Nghiên cứu khả năng bám kéo của bành xe kết hợp máy kéo BS 12 làm việc trên đất có độ ẩm cao

Luận văn

1 Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO Trờng đại học nông nghiệp i ---------------------------------------------------- Lâm sơn hùng NGHIÊN CứU KHả NĂNG KéO Bám CủA bánh xe kết hợp máy kéo bs - 12 làm việc trên đất có độ ẩm cao LUậN VĂN THạC Sĩ Kỹ THUậT Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa Nông - Lâm nghiệp M số: 60.52.14 Ngời hớng dẫn khoa học: TS. ĐặNG TIếN HòA Hà NộI 2006 2 Lời cám ơn Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, ngoài sự cố gắng của bản thân tôi đã nhận đợc rất nhiều sự giúp đỡ. Qua đây tôi xin đợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: Các thầy cô giáo trong bộ môn Động Lực - khoa Cơ Điện và các thầy cô giáo khoa Sau Đại Học - trờng đại học Nông Nghiệp I - Hà Nội. Đã có những chỉ bảo và những ý kiến đóng góp quý báu cho luận văn của tôi. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc chân thành tới thầy giáo T.S Đặng Tiến Hòa ngời đã trực tiếp hớng dẫn giúp đỡ tôi tận tình để tôi có thể thực hiện và hoàn thành đề tài. Nhân dịp này tôi cũng xin trân trọng cám ơn sự giúp đỡ, hỗ trợ kinh phí, máy móc, vật t của trờng công nhân Cơ Khí Nông Nghiệp I TW - Bình Xuyên - Vĩnh Phúc giúp cho tôi có đợc những điều kiện thuận lợi nhất để thực hiện đề tài này. Do thời gian và kinh nghiệm có hạn, nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận đợc sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp để đề tài của tôi đợc hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2006 Tác giả Lâm Sơn Hùng 3 Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Mở đầu 1 Chơng 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 5 1.1 Khái quát về tình hình phát triển ngành cơ khí nông nghiệp nói chung và phát triển liên hợp máy kéo nhỏ nói riêng ở nớc ta 5 1.2 Đặc điểm về máy kéo nhỏ hai bánh 1.2.1 Máy kéo Bông Sen - 12 (BS -12) 8 8 1.2.2 Máy kéo GN - 91 và GN - 111 ( Trung Quốc sản xuất ) 11 1.2.3 Đặc điểm một số bộ phận di động của máy kéo BS-12 13 1.3 Đặc điểm về đất nông nghiệp ảnh hởng đến khả năng di động của máy kéo 1.3.1 Độ ẩm của đất nông nghiệp 15 15 1.3.2 Độ chặt của đất nông nghiệp (H kg/cm 2 ) 17 1.3.3 Hệ số ma sát ngoài của đất 18 1.3.4 Lực dính giữa đất và thép 20 1.3.5 Lực cản lăn của đất khi xê dịch 22 1.4 Đặc tính kéo bám của bám xe 24 1.5 Đặc điểm đất đai vùng đồng bằng Sông Hồng có ảnh hởng đến sự làm việc của liên hợp máy kéo nhỏ trên đồng đất có độ ẩm cao 24 1.6 Tình hình nghiên cứu, cải tiến và sử dụng các bộ phận di động cho máy kéo nhỏ làm việc trên đất nông nghiệp ở nớc ta 26 1.7 Nội dung của đề tài 27 Chơng 2. Một số cơ sở lý thuyết và tính chất kéo bám của bánh xe 28 2.1 Lực kéo trên bánh chủ động 28 2.2.1 Lực kéo tiếp tuyến 28 4 1 - Trọng lợng bám của máy kéo tác dụng lên bánh xe 30 2 - Tình trạng mặt đồng, đờng 30 3 - áp lực riêng bánh xe trên đất 30 4 - Kết cấu hình dạng mấu bám của bánh xe 30 2.1.2. Lực cản lăn của bánh xe 31 2.2. Tính chất trợt của bánh xe 32 2.2.1. Độ trợt cúa bánh xe 32 1. Quỹ tích chuyển động, gia tốc, tốc độ của các điểm trên bánh xe khi có trợt 33 2. Liên hệ giữa góc nghiêng mặt chủ động của mấu bám và độ trợt 32 2.2.2. Xác định tính chất trợt của bánh xe 37 2.3. Cơ sở tính toán một số thông số của bánh phụ 51 2.3.1. Góc nghiêng của mặt chủ động mấu bám 51 2.3.2. Xác định chiều rộng - chiều cao của mấu bám 52 2.3.3 Xác định số lợng mấu bám. 54 2.3.4. Tính toán vành và nan hoa bánh xe 55 Chơng 3. Thiết kế chế tạo bánh phụ, khung khảo nghiệm bánh xe kết hợp 58 3.1 Tính toán, lựa chọn xác định một số thông số cơ bản của bánh kết hợp 58 3.1.1 Lực kéo tiếp tuyến P K của bánh xe 58 3.1.2 Lực bám của bánh phụ khi làm việc với bánh hơi 60 3.1.3 Xác định và tính toán một số thông số của đất 60 3.1.4 Lựa chọn các thông số chính của bánh kết hợp 61 3.2 Chế tạo hoàn chỉnh bánh phụ 67 3.3 Thiết kế và chế tạo khung khảo nghiệm bánh xe kết hợp 70 3.3.1 Mục đích 70 3.3.2 Sơ đồ tổng thể khung khảo nghiệm bánh xe 70 Chơng 4. Thí nghiệm và kết quả thí nghiệm xác định đặc tính kéo bám của bánh xe kết hợp 75 5 4.1 Mục đích 75 4.2 Phơng pháp và sơ đồ tổng thể chuỗi đo thí nghiệm 75 4.3 Liên kết các thiết bị thí nghiệm 76 4.4 Xây dựng module thí nghiệm 79 4.5 Hiệu chỉnh thiết bị đo 80 4.6 Bố trí thí nghiệm 80 4.6.1 Điều kiện thí nghiệm 80 4.6.2 Tiến hành thí nghiệm 82 4.7 Xây dựng chơng trình hồi qui 83 4.8 So sánh đặc tính bánh xe kết hợp với đặc tính bánh lốp máy kéo BS -12 86 Kết luận và đề nghị 88 Tài liệu tham khảo 89 Phụ lục 6 Mở Đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài Nớc ta là một nớc nông nghiệp với khoảng 80% dân số sống các vùng nông thôn và sống chủ yếu bằng nghề nông. Nguồn ngoại tệ thu từ xuất khẩu nông sản là không nhỏ (trên 43% GDP). Đây là nguồn ngoại tệ để nhập các công nghệ, kỹ thuật tiến tiến phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hóa đất nớc nói chung, ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn nói riêng. Chính vì vậy mà việc phát triển nông nghiệp nông thôn đợc Đảng và nhà nớc ta xác định là mặt trận hàng đầu. Trong tơng lai, với đờng lối phát triển nền kinh tế của Đảng và nhà nớc ta: "Giảm số dân lao động trong ngành nông nghiệp nhng vẫn đảm bảo tăng sản lợng nông nghiệp ". Đặc biệt khi nớc ta ra nhập vào tổ chức Thơng Mại Thế Giới (WTO). Nền kinh tế nớc ta nói chung và nền sản xuất nông nghiệp nói riêng, phải chịu sự cạnh tranh khốc liệt của nền kinh tế thị trờng. Muốn nông phẩm, hàng hóa có đợc tính cạnh tranh cần thiết, nhất là với những mặt hàng cùng loại của các nớc khác trong khu vực và thế giới. Ngoài việc thay đổi giống, áp dụng sản xuất công nghệ cao, tăng năng suất cây trồng, vật nuôi .v.v. thì tăng năng suất, hiệu quả trong các khâu sản xuất áp dụng cơ giới hóa (trong đó có khâu làm đất) cũng là một nhiệm vụ rất cần thiết. Sau khi có Nghị quyết khoán X của Bộ Chính Trị (ban hành ngày 04/05/1988), mô hình cơ khí hóa nông nghiệp theo kiểu các trạm, đội máy kéo lớn trớc đây không còn phù hợp nữa. Thay vào đó là sự nhập cuộc mạnh mẽ của các liên hợp máy động lực nhỏ trong hầu hết các khâu canh tác. Hiện nay mỗi hộ nông dân trở thành một đơn vị kinh tế tự chủ, họ đợc giao đất sử dụng sản xuất lâu dài. Ruộng đất đợc chia nhỏ thành từng ô, thửa cho từng hộ nông dân mà vốn đầu t cho sản xuất của từng hộ là rất khác nhau và còn nhiều hạn chế. Loại máy kéo nhỏ có công suất từ 4 ữ 30 mã lực đi cùng với các máy móc nông nghiệp tơng ứng với giá thành phù hợp đang đ ợc ngời nông dân rất a chuộng sử dụng, nhất là ở các vùng đồng bằng, trung du Bắc bộ và Trung bộ. Qua thực tế sản xuất cho thấy việc sử dụng liên hợp máy cỡ 7 nhỏ ở nhiều vùng địa phơng tỏ ra u việt và hợp lý hơn so với máy móc cỡ lớn. Nó cho hiệu quả cao, đáp ứng đợc nhu cầu sản xuất kinh doanh của nhiều thành phần kinh tế khác nhau. Bên cạnh việc tăng năng suất lao động, còn tạo ra một bộ mặt mới cho đời sống kinh tế xã hội ở nông thôn. Các loại máy kéo nhỏ đang đợc sử dụng nhiều ở nớc ta chủ yếu do nhà máy cơ khí nông nghiệp Hà Tây kết hợp với nhà máy cơ khí Trần Hng Đạo và nhà máy DIEZEL Sông Công sản xuất. Phần máy nhập ngoại chủ yếu là từ các cơ sở sản xuất địa phơng Trung Quốc. Trình độ công nghệ của các cơ sở chế tạo này hầu hết còn lạc hậu. Các mẫu máy ít đợc cải tiến, thiết kế theo kiểu sao chép lại. Trong các năm qua, việc các mẫu máy này vẫn đợc thị trờng chấp nhận là do giá cả phù hợp với điều kiện kinh tế của ngời nông dân. Cha phải là do chất lợng và sự thích ứng của các mẫu máy ny với các điều kiện làm việc thực tế trên đồng ruộng nớc ta. Hiện nay ở nớc ta, diện tích đất có độ ẩm trong thời gian canh tác chiếm khoảng 50% diện tích đất trồng trọt. Đất có độ ẩm cao (W = 40 ữ 45% trở lên) nh đất đầu vụ đông xuân ở Miền Bắc (tháng 10 - 11) và đất sau vụ gặt ở vùng trồng lúa nhiều vụ chiếm phần diện tích đáng kể. Đất này đòi hỏi máy kéo phải có cơ cấu di động thích hợp thì mới làm việc cho hiệu quả cao. Nớc ta mới chỉ sản xuất một số loại cơ cấu di động cho máy kéo nhỏ là bánh hơi, bánh mấu, bánh lồng. Các loại cơ cấu di động này chỉ có thể làm việc phù hợp với ruộng nớc hoặc ruộng cạn có độ ẩm và trung bình, còn trên đất có độ ẩm cao thì cha phù hợp. Vì vậy việc nghiên cứu, cải tiến bộ phận di động cho máy kéo nhỏ khi làm việc trên đất có độ ẩm cao là rất cần thiết. Để góp phần giải quyết vấn đề trên, tôi đã chọn đề tài: Nghiên cứu khả năng kéo bám của bánh xe kết hợp máy kéo BS -12 làm việc trên đất có độ ẩm cao. Nhằm có những cải thiện đáng kể, tăng lực kéo bám cho liên hợp máy khi làm việc. Giúp ngời nông dân sử dụng liên hợp máy kéo nhỏ trong khâu làm đất trên loại đất có độ ẩm cao đợc hiệu quả hơn. 8 2. Mục đích và yêu cầu của đề tài 2.1. Mục đích Mục đích của đề tài là nghiên cứu khả năng kéo bám của bánh xe kết hợp máy kéo Bông sen 12 (và trên một số loại máy kéo nhỏ 2 bánh đẩy tay tơng tự có công suất từ 12 ữ 15 mã lực) khi làm việc trên nền đất có độ ẩm cao (W > 40%). Đây là loại máy kéo tay đợc sử dụng rất rộng rãi, phổ biến ở đồng bằng các tỉnh phía Bắc. 2.2. Yêu cầu của đề tài Phân tích đánh giá tình hình sử dụng liên hợp máy kéo nhỏ của nớc ta trong giai đoạn hiện nay. Nắm đợc u nhợc điểm các bộ phận di động của liên hợp máy kéo nhỏ hiện có. Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm xác định đặc tính kéo bám của bánh xe kết hợp. 3. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. ý nghĩa khoa học Nghiên cứu một cách có hệ thống về tính chất trợt của bánh xe máy kéo nhỏ và đặc tính kéo bám của bánh xe khi làm việc trên đất nông nghiệp. Đặt vấn đề và mở ra một hớng nghiên cứu nhằm cải thiện khả năng kéo bám cho loại máy kéo nhỏ đẩy tay khi làm việc trên đất có độ ẩm cao. 3.2. ý nghĩa thực tiễn Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh bánh phụ lắp trên bộ phận di động máy kéo BS 12. Cải thiện đáng kể khả năng kéo bám của loại máy kéo này khi làm việc trên đất có độ ẩm cao. Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh khung, hệ thống truyền động dùng để khảo nghiệm đặc tính kéo bám của các loại bánh xe sử dụng cho máy kéo nhỏ đẩy tay BS 12. 9 Khảo nghiệm và xây dựng đợc đờng đặc tính kéo bám của bánh xe thiết kế trên một số loại đất nông nghiệp. 4.1. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu 4.1.1. Đối tợng nghiên cứu Đối tợng nghiên cứu của đề tài là loại máy kéo nhỏ hai bánh đẩy tay có công suất từ 12 ữ 15 mã lực (loại máy do Việt Nam và Trung Quốc sản xuất đang đợc sử dụng phổ biến ở các tỉnh sản xuất nông nghiệp vùng đồng bằng Bắc Bộ) với bộ phận di động là bánh cao su + bánh phụ gọi là bánh xe kết hợp - làm việc trên đất nông nghiệp có độ ẩm cao W > 40 trở lên. 4.1.2. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết Sử dụng các cơ sở nghiên cứu lý thuyết về động lực học bánh xe, lý thuyết máy kéo, cơ học đất và và cơ sở tác động đất máy. Các mô hình toán đợc sử dụng để tính toán cũng là các kết quả đã đợc các nhà khoa học trong, ngoài nớc nghiên cứu và công bố. Các cơ sở lý thuyết tính toán, lựa chọn các thông số cơ bản của bánh xe chủ động khi làm việc trên đất nông nghiệp. Các lý thuyết về đo lờng các thông số quá trình động lực học trong ôtô máy kéo, nghiên cứu và sử dụng chơng trình phần mềm sử lý hiện đại và đa năng nh Dasylab 7.0. Xây dựng chơng trình hồi qui số liệu thực nghiệm xác định quan hệ giữa hệ số bám và độ trợt theo ngôn ngữ Pascan. Nghiên cứu thực nghiệm Để xác định đợc đặc tính trợt của bánh xe ta phải xác định và tính đợc lực kéo tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe chủ động. Để đạt đợc điều đó cần tiến hành đo mô men xoắn trên trục bánh xe kết hợp theo phơng pháp đo Tenzo với trợ giúp của máy tính số và phần mềm đa năng Dasylab 7.0. Để xác định tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe đợc thực hiện theo phơng pháp cân trực tiếp khung đo, thiết bị đo và bánh xe kết hợp. 10