Nghiên cứu xây dựng đường đặc tính kéo thực nghiệm của máy kéo xích b 2010

Luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN QUỐC HIỆP NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ðƯỜNG ðẶC TÍNH KÉO THỰC NGHIỆM CỦA MÁY KÉO XÍCH B - 2010 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông – Lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 Người hướng 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 Nguyễn Quốc Hiệp 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, Khoa ðộng lực, Khoa Cơ khí Trường Cao ñẳng nghề kinh tế - kỹ thuật Bắc Ninh 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! Bắc ninh, ngày 20 tháng 11 năm 2011 Tác giả Nguyễn Quốc Hiệp Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. iii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH v MỞ ðẦU i 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 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 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. iv CHƯƠNG 3 - XÂY DỰNG ðƯỜNG ðẶC TÍNH KÉO CỦA MÁY KÉO 54 3.1. ðặt vấn ñề 54 3.2. Xây dựng ñường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo 55 3.2.1. Các số liệu ban ñầu 55 3.2.2. Trình tự xây dựng 56 3.3. Xây dựng ñường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo xích B-2010 59 3.3.1. Xây dựng ñường ñặc tính ñộng cơ 59 3.3.2. Xây dựng ñường ñặc tính trượt của máy kéo 62 3.3.3. Trình tự xây dựng ñường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo B-2010 62 CHƯƠNG 4 – NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 67 4.1. Mục ñích, nhiệm vụ và phương pháp thí nghiệm 67 4.1.1. Mục ñích 67 4.1.2 Nhiệm vụ 67 4.1.3. Phương pháp thí nghiệm 67 4.2. Thiết kế và chế tạo thiết bị lắp ráp dụng cụ ño 72 4.2.1. Thiết kế và chế tạo thiết bị lắp ráp dụng cụ ño mômen 72 4.2.2. Thiết kế và chế tạo các thiết bị lắp ráp các dụng cụ ño khác 75 4.3. Lắp ñặt thiết bị thí nghiệm 76 4.3.1. Lắp ñặt các thiết bị ño 76 4.3.2. Kết nối các ñầu dây tín hiệu với thiết bị gom dữ liệu và máy tính 77 4.3.3. Xây dựng chương trình thu thập và xử lý tín hiệu thí nghiệm 78 4.4. Tổ chức thí nghiệm 78 4.5. Kết quả thí nghiệm 79 4.5.1. Một số hình ảnh về kết quả thí nhiệm 79 4.5.2. Xử lý kết quả thí nghiệm 82 4.6. Phân tích kết quả nghiên cứu thực nghiệm 84 KẾT LUẬN CHUNG 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. v 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 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. vi 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 Hình 2.15. Tính chất kéo bám của máy kéo xích với trọng lượng máy kéo khác nhau 53 Hình 3.1. ðường ñặc tính kéo của máy kéo dùng hộp số cơ học 54 Hình 3.2. ðường ñặc tính tải trọng của ñộng cơ 56 Hình 3.3. ðường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo 56 Hình 3.4. ðường ñặc tốc ñộ lý thuyết của ñộng cơ JD32 61 Hình 3.5. ðường ñặc tính tải trọng lý thuyết của ñộng cơ JD32 61 Hình 3.6. ðường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo xích B-2010 trên nền ñất cỏ 64 Hình 3.7. ðường ñặc tính kéo lý thuyết của máy kéo xích B-2010 trên nền bê tông 65 Hình 4.1. Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của Sensor V1 – Datron 69 Hình 4.2. Sensor quang học E3F3 70 Hình 4.3. Thiết bị ño lực kéo Z4 70 Hình 4.4. Thiết bị ño mômen xoắn 71 Hình 4.6. Thiết bị Spider 8 71 Hình 4.7. Trục ñể lắp với ñầu ño của thiết bị ño mômen 73 Hình 4.8 . Giá và gối ñỡ ổ bi của khâu trung gian 73 Hình 4.9. Cụm thiết bị ño mômen, puly và trục 74 Hình 4.10. Khâu trung gian và thiết bị ño mômen 74 Hình 4.11. Các lập là lắp ráp sensor ño vận tốc ñược hàn hoặc Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. vii bắt chặt vào khung 75 Hình 4. 