.5) Đồ thị mối quan hệ K0 với loại mũi cày có kích thước kết cấu khác trình bày hình 3.6 Hình 3.5: Đồ thị K0 - V ứng với hc = 0,35m, 0,45m, 0,55m Hình 3.6: Đồ thị K0 - V ứng với mẫu mũi cày Mc, M1, M2 3.5.3 Phân tích biến thiên Pcx, Pcz mơ men Msc Kết thí nghiệm đo cho thấy, mức độ phân tán giá trị lực cản cày lớn, kết ảnh hưởng -7- tính chất khơng đồng đất cày: độ chặt cục bộ, gốc rễ cây, đá lẫn, tính không phẳng độ dốc cục đất Ở phương án thí nghiệm, khoảng biến thiên thành phần lực cản PCX lớn từ đến 100kN PCZ từ đến 45kN 3.5.4 Xây dựng đặc tính động lực hệ thống truyền lực Bằng kết thí nghiệm đo Msc nsc ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ MT = f(nT) Hiệu suất biến mô thủy động theo công thức: ηbm = M sc n sc 100% , từ giá trị đo Msc, nsc, nđc giá trị Mđc tương ứng đặc tính M đc n đc động cơ, ta xây dựng mối quan hệ ηbm= f(nsc) Đồ thị đặc tính biến mơ trình bày hình 3.7 Quan hệ Mbs = f(nbs) theo số truyền xây dựng sở quan hệ MT = f(nT) quy đổi mô men quay MT từ trục turbin đến trục bánh chủ động Đồ thị biểu diễn mối quan hệ MbS, nbs thể hình 3.8 Hình 3.7: Đặc tính biến mơ máy kéo Komatsu D65A-8 Hình 3.8: Đặc tính biến mơ - hộp số MK Komatsu D65A-8 3.5.5 Xây dựng đặc tính kéo bám phân di động xích Trên sở kết thí nghiệm xác định thơng số Pcx, Pcz, Msc, V nbs, xây dựng đường đặc tính kéo bám dải xích μ = f(δ), k = f(δ) ρ = f(δ), hình 3.9 Hiệu suất kéo phận di động: Từ kết đo, tính tốn xây dựng mối quan hệ ηk = f(δ), hiệu suất kéo biểu diễn đồ thị hình 3.10 Hình 3.9: Đặc tính kéo bám dải xích máy kéo Komatsu D65A-8 Hình 3.10: Đồ thị hiệu suất kéo phụ thuộc vào độ trượt, ηk = f(δ) Hiệu suất kéo cực đại ηk = 60%, độ trượt δ = 0,27 3.5.6 Đặc tính kéo máy kéo Từ giá trị đo Pcx vận tốc ta xác định quan hệ công suất kéo NT Pcx qua công thức: NT = PCX V , đặc 3600 tính kéo thực nghiệm máy kéo Komatsu D65A-8 trình bày hình 3.11 Hình 3.11: Đường đặc tính kéo máy kéo Komatsu D65A-8 Đặc tính kéo thực nghiệm cho thấy, lực kéo lớn số truyền 146 kN, số truyền 113,3 kN số truyền 93,5 kN Công suất kéo lớn đạt khoảng 69 kW số truyền 1, lực kéo Pcx khoảng 104 kN -8- Chương PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA LHM CÀY NGẦM TRONG ĐIỀU KIỆN TẢI TRỌNG BIẾN ĐỘNG MẠNH 4.1 Tính chất biến động lực cản cày đất lâm nghiệp Kết đo số thí nghiệm cho thấy, biến động lực cản lớn, Pcx dao động từ 10 ÷ 140kN, Msc dao động từ 200 ÷ 800Nm 4.2 Xây dựng mơ hình động lực học LHM cày ngầm Trên hình 4.1 mô tả đơn giản hoạt động LHM theo hệ thống kết nối phần tử: Động cơ, Biến mô, Hệ thống truyền động phân cấp, Hệ thống di động xích, Máy kéo máy cày Gm Động Me ωe Biến mô MT ωT Truyền động Mbs ωbs Di động Máy Fk kéo V Máy cày Pc Hình 4.1: Sơ đồ mơ tả hệ thống phần tử LHM cày ngầm Mơ hình mơ động lực học LHM cày ngầm gồm 03 khối: Hệ thống truyền lực, Hệ thống di động - Nền đất Máy cày ngầm (hình 4.2) Mơ hình SIMULINK tương ứng hình 4.3 Hình 4.2: Sơ đồ khối mơ hình mơ động lực học LHM cày -9- Hình 4.3: Mơ hình tổng qt mơ theo MATLAB/SIMULINK 4.3 Khảo sát động lực học LHM cày ngầm 4.3.1 Lực cản cày ngầm thay đổi dạng bậc Mục đích khảo sát nhằm đánh giá phản ứng LHM kích thích lực cản cày thay đổi dạng bậc Xác định khoảng lực kéo hiệu cho số truyền, để hiệu suất biến mô ηbm hiệu suất kéo ηk nằm khoảng hợp lý cho trước Kết khảo sát biểu diễn đồ thị hình 4.4 Hình 4.4: Đồ thị Pcx tăng theo hàm bậc - Kết δ, nT MT Từ kết khảo sát rút số nhận xét sau: - Hệ thống thích ứng ổn định nhanh với thay đổi lực cản tương đối lớn tương ứng với số truyền - Khả kéo số truyền: Lực kéo Pcx tối đa số truyền 120kN, số 40 kN số 15 kN, khoảng lực kéo Pcx làm việc hiệu số truyền 35 ÷ 100 kN, số truyền 10 ÷ 35 kN số truyền ÷ 10 kN, hiệu suất biến mơ ηbm đạt 80% Để có hiệu suất biến mơ cực đại ηbm max, lực cản kéo Pcx tương ứng với số truyền 1, 2, 55 kN, 20kN 1kN 4.3.2 Kiểm tra tính đắn độ tin cậy mơ hình Kết đầu q trình MT = f(t) từ mơ hình trùng khớp với kết xác định thực nghiệm, đồ thị so sánh hình 4.5 độ sai lệch tính tốn khẳng định tính đắn độ tin cậy kết khảo sát từ mơ hình - 10 - MTN từ kết TN MLT từ mô hình Matlab/Simulink Hình 4.5: Đồ thị so sánh MT từ kết tính tốn mơ hình lý thuyết thí nghiệmđo 4.3.3 Trường hợp tải trọng biến động mạnh bình ổn Kết khảo sát cho thấy, hệ thống hoạt động ổn định khoảng lực kéo tương ứng với số truyền, hiệu suất biến mô hiệu suất kéo giảm đáng kể chí máy dừng hẳn lực kéo vượt khỏi khoảng lực kéo hiệu ứng với số truyền 4.3.4 trường hợp gặp vật cản cục Kích thích ngồi lựa chọn trình lực cản Pcx = f(t) Pcz = f(t) gặp vật cản cục phương án thí nghiệm TN08, TN09, TN15, TN19 Thí dụ kết khảo sát mơ hình trình bày hình 4.5 Hình 4.5: Đồ thị Pcx MT, nT, δ từ kết khảo sát mô hình Kết khảo sát mơ hình với số truyền cho thấy, Pcx tăng tới 100 kN hiệu suất biến mơ giảm đáng kể Pcx lên tới 140 kN máy dừng hẳn, biến mơ xích bị trượt hồn tồn Với số truyền biến mơ bị trượt hồn tồn Pcx tăng đến 60kN số truyền 15kN 4.3.5 Ảnh hưởng trình sang số lực cản biến động mạnh Mục đích khảo sát đánh giá ảnh hưởng việc điều khiển hợp lý số truyền đến tiêu suất chi phí nhiên liệu LHM Thí dụ kết khảo sát trình sang số với trình Pcx ≈ 15kN lên đến ≈ 60kN giảm xuống ≈ 18kN tương ứng với kết thí nghiệm TN12 trình bày hình 4.6 - 11 - Hình 4.6: Các đồ thị nT, MT, δ V từ kết khảo sát mơ hình MATLAB/SIMULINK q trình có sang số Giá trị trung bình Pcx, MT, nT, δ V từ kết khảo sát tính tốn tiêu suất chi phí nhiên liệu ghi bảng 4.1 Bảng 4.1 Giá trị trung bình tiêu khảo sát qúa trình sang số lực cản biến động mạnh Điều khiển Không sang số Số Số Khơng sang số Số Có sang số Số Số Số Pcx (kN) 15 60 18 15 60 18 15 60 18 nT (v/ph) 1700 1000 1630 1270 120 1000 1270 1000 1000 MT (Nm) 210 420 230 370 730 420 370 420 420 δ (%) 8,5 25 10 9,0 10,3 8,5 25 10,3 V (km/h) 1,5 0,74 1,4 2,0 0,2 1,5 2,0 0,74 1,5 Wh (ha/h) gc (lít/ha) 0,53 34,9 0,48 38,5 0,60 30,7 Việc thực điều khiển số truyền phù hợp với mức lực cản tăng suất LHM lên 13,7% so với số truyền 25,6% so với số truyền 2, chi phí nhiên liệu tương ứng giảm 13,7% 25,6% 4.3.6 Ảnh hưởng độ dốc ngang đến tính chất hoạt động tiêu làm việc LHM Kết khảo sát cho thấy, so với địa hình phẳng, LHM cày độ dốc 150, suất giảm từ 0,476ha/h xuống 0,412ha/h, khoảng 15%, chi phí nhiên liệu tăng từ 38,8lít/h lên 44,9lít/h, khoảng 15% 4.4 Ứng dụng logic mờ điều khiển tối ưu chế độ làm việc LHM cày ngầm đất lâm nghiệp 4.4.1 Chế độ làm việc tối ưu LHM cày ngầm Với máy kéo có lắp biến mơ thủy động, chế độ làm việc tối ưu LHM theo hai tiêu chí, suất cực đại chi phí nhiên liệu cực tiểu đạt điều khiển vận tốc LHM cho ηbm.ηk lớn 4.4.2 Điều khiển mờ chế độ làm việc LHM Đặc điểm điều khiển mờ điều khiển đối tượng mà khơng đòi hỏi phải mơ tả xác q trình xảy đối tượng, chí khơng cần thơng tin xác đối tượng điều khiển; ứng dụng trực tiếp kinh nghiệm chuyên gia vào trình điều khiển; điều khiển theo thuật tốn phức tạp dễ dàng điều khiển đối tượng phi tuyến mạnh Các quan hệ vật lý mơ tả theo phương cách đơn giản sử dụng kiến thức chuyên gia quan hệ vật lý để tối ưu hố q trình biết biểu định tính chúng Trên hình 4.7 giới thiệu nguyên lý cấu trúc điều khiển mờ với thành phần: Mờ hóa, suy luận giải mờ - 12 - TS.vào TS.ra Mờ hoá Suy luận Giải mờ - Cơ sở liệu: Giá trị biến ngôn ngữ - Loại thông số hàm phụ thuộc - Cơ sở thuật toán: Thuật tốn Nếu - Thì dạng ngơn ngữ Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý cấu trúc điều khiển mờ Với mục đích thăm dò khả ứng dụng logic mờ điều khiển chế độ làm việc LHM, chúng tơi tiến hành nghiên cứu mơ hình LHM cày ngầm có bổ sung điều khiển mờ đặt trước phần tử truyền động Bộ điều khiển mờ có tính chất PID sử dụng cho hệ thống LHM nghiên cứu giới thiệu hình 4.8 Hình 4.8: Mơ hình điều khiển mờ chế độ làm việc LHM 4.4.4 Kết khảo sát mơ hình điều khiển mờ chế độ làm việc tối ưu LHM Kích thích hệ thống lựa chọn trình lực cản cày Pcx biến thiên theo hàm bậc Thí dụ kết khảo sát mơ hình mơ hệ thống trình bày hình 4.9 Hình 4.9: Đồ thị Sai lệch Đ/K nT, MT, nT, V từ kết khảo sát mơ hình với Pcx thay đổi từ 18kN lên 80kN xuống 14kN Nhận xét: Hệ thống hoạt động ổn định thích ứng tốt với cấp lực cản khác nhau, giá trị nhận đầu MT, nT, V phù hợp qui luật, với kết thí nghiệm đo tính tốn Khi lực cản cày biến động mạnh, hệ thống thực việc điều khiển chuyển số truyền phù hợp với thời gian trung bình từ 0,3 giây trở làm việc bình ổn với số truyền sau 0,6 giây (hình 4.10) - 13 - Hình 4.10: Đồ thị MT giai đoạn chuyển số Đồ thị biến thiên MT giai đoạn chuyển số cho thấy, sau lực cản thay đổi, tốc độ quay turbin thay đổi xa giá trị mong muốn tạo nên “sức ép” chuyển số, hệ thống thực việc chuyển số hoạt động bình ổn với cấp lực cản sau khoảng 0,3 giây Đây đặc tính ưu việt so với hệ thống điều khiển truyền thống, giai đoạn chuyển số đồ thị có bước nhảy lớn, thời gian trở lại bình ổn chậm KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận: Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sở hệ thống đo đa kênh xử lý tín hiệu đại xác định trực tiếp thông số hoạt động LHM q trình cày có độ tin cậy cao, cho phép phân tích tính chất hoạt động LHM, xây dựng quan hệ thực nghiệm đặc trưng cho phần tử hệ thống LHM Lực cản cày ngầm đất lâm nghiệp có giá trị lớn biến thiên khoảng rộng, hệ số lực cản riêng K0 đất trồng rừng khu vực phía Bắc có giá trị từ 84,7 đến 153,6kN/m2 Quan hệ K0 với độ sâu cày, vận tốc kết cấu phận làm việc cày ngầm xây dựng thực nghiệm sử dụng làm sở để nghiên cứu LHM cày đất lâm nghiệp Đặc tính biến mơ, đặc tính kéo bám phận di động xích xây dựng thực nghiệm sở khoa học để thành lập LHM, xác định chế độ làm việc tối ưu hóa LHM cày ngầm Ngồi sử dụng làm sở để thiết kế hệ thống di động xích, đánh giá hoạt động nghiên cứu tối ưu hóa LHM kéo xích canh tác điều kiện đất đai tương tự Mô hình mơ động lực học LHM cày ngầm mô tả đầy đủ kết cấu, hoạt động tác động qua lại phần tử hệ thống Máy kéo – Máy cày – Đất canh tác Kết khảo sát động lực học mơ hình kiểm chứng thực nghiệm với mức độ tin cậy cao Khi LHM chuyển động thẳng với tải trọng biến động mạnh bình ổn, xác định khoảng lực kéo cho số truyền để có hiệu suất biến mơ đạt cao nhất, để hiệu suất biến mô đạt 80%, lực cản kéo tối đa cho số truyền 100kN, số 35kN số 10kN Quá trình sang số lực cản tăng giảm đột ngột chuyển dịch giá trị MT nT vùng có hiệu suất biến mơ cao, khắc phục tượng q tải Kết tính tốn cho số phương án thí nghiệm có biến động lực cản mạnh, chuyển số hợp lý nâng cao suất giảm chi phí nhiên liệu từ 13,7 đến 25,6% tùy theo tính chất mức độ thay đổi lực cản Độ dốc địa hình có ảnh hưởng lớn đến tính chất kéo bám ảnh hưởng đến suất, chi phí nhiên liệu LHM, LHM làm việc địa hình có độ dốc ngang β = 150, suất giảm 15% chi phí nhiên liệu đơn vị diện tích tăng 15% so với địa hình phẳng Mơ hình ứng dụng lý thuyết logic mờ điều khiển số truyền LHM cày ngầm có tính thích ứng cao với điều kiện lực cản cày biến động mạnh, hệ thống hoạt động ổn định nhanh sau trình sang số cho thấy tính ưu việt khả ứng dụng kỹ thuật tiên tiến điều khiển chế độ làm việc tối ưu LHM làm đất lâm nghiệp Đề nghị: Có thể sử dụng hệ thống thiết bị đo chương trình thực nghiệm để tiếp tục khảo nghiệm LHM cày ngầm làm việc vùng với cấp độ dốc khác nhau, xác định hệ số, quan hệ thực nghiệm thông số kỹ thuật bổ sung làm sở hồn thiện cơng nghệ giới làm đất trồng rừng Tiếp tục hồn thiện mơ hình ứng dụng lý thuyết mờ điều khiển chế độ làm việc tối ưu LHM cày ngầm đất lâm nghiệp nghiên cứu tối ưu LHM làm đất lâm nghiệp - 14 - ... đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số kết cấu sử dụng đến tiêu làm việc LHM cày ngầm lâm nghiệp cần thiết góp phần nâng cao hiệu giới làm đất lâm nghiệp 1.4 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Mục... làm việc LHM cày ngầm đất lâm nghiệp Việt Nam Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống Máy kéo – Máy cày Đất canh tác Nghiên cứu thực nghiệm xác định số yếu tố ảnh hưởng đến. .. hiệu dụng động cơ, kW; ge - chi phí nhiên liệu riêng động cơ, kg/kWh Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU LÀM VIỆC CỦA LHM CÀY NGẦM LÀM VIỆC TRÊN ĐẤT LÂM