NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH KÉO BÁM CỦA MÁY KÉO KOMATSU D65A-8 KHI HOẠT ĐỘNG TRÊN ĐẤT LÂM NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH KÉO BÁM CỦA MÁY KÉO KOMATSU D65A-8 KHI HOẠT ĐỘNG TRÊN ĐẤT LÂM NGHIỆP Đoàn Văn Thu Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam TÓM TẮT Khi canh tác đất lâm nghiệp, LHM phải thực công việc điều kiện địa hình đất đai phức tạp, yếu tố làm giảm khả bám, di chuyển máy kéo, tăng chi phí lượng giảm suất LHM Kết nghiên cứu xác định các thông số đại lượng có liên quan: Pcx, Pcz, Mbs, nbs, V, δ… từ xây dựng đặc tính kéo bám LHM thí nghiệm đất lâm nghiệp, (cơ sở) đặc tính kỹ thuật để đánh giá, lựa chọn máy kéo đưa vào sử dụng lâm nghiệp Hiệu suất kéo cực đại ηk max = 60% δ = 0,27 Đặc tính kéo bám thực nghiệm máy kéo Komatsu D65-A-8 liên hợp với cày ngầm làm việc đất lâm nghiệp sở khoa học quan trọng để thiết kế, chế tạo hệ thống máy công tác kèm theo nghiên cứu tối ưu chế độ làm việc LHM có phận di động loại Từ khóa: Đặc tính kéo bám, Bộ phận di động xích MỞ ĐẦU Tính chất kéo máy kéo tính sử dụng quan trọng biểu thị khả thực công việc kéo điều kiện sử dụng khác Tính phụ thuộc vào khả bám hệ thống di động, công suất động cơ, số truyền phân bố số truyền, lực cản lăn máy kéo Khả bám lực cản lăn máy kéo phụ thuộc vào loại kết cấu hệ thống di động, phân bố trọng lượng bánh xe, địa hình tính chất đất đai (Tatsuro Muro and Jonathan O'Brien , 2005) Do yêu cầu kỹ thuật khâu làm đất đồi dốc đòi hỏi liên hợp máy (LHM) phải chuyển động ngang dốc theo đường đồng mức, đường đặc tính kéo máy kéo làm việc dốc ngang quan trọng để đánh giá, lựa chọn thành lập LHM canh tác lâm nghiệp Mặc dù vậy, tính chất kéo bám hệ thống di động xích đất lâm nghiệp, yếu tố hàng đầu ảnh hưởng đến tiêu suất chi phí lượng LHM làm đất chưa nghiên cứu xác định đầy đủ Bài báo giới thiệu phương pháp kết nghiên cứu thực nghiệm xây dựng đường đặc tính kéo bám máy kéo Komatsu D65A-8 liên hợp với cày ngầm làm việc đất lâm nghiệp làm sở thiết kế, chế tạo hệ thống máy canh tác kèm theo nghiên cứu tối ưu chế độ làm việc, nâng cao hiệu sử dụng LHM PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Đặc tính kéo bám liên hợp máy cày ngầm Các tiêu đánh giá tính kéo bám bao gồm: Độ trượt, tốc độ chuyển động, công suất kéo, chi phí nhiên liệu giờ, chi phí nhiên liệu riêng, hiệu suất kéo, lực cản lăn làm việc số truyền khác với cấp lực kéo điều kiện sử dụng khác (В.В Гусъков, 1979) Hệ số bám lực bám tiêu đánh giá tính kéo không phụ thuộc vào số truyền làm việc Để đánh giá tính kéo thường sử dụng đường đặc tính kéo, mối liên hệ tiêu kéo với lực kéo làm việc số truyền khác điều kiện làm đất khác Đặc tính kéo bám biểu diễn đồ thị để đánh giá khả bám di chuyển phận di động máy kéo, quan hệ hệ số bám μ, hệ số kéo k hệ số lăn  với độ trượt δ phận di động - Hệ số bám: μ = Mbs (1-1) r Z bs Trong đó: rbs – bán kính đường tròn chia bánh chủ động Z - phản lực thẳng đứng lên dải xích gồm phần trọng lượng LHM thành phần thẳng đứng lực cản cày Pcz Mbs – mô men xoắn bánh chủ động, xác định theo công thức: Mbs = Msc ηci ici (1-2) Ở đây, Msc - mô men xoắn