nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu mạch thủy lực đến tính chất hoạt động của hệ thống điều khiển vị trí

Hiện nay, truyền động thuỷ lực đang được sử dụng rất phổ biến trên các loại ô tô máy kéo sử dụng trong nông lâm nghiệp: - Hệ thống lái cơ học trợ lực thuỷ lực: Trong hệ thống này, lực đò

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN TRỌNG MINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU MẠCH THỦY LỰC ĐẾN TÍNH CHẤT HOẠT ĐỘNG

CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 60.52.01.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS BÙI HẢI TRIỀU

HÀ NỘI, NĂM 2015

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 văn là trung thực, khách quan và chưa từng để bảo vệ ở bất kỳ học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Trọng Minh

LỜI CẢM ƠN

Với tất cả lòng chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn: PGS.TS Bùi Hải Triều đã tận tình động viên, chỉ bảo, hướng dẫn

và giúp đỡ tôi để tôi hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo Bộ môn Động lực - Khoa Cơ điện - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ về chuyên môn cũng như tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy, cô giáo đã trực tiếp giảng dạy tôi trong quá trình học tập và các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ điện

- Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã hướng dẫn, tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã giúp đỡ và khích lệ tôi hoàn thành luận văn

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận văn

Nguyễn Trọng Minh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii

MỞ ĐẦU i

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 Thủy lực ứng dụng trong nông nghiệp 3

1.1.1 Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy kéo nông nghiệp 6

1.1.2 Hệ thống thủy lực áp suất không đổi trên máy kéo nông nghiệp 7

1.1.4 Hệ thống truyền động thủy tĩnh cho các bộ phận làm việc trên rơ mooc 10

1.2 Ứng dụng thủy lực trong lĩnh vực xây dựng, công trình công thôn 11

1.2.1 Truyền động đi động và truyền động xoay trên xe chuyên dụng 11

1.2.2 Truyền động thủy tĩnh trên máy nâng hàng 12

1.2.3 Hệ thống thủy lực trên máy xúc 13

1.3 Thủy lực điều khiển vị trí trong sản xuất nông nghiệp 14

1.3.1 Điều khiển vị trí cơ cấu treo máy kéo 14

1.3.1.1 Tự động điều khiển theo lực kéo (Điều khiển thủy lực –cơ học) 14

1.3.1.2 Điều khiển thủy lực hoàn toàn 17

1.3.1.3.Hệ thống thủy lực – điện từ điều khiển nâng hạ máy nông nghiệp 19

1.3.2 Điều khiển vị trí trên máy thu hoạch 22

1.3.2.1 Điều khiển chiều cao cắt 22

1.3.2.2 Điều khiển vận tốc liên hợp máy và số vòng quay trống đập 23

1.3.2.3 Hệ thống lái tự động 24

1.3.3 Điều khiển vị trí trên hộp số vô cấp cơ học 25

1.3.3.1 Hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động 25

1.3.3.2 Hệ thống VVT-I sử dụng mạch điều khiển hai vị trí 26

1.3.3.3 Điều khiển tỷ số truyền vô cấp trên máy thu hoạch 27

1.3.3.4 Hộp số vô cấp được điều khiển bằng van đóng ngắt 27

1.4 Mục đích và nhiệm vụ đề tài luận văn 29

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 30

2.1 Các mạch điều khiển thủy lực cơ bản 30

2.1.1 Mạch nguồn áp suất có giá trị áp suất cần thiết không đổi 30

2.1.1.1 Cấu trúc mạch 30

2.1.1.2 Nguồn áp suất 32

2.1.2 Mạch nguồn áp suất có giá trị áp suất cần thiết thay đổi 39

2.1.2.1 Cấu trúc mạch cơ bản 39

2.1.2.2 Các phương án cấu trúc LS 41

2.1.3 Các mạch nguồn lưu lượng 43

2.1.3.1 Cấu trúc mạch, nguyên lý điều khiển 43

2.1.3.2 Các phương án mạch 44

2.2 Hệ thống thủy lực điều khiển vị trí 48

2.2.1 Ứng dụng van điện từ trong điều khiển vị trí 49

2.2.1.1 Sử dụng van đóng ngắt điện từ 49

2.2.2 Ứng dụng van tỷ lệ trong điều khiển vị trí 52

2.2.2.1 Van tỷ lệ không có phản hồi 52

2.2.2.2 Van tỷ lệ có phản hồi 53

2.2.3 Ứng dụng van servo trong hệ điều khiển vị trí 54

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC NÂNG HẠ BỘ PHẬN GẶT CỦA MÁY GẶT ĐẬP LIÊN HỢP CỠ NHỎ 55

3.1 Thiết kế hệ thống nâng hạ thủy lực 55

3.1.1 Lựa chọn máy gặt đập liên hợp 55

3.1.2 Kết cấu cơ khí của hệ thống nâng hạ bộ phận gặt 56

3.1.3 Thiết kế mạch điều khiển nâng hạ thủy lực 60

3.1.3.1 Phác thảo sơ đồ mạch điều khiển thủy lực 60

3.1.3.2 Tính toán lựa chọn xy lanh thủy lực 60

3.1.3.3 Tính toán chọn kích thước đường ống dẫn từ xy lanh tới van phân phối 62 3.1.3.4 Tính toán lựa chọn van phân phối cho mạch thủy lực 63

3.1.3.5 Tính toán lựa chọn nguồn thủy lực 64

3.2 Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thủy lực điều khiển vị trí 69

3.2.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống 69

3.2.2 Mô hình nguồn năng lượng thủy lực 70

3.2.3 Mô hình mô phỏng van thủy lực 70

3.2.4 Mô hình mô phỏng xy lanh thủy lực 71

3.2.5 Mô hình bộ điều khiển và cảm biến 73

3.2.6 Mô hình mô phỏng hệ thống thủy lực điều khiển tự động chiều cao cắt của máy gặt đập 74

3.3 Thử nghiệm mô hình 75

CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT HOẠT ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG 78

4.1 Khảo sát tính chất định vị 78

4.1.1 Giảm khoảng cách thay đổi chiều cao 78

4.1.2 Điều khiển nâng hạ theo nhiều cấp 79

4.2 Khảo sát tính chất điều khiển tự động chiều cao cắt 82

4.2.1 Thay đổi dạng bậc khoảng cách giữa mặt phẳng cắt đối với mặt đồng 83 4.2.2 Biên dạng mặt đồng thay đổi dạng hàm số sin 85

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 88

1 Kết luận 88

2 Kiến nghị 89

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của máy gặt đập liên hợp cỡ nhỏ 56Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của một số loại xy lanh tác động đơn 61Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật một số loại bơm 67

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy kéo nông nghiệp 6

Hình 1.2 Hệ thống thủy lực áp suất không đổi trên máy kéo nông nghiệp 7

Hình 1.3 Hệ thống thủy lực lưu lượng không đổi trên máy kéo nông nghiệp 9

Hình 1.4 Hệ thống truyền động thủy tĩnh cho các bộ phận làm việc trên rơ mooc 10

Hình 1.5 Truyền động di động và truyền động xoay cho xe chuyên dùng 12

Hình 1.6 Truyền động di động thủy tĩnh trên máy nâng hàng 12

Hình 1.7 Hệ thống thủy lực trên máy xúc 13

Hình 1.8 Sơ đồ điều khiển cơ cấu treo bẳng thủy lực 15

Hình 1.9 Sơ đồ thủy lực của một máy kéo X- bộ phận được điều khiển tự động 16

Hình 1.10 Đoạn mạch “ thủy lực điều khiển tự động” trong sơ đồ thủy lực của một máy kéo 16

