Nghiên cứu động lực học của hệ thống truyền động thuỷ lực cơ khí trên liên hợp TT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐẶNG ĐỨC THUẬN NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC - CƠ KHÍ TRÊN LIÊN HỢP MÁY XÚC LẬT Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP – 2021 Cơng trình hồn thành tại: HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Người hướng dẫn khoa học: TS Bùi Việt Đức PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế Phản biện 1: GS.TS Chu Văn Đạt Học viện Kỹ thuật Quân Phản biện 2: PGS.TS Đào Mạnh Hùng Trường Đại học Giao thông Vận tải Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Đăng Điệm Trường Đai học Công nghệ Giao thông Vận tải Luận án bảo vệ trước hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện, họp tại: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Vào hồi … ngày….tháng….năm 2021 Có thể tìm hiểu Luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Truyền động điều khiển thủy lực ứng dụng phổ biến hầu hết lĩnh vực xã hội giao thông vận tải, xây dựng, nông - lâm nghiệp Đặc biệt hệ thống máy công tác tự hành, truyền động thủy lực thay dần cho truyền động khí số dạng truyền động khác Liên hợp máy (LHM) xúc lật loại liên hợp máy kéo phận công tác xúc lật, có khả di chuyển tốt địa hình phức tạp (đất dốc, yếu) Hiện nay, phần lớn máy kéo LHM xúc lật có hệ thống truyền động (HTTĐ) trích cơng suất khí, bị hạn chế linh hoạt kết nối, truyền động vận hành Để cải tiến thiết kế LHM xúc lật với hệ thống truyền động trích cơng suất hồn tồn truyền động điều khiển thủy lực, bên cạnh nghiên cứu thiết kế, xây dựng mạch truyền động, tính tốn thơng số kỹ thuật, lựa chọn phần tử thủy lực xác định trạng thái tĩnh, làm việc ổn định, cần thiết phải có nghiên cứu động lực học, đặc biệt trạng thái hoạt động phần tử hệ thống truyền động thủy lực nói riêng hệ thống LHM xúc lật nói chung chế độ chuyển tiếp làm việc khơng ổn định Từ phân tích đây, hệ thống truyền động thuỷ tĩnh phối hợp với truyền lực học quan tâm nhằm nâng cao tính vạn hệ thống Kết cấu hệ thống đơn giản, đặc biệt thay đổi kết cấu dễ ràng nhằm nâng cao hiệu làm việc máy kéo vấn đề cần nghiên cứu đánh giá HTTĐ 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Xây dựng mơ hình động lực học, khảo sát ảnh hưởng số thông số kết cấu điều kiện sử dụng cho hệ thống truyền động kết hợp thuỷ lực – khí LHM xúc lật, hình thành sở khoa học cho việc cải tiến hệ thống truyền động máy kéo từ hệ thống truyền động dùng hộp số khí có cấp thành hệ thống truyền động phối hợp thuỷ lực - khí nhằm cải thiện tính năng, mở rộng phạm vi hoạt động nâng cao hiệu suất khai thác sử dụng loại máy kéo có hoạt động sản xuất nơng lâm nghiệp Việt Nam 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1 Phạm vi nghiên cứu nội dung - Truyền động thủy lực – khí - Mặt đường có xuất mấp mơ đơn với kích thước trung bình - Đối tượng nghiên cứu luận án HTTĐ thủy lực - khí máy kéo làm việc với xúc lật LHM gồm có 01 máy kéo Yanmar 3000 công suất 30HP phận