Kinh Tế - Quản Lý - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Quản trị kinh doanh ISSN 2354-0575 Journal of Science and Technology54 Khoa học Công nghệ - Số 29Tháng 3 - 2021 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỨC GA CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NHIÊN LIỆU RIÊNG CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO Vũ Xuân Trường, Nguyễn Năng Minh, Nông Văn Vìn Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Tác giả liên hệ: vutruong07gmail.com Ngày tòa soạn nhận được bài báo: 15092020 Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 11112020 Ngày bài báo được duyệt đăng: 15122020 Tóm tắt: Bài báo giới thiệu một phương pháp nghiên cứu lý thuyết-thực nghiệm về sự ảnh hưởng của mức ga động cơ diesel đến năng suất và chi phí nhiên liệu riêng của các liên hợp máy kéo khi làm việc trên đồng ruộng. Cơ sở của phương pháp là dựa trên đường đặc tính ngoài thực nghiệm của động cơ kết hợp phương pháp tính toán lý thuyết để xây dựng các đường đặc tính cục bộ của động cơ diesel, từ đó nghiên cứu ảnh hưởng mức ga động cơ đến năng suất và chi phí nhiên liệu riêng của liên hợp máy. Đây là một vấn đề còn mang tính thời sự trong chuyên ngành. Phương pháp đã được áp dụng thử cho liên hợp máy kéo MTZ-80 với cày chảo CD-7-20. Các kết quả nghiên cứu có thể tham khảo khi nghiên cứu khai thác có hiệu quả các liên hợp máy máy kéo nông nghiệp tại Việt Nam. Từ khóa: năng suất liên hợp máy kéo, đặc tính động cơ đốt trong, bộ điều tốc động cơ, định mức tiêu hao nhiên liệu máy kéo. 1. Đặt vấn đề Năng suất Whhah và chi phí nhiên liệu riêng gCkgha của các liên hợp máy kéo (LHM) là những chỉ tiêu quan trọng dùng để đánh giá hiệu quả sử dụng LHM trên đồng ruộng. Các chỉ tiêu này phụ thuộc phức tạp vào nhiều yếu tố như đặc điểm kết cấu của LHM, điều kiện đồng ruộng, yêu cầu công nghệ, kỹ thuật và tổ chức khai thác. Vì thế, mặc dù đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm nâng cao năng suất Wh và giảm chi phí nhiên liệu riêng gC song vẫn còn những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 2. Trong đó cần tiếp tục nghiên cứu khai thác tốt các chế độ sử dụng động cơ diesel vì hầu hết các máy kéo nông nghiệp đều sử dụng động cơ diesel với bộ điều tốc ly tâm mọi chế độ 2, 4. Trong công trình này giới thiệu một phương pháp nghiên cứu lý thuyết-thực nghiệm về sự ảnh hưởng của mức ga (chế độ cung cấp nhiên liệu) của động cơ diesel đến năng suất và chi phí nhiên liệu riêng của LHM nhằm góp phần bổ sung những cơ sở khoa học để khai thác có có hiệu quả các LHM kéo nông nghiệp. 2. Xây dựng mô hình liên hợp máy kéo làm đất bằng cày chảo 2.1. Lựa chọn mô hình nghiên cứu Trong thực tế, các liên hợp máy kéo làm việc trong các môi trường biến đổi phức tạp với lực cản thay đổi ngẫu nhiên và do đó quá trình chuyển động là các quá trình động lực học. Để đơn giản hoá mô hình nghiên cứu chúng tôi sử dụng một số giả thiết sau: - Coi lực cản của LHM là đại lượng không thay đổi trong quá trình chuyển động; - Liên hợp máy chuyển động ổn định (V= const) trên mặt đồng bằng phẳng; - Sử dụng máy kéo một cầu chủ động 4x2, động cơ diesel với bộ điều tốc ly tâm mọi chế độ; Liên hợp máy làm đất bằng cày chảo có thể mô hình hoá như Hình 1. Mô hình nghiên cứu gồm 5 phần tử: (1) Động cơ; (2) Hệ thống truyền lực; (3) Hệ thống di động; (4) Cày chảo; (5) Điều kiện sử dụng. ISSN 2354-0575 Khoa học Công nghệ - Số 29Tháng 3 - 2021 Journal of Science and Technology 55 2.2. Xác định các thành phần của mô hình 2.2.1. Mô hình động cơ Động cơ máy kéo là nguồn năng lượng cung cấp cho LHM thực hiện các công nghệ trên đồng ruộng. Khả năng cung cấp năng lượng của động cơ được thể hiện rõ nét trên đường đặc tính tốc độ hoặc đường đặc tính tải trọng của động cơ. Đó là mối quan hệ đồ thị giữa mô men Me, công suất Ne, chi phí nhiên liệu giờ Ge và suất tiêu hao nhiên liệu ge với tốc độ quay của động cơ ne. Các quan hệ toán