Hình 1.11 Sơ đồ hoạt động của một hệ thống điều khiển nâng hạ thuần túy thủy lực 18

Hình 1.12 Vị trí các bộ phận quan trọng trên máy kéo 18

Hình 1.13 Các bộ phận chính của hệ thống thủy lực điện từ điều khiển nâng hạ máy nông nghiệp 19

Hình 1.14 Vị trí các bộ phận điều khiển trên máy kéo 20

Hình 1.15 Sơ đồ khối điều khiển vị trí thủy lực điện tử 20

Hình 1.16 Sơ đồ khối một hệ thống điều khiển theo trượt 21

Hình 1.17 Sơ đồ khối điều khiển nâng hạ thủy lực điện tử với các thông số điều khiển: độ lệch vận tốc (độ trượt), lực kéo và vị trí) 22

Hình 1.18 Sơ đồ mạch thủy lực của bộ phận điều khiển chiều cao và bộ phận thoát tải áp suất 23

Hình 1.19 Sơ đồ điều khiển vận tốc liên hợp máy 24

Hình 1.20 Hệ thống lái tự động, sơ đồ mạch và sơ đồ thủy lực 25

Hình 1.21 Hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động 25

Hình 1.22 Hệ thống VVT-I sử dụng mạch điều khiển hai vị trí 26

Hình 1.23 Điều khiển tỷ số truyền vô cấp trên máy gặt đập liên hợp 27

Hình 1.24 Sơ đồ điều khiển hộp số vô cấp bằng van đóng ngắt 27

Hình 2.1 Mạch nguồn áp suất với nhiều truyền lực mắc song song 31

Hình 2.2 Kết nối mạch nguồn áp suất 31

Hình 2.3 Các phương án cơ bản của nguồn áp suất 33

Hình 2.4 Phương thức hoạt động của điều chỉnh hành trình 0 định vị trực tiếp34 Hình 2.5 Điều chỉnh không nhờ đầu đo áp suất 36

Hình 2.6 Bơm ngắt 37

Hình 2.7 Nguồn áp suất sử dụng bơm có thể tích choán chỗ không đổi, điều chỉnh được tần số quay 38

Hình 2.8 Hệ thống LS 40

Hình 2.9 Hệ thống LS liên hợp với điều chỉnh áp suất và điều chỉnh công suất 42

Hình 2.10 Các phương án truyền lực LS để phân phối lưu lượng không phụ thuộc vào áp suất tải 43

Hình 2.11 Cung cấp dầu thủy lực từ nguồn lưu lượng 44

Hình 2.12 Truyền lực điều khiển bằng van phân phối trong mạch nguồn lưu lượng 45

Hình 2.13 Điều khiển truyền lực liên tục với nguồn lưu lượng 47

Hình 2.14 Các ứng dụng của xy lanh thủy lực và động cơ dầu 49

Hình 2.15 Sơ đồ ứng dụng van đóng ngắt điện từ trong điều khiển vị trí 49

Hình 2.16 Sơ đồ ứng dụng van đóng ngắt điện điều khiển trong mạch điều khiển vị trí 51

Hình 2.17 Sơ đồ mạch điều khiển vị trí hệ hở trong ứng dụng van tỷ lệ không có phản hồi trong 52

Hình 2.18 Sơ đồ mạch điều khiển vị trí hệ kín sử dụng van tỷ lệ không có phản hồi 53

Hình 2.19 Sơ đồ khối của mạch điều khiển vị trí sử dụng van tỷ lệ có phản hồi 53

Hình 2.20 Mô hình ứng dụng của van servo kỹ thuật số 54

Hình 3.1 Máy gặt đập liên hợp cỡ nhỏ 55

Hình 3.2 Sơ đồ tổng thể máy gặt đập liên hợp cỡ nhỏ 56

Hình 3.3 Sơ đồ kết cấu cơ khí của hệ thống nâng hạ cho bộ phận gặt trên máy gặt đập liên hợp cỡ nhỏ 57

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý nâng hạ bộ phận gặt 58

Hình 3.5 Giá đỡ liên kết 59

Hình 3.6 Cơ cấu 4 khâu 59

Hình 3.7 Sơ đồ khái quát mạch thủy lực điều khiển nâng hạ bộ phận gặt 60

Hình 3.8 Hao tổn áp suất qua van phân phối VEF 3/3 tác động bằng điện của hãng Enerpac 63

Hình 3.9 Sơ đồ mạch nguồn lưu lượng 64

Hình 3.10 Sơ đồ mạch nguồn áp suất đơn giản 65

Hình 3.11 Sơ đồ mạch nguồn LS cơ học 65

Hình 3.12 Nguồn lưu lượng có tích áp 66

Hình 3.13 Đường đặc tính bơm GP10013 68

Hình 3.14 Đường đặc tính hao tổn áp suất qua van chặn dòng M-SR 8 KE02-1X 68

Hình 3.15 Ký kiệu và dặc tính của van áp suất 69

Hình 3.16 Sơ đồ mạch điều khiển tự động vị trí bộ phận gặt 70

Hình 3.17 Đặc tính chuyển động của con trựơt van 71

Hình 3.18 Sơ đồ mô phỏng van thủy lực 71

Hình 3.19 Sơ đồ khối mô phỏng xy lanh thủy lực 73

Hình 3.20 Sơ đồ khối mô phỏng cảm biến và bộ điều khiển 74

Hình 3.21 Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống điều khiển tự động chiều cao cắt của máy gặt đập 75

Hình 3.22 Sơ đồ mô phỏng hệ thống trên simulink 75

Hình 3.23 Phản ứng của hệ thống sau khi thay đổi chiều cao bộ phận gặt từ 0 ÷ 600mm 76

Hình 3.24 Phản ứng của hệ thống khi hạ bộ phận gặt đến vị trí làm việc 77

Hình 4.1 Đặc tính của hệ thống khi thay đổi chiều cao mũi cắt h=600 mm xuống chiều cao cắt h=250 mm 78 Hình 4.2 Đặc tính của hệ thống khi thay đổi chiều cao mũi cắt h=600mm xuống chiều cao cắt h=300mm 79 Hình 4.3 Khảo sát hệ thống đang gặt trên đồng ruộng (h=250 mm) và điều khiển bộ phận gặt lên chiều cao di chuyển (h=500 mm) 79 Hình 4.4 Phản ứng của hệ thống khi thay đổi chiều cao bộ phận gặt từ 250-370-500mm 80 Hình 4.5 Phản ứng của hệ thống khi thay đổi chiều cao bộ phận gặt từ 500-370-250mm 80 Hình 4.6 Phản ứng của hệ thống khi thay đổi chiều cao bộ phận gặt từ 250-320-420-500 mm 81 Hình 4.7 Phản ứng của hệ thống khi thay đổi chiều cao bộ phận gặt từ 500-420-320-250mm 81 Hình 4.8 Thí dụ thay đổi chiều cao cắt do mặt đồng không bằng phẳng 82 Hình 4.9 Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng thay đổi xuống 50mm 83 Hình 4.10 Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng thay đổi xuống 100 mm 84 Hình 4.11 Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng tăng cao 50 mm 84 Hình 4.12 Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng tăng cao 100 mm 84 Hình 4.13 Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng thay đổi theo hàm sin (tần số 10rad/s và biên độ A=5mm) 85 Hình 4.14 Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng thay đổi theo hàm sin (tần số 15 rad/s và biên độ A=10mm) 86 Hình 4.15 Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng thay đổi theo hàm sin (tần số 20rad/s và biên độ A=10mm) 86

