Nghiên cứu xác định hiệu suất truyền động của máy kéo xích b 2010

Luận văn

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp hà nội -------------***------------- Phạm quang hữu Nghiên cứu xác định hiệu suất truyền động Của máy kéo xích b - 2010 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành : kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp Mã số : 60.54.14 Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. nguyễn ngọc quế hà nội - 2011 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………. i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan những số liệu và kết quả nghiêm cứu trong luận văn này là trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan các thông tin trích dẫn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Phạm Quang Hữu Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………. ii LỜI CẢM ƠN Có ñược kết quả nghiên cứu này, tôi ñã nhận ñược sự quan tâm, giúp ñỡ nhiệt tình của rất nhiều cá nhân, tập thể. Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế, người thầy ñã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp ñỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy giáo, cô giáo, cán bộ công nhân viên Bộ môn ðộng lực, Khoa Cơ ðiện, Viện sau ñại học Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn chỉnh luận vân tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn các chuyên gia Trường ðại học Lâm nghiệp, Học viện Kỹ thuật quân sự, ñã giúp ñỡ về mặt thiết bị cũng như khi thí nghiệm ñể hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu, phòng ñào tạo trường trung cấp nghề cơ giới ñồng bộ ñã tạo ñiều kiện giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia ñình, bạn bè ñã ñộng viên, tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu Mặc dù ñã hết sức cố gắng nhưng do những khó khăn về tài liệu, thiết bị, thời gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận ñược sự ñóng góp ý kiến từ các Thầy, cô và bạn bè ñồng nghiệp ñể luận văn này ñược hoàn thiện hơn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hải Dương, ngày 20 tháng 11 năm 2011 Tác giả Phạm Quang Hữu Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………. iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục hình vi MỞ ðẦU i 1. Mục tiêu của ñề tài: 2 2. Nhiệm vụ của ñề tài 3 Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4 1.1. Tổng quan về máy kéo xích 4 1.1.1. Hệ thống truyền lực [5] 5 1.1.2. Hệ thống di ñộng xích 7 1.2. Các chỉ tiêu ñánh giá tính chất kéo bám của máy kéo xích 10 1.3. Tính chất cơ lý của ñất 11 1.3.1 Khả năng chống nén của ñất 11 1.3.2. Khả năng chống cắt của ñất 13 1.4. Tổng quan về tình hình phát triển máy kéo trên thế giới và Việt Nam 19 1.4.1. Tình hình phát triển máy kéo trên thế giới 19 1.4.2. Tình hình phát triển máy kéo ở Việt Nam 20 CHƯƠNG 2 - CỞ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ðỀ TÀI 22 2.1. ðộng học bộ phận di ñộng xích 22 2.2. ðộng lực học của bộ phận di ñộng xích 28 2.3. Sự phân bố áp lực trên dải xích tiếp xúc với ñất 31 2.4. Lực cản chuyển ñộng của máy kéo xích 39 2.4.1. Lực cản chung của máy kéo xích 39 2.4.2. Lực cản bên trong của hệ thống di ñộng xích 39 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………. iv 2.4.3. Lực cản ngoài 41 2.5. Lực bám của máy kéo xích 46 2.6. Cân bằng lực kéo của máy kéo xích 49 2.7. Chất lượng kéo bám của máy kéo xích 52 Chương 3 XÁC ðỊNH HIỆU SUẤT TRUYỀN ðỘNG CỦA MÁY KÉO XÍCH B-2010 54 3.1. Tổng quan về máy kéo xích B-2010 54 3.2. Hiệu suất kéo của máy kéo xích 57 3.3. Tính toán xác ñịnh công suất chi phí và hiệu suất của hệ thống truyền lực 58 3.4. Tính toán xác ñịnh công suất chi phí do cản lăn và hiệu suất cản lăn 61 3.5. Xác ñịnh chi phí công suất do trượt và hiệu suất do trượt của bộ phận di ñộng xích 61 3.6. Xác ñịnh chi phí công suất do ma sát và hiệu suất do ma sát của hệ thống di ñộng xích 62 3.7. Xây dựng chương trình tính toán hiệu suất kéo và hiệu suất của hệ thống truyền lực của máy kéo B-2010 64 3.7.1. Xây dựng ñường ñặc tính ñộng cơ 64 3.7.2 Tính toán xác ñịnh hiệu suất kéo và hiệu suất trong hệ thống truyền lực của máy kéo B-2010 67 Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 71 4.1. Mục ñích, nhiệm vụ và phương pháp thí nghiệm 71 4.1.1. Mục ñích 71 4.1.2 Nhiệm vụ 71 4.1.3. Phương pháp thí nghiệm 71 4.2. Thiết kế và chế tạo thiết bị lắp ráp dụng cụ ño 76 4.2.1. Thiết kế và chế tạo thiết bị lắp ráp dụng cụ ño mômen 76 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………. v 4.2.2. Thiết kế và chế tạo các thiết bị lắp ráp các dụng cụ ño khác 79 4.3. Lắp ñặt thiết bị thí nghiệm 80 4.3.1. Lắp ñặt các thiết bị ño 80 4.3.2. Kết nối các ñầu dây tín hiệu với thiết bị gom dữ liệu 81 4.3.3. Lập mô ñun thu thập số liệu thí nghiệm 82 4.4. Tổ chức thí nghiệm 84 4.5. Kết quả thí nghiệm 85 4.5.1. Một số hình ảnh ñồ thị của thí nhiệm 85 4.5.1. Kết quả thí nhiệm 88 4.6. Phân tích kết quả thí nghiệm 89 KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………. vi DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. Sơ ñồ hệ thống truyền lực máy kéo xích 7 Hình 1.2. Hệ thống di ñộng xích 9 Hình 1.3. ðặc tính nén của ñất 12 Hình 1.4. ðặc tính cắt của ñất 14 Hình 1.5. Ảnh hưởng của tải trọng pháp tuyến ñến khả năng chống cắt của ñất 15 Hình 1.6. Sự phụ thuộc lực cắt ñất T vào tải trọng pháp tuyến N 15 Hình 1.7. Ứng suất sinh ra trong ñất do tác dụng của mẫu bám bánh xe 15 Hình 1.8. Sự phụ thuộc của hệ số ma sát nghỉ f n và hệ số ma sát trượt f δ vào áp suất p 17 Hình 1.9. Sự phụ thuộc ứng suất cắt vào biến dạng 17 Hình 1.10. Sự phụ thuộc ứng suất cắt giới hạn τ δ và ứng suất pháp σ 17 Hình 2.1. ðộng học của dải xích 22 Hình 2.2 Quỹ ñạo chuyển ñộng của ñiểm trên bánh ñè xích cuối cùng 24 Hình 2.3. Quỹ ñạo chuyển ñộng của một ñiểm trên dải xích khi chuyển ñộng ở các chế ñộ khác nhau 24 Hình 2.4. Quá trình một mắt xích khi ñi vào bánh ñè xích 25 Hình 2.5. Sự chuyển ñộng của nhánh xích chủ ñộng khi vào khớp với bánh chủ ñộng và bánh ñè xích 25 Hình 2.6. Lực tác dụng lên bộ phận di ñộng xích khi chuyển ñộng trên mặt ñồng nằm ngang 28 Hình 2.7. Phân bố áp lực trên phần dải xích tiếp xúc với ñất 31 Hình 2.8. Ứng suất phân bố phía dưới các bánh ñè xích 32 Hình 2.9. Quy luật phân bố ứng suất ứng suất theo chiều dài của phần xích tiếp xúc với ñất 33 Hình 2.10. Biểu ñồ phân bố áp lực theo chiều dài phần xích tiếp xúc với ñất khi thay ñổi tâm áp lực 38 Hình 2.11. Sơ ñồ xác ñịnh lực cản lăn của máy kéo xích khi tính ñến việc tạo nên vết bánh 41 Hình 2.12. Sơ ñồ lực tác dụng lên nhánh xích phía trước khi chuyển ñộng 42 Hình 2.13. Mối quan hệ giữa lực kéo P k và trọng lượng G khi cho các giá trị khác môt giá trị 48 Hình 2.14. Sơ ñồ lực và mômen tác dụng lên máy kéo xích 49 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………. vii Hình 2.15. Tính chất kéo bám của máy kéo xích với trọng lượng máy kéo khác nhau 53 Hình 3.1. Máy kéo xích B-2010 54 Hình 3.2. Sơ ñồ hệ thống truyền lực máy kéo xích B-2010 55 Hình 3.3. Sự phụ thuộc của các thành phần mô men ma sát vào mô men ñ/c 58 Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất cơ học vào hệ số tải trọng ñộng cơ 58 Hình 3.5. ðường ñặc tính tốc ñộ của ñộng cơ JD 32 66 Hình 3.6. ðường ñặc tính tải trọng của ñộng cơ JD 32 66 Hình 3.7. Hiệu suất truyền ñộng của máy kéo xích trên nền ñất 68 Hình 3.8. Hiệu suất truyền ñộng của máy kéo xích trên nền bê tông 69 Hình 4.1. Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của Sensor V1 – Datron 73 Hình 4.2. Sensor quang học E3F3 74 Hình 4.3. Thiết bị ño lực kéo Z4 74 Hình 4.4. Thiết bị ño mômen xoắn 74 Hình 4.5. Thiết bị Spider 8 75 Hình 4.6. Trục ñể lắp với ñầu ño của thiết bị ño mômen 77 Hình 4.7 . Giá và gối ñỡ ổ bi của khâu trung gian 77 Hình 4.8. Cụm thiết bị ño mômen, puly và trục 78 Hình 4.9. Khâu trung gian và thiết bị ño mômen 78 Hình 4.10. Các lập là lắp ráp sensor ño vận tốc ñược hàn hoặc bắt chặt vào khung Hình 4.11. Kết nối thiết bị thí nghiệm 81 Hình 4.12. Sơ ñồ các môñun thu thập số liệu thí nghiệm 82 Hình 4.13. Xác ñịnh lực cản lăn trên nền bê tông và các thông số (vận tốc, tốc ñộ góc, nhiên liệu) trên nền bê tông 85 Hình 4.14. Lực kéo ở móc và mô men trên trục trung gian trên nền bê tông 86 Hình 4.15. Xác ñịnh lực cản lăn trên nền bê tông và các thông số (vận tốc, tốc ñộ góc, nhiên liệu) trên nền ñất 87 Hình 4.16. Lực kéo ở móc và mô men trên trục trung gian trên nền bê ñất 88 Hình 4.17. Hiệu suất kéo và các hiệu suất trong hệ thống truyền lực của máy kéo B 2010 khi làm việc trên nền ñất 88 Hình 4.18. Hiệu suất kéo và các hiệu suất trong hệ thống truyền lực của máy kéo B-2010 khi làm việc trên nền bê tông 89 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………. 1 MỞ ðẦU Cơ giới hóa nông lâm nghiệp ở nước ta hiện nay ñã ñạt ñược những thành tựu nhất ñịnh, phụ thuộc từng vùng kinh tế, từng loại cây trồng và tính chất ñất ñai ñịa hình mà mức ñộ cơ giới hóa ñạt ñược ở trình ñộ khác nhau. Nhờ cơ giới hóa phục vụ sản suất nông lâm nghiệp ñược chú trọng nên vấn ñề hiện ñại hóa nông nghiệp nông thôn ñược thực hiện khá thành công, bộ mặt nông thôn Việt nam hiện nay nhìn chung trong cả nước ñã có những biến ñổi khá nhanh, tuy còn những mặt hạn chế nhất ñịnh như vấn ñề cơ cấu lại sản xuất, vấn ñề lao ñộng dư thừa chưa ñược bố trí một cách hợp lý và khoa học nhưng những thành quả ñạt ñược bước ñầu là ñáng khích lệ. Trong cơ giới háo nông nghiệp nông thôn, máy ñộng lực là một vấn ñề ñóng vai trò quan trọng và ở cách nhìn trong vấn ñề trang bị năng lượng máy ñộng lực trong ñó có ô tô máy kéo ñóng vai trò quyết ñịnh. Hiện nay máy kéo và ô tô phục vụ trong nông nghiệp nông thôn ở Việt Nam chủ yếu ñược nhập tử các nước XHCN cũ như Liên xô, Tiệp, CHDC ðức v.v…và gần ñây là của một số nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật và một vài nước khác. Việc sử dụng các máy móc này ñã ñóng góp cho việc thực hiện thành công việc cơ giới hóa trong