Luận văn nghiên cứu cải thiện tính chất kéo bám của máy kéo shibaura 3000a khi làm việc trên dốc ngang

Luận văn

Mở đầu Trong quá trình thực hiện công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc chúng ta không thể nào bỏ qua vấn đề công nghiệp hoá nông nghiệp nông thôn bởi nó đóng một vai trò quan trọng đặc biệt. Vì nớc ta có 80% dân số là nông dân trong đó sản xuất nông nghiệp đóng vai trò to lớn trong việc tăng trởng kinh tế. Đảng và nhà nớc ta đă có nhiều chủ trơng chính sách khuyến khích phát triển nông nghiệp và kinh tế nông thôn theo định hớng sản xuất hàng hoá gắn liền với thị trờng, từ một nền sản xuất phổ biến là tiểu nông, tự cấp tự túc nớc ta đă vơn lên sản xuất hàng hoá xuất khẩu với số lợng lớn và ngày càng cao, đặc biệt là sản xuất lơng thực, sản lợng tăng nhanh và liên tục hàng năm, điều đó đòi hỏi việc khai thác sử dụng hợp lý nguồn đất đai trong toàn quốc từ đó có biện pháp sử dụng đất đai canh tác phục vụ cho ngành nông nghiệp đất nớc và đó là một vấn đề rất cần thiết đối với các nhà chế tạo máy cơ khí nông nghiệp. Song thực tế vấn đề này mới thực hiện đợc tại các vùng đồng bằng, nghĩa là tại đó ngời nông dân đã một phần nào thoát khỏi cảnh lao động lam lũ " con trâu đi trớc cái cày đi sau " . Nh chúng ta đã biết nớc ta vùng trung du và miền núi chiếm 75%[15] tổng diện tích đất tự nhiên và gần 50% diện tích đất canh tác trên toàn quốc. Thế mạnh của các vùng này là phát triển cây công, lâm nghiệp và cây ăn quả lâu năm, cây hoa mầu và chăn nuôi gia súc. Cũng có thể phát triển cây lơng thực nh lúa nớc song không thuận lợi bằng đồng bằng, tiềm năng phát triển là nh vậy nhng nhìn chung đời sống của nông dân còn thấp hơn nhiều so với vùng đồng bằng, sức lao động của ngời nông dân bỏ ra còn quá nhiều nhng thực chất sản lợng thu về cha cao. Vì vậy nghiên cứu phát triển kinh tế xă hội ở khu vực trung du trớc hết là khai thác những tiềm năng kinh tế về sinh học sẵn có, 1 một hớng rất quan trọng trong đó là phát triển cơ giới hoá nông nghiệp và công nghiệp nông thôn ở vùng trung du trong đó đa các máy nông nghiệp vào để giải thoát sức lao động cho ngời nông dân các vùng trung du nông thôn bắc bộ là một trong những vấn đề quan trọng và cấp bách mà Đảng và nhà nớc đã đề ra làm mục tiêu thúc đẩy và là một trong những định hớng đang đợc đặt lên hàng đầu cho các nhà nghiên cứu khoa học. Mặt khác trong thời đại hiện nay ngành công nghiệp đã và đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới cũng nh trong nớc đặc biệt là nghành động lực học nói chung và thiết kế chế tạo ô tô máy kéo phục vụ cho nông nghiệp nói riêng nó đã và đang thúc đẩy sự phát triển cơ khí hoá nông nghiệp và công nghiệp nông thôn song vẫn mang tính tự phát cũng cha có hớng đi cụ thể rõ ràng đặc biệt là các vùng trung du bắc bộ. Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi chọn đề tài luận văn: Nghiên cứu cải thiện tính chất kéo bám của máy kéo SHIBAURA-3000A khi làm việc trên dốc ngang " với mục đích nhằm khảo sát tính năng kỹ thuật và khả năng sử dụng loại máy này phục vụ các khâu cơ giới hóa sản xuất nông lâm nghiệp ở vùng trung du và miền núi. 2 Chơng 1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu 1.1. Vài nét về tình hình sản xuất nông nghiệp ở vùng trung du Điều kiện sản xuất nông lâm nghiệp ở vùng đồi núi có những đặc thù riêng, trớc hết là địa hình phức tạp hơn nhiều so với đồng bằng: độ dốc mặt đồng lớn và không đồng đều, có nơi góc dốc lớn hơn 30 o ; Đồng ruộng phân bố vụn vặt với kích thớc lô thửa thờng nhỏ và không vuông vắn; mặt đồng không bằng phẳng, đờng xá đi lại rất khó khăn, thậm chí có nhiều khu không có lối cho máy đi vào. Đặc điểm lớn thứ hai là cơ cấu cây trồng rất đa dạng với các yêu cầu về cơ giới hoá cũng rất khác nhau, tính quy hoạch đồng ruộng còn rất thấp, cùng một khu hoặc ngay trên cùng một lô ruộng có thể trồng nhiều loại cây trồng khác nhau, cây lâm nghiệp xen lẫn cây nông nghiệp [15]. Xét về điều kiện thực hiện cơ giới hóa, những đặc điểm trên là những nguyên nhân chính gây khó khăn cho việc thực hiện cơ giới hoá nông - lâm nghiệp ở vùng đồi núi. Máy kéo là nguồn động lực chính để thực hiện các khâu công nghệ sản xuất nông lâm nghiệp, phải hoạt động trong những điều kiện rất khó khăn, phức tạp, đặc biệt là đối với các máy kéo lâm nghiệp vì hầu hết các vùng đất lâm nghiệp thờng phân bố ở độ dốc cao hơn, ít hoặc cha đợc cải tạo. Do vậy đòi hỏi các loại máy kéo dùng cho vùng đồi núi nói chung và cho vùng sản xuất lâm nghiệp nói riêng phải có tính ổn định cao,tính năng kéo bám tốt. Để đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa vùng đất dốc, nhiều nớc công nghiệp phát triển đã chế tạo ra các loại máy kéo chuyên dùng có tính an toàn cao, khả năng kéo bám tốt nhờ đó nâng cao đợc hiệu quả sử dụng một cách rõ rệt. Tuy 3 nhiên, các loại máy này thờng rất đắt tiền. Vì vậy, hớng cải tiến các máy kéo nông nghiệp thông dụng cho đồng bằng để đáp ứng đợc một phần nào các công việc cơ giới hóa trên vùng đất dốc nông lâm nghiệp vẫn đợc áp dụng ở nhiều nớc trên thế giới. ở nớc ta, một mặt do nền công nghiệp chế tạo máy nói chung và chế tạo máy kéo nói riêng cha phát triển, mặt khác do khả năng về vốn đầu t của các nông hộ còn rất hạn chế nên việc cải tiến các máy kéo nông nghiệp thông dụng ở đồng bằng để làm việc trên đất có độ dốc cao hơn vẫn là một phơng án có tính khả thi cao. Tuy nhiên, với các công việc đòi hỏi các máy kéo có công suất lớn và có tính ổn định cao phải sử dụng các máy kéo chuyên dùng. Một lý do khác là trong những năm gần đây, mô hình sản xuất nông lâm kết hợp đã phát huy tốt cả về hiệu quả sử dụng đất và sử dụng nhân lực, góp phần tích cực phát triển kinh tế xã hội ở vùng trung du và miền núi. Để khai thác tốt hơn các máy kéo nông nghiệp ở vùng này, nhất là trong những thời gian nông nhàn cần tìm ra những biện pháp mở rộng phạm vi hoạt động của các máy kéo bằng cách cải tiến kỹ thuật hoặc tạo ra thêm các việc làm cho các liên hợp máy kéo. Để giải quyết những vấn đề trên, trớc hết là phải có những đầu t nghiên cứu lựa chọn loại máy kéo nông nghiệp có thể cải tiến đợc chừng mực nhất định và công việc cải tiến không đòi hỏi chi phí quá lớn và có thể thực hiện đợc trong điều kiện chế tạo ở nớc ta hiện nay. 1.2. Vài nét về tình hình phát triển máy kéo đồi dốc trên thế giới Hiệu quả sử dụng các liên hợp máy kéo phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, các yếu tố đó có thể chia thành 3 nhóm chính: Các yếu tố về điều kiện sử dụng, các yếu tố về tính năng kỹ thuật của máy kéo và các yếu tố về tổ chức sử dụng máy. Giữa các yếu tố này lại có những quan hệ với nhau, phụ thuộc 4 và ảnh hởng lẫn nhau, có thể hỗ trợ cho nhau hoặc kìm hãm nhau. Do vậy, việc nghiên cứu hoàn thiện kết cấu và tổ chức sử dụng có hiệu quả các liên hợp máy kéo là nhiệm vụ trọng tâm nhất và cũng là nhiệm vụ khó khăn nhất trong công cuộc thực hiện cơ giới hóa nông lâm nghiệp. Cũng chính vì vậy nhiều cơ quan nghiên cứu ở nhiều nớc trên thế giới đã đầu t rất lớn vào nghiên cứu giải quyết các vấn đề trên, đặc biệt là ở các nớc công nghiệp phát triển. Qua nghiên cứu tài liệu có thể rút ra một số nhận xét về tình hình phát triển máy kéo đồi dốc thể hiện ở những điểm sau đây: 1.2.1. Về hệ thống máy kéo Đã chế tạo ra nhiều loại máy kéo chuyên dùng cho vùng đồi. Phổ biến nhất là các loại máy kéo bánh có khung thăng bằng, hoàn thiện hơn là loại máy kéo có cả khung và cả hệ thống di động luôn giữ thăng bằng theo phơng thẳng đứng. Nhờ vậy, tính ổn định ngang, tính năng lái và tính năng kéo bám hơn hẳn các loại máy kéo thông thờng. Những loại máy kéo này có thể làm việc có hiệu quả ở những độ dốc cao hơn ( tới 20 25 0 ), trong khi các loại máy kéo nông nghiệp thông thờng chỉ đợc phép sử dụng ở góc dốc nhỏ hơn khoảng 1215 0 . [1], [23], [13] Cải tiến các loại máy kéo thông thờng, có công dụng chung để phục vụ cơ giới hóa vùng đồi. Hớng cải tiến chủ yếu là hạ thấp trọng tâm, tăng bề rộng làm việc, sử dụng hệ thống di động có tính năng kéo bám tốt, cải tiến ghế ngồi của ngời lái, lắp thêm các bộ phận an toàn lao động nh cabin an toàn, bộ phận chống lật . Sử dụng các loại máy kéo truyền động thủy lực. Các loại máy này có u thế mạnh trong các công việc khai hoang, làm đất trồng rừng, trồng cây công nghiệp dài ngày, cây ăn quả. Vì ở các khâu này lực cản máy công tác 5 thay đổi trong phạm vi rộng và rất ngẫu nhiên, tăng giảm đột ngột khiến cho ngời lái khó đoán trớc đợc và khó có thể điều chỉnh kịp thời cho phù hợp, nhiều khi còn gây nguy hiểm cho sự an toàn thiết bị. Nếu dùng truyền động thủy lực ( côn thủy lực, hộp số thủy lực hoặc các bộ phận an toàn thủy lực .) sẽ có khả năng phát huy đợc công suất động cơ tốt hơn, giảm đợc tải trọng động, tránh đợc quá tải cho các chi tiết trong hệ thống truyền lực, an toàn cho các bộ phận làm việc, giảm thời gian dừng máy để sang số, ngời lái đỡ căng thẳng thần kinh trong quá trình điều khiển máy . Những u điểm đó góp phần nâng cao năng suất và chất lợng công việc rất đáng kể. Chính vì vậy, xu thế chung là sử dụng ngày càng phổ biến các máy kéo có hệ thống truyền động thủy lực cho các máy kéo đồi dốc [8]. ở các độ dốc cao, chủ yếu sử dụng máy kéo xích hoặc các máy kéo bánh chuyên dùng cho vùng đồi. 1.2.2. Về sản xuất máy kéo Máy kéo thuộc loại máy có cấu tạo phức tạp, có nhiều chi tiết đòi hỏi độ bền và độ chính xác cao. Do đó công việc thiết kế chế tạo máy kéo là công việc phức tạp đòi hỏi đầu t cao về kỹ thuật, công nghệ chế tạo và thiết bị máy móc hiện đại. Thế mạnh về sản xuất máy kéo thuộc về các nớc công nghiệp phát triển. Những nớc đứng đầu về lĩnh vực này là Nhật Bản, Mỹ, Đức, Nga. ở các nớc chậm phát triển hoặc đang phát triển, việc trang bị một hệ thông máy kéo cho quốc gia của mình chủ yếu là theo hớng nhập khẩu. Tuy nhiên do hạn chế về vốn, để tiết kiệm vốn và đồng thời để kích thích, tạo điều kiện cho công nghiệp trong nớc phát triển, nhiều nớc đang phát triển cũng đã hình thành và phát triển ngành chế tạo máy kéo. Ngày nay với sự phát triển nhanh của ngành tin học đã thúc đẩy nhanh 6 quá trình tự động hóa trong chế tạo máy làm nâng cao chất lợng sản phẩm và hạ giá thành chế tạo. Số nớc chế tạo máy kéo cũng ngày càng nhiều cả về chủng loại và chất lợng kỹ thuật, đáp ứng ngày càng cao các yêu cầu sử dụng. Tuy nhiên các máy kéo chất lợng cao thờng đi đôi với giá thành cao, đó là một trong những nguyên nhân làm hạn chế nhập máy kéo vào nớc ta trong giai đoạn hiện nay. 1.3. Tình hình phát triển máy kéo ở Việt Nam 1.3.1. Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy kéo Công tác nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy kéo ở nớc ta bắt đầu khá sớm, từ năm 1962 đã nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm loại máy kéo MTZ7M. Tiếp theo đó, liên tục đã có nhiều chơng trình nghiên cứu khoa học cấp Nhà nớc về chế tạo máy kéo nhng cho đến nay cha có mẫu máy kéo lớn nào đợc sản xuất chấp nhận. Nguyên nhân chính là chúng ta cha có những hệ thống máy móc thiết bị hiện đại đáp ứng đợc yêu cầu chế tạo các loại máy có kết cấu phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, cha có cả công nghệ hợp lý hoặc tiên tiến và cha có cả những kinh nghiệm thiết kế . Có thể nói sự phát triển của ngành chế tạo máy kéo ở nớc ta vẫn đang ở thời kỳ nghiên cứu thăm dò. 1.3.2. Tình hình nhập và sử dụng máy kéo Trong thời kỳ bao cấp, miền Bắc nhập nhiều loại máy kéo từ các nớc đông Âu và từ Trung Quốc, trong đó số lợng máy nhập từ Liên Xô (cũ) chiếm nhiều nhất. Về chất lợng, qua thực tế sử dụng nhiều năm đã khẳng định loại máy kéo bánh MTZ50/80 và loại máy kéo xích DT75 do Liên Xô chế tạo là phù hợp với điều kiện sản xuất ở nớc ta trong thời kỳ bao cấp. Sau Nghị quyết 10 của Bộ Chính trị, ruộng đất đợc giao cho nông dân sử dụng lâu dài, kích thớc ruộng bị thu hẹp, manh mún. Các máy kéo lớn 7 không phát huy đợc hiệu quả sử dụng và thay vào đó là các loại máy kéo công suất nhỏ. [9] Các loại máy kéo đang sử dụng ở miền Bắc rất đa dạng về chủng loại, mã hiệu và tính năng kỹ thuật, công suất khoảng 612 mã lực đối với máy kéo 2 bánh là 1530 mã lực đối với máy kéo 4 bánh. Phần lớn trong số đó là các máy nhập ngoại từ Trung Quốc, Nhật bản, Thái Lan Thực trạng vấn đề này do nhiều nguyên nhân gây ra, một phần do kích thớc đồng ruộng ở các vùng không nh nhau, vốn đầu t của các nông hộ còn rất hạn chế, ngay cả các nhóm hoặc cá nhân chuyên kinh doanh các máy nông nghiệp đi làm thuê vẫn còn nhiều khó khăn về vốn. Mặt khác, do nền công nghiệp chế tạo máy kéo ở nớc ta cha phát triển, các máy kéo chủ yếu nhập từ nớc ngoài không đợc quản lý về mặt chất lợng và cũng không có những chỉ dẫn cần thiết của các cơ quan khoa học. Vì thế, sự trang bị các loại máy kéo ở các nông hộ gần giống nh một cuộc thử nghiệm với trình độ rất thấp và không có sự hỗ trợ của các nhà khoa học cũng nh sự bảo hộ của pháp luật đối với quyền lợi của ngời sử dụng máy. Hậu quả của việc trang bị máy móc thiếu những căn cứ khoa học cần thiết là nhiều chủ máy bị phá sản hoặc hiệu quả sử dụng rất thấp, cha thật sự có tác dụng kích thích phát triển sản xuất nông nghiệp. Đây cũng là những bài học thực tế cho cả các nhà khoa học, các nhà quản lý và những ngời sử dụng máy. Trong lĩnh vực lâm nghiệp, việc nhập máy kéo chủ yếu là phục vụ khâu làm đất. Giai đoạn 19601980, chủ yếu nhập máy kéo xích của Liên Xô nh DT54A , DT75 để liên kết với một số loại cày ngầm. Trong những năm gần đây, xu thế là nhập các loại máy kéo có công suất lớn hơn và hiện đại hơn nh T130 (Liên Xô), KOMATSU, D53A, D53P, D85A (Nhật Bản). Các loại máy kéo này bớc đầu đã phát huy hiệu quả. Tuy nhiên do giá thành đắt nên không có khả năng áp dụng ở diện rộng, mà chủ 8 yếu chỉ đợc sử dụng ở các công ty lớn, các trung tâm nghiên cứu khoa học. 1.3.3. vài nét về tình hình nghiên cứu tính năng kéo của máy kéo khi làm việc trên đồi dốc Tính năng kéo là một trong những tính năng sử dụng quan trọng biểu thị khả năng thực hiện các công việc kéo ở các điều kiện sử dụng khác nhau. Tính năng này phụ thuộc vào khả năng bám của hệ thống di động, công suất của động cơ, số truyền và sự phân bố tỷ số truyền, lực cản lăn của máy. Khả năng bám và lực cản lăn của máy kéo phụ thuộc vào loại kết cấu của hệ thống di động, sự phân bố trọng lợng trên các bánh xe, tính chất đất đai và độ dốc mặt đồng. Các chỉ tiêu đánh giá tính năng kéo bám bao gồm: Độ trợt, tốc độ chuyển động, công suất kéo, chi phí nhiên liệu giờ, chi phí nhiên liệu riêng, hiệu suất kéo, lực cản lăn khi làm việc ở các số truyền khác nhau với các lực kéo khác nhau trong các điều kiện sử dụng khác nhau[3],[16],[17]. Hệ số bám và lực bám cũng là chỉ tiêu đánh giá tính năng kéo nhng không phụ thuộc vào số truyền làm việc. Để đánh giá tính năng kéo thờng sử dụng đờng đặc tính kéo đó là mối quan hệ giữa các chỉ tiêu kéo với lực kéo khi làm việc ở các số truyền khác nhau trong các điều kiện làm đất khác nhau, do yêu cầu kỹ thuật khi thực hiện khâu làm đất trên đồi dốc đòi hỏi các liên hiệp máy phải chuyển động trên đờng đồng mức. Vì vậy đờng đặc tính kéo của máy kéo làm việc trên dốc ngang sẽ là một trong những căn cứ quan trọng khi đánh giá, lựa chọn hệ thống phục vụ sản xuất nông nghiệp ở khu vực trung du và miền núi, đó cũng là tài liệu quan trọng làm cơ sở cho việc thành lập các liên hiệp máy kéo. Khi nghiên cứu các chỉ tiêu kéo của máy kéo bánh bơm cần phải nghiên cứu ảnh hởng của các thông số cấu tạo của hệ thống di động, sự phân bố trọng lợng trên các cầu, tính chất cơ lý của đất, sự phù hợp công suất của động cơ, sự phân bố tỷ số truyền với khả năng bám của hệ thống di 9 động . Đối với các máy kéo có công dụng chung cho khu vực đồng bằng đã đợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu và có thể nói về phơng diện lý thuyết đã tơng đối hoàn hảo. Song đối với các máy kéo đồi dốc còn ít các tài liệu công bố. Một số công trình nghiên cứu trong nớc đã tập trung giải quyết một số vấn đề chính sau đây. ảnh hởng của độ dốc đến lực cản lăn của máy kéo[1],[15] Khi máy kéo chuyển động ngang qua sờn dốc do có thành phần lực ngang G.sin (trong đó G là trọng lợng là góc dốc ) sẽ làm cho máy kéo có chiều hớng tự trợt xuống chân dốc. Để máy kéo có thể chuyển động thẳng ngang qua dốc theo phơng đã định trớc ngời ta phải xoay các bánh trớc đi một góc nào đó theo chiều đi lên dốc, nguyên nhân này sẽ làm lực cản lăn tăng lên mặt khác do máy kéo bị nghiêng đi phản lực pháp tuyến sẽ giảm và do đó làm giảm lực cản lăn các nguyên nhân trên gây ảnh hởng đến lực cản lăn theo chiều ngợc nhau, song thực nghiệm cho thấy độ dốc càng tăng thì hệ số cản lăn của máy kéo càng tăng. ảnh hởng của độ dốc đến độ trợt [10],[15] Độ trợt là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lợng bám của các bánh xe chủ động với mặt đờng nó có ảnh hởng lớn đến các chỉ tiêu kéo và chỉ tiêu sử dụng của các liên hợp máy. Những yếu tố cơ bản gây nên ảnh hởng của độ trợt là: Loại kết cấu của hệ thống di động và các tính chất cơ lý của đất. sự phân bố trọng lợng trên cầu chủ động, lực cản kéo ở móc. Khi máy kéo làm việc trên dốc ngang phản lực pháp tuyến lên các bánh xe chủ động sẽ giảm, nguyên nhân này sẽ làm giảm khả năng bám và do đó sẽ làm tăng độ trợt. Vấn đề xác định độ trợt của máy kéo bằng thực nghiệm đòi hỏi nhiều thời gian và chi phí vật chất, ngay cả cho các máy kéo đồng bằng. Đối với máy kéo làm việc trên dốc, việc xác định độ trợt của máy kéo càng khó 10