Nghiên cứu khả năng làm việc của máy kéo MTZ 50 liên hợp với máy đào mương để phục vụ tưới tiêu cho hoa màu ở đồng bằng sông cửu long

--- NGUYỄN XUÂN DŨNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA MÁY KÉO MTZ-50 LIÊN HỢP VỚI MÁY ĐÀO MƯƠNG ĐỂ PHỤC VỤ TƯỚI TIÊU CHO HOA MÀU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT H

-

NGUYỄN XUÂN DŨNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA MÁY KÉO MTZ-50 LIÊN HỢP VỚI MÁY ĐÀO MƯƠNG ĐỂ PHỤC VỤ TƯỚI TIÊU

CHO HOA MÀU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2011

-

NGUYỄN XUÂN DŨNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA MÁY KÉO MTZ-50 LIÊN HỢP VỚI MÁY ĐÀO MƯƠNG ĐỂ PHỤC VỤ TƯỚI TIÊU

CHO HOA MÀU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông - lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU

Hà Nội - 2011

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn này là kết quả của những năm ho ̣c tâ ̣p tiếp thu kiê ́n thức trong nhà trường Trong quá trình thực hiê ̣n luận văn, tôi được sự giúp đỡ

tâ ̣n tình của Thầy Cô giáo, các ba ̣n hữu

Tôi chân thành bày tỏ lòng biết ơn:

- Pho ́ Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Nhật Chiêu đã tâ ̣n tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiê ̣m, đô ̣ng viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiê ̣n luâ ̣n văn tốt nghiê ̣p

- Các Thâ ̀y Cô giáo Khoa Cơ điện và Công trình, Khoa sau Đại học, trường

Đa ̣i ho ̣c Lâm nghiệp, tâ ̣n tình truyền đa ̣t tri thức cho tôi trong suốt chương trình ho ̣c

- Ban giám hiệu, CB-CNV Trường Cao đẳng Cơ điện và Nông nghiệp Nam

bộ, nơi tôi đang công tác đã tạo mọi điều kiện và thời gian trong quá trình học

- Ca ́c ba ̣n lớp Cao học K17 đã nhiê ̣t tình hợp tác với tôi trong suốt thời gian thư ̣c hiê ̣n luận văn

Xin bày tỏ tình cảm trân trọng nhất đến những người thân trong gia đình, những người luôn yêu thương và động viên tôi

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực

Cần thơ, tháng 9 năm 2011

Nguyễn Xuân Dũng

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các bảng vi

Danh mục các hình vi

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về công nghệ và thiết bị đào mương để phục vụ tưới tiêu cho hoa màu ở Đồng bằng sông Cửu Long 3

1.2 Tổng quan các công trình nghiên cứu về khả năng kéo, bám, ổn định và tiêu hao nhiên liệu của máy kéo và máy liên hợp trong và ngoài nước 10

1.3 Kết luận chương 1 12

Chương 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1 Mục tiêu nghiên cứu: 14

2.2 Đối tượng nghiên cứu 14

2.2.1 Đặc tính kỳ thuật của máy kéo MTZ-50 16

2.2.2 Bộ phận chuyên dùng 18

2.2.3 Đặc điểm sản xuất nông nghiệp ở Đồng bằng sông Cửu Long 18

2.3 Nội dung nghiên cứu 20

2.4 Phương pháp nghiên cứu 20

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 20

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 20

Chương 3: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ KHẢ NĂNG KÉO, BÁM, ỔN ĐỊNH VÀ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA MÁY KÉO MTZ-50 LIÊN HỢP VỚI MÁY ĐÀO MƯƠNG 21

3.1 Nghiên cứu lý thuyết về khả năng kéo, bám của máy kéo khi liên hợp với máy đào mương 21

3.1.1 Tính lực kéo tiếp tuyến của máy kéo MTZ-50 22

3.1.2 Lực cản độ dốc và lực cản lăn của máy kéo 25

3.1.3 Lực bám của máy kéo MTZ-50 28

3.2 Nghiên cứu lý thuyết về tính ổn định của liên hợp máy kéo MTZ-50 khi di chuyển trên đồng 32

3.2.1 Xác định tọa độ trọng tâm của máy 33

3.2.2 Xác định khả năng ổn định tĩnh dọc 37

3.2.3 Xác định khả năng ổn định tĩnh ngang 40

3.3 Khả năng ổn định của liên hợp máy khi bánh chủ động bị nêm chặt 41

3.3.1 Mô men lật 42

3.3.2 Điều kiện để duy trì chuyển động ổn định 43

3.3.3 Điều kiện để LHM không bị lật đổ khi bánh chủ động bị nêm chặt: 44

3.4 Tính ổn định ngang của LHM khi làm việc trên địa hình không bằng phẳng 47

3.5 Tính lực cản lăn khi đào mương của máy kéo MTZ50 49

3.6 Nghiên cứu lý thuyết về tiêu hao nhiên liệu khi liên hợp với máy đào mương của máy kéo MTZ-50 51

Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 52

4.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 52

4.2 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm 52

4.3 Trang thiết bị thực nghiệm 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

Kết luận 56

Kiến nghị 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ky ́ hiê ̣u,

viết tắt

Nô ̣i dung diễn giải Đơn vi ̣

LHM Liên hợp máy

B lv Bê ̀ rô ̣ng làm viê ̣c của liên hợp máy m

P f Lư ̣c cản lăn của đất tác du ̣ng lên bánh xe N

f Hê ̣ số bám

r Ba ́n kính làm viê ̣c của bánh chủ đô ̣ng m

i Ty ̉ số truyền của hê ̣ thống truyền lực

F b Lư ̣c bám của bánh xe chủ đô ̣ng N

Z k Pha ̉n lực tiếp tuyến tác đô ̣ng vào bánh trước và bánh tỳ N

φ Hê ̣ số bám

L Chiê ̀u dài cơ sở của liên hợp máy m

b Khoa ̉ng cách từ tro ̣ng tâm đến cầu trước m α’ tφ Go ́c giới ha ̣n trượt khi quay đầu xuống dốc