MỞ ĐẦU

Đã qua hơn một thập niên của thế kỷ XXI, song nền kinh tế của nước ta vẫn là nền kinh tế lạc hậu trong mọi lĩnh vực các ngành kinh tế Cơ cấu nền kinh tế nước ta nông nghiệp vẫn là chủ yếu, có khoảng 70% dân số cả nước sống ở khu vực nông thôn

Để thực hiện mục tiêu Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước nói chung và trong lĩnh vực nông nghiệp nông thôn nói riêng Nhất là với chính sách cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn của Đảng và nhà nước ta với mục đích giải phóng sức lao động và tăng năng suất nhằm đem lại lợi ích kinh tế Các máy móc phục vụ cho việc cơ giới hóa rất đa dạng, phục vụ được rất nhiều công việc khác nhau trong sản xuất nông nghiệp: máy cày, máy bừa, máy phay, máy thu hoạch lúa, ngô, khoai, sắn,… nhưng việc điều khiển các máy này ở Việt Nam còn còn rất thủ công, mức độ tự động hóa chưa cao Hiện nay, truyền động thủy lực đang rất phát triển vì nó có nhiều ưu điểm hơn các kiểu truyền động khác Song việc ứng dụng truyền động thủy lực vẫn còn hạn chế trên các máy nông nghiệp, các công trình nghiên cứu ứng dụng hệ thống thủy lực trên các máy nông nghiệp vẫn chưa nhiều

Xuất phát từ những nhu cầu thiết thực trên tôi đã chọn và thực hiện đề

tài luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu mạch thủy lực đến tính

chất hoạt động của hệ thống điều khiển vị trí” Với mong muốn kết quả

nghiên cứu này của tôi có thể được sử dụng làm cơ sở nghiên cứu phân tích các phần tử hệ thống thủy lực trên các máy nông nghiệp Và có thể đánh giá chất lượng của hệ thống thủy lực, đồng thời thuận lợi cho việc thiết kế cải tiến ứng dụng vào trong thực tế sản xuất nông nghiệp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Sản xuất trong lĩnh vực nông lâm nghiệp là một quá trình sản xuất đặc thù, nó mang tính độc lập cao, điều kiện sản xuất phức tạp, tiêu tốn nhiều sức lao động Để nâng cao năng suất, giảm nhẹ sức lao động cho các khâu sản xuất trong sản xuất nông lâm nghiệp cần thiết phải áp dụng cơ giới hoá tổng hợp và sử dụng các phương tiện hữu ích, áp dụng các hệ thống máy móc phù hợp với từng loại sản xuất, từng mục đích công việc

Hiện nay việc thiết kế và phát triển các loại máy phức hợp tự hành đang diễn ra hết sức sôi động trong lĩnh vực cơ khí hoá nông lâm nghiệp ở nước ta

Xu hướng thiết kế chủ yếu là bố trí các bộ phận làm việc, dẫn động cho các

bộ phận làm việc chủ động trên một máy kéo vạn năng cỡ nhỏ hoặc là thiết kế các máy phức hợp chuyên biệt cho các công việc nông lâm nghiệp như gieo trồng, chăm sóc và thu hoạch…

Trên đa số các mẫu máy đã được công bố: Các máy làm đất, máy thu hoạch, … việc truyền động trích công suất được thực hiện bằng cơ học như truyền động xích, truyền động đai, truyền động các đăng hoặc truyền động bánh răng… Nhược điểm của truyền động cơ học là việc thay đổi tỷ số truyền

vô cấp chỉ có thể thực hiện trong khoảng giới hạn và yêu cầu một không gian lắp đặt cố định giữa động cơ truyền lực và bộ phận làm việc cần dẫn động

Các nhược điểm của này có thể được cải thiện đáng kể nếu thay thế truyền động cơ học bằng một hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực Các hệ thống truyền động thủy lực ngày nay có mật độ công suất và độ tin cậy cao, cấu trúc hệ thống đơn giản, đặc biệt là có khả năng thiết lập một hệ thống truyền động và điều khiển bất kỳ, linh động trong không gian với các phần tử cấu trúc tiêu chuẩn…

Một số kết quả bước đầu về ứng dụng truyền động thuỷ lực trong nông lâm nghiệp đã được công bố: Hệ thống truyền động trợ giúp thuỷ lực trên liên

hợp máy vận chuyển nông lâm nghiệp, liên hợp máy đào hố trồng cây, liên hợp máy cắt mía

1.1 Thủy lực ứng dụng trong nông nghiệp

Hệ thống thuỷ lực trên các máy nông lâm nghiệp tự hành thông thường bao gồm các phần tử cơ bản: Máy bơm, động cơ thủy lực, van phân phối, các đường ống dẫn, thùng dầu, van an toàn, van áp suất….Trong đó bơm dầu nhận mô men từ động cơ bơm dầu từ thùng đẩy vào trong đường ống dẫn đến động cơ thuỷ lực, động cơ sẽ biến đổi năng lượng dòng chất lỏng do bơm tạo

ra thành chuyển động quay của trục bơm và truyền đến động cơ

Các loại máy kéo như KOBUTA, TDT40, KT–12, MTZ, SHIBURA… đang được sử dụng trong nông lâm nghiệp thường được trang bị hệ thống hệ thống thuỷ lực với nhiệm vụ để nâng hạ các máy công tác Các hệ thống thuỷ lực này được thiết kế theo công suất máy kéo hoặc tải trọng nâng, nhưng thông thường chúng có công suất khá nhỏ trừ một số loại như máy kéo MTZ – 80/82 Một số loại như máy xúc, ủi hoặc các loại máy công trình khác, do yêu cầu về vị trí và khoảng cách giữa bộ phận truyền động và nhận truyền động

mà các hệ thống truyền động cơ khí không đáp ứng được Các loại máy này

có phương, chiều chuyển động và khoảng cách giữa các bộ phận chấp hành liên tục thay đổi Từ những yêu cầu thực tế trong các hoạt động sản xuất, các

hệ thống truyền động mới được đưa vào là hệ thống truyền động khí nén, hệ thống truyền động thuỷ lực Trong đó hệ thống thuỷ lực có ưu điểm hơn nhờ tính chịu nén của chất lỏng

Hệ thống truyền động thuỷ lực có công suất truyền động cao, truyền động êm dịu, có thể truyền động giữa các chi tiết có khoảng cách thay đổi trong quá trình làm việc, phần chủ động và phần bị động của hệ thống truyền lực được nối với nhau bằng các ống mềm dẫn dầu, các ống dẫn dầu thường được chế tạo bằng cao su và các chất phụ gia để tăng khả năng chịu lực Vì vậy chúng có thể được lắp đặt ở bất kì một vị trí nào trên máy mà không đòi

hỏi phải có khoảng không gian rộng lớn và hướng truyền động thẳng giữa các

bộ phận

Hiện nay, truyền động thuỷ lực đang được sử dụng rất phổ biến trên các loại ô tô máy kéo sử dụng trong nông lâm nghiệp:

- Hệ thống lái cơ học trợ lực thuỷ lực: Trong hệ thống này, lực đòi hỏi

ở người điều khiển khi tác dụng vào vô lăng là đủ cho lực bánh lái mở các van thuỷ lực để điều khiển các mạch thuỷ lực hoạt động tác động vào cơ cấu chấp hành giúp xe chuyển hưóng một cách nhẹ nhàng

- Hệ thống lái bằng bơm điều tiết mạch tốc độ nhanh Trong hệ thống này, người vận hành cần tác động vào vô lăng để tác động trực tiếp vào bơm điều tiết mạch tốc độ nhanh từ đó điều tiết lượng dầu vào phân phối và điều tiết đến bộ phận chấp hành và tác động vào hình thang lái

- Hệ thống phanh trợ lực thuỷ lực: Bàn đạp phanh được liên kết với piston của tổng phanh Khi tác động vào bàn đạp phanh, qua cơ cấu dẫn động, piston dịch chuyển, nén và đẩy dầu vào các đường ống dẫn đến các xylanh phanh bánh, áp suất của dầu sẽ tác động làm cho các piston của xylanh phanh bánh dịch chuyển và tác động vào guốc phanh, tạo ra mômen phanh ở các bánh xe

- Hệ thống nâng hạ trên các loại máy kéo hiện đại: Thông thường đi sau máy kéo là các loại máy công tác như máy cày, máy phay, máy bừa… Trong quá trình làm việc chúng được nâng lên khi di chuyển, khi quay vòng hoặc hạ xuống khi làm việc Để thực hiện công việc này, trên các máy kéo hiện đại có trang bị hệ thống thuỷ lực nâng hạ có cấu tạo khá đơn giản gồm: Bơm dầu, xylanh thuỷ lực, van điều khiển… Muốn điều khiển thiết bị này ta chỉ cần tác động vào tay điều khiển để hạ xuống hoặc nâng lên Ở các loại máy hiện đại, thiết bị này có thể được điều khiển bằng cả hai phương tiện là: Cần điều khiển

và thiết bị cảm ứng tự động Thiết bị này sẽ cảm ứng tải trọng của máy kéo qua lực cản của máy công tác

- Trên một số liên hợp máy cày hiện đại có lắp đặt trục lắc cảm ứng thuỷ lực Khi lưỡi cày chạm vào đất cứng lực cản tăng lên, qua các cầu trục tác động vào xylanh cảm ứng, kéo piston và van cảm ứng về phía sau, dầu sẽ chảy vào xylanh cảm ứng nhiều hơn qua giclơ biến thiên làm cho áp suất cảm ứng trước và van điều khiển tải gia tăng Sự gia tăng áp suất cảm ứng dầu dẫn đến sự chuyển động về phía sau của van điều khiển tải, bộ phận cam bị dẫn và khung nối vận hành van làm cho cam vận hành van xoay theo chiều kim đồng

hồ Cam xoay đi làm cho van áp lực mở ra và hướng dẫn dầu áp suất qua van tiết lưu đi vào phía cuối của piston ở vị trí trục lắc

Van tiết lưu điều khiển lượng dầu chảy vào và đi ra piston trục lắc, piston dịch chuyển về phía trước làm trục lắc xoay đi nâng các khớp nối trục

và lưỡi cày lên làm giảm lực cản của cày

Hệ thống cân bằng thuỷ lực (thường được sử dụng với các liên hợp máy làm việc trên sườn đồi) Hệ thống này đặc biệt gồm ba phần: Hệ thống thăng bằng chất lỏng, hệ thống điện và hệ thống thuỷ lực Khi liên hợp máy đi vào đoạn đường dốc ngang trên các sườn đồi, giả sử khi bánh xe bên trái thấp hơn bánh xe bên phải khi làm việc, khi đó thiết bị cảm ứng chất lỏng khởi động hệ thống điện, sẽ có dòng điện đi qua cuộn dây solenoid tạo ra từ trường làm dịch chuyển ống van thăng bằng và hướng dẫn dầu tới xylanh thăng bằng tác dụng hai chiều trên mỗi bánh xe, hai xylanh bên trái duỗi thẳng còn hai xylanh bên phải thụt vào giúp cho liên hợp máy giữ được trạng thái thăng bằng khi ở độ dốc nhất định Dưới đây luận văn giới thiệu một số hệ thống thủy lực sử dụng trong sản xuất nông nghiệp

1.1.1 Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy kéo nông nghiệp

Hình 1.1 Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy kéo nông nghiệp

1- Bơm điều khiển được; 2- Bơm kép; 3- Van ưu tiên; 4- Van điều chỉnh;

5, 6, 7- Van phân phối; 8- Van lái; 9- Van chặn; 10- Van giới hạn áp suất; 11,

12- Cân áp suất; 13- Van tiết lưu; 14- Van giới hạn áp suất;

15- Chốt hãm thuỷ lực

Hệ thống hoạt động với hai bơm: Bơm điều khiển được 1 và bơm kép

2 Bơm thuỷ lực 1 cung cấp dầu cho cả các phụ tải thuỷ lực và cả thuỷ lực lái Nhờ van ưu tiên 3 mà hệ thống lái luôn được cung cấp trước theo nhu cầu Việc điều chỉnh bơm 1 được thực hiện nhờ van điều chỉnh 4 sao cho bơm chỉ cung cấp lưu lượng dầu đủ để tạo ra một độ lệch áp suất không đổi (∆p = 25 bar) qua van phân phối 5, 6, 7 và van lái 8 Vì thế mà lưu lượng dầu đến phụ tải luôn luôn tỷ lệ với độ lệch của van Áp suất tải của phụ tải mắc kế tiếp được thông báo qua đường tín hiệu áp suất tải (nét đứt) đến van điều chỉnh 4 Van chặn 9 chỉ cho qua dòng dầu đến mỗi phụ tải có áp suất tải cao nhất Khi

áp suất hệ thống vượt quá giá trị cho phép (p= 180 bar) lưu lượng của bơm được điều chỉnh trở về qua van giới hạn áp suất 10 Nhờ cân áp suất 11 và 12 cài trước các van phân phối, ngay cả khi các phụ tải hoạt động đồng thời vẫn

có được một lưu lượng không phụ thuộc áp suất tải Lưu lượng dầu đến các van có thể được điều khiển bằng tay nhờ van tiết lưu 13 An toàn áp suất phía thứ cấp của hệ thống thuỷ lực được đảm bảo nhờ van giới hạn áp suất 14 và chốt hãm thuỷ lực 15 lắp trên van phân phối

1.1.2 Hệ thống thủy lực áp suất không đổi trên máy kéo nông nghiệp

Hình 1.2 Hệ thống thủy lực áp suất không đổi trên máy kéo nông nghiệp

Trong hệ thống bơm 1 cung cấp dầu cho các thiết bị thuỷ lực cũng như phanh, ly hợp và vị trí bôi trơn với dầu áp suất thấp Van căng trước 2 được điều khiển đến áp suất khoảng 7 bar Bơm chính là một bơm điều khiển được thể tích làm việc có điều chỉnh hành trình 0; nó cung cấp áp suất gần như không đổi với lưu lượng dầu đủ cho nhu cầu của phụ tải

