Luận án tiến sĩ 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

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP –––––––––––***––––––––––– TÔ QUỐC HUY 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2021 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP –––––––––––***––––––––––– TÔ QUỐC HUY 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 Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU TS ĐOÀN VĂN THU Hà Nội, 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng tôi, số liệu, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khoa học khác Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2021 Tác giả luận án Tô Quốc Huy ii LỜI CẢM ƠN Lời xin trân trọng cảm ơn ban lãnh đạo, tập thể cán phòng Đào tạo sau Đại học; q thầy thuộc Khoa Cơ điện Cơng trình trường Đại học Lâm nghiệp; cảm ơn Ban Khoa học, Đào tạo Hợp tác quốc tế thuộc Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam tạo điều kiện cho phép tham gia học tập giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận án tiến sĩ Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu TS Đoàn Văn Thu định hướng nghiên cứu, tận tình bảo với tận tâm, trách nhiệm cao giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thiện luận án Trân trọng cảm ơn nhà khoa học thuộc câu lạc Cơ khí động lực, nhà khoa học chuyên ngành khí động lực Trường Đại học Lâm nghiệp; Học viện Nông nghiệp Việt Nam; Học viện Kỹ thuật quân sự; Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Trường Đại học Giao thông vận tải; Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, … giúp đỡ tơi hồn thành luận án Trân trọng cảm ơn bạn bè đồng nghiệp, đặc biệt thành viên gia đình tạo điều kiện giúp đỡ, ủng hộ động viên suốt thời gian học tập nghiên cứu Tác giả luận án Tô Quốc Huy iii MỤC LỤC Lời cam đoan .I Lời cảm ơn II Mục lục III Danh mục từ ký hiệu từ viết tắt VII Danh mục bảng biểu XI Danh mục hình đồ thị XII MỞ ĐẦU .1 Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tình hình giới hóa trồng chăm sóc rừng 1.1.1 Tình hình giới hóa trồng chăm sóc rừng giới 1.1.2 Tình hình giới hóa trồng chăm sóc rừng Việt Nam 10 1.1.2.1 Đặc điểm rừng trồng yêu cầu kỹ thuật làm đất trồng chăm sóc rừng .10 1.1.2.2 Những nghiên cứu giới trồng, chăm sóc rừng Việt Nam 13 1.2.Tình hình nghiên cứu tính chất kéo, bám máy kéo sản xuất nông lâm nghiệp 16 1.2.1 Tính chất kéo bám máy kéo đất dốc 16 1.2.2 Nghiên cứu tính chất kéo bám máy kéo sản xuất nông lâm nghiệp 19 1.3 Tình hình nghiên cứu ổn định ô tô, máy kéo sản xuất nông lâm nghiệp 25 1.3.1 Khả ổn định máy kéo làm việc đất dốc 25 1.3.1.1 Tính ổn định tĩnh dọc máy kéo đất dốc 26 1.3.1.2 Tính ổn định dọc máy kéo làm việc đất dốc: .28 1.3.1.3 Ổn định máy kéo bánh làm việc với máy công tác treo 29 1.3.1.4 Tính ổn định máy kéo bánh chủ động bị nên chặt .30 iv 1.3.1.5 Tính ổn định ngang tĩnh máy kéo 32 1.3.1.6 Ổn định trượt ngang, lệch hướng máy kéo chuyển động 33 1.3.1.7 Tính ổn định máy kéo làm việc địa hình mấp mơ: .34 1.3.1.8 Ổn định ngang máy kéo quay vòng: 35 1.3.2.Nghiên cứu ổn định ô tô, máy kéo nông lâm nghiệp 36 1.4 Đối tượng, mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu luận án 39 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 39 1.4.2 Mục tiêu nghiên cứu 40 1.4.3 Nội dung nghiên cứu 41 1.4.4 Phương pháp nghiên cứu .41 1.4.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 41 1.4.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 42 1.5 Kết luận chương 43 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA LHM CÀY CHẢO KHI LÀM VIỆC TRÊN DỐC NGANG 45 2.1 Xây dựng mơ hình nghiên cứu động lực học kéo LHM cày chảo .45 2.1.1 Phân tích cấu trúc cày chảo 47 2.1.2 Mơ hình ổn định hướng chuyển động thẳng máy kéo bánh dốc ngang 48 2.1.3 Phân tích cấu trúc xây dựng mơ hình máy kéo .55 2.1.4 Xây dựng mơ hình động lực LHM cày chảo dốc ngang 56 2.1.5 Xác định đường đặc tính động 60 2.1.6 Phân tích hệ thống truyền lực máy kéo 61 2.1.7 Mơ hình bánh xe chủ động làm việc dốc ngang 63 2.1.8 Tính lực kéo máy kéo dốc ngang 68 2.2 Lập phương trình vi phân chuyển động LHM .72 2.3 Quan hệ tiêu kéo bám với tiêu làm việc LHM 74 2.3.1 Quan hệ độ trượt với suất làm việc .74 2.3.2 Quan hệ độ trượt với chi phí lượng riêng LHM 76 2.4 Kết luận chương II 77 v Chương 3: KHẢO SÁT MƠ HÌNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG KÉO BÁM VÀ ỔN ĐỊNH CỦA LHM CÀY CHẢO 78 3.1 Kiểm tra mơ hình nghiên cứu lý thuyết 79 3.2 Xây dựng đặc tính kéo bám máy kéo Yanmar F535D dốc ngang 81 3.3 Ảnh hưởng chế độ sử dụng đến khả kéo bám tiêu làm việc LHM… 85 3.3.1 Ảnh hưởng góc dốc đến hệ số cản lăn hệ số bám dọc cực đại 85 3.3.2 Ảnh hưởng góc dốc lực cản đến khả kéo bám tiêu làm việc LHM 86 3.3.3 Ảnh hưởng hệ số bám đến tiêu làm việc 87 3.4 Ảnh hưởng thông số kết cấu đến khả kéo bám tiêu làm việc LHM .88 3.4.1 Ảnh hưởng chiều cao trọng tâm máy kéo .88 3.4.2 Ảnh hưởng bề rộng máy kéo 89 3.5 Ảnh hưởng thông số kết cấu đến khả ổn định LHM 90 3.6 Giải pháp nâng cao khả kéo bám ổn định LHM cày chảo .92 3.7 Khảo sát khả kéo bám LHM trước sau cải tiến HTDĐ 94 3.8 Kết luận chương 3: .98 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 100 4.1 Nội dung nghiên cứu thực nghiệm 100 4.2 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm 101 4.3 Thiết bị phương pháp thí nghiệm 102 4.3.1 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị đo 102 4.3.2 Thiết bị thu thập, khuếch đại tín hiệu chuyển đổi A/D 103 4.3.3 Phần mềm sử dụng thí nghiệm 104 4.3.4 Xác định hệ số cản lăn hệ số bám máy kéo 106 4.3.5 Xác định phản lực pháp tuyến góc dốc tức thời 108 4.3.6 Xác định lực kéo cày chăm sóc rừng 111 4.3.7 Xác định gia tốc LHM cày chăm sóc rừng theo phương chuyển động 113 4.3.8 Xác định số vòng quay bánh xe chủ động độ trượt LHM 114 vi 4.3.9 Phương pháp xác định suất hiệu suất làm việc LHM 116 4.4 Tổ chức thí nghiệm 116 4.5 Kết nghiên cứu thực nghiệm 117 4.5.1 Kết xác định hệ số cản lăn 117 4.5.2 Kết xác định hệ số bám .118 4.5.3 Kết xác định phản lực pháp tuyến lên bánh xe máy kéo 119 4.5.4 Kết xác định lực cản cày .120 4.5.5 Kết thí nghiệm xác định vận tốc, độ trượt, hiệu suất kéo suất LHM 123 4.5.6 Xây dựng đặc tính kéo bám HTDĐ cải tiến từ thực nghiệm 125 4.5.7 So sánh kết nghiên cứu thực nghiệm với lý thuyết .127 4.6 Kết luận chương 129 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .130 NHỮNG CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO .133 PHỤ LỤC 138 vii DANH MỤC CÁC TỪ KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT TT h (1) L H g x 10 11 M 12 13 14 15 M M 16 17 18 Pkt 19 20 Pft 138 PHỤ LỤC Bảng PL.1 Một số Thơng số đầu vào cho tốn khảo sát mơ hình lý thuyết Ký Th hiệu ƒ Hệ số cản lăn φ Hệ số bám G1 Trọng lượng G2 Trọng lượng hT Chiều cao trọ B Chiều rộng c β Góc dốc L Chiều dài kh PC Lực cản cày Z1 Phản lực phá phía dốc Nemax Cơng suất cự neH Số vịng quay Memax Mơ men quay 139 SƠ ĐỒ GIẢI MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA LHM BẰNG MATLAB - SIMULINK Xây dựng mơ hình mơ Matlab-Simulink Hệ phương trình vi phân (2.42) (2.43) hệ phương trình phi tuyến, giải gần phương pháp pháp số Luận án xây dựng mơ hình mơ phần mềm Matlab-Simulink với phương pháp giải gần theo phương pháp Rungen-Kuta Sơ đồ khối mơ hình thể hình PL.1 Mơ hình chia khối chính: 1- Modul DONG CO DIESEL mơ đặc tính động cơ, xây dựng dựa phương trình vi phân chuyển động động J e e 2- Modul BANH XE CHU DONG mô động lực học bánh xe chủ động, xây dựng dự hệ phương trình vi phân chuyển động quay bánh xe bánh xe dưới: J t k J d k 3- Modul MAY KEO mô động lực học chuyển động thẳng LHM, xây dựng dựa phương trình vi phân chuyển động: m1x = 2Pt k − P − Pc f Ngoài modul mơ động lực học LHM, cịn có modul TINH TOAN CAC CHI TIEU LHM (hiệu suất kéo, suất, chi phí lượng riêng) Nhập thơng số đầu vào Các thơng số đầu vào mơ hình bao gồm: - Góc dốc mặt đồi ; - k Lực cản kéo cày chảo, xác định thực nghiệm lưu lại thành dạng file.xls file.m (Matlab) Đây đại lượng thay đổi theo thời gian thực PC(t) đồng hoá modul xử lý số liệu k Simulink - Các thông số kỹ thuật máy kéo đại lượng không thay đổi 140 theo thời gian nhập vào file.m, sau chương trình tự gửi vào mơ hình Simulink m x = 2P J k J k J e Hình PL.1 Mơ hình mơ động lực học LHM cày chảo làm việc dốc ngang Xuất kết mô Các kết mô xuất dạng: - Dạng đồ thị: Các kết mô Simulink xuất mơi trường Matlab trình bày dạng đồ thị khác nhau, tuỳ theo mục đích nghiên cứu - Dạng số liệu: Có thể gửi kết bảng tính Excel để thuận tiện cho công việc soạn thảo văn Word Excel 141 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DI ĐỘNG CẢI TIẾN MỚI Trên sở lốp chọn, tiến hành tính tốn thiết kế la bánh xe, kết tính tốn thiết kế La bánh trước sau hình PL.2 a) La bánh trước b) La bánh sau Hình PL.2 Bản vẽ thiết kế La bánh trước sau máy kéo La bánh xe sau thiết kế lựa chọn vật liệu chế tạo thép, 142 sau kiểm tra độ bền biến dạng phần mềm thiết kế đồ họa Inventor Professional 2020 (hình PL.3.) Hình PL.3 Kiểm tra bền biến dạng la thiết kế Với hệ thống di động thông số kỹ thuật máy kéo ghi bảng PL2 Bảng PL2 Thông số kỹ thuật LHM cày chảo có hệ thống di động trước sau cải tiến STT Thông số kỹ thuật Chiều dài sở máy kéo (L) Bề rộng sở (Bt) Cỡ lốp bánh trước Cỡ lốp bánh sau Trọng lượng máy kéo 143 Chiều dài sở máy kéo (L) Bề rộng (Bt) Trọng lượng máy kéo Chiều cao trọng tâm (ht) 10 Góc ổn định dọc tĩnh (αt) 11 Góc trượt dọc tĩnh hướng xuống dốc ( 12 14 ) Góc trượt dọc tĩnh hướng lên dốc ( 13 , ) Góc ổn định dọc di chuyển (αdφmax) Góc ổn định ngang tĩnh (βt) Góc ổn định ngang di 15 chuyển đường mấp mô (βdo) II Cày chảo Số chảo cày Bề rộng làm việc cày Độ cày sâu tối đa Đường kính chảo Trọng lượng cày chảo Với thay đổi trên, góc dốc giới hạn lật (βdo) máy kéo làm việc dốc ngang tăng từ 20,80 lên 31,30 144 Kích thước sở máy kéo sau cải tiến hệ thống di động thể hình PL.4 Hình PL.4 Kích thước sở máy kéo sau cải tiến hệ thống di động 145 SO SÁNH MỘT SỐ KẾT QUẢ SO SÁNH GIỮA NGHIÊN CỨU 146 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRÊN GĨC DỐC TRUNG BÌNH 10,2 ĐỘ (Độ sâu cày trung bình đạt 0,055 m) 4500 4000 3500 -2 18 17 16 15 14 13 2700 2680 2660 147 MỘT SỐ HÌNH ẢNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM: Hình ảnh đường cày thí nghiệm 148 Hình ảnh hiệu chuẩn thiết bị đo Hình ảnh kiểm tra thiết bị đo trường trước thí nghiệm ... 1.3.1 Khả ổn định máy kéo làm việc đất dốc 25 1.3.1.1 Tính ổn định tĩnh dọc máy kéo đất dốc 26 1.3.1.2 Tính ổn định dọc máy kéo làm việc đất dốc: .28 1.3.1.3 Ổn định máy kéo bánh làm việc với. .. hợp máy kéo bánh làm việc đất lâm nghiệp, thực đề tài ? ?Nghiên cứu khả kéo bám ổn định liên hợp máy kéo bánh với cày chăm sóc rừng làm việc đất dốc? ?? Mục tiêu nghiên cứu Xác định ảnh hưởng số yếu... đến khả kéo bám, ổn định, nhằm nâng cao hiệu sử dụng liên hợp máy kéo bánh với cày chảo chăm sóc rừng đất dốc lâm nghiệp Đề xuất giải pháp nâng cao khả kéo bám ổn định LHM cày chảo chăm sóc rừng