Nghiên cứu tính năng kéo bám của hệ thống di động xích máy nông nghiệp tự hành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO HỮU ĐỒN NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG KÉO BÁM CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG XÍCH MÁY NƠNG NGHIỆP TỰ HÀNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ HÀ NỘI – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO HỮU ĐỒN NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG KÉO BÁM CỦA HỆ THỐNG DI ĐỘNG XÍCH MÁY NƠNG NGHIỆP TỰ HÀNH CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ : 62 52 01 03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN NGỌC QUẾ PGS.TS NƠNG VĂN VÌN HÀ NỘI – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa dùng bảo vệ để lấy học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cám ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2015 Tác giả luận án Đào Hữu Đoàn i LỜI CẢM ƠN Với tất lịng chân thành, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế PGS.TS Nơng Văn Vìn, Học viện Nơng Nghiệp Việt Nam tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ để tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy ban lãnh đạo, tập thể cán giáo viên Khoa Cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Ban Giám hiệu đơn vị, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, Ban Giám hiệu đơn vị, Trường Cao đẳng Nghề Bắc Giang giúp đỡ chuyên môn tạo điều kiện cho q trình thực luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn nhà khoa học, bạn đồng nghiệp đặc biệt thành viên gia đình giúp đỡ, ủng hộ động viên để tơi hồn thành luận án Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận án Đào Hữu Đoàn ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu chữ viết tắt vi Danh mục bảng x Danh mục hình xi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu Nhiệm vụ luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Những đóng góp luận án Chương TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tính chất lý đất 1.1.1 Các tính chất vật lý đất 1.1.2 Các tính chất học đất 1.2 Tổng quan xích máy kéo nơng nghiệp 11 1.2.1 Xích cứng 12 1.2.2 Xích mềm 12 1.3 Nghiên cứu giới tính chất kéo bám hệ thống di động xích 13 1.3.1 Phân bố ứng suất đất tải trọng xe 14 1.3.2 Ứng dụng lý thuyết cân dẻo tương tác máy-đất 16 1.3.3 Phương pháp thực nghiệm xác định tính chất kéo bám máy kéo xích 22 1.3.4 Xác định ứng suất biến dạng đất 24 1.3.5 Một số nghiên cứu hệ thống di động xích mềm nước 30 1.4 Một số kết nghiên cứu xe xích Việt Nam 33 1.5 Kết luận chương nhiệm vụ luận án 35 iii Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 2.1 Nghiên cứu lý thuyết 37 2.1.1 Phương pháp mơ hình hóa 37 2.1.2 Phương pháp xác định tính chất kéo bám máy kéo xích cứng 41 2.1.3 Phương pháp mơ hình hóa xác định tính chất kéo bám hệ thống di động xích mềm 44 2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 50 2.2.1 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm 50 2.2.2 Thực nghiệm xác định thơng số đầu vào cho mơ hình nghiên cứu lý thuyết 2.2.3 2.3 52 Nghiên cứu thực nghiệm xác định tính chất kéo bám máy kéo xích với hệ thống di động xích cao su 59 Kết Luận chương 63 Chương MƠ HÌNH LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT KÉO BÁM CỦA MÁY KÉO XÍCH CAO SU 65 3.1 Đặt vấn đề 65 3.2 Mơ hình lý thuyết xác tính chất kéo bám hệ thống xích cứng 67 3.2.1 Mơ hình vật lý 67 3.2.2 Mơ hình tốn 69 3.3 Mơ hình xác định tính chất kéo bám hệ thống di động xích cao su 77 3.3.1 Tính phân bố áp suất tiếp xúc dải xích cao su p’i(X) 77 3.3.2 Tính lực đẩy P’k 79 3.3.3 Tính lực cản lăn P’f 80 3.3.4 Tính độ lệch tâm áp lực e’0i 80 3.3.5 Phương trình cân cơng suất hiệu suất kéo 80 3.4 Lưu đồ tính 81 3.5 Khảo sát tính chất kéo bám máy kéo xích cao su thiết kế B2010 83 3.5.1 Thông số kỹ thuật xe 83 3.5.2 Hệ số thực nghiệm phụ thuộc loại đất 84 3.5.3 Một số kết mơ tính chất kéo bám máy kéo xích cao su 85 3.6 Khảo sát ảnh hưởng số thông số kết cấu sử dụng đến tính chất kéo bám máy kéo xích cao su iv 89 3.6.1 Ảnh hưởng trọng lượng G 89 3.6.2 Ảnh hưởng bề rộng dải xích B chiều cao mấu xích h (B/h) 92 3.6.3 Ảnh hưởng lực căng xích T0 đến chất lượng kéo bám 94 3.6.4 Ảnh hưởng khoảng cách bánh đè xích lp đến chất lượng kéo bám 97 3.7 Kết luận chương 100 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 101 4.1 Đặt vấn đề 101 4.2 Xác định thông số đầu vào cho mơ hình nghiên cứu lý thuyết 101 4.2.1 Xác định thơng số mơ hình đất 101 4.2.2 Xác định thông số kết cấu kỹ thuật máy kéo xích cao su 110 4.3 Nghiên cứu thực nghiệm tính chất kéo bám máy kéo xích cao su B2010 116 4.3.1 Mơ hình thí nghiệm 116 4.3.2 Mơ hình vật lý 117 4.3.3 Thiết bị đo 118 4.3.4 Thiết kế chế tạo thiết bị lắp ráp dụng cụ đo mômen 121 4.3.5 Thiết bị chuyển đổi Analog – Digital (Card A/D) phần mềm DASYLab 125 4.4 Quy trình thí nghiệm 125 4.5 Kết thí nghiệm 126 4.6 Tính tốn số liệu thí nghiệm 128 4.6.1 Xác định thành phần lực, mô men độ trượt 128 4.6.2 Xử lý số liêu 130 4.6.3 So sánh kết nghiên cứu lý thuyết với kết nghiên cứu thực nghiệm 133 4.7 Kết luận chương 134 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 136 Kết luận 136 Để nghị 137 Danh mục công trình cơng bố liên quan đến luận án 138 Tài liệu tham khảo 139 Phụ lục 145 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị τ Ứng suất cắt đất kPa α Góc lệch tâm bánh sau Rad σ η Ứng suất pháp đất kPa Hiệu suất kéo % γs Trọng lượng riêng đất N/m3 β Góc lệch tâm bánh trước Rad ωk Vận tốc góc bánh chủ động Rad/s δ Độ trượt dải xích so với đất % θf Góc tiếp xúc bánh dẫn hướng Rad θr Góc tiếp xúc bánh chủ động Rad θt0 Góc nghiêng xe Rad a Hệ số biến dạng cắt phụ thuộc loại đất tương tác với xích 1/cm2 c0 Hệ số lún trượt phụ thuộc loại đất tương tác với xích cm2c1-c2+1/Nc1 c1 Hệ số mũ lún trượt phụ thuộc loại đất tương tác với xích - c2 Hệ số mũ lún trượt phụ thuộc loại đất tương tác với xích - CI Chỉ số nón e Độ lệch tọa độ trọng tâm xe m e0 Độ lệch tâm tương đối phản lực đất Z m E1 Năng lượng lực P1 gây kNm/s E2 Năng lượng lực Pf gây kNm/s E3 Năng lượng lực Pk gây kNm/s E4 Năng lượng lực Pm gây kNm/s F Lực kéo kN Fca Lực bám dính đất kN Fd Lực kéo móc kéo kN Fmax Lực kéo cực đại kN Fp Phản lực đất kN vi G Trọng lượng xe (Tải trọng pháp) kN h Chiều cao vấu xích m hg Chiều cao tọa độ trọng tâm xe m j Khoảng trượt mấu xích m K Mơ đun biến dạng cắt k1 Hệ số lún phụ thuộc loại đất tương tác với xích - k2 Hệ số lún phụ thuộc loại đất tương tác với xích - Kpc, Kpq Hệ số hàm góc ma sát đất Kr Tỷ lệ ứng suất tiếp dư τr ứng suất tiếp tối đa τmax Kω Khoảng trượt ứng suất tiếp đạt cực đại τmax mc Hệ số kết dính phụ thuộc loại đất tương tác với xích kPa mf Hệ số ma sát phụ thuộc loại đất tương tác với xích - MI Chỉ số di động Mk Mơ men xoắn tác động lên bánh chủ động kNm MMP Áp suất tối đa trung bình kPa n1 Hệ số mũ lún phụ thuộc loại đất tương tác với xích - n2 Hệ số mũ lún phụ thuộc loại đất tương tác với xích - Nc hệ số khả chịu lực Terzaghi c Nq hệ số khả chịu lực Terzaghi q Nγ hệ số khả chịu lực Terzaghi γ p Áp suất tiếp xúc dải xích kPa P1 Lực chủ động tác động lên phần dải xích kN pf Áp suất tiếp xúc dẫn hướng, kPa Pf Lực cản nén tác động theo chiều ngang độ sâu z phần kN trước xích pf0 Áp suất tiếp xúc tĩnh điểm trước tiên phần dải xích kPa Pfb Lực thành phần lực đẩy Pk tác dụng lên đỉnh mấu phần bánh kN dẫn hướng Pk Tổng lực đẩy tác dụng vào dải xích chưa biến dạng vii kN pm Áp suất tiếp xúc trung bình dải xích kPa Pm Lực chủ động có ích tác động theo chiều ngang qua điểm kN đặt lực móc kéo Pmb Lực thành phần Pk tác dụng lên đỉnh mấu phần dải xích kN Pms Lực thành phần Pk tác dụng cạnh mấu phần dải xích kN pr Áp suất bánh xích sau kPa pr0 Áp suất tiếp xúc tĩnh điểm sau phần dải xích kPa Prb Lực thành phần Pk tác dụng lên đỉnh mấu phần bánh sau kN Prs Lực thành phần Pk tác dụng lên cạnh máu phần bánh dẫn hướng kN Ps Tác dụng theo chiều dọc theo hàng bánh đè kN Psf Lực thành phần Pk tác dụng lên cạnh mấu phần bánh sau kN Rc Lực cản đất kN RCI Chỉ số nón danh nghĩa Rf Bán kính bánh dẫn hướng RI Chỉ số nén lại Rk, Bán kính chia bánh chủ động m Rr Bán kính bánh sau m s0 Độ lún tĩnh dải xích m s0(X) Độ lún tĩnh điểm khảo sát X m sf0 Lượng lún tĩnh điểm đầu dải xích tiếp xúc với đất m sr0 Lượng lún tĩnh điểm sau dải xích tiếp xúc với đất m ss Độ lún trượt dải xích m t Bước vấu xích m T Lực căng xích kN T0 Lực căng xích ban đầu kN V Vận tốc thực xe m/s V’ Vận tốc lý thuyết m/s Vs Vận tốc trượt xe m/s W’ct Lực phá hỏng cắt cục dải xích kN m viii ... cấu máy kéo xích tối ưu hóa số thơng số máy kéo xích cao su chế tạo điều kiện Việt Nam Luận án ? ?Nghiên cứu tính kéo bám hệ thống di động xích máy nơng nghiệp tự hành? ?? cơng trình nghiên cứu sâu tính. .. sâu nghiên cứu hệ thống di động xích đai cao su làm việc đất nông nghiệp 1.3 Nghiên cứu giới tính chất kéo bám hệ thống di động xích Nghiên cứu hiệu suất xe xích liên quan đến địa hình hoạt động. .. tính chất kéo bám hệ thống di động xích cao su máy nơng nghiệp tự hành Mặc dù quan hệ đất -máy, đặc biệt quan hệ hệ thống di động xích cao su với đất nơng nghiệp có độ ẩm cao mối quan hệ phức tạp,