Mô phỏng toán học biên dạng đường bằng hàm splain bậc ba và xác định một số thông số chính của hệ thống trong nghiên cứu động lực học của liên hợp máy

Thông tin tài liệu

Luận văn

Bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học nông nghiệp i --------- --------- nguyễn đức Hoà Mô phỏng toán học biên dạng đờng bằng hàm splain bậc ba và xác định một số thông số chính của hệ thống trong nghiên cứu động lực học của liên hợp máy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: kỹ thuật máy Mó s : 60.52.14 Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Lê minh l Hà nội - 2007 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ----------------------------- 1 Mở đầu * Tính cấp thiết của đề tài Từ khi Đảng ta triển khai chủ trơng đổi mới cơ chế quản lý, phát triển chính sách kinh tế nhiều thành phần thì nền nông nghiệp nớc ta không ngừng phát triển. Để đáp ứng yêu cầu của sản xuất, thực hiện chủ trơng công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn, việc đầu t các nguồn động lực ở nông thôn và nâng cao hiệu quả sử dụng máy đ đợc đẩy mạnh. Mặt khác để đáp ứng nhu cầu nông sản của nền kinh tế thị trờng, xuất khẩu nông sản thì việc phát triển kinh tế theo mô hình sản xuất trang trại là cần thiết. Nhiều hộ gia đình nông dân sở hữu nhiều héc ta gieo trồng vì vậy có nhu cầu trang bị máy móc lớn, máy nông nghiệp hoặc thuê máy để thực hiện cho các khâu canh tác nh làm đất, gieo trồng, chăm sóc, bơm nớc, thu hoạch, vận chuyển, Các máy kéo phân bố chủ yếu ở các vùng đồng bằng sông Cửu Long, miền đông Nam Bộ, Tây Nguyên và đồng bằng sông Hồng [2]. Trong tơng lai, để đẩy mạnh phát triển nông nghiệp, nguồn động lực máy kéo sẽ còn đợc đầu t nhiều hơn nữa. Các liên hợp máy kéo và máy nông nghiệp làm việc trong khi di chuyển chịu các tác động động học của mặt đờng. Các tác động này gây ra những dao động, ảnh hởng xấu đến chất lợng làm việc, độ bền máy móc và sức khoẻ của ngời lái. Để có thể hạn chế những tác động này cần có những nghiên cứu cụ thể và mô phỏng gần đúng nhất về biên dạng đờng và tác động của chúng tới dao động của liên hợp máy. Hiện tại đ có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này, mặt đờng thờng đợc mô tả dới dạng hàm xác định thờng là các hàm tuần hoàn hoặc dạng hàm ngẫu nhiên. Tuy nhiên các dạng hàm này vẫn cha mô tả đầy đủ tính chất biến đổi thực của biên dạng đờng: các bài toán dạng hàm ngẫu nhiên chỉ cho các giá trị trung bình (kỳ vọng toán và phơng sai) trong một khoảng nghiên cứu nhất định, còn các bài Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ----------------------------- 2 toán dạng hàm xác định cũng cho các giá trị thực tại các điểm nhng chỉ đúng khi máy kéo di chuyển trên mặt đờng biến đổi đều đặn. Mặt khác trong các nghiên cứu động lực học của liên hợp máy cần có các giá trị xác định của của các thông số mặt đờng khi gắn với vận tốc chuyển động của liên hợp máy nh biên dạng, vận tốc và gia tốc, các dạng hàm trên thờng có những nhợc điểm khó khắc phục. Phơng pháp mô phỏng toán học biên dạng đờng dạng hàm Splain bậc ba đ đợc ứng dụng trong nghiên cứu chuyển động của ôtô vận tải đ cho kết quả tốt, thể hiện sự mô phỏng gần đúng hơn biên dạng mặt đờng và