học giữa các thông số: - Công suất động cơ: 4 1, 047. .10 e e eN M n kW − = - Suất tiêu hao nghiên liệu: 3 10 . e e e G g g kW h N = Như vậy để xây dựng đường đặc tính động cơ chỉ cần xác định hai thông số Me= f(ne) và Ge=f(ne), từ đó sẽ xây dựng được đường cong Ne=f(ne) và ge=f(ne). Đối với các động cơ diesel sử dụng bộ điều tốc ly tâm mọi chế độ, đường đặc tính tốc độ có dạng như Hình 2. Trên nhánh tự điều chỉnh, bộ điều tốc hoạt động và tự động điều chỉnh lượng cung cấp nhiên liệu theo sự thay đổi của tải trọng ngoài (MCe), các đường đặc tính chi phí nhiên liệu giờ Ge=f(ne), mô men Me=f(ne), Ne=f(ne) là các quan hệ tuyến tính. Trên nhánh quá tải, bộ điều tốc không hoạt động, lượng cung cấp nhiên liệu chỉ phụ thuộc vào tốc độ quay ne, các đường đồ thị là các đường cong phi tuyến. Trên đường đặc tính động cơ thường được biểu thị một số thông số đặc trưng: - Các thông số đặc trưng ở chế độ danh nghĩa (hay chế độ định mức): Công suất danh nghĩa NeH=Nemax, mô men quay danh nghĩa MeH, chi phí nhiên liệu giờ danh nghĩa GeH, tốc độ quay danh nghĩa neH. - Các thông số đặc trưng ở chế độ không tải: tốc độ chạy không cực đại nemax, chi phí nhiên liệu giờ chạy không Ge0. - Các thông số đặc trưng cho khả năng vượt tải: Mô men quay cực đại Memax, tốc độ quay neM. - Thông số đặc trưng cho tính tiết kiệm nhiên liệu: suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất gemin và tốc độ quay tương ứng negemin. minegen eHn maxen en 0 eM eN eG eg maxe eHN N≡ eHM eHG 0eG maxeM eMnminen mineg Nhánh quá tải Nhánh điều chỉnh eM eN eg eG β Hình 2. Đường đặc tính của động cơ diesel eG eMCeM e ω k ω k M CTM C P V kP ϕ f ch CKeG hW Cg CBTi Động cơ Truyền lực Di động ĐK sử dụng Cày chảo gak Hình 1. Mô hình liên hợp máy làm đất bằng cày chảo ISSN 2354-0575 Journal of Science and Technology56 Khoa học Công nghệ - Số 29Tháng 3 - 2021 Khi thay đổi mức ga động cơ ta sẽ nhận được các đường đặc tính cục bộ (hay đường đặc tính riêng phấn). Dạng của đồ thị như Hình 3. Hình 3. Các đường đặc tính cục bộ của động cơ diesel với bộ điều tốc mọi chế độ Đường đặc tính ngoài nhận được khi sử dụng mức ga cực đại (các đường màu đỏ, nét đậm), đường đặc tính cục bộ nhận được khi sử dụng mức ga nhỏ hơn mức ga cực đại (các đường màu xanh, nét mảnh). Theo các kết quả thí nghiệm 3, 5, khi thay đổi các mức ga khác nhau cho thấy: góc dốc b của nhánh tự điều chỉnh Me=f(ne) gần như là không thay đổi, còn nhánh quá tải có thể chấp nhận là trùng nhau; các điểm chi phí nhiên liệu giờ chạy không Ge0, Ge0(i), … nằm trên một đường thẳng 0D nghiêng một góc }. Để lượng hoá các chế độ cung cấp nhiên liệu, ở đây sử dụng một đại lượng trung gian gọi là mức ga và được xác định theo công thức sau: max 100 eHi gai eH n k n = (1) Trong đó: neHmax – số vòng quay định mức của đường đặc tính ngoài; neHi – số vòng quay định mức của đường đặc tính riêng phần với mức ga kga(i). Trên Hình 3, trục biểu diễn mức ga kga được xác định kgamax= 100 tương ứng với chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, khi đó số vòng quay định mức cũng đạt cực đại neH = neHmax. Mức ga nhỏ nhất kgamin tương ứng với chế độ cung cấp nhiên liệu nhỏ nhất, ứng số vòng quay ổn định nhỏ nhất có thể nemin. Mô hình toán học của động cơ: Các đặc tính động cơ phụ thuộc phức tạp vào nhiều yếu tố, do đó việc xây dựng đường đặc tính thường chỉ được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm. Tuy nhiên, các đường đặc tính thực nghiệm cũng có thể được biểu diễn bằng các hàm hồi quy thực nghiệm để tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình nghiên cứu lý thuyết. a. Đối với đường đặc tính ngoài Tuỳ theo sự phân bố các số liệu thực nghiệm, hàm mô men Me = f(ne) và hàm Ge= f(ne) có thể chọn dạng hàm bậc 2 hoặc bậc 3. Trong công trình này chúng tôi sử dụng hàm bậc 3. - Mô men động cơ: 3 2 3 2 1 0 min 1 0 max max e e e e e eH e e eH e e a n a n a n a khi n n n M b n b khi n n n + + + < < = + ≤