xúc lật - Tập trung nghiên cứu tác động điều khiển phản ứng hệ thống thủy lực tải trọng thay đổi 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu không gian Tại môn Động lực, Khoa Cơ điện, Học viện Nơng nghiệp Việt Nam, thực cơng việc đề tài: xây dựng mơ hình thí nghiệm, tổ chức thí nghiệm báo cáo kết thí nghiệm 1.3.3 Phạm vi nghiên cứu thời gian + Từ tháng 07/2016 đến 12/2017 nghiên cứu lý thuyết + Từ tháng 12/2017 đến 5/2019 tính tốn, xây dựng mơ hình mơ phỏng, tổ chức thí nghiệm báo cáo kết thí nghiệm + Từ tháng 5/2019 đến 12/2020 hồn chỉnh luận án, tổ chức xêmina + Từ tháng 1/2021 đến 12/2021 tổ chức xêmina cấp môn cấp cao 1.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI - Xây dựng mơ hình động lực học q trình làm việc hệ thống truyền động thủy lực - khí thay cho HTTĐ khí, từ khảo sát động lực học cho LHM kéo xúc lật có tính đến đặc tính làm việc động cơ, đường truyền lực, quan hệ đất – bánh xe ảnh hưởng tải trọng đến đặc tính kéo bám máy kéo với HTTĐ thủy lực - khí có vùng tỷ số truyền vơ cấp - Thiết kế, chế tạo chuyển đổi thành công HTTĐ máy kéo Yanmar 3000 từ truyền động khí sang truyền động thủy lực – khí phục vụ thí nghiệm nghiên cứu khả ứng dụng HTTĐ kết hợp máy kéo cải tiến để nâng cao khả làm việc máy kéo - Nghiên cứu, phân tích ưu nhược điểm HTTĐ thủy lực - khí với tính chất truyền lực vơ cấp vùng, từ làm sở khoa học cho việc định hướng phát triển công nghệ máy kéo tương lai, ứng dụng truyền phù hợp để chế tạo HTTĐ cho máy kéo vạn phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp nước 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Xây dựng mơ hình động lực học cho máy kéo có HTTĐ thủy lực - khí, bảo đảm tính chất truyền động bán vô cấp (vô cấp vùng), từ khảo sát đặc trưng làm việc hệ thống truyền động chế độ khai thác sử dụng khác Đã khảo sát đặc trưng động lực học máy kéo với HTTĐ thủy lực - khí, có lắp phận tạo tải phận xúc lật, trình làm việc máy kéo thay đổi HTTĐ từ khí sang thuỷ lực – khí, với tính truyền động vô cấp vùng cho thấy trình làm việc như: tính khởi hành, tăng tốc khả làm việc LHM cải thiện thông qua đặc trưng vận tốc làm việc hiệu sử dụng công suất động cải thiện rõ rệt so với máy kéo sử dụng hộp số khí phân cấp Luận án thiết kế, chế tạo lắp ráp hệ thống truyền động cho máy kéo Yanmar 3000 từ hệ thống truyền động khí thành hệ thống truyền động thuỷ lực – khí kết hợp, làm sở để thực nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá ảnh hưởng tải trọng đến khả đáp ứng HTTĐ bán vô cấp, đến chế độ làm việc danh nghĩa động cơ, nhờ tính kéo bám tính kinh tế nhiên liệu máy kéo cải thiện đáng kể Kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm luận án sở cho việc phân tích đánh giá khả sử dụng truyền phối hợp thuỷ lực – khí HTTĐ máy kéo nhằm cải thiện hiệu làm việc LHM kéo sản xuất nông lâm nghiệp nước ta PHẦN TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRÊN Ô TÔ MÁY KÉO VÀ XE CHUYÊN DỤNG Hệ thống truyền động (HTTĐ) máy kéo xe chuyên dụng (MK&XCD) ngày đa dạng kết cấu