Nghiên cứu khả năng kéo bám và ổn định của liên hợp máy kéo bánh hơi với cày chăm sóc rừng làm việc trên đất dốc TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP –––––––––––***––––––––––– Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại: Trường Đại học Lâm Nghiệp TÔ QUỐC HUY Vào hồi ……giờ ngày tháng năm 2021 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KÉO BÁM VÀ ỔN ĐỊNH Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Quốc gia Thư viện trường Đại học Lâm nghiệp CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO BÁNH HƠI VỚI CÀY CHĂM SÓC RỪNG LÀM VIỆC TRÊN ĐẤT DỐC Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9.52.01.03 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2021 Luận án hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu TS Đoàn Văn Thu Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường Đại học Lâm nghiệp Vào hồi phút, ngày tháng năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Thư viện Trường Đại học Lâm nghiệp Hà Nội, 2021 NHỮNG CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Tơ Quốc Huy, Nơng Văn Vìn, Đồn Văn Thu (2020), Xây dựng mơ hình động lực học kéo liên hợp máy kéo với cày chảo làm việc dốc ngang; tạp chí Nơng nghiệp PTNT số 16/2020 (ISSN 1859 – 4681) Tơ Quốc Huy, Đồn Văn Thu, Bùi Việt Đức (2020), Kết nghiên cứu cải tiến hệ thống di động máy kéo làm việc đất nông, lâm nghiệp; Tạp chí Khoa học Lâm nghiệp số 5/2020 (tr 120-tr 132) Đoàn Văn Thu, Nguyễn Nhật Chiêu, Tô Quốc Huy (2021), Nghiên cứu thực nghiệm xác định số tiêu kéo bám làm việc liên hợp máy cày chăm sóc rừng; Tạp chí Khoa học Lâm nghiệp số 1/2021 (tr 111-tr 124) MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Rừng trồng sản xuất nước ta có diện tích lớn, tính đến năm 2020 4,3 triệu ha, diện tích đất trồng rừng thâm canh giới hóa 1,5 triệu Hàng năm, có 200 nghìn rừng trồng khai thác trồng lại, cần giới hóa khâu sản xuất để nâng cao suất chất lượng rừng Hệ thống máy kéo sử dụng nông lâm nghiệp đa dạng, phong phú, khả kéo bám ổn định bị hạn chế làm việc đất dốc Năm 2018, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam thực đề tài nghiên cứu KHCN cấp Bộ “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo số thiết bị máy công tác chuyên dụng liên hợp với máy kéo có khả kéo bám ổn định cao phục vụ trồng chăm sóc rừng” nhiệm vụ nghiên cứu chủ yếu tập trung cho nội dung thiết kế, chế tạo máy canh tác đưa vào sử dụng Chưa có nghiên cứu sâu động học, động lực học liên hợp máy kéo bánh thực khâu làm đất chăm sóc rừng đất dốc phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp Việt Nam Do vậy, thực đề tài luận án “Nghiên cứu khả kéo bám ổn định liên hợp máy kéo bánh với cày chăm sóc rừng làm việc đất dốc” cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Mục tiêu nghiên cứu Xác định ảnh hưởng số yếu tố kết cấu chế độ sử dụng đến khả kéo bám, ổn định, nhằm nâng cao hiệu sử dụng LHM kéo bánh với cày chảo chăm sóc rừng đất dốc lâm nghiệp Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu liên hợp máy kéo bánh Yanmar F535D có cơng suất 53 mã lực với dàn cày chảo dãy (LHM) thực chăm sóc rừng trồng đất dốc lâm nghiệp Việt Nam Ý nghĩa khoa học thực tiễn của luận án Nghiên cứu xây dựng mơ hình động lực học liên hợp máy cày chăm sóc rừng đất dốc lâm nghiệp từ khảo sát ảnh hưởng số yếu tố kết cấu điều kiện sử dụng làm sở đánh giá khả sử dụng LHM Đã đề xuất giải pháp cải tiến hệ thống di động để nâng cao khả kéo bám, ổn định làm sở cho việc tính tốn thiết kế chế tạo hệ thống di động máy kéo bánh làm việc đất dốc lâm nghiệp Xác định hệ số thực nghiệm điều kiện địa hình, đất đai lâm nghiệp như: hệ số cản lăn (ƒ), hệ số bám dọc (φx), hệ số lực cản riêng cày (Kc), đặc tính kéo bám hệ thống di động thiết kế cải tiến thực nghiệm, đánh giá khả làm việc LHM điều kiện sản xuất Những đóng góp của luận án Mơ hình động lực học LHM mô phần mềm Matlab – Simulink sử dụng thông số đầu vào lực cản cày PC(t) hàm biến đổi theo thời gian thu từ thực nghiệm, kết nghiên cứu phản ánh sát với điều kiện thực tế địa hình tính chất đất đai Đề xuất mơ hình ổn định hướng máy kéo bánh làm việc dốc ngang cho phép xác định góc xoay bánh lái để trì hướng chuyển động thẳng dốc ngang Đây sở để nghiên cứu thiết lập chương trình điều khiển tự động máy kéo bánh làm việc dốc ngang Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng đường đặc tính kéo bám hệ thống di động cải tiến máy kéo; xác định hệ số lực cản riêng cày chảo đất lâm nghiệp vùng Đông Bắc Bộ Cải tiến hệ thống di động nâng cao khả kéo bám, ổn định LHM làm việc điều kiện khác Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình giới hóa trồng chăm sóc rừng Cơ giới hóa trồng chăm sóc rừng việc sử dụng thiết bị máy móc để thực cơng việc: Làm đất trồng rừng, xử lý thực bì, vun gốc, bón phân, tỉa cành, phun thuốc trừ sâu, tưới nước Rừng trồng thâm canh Việt Nam có mật độ dao động từ 1100cây/ha đến 2000 cây/ha, phổ biến 1660 cây/ha (3m x 2m), nên việc lựa chọn thiết bị quy trình kỹ thuật phù hợp giảm lao động thủ công, nâng cao suất chất lượng rừng trồng 1.2 Tình hình nghiên cứu tính chất kéo, bám máy kéo sản xuất nơng lâm nghiệp Tính chất kéo bám máy kéo nhiều tác giả nước nghiên cứu như: Phân tích lý thuyết thực nghiệm tượng trượt máy kéo di chuyển độ dốc ngang tác giả RM Makharoblidze, tác giả Zhen LI; quan hệ bám, trượt nhiều dạng khác để mơ tả tính chất tiếp xúc đất bánh xe LHM cày làm việc tác giả Vogel; ảnh hưởng yếu tố độ dốc, lực kéo móc áp lực vng góc bánh xe chủ động đến lực cản lăn trượt dọc bánh xe tác giả Nông Văn Vìn; nghiên cứu kéo bám máy kéo vận xuất gỗ tác giả: Trần Công Hoan, Nguyễn Kính Thảo, Nguyễn Nhật Chiêu, Nhìn chung nghiên cứu tính chất kéo bám của máy kéo nhằm mục đích xác định yếu tố ảnh hưởng, sở đề xuất giải pháp cải thiện tính chất kéo bám, nâng cao hiệu suất sử dụng máy kéo sản xuất nơng lâm nghiệp 1.3 Tình hình nghiên cứu về ổn định của ô tô, máy kéo sản xuất nông lâm nghiệp Các cơng trình nghiên cứu viện sĩ giáo sư E.A.Chu-đa-cốp; giáo sư IA.E Pha-rô-bin, R.W Allen J.Reimpell với cơng trình nghiên cứu ổn định hướng chuyển động thẳng ô tô, máy kéo Các tác giả I.P Trai-cốp-ski, P.A Xa-lô-ma-tin, F.J A đam nghiên cứu động học, động lực học tính ổn định hệ thống lái có trợ lực; Đối với máy kéo sản xuất nông lâm nghiệp Việt Nam nhiều tác giả quan tâm ổn định máy kéo xích làm đất trồng rừng; ổn định hướng chuyển động máy kéo vận xuất gỗ rừng trồng, ổn định máy kéo quay vòng, Nhiều nghiên cứu rằng, máy kéo hoạt động