trục sơ cấp hộp số; ici , ηci – tỉ số truyền hiệu suất truyền động chung từ trục sơ cấp hộp số đến bánh chủ động ứng với số truyền; Thay vào công thức (2-1) có: μ = - Hệ số kéo: k= Msc  i (1-3) ci ci rk Z Pcx Z (1-4) Trong đó: Pcx – thành phần lực cản cày theo phương chuyển động = - Hệ số lăn: Pl Z - Độ trượt dải xích:  = - =μ–k (1-5) V 30 V = Vt 3,14 rbs n bs (1-6) Đặc trưng cho tính chất truyền công suất vùng tiếp xúc đất – xích hiệu suất kéo phận di động, tỷ lệ công suất kéo Nk công suất trục bánh Nbs Đặc tính hiệu suất kéo thường biểu diễn quan hệ phụ thuộc vào độ trượt máy kéo Ngoài hiệu suất kéo phụ thuộc vào trị số lực kéo lực cản lăn theo công thức: k = NK N bs PCX V k Z = = (1 -  ) PCX Pl k (  ).Vt Z Z (1-7) Đặc tính kéo máy kéo đồ thị biểu diễn mối quan hệ công suất kéo lực cản kéo để đưa thông tin khả phát huy công suất kéo tính kinh tế máy kéo, quan hệ NT = f(Pcx) xác định qua công thức: NT = PCX V ; ( kw ) 3600 (1-8) Đặc tính kéo máy kéo xác định thông qua mối quan hệ N T theo Pcx, số truyền khác mối quan hệ δ - Pcx Từ phân tích cho thấy, tính chất kéo bám phụ thuộc vào loại kết cấu hệ thống di động, phân bố trọng lượng dải xích, địa hình tính chất mặt đất tiếp xúc Việc xác định trị số để xây dựng đặc tính kéo bám phận di động xích theo công thức tính toán phức tạp, đồng thời cần phải xác định nhiều hệ số thực nghiệm Do đặc tính kéo bám thường xây dựng thực nghiệm cho loại phận di động điều kiện làm việc định Xây dựng hệ thống đo xác định thông số thực nghiệm Các thông số cần xác định thực nghiệm Để xây dựng đặc tính kéo bám thực nghiệm cần thiết phải thiết lập hệ thống đo xác định giá trị, biến thiên đại lượng, thông số LHM Với máy kéo Komatsu D65A-8 liên hợp với cày ngầm làm đất trồng rừng, thông số cần xác định thực nghiệm là: Các thành phần lực cản cày theo phương chuyển động Pcx phương thẳng Pcz, vận tốc LHM V, số vòng quay bánh chủ động nbs, mô men xoắn trục sơ cấp hộp số Msc Sơ đồ lực tác dụng lên liên hợp máy Komatsu D65A-8 với cày ngầm chuyển động ổn định địa hình phẳng hình Các lực tác dụng bao gồm: G trọng lượng liên hợp máy; Z  phản lực pháp tuyến mặt đất; Pk  lực kéo tiếp tuyến máy kéo; Pf  lực cản lăn; PCX, PCZ  thành phần lực cản cày theo phương chuyển động theo phương vuông góc với mặt đất CPU V  I  G Pf Pk D/2 e k  rk III PCz Z II h PCx D Hình Sơ đồ lực tác dụng lênL liên hợp máy cày ngầm bố trí cảm biến đo lực, mô men vận tốc I Xi lanh thủy lực; II Thanh treo trên; III Thanh treo 1 Bộ phận thu thập xử lý thông tin; 2, 3,  cảm biến đo lực treo;  cảm biến đo tốc độ quay bánh xe;  cảm biến đo vận tốc thực máy kéo; 7 cảm biến đo mô men xoắn trục sơ cấp hộp số Từ sơ đồ lực tác dụng lên cấu treo máy cày, xét cân lực ta xác định thành phần lực cản cày theo phương trình sau: Pcx = Ptr.sinγ2 + Pxl.sinγ1 - Pd sinγ2 (1-9) Pcz = Ptr.cosγ2 + Pxl.cosγ1 - Pd cosγ2 (1-10) Trong đó: Ptr, Pd – lực tác dụng lên treo dưới; Pxl – lực tác dụng lên xy lanh thủy lực; γ1, γ2 – góc nghiêng xi lanh thủy lực treo so với phương thẳng đứng Phương pháp đo thiết lập hệ thống thiết bị đo - Các thành phần lực cản cày Pcx, Pcz xác định cách tổng hợp lực kéo nén