nguyên lý làm việc, nhiên dựa nguyên lý truyền công suất từ động đến phận di chuyển ta chia dạng truyền động sau Truyền động khí hệ thống truyền động cổ điển MK & XCD, hệ thống truyền động này, công suất từ động truyền qua ly hợp, hộp số khí, cầu chủ động, bánh chủ động tơ máy kéo.Trong truyền lực khí, ưu điểm bật hệ thống truyền động phận HTTĐ độc lập với nhau, dễ chế tạo, có giá thành chế tạo thấp Với máy kéo xe chuyên dụng, việc sử dụng công suất động tối ưu động phải làm việc chế độ danh nghĩa, chi phí lượng riêng thấp nhất, hiệu suất làm việc máy kéo đạt giá trị cao nhất, muốn đạt yêu cầu này, hộp số khí máy kéo xe chuyên dụng cần trang bị nhiều số truyền dẫn đến kết cấu công kềnh, phức tạp Truyền động thuỷ lực MK&XCD, với nhiều ưu kết cấu tính truyền động hiệu nên truyền động thủy lực hệ thống truyền động ứng dụng ngày phổ biến ô tô máy kéo Truyền động thủy lực ôtô máy kéo tổ hợp phận, sử dụng lượng dòng chất lỏng bơm tạo nên để làm quay trục bánh cơng tác, sau qua truyền trung gian khác trực tiếp làm quay bánh chủ động ôtô máy kéo Truyền động thủy lực có hai dạng truyền động thủy động truyền động thủy tĩnh Theo Bùi Hải Triều & cs (2006), số phương án truyền động thủy tĩnh từ động đốt đến bánh xe phận di động hình 2.1 Từ bơm thủy lực tổng, ta truyền cho hai mơ tơ thủy lực hai cầu chủ động (hình 2.1a), cho mô tơ thủy lực cầu sau hai mơ tơ thủy lực cho cầu trước (hình 2.1b) hay cho tất mô tơ thủy lực độc lập cho bánh xe (hình 2.1c) Ngày nay, với phát triển công nghệ thủy lực, truyền động thủy lực ứng dụng phổ biến đa dạng nhiều hệ thống Ơtơ - Máy kéo xe chuyên dụng hệ thống phanh, trợ lực lái, di động, cấu công tác…vv Hình 2.1 Truyền động thủy tĩnh cho phận di động Nguồn: Bùi Hải Triều & cs (2006) 2.2 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC Với MK&XCD cơng suất lớn, nghiên cứu ngồi nước mức độ cao, phạm vi rộng chuyên sâu vấn đề chuyên môn liên quan đến động lực học, tự động hóa q trình hoạt động hệ thống truyền động thủy lực, hầu hết quan hệ vật lý, tốn học thơng số đặc tính làm việc phần tử thủy lực xác định đầy đủ cụ thể, phần lớn kết nghiên cứu ứng dụng hệ thống máy Các nghiên cứu chuyên sâu động lực học, điều khiển, điều chỉnh tự động trình làm việc hệ thống truyền động thủy lực máy tự hành triển khai thực nhiều trung tâm nghiên cứu chuyên ngành Viện nghiên cứu, Trường đại học lớn giới Mỹ, Đức, Thụy Điển vv Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm máy kéo Việt Nam ý từ sớm nhiều nhà khoa học công ty phối hợp thực Trong cơng trình nghiên cứu nước tác giả chủ yếu vào nghiên cứu thiết kế chế tạo máy kéo công suất vừa nhỏ truyền động khí quan tâm đến hiệu suất làm việc máy kéo mà không sâu nghiên cứu truyền động thủy lực đặc tính hệ thống truyền động thủy lực Hiện thấy cơng trình cơng bố HTTĐ đặc biệt HTTĐ vơ cấp hay bán vô cấp máy kéo xe chuyên dụng nước PHẦN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tổng quan để xác định hướng nghiên cứu luận án - Đề xuất giải pháp công nghệ lựa chọn mơ hình HTTĐ đối tượng nghiên cứu sở mơ hình vật lý HTTĐ, xây dựng mơ hình tốn để khảo sát động lực học HTTĐ máy kéo khảo sát - Mơ đặc tính động lực học máy kéo trang bị HTTĐ thủy lực - khí, phân tích đánh giá ưu nhược điểm HTTĐ, làm sở cho việc thiết kế, chế tạo cải tiến hệ thống truyền động đối tượng nghiên cứu - Tính tốn, thiết kế chế tạo HTTĐ cải tiến, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm làm sở cho việc đánh giá độ tin cậy mơ hình nghiên cứu lý thuyết đánh giá chung kết sử dụng truyền bán vô cấp với hệ thống truyền động thủy tĩnh kết hợp với hộp số khí làm sở cho việc thiết kế, cải tiến chế tạo máy kéo công suất lớn Việt Nam 3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong luận án sử dụng chủ yếu phương pháp mơ hình hóa tốn học mơ phần mềm Mathlab- Simulink để giải toán khảo sát vấn đề nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm luận án sử dụng để kiểm chứng lý thuyết, so sánh đánh giá mơ hình mơ Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm thực sản phẩm đề tài máy kéo Yanmar 3000 làm việc với xúc lật thiết kế, chế tạo, chuyển đổi từ hệ thống truyền động khí hệ thống truyền động thủy lực – khí PHẦN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu máy kéo YANMAR 3000 liên hợp với xúc lật công suất nhỏ phục vụ san ủi đất, cát vận chuyển sản phẩm phụ sản xuất nông nghiệp Các công việc thường gặp là: (1) San phẳng bề mặt, khối vật liệu san ủi không cần chuyển đi; (2) San phẳng bề mặt, chuyển khối vật liệu khoảng cách gần; (3) San ủi bề mặt, chuyển khối vật liệu san ủi tới vị trí xa Như vậy, mơ hình nghiên cứu chia thành trường hợp: Mơ hình nghiên cứu động lực học q trình xúc vật liệu; Mơ hình nghiên cứu động lực học trình vận chuyển khối vật liệu gầu xúc cự ly ngắn; Mơ hình nghiên cứu động lực học trình vận chuyển rơ mooc đường nơng nghiệp 4.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRUYỀN LỰC CỦA MÁY KÉO 4.2.1 Sơ đồ tổng thể hệ thống truyền động thủy lực - khí máy kéo Mẫu LHM xúc lật nghiên cứu cải tiến từ máy kéo sở YANMAR 3000, thay đổi hệ thống truyền động từ động đến trục sơ cấp hộp số truyền động thủy tĩnh, thơng cịn lại giữ ngun máy kéo nguyên thuỷ Sơ đồ tổng thể hệ thống truyền động máy kéo cải tiến trình bày hình 4.1 1- Động diesel ; 2- Hộp số thuỷ lực; 3- Hộp số khí ; 4- Hộp vi sai; 5Bánh xe chủ động bên phải; 6- Bánh xe chủ động bên trái Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống truyền động liên hợp máy 4.2.2 Hệ phương trình vi phân chuyển động liên hợp máy Từ phân tích động lực học cho phần tử hệ thống truyền động, bánh xe thân máy kéo hệ thống lại thành hệ phương trình vi phân chuyển động LHM cho trường hợp: 1) Trường hợp thực xúc vật liệu 𝐽𝑃 𝜔𝑃̇ = 𝑀1 − 𝐾𝑃 𝜔𝑃 − 𝑀𝑃 𝐽𝑀 𝜔𝑀̇ = 𝑀𝑀 − 𝐾𝑀 𝜔𝑀 − 𝑀𝐶𝑇 𝑄 −𝑄 −𝑄 𝑃̇ = 𝑃 𝑍 𝑀 ; (4.1) 𝑉𝑆 𝛽 { 𝑚𝑥̈ = 𝑃𝑘 − 𝑓 𝐺 𝑐𝑜𝑠 𝛼 − 𝐺 𝑠𝑖𝑛 𝛼 − 𝑃𝑥𝑢𝑐 2) Trường hợp vận chuyển vật liệu gầu xúc 𝐽𝑃 𝜔𝑃̇ = 𝑀1 − 𝐾𝑃 𝜔𝑃 − 𝑀𝑃 𝐽𝑀 𝜔𝑀̇ = 𝑀𝑀 − 𝐾𝑀 𝜔𝑀 − 𝑀𝐶𝑇 𝑄 −𝑄 −𝑄 𝑃̇ = 𝑃 𝑍 𝑀 ; (4.2) 𝑉𝑆 𝛽 {𝑚𝐴 𝑥̈ = 𝑃𝑘 − 𝑓 𝐺𝐴 𝑐𝑜𝑠 𝛼 − 𝐺𝐴 𝑠𝑖𝑛 𝛼 3) Trường hợp vận chuyển rơ mooc 𝐽𝑃 𝜔𝑃̇