sản xuất lâm nghiệp, yêu cầy kỹ thuật canh tác đất dốc, LHM phải chuyển động theo đường đồng mức ổn định ngang yếu tố quan trọng định đến hiệu làm việc 1.4 Nội dung, phương pháp nghiên cứu của luận án 1.4.1 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tính chất kéo bám ổn định máy kéo bánh làm việc đất dốc Xây dựng mơ hình động lực học kéo LHM cày chăm sóc rừng làm việc dốc ngang Khảo sát xác định yếu tố ảnh hưởng đến tính chất kéo bám ổn định LHM Đề xuất phương án hoàn thiện kết cấu chế độ sử dụng phù hợp cho LHM Nghiên cứu thực nghiệm: Xác định số thông số đầu vào cho mơ hình lý thuyết Minh chứng đánh giá tính đắn, độ tin cậy mơ hình lý thuyết 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Xây dựng mơ hình nghiên cứu theo phương pháp học giải tích để lập phương trình vi phân chuyển động LHM - Sử dụng phương pháp giải gần Runge-Kutta bậc phần mềm Matlab-Simulink để giải hệ phương trình vi phân lập * Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Sử dụng phương pháp thí nghiệm máy kéo theo quy định “TCVN 1773 - 91, Máy kéo nông nghiệp - Phương pháp thử” - Sử dụng phương pháp đo lường đại lượng không điện điện LHM cày chăm sóc làm việc đồi dốc - Xử lý số liệu thí nghiệm thực phần mềm Catman 1.5 Kết luận chương - Cày chảo dãy với máy kéo bánh LHM phù hợp có nhiều ưu điểm để chăm sóc rừng Việt Nam Tuy nhiên, LHM làm việc hiệu địa hình có độ dốc 100, khả kéo bám ổn định đất dốc bị hạn chế - Cần nghiên cứu đầy đủ động lực học LHM canh tác đất dốc, xác định ảnh hưởng yếu tố kết cấu điều kiện sử dụng đến khả kéo bám ổn định, sở đề xuất giải pháp sử dụng hiệu LHM Do vậy, việc lựa chọn thực đề tài: “Nghiên cứu khả kéo bám ổn định liên hợp máy kéo bánh với cày chảo chăm sóc rừng làm việc đất dốc” cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Chương 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA LHM CÀY CHẢO KHI LÀM VIỆC TRÊN DỐC NGANG 2.1 Xây dựng mơ hình nghiên cứu động lực học kéo LHM cày chảo 2.1.1 Phân tích cấu trúc cày chảo Kết cấu cày chảo dãy lắp sau máy kéo bánh Yanmar F535D, trục lắp chảo lắp nghiêng với góc so với trục đối xứng dọc điều chỉnh góc nghiêng nhằm tạo khả điều chỉnh độ ăn sâu cày theo yêu cầu chất lượng làm đất Hình 2.2 Hình ảnh cày chảo dãy máy kéo Yanmar F535D Để tăng tính ổn định làm việc, dàn cày lắp thêm thân cày diệp kép, độ cày sâu giới hạn điều chỉnh nhờ bánh tựa đồng lắp lắp trục đối xứng dọc dàn cày Cày chảo được lắp sau máy kéo cấu treo điểm, làm việc để “thế bơi” đảm bảo cho lưỡi cày tự lượn theo mấp mô mặt đồi, nhờ đảm bảo độ sâu làm đất ổn định đồng thời tránh tải đột ngột 2.1.2 Mơ hình ổn định hướng chuyển động thẳng máy kéo bánh dốc ngang 2.1.2.1 Đặc điểm chuyển động bánh xe Khi bánh xe chuyển động theo đường đồng mức, góc chuyển động lệch  dốc ngang phụ thuộc độ cứng chống uốn ngang lốp, tính chất học đất phản lực pháp tuyến mặt đồi tác dụng lên bánh xe 2.1.2.2 Ảnh hưởng dốc ngang đến tính ổn định hướng chuyển động máy kéo không đánh lái Khi không đánh lái bắt đầu di chuyển máy kéo tự quay vịng xuống dốc chuyển động thẳng theo đường đồng mức Pft Pft 0,5Pk Y2t B B Vy 0,5Pk Y2d Y1t  2 Vx C VB A G.sin  x VA Y1d Pfd2 1 Vy1 Vx Pfd1 y a b L Hình Mơ hình máy kéo chuyển động ngang dốc theo đường đồng mức Trong đó: G – Trọng lượng máy kéo; β – góc dốc ngang địa hình; Pk – lực kéo tiếp tuyến; Pft , Pfd1 , Pft , Pfd2 – lực cản lăn bánh xe; Y1t , Y1d , Y2t , Y2d – phản lực ngang lên bánh xe; Vx – vận tốc dọc theo thân máy; Vy1, Vy2 – thành phần vận tốc ngang lực ngang gây ra; V, V – vận tốc tuyệt đối điểm cầu trước cầu sau 2.1.2.3 Đề xuất phương pháp trì ổn định hướng chuyển động thẳng máy kéo dốc ngang theo đường đồng mức Khi góc chuyển động lệch cầu trước lớn so với cầu sau 1   cần phải đánh lái góc 1 = 1 −  theo chiều ngược lên phía dốc máy kéo tự trì hướng chuyển động thẳng theo đường đồng mức Khi thân máy kéo lệch lên phía với góc góc chuyển động lệch cầu sau  =  10 z V z −m1 x ( PC − m2 x) x Mk y h1 PC G1 cos  hm t T1 T1 Pf Z2 h1 Pf Pk Z1 a b G1  L z a) c) x Pft ( PC − m2 x) Pkt2 Y1t −m1 x T1 x G1 sin  Vi sai Pfd2 b) P z Y2t PC t y t f1 Pkd2 d Y y x  y Pfd1 Y1d d) Hình 2.11 Mơ hình tổng qt LHM cày chảo làm việc dốc ngang Trong đó: m1, m2 – khối lượng máy kéo cày chảo; x - gia tốc LHM; Mk – mô men chủ động; Pkt2 , Pkd2 - lực chủ động bánh xe; Z t , Z d - phản lực pháp tuyến lên bánh xe; PC – lực cản cày chảo; m1 x, m2 x - lực cản quán tính máy kéo cày chảo Giả thiết xây dựng mơ sau: Đối với cày chảo - Cơ cấu treo làm việc “thế bơi”; - Mặt đồi nghiêng góc β bề mặt đồi coi mặt phẳng nghiêng, thay đổi lực cản tính chất lý đất không đồng độ ăn sâu lưỡi cày không ổn định - LHM chuyển động thẳng theo đường đồng mức, phương lực cản cày, lực kéo trùng với phương chuyển động x Đối với máy kéo - Bỏ qua dao động LHM theo phương thẳng đứng (vì vận tốc làm việc khơng lớn); - Bỏ qua ma sát hộp vi sai 11 - Liên kết theo phương dọc ngang máy kéo với dàn cày chảo coi liên kết cứng (khớp liên kết khơng có khe hở) - Lực cản lăn máy kéo theo đường đồng mức tính theo hàm thực nghiệm 2.2 Lập phương trình vi phân chuyển động của LHM Dựa quan hệ động lực học mô tả phần phương pháp học giải tích ta thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động LHM hai trường hợp sau: a) Trường hợp không khoá vi sai m1 x = Pkt − Pf − Pc  M e iT m  t − Pkt rk − f  Z kt rk  J k k =   J  d = M e iT m − P d r − f Z d r k k  k k  k k   J ee = M e − M Ce (2.42) b) Trường hợp khoá vi sai mx = Pk − Pf − Pc  2 J k k = M e iT m − Pk rk − f Z k rk J  = M − M e Ce  e e (2.43) Hệ phương trình vi phân (2.42) (2.43) hệ phương trình phi tuyến, để giải hệ phương trình luận án sử dụng phương pháp giải gần Runge-Kutta bậc phần mềm Matlab-Simulink 2.4 Kết luận chương II - Đã xây dựng mơ hình động lực học LHM cày chăm sóc rừng làm việc dốc ngang - Mơ hình ổn định hướng máy kéo bánh làm việc dốc ngang cho phép xác định góc xoay bánh lái cầu trước để trì hướng chuyển động thẳng đường đồng mức - Mô hình động lực học LHM cho phép khảo sát ảnh hưởng số yếu tố kết cấu điều kiện sử dụng đến tiêu kéo bám, ổn định tiêu làm việc LHM làm đất chăm sóc rừng 12 Chương 3: KHẢO SÁT MƠ HÌNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG KÉO BÁM VÀ ỔN ĐỊNH CỦA LHM CÀY CHẢO Khảo sát đánh giá khả ứng dụng mơ hình nghiên cứu lý thuyết, khảo sát xác định ảnh hưởng thông số kết cấu điều kiện sử dụng đến tiêu làm việc, sở đề xuất giải pháp nâng cao khả kéo bám ổn định LHM Phương pháp khảo sát phần mềm matlab – simulink theo hình 3.1 sau: Hình 3.1 Sơ đồ mơ động lực học LHM Matlab-Simulink 3.1 Ảnh hưởng của chế độ sử dụng đến khả kéo bám tiêu làm việc của LHM 3.1.1 Ảnh hưởng góc dốc đến hệ số cản lăn hệ số bám Khảo sát mơ hình đầu vào góc dốc khác cho thấy giá trị hệ số cản lăn f hệ bám dọc φxmax thay đổi theo góc dốc β, đồ thị biểu diễn mối quan hệ hệ số sản lăn hệ số bám dọc β từ 00 ÷ 200 hình 3.9 13 Hình 3.9 Ảnh hưởng góc dốc đến hệ số cản lăn hệ số bám dọc Khi góc dốc lớn hệ số cản lăn tăng hệ số bám dọc giảm, không nhiều góc dốc từ 00 - 70 Tuy nhiên góc dốc lớn 150 hệ số cản lăn tăng hệ số bám giảm đáng kể 3.1.2 Ảnh hưởng góc dốc lực cản đến khả kéo bám tiêu làm việc LHM Hình 3.10 Ảnh hưởng góc dốc lực cản cày đến tính chất kéo bám tiêu làm việc 14 Sự ảnh hưởng độ dốc đến tiêu làm việc LHM lớn, độ dốc tăng độ trượt tăng, vận tốc giảm suất giảm, chi phí cơng suất tăng Khi độ dốc tăng 100, hiệu suất kéo giảm lớn, cấp lực cản kéo Pc 6000 N LHM gần khơng làm việc (máy bị trượt hồn toàn ổn định) 3.1.3 Ảnh hưởng hệ số bám đến tiêu làm việc - Kết khảo sát ảnh hưởng hệ số bám φ đến tiêu làm việc LHM với độ dốc khác hình 3.11 1- =50; 3- =100; 2- =80; 4- =110 1- =50; 3- =100; 2- =80; 4- =110 1- =50; 3- =100; 2- =80; 4- =110 1- =50; 3- =100; 2- =80; 4- =110 Hình 3.11 Ảnh hưởng hệ số bám đến độ trượt, hiệu suất kéo tiêu làm việc với góc dốc khác Khả bám của hệ thống di động có ảnh hưởng lớn đến tiêu làm việc LHM đất dốc, góc dốc tiêu làm việc giảm lớn, độ dốc 110 LHM không làm việc với cấp lực kéo Pc = 4500 N hệ số bám giảm 0,70 15 3.2 Ảnh hưởng của thông số kết cấu đến khả kéo bám tiêu làm việc của LHM 3.2.1 Ảnh hưởng chiều cao trọng tâm máy kéo - Kết khảo sát ảnh hưởng chiều cao trọng tâm máy kéo đến tính kéo bám tiêu làm việc LHM góc dốc khác biểu diễn đồ thị hình 3.12 − = − = − = − = − = − = − = − = − = − = − = − = − = − = − = − = Hình 3.12 Ảnh hưởng chiều cao trọng tâm đến tính kéo bám tiêu làm việc LHM với góc dốc khác Như vậy, máy kéo Yanmar F535D làm việc hiệu góc dốc 100 khơng thể làm việc góc dốc ngang 110, giảm chiều cao trọng tâm xuống 1,0 m (hT < 1.0 m), LHM làm việc tốt góc dốc 110 16 3.2.2 Ảnh hưởng bề rộng máy kéo Bề rộng máy kéo ảnh hưởng lớn đến độ trượt tiêu làm việc LHM đất dốc, góc dốc cao ảnh hưởng lớn Với bề rộng B = 1,3 m, tiêu làm việc LHM đạt thấp góc dốc lên 100 Nếu tăng bề rộng máy kéo lên 1,6 m, LHM làm việc góc dốc đến 120 1- =50 ; 4- =110 2- =80 ; 5- =120 3- =100; 1- =50 ; 4- =110 2- =80 ; 5- =120 3- =100; 1- =50 ; 4- =110 2- =80 ; 5- =120 3- =100; 1- =50 ; 4- =110 2- =80 ; 5- =120 3- =100; Hình 3.3 Ảnh hưởng bề rộng máy kéo đến tính kéo bám tiêu làm việc LHM với góc dốc khác 17 3.3 Ảnh hưởng thông số kết cấu đến khả ổn định LHM Chiều cao trọng tâm 1,05 m bề rộng máy kéo 1,3 m cấp lực kéo 4500 N máy kéo khơng thể làm việc góc dốc ngang β = 100 máy kéo bị ổn định, tăng độ trượt giảm hiệu suất kéo 3.4 Giải pháp nâng cao khả kéo bám ổn định LHM cày chảo Cải tiến hệ thống di động máy kéo cách thay đổi kết cấu la bánh xe, tăng bề rộng, không làm thay đổi kết cấu khung, bán trục máy kéo Thiết kế bề rộng máy kéo B = 1.63 m, chiều cao trọng tâm máy kéo hT = 0,96 m Sử dụng bánh xe có bề rộng lốp lớn bl = 45 cm, kết cấu mấu bám phù hợp làm tăng khả bám dọc ngang cho máy kéo làm việc đất dốc lâm nghiệp 3.5 Khảo sát khả kéo bám của LHM trước sau cải tiến hệ thống di động LHM với hệ thống di động cải tiến làm việc hiệu góc dốc 100, LHM nguyên làm việc đến góc dốc tối đa 90 So sánh tiêu làm việc LHM góc dốc 90: Hiệu suất kéo tăng 8%, suất tăng 8,7% chi phí nhiên liệu riêng giảm 7,5% so với LHM với hệ thống di động nguyên bản; độ dốc 120, hiệu suất kéo đạt 52%, suất LHM 0,367 ha/h 3.6 Kết luận chương 3: - Bề rộng, chiều cao trọng tâm máy kéo góc dốc địa hình có ảnh hưởng lớn đến tiêu làm việc LHM đất dốc, góc dốc cao ảnh hưởng bề rộng chiều cao trọng tâm lớn - Kết khảo sát mơ hình cho thấy, góc giới hạn lật tĩnh dọc máy kéo Yanmar F535D 390, góc giới hạn lật ngang 31,80 địa hình mấp mơ 20,80 - Đã xây dựng giải pháp nâng cao khả kéo bám ổn định máy kéo cách thiết kế cải tiến hệ thống di động 18 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Mục đích, đối tượng nghiên cứu thực nghiệm 4.1.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định hệ số đặc trưng máy kéo, bổ sung cho mơ hình lý thuyết, đánh giá độ tin cậy mơ hình nghiên cứu lý thuyết, đánh giá tính kỹ thuật LHM điều kiện sản xuất 4.1.2 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm máy kéo bốn bánh Yanmar F535D với cày chảo dãy làm đất chăm sóc rừng trồng 4.2 Nội dung nghiên cứu thực nghiệm - Xác định hệ số thực nghiệm thông số đầu vào cho cho toán lý thuyết; Xác định thông số tiêu làm việc LHM; Kiểm chứng đánh giá độ tin cậy mơ hình lý thuyết Hình Sơ đồ lắp đặt cảm biến thí nghiệm Trong đó: - Máy tính; - Thiết bị đo đa kênh Spider 8; - Các điện trở đo phản lực pháp tuyến cầu trước; Cảm biến đo gia tốc; - Cảm biến đo số vòng quay bánh xe chủ động phía trái; - Cảm biến đo số vịng quay bánh xe chủ động phía phải; - Cảm biến đo lực kéo cày lắp kéo bên phải; - Cảm biến đo lực kéo cày lắp kéo bên trái 4.3 Thiết bị phương pháp thí nghiệm 4.3.2 Thiết bị phần mềm sử dụng thí nghiệm Nghiên cứu thử nghiệm sử dụng thiết bị đo đa kênh Spider kết hợp với Phần mềm Catman điều khiển đo xử lý kết thí nghiệm Sơ đồ 19 kết nối đầu đo kết nối với thiết bị đo, kết nối máy tính theo sơ đồ hình 4.3 sau: Hình 4.3 Sơ đồ kết nối cảm biến với thiết bị đo đa kênh 4.3.4 Xác định hệ số cản lăn hệ số bám máy kéo Sử dụng máy kéo MTZ 82 Berlarus để làm nguồn động lực kéo máy kéo Yanmar F535D, kết hợp với cảm biến đo lực kéo tiêu chuẩn TBX4T để xác định lực kéo tính tốn hệ số cản lăn hệ số bám 4.3.5 Xác định phản lực pháp tuyến lên bánh xe cầu trước Thực dán cố định tenzo điện trở kết nối với thiết bị Spider điều khiển phần mềm Catman Sau kết nối sơ đồ đo, tiến hành kiểm tra lại mạch đấu nối hiệu chuẩn khâu đo Hình 4.8 Hình ảnh hiệu chuẩn khâu đo phản lực pháp tuyến 4.3.6 Xác định lực kéo cày chăm sóc rừng Máy kéo với dàn cày mắc gián tiếp với cấu treo qua khung đo có cảm biến đo lực chuẩn TBX-4T TBX-1T 4.3.7 Xác định gia tốc LHM theo phương chuyển động Xác định gia tốc LHM cách gắn cảm biến đo gia tốc Kisler máy kéo, chiều làm việc cảm biến theo chiều chuyển động máy kéo 20 4.3.8 Xác định số vòng quay của bánh xe chủ động độ trượt Sử dụng cảm biến đo số vòng quay theo nguyên lý cảm ứng để đo số vòng quay hai bánh xe chủ động 4.4 Tổ chức thí nghiệm Địa điểm thí nghiệm đất trồng rừng Trung tâm KHLN Đông Bắc Bộ, xã Ngọc Thanh, Phúc Yên, Vĩnh Phúc Hiện trường thí nghiệm đất Feralit đỏ vàng, cỡ hạt > 0,02mm chiếm 31%, thực bì gồm bụi, sim, mua, cỏ tranh phát dọn, góc dốc địa hình từ 50 – 150; độ chặt đất 30 -35 kG/cm2, độ ẩm đất từ 22 - 25% Các thí nghiệm đo tiến hành theo đường cày, LHM chuyển động ngang dốc theo đường đồng mức, chiều dài 50 m 4.5 Kết nghiên cứu thực nghiệm 4.5.1 Kết xác định hệ số cản lăn Hệ số cản lăn f trung bình máy kéo nguyên 0,084, máy kéo lắp hệ thống di động cải tiến có giá trị trung bình 0,0886 4.5.2 Kết xác định hệ số bám Hệ số bám hệ thống di động cải tiến đất lâm nghiệp đạt từ 0,695 đến 0,752, tăng từ 10,93 % đến 13,59% so với hệ thống di động nguyên 4.5.3 Kết xác định phản lực pháp tuyến lên bánh xe máy kéo Giá trị phản lực pháp tuyến lên bánh xe dao động lớn, phụ thuộc nhiều vào góc dốc địa hình Bảng 4.3 Giá trị đo phản lực pháp tuyến bánh xe Góc dốc Z1t (N) Z1d (N) Z2t (N) Z2d (N) 5,60 3042 3358 5652 6061 10,20 2613 3908 4136 7256 12,30 2396 3862 4026 7499 4.5.4 Kết xác định lực cản cày Lực cản cày tăng độ sâu cày tăng, độ dốc trung bình 12,30, cày với độ sâu hc = 0,075 m hệ số lực cản riêng cày Kc = 32620 N/m2; 21 hc = 0,1 m, hệ số lực cản riêng Kc = 37693 N/m2, tăng 13,46% so với cày độ sâu hc = 0,075 m Hệ số lực cản riêng cày tăng độ cày sâu tăng độ chặt đất tầng cao Hình 4.19 Đồ thị biểu diễn quan hệ hệ số cản cày với vận tốc ứng với độ cày sâu 4.5.5 Kết thí nghiệm xác định vận tốc, độ trượt, hiệu suất kéo suất của LHM Hình 4.20 Đồ thị biểu diễn giá trị vận tốc bánh xe chủ động vận tốc thực tế LHM Khi khơng khóa vi sai, tốc độ quay bánh xe chủ động phía dốc dốc có giá trị khác tương đối lớn, bánh xe phía 0,237 vịng/giây (0,9 m/s); bánh xe phía 0.378 vịng/giây (1,06 m/s) Cùng 22 thí nghiệm này, vận tốc thực tế LHM từ cảm biến đo gia tốc, tính vận tốc trung bình 0,835 m/s 4.5.6 Xây dựng đặc tính kéo bám của hệ thống di động cải tiến Hình 4.21 Đặc tính kéo bám hệ thống di động Tại độ trượt 43% có hệ số bám lớn đạt tới 0,739, độ trượt lớn hệ số bám khơng có dấu hiệu tăng lên, làm việc đất dốc lâm nghiệp, khả bám hệ thống di động cải tiến tốt 4.5.7 So sánh kết nghiên cứu thực nghiệm với lý thuyết So sánh vận tốc thực tế LHM tính tốn mơ hình lý thuyết đo trực tiếp từ nghiên cứu thực nghiệm góc dốc trung bình 10,20 phương pháp chồng đồ thị hình 4.23: Hình 4.23 Đồ thị biểu diễn vận tốc LHM tính tốn theo lý thuyết thực nghiệm Kết đo thực nghiệm vận tốc LHM có giá trị nhỏ hơn, độ trượt có giá trị lớn hơn, dẫn đến hiệu suất kéo có giá trị nhỏ hơn, có biến động lớn so với kết tính tốn lý thuyết Hiện 23 tượng có số tác động ngồi trường như: mơ đất, đá, cỏ, thực bì, làm cản trở vận tốc chuyển động LHM, tăng độ trượt giảm hiệu suất kéo Kết tính tốn cho thấy sai lệch lớn trị vận tốc LHM lên tới 9,51%, sai lệch hiệu suất kéo lên đến 11,6%, sai lệch chấp nhận được, đủ sở đánh giá độ tin cậy mơ hình nghiên cứu lý thuyết 4.6 Kết luận chương - Nghiên cứu thực nghiệm xác định giá trị như: Lực cản cày, hệ số bám, hệ số cản lăn, phản lực pháp tuyến lên bánh xe, vận tốc LHM; xác định hệ số cản riêng cày Kc theo vận tốc độ cày sâu, xây dựng đặc tính kéo bám thực nghiệm hệ thống di động cải tiến đất lâm nghiệp - Kết so sánh tiêu vận