treo xy lanh thủy lực nâng hạ cày theo công thức (1-9) (1-10) Lực kéo nén treo xác định phương pháp điện trở biến dạng theo sơ đồ kết nối trình bày hình ASYLAB R2 A /D P R4 R3 PU U Hình Sơ đồ kết nối cảm biến vào cầu đo để đo lực kéo nén treo 1- Khâu đo treo; 2- Cảm biến dây điện trở; 3- Cầu đo; 4- Bộ khuyếch đại; 5- Bộ chuyển đổi A/D; 6- Máy tính - Mô men xoắn trục sơ cấp hộp số Msc xác định cảm biến mô men RSE 6000, sơ đồ hệ thống đo mô men trình bày hình Mô men xoắn trục sơ cấp làm thay đổi giá trị điện trở cầu đo thông tin đầu vào máy truyền phát tín hiệu Các tín hiệu máy phát dạng sóng truyền thông truyền đến máy thu tín hiệu đo 4, truyền đến CPU máy tính(Ngô Diên Tập, 2001) Hộp pin nguồn Máy truyền phát tín hiệu đo Máy thu tín hiệu đo R1 R2 R4 Dasylab R3 CPU Hình Sơ đồ đo mô men xoắn Msc cảm biến RTSE 600 - Vận LHM V1, hộp số vòng quay chủ nbs xácphát địnhtín cảm 1 tốc Trục sơ cấp số; 2Cầubánh đo điện trở;động 3- Máy truyền hiệucác đo; biến đo vận4-tốc làmthu việc theotín nguyên lý cảm ứng quang học cảm ứng mềm từ Dasylab; Máy nhận hiệu đo; 5- Máy tính có càivàđặt phần Hệ thống thiết bị đo kết nối máy tính với với phần tử xác định thông số đo, tín hiệu đo từ cảm biến truyền qua cổng tương ứng thiết bị chuyển đổi Analog - Digital (Card A/D) đến máy tính có cài đặt phần mềm thu nhận xử lý số liệu Dasylab Hệ thống cho phép xác định đồng thời nhiều thông số kỹ thuật LHM khảo nghiệm có liên quan với độ xác cao (Bùi Hải Triều, Đoàn Văn Thu, 2009) Worksheet chương trình thí nghiệm để thu thập xử lý tín hiệu đo lập sở mô dun có sẵn phần mềm Dasylab kết nối lại thành chuỗi mô dun theo yêu cầu thí nghiệm (Hình 4) Kết thí nghiệm hiển thị trực tiếp dạng đồ thị bảng số hình máy tính lưu cất file liệu, quan sát kết trình đo W rite0 PC - C AR D -: AI Filter 00 Sc aling0 D ig Meter 00 V- nd c - nbs -Gt To c 2ba n00 Ptb- Pb e- Pto Ptb- Pb e- Pt-p D ig Meter 01 Ptb- Pb e- Pt01 PC - C AR D -: C T Gt Statis tic s 01 Hình Worksheet chương trình thí nghiệm thu thập xử lý tín hiệu đo Tổ chức thí nghiệm 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 sau: + Lực cản kéo tăng giảm cánh thay đổi: Số thân cày n = 1, 2, 3; bề rộng làm việc thân cày b = 0,12m, 0,23m, 0,30m; độ cày sâu hc = 0,35, 0,45, 0,55 (m) + Vận tốc cày: LHM làm việc với số truyền i = 1,2,3; Mỗi thí nghiệm ký hiệu theo thứ tự TN01, TN02 , kèm theo tham số thực nghiệm: kết cấu cày n, b, ; độ cày sâu hc; số truyền i = 1,2,3 Kết thí nghiệm Kết thí nghiệm thu thập lưu dạng file liệu phần mềm Dasylab, tín hiệu đo hiển thị theo dạng đồ thị hình 5 Hình Kết đo thông số: V, nbs, Pd, Ptr, pxl, Msc phương án thí nghiệm TN04 (n=2, b=0,12m, hc=0,55m) Thuật toán tổng hợp, tính toán xác định thông số, đại lượng đặc tính kéo bám như: Pcx, Pcz, Msc, hệ số cản lăn, độ trượt tích hợp mô đun chương trình Dasylab, mô đun kết nối thành chuỗi gọi Worksheet để tính toán hiển thị kết theo yêu cầu khác mục đích nghiên cứu hình Hình Worksheet tổng hợp tính toán, hiển thị số liệu thí nghiệm Kết tổng hợp, tính toán thông số, đại lượng có liên quan hiển thị dạng đồ thị hình Hình Đồ thị V, nbs, Msc, Pcz, Pcx phương án thí nghiệm TN04 