thuận tiện trong nghiên cứu đặc biệt trong ứng dụng phơng pháp số. Việc ứng dụng các kết quả này cho nghiên cứu động lực học của các máy móc nông nghiệp làm việc khi di chuyển là có ý nghĩa thực tiễn. Một vấn đề đặt ra khi nghiên cứu giải quyết các bài toán động lực học của liên hợp máy là cần thiết phải xác định các thông số của hệ thống nh toạ độ trọng tâm, hệ trục quán tính chính trung tâm và các mô men quán tính chính trung tâm. Các thông số này thờng cha đợc cung cấp đầy đủ từ nhà sản xuất, hơn nữa các máy móc trong thực tế khi làm việc thờng có sự thay đổi và cải tiến nên cần thiết phải xác định các thông số này cho từng trờng hợp cụ thể. Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên, đề tài: Mô phỏng toán học biên dạng đờng bằng hàm Splain bậc ba và xác định một số thông số chính của hệ thống trong nghiên cứu động lực học của liên hợp máy nhằm: - Xây dựng biên dạng mặt đờng dạng hàm xác định Splain bậc ba trong nghiên cứu động lực học của máy kéo và máy nông nghiệp; - Xây dựng cơ sở lý thuyết và thực nghiệm xác định một số thông số chính của liên hợp máy nh: trọng tâm, các trục quán tính chính trung tâm và các mô men quán tính chính trung tâm. Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ----------------------------- 3 * Đối tợng, mục tiêu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn - Đối tợng nghiên cứu của luận văn là một số dạng mặt đờng, mặt đồng điển hình của liên hợp máy khi đi làm việc nh: mặt đờng đồng Lai xá, mặt ruộng Dơng xá và máy kéo: YANMAR-YM 1500, máy kéo MTZ. - Mục tiêu của đề tài: + Mô phỏng toán học biên dạng đờng bằng hàm Splain bậc ba, áp dụng cho mặt đờng đồng Lai xá, mặt đồng Dơng xá; + Xác định một số thông số chính của hệ thống trong nghiên cứu động lực học của liên hợp máy, áp dụng cho máy kéo YANMAR-YM 1500. - ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn: + Mô phỏng gần đúng hơn biên dạng mặt đờng, mặt đồng mà liên hợp máy đi làm việc và phơng pháp mô phỏng này thuận tiện trong việc nghiên cứu đặc biệt là trong ứng dụng phơng pháp số; + Xác định một số thông số chính của hệ thống nh: Trọng tâm, các trục quán tính chính trung tâm và các mô men quán tính chính trung tâm để phục vụ cho việc nghiên cứu giải quyết các bài toán động lực học của liên hợp máy. * Tóm tắt nội dung của luận văn Nội dung chính của luận văn gồm: Chơng 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chơng 2. Phơng pháp nghiên cứu Chơng 3. Mô phỏng toán học biên dạng đờng dạng hàm Splain bậc ba Chơng 4. Xác định một số thông số cơ bản của liên hợp máy Chơng 5. Nghiên cứu dao động cầu trớc máy kéo bánh hơi sử dụng hàm mặt đờng Splain bậc ba Kết luận và đề nghị Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ----------------------------- 4 Chơng 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1. Các nguồn gây dao động cho máy kéo Máy kéo dao động do nhiều nguyên nhân khác nhau: do dao động của động cơ, của các chi tiết chuyển động cha đợc cân bằng trong bộ phận truyền lực, do ảnh hởng của mặt đờng không bằng phẳng, do sự thay đổi lực cản máy nông nghiệp, . Các dao động này ít nhiều đều có ảnh hởng đến độ chạy êm dịu của máy kéo, tới sức khoẻ của ngời lái và chất