12. Khớp ña năng và Sensor tốc ñộ V1 75 Hình 4.13. Móc trên máy kéo thí nghiệm và máy kéo gây tải 76 Hình 4.14. Sơ ñồ kết nối các thiết bị ño với bộ gom và máy tính 77 Hình 4.15. Worksheet ño lường trong DasyLab 7.0 khi thí nghiệm máy B-2010 78 Hình 4.16. Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh lực cản lăn trên nền bê tông 79 Hình 4.17. Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh các thông số ñộng học của máykéo xích B-2010 trên nền bê tông (vận tốc, tốc ñộ góc, nhiên liệu) 79 Hình 4.18. Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh lực kéo ở móc và mô men trên trục trung gian trên nền bê tông 80 Hình 4.19. Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh lực cản lăn trên nền ñất cỏ 80 Hình 4.20. Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh các thông số ñộng học của máykéo xích B-2010 trên nền ñất cỏ (vận tốc, tốc ñộ góc, nhiên liệu) 81 Hình 4.21. Ảnh màn hình kết quả thí nghiệm xác ñịnh lực kéo ở móc và mô men trên trục trung gian trên nền ñất cỏ 81 Hình 4.22. ðường ñặc tính tốc ñộ thực nghiệm ñộng cơ JD 32 83 Hình 4.23. ðường ñặc tính kéo thực nghiệm máy kéo xích B-2010 trền nền ñất cỏ ở số truyền 3 83 Hình 4.24. ðường ñặc tính kéo thực nghiệm máy kéo xích B-2010 trền nền bê tông ở số truyền 3 84 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 hóa 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 từ 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 T150, T150K, K700 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 ñến khả năng di ñộng của máy kéo giảm, hiệu suất kéo cũng như các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của các loại máy này thường rất thấp thậm chí nhiều vùng, nhiều nơi máy không có khả năng làm việc do thụt lún. Mỗi quốc gia ñều có những ñặc thù riêng về ñiều kiện tự nhiên, tập quán canh tác nên 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 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 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………. 2 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 hóa 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 nghiệp ở Việt Nam là một vấn ñề cần thiết có ý nghĩa thực tiễn. Xuất phát từ các vấn ñề phân tích trên ñây, 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 xây dựng ñường ñặc tính kéo thực nghiệm của máy kéo xích B-2010”. B-2010 là máy kéo ñang trong gia ñoạn thiết kế, chế tạo ở dạng mẫu. Rất nhiều hệ thống như: hệ thống truyền lực, hệ thống di ñộng xích, hệ thống lái, v.v… cần ñược tính toán bằng lý thuyết cũng như cần phải thực nghiệm ñể nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng ñến khả năng làm viêc của máy kéo như: hiệu suất, khả năng kéo bám, v.v… Vì vậy việc thực hiện thành công ñề tài là góp phần cho việc kiểm chứng tính năng kéo bám của máy kéo B-2010 và hoàn thiện thiết kế chế tạo mẫu máy kéo này. Mục tiêu của ñề tài Nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo xích làm cơ sở xây dựng ñược ñường ñặc tính kéo lý thuyết và ñường ñặc tính kéo thực nghiệm của máy kéo xích B-2010, phân tích các yếu tố ảnh hưởng ñến tính chất kéo bám. Từ ñó góp phần hoàn chỉnh máy kéo mẫu B-2010. Nhiệm vụ của ñề tài ðể thực hiện ñược mục tiêu ñặt ra của ñề tài. Trong quá trình thực hiện ñề tài cần hoàn thành nhiệm vụ sau: