Nghiên cứu này phát triển mô hình động lực học mô phỏng trạng thái làm việc của hệ thống truyền lực trên máy tự hành sử dụng hệ truyền động thủy tĩnh với hộp số cơ khí.
Vietnam J Agri Sci 2019, Vol 17, No 4: 315-321 Tạp chí Khoa học Nơng nghiệp Việt Nam 2019, 17(4): 315-321 www.vnua.edu.vn MƠ HÌNH KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY CƠ TRÊN MÁY TỰ HÀNH Đặng Đức Thuận1*, Bùi Việt Đức2, Nguyễn Ngọc Quế2 Đại học Công nghệ Giao thông vận tải Khoa Cơ - Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam * Tác giả liên hệ: bvduc@vnua.edu.vn Ngày chấp nhận đăng: 17.07.2019 Ngày nhận bài: 04.05.2019 TÓM TẮT Nghiên cứu phát triển mơ hình động lực học mơ trạng thái làm việc hệ thống truyền lực máy tự hành sử dụng hệ truyền động thủy tĩnh với hộp số khí Mơ hình xây dựng sở cơng thức, phương trình động lực học cho phần tử từ động đến phận di động máy tự hành hai bánh chủ động, sử dụng cấu trúc dạng mô đun phần mềm Sim-Hydraulic Sim-Mechanic môi trường MATLAB/Simulink Việc khảo sát mô hình thực với thơng số đầu vào xác định từ thực nghiệm số điều kiện làm việc đặc trưng máy tự hành Các kết khảo sát so sánh với thực nghiệm để đánh giá, kiểm chứng mơ hình mơ Từ khóa: Máy tự hành đa năng, truyền động thủy lực - khí, trạng thái động lực học Dynamics Investigation of Hydromechanical Transmission on Self-Propelled Machine ABSTRACT This study develops the dynamic model that describe the behavior of a transmission system on self-propelled machine utilizing a hydrostatic transmission with a mechanical gearbox The model is built on the basis of formulas, dynamic equations for elements from the engine to the wheel drive of the self-propelled machine and using the modular structures of Sim-Hydraulic and Sim-Mechanic software in MATLAB/Simulink environments The model survey was carried out with input parameters determined from experiment in some typical operating conditions of self-propelled machine The survey results are compared with experimental data to evaluate and verify the simulation model Keywords: Self-propelled machine, hydromechanical transmission, dynamics behavior ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, truyền động khí thủy lực ứng dụng phổ biến hệ thống truyền lực máy tự hành đa chức với nhiều däng kết hợp khác tùy thuộc vào yêu cæu điều kiện sử dụng Hộp số thủy lực - khí (HSTC) tích hợp hệ thống truyền lực máy tự hành câi thiện tính mở rộng phäm vi thay i vụ cỗp t s truyn, giõm thiu cỏc họn chế truyền động khí, đơn giân hóa điều kiện vận hành, nâng cao hiệu quâ sử dụng máy tự hành đa (Renius, 2004) Tuy nhiên đåy hình thức truyền động phức täp có kt hp ca nhiu dọng truyn ng cú tớnh chỗt làm việc khác biệt, cæn thiết phâi thực xây dựng mơ hình động lực học hệ thống truyền động thủy lực khí, để sử dụng khõo sỏt mụ phụng trọng thỏi, tớnh chỗt hoọt ng, thay th cho h thng mỏy thc cú kt cỗu điều kiện làm việc phức täp, nhằm rút ngắn thời gian giâm thiểu chi phí cho nghiên cứu ứng dụng phát triển hệ thống truyền động kết hợp thủy lực khí cho nhiều lội máy, thiết bị cơng tác có tính khác nhau, hình thành sở khoa học tính tốn thiết kế, chế tọo sõn xuỗt v khai thỏc s dng hiu quõ hệ thống máy 315 Mơ hình khảo sát động lực hc h thng truyn ng t suỗt v th tớch chỗt lụng bỡnh c tớnh toỏn theo cụng thc: Pa p0 V0 V Vf p0, V0: ỏp suỗt v th tớch ban ổu ca bình tích áp, Vf : lưu lượng dỉu qua bình tích áp Vf Qi Qe + Phỉn tử van chặn (van chiều): Van chặn sử dụng kim soỏt hng chuyn ng ca chỗt lụng, cú thể coi yếu tố cân trở gây giâm áp chỗt lụng chõy qua Quan h ỏp suỗt v lu lng chỗt lụng qua van trng hp khụng cú hao tn ỏp suỗt c xỏc nh theo cụng thức: Q v Cv A v p sign p p + Phæn tử động thủy lực: Động thủy lực thiết bị biến đổi lượng thủy lực sang khí, động thủy lc hoọt ng trờn c s chờnh lch ỏp suỗt gia bỡnh tớch ỏp v mọch thỗp ỏp sau ng thủy lực Qm m Dm m Mm = Dmpm p = p – p r + Phæn tử hộp số khí: Bao gồm phận hộp giâm tốc, truyền lực chính, vi sai truyền lực cuối cùng, tham gia vào hệ thống 317 Mơ hình khảo sát động lực học hệ thống truyền động thủy máy tự hành truyền lực với chức giâm tốc độ, tăng mô men chuyển hướng chuyển động quay từ động xuống bánh xe chủ động Trong mơ hình tính tốn khâo sát, đặc trưng cho phỉn tử hộp số khí tỷ số truyền chung cho tỗt cõ cỏc b phn itl = igt itlc itlcc L thnh phổn cú tớnh chỗt lm vic phức täp, tương tác trực tiếp với mặt nền, täo chuyển động lực kéo xe (Hình 5) Quan h bỏnh xe v mt nn rỗt phc tọp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nghiên cứu sử dụng mơ hình Burckhadt để tính tốn đặc tính trượt bánh xe di chuyển c s Phương trình vi phån chuyển động hệ thống máy di chuyển làm việc: J x c1 e x c3sx Trong đó, x hệ số trượt dọc bánh xe; sx độ trượt bánh xe; c1, c2, c3 tham số xác định từ thực nghiệm cho tính chỗt b mt tip xỳc khỏc ca mt nn với bánh xe Trong trường hợp thực nghiệm đường bê tông khô c1 = 1,1973, c2 = 25,168, c3 = 0,5373 (Kiencke & Nielsen, 2015) i J bx bx M m i tl Fx rbx Fz fr m tl Hệ số cân lăn fr xác định theo công thức: fr + Mô hình bánh xe + Mơ hình máy tự hành ew rbx KẾT Q VÀ THÂO LUẬN Mơ hình động lực học sử dụng để khâo sát träng thái làm việc hệ thống truyền động thủy lực - khí máy tự hành chịu tác ng ca cỏc yu t kt cỗu v iu kin làm việc Trong trường hợp cụ thể máy liên hợp với phận công tác xúc lật, di chuyển thực công việc xúc näp tâi vật liệu cát, với giâ thiết máy chuyển động thẳng, tốc độ ổn định trước thực công việc, bơm thủy lc hoọt ng ch cung cỗp lu lng ln nhỗt Hỡnh thc lm vic c trng cho cỏc loäi máy xúc lật täo lực cân täi phận công tác, xác định đo đäc thực nghiệm, có đặc tính theo thời gian hình Hình Mơ hình bánh xe (Mikael Axin) Nguồn: Đặng Đức Thuận & cs., 2017 Hình Lực cản phận công tác 318 Đặng Đức Thuận, Bùi Việt Đức, Nguyễn Ngọc Quế Hình Mơ hình mơ hệ thống truyền lực máy tự hành Bảng Các thông số đầu vào mơ hình Thơng số Db (cm /vg) Db1 (cm /vg) Dm (cm /vg) Giá trị 67 20 80 Thông số JM (kgm ) Giá trị 875 Thông số γ Giá trị 1,4 0,24 ρ (kg/m ) 900 Jbx (kgm ) 1,25 υ (cSt) 18 0,6 kP (Ns/m) 550 Jm (kgm ) Jb (kgm ) 0,32 rbx (m) 0,18 1,4e-9 km (Ns/m) 3.400 mmk (kg) 1.250 cv 0,65 Jb1 (kgm ) itl 95 Hình Đặc tính áp suất hệ thống truyền lực xe tự hành 319 Mơ hình khảo sát động lực học hệ thống truyền động thủy máy tự hành Trong trường hợp khâo sát hoät động hệ thống truyền lực, lực cân q trình di chuyển thực cơng việc xúc näp tâi quy dẫn bánh xe chủ động máy kéo Đặc tính hệ thống truyền lực thể qua thông số áp suỗt, lu lng bm, tc , mụ men ng c thủy lực, gia tốc, tốc độ di chuyển máy, biểu diễn theo quan hệ đặc tính thay đổi theo thời gian tính tốn mơ phơng đo đäc thực nghiệm Kết quâ khâo sát träng thái hoät động hệ thống truyền lực liên hợp máy xúc lt qua cỏc thụng s ỏp suỗt, lu lng ca hệ thống truyền động thủy lực tốc độ di chuyển hệ thống máy trường hợp xe di chuyển thực công việc xúc, näp tâi Các kết quâ khâo sát so sánh kiểm chứng với kết quâ đo đäc thực nghiệm Kết quâ khâo sát träng thái hoät động hệ thống truyền động thủy lực - có khí liên hợp máy xúc lật thực công việc xúc näp tâi di chuyển, th hin hỡnh 7, v cho thỗy thay đổi theo thời gian thông số lu lng, ỏp suỗt v tc di chuyn ca mỏy din ỳng quy lut Sai s ln nhỗt mơ phơng thực nghiệm không 1,5% với thơng s ỏp suỗt, 2,5% vi thụng s lu lng v 4% với tốc độ di chuyển máy Sự sai khác giâi thích với việc bơ qua rũ rợ v õnh hng nhit ca mụi chỗt truyền động tính tốn mơ phơng Tốc độ quay động đốt (Hình 10) ổn định, s thay i ln nhỗt cú tõi l rad/s (tc trung bỡnh l 274 rad/s) cho thỗy vai trò truyền động thủy lực hộp số thủy cơ, hột động phận điều hòa giúp cho động hột động ổn định làm việc điều kiện tâi trọng thay đổi lớn Hình Đặc tính lưu lượng hệ thống truyền lực xe tự hành Hình Tốc độ di chuyển xe thực công việc 320 Đặng Đức Thuận, Bùi Việt Đức, Nguyễn Ngọc Quế Hình 10 Tốc độ quay động đốt KẾT LUẬN Mô hình động lực học hệ thống truyền động thủy lực khí máy tự hành xây dựng sở hệ thống máy thực, có đỉy đủ phæn tử từ động cơ, truyền động thủy lực, truyền động khí, phận di động, máy cơng tác với thơng số kỹ thuật tính tốn, đo đäc tham khâo lựa chọn từ nhà chế täo Mơ hình tính tốn mơ phơng lập trình sở phæn mềm SimHydraulic SimMechanic khâo sát trường hợp liên hợp máy xúc lật thực công việc xúc näp tâi di chuyển Kết quâ khâo sát phân ánh quy luật vật lý, có sai số khơng lớn so với kết q thực nghim, ó lm sỏng tụ thờm tớnh chỗt lm vic hệ thống truyền động thủy lực khí, cho phép sơ đánh giá mơ hình xây dựng hợp lý, đáp ứng u cỉu tính tốn mơ phơng khâo sát q trình làm việc, thay cho hệ thống máy thực nghiên cứu động lực học hệ thống tryền động thủy lực - khí máy tự hành TÀI LIỆU THAM KHÂO Renius K.Th (2004) Hydrostatic transmission for mobile machines; Science portal of construction machine (in German) Đặng Đức Thuận, Phạm Trọng Phước, Bùi Việt Đức, Đặng Tiến Hoà (2017) Nghiên cứu xác định đặc tính động Diesel 3T84 thực nghiệm qua trục trích cơng suất Tạp chí Khoa học xây dựng 11(4): 42-47 Mikael Axin (2015) Mobile Working Hydraulic System Dynamics Linköping Studies in Science and Technology Dissertations No 1697 Kiencke U & Nielsen L (2015) Automotive Control Systems: For Engine, Driveline, and Vehicle 2nd edition, Springer-Verlag, 512p ISBN 3-54023139-0 321 ... itl 95 Hình Đặc tính áp suất hệ thống truyền lực xe tự hành 319 Mơ hình khảo sát động lực học hệ thống truyền động thủy máy tự hành Trong trường hợp khâo sát hoät động hệ thống truyền lực, lực cân... Quế Hình 10 Tốc độ quay động đốt KẾT LUẬN Mơ hình động lực học hệ thống truyền động thủy lực khí máy tự hành xây dựng sở hệ thống máy thực, có đỉy đủ phỉn tử từ động cơ, truyền động thủy lực, truyền. .. giâm tốc, truyền lực chính, vi sai truyền lực cuối cùng, tham gia vào hệ thống 317 Mơ hình khảo sát động lực học hệ thống truyền động thủy máy tự hành truyền lực với chức giâm tốc độ, tăng mô men