Van hệ quả 4 sẽ mở cho đến khi áp suất giảm xuống dưới một giá trị cho trước Khi đó nó đóng lại, ngăn không cho áp suất tiếp tục giảm và lượng cung cấp cho hệ thống lái dưới mức cho phép

Các phụ tải thuỷ lực được mắc song song Van điều chỉnh dòng 5, được

bố trí trước van phân phối điều khiển bằng tay, có nhiệm vụ giới hạn vận tốc pit tông và tần số quay của phụ tải

Bộ truyền động thuỷ tĩnh phía trước được đóng ngắt bằng van điện từ Van phân phối 4/3 6 đóng mạch dầu đến động cơ còn van phân phối 3/2 7 đóng ly hợp giữa động cơ và các bánh trước Khi tác động vào ly hợp để truyền động thì bộ truyền thuỷ tĩnh phía trước được ngắt ra nhờ bộ ngắt điện

Ở các số chậm, động cơ được mắc song song qua van phân phối 8, còn với các số trung bình thì động cơ được mắc nối tiếp Trên các số nhanh bộ truyền động trước luôn luôn bị ngắt Việc chuyển mạch từ song song sang nối tiếp được thực hiện tự động nhờ lựa chọn các cấp số truyền (cài số bằng điện) Trên hệ thống này phần nâng tải phía trước và xy lanh lực được thiết kế tác động kép vì trên đường dầu về luôn có áp suất 7 bar

1.1.3 Hệ thống thủy lực lưu lượng không đổi trên máy kéo nông nghiệp

Hệ thống (hình 1.3) làm việc với 3 bơm có thể tích làm việc không đổi, bơm 1 và 2 cung cấp cho các phụ tải thuỷ lực, còn bơm 3- cho hệ thống lái Van phanh moóc 4 và van phân phối 5 được cung cấp dầu từ bơm 1, khi đó van phanh có tính chất ưu tiên so với van phân phối Dòng dầu thừa có thể chảy qua van chặn 6 khi van phân phối 5 ở vị trí trung gian để bổ sung cung cấp cho van phân phối 7 và 8 cũng như van điều chỉnh lực 9 Van điều chỉnh lực được đóng ở vị trí trung gian Dòng dầu từ bơm khi đó được dẫn qua cân

áp suất 10 về thùng Nhờ cân áp suất 11 mà có được một lưu lượng không phụ thuộc áp suất tải cho các xy lanh nâng hạ cả khi nâng lẫn khi hạ Nhờ chuyển mạch van phân phối 12 có thể sử dụng van điều chỉnh lực cho cả hệ thống nâng hạ trước Do được kết nối với đầu đo áp suất bằng điện nên có thể thực

hiện điều chỉnh áp suất xy lanh, nhờ đó có thể điều khiển và giữ không đổi lực tác động của các máy công tác trên cơ cấu treo Việc giữ áp suất an toàn được thực hiện ở phía sơ cấp nhờ các van giới hạn áp suất 14, 15, 16 cũng như phía thứ cấp tại xy lanh nâng sau nhờ van 17 và nhờ chốt chặn thuỷ lực 18 trên van phân phối

Hình 1.3 Hệ thống thủy lực lưu lượng không đổi trên máy kéo nông nghiệp

1, 2, 3- Bơm dầu; 4- Van phanh mooc; 5, 7, 8, 12- Van phân phối; 6- Van chặn; 9- Van điều chỉnh; 10, 11- Cân áp suất; 13-Đầu đo áp suất;

14, 15, 16, 17- Van giới hạn áp suất; 18- Chốt giữ thủy lực

1.1.4 Hệ thống truyền động thủy tĩnh cho các bộ phận làm việc trên rơ mooc

Hình 1.4 Hệ thống truyền động thủy tĩnh cho các bộ phận làm việc trên

rơ mooc

Hệ thống thuỷ lực của máy kéo truyền động cho hệ thống chốt rơmoóc,

để gom sản phẩm trên moóc, để xếp đặt thức ăn khô lên cao và để mở cửa rèm che Hệ thống thuỷ lực bố trí tại moóc với hệ thống bơm kép có thể tích làm việc không đổi, truyền động từ trục trích công suất của máy kéo cung cấp dầu cho các phụ tải còn lại Một bơm thứ 2 cung cấp lưu lượng qua bộ chia dòng 1 đến các động cơ truyền động cho sàn và vận chuyển ngang Để điều khiển chuyển động của sàn khi lùi và vận chuyển ngang từ trái qua phải sử dụng các van điện từ 2 và 3 Để điều khiển vô cấp chuyển động của sàn người

ta trang bị một van điều chỉnh dòng 3 ngả tác động điện từ Khi trục định lượng dừng, áp suất dầu trên đường vào tăng lên và bộ ngắt áp suất 5 sẽ ngắt

tự động bộ phận truyền động đẩy sàn Van phân phối 2 sau đó chỉ còn giữ vị trí mạch cho chuyển động lùi về Ngoài ra truyền động và điều khiển thủy lực còn được ứng dụng phổ biến trên các máy nông nghiệp phức tạp khác như máy thu hoạch lúa, ngô và cây có củ Các chức năng điều khiển của các hệ thống sẽ được giới thiệu trong mục 1.3

1.2 Ứng dụng thủy lực trong lĩnh vực xây dựng, công trình công thôn

1.2.1 Truyền động đi động và truyền động xoay trên xe chuyên dụng

Trên hình 1.5 giới thiệu sơ đồ truyền động thuỷ lực trên một xe chuyên dụng Xe chuyên dụng này có nhiệm vụ tiếp nhận các phần trọng lượng lớn (đến 10 tấn) tại một điểm xác định, vận chuyển nhanh trên một quãng đường dài (40 m) và đỗ xuống một vị trí chính xác Sơ đồ thuỷ lực trên hình 1.9 chỉ biểu diễn phần truyền lực cho di động và cho bàn xoay của thiết bị bốc dỡ Hệ thống bao gồm 2 đơn nguyên thứ cấp cho mỗi phần 1 và 2 cùng chức năng Trên cả hai bộ truyền động, một động cơ đảm nhận hoạt động theo một chiều quay, còn động cơ kia tạo ra một mô men nhỏ ngược chiều Bằng cách đó có thể tạo ra một liên kết trước để tránh hiện tượng mất liên kết do khe hở trong

hệ thống truyền Các bơm 3 và 4, mỗi bơm đảm nhận cung cấp dầu áp suất cao cho động cơ bàn xoay và động cơ di động, và nhận truyền động đồng trục

từ động cơ đốt trong Ngoài ra trên đó còn lắp một bơm bổ sung, do đó có thể nhìn nhận hệ thống là một mạch thuỷ lực kín Bộ tích luỹ áp suất thấp 7 ngăn ngừa sự xuất hiện xâm thực khi có nhu cầu lưu lượng lớn Trên hệ thống bàn xoay không có yêu cầu này do khoảng cách đến thùng quá nhỏ Nhờ bố trí bộ tích luỹ áp suất cao 8, tại đó phần năng lượng thuỷ lực cấp ngược từ quá trình phanh được tích luỹ, nên có thể chỉ cần trang bị một máy động lực cung cấp công suất gián đoạn Hơn nữa, trong quá trình làm việc hệ thống truyền động tiếp nhận công suất cực đại chỉ trong những khoảng thời gian ngắn

Hình 1.5 Truyền động di động và truyền động xoay cho xe chuyên dùng

1.2.2 Truyền động thủy tĩnh trên máy nâng hàng

Hình 1.6 Truyền động di động thủy tĩnh trên máy nâng hàng

Truyền động thuỷ tĩnh cho hệ thống di động được mắc trong mạch kín Điều khiển vận tốc chuyển động được thực hiện gọn và thuận tiện nhờ bàn đạp ga và bàn đạp điều chỉnh

Bơm dầu điều khiển được 1 nhận truyền động từ động cơ diezel được kết nối cơ học với bơm điều khiển và đồng thời cũng là bơm cung cấp 2 Dòng dầu cung cấp tỷ lệ thuận với tần số quay của bơm điều khiển tạo ra một

độ sụt áp suất tại màng chắn 3, chuyển đổi thành một áp suất điều khiển nhờ van điều chỉnh 4

Áp suất điều khiển tác động đến xy lanh điều khiển 6 qua van đảo chiều

5 và tác động làm tăng lưu lượng cung cấp từ bơm khi tần số quay của động

cơ diezel tăng lớn

Khi động cơ diezel quá tải, áp suất điều khiển giảm xuống, góc lắc của bơm nhỏ đi Nhờ sử dụng bàn đạp điều chỉnh có thể điều khiển bộ phận điều chỉnh tự động và dự kiến trước sự thay đổi lưu lượng Nhờ đó có thể có được một lưu lượng nhỏ hơn tại chế độ tần số quay cao của động cơ (cắt côn), hoặc lắc trả về nhanh của bơm (phanh)

Bộ phận chuyển đổi thứ cấp là động cơ điều khiển được 7 có thể lựa chọn hai vùng chuyển động bằng cách thay đổi thể tích làm việc cực tiểu hoặc cực đại nhờ van điều khiển điện 8 qua xy lanh điều khiển 9

1.2.3 Hệ thống thủy lực trên máy xúc

Mạch thủy lực trong hệ thống là mạch nối ghép hai mạch hở được cung cấp dầu từ hai bơm

Hình 1.7 Hệ thống thủy lực trên máy xúc

Bơm 1 cung cấp dầu cho các khôi van A và C mắc nối tiếp Bơm dầu 2 cung cấp dầu cho các khối van B và C cũng mắc nối tiếp Hai phụ tải trên mỗi khối van được mắc song song Các van chặn dòng ngăn ngừa dịch chuyển không mong muốn của các phụ tải khi chịu tải lớn Nhờ liên hợp như vậy hai phụ tải trên mỗi khối bất kỳ (ngoài hệ thống di động) có thể hoạt động đồng thời và không phụ thuộc lẫn nhau, khi đó chúng luôn được cung cấp dầu từ một bơm riêng Tất cả các bộ phận làm việc đều có bộ phận bảo vệ áp suất riêng, trên xy lanh còn cần được bổ xung một van chặn dòng tiết lưu để giới hạn vận tốc tụt xuống Dòng dầu về được lọc dầu và làm mát Van áp suất 1 được điều khiển từ áp suất vào trên đường dầu về của động cơ di động có tác dụng ngăn ngừa vận tốc quá cao khi hạ xuống hố bằng cách tiết lưu dòng dầu khi áp suất vào quá nhỏ Máy xúc được lái bằng cách tiết lưu trên đường dầu vào các động cơ ở hai bên xích

1.3 Thủy lực điều khiển vị trí trong sản xuất nông nghiệp

1.3.1 Điều khiển vị trí cơ cấu treo máy kéo

1.3.1.1 Tự động điều khiển theo lực kéo (Điều khiển thủy lực –cơ học)

Một phần trọng lượng cày và lực cản cày được điều chỉnh để làm tăng tải trọng cầu sau, đồng thời nhờ lực cản đã được điều chỉnh giữ cho độ sâu của cày ở một giới hạn cho trước

Giá trị hiện tại của lực được điều chỉnh được đo tại thanh treo trên, thanh treo dưới và tiếp tục chuyển đổi tín hiệu chuyển động cơ học của van điều chỉnh trong hệ thống thủy lực nâng hạ (Hình 1.8a)

Hệ thống điều khiển tự động vị trí tiếp nhận các xung điều khiển từ một

bộ phận đo cơ học đặt tại trục xoay hoặc tay đòn nâng cơ cấu treo Bộ phận này cấp thông tin về vị trí thanh treo dưới cũng như vị trí máy công tác Điều khiển vị trí phù hợp với mày tung phân máy gieo và máy trồng cây

Điều khiển hỗn hợp có thể để cho các xung của điều khiển lực kéo và điều khiển vị trí tác động đồng thời đến bộ điều chỉnh trong một trạng thái

cho trước Nhờ phối hợp như vậy có thể giới hạn độ sâu cày ở cả hai phía (cả max và min) nếu lực cản kéo biến động mạnh do tính chất đất không đồng nhất (hình 1.8b)

Hình 1.8 Sơ đồ điều khiển cơ cấu treo bẳng thủy lực

a, điều khiển theo lực kéo; b điều khiển vị trí; c, điều khiển phối hợp; d

máy công tác làm việc ở thế bơi Việc truyền tín hiệu được thực hiện bằng cánh tay đòn, thanh kéo sẽ xuất hiện ma sát, đàn hồi, khe hở và hao mòn, tác động xấu đến chất lượng điều khiển Ngoài ra tín hiệu chuyển động cơ học từ bộ phận đo cần được chuyển đổi, giới hạn phù hợp với chuyển động của van điều chỉnh

Hình 1.10 Đoạn mạch “ thủy lực điều khiển tự động” trong sơ đồ thủy lực của một máy kéo

Trong khi các nhóm linh kiện như các cảm biến và xử lý của hệ thống điều khiển nâng hạ cơ cấu treo thay đổi rất mạnh, rất nhanh theo sự phát triển

kỹ thuật tính và kỹ thuật điện tử thì nhóm linh kiện định vị - aktor là thủy lực nâng hạ lại không thay đổi nhiều Kể từ phần tử định vị thứ nhất là van điều chỉnh thì giữa các hệ thống điều khiển thủy lực hoàn toàn, điều khiển điện tử

và điều khiển theo trượt không có sự khác nhau đáng kể (hình 9) và (hình 10) đưa ra các thí dụ khái quát về điều khiển thủy lực trên máy kéo và các bộ phận được điều khiển tự động

Phát triển kỹ thuật đã tạo ra cabin kín và đàn hồi và cũng đòi hỏi một

hệ thống truyền tín hiệu linh hoạt Công suất máy kéo ngày càng tăng lên, máy kéo được sử dụng tốt hơn, nhiều loại máy kéo nông nghiệp mới, lớn hơn cũng như yêu cầu càng cao về an toàn, tiện nghi và đòi hỏi chất lượng điều khiển tốt hơn đặt ra yêu cầu vượt quá khả năng của hệ thống điều khiển thủy lực – cơ học Ngoài ra trong tương lai cần tích hợp nhiều thông số vào một hệ thống điều khiển phức hợp như số vòng quay động cơ, chi phí nhiên liệu, mô

Hình 1.9 Sơ đồ thủy lực của một máy kéo

X- bộ phận được điều khiển tự động

men trên đường truyền công suất,… Đối với các máy kéo trung bình và nhỏ thì hệ thống điều khiển thủy lực- cơ học vẫn còn ý nghĩa là một giải pháp có chi phí đầu tư hợp lý

1.3.1.2 Điều khiển thủy lực hoàn toàn

Trên hình 1.11 và hình 1.12 giới thiệu một hệ thống điều khiển thủy lực nâng hạ tự động, sử dụng một mạch thủy lực tùy động Mạch thủy lực có áp suất điều khiển được giữ không đổi là 13 bar và truyền hai tín hiệu giá trị hiện tại dưới dạng xung điều khiển thủy lực, so sánh riêng rẽ hoặc phối hợp với giá trị đặt và cấp giá trị tín hiệu định vị đến van điều khiển 18

Cụm điều khiển này là một đoạn mạch của mạch điều khiển công suất với áp suất 175 bar, để nâng hạ cơ cấu treo Việc truyền tín hiệu qua đường ống thủy lực rất linh hoạt, làm việc hầu như không có quán tính, nhờ đó có thể cho chất lượng điều khiển cao với biên độ điều khiển nhỏ, nâng nhanh, hạ nhanh Bộ phận tiếp nhận tín hiệu hiện tại làm việc theo nguyên lý chuyển đổi năng lượng Tín hiệu lực và tín hiệu vị trí được đo cơ học sau đó được chuyển đổi thành năng lượng thủy lực nhờ các van tiết lưu 28 và 21 ở dạng tín hiệu thay đổi áp suất, tiếp tục qua mạch thủy lực tùy động truyền đến van điều khiển 18 ( van phân phối có thay đổi vô cấp giữa các vị trí khác nhau) tại vị trí x1 và x2 Hệ thống thủy lực thuần túy ( hay hoàn toàn) để tự động điều khiển nâng hạ làm giảm nhẹ công việc điều khiển cho người lái, có thể giúp người lái làm việc tập trung hơn và có hiệu quả hơn

Hình 1.11 Sơ đồ hoạt động của một hệ thống điều khiển nâng hạ thuần

túy thủy lực

3- phần công suất của bơm phân tầng; 4- mạch lái và điều khiển; 18- van phân phối 3/3: nâng, hạ, giữ; 21- tiết lưu vị trí (tín hiệu cơ học – thủy lực);

26- xy lanh thủy lực nâng hạ; 28 tiết lưu đo lực; 29 thanh đo lực;

x1 , x2 – áp suất điều khiển;

Hình 1.12 Vị trí các bộ phận quan trọng trên máy kéo

3,6- Bơm phân tầng; 10- Bình chứa áp suất điều khiển lấy từ mạch điều khiển

hệ thống lái; 13- Cần điều khiển nâng hạ; 18- Van phân phối; 19- Van cấp giá trị đặt; 20- Tay đòn điều khiển giá trị đặt; 26- khối thủy lực; 31- tay điều khiển nâng hạ

1.3.1.3.Hệ thống thủy lực – điện từ điều khiển nâng hạ máy nông nghiệp

Thủy lực – điện tử là một giải pháp tiếp theo, tiếp cận với công nghệ hiện đại để điều khiển nâng hạ trên máy kéo Trên hình 1.13 giới thiệu các bộ phận chính còn hình 1.14 giới thiệu vị trí các bộ phận điều khiển trên máy kéo, các cảm biến nhạy cảm hơn, nhỏ hơn, ít hao mòn hơn và chi phí năng lượng ít hơn Cảm biến vị trí 3 là cảm biến cảm ứng mắc theo mạch vị trí và 2 đầu vào, quét quãng đường của đĩa cong và biến đổi thành tín hiệu điện Cảm biến đo lực biến đổi trực tiếp áp suất cơ học tại mặt cắt chốt kéo thành tín hiệu điện Dây dẫn tín hiệu rất linh hoạt, lắp đặt và thay thế dễ dàng, truyền tín hiệu không trễ và ổn định trong điều kiện nhiệt độ môi trường

Hình 1.13 Các bộ phận chính của hệ thống thủy lực điện từ điều khiển

nâng hạ máy nông nghiệp

Hình 1.14 Vị trí các bộ phận điều khiển trên máy kéo

Hình 1.15 Sơ đồ khối điều khiển vị trí thủy lực điện tử

Điều khiển trượt còn thường được gọi là điều khiển chống trượt có thể tránh điểm yếu của điều khiển thủy lực – điện tử là phản ứng sai khi máy kéo làm việc trên đất ướt và trơn Nếu xuất hiện độ trượt lớn khi cày làm giảm vận tốc làm việc thực tế Do lực kéo giảm, bộ điều khiển phản ứng để tăng độ sâu cày, dẫn đến bánh xe bị trượt quay và máy kéo không chuyển động được

Xy lanh thủy lực Cảm biến lực kéo Van điều khiển điện Cảm biến lực kéo Bơm thủy lực

Thùng dầu

Hộp điều khiển

Khối điện tử Cảm biến vị trí

_ +

Lực kéo hiện tại

Điều khiển lực kéo Giá trị đặt lực kéo

Trước hết việc bố trí một cảm biến radar có thể kết nối với bộ vi xử lý để xác định độ trượt

Hình 1.16 giới thiệu sơ đồ khối điều khiển theo trượt, tín hiệu giá trị độ trượt hiện tại được xác định từ giá trị vận tốc hiện đại (tín hiệu từ cảm biến ra dar) và vận tốc lý thuyết (tín hiệu từ cảm biến vận tốc góc bánh xe chủ động) các phép đo cơ học hoặc kinh nghiệm trong trường hợp này hoàn toàn không phù hợp Việc giữ độ sâu cày nhờ điều khiển thuần túy theo độ trượt, cũng không thể đáp ứng Ngược lại, chắc chắn rằng có thể phối hợp điều khiển theo trượt với điều khiển theo lực kéo Do việc truyền lực từ bánh xe với mặt đường yêu cầu độ trượt ≤ 25% nên độ trượt hiện tại được so sánh với giá trị đặt, nếu độ trượt còn nhỏ hơn giá trị giới hạn thì chỉ có hệ thống điều khiển theo lực kéo hoạt động, nếu độ trượt lớn hơn giá trị giới hạn thì lực kéo giảm

và cày được nâng lên Khi đó bộ điều khiển không tác động để giữ độ trượt hiện tại không đổi giá trị giới hạn mà điều khiển tỷ lệ với độ lệch giữa giá trị hiện tại và giá trị giới hạn Yếu tố tỷ lệ yêu cầu cần được cho trước

Hình 1.16 Sơ đồ khối một hệ thống điều khiển theo trượt

Giải pháp này không tránh được dao động trong mạch điều khiển tự động và có biến động độ sâu cày trong giới hạn Điều khiển theo trượt không tác động khi có điều khiển vị trí hoặc cày đang ở thế bơi

Khuếch đại

Máy kéo Vận tốc hiện tại Vận tốc lý thuyết

Lực kéo

Hình 1.17 Sơ đồ khối điều khiển nâng hạ thủy lực điện tử với các thông

số điều khiển: độ lệch vận tốc (độ trượt), lực kéo và vị trí)

1.3.2 Điều khiển vị trí trên máy thu hoạch

1.3.2.1 Điều khiển chiều cao cắt

Hệ thống điều khiển tự động chiều cao cắt (điều khiển vị trí bộ phận cắt) có khả năng thích ứng với các điều kiện làm việc rất khác nhau Trên hình 1.18 giới thiệu sơ đồ mạch thủy lực của bộ phận điều khiển chiều cao và

bộ phận thoát tải áp suất

Hình 1.18 Sơ đồ mạch thủy lực của bộ phận điều khiển chiều cao và bộ

phận thoát tải áp suất

1.3.2.2 Điều khiển vận tốc liên hợp máy và số vòng quay trống đập

Trên hình 1.19 giới thiệu một giải pháp phối hợp điện tử - thủy lực để điều khiển vận tốc liên hợp máy và số vòng quay trống đập phụ thuộc vào mật

độ cây lương thực, cảm biến cảm ứng được bố trí gần trục dưới của mặt nghiêng bộ phận cung cấp để đo độ dầy sản phẩm thu hoạch chuyển qua Một cảm biến được dẫn đến Monitor, tại đây được xử lý điện tử thành hai tín hiệu lệch định vị Các tín hiệu định vị điện tử được đưa đến van điều khiển thủy lực Một lệnh điều khiển vận tốc liên hợp máy để thay đổi lượng sản phẩm cung cấp cho bộ phận đập, lệnh khác điều khiển số vòng quay trống đập theo giá trị yêu cầu Nhờ đó đạt được sự cung cấp đều đặn cho bộ phận đập và bộ

Khối van

Khối điều khiển

Tích áp

Van áp suất

Xy lanh điều khiển bộ phận cắt

phận làm sạch Tất nhiên người lái có thể tác động hiệu chỉnh bằng tay trên bảng điều khiển 3

Hình 1.19 Sơ đồ điều khiển vận tốc liên hợp máy

Trung tâm xử lý điện tử 7 so sánh giá trị hiện tại với giá trị đặt và tính toán lệch định vị theo độ lệch ngẫu nhiên Bộ phận định vị của hệ thống là một van thủy lực điều khiển điện, van phân phối 4/3 Năng lượng thủy lực trong xy lanh 14 được chuyển đổi thành năng lượng cơ học tác động theo cần pis ton L để thực hiện chuyển động lái trong hệ thống lái tự động của máy thu hoạch

Hình 1.20 Hệ thống lái tự động, sơ đồ mạch và sơ đồ thủy lực

1.3.3 Điều khiển vị trí trên hộp số vô cấp cơ học

Hiện nay không chỉ trên ô tô hiện đại mới sử dụng hộp số vô cấp cơ học

mà trên máy kéo, các máy làm việc trong lĩnh vực nông nghiệp đã được trang

bị hộp số vô cấp

1.3.3.1 Hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động

Hình 1.21 Hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động

Với hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động, ta có thể điều khiển được vô cấp tỷ số truyền bằng việc cấp dầu vào bánh đai thứ cấp nhờ bơm

dầu hoặc cấp dầu vào bánh đai sơ cấp từ bơm dầu qua van tùy động để làm thay đổi đường kính các bánh đai từ đó thay đổi được tỷ số truyền động

1.3.3.2 Hệ thống VVT-I sử dụng mạch điều khiển hai vị trí

Để điều chỉnh vị trí xác định của đối tượng cần điều chỉnh có thể sử dụng mạch điều chỉnh hai điểm Một trong những ứng dụng điển hình khi ứng dụng mạch điều khiển, điều chỉnh hai điểm để định vị vị trí góc mở của xupap trên ô tô như hình 1.22

Hình 1.22 Hệ thống VVT-I sử dụng mạch điều khiển hai vị trí

Điều chỉnh sớm hay muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí, hệ thống sử dụng mạch điều khiển thủy lực với van đóng ngắt điện từ 4/3 ECU động cơ tính toán thời điểm đóng, mở xupáp tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, nhiệt độ nước làm mát, các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu

để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để điều khiển van với phương thức đóng ngắt để định vị vị trí trục cam theo mong muốn

1.3.3.3 Điều khiển tỷ số truyền vô cấp trên máy thu hoạch

Hình 1.23 Điều khiển tỷ số truyền vô cấp trên máy gặt đập liên hợp

Để điều khiển tỷ số truyền vô cấp trên máy gặt đập liên hợp trên hình 1.23 bằng cách thay đổi đường kính bánh đai chủ động Đường kính của bánh đai chủ động thay đổi nhờ hệ thống điều khiển thủy lực thông qua chương trình điều khiển của máy tính Đường kính của bánh đai bị động tự điều chỉnh thông qua lò xo nén, đồng thời tạo ra lực căng đai

1.3.3.4 Hộp số vô cấp được điều khiển bằng van đóng ngắt

Hình 1.24 Sơ đồ điều khiển hộp số vô cấp bằng van đóng ngắt

Khi có tín hiệu điều khiển, van đóng ngắt 3/3 đưa dòng dầu thủy lực có

áp suất p và lưu lượng Q đến xi lanh thủy lực Áp lực từ piston làm di chuyển đĩa di động của bánh đai chủ động tạo ra sự thay đổi tỷ số truyền

Từ việc phân tích tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển trong sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn

có thể nhận xét như sau:

- Trên các máy kéo, máy nông nghiệp và máy xây dựng tự hành đã được trang bị các hệ thống thủy lực để truyền động di động, điều khiển các bộ phận làm việc với các mức độ hiện đại khác nhau tùy thuộc yêu cầu công nghệ, độ chính xác cũng như giá thành thiết bị

- Trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam cũng đã có các máy kéo nhập ngoại như MTZ, KUBOTA, … và một số máy gặt đập liên hợp tự hành được trang bị thủy lực với mức độ đơn giản, chủ yếu tập trung vào việc điều khiển nâng hạ máy nông nghiệp treo Đối với các máy thu hoạch cỡ nhỏ và vừa sản xuất trong nước hầu như chưa quan tâm đến điều khiển chiều cao cắt trên hệ thống nâng hạ bộ phận gặt

- Với sự phát triển của kỹ thuật thủy lực, kỹ thuật điện tử có thể trang

bị các hệ thống điều khiển thủy lực cho các máy gặt đập liên hợp sản xuất trong nước, trong đó có hệ thống điêu khiển tự động chiều cao cắt để nâng cao chất lượng gặt đập lúa, giảm tỷ lệ thất thoát trong công đoạn thu hoạch với mức chi phí đầu tư phù hợp với điều kiện tài chính của nông thôn

1.4 Mục đích và nhiệm vụ đề tài luận văn

Mục đích: Nghiên cứu thiết kế phát triển hệ thống thủy lực tự động điều khiển chiều cao cắt cho máy gặt đập liên hợp sản xuất trong nước để nâng cao chất lượng gặt đập, giảm thất thoát sản phẩm với chi phí đầu tư phù hợp

Nhiệm vụ: - Phân tích tổng quan về ứng dụng hệ thống thủy lực trong sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống thủy lực điều khiển vị trí;

- Nghiên cứu thiết kế hệ thống thủy lực nâng hạ bộ phận gặt của máy gặt đập liên hợp cỡ nhỏ có chức năng tự động điều khiển chiều cao cắt

- Khảo sát một số tính chất hoạt động và điều khiển của hệ thống thủy lực