Xây dựng đặc tính kéo bám phân di động xích Trên sở kết thí nghiệm xác định thành phần lực cản cày P cx, Pcz, mô men xoắn trục sơ cấp hộp số Msc, tốc độ chuyển động máy kéo V tốc độ quay bánh nbs, xử lý tiếp Dasylab Excel trình biến đổi độ trượt máy kéo theo công thức (1-6) ta xác định quan hệ μ = f(δ), k = f(δ) ρ = f(δ), số liệu tính toán ghi bảng Bảng Giá trị đại lượng μ, k, ρ ηk ứng với độ trượt δ Số TT Hệ số bám Mk/z Hệ số kéo Pcx/z Hệ số lăn ρ Độ trượt δ (%) Hiệu suất kéo ηk = f(δ) 0,26 0,07 0,19 0,07 0,273818 0,32 0,09 0,23 0,08 0,296219 0,41 0,18 0,23 0,11 0,458784 0,44 0,22 0,22 0,11 0,505452 0,47 0,25 0,22 0,14 0,527835 0,55 0,34 0,21 0,18 0,581445 0,57 0,34 0,22 0,18 0,570215 0,58 0,35 0,23 0,19 0,568973 0,60 0,37 0,23 0,21 0,555350 10 0,63 0,40 0,23 0,22 0,575512 11 0,64 0,41 0,24 0,27 0,600122 12 0,67 0,44 0,23 0,23 0,583788 13 0,78 0,55 0,23 0,32 0,578615 14 0,85 0,61 0,23 0,35 0,563401 15 0,86 0,62 0,24 0,37 0,542902 16 0,88 0,64 0,24 0,44 0,477892 17 0,90 0,69 0,21 0,50 0,436990 19 0,95 0,71 0,25 0,54 0,387699 20 0,95 0,71 0,24 0,62 0,283423 21 0,97 0,71 0,26 0,62 0,277997 Đặc tính kéo bám thực nghiệm dải xích máy kéo Komatsu D65A-8 trình bày hình Hình Đường đặc tính kéo bám dải xích máy kéo Komatsu D65A-8 Có thể nhận thấy rằng, điểm có độ trượt  = đồ thị tương đối với định nghĩa điểm độ trượt Steinkampf có nghĩa điểm  = nằm khoảng điểm đặt trục hoành hai đường cong μ = f(  ) k = f(  ), giá trị lớn hệ số bám μ khoảng 0,97 độ trượt 62 % Kết cho thấy, làm việc đất có độ mấp mô tính chất không đồng lâm nghiệp, khả bám phận di động xích giảm đáng kể Các đường cong μ = f(  ), k = f(  )  = f(  ) hồi quy toán học theo dạng hàm số thích hợp đồ thị hình - Từ đặc tính kéo bám xác định hiệu suất phận di động xích theo công thức (1-7), mối quan hệ hiệu suất kéo phụ thuộc vào độ trượt ηk = f(δ) biểu diễn đồ thị hình Hình Đồ thị hiệu suất kéo phụ thuộc vào độ trượt, ɳk = f(δ) Kết đồ thị cho thấy, hiệu suất kéo cực đại ηk = 60%, độ trượt δ = 0,27 Như vậy, máy kéo làm việc đất lâm nghiệp hiệu suất kéo phận di động xích đạt không cao Đường cong ηk =f(δ) hồi qui toán học theo hàm số đồ thị hình Cùng với đặc tính biến mô - hộp số sử dụng đặc tính kéo bám xây dựng để thành lập LHM với máy kéo Komatsu D65A-8 máy kéo có loại phận di động Đây sở khoa học để nghiên cứu cải thiện tính chất hoạt động tối ưu hoá LHM lĩnh vực giới hoá nông lâm nghiệp Xây dựng đặc tính kéo máy kéo Đặc tính kéo máy kéo Komatsu D65A-8 xây dựng sở sử dụng số liệu thu từ thí nghiệm đo (Pcx, V, nbs) Độ trượt phận di động máy kéo tính toán trực tiếp phần mền Dasylab từ tín hiệu đo vận tốc sensor V1 tốc độ quay bánh chủ động nbs sensor từ Thực việc tính toán theo công thức (1-8), xử lý kết phần mềm Dasylab 7.0, chuyển sang phần mềm ứng dụng Excel thu kết phụ thuộc NT - Pcx số truyền, số liệu tính toán ghi bảng Bảng Giá trị NT số truyền 1,2,3 δ phụ thuộc vào Pcx TT Pcx (KN) 15 15 21 24 25 NT-3 (Kw) 12 20 20 28 33 34 Pcx (KN) 12 15 16 24 25 33 NT-2 (Kw) 12 14 15 22 23 32 Pcx (KN) 15 19 25 34 46 51 NT-1 (Kw) 10 14 17 26 38 46 Pcx (KN) 15 19 25 34 46 51 δ (%) 0,0 0,6 1,1 1,3 1,8 2,0 2,7 