DANH MỤC CÁC BẢNG

3.2 Lực bám của máy kéo khi làm việc trên những vùng đất có

độ nghiêng (α) và hệ số bám (φ) khác nhau

30

3.3 Kết quả thí nghiệm xác định độ trượt của LHM khi đào 50

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.3 Sơ đồ máy đào kiểu đĩa phay kép KH-1200 5

2.3 Nông dân tưới ruộng khoai lang từ mương dẫn nước 19 2.4 Nông dân đào mương dẫn nước bằng thủ công 19

3.2 Sự phụ thuộc lực cản chuyển động vào độ dốc dọc và hệ số

cản lăn của đường

3.9 Sơ đồ nghiên cứu khả năng ổn định tĩnh ngang máy kéo

3.11 Sơ đồ liên hợp máy khi đột ngột một bánh bị rơi xuống rãnh 47

4.6 Kết quả đo mômen xoắn trên trục các đăng 56

ĐẶT VẤN ĐỀ

Công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn là một chủ trương lớn của Đảng và nhà nước ta nhằm thúc đẩy nền kinh tế phát triển, tạo công ăn việc làm, tăng thu nhập cho người nông dân, tạo tiền đề giải quyết các vấn đề chính trị - xã hội của đất nước Ở nước ta, đặc biệt là vùng Đồng bằng sông Cửu long có diện tích đất nông nghiệp lớn nhất nước và được ưu đãi bởi lượng phù sa rất lớn của dòng sông Mê kông hàng năm chảy

về, tạo điều kiện thuận lợi cho người dân làm nông nghiệp có thể tận dụng sự ưu đãi này để phát triển trồng lúa và hoa màu đạt hiệu quả kinh tế cao Trong quá trình sản xuất nông nghiệp, người nông dân ở Đồng bằng sông Cửu long chủ yếu là canh tác lúa để cung cấp lương thực cho cả nước, tuy vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng đất, người nông dân ở một số địa phương

đã thâm canh trồng hoa màu phục vụ cho người tiêu dùng và xuất khẩu ra nước ngoài

Đặc điểm của cây hoa màu trong suốt quá trình sinh trưởng là luôn cần nước, hoa màu được trồng theo hàng xen lẫn với các mương dẫn nước

để giữ ẩm cho bộ rễ phát triển và lấy nước tưới cho cây Chính vì vậy việc đào mương dẫn nước để phục vụ cho các yếu tố trên là một việc cần thiết phải thực hiện Trước đây người trồng hoa màu đào mương phục vụ tưới tiêu chủ yếu bằng các vật dụng thô sơ, do đó năng suất thấp, tổn hao sức lao động lớn, hiệu quả kinh tế không cao Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học

kỹ thuật, các loại máy hiện đại, năng suất cao đã được người dân đưa vào sử dụng hiệu quả Các loại máy được sử dụng phổ biến hiện nay như: MTZ-50, MTZ-80/82 của Liên Xô cũ; John deere của Mỹ; Kubota của Nhật;…Trong

đó máy kéo MTZ-50 được sử dụng phổ biến hơn vì động cơ có công suất cao, giá thành hợp lý, dễ sử dụng, phụ tùng thay thế sẵn có ở trong nước

Trong những năm gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu thiết kế cải tiến các máy chuyên dùng lắp cho máy kéo MTZ-50, tuy nhiên việc nghiên cứu và sử dụng máy kéo này liên hợp với máy đào mương để tưới tiêu cho hoa màu ở Đồng bằng sông Cửu long chưa được nghiên cứu.Với những lý do

nêu trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“Nghiên cứu khả năng làm việc của máy kéo MTZ- 50 liên hợp với máy đào mương để phục vụ tưới tiêu cho hoa màu ở Đồng bằng sông Cửu Long”

Ý nghĩa khoa học của đề tài

Xác định được các chỉ số kéo, bám, ổn định và tiêu hao nhiên liệu của máy kéo MTZ-50 khi liên hợp với máy đào mương để phục vụ tưới tiêu cho hoa màu ở Đồng bằng sông Cửu Long

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài phục vụ cho việc sử dụng hiệu quả máy kéo MTZ-50 khi liên hợp với máy đào mương để phục vụ tưới tiêu cho hoa màu ở Đồng bằng sông Cửu Long

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về công nghệ và thiết bị đào mương để phục vụ tưới tiêu cho hoa màu ở Đồng bằng sông Cửu Long

Trên thế giới và trong nước đã có nhiều công trình nghiên cứu, thiết kế một số loại máy chuyên đào, nạo vét kênh mương và các máy đào công sự Một số công trình đã công bố về ứng dụng các loại máy làm đất công dụng chung để đào mương dẫn nước tưới cho hoa màu và rạch hàng trồng mía, tuy nhiên chưa có công trình nào công bố về máy chuyên đào mương để dẫn nước tưới cho hoa màu Đặc biệt là vùng Đồng bằng sông Cửu Long, nơi có diện tích đất nông nghiệp lớn nhất cả nước

Sau đây, xin giới thiệu một số loại máy tạo rãnh mương, nguyên lý làm việc khác nhau để làm cơ sở lựa chọn nguyên lý và kết cấu của máy đào mương dẫn nước liên hợp với máy kéo MTZ-50

Máy làm việc theo nguyên tắc chung của bộ phận làm việc bị động là tách đất sang hai bên, đồng thời nâng lên và đẩy ra trước làm di chuyển khối đất trước lưỡi rạch và trượt trên bề mặt cánh diệp tạo thành rãnh

Máy liên hợp với máy kéo ĐT-75, MTZ-50 là máy tạo rãnh dạng cánh diệp, cho phép hoàn chỉnh khoảng cách rãnh từ 0,91,4m Máy tạo rãnh sâu 3540cm so với đỉnh luống, đáy rãnh rộng 1012cm Kiểu máy này đã được

sử dụng trên đất mía ở các nước Cuba, Australia, Ấn Độ v.v… Máy rạch hàng R-2 đã được ứng dụng rộng rãi trên đất mía tại vùng nguyên liệu mía đường ở nước ta và dẫn nước tưới cho hoa màu Ưu điểm là cấu tạo đơn giản, giảm số lần đi lại của máy trên đồng so với rạch hàng bằng máy R-1 hoặc các phương pháp cải tiến như cày trụ lưỡi diệp và cày đĩa Nhược điểm là làm tơi đất kém, lực cản kéo lớn, vì vậy chỉ sử dụng trên đất đã đạt độ nhỏ cần thiết, khi cần tạo rãnh

có độ sâu phải sử dụng máy kéo lớn, khó tạo rãnh có kích thước đáy lớn

Máy đào mương kiểu phay K-30A, K-30B, KHK-15

Máy đào mương kiểu phay K-30A, K-30B, KHK-15 [13] có sơ đồ cấu tạo như sau (hình 1.2)

Hình 1.2 Máy đào kiểu phay K-30A 1- Khung treo máy; 2- Trục cácđăng; 3-Khung đất;

4- Lưỡi cắt đất; 5-Hộp số phay; 6-Tấm vét đất

Các loại máy này đã nghiên cứu và chế tạo tại Liên Xô (cũ), đây là các máy đào dạng phay được sử dụng để đào mương tiêu nước và ngăn côn trùng phá hại cây trồng Máy động lực có công suất động cơ từ 50100 mã lực, các máy này làm việc ở vận tốc từ 3 đến 4,2km/h với năng suất từ 32240m2/h,

độ sâu làm việc từ 16120cm, bề rộng rãnh từ 630cm tùy theo từng loại máy Vận tốc quay vòng của trống phay đối với loại K-30A, K-30B là 160v/ph, đối với loại KHK-15 là 480v/ph Năng suất chung của cả ba loại máy khoảng 3,6m2/h Máy chỉ dùng để đào các mương có kích thước bé, bề rộng mương 15cm, độ sâu 30cm

Máy đào mương kiểu phay kép KH-1200

Máy đào mương kiểu phay kép KH-1200 [22] có sơ đồ cấu tạo như sau (hình 1.3)

Hình 1.3 Sơ đồ máy đào kiểu đĩa phay kép KH-1200

1- Đĩa phay; 2- Hộp số phay; 3 - Lưỡi cắt

Máy KH-1200 do nhà máy chế tạo máy thủy lợi Modir (Liên xô cũ) chế tạo Bộ phận công tác của máy gồm hai đĩa phay hình côn 1 có trục phay vuông góc với mái kênh, đĩa phay quay theo chiều nghịch, trên đĩa có lắp lưỡi cắt 2 cắt đất từ dưới lên trên và lưỡi vung đất về hai bên Độ sâu làm việc của

bộ phận công tác được điều chỉnh nhờ hệ thống xi lanh thủy lực Năng suất máy đào loại này rất cao 8-15m3/h nhưng công suất tiêu thụ không lớn Vận tốc quay vòng của đĩa phay 10-15m/s Độ văng xa của thỏi đất 50-100cm Máy có thể làm việc tốt trên đất thịt và đất cát pha

Máy đào mương kiểu ro to - vít tải

Máy đào mương kiểu ro to - vít tải [3] có sơ đồ cấu tạo như sau (hình 1.4)

Hình 1.4 Sơ đồ bộ phận đào rô to - vít tải

1 Tấm gạt đất; 2-Vít tải; 3-Roto; 4- băng tải

Máy có cấu tạo gồm ro to gầu 3, có trục quay nằm ngang, hai vít tải hình côn hoặc hình trụ 2 và các tấm gạt 1 làm sạch kênh ở phía sau hay hai bên Nguyên lý làm việc của máy như sau: Rô to quay quanh trục và chuyển động tịnh tiến, cắt đất và đào phần giữa tiết diện kênh, hai vít tải đào hai bên mái và chuyển vào rô to, phía sau có tấm gạt làm sạch kênh

Máy đào mương rô to - lưỡi cắt

Máy đào mương rô to - lưỡi cắt [14] có sơ đồ cấu tạo như sau (hình 1.5)

Hình 1.5 Sơ đồ bộ phận đào rô to - lưỡi cắt 1- Trống hình côn gắn lưỡi cắt; 2- Rô to; 3- Băng tải

Là loại máy đào kiểu rô to hình nón 1, trên rô to lắp một hoặc nhiều dãy lưỡi cắt, phía sau lắp lưỡi gạt để làm sạch và phẳng đáy kênh Đất cắt bằng lưỡi cắt sẽ được chuyển vào băng tải 3 Máy đào có thể đào kênh sâu 0,651,8m, chiều rộng đáy 0,61m

Máy đào mương kiểu trục vít xoắn đứng 1KL và 1KL-20

Máy đào mương kiểu trục vít xoắn đứng 1KL và 1KL-20 [15] có sơ đồ cấu tạo như sau (hình 1.6)

Hình 1.6 Sơ đồ máy đào mương kiểu vít đứng 1- Máy kéo; 2- Cơ cấu treo; 3- Trục các đăng;

4- Bộ phận đào kiểu vít; 5- Lưỡi cắt; 6-Tấm gạt đất

Viện nghiên cứu máy nông nghiệp Trung Quốc đã nghiên cứu chế tạo máy đào rãnh kiểu trục vít xoắn đứng 1KL và 1KL-20 liên hợp với máy kéo nhỏ dùng để đào mương ứng dụng cho dẫn nước và trồng mía, máy có những

ưu điểm kết cấu đơn giản, phối lắp hợp lý Kích thước và chất lượng rãnh đào thích hợp cho trồng mía, bề rãnh B = 20-30cm, độ sâu làm đất đạt 40cm, năng suất đạt 1350m/h, chi phí năng lượng 140Wh/m3 và tính vung đất tốt Đồng

thời Viện đã nghiên cứu và chế tạo máy đào mương dạng đĩa, máy gồm đĩa có đường kính 0,8-1,0m, trên đĩa lắp tấm thép vừa có tác dụng như lưỡi tung đất Máy có khả năng làm việc thích hợp trên đất đã làm đất nhiều lần

Máy đào mương xả phèn XR-25

Máy đào mương xả phèn XR-25 [7] có sơ đồ cấu tạo như sau (hình 1.7)

Hình 1.7 Máy đào mương xả phèn XR - 25 1- Đĩa phay; 2- Lưỡi cắt; 3- Lưỡi gạt; 4- Tấm vét;

5- Hộp số phay; 6- Tấm chắn Năm 1985, Viện Cơ - điện nông nghiệp đã nghiên cứu thành công máy đào mương xả phèn và dẫn nước đã đưa ra mẫu máy phù hợp với điều kiện sản xuất ở Đồng bằng sông Cửu Long Máy làm việc theo nguyên lý chủ động quay thuận, mô men được truyền từ trục thu công suất qua trục các đăng, hộp

số 5 và dẫn động đĩa phay 1 Đất được các lưỡi dao cắt 2 và được tấm gạt 3

vung lên đập vào tấm chắn 6 văng ra xa không tạo thành bờ Đáy mương được tấm vét 4 làm sạch, kích thước mương đào bé, bề rộng mương 0,35m,

độ sâu 0,30m Máy có khả năng đào với năng suất 0,0375m3/s, chi phí năng lượng riêng 0,5KW/giờ

Còn nhiều loại máy đào mương khác nữa được ứng dụng trong sản xuất như: Các máy đào mương dẫn nước kiểu thụ động theo bằng phát minh số

4266490, 4450778 của Quick

1.2 Tổng quan các công trình nghiên cứu về khả năng kéo, bám, ổn định

và tiêu hao nhiên liệu của máy kéo và máy liên hợp trong và ngoài nước

Máy kéo bánh hơi được sử dụng khá phổ biến trên nhiều nước trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như: Nông nghiệp, lâm nghiệp, vận chuyển nông, lâm sản, xây dựng, khai thác mỏ… Những nghiên cứu cơ bản

về thiết kế, chế tạo hệ thống mới thay thế hệ thống cũ và đánh giá các đặc tính

về kéo, bám, ổn định, quay vòng, tiêu hao nhiên liệu đã được đề cập trong nhiều tài liệu nước ngoài, tiêu biểu trong lĩnh vực này là những nhà khoa học người Nga (Liên Xô cũ), có thể kể ra một số công trình tiêu biểu như sau:

Gueinov.E.M năm 1975 đã nghiên cứu thực nghiệm các thông số kéo, bám của máy kéo bánh hơi T40 L [7]

Olchianu I năm 1966 đã nghiên cứu sự làm việc máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ trong điều kiện đồi núi [12]

Nguyễn Kính Thảo đã nghiên cứu động lực học kéo của hệ thống máy kéo bánh hơi Lâm Nghiệp dùng trong chặt chăm sóc [10]

S F Kozmin, A B ZuKov đã nghiên cứu thực nghiệm của bán rơmooc chủ động loại lực kéo 6KN [18]

Kononhenko M P đã nghiên cứu tính chất kéo và ổn định của máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ ở vùng đồi núi [17]

KuZnhesov A P đã nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo bánh hơi [19]

Makaorav FN đã nghiên cứu sự làm việc của máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ trong điều kiện đồi núi [16]

Eghipchi.A.E đã nghiên cứu các thông số sử dụng của máy kéo vận xuất được cải tiến từ máy kéo K700 A [20]

Chuđacov Đ.A: nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán máy kéo và ôtô [21] Trần Công Hoan năm 1968 đã nghiên cứu những cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để phát triển cơ giới hóa khai thác gỗ ở nước Việt Nam Dân Chủ Cộng Hòa 1968 [8]

Ở nước ta hiện nay đang sử dụng rất nhiều chủng loại máy kéo bánh hơi và máy xích vào các lĩnh vực sản xuất nông, lâm nghiệp như: MTZ 50/52; 80/82; DT75; C100; T54; T62; Fiat; D65; D85… Hầu hết được nhập khẩu từ những năm 80 của thế kỷ trước, nhiều kết cấu đã lạc hậu, không phù hợp với điều kiện sản xuất nông, lâm nghiệp hiện nay của Việt nam Các nghiên cứu ứng dụng cụ thể ít được công bố, đặc biệt là nghiên cứu về kéo, bám, ổn định

và tiêu hao nhiên liệu còn rất khiêm tốn Gần đây, đã có một số đề tài nghiên cứu trong nước đề cập đến các hệ thống trợ lực thủy lực cho máy xây dựng, máy khai thác mỏ, xe quân sự với các kết cấu đa dạng của một số tác giả như:

Lê Đình Quân - Trường Đại học Bách khoa Hà nội đã nghiên cứu đánh giá hệ thống trợ lực thủy lực lái sử dụng cho xe xích hạng trung [11]

Nguyễn Tiến Đạt đã nghiên cứu đến một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng vận xuất gỗ rừng trồng bằng phương pháp kéo nửa lết của máy kéo bốn bánh cỡ nhỏ [5]; Mô hình chuyển động của máy kéo công suất nhỏ vận xuất

gỗ rừng trồng theo phương pháp kéo nửa lết [6]

Phạm Minh Đức đã nghiên cứu khả năng kéo bám của máy kéo

DFH-180 khi vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng [4]

PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đã nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hóa khai thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 10 đến 20 độ [2]

Nguyễn Hữu Cẩn đã nghiên cứu tính toán và thiết kế ô tô máy kéo [1]

TS Nguyễn Đình Tuấn, Học viện Kỹ thuật Quân sự đã nghiên cứu mô hình động lực học chuyển động thẳng và quay vòng của xe xích quân sự, tác giả đã xây dựng được mô hình tổng quát khảo sát động lực học chuyển động thẳng và quay vòng xe xích quân sự có kể đến yếu tố tương tác xích đất trong một hệ kín, góp phần hoàn thiện mô hình nghiên cứu động lực học khi thiết

kế, tính toán xe quân sự, xác định được vận tốc chuyển động thẳng giới hạn trước khi vào quay vòng V0 = 9,63km/h để tránh nguy hiểm [23]

Bên cạnh những công trình nghiên cứu nhằm sử dụng các loại máy kéo hoặc liên hợp máy phục vụ cho sản xuất, quân sự ở trong nước, các nhà khoa học nước ta đã có một số công trình nghiên cứu để cải tiến các bộ phận hoặc các hệ thống của máy kéo được nhập từ nước ngoài vào Việt nam

Nhìn chung, các công trình nghiên cứu về chuyển động của máy kéo bánh hơi để phục vụ cho nông, lâm nghiệp ở Việt Nam chưa nhiều, nhưng những kết quả nghiên cứu đó có ý nghĩa lớn cho việc hoàn thiện thêm kết cấu

và chọn ra chế độ sử dụng hợp lý cho máy kéo bánh hơi

1.3 Kết luận chương 1

Trong những năm gần đây tình hình áp dụng máy móc thiết bị để cơ giới các khâu trong sản xuất nông lâm nghiệp ngày càng tăng không ngừng Máy kéo được sử dụng phục vụ canh tác nông lâm nghiệp rất phong phú về chủng loại và phạm vi công suất rất rộng Máy kéo được sử dụng phổ biến tại các Tỉnh Miền bắc nước ta được nhập từ Trung Quốc, Nhật Bản và máy kéo được sản xuất trong nước còn tại các Tỉnh vùng Tây nguyên và Đồng bằng sông Cửu long chủ yếu dùng máy kéo nhập khẩu từ Liên Xô cũ, Nhật Bản và Mỹ

Việc nghiên cứu các yếu tố về khả năng kéo, bám, ổn định và tiêu hao nhiên liệu của LHM kéo nông nghiệp đã được nhiều tác giả đầu tư nghiên cứu

và đạt những kết quả nhất định Các công trình nghiên cứu đó đã góp phần đóng góp tích cực cho các hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp ở nước ta, kết quả nghiên cứu có ý nghĩa lớn cho việc hoàn thiện thêm kết cấu và chọn ra chế độ sử dụng hợp lý an toàn và hiệu quả khi làm việc

Tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long, để sử du ̣ng liên hơ ̣p máy

MTZ-50 một cách có hiê ̣u quả trong sản xuất nông, lâm nghiê ̣p thì còn nhiều vấn đề về kỹ thuâ ̣t ảnh hưởng trực tiếp lên LHM làm viê ̣c như: Các lực cản, thông số về củ a thực đi ̣a, khả năng kéo bám, ổn định Nên việc khảo sát các chế đô ̣

củ a liên hơ ̣p máy MTZ-50 với máy cày để làm đất nông lâm nghiệp là rất cần thiết nhằm đề xuất giải pháp hoàn thiê ̣n về mă ̣t kết cấu, sử dụng hợp lý, nâng cao năng suất và chất lượng làm viê ̣c

Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu:

Xác định được khả năng kéo, bám, ổn định và tiêu hao nhiên liệu của máy kéo MTZ-50 liên hợp với máy đào mương phục vụ tưới tiêu cho hoa màu ở Đồng bằng sông Cửu Long làm cơ sở cho việc sử dụng rộng rãi, có hiệu quả liên hợp máy này để đào mương phục vụ tưới tiêu cho hoa màu

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Ngành cơ khí nông, lâm nghiệp đóng góp không nhỏ vào sự tăng trưởng của sản xuất nông, lâm nghiệp và phát triển kinh tế nông thôn trong những năm gần đây Các hộ gia đình và các trang trại có quy mô vừa và lớn

đã và đang sử dụng các thiết bị để cơ giới hóa các khâu sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng công việc