nông nghiệp nước ta trong giai ñoạn vừa qua. Tuy nhiên do tình hình ñịa lý, ñất ñai và tập quán canh tác cũng như các yếu tố tự nhiên và xã hội khác mà một số loại máy kéo nhập vào Việt nam chưa phát huy ñược hết tính năng kinh tế kỹ thuật của chúng, những máy kéo công suất và trọng lượng lớn như T 150, T 150K, K 700 v.v… có thể sử dụng có hiệu quả cao khi khai thác sử dụng trong công nghiệp, khai thác khoáng sản v.v…những lại có hiệu quả rất thấp khi ñưa vào sử dụng trong nông nghiệp ñặc biệt trong vùng ñồng bằng sông hồng, nơi chủ yếu sản xuất cây lúa nước, ở ñó ñộ ẩm của ñất cao, dẫn ñế khả năng di ñộng của máy kéo giảm, hiệu suất kéo cũng như các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của các loại máy này thường rất thấp thậm chí nhiều vùng nhiều nơi máy không có khả năng làm việc do thụt nún. Mỗi một nước, một quốc gia ñều có những ñặc thù riêng về ñiều kiện tự nhiên, tập quán canh tác, vấn ñề lựa chọn, tính toán và chế tạo máy kéo có công suất, trọng lượng, loại hệ thống di ñộng (máy kéo bánh hay máy kéo Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……………………………. 2 xích) phù hợp với từng vùng sản xuất là một vấn ñề có ý nghĩa quan trọng ñể nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn ñộng lực trong nông nghiệp hiện nay. Các nước trong khu vực như Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan v.v… ñã có nghành công nghiệp chế tạo máy kéo khá phát triển, hệ thống máy kéo phục vụ nông nghiệp ñược chế tạo có nhiều mẫu mã khác nhau cả về kích cỡ công suất trọng lượng cũng như loại hệ thống di ñộng, nhờ vậy vấn ñề cơ giới hoá nông nghiệp nông thôn ở các nước này phát triển ở mức ñộ cao. Ở nước ta, ngành công nghiệp chế tạo máy kéo còn khá non trẻ, chúng ta chỉ mới chế tạo ñược các máy kéo bánh hiệu Bông sen tới 20 mã lực, hệ thống truyền lực, hộp số và hệ thống trích công suất của các máy kéo này còn khá ñơn giản và chưa phù hợp với nhiều dạng công việc khác nhau, khả năng di ñộng của máy kéo thấp ñặc biệt trên ñất ñộ ẩm cao và ñất ñồi dốc. ðối với máy kéo xích phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp cho ñến nay chúng ta chủ yếu nhập từ nước ngoài. Việc nghiên cứu tính năng kéo bám, khả năng di ñộng trên ñất nền yếu, ñất ñộ ẩm cao và ñất ñồi dốc, khả năng quay vòng và ñiều khiển, hiệu suất truyền ñộng nói riêng và hiệu suất kéo của máy kéo xích nói chung từ ñó xác ñịnh các thông số cở bản của máy kéo xích cũng như trọng lượng máy, công suất ñộng cơ v.v… làm cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế chế tạo một mẫu máy kéo xích phục vụ sản xuất nông, lâm nghiệp ở Việt Nam là một vấn ñề cần thiết có ý nghĩa thực tiễn. Xuất phát từ các vấn ñề phân tích trên, ñược sự phân công của Bộ môn ðộng lực, dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Ngọc Quế tôi ñược giao và thực hiện ñề tài: “Nghiên cứu xác ñịnh hiệu suất truyền ñộng của máy kéo xích B-2010” Thực hiện thành công ñề tài là cơ sở bước ñầu cho việc tính toán thiết kế chế tạo và hoàn chỉnh máy kéo xích B-2010 thuộc ñề tài cấp Bộ do PGS. TS. Nguyễn Ngọc Quế làm chủ trì ñề tài. 1. Mục tiêu của ñề tài: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất truyền ñộng của máy kéo xích B-2010 nhằm ñánh giá hiệu suất truyền ñộng và làm cơ sở hoàn thiện thiết kế kết cấu của mẫu máy.