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 35 40 44 46 53 56 57 58 64 71 91 50 76 47 53 55 57 57 55 56 56 59 55 51 51 54 38 40 43 46 50 51 53 64 67 78 81 107 113 38 43 46 48 50 51 51 59 60 64 64 59 56 57 63 80 98 104 120 134 138 137 65 90 75 137 49 54 65 68 69 69 67 64 61 51 66 58 62 57 63 80 98 104 120 134 138 137 2,7 2,9 3,4 3,5 4,4 5,6 7,1 9,8 12,4 Đặc tính kéo thực nghiệm máy kéo Komatsu D65A-8 trình bày hình 10 Hình Đường đặc tính kéo máy kéo Komatsu D65A-8 Đồ thị đặc tính kéo thực nghiệm cho thấy, lực kéo lớn số truyền 138kN, số truyền 113,3kN số truyền 93,5kN Công suất kéo lớn đạt khoảng 69 kW số truyền 1, lực kéo Pcx khoảng 104 kN Đây thông tin quan trọng để xác định vùng công suất hiệu cho công việc cụ thể theo mức độ tính chất tải trọng KẾT LUẬN - Bằng phương pháp hệ thống thiết bị đo đại, kết nghiên cứu thực nghiệm xác định giá trị thành phần lực cản cày, mô men trục sơ cấp hộp số, vận tốc làm việc, số vòng quay bánh chủ động mối quan hệ đại lượng liên quan Trên sở xây dựng đặc tính kéo bám thực nghiệm máy kéo Komatsu D65-A-8 liên hợp với cày ngầm làm việc đất lâm nghiệp Đây sở khoa học quan trọng để thiết kế, chế tạo hệ thống máy công tác kèm theo nghiên cứu tối ưu chế độ làm việc LHM có phận di động loại - Khi làm việc điều kiện đất lâm nghiệp, hiệu suất kéo bám dải xích máy kéo Komatsu D65-A-8 đạt khoảng 60%, thành lập LHM cần lựa chọn máy kéo với phận di động xích có khả bám cao để nâng cao hiệu suất sử dụng công suất động - Đặc tính kéo máy kéo máy kéo thí nghiệm xác định cấp lực kéo lớn số truyền, để xác định chế độ làm việc phù hợp với yêu cầu tải trọng sử dụng TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngô Diên Tập, 2001 Đo lường điều khiển máy tính, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 11 Bùi Hải Triều, Đoàn Văn Thu, 2009 Nghiên cứu xác định lực cản cày ngầm canh tác đất lâm nghiệp, Tạp chí Nông nghiệp PTNT Tatsuro Muro and Jonathan O'Brien, 2005.Terramechanics - Land Locomotion Mechanics, A.A Balkema Publiser,Tokyo В.В Гусъков, 1979 Тракmоры часmъ VII, Машиностроение, Моква RESULTS OF EXPERIMENTAL RESEARCH TO DETERMINE THE TRACTIVE PERFORMANCE OF THE KOMATSU D65A-8 ON FOREST LAND Doan Van Thu Forest Science Institute of Vietnam SUMMARY While working on the forest land, tractors have to handle a range of difficult terrain and soil conditions These factors reduce traction and driving capacity of the tractor, also increasing energy consumption and decreasing output of the equipment The research results have determined the dynamic parameters such as Pcx, Pcz, Mbs, nbs, V, δ, from these the tractive performances of an experimental machine for forested land has been established This tractive performances can be used to evaluate and select the most suitable tractor for use in forestry The tractive efficiency has a maximum of δ = 0,27 The tractive performances of the experimental Komatsu D65A-8 is important when designing new equipment, establishing the machine combination and studying the optimal working behavior of other machines which have similar rigid track belt Keywords: Tractive Performance, Rigid Track Belt 12