Đối tượng nghiên cứu là máy kéo MTZ-50 liên hợp với máy đào

mương để phục vụ tưới tiêu cho hoa màu ở Đồng bằng sông Cửu Long

Để nghiên cứu về khả năng kéo, bám, ổn định và tiêu hao nhiên liệu của máy kéo MTZ-50 với máy liên hợp cần phải hiểu rõ cấu tạo, đặc tính kỹ thuật, đặc biệt là các thông số kỹ thuật của máy kéo để đánh giá ảnh hưởng của liên hợp máy đến khả năng kéo, bám, ổn định và tiêu hao nhiên liệu Các tính năng trên ảnh hưởng rất lớn đến năng suất của liên hợp máy kéo Do vậy, việc nghiên cứu và tìm hiểu các tính năng này là một trong những nhiệm vụ nghiên cứu cơ bản của luận văn

50 sử dụng động cơ Diezel 4 kỳ 4 xi lanh, thứ tự làm việc 1-3-4-2, công suất

50 mã lực

Máy kéo MTZ-50 gồm 5 phần chính: Động cơ 5; cơ cấu điều khiển 4

và trang bị làm việc; hệ thống treo 3; truyền lực 2, phần di động 1 Động cơ biến nhiệt năng thành cơ năng Nó là nguồn lực để cho máy kéo di động

Truyền lực là tổng hợp các cơ cấu để truyền mômen quay của trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của máy kéo Truyền lực bao gồm ly hợp chính, khớp nối, hộp số và cầu sau

Bộ ly hợp có nhiệm vụ tách trục khuỷu của động cơ khỏi hộp số trong thời gian ngắn khi cần ngắt truyền động và nối lại một cách êm dịu khi máy kéo di chuyển Khớp nối là những phần tử đàn hồi cho phép nối trục ly hợp với hộp số với độ lệch trục không lớn

Hộp tốc độ cho phép thay đổi lực kéo ở bánh chủ động máy kéo và tốc

độ chuyển động khi thay đổi lực cản bằng cách gài các cặp bánh răng, nhờ hộp số có thể thay đổi tốc độ chuyển động của máy kéo tiến hoặc lùi lại và tách nguồn lực từ động cơ đến bánh chủ động khi chạy không

Nhờ cơ cấu của cầu sau mà tăng momen quay và cầu truyền chuyển động của trục dưới góc độ thẳng đến bánh chủ động

Phần di động cần thiết cho máy kéo để chuyển động Chuyển động quay của bánh chủ động khi nó tiếp xúc với mặt đất, tạo nên chuyển động tịnh tiến của máy kéo Phần di động gồm nửa khung, trục và bánh lốp hơi

Cơ cấu điều khiển làm nhiệm vụ thay đổi hướng chuyển động của máy kéo bằng cách xoay vòng các bánh trước

Trang bị làm việc của máy kéo được sử dụng để hoàn thành những công việc đồng áng Trang bị làm việc bao gồm trục trích công suất, cơ cấu móc, hệ thống treo, puli truyền động

2.2.1 Đặc tính kỳ thuật của máy kéo MTZ-50

Bảng 2.1 Bảng thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ-50

Hệ thống lái Trợ lực thủy lực

Chế độ làm việc của trục thu công suất (PTO) Độc lập, số vòng quay 540

vòng/phút Khoảng cách giữa hai bánh sau (mm) 1553

2.2.2 Bộ phận chuyên dùng

Sử dụng máy đào mương liên hợp với máy kéo MTZ-50

Hình 2.2 Máy đào mương lắp trên máy kéo MTZ-50 Thông số của máy đào mương

b Địa hình:

Đồng bằng sông Cửu Long được hình thành chủ yếu là phù sa mới của

hệ thống sông Mêkông Phía Đông và Bắc là các bậc thềm phù sa cổ có địa hình tương đối cao 4 – 5m Phía Tây và Nam thấp dần thoải ra phía biển Chỗ thấp nhất là Đồng Tháp Mười, độ cao 0,5m, trong khi địa hình núi phía Bắc Thất Sơn – An Giang và Tây Bắc Hà Tiên, Hòn Đất – Kiên Giang rất cao, cao nhất là đỉnh núi Cấm 780m Nhìn chung, độ cao trung bình của Đồng bằng sông Cửu Long là 2m, tương đối bằng phẳng và chênh lệch về độ cao không đáng kể Điều kiện đất đai bằng phẳng, màu mỡ, độ phì nhiêu cao và thời tiết khí hậu ôn hoà, lượng nước mặt và nước ngầm phong phú, là điều kiện thuận lợi cho vùng phát triển sản xuất nông nghiệp với các loại cây trồng hết sức phong phú bao gồm: Cây lương thực (lúa, ngô, khoai lang,…); cây thực phẩm bao gồm đủ các loại rau và cây ăn củ, quả, lá, thân; cây công nghiệp ngắn ngày như lạc, đỗ tương, mía, dứa, dưa hấu, rau các loại v.v…và các loại cây

ăn quả nhiệt đới như cam, quít, chôm chôm, xoài, dừa, măng cụt, sầu riêng,

vú sữa v.v… Nhưng trong đó, cây lúa và cây hoa màu có diện tích trồng lớn nhất, năm 2009 diện tích cả năm 3,8ha và sản lượng 20,63 triệu tấn

Hình 2.3:Nông dân tưới ruộng khoai

lang từ mương dẫn nước

Hình 2.4: Nông dân đào mương dẫn

nước bằng thủ công

2.3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về khả năng kéo, bám, ổn định và tiêu hao nhiên

liệu của liên hợp máy kéo MTZ-50, xây dựng các đồ thị khả năng kéo, bám trên các loại đường khác nhau Xác định trị số các góc ổn định của liên hợp máy kéo MTZ-50 khi làm việc trên các loại đất khác nhau

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Lý thuyết ô tô máy kéo

- Lý thuyết liên hợp máy

- Lý thuyết cơ học kỹ thuật

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp thí nghiệm ô tô máy kéo

- Phương pháp xác định tọa độ trọng tâm của liên hợp máy

Chương 3 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ KHẢ NĂNG KÉO, BÁM, ỔN ĐỊNH

VÀ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA MÁY KÉO MTZ-50

LIÊN HỢP VỚI MÁY ĐÀO MƯƠNG 3.1 Nghiên cứu lý thuyết về khả năng kéo, bám của máy kéo khi liên hợp với máy đào mương

Khả năng kéo của máy kéo MTZ-50 là một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng

để xác định tải trọng cho máy Khả năng kéo cho ta biết những điều kiện cụ thể về máy làm được những công việc gì? Với tải trọng là bao nhiêu? Với máy kéo MTZ-50 sử dụng động cơ diezel 4 kỳ 4 xylanh, công suất 55 mã lực, tiêu thụ nhiên liệu ở mức trung bình, có trục thu công suất và hệ thống treo thủy lực phía sau Máy có kết cấu hợp lý, có khả năng kéo bám tốt và thích hợp với mọi loại đất: Ruộng khô, ruộng nước, đất vườn… Khi nghiên cứu ta xét sơ đồ trong trường hợp tổng quát khi máy làm việc như sau (hình 3.1)

Hình 3.1 Sơ đồ lực tác động lên máy kéo

M k

h m

Theo sơ đồ làm việc (Hình 3.1) ta có các lực tác dụng lên máy kéo MTZ-50 bao gồm:

- Trọng lượng G của máy kéo được chia làm hai thành phần Gsin và Gcos;

- Lực quán tính Pj;

- Lực cản độ dốc Pi = Gsin;

- Lực cản lăn của đất tác dụng lên bánh xe Pf có phương song song với phương chuyển động;

- Lực cản không khí tác dụng lên đầu máy Pw;

- Lực kéo tiếp tuyến: Fk có phương song song với phương chuyển động;

- Tổng phản lực pháp tuyến của mặt đất tác dụng lên bánh Z;

Ta có phương trình cân bằng lực kéo như sau:

Fk = Pf  Pj  Pi  Pw ± Pm (3.1) [23]

Do địa hình đất nông nghiệp của ĐBSCL tương đối bằng phẳng nên khi máy chuyển động ổn định với vận tốc nhỏ do đó ta có thể bỏ qua lực cản không khí và lực cản quán tính, Khi đó:

Fk = Pf  Pi [23]

Như vậy để tính được khả năng kéo của máy kéo MTZ-50 ta sẽ tính toán các thành phần lực của phương trình trên

3.1.1 Tính lực kéo tiếp tuyến của máy kéo MTZ-50

Lực kéo tiếp tuyến là phản lực của đất tác dụng lên bánh xe và khi nó chuyển động thì bánh xe tác động lên mặt đất làm đất biến dạng và sẽ tác dụng lên bánh một lực ngược lại theo chiều chuyển động của máy, đẩy máy

về phía trước, lực này gọi là lực kéo tiếp tuyến Lực tác dụng của bánh xe lên đất là do bánh chủ động tạo ra [24]

Lực kéo tiếp tuyến trên bánh chủ động được tính theo công thức:

Mk - Mô men xoắn trên trục bánh chủ động, N.m;

Me - Mô men xoắn của trục cơ, N.m;

i – Tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực từ động cơ đến bánh chủ động;

Rb – Bán kính của bánh chủ động, R = 0.8 m

 - Hiệu suất của hệ thống truyền lực, = 0,88

Mô men xoắn của động cơ được tính theo công thức:

9550. e

e

e

N M

n

 ; N.m [24] Trong đó:

Ne – Công suất động cơ, kW;

ne- Số vòng quay của động cơ (1700 vòng / phút)

ns – Số vòng quay của bánh chủ động được tính như sau: Vận tốc tiếp tuyến của bánh chủ động là:

ns = 29,86 (vòng / phút)

Thay các số liệu trên vào công thức (3.3) ta được:

i = 1700

29,86= 56,9 Thay các giá trị ở trên vào công thức (3.2) ta có:

Fk = 269, 6.56,9.0,88

0,8 = 16874,2 N

- Xét trường hợp V = 14,5 km / h

ns = 48,2 (vòng / phút)

Thay các số liệu vào công thức (3.3) ta được:

i = 1700

48, 2 = 35,26 Thay các giá trị trên vào công thức (3.2) ta có:

Fk = 269, 6.35, 26.0,88

0,8 = 10456,7 N Như vậy, lực kéo tiếp tuyến của máy kéo MTZ-50 ở tốc độ bậc thấp là:

Fk = 16874,2N; ở tốc độ bậc cao là: Fk = 10456,7N Khi máy làm việc ta xét trường hợp máy làm việc với tốc độ bậc thấp

3.1.2 Lực cản độ dốc và lực cản lăn của máy kéo

Khi máy làm việc trên đất có độ dốc dọc  thì trọng lượng máy phân theo hai thành phần như sau:

Thành phần Gsin gây ra lực cản độ dốc: Pi =  Gsin

Trong đó:

Pi – Lực cản độ dốc, N;

 - Góc nghiêng của địa hình, độ;

Trọng lượng của máy kéo là 33614 N và máy đào mương là 8820 N Vậy ta có trọng lượng của máy kéo và máy liên hợp là:

G = 33614 + 8820 = 42434 N Thành phần Gcos gây ra lực cản lăn tác dụng lên bánh xe:

Pf = G.f.cos

Lực cản do độ đốc và lực cản lăn được tính theo công thức sau:

Pc = G.f.cos ± Gsin (3.5) Trong đó:

Pf – Lực cản lăn tác dụng lên bánh xe, N;

f – Hệ số cản lăn, phụ thuộc vào từng loại đường Khi chuyển động theo hướng lên dốc thì ta lấy dấu (+), còn khi chuyển động theo hướng xuống dốc ta lấy dấu (-)

Lực cản lăn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, mà một trong những yếu tố quan trọng là áp suất của bánh xe lên mặt đất Khi chuyển động trên đường biến dạng, để giảm hệ số cản lăn người ta giảm áp suất của không khí trong bánh xe để tăng thêm diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đất do đó mà giảm áp suất của bánh xe lên mặt đất Ngược lại, khi chuyển động trên mặt đất cứng, người ta tăng áp suất của không khí trong bánh xe để biến dạng của

nó giảm đi, do đó mà giảm hệ số cản lăn Đối với vùng đất của Đồng bằng sông Cửu Long ta lấy hệ số cản lăn như sau: [22]

- Đường đất khô cứng có hệ số cản lăn f = 0,05;

- Đường đất ẩm có hệ số cản lăn f = 0,06;

- Đường đất hoang hóa có hệ số cản lăn f = 0,07;

- Đường đất cang tác có hệ số cản lăn f = 0,12;

Tùy thuộc vào từng loại đường và độ dốc thì ta tính được lực cản tác dụng lên máy kéo khi chuyển động đều không tải với tốc độ thấp ( bỏ qua lực cản không khí)

Kết quả tính toán cho ở bảng sau:

Bảng 3.1 Lực cản tác dụng lên máy kéo MTZ-50

f 0 Pc(N) f 0 Pc(N) f 0 Pc(N) f 0 Pc(N) 0,05 00 2121.7 0,06 00 2546.0 0,07 00 2970.4 0,12 00 5092.08 0,05 50 5805.0 0,06 50 6227.6 0,07 50 6650.3 0,12 50 5092.08 0,05 100 9473.4 0,06 100 9891.4 0,07 100 10309.3 0,12 100 5092.08 0,05 150 13040.0 0,06 150 13449.9 0,07 150 13859.8 0,12 150 5092.08 0,05 200 16506.8 0,06 200 16905.7 0,07 200 17304.6 0,12 200 5092.08 0,05 250 19871.8 0,06 250 20256.3 0,07 250 20640.7 0,12 250 5092.08 0,05 300 23054.4 0,06 300 23421.9 0,07 300 23789.3 0,12 300 5092.08

Để thuận tiện cho người sử dụng và nghiên cứu ta vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lực cản chuyển động Pc vào độ dốc dọc và hệ số cản lăn f của đường

Từ công thức (3.4), ta xây dựng đồ thị sự phụ thuộc lực cản chuyển động vào độ dốc dọc và hệ số cản lăn của đường với trục tung là lực cản, trục hoành là góc nghiêng của địa hình

Hình 3.2 Sự phụ thuộc lực cản chuyển động vào độ dốc dọc

và hệ số cản lăn của đường

3.1.3 Lực bám của máy kéo MTZ-50

Như đã được phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến Fk là do kết quả của tác động tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường Do đó, giá trị lớn nhất của lực kéo tiếp tuyến không chỉ phụ thuộc vào khả năng cung cấp mô men quay từ động cơ mà còn phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với đất hoặc mặt đường Khi bánh xe không còn khả năng bám sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe được gọi là lực bám, để cho máy hoạt động được phải thỏa mãn điều kiện sau:

Pc  Fk  FbMấu bám là bộ phận của bánh xe tiếp xúc với mặt đất để biến chuyển động quay của bánh chủ động thành chuyển động thẳng của máy Sức bám

α0

của mấu bám gồm hai thành phần chính, đó là: lực ma sát của các mấu bám với mặt đất và lực tỳ của các mấu bám Từ đây ta sẽ nghiên cứu khả năng bám của máy kéo MTZ-50 trong trường hợp tổng quát khi máy làm việc trên

độ dốc 

Theo sơ đồ phân tích lực lên máy kéo (hình 3.1) gồm:

- Trọng lượng LHM chia làm hai thành phần Gsin và Gcos ;

- Lực bám của bánh xe chủ động Fb;

- Lực kéo của bộ phận làm việc phía sau Pk;

- Lực cản lăn tác dụng lên bánh xe Pf;

Theo [23] thì liên hợp máy kéo di chuyển được khi Pk Fb, khi đó lực bám sẽ được xác định theo công thức sau:

Fb = .G.cos (3.6) Trong đó:

- Fb: Lực bám của máy kéo;

- G: Trọng lượng bám;

- : Góc nghiêng địa hình;

- : Hệ số bám phụ thuộc vào từng loại đất;

Như vậy, lực bám của liên hợp máy không chỉ phụ thuộc vào loại đường và loại máy mà nó còn phụ thuộc vào góc nghiêng địa hình Để thuận tiện chúng tôi nghiên cứu, xây dựng đồ thị khả năng bám phụ thuộc vào góc nghiêng địa hình, đồ thị được xây dựng dựa vào công thức (3.5) với trục tung

là lực bám, trục hoành là góc nghiêng địa hình Đất nông nghiệp ở nước ta nói

chung và Đồng bằng sông Cửu long nói riêng thì máy kéo chủ yếu làm việc trên các loại đường đất chính sau [22]

- Đường đất khô với hệ số bám  = 0,7;