tốc, độ trượt, hiệu suất kéo LHM tính tốn lý thuyết đo thực nghiệm, vận tốc có độ sai lệch 9,51%; hiệu suất kéo sai lệch 11,6% chấp nhận được, đủ sở đánh giá độ tin cậy mơ hình nghiên cứu lý thuyết KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận Đã xây dựng mơ hình động lực học LHM cày chăm sóc rừng làm việc dốc ngang, mơ hình mơ tả q trình làm việc LHM cày chảo chăm sóc rừng, phân tích mơ tả ảnh hưởng phần tử từ động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống di động, máy cày, điều kiện sử dụng đến tiêu kéo bám ổn dịnh LHM Mơ hình mơ phần mềm Matlab-Simulink cho phép khảo sát linh hoạt ảnh hưởng số thông số kết cấu, yếu tố sử dụng đến khả kéo bám ổn định LHM cày chăm sóc rừng đất dốc lâm nghiệp Mơ hình ổn định hướng máy kéo bánh làm việc dốc ngang xây dựng sở phân tích mối quan hệ vật lý liên quan đến kết cấu máy kéo góc dốc ngang địa hình tới khả ổn định hướng 24 chuyển động Mơ hình cho phép xác định góc xoay bánh lái cầu trước để trì hướng chuyển động máy kéo dốc ngang Đây sở để nghiên cứu thiết lập chương trình điều khiển tự động máy kéo bánh làm việc dốc ngang Khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu chế độ sử dụng đến tiêu làm việc LHM đưa giải pháp nâng cao khả kéo bám ổn định Giải pháp cải tiến hệ thống di động nâng cao tính ổn định khả kéo bám LHM cày chảo làm việc đất dốc lâm nghiệp, góc dốc 90 hiệu suất kéo tăng 8%, suất tăng 8,7% chi phí lượng riêng đơn vị diện tích cày giảm 7,5% so với nguyên Với lực kéo yêu cầu Pc = 4500 N, LHM làm việc góc dốc tối đa 13,60, tăng 4,60 so với LHM lắp hệ thống di động nguyên Nghiên cứu thực nghiệm thiết lập hệ thống đo đa kênh, sử dụng thiết bị Spider kết nối với cảm biến phần mềm Catman máy tính, xác định số thông số, hệ số quan trọng như: lực cản cày Pc, hệ số cản lăn ƒ, hệ số bám φ, góc dốc địa hình… làm thơng số đầu vào cho mơ hình lý thuyết bổ sung cho cơng thức thực nghiệm Xây dựng quan hệ hệ số lực cản riêng cày Kc với vận tốc làm việc, đặc tính kéo bám thực nghiệm hệ thống di động cải tiến đất lâm nghiệp, tiêu kỹ thuật quan trọng để đánh giá khả làm việc LHM Đề nghị Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng phần mềm chuyên dụng để mơ phỏng, khảo sát mơ hình ổn định hướng chuyển động LHM kéo bánh làm việc đất dốc lâm nghiệp nhằm xác định độ biến thiên góc đánh lái với góc dốc ngang mặt đồi Tiếp tục nghiên cứu sử dụng mơ hình lý thuyết dàn thí nghiệm đo xác định tiêu kỹ thuật LHM số địa hình, đất đai đặc trưng vùng lâm nghiệp Cần nghiên cứu thực nghiệm xác định góc đánh lái bánh xe dẫn hướng để máy kéo thẳng dốc ngang theo đường đồng mức ... đến khả kéo bám ổn định, sở đề xuất giải pháp sử dụng hiệu LHM Do vậy, việc lựa chọn thực đề tài: ? ?Nghiên cứu khả kéo bám ổn định liên hợp máy kéo bánh với cày chảo chăm sóc rừng làm việc đất dốc? ??... liên hợp máy kéo bánh thực khâu làm đất chăm sóc rừng đất dốc phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp Việt Nam Do vậy, thực đề tài luận án ? ?Nghiên cứu khả kéo bám ổn định liên hợp máy kéo bánh. .. pháp nghiên cứu của luận án 1.4.1 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tính chất kéo bám ổn định máy kéo bánh làm việc đất dốc Xây dựng mơ hình động lực học kéo LHM cày chăm sóc rừng làm việc dốc