lợng công việc mà liên hợp máy đang thực hiện. Tuy nhiên, ảnh hởng của chúng đến dao động của máy kéo là rất khác nhau. Dao động của máy kéo do những lực quán tính cha đợc cân bằng của các chi tiết chuyển động trong động cơ và bộ phận truyền lực gây ra là những dao động có tần số cao (20 ữ 50 Hz) và là một quá trình biến đổi có chu kỳ rõ ràng. Dao động do kích động động học của mấp mô mặt đờng, mặt đồng và lực cản của máy nông nghiệp là những dao động có dải tần số thấp (0,5ữ20 Hz), có trờng hợp có tính chu kỳ rõ rệt, song cũng có nhiều trờng hợp có tính hoàn toàn ngẫu nhiên. Vì vậy, phơng pháp nghiên cứu dao động do các nguyên nhân trên sẽ không giống nhau, hơn nữa cũng không cần thiết phải giải quyết bài toán dao động của máy kéo do tất cả các nguyên nhân trên gây ra. Về mặt chịu các kích động dao động, điều kiện làm việc của máy kéo là bất lợi nhất vì chúng phải làm việc trong khi di động, chịu những kích động động học do những mấp mô mặt đờng, mặt đồng gây ra. Do vậy, khi nghiên cứu dao động của máy kéo ngời ta quan tâm chính tới ảnh hởng của các kích động động học của mấp mô mặt đờng, mặt đồng. Khi nghiên cứu các đặc trng của độ chạy êm và đánh giá mức độ dao động của máy kéo, . . và các cộng sự [30], cho rằng độ chạy êm Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ----------------------------- 5 của máy kéo là chất lợng đặc trng cho khả năng của máy kéo hoàn thành kéo dài các quá trình sản xuất mà không nhanh chóng làm mệt mỏi công nhân lái. Các kết quả nghiên cứu cụ thể chỉ ra rằng các dao động có tần số khác nhau sẽ ảnh hởng khác nhau tới cơ thể ngời lái máy. Từ hình 1-1, rõ ràng các dao động có tần số thấp hơn 5 Hz truyền qua cơ thể con ngời không giảm bớt, các dao động có tần số trên 20 Hz không truyền tới tim, dao động có tần số trên 60 Hz truyền cao nhất chỉ đến đầu gối. Dao động có tần số trên 80 Hz thực tế không truyền qua bàn chân. Liên quan đến những đặc điểm này với cơ thể con ngời, các dao động đợc chia ra thành 2 loại dao động riêng biệt: dao động có tần số thấp dới 20 Hz do kích động động học của mấp mô mặt đờng, mặt đồng và lực cản của máy nông nghiệp gây ra và rung động là những dao động có tần số trên 20 Hz do các lực quán tính cha đợc cân bằng của động cơ và bộ phận truyền lực gây ra. ả nh hởng của các dao động có tần số khác nhau tới ngời ngồi lái hay đứng khác nhau không đáng kể vì đệm ngồi sẽ dập tắt các rung động có tần số cao. Nh vậy, ảnh hởng của kích động động học mặt đờng đến độ chạy êm dịu là quan trọng nhất. Hình 1-1. Khả năng truyền dẫn dao động có tần số khác nhau của cơ thể [30] 1.2. Dao động của máy kéo do mấp mô mặt đờng, mặt đồng Dao động của máy kéo do mấp mô mặt đờng, mặt đồng gây ra là Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ----------------------------- 6 những dao động có dải tần số thấp và là một trong những ảnh hởng chính tới độ chạy êm dịu, tới độ bền, độ bền lâu của các chi tiết và đặc biệt là tới chất lợng công việc mà máy kéo đang thực hiện. Điều kiện đờng sá và đồng ruộng xét về mặt sử dụng máy kéo, máy nông nghiệp là rất đa dạng. Trong một số trờng hợp do hoạt động sản xuất có chu kỳ của con ngời (đắp bờ, lên luống, xẻ rnh, vun xới, chăm sóc, .), trắc diện mặt đờng, mặt đồng có hình dạng xác định và có thể đợc biểu diễn bằng những hàm số xác định. Trong một số trờng hợp khác do tác dụng lâu dài của khí hậu, của con ngời, xe máy, . mặt đờng lại có tính hoàn toàn ngẫu nhiên và có thể đợc biểu diễn bằng các hàm ngẫu nhiên. Nghiên cứu dao động của máy kéo trong hững trờng hợp này cần đợc tiến hành theo các phơng pháp khác nhau của dao động xác định và dao động ngẫu nhiên. Hiện nay, các tiêu chuẩn phân loại đờng sá, nhất là đờng nông thôn hoặc cha có hoặc không phù hợp cho việc nghiên cứu dao động của máy kéo. Điều này mới đợc Tiến sĩ Lê Minh L bớc đầu khảo sát các dạng mặt đờng, mặt đồng phổ biến của vùng đồng bằng sông Hồng. Trong nghiên cứu, tác giả đ chia mặt đờng, mặt đồng ra hai dạng chính sau: 1. Dạng mặt đờng xác định: bao hàm những vật chớng ngại đơn chiếc phân bố xa nhau và dạng mặt đờng biến đổi tuần hoàn; 2. Dạng mặt đờng, mặt đồng biến đổi ngẫu nhiên. Do đặc điểm của sản xuất nông nghiệp Việt Nam, mức độ đầu t xây dựng cơ sở hạ tầng còn thấp nên đờng sá nông thôn, mặt đồng chất lợng còn xấu, nhỏ hẹp, gây bất lợi cho sự làm việc êm dịu của máy kéo. 1.3. Khái quát tình hình nghiên cứu dao động của máy kéo trong và ngoài nớc Dao động của máy kéo có nhiều điểm chung với dao động của ô tô, máy vận tải. Nghiên cứu dao động của máy kéo có thể dựa trên lý thuyết dao động của ô tô, máy vận tải, kết hợp với những đặc điểm riêng về kết cấu cũng nh đặc tính của phần tử đàn hồi và điều kiện làm việc của máy kéo. Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ----------------------------- 7 Lý thuyết dao động của ôtô, máy vận tải và máy kéo đ ra đời từ những năm 30 của thể kỷ 20, từ những nghiên cứu cơ bản với những mô hình nghiên cứu giản đơn tới những nghiên cứu sâu rộng đầy đủ hơn. Cùng với sự phát triển của khoa học, lý thuyết dao động của ô tô, máy vận tải và máy kéo ngày càng phản ánh đầy đủ hơn điều kiện làm việc thực của máy và có những đóng góp nhất định trong việc nâng cao chất lợng, cải thiện điều kiện làm việc của ngời sử dụng. Tuy nhiên vẫn có nhiều vấn đề cần bổ sung nhằm hoàn thiện mô hình nghiên cứu đáp ứng những mục tiêu cụ thể trong cải tiến và hoàn thiện liên hợp máy. Đặc biệt là những bài toán tổng hợp hệ thống còn ít đợc quan tâm do những khó khăn về xây dựng thuật toán cũng nh cần phải thực hiện một khối lợng tính toán lớn. Ngày nay với sự hỗ trợ của máy tính điện tử ngời ta có thể dần dần giải quyết các yêu cầu này. Mô hình nghiên cứu dao động của ô tô, máy vận tải và máy kéo chịu kích động động học của mấp mô mặt đờng, mặt đồng nói chung đợc xây dựng trên cơ sở quan hệ qua lại giữa các thông số vào, các thông số ra thông qua các thông số của hệ thống đợc cho trong hình 1-2: Hình 1-2. Mô hình nghiên cứu dao động của ô tô, máy kéo, máy vận tải Trong đó: - Các thông số vào là các kích động động học của mấp mô mặt đờng, mặt đồng. - Các thông số của hệ thống bao gồm khối lợng, mô men quán tính khối lợng của thân máy kéo với các trục quán tính chính trung tâm, đặc tính của các phần tử đàn hồi, các thông số kết cấu của hệ thống. Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ----------------------------- 8 - Các thông số ra bao gồm chuyển vị, vận tốc, gia tốc của các điểm trên thân máy kéo, lực đàn hồi, phản lực của đất, . 1.3.1. Các dạng mặt đờng, mặt đồng Máy kéo thờng làm việc trong những địa hình phức tạp, trên đờng nông thôn và trên đồng ruộng. Mặt đờng, mặt đồng có chất lợng xấu, độ mấp mô lớn vì vậy mặc dù vận tốc di chuyển của máy kéo nhỏ hơn so với vận tốc của ô tô, song mức độ ảnh hởng của mặt đờng, mặt đồng tới dao động của máy kéo và ngời lái là đáng kể. Mặt đờng, mặt đồng gây ra dao động cho máy kéo có nhiều dạng khác nhau, có những tác động mang tính xác định, song cũng có nhiều tác động mang tính hoàn toàn ngẫu nhiên, nhìn chung trong nghiên cứu dao động của máy kéo có thể chia ra các dạng mặt đờng chính sau đây [4], [6], [8], [30], [34]: - Mặt đờng là các vật chớng ngại đơn chiếc nh các mô đất, bờ ruộng, đờng từ ruộng lên bờ, từ bờ xuống ruộng (hình 1-3), . Hình 1-3. Một số chớng ngại vật thờng gặp a- mô đất; b- bờ ruộng; c- đờng lên bờ của máy kéo; d- vật cản. - Dạng mấp mô mặt đờng, mặt đồng biến đổi có tính chu kỳ. Do canh tác theo vụ cho một số cây trồng cần lên luống, rạch hàng, vun gốc, mặc dù có tác động của các yếu tố tự nhiên và thời gian song tính chu kỳ vẫn rõ rệt (hình 1-4). - Cả hai dạng mặt đờng này tác động đến dao động của máy kéo đều mang tính xác định, trong nghiên cứu xem là các hàm số xác định đợc biểu diễn dới dạng các hàm số tuần hoàn kèm theo các điều kiện giới hạn. Các Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ----------------------------- 9 đặc trng cơ bản của dạng mặt đờng này là chiều cao q 0 , bớc của mấp mô s 0 , cũng nh sự kế tiếp và quy luật biến đổi của mấp mô. Hình 1-4. Một số dạng mặt đờng, mặt đồng biến đổi chu kỳ a, b - luống cây trồng cạn ; c luống có bề rộng lớn - Dạng mặt đờng biến đổi bất kỳ, có thể biển diễn xấp xỉ thông qua các đa thức bậc hai, bậc ba, . - Do các tác động lâu dài của thời tiết, khí hậu, của các tác động cơ học do con ngời, xe máy và súc vật, một số dạng mặt đờng, mặt đồng mang tính ngẫu nhiên. Trong nghiên cứu dao động của máy kéo có thể xem chúng là các hàm ngẫu nhiên. 1.3.2. Các thông số đặc trng của mô hình Khi nghiên cứu dao động của máy kéo, cần thiết phải xác định các thông số ảnh hởng đến dao động. Các thông số này bao gồm khối lợng, mô men quán tính khối lợng của thân máy kéo với các trục quán tính chính trung tâm, khối lợng của các bánh trớc (khối lợng dới lò xo), các thông số hình học nh vị trí trọng tâm, khoảng cách từ trọng tâm tới các trục ứng với cầu trớc, cầu sau, khoảng cách giữa các bánh xe, . Một số thông số đợc xác định trong các catalog của xe máy. Tuy nhiên một số thông số nh mô men quán tính khối lợng của thân máy kéo với các trục lại không đợc cho trong thiết kế hoặc khi máy kéo có mang máy nông nghiệp treo, vì vậy cần thiết phải xác định các thông số này. Phơng pháp xác định các mô men quán tính

Ngày đăng: 06/12/2013, 09:26

Xem thêm: Mô phỏng toán học biên dạng đường bằng hàm splain bậc ba và xác định một số thông số chính của hệ thống trong nghiên cứu động lực học của liên hợp máy , Mô phỏng toán học biên dạng đường bằng hàm splain bậc ba và xác định một số thông số chính của hệ thống trong nghiên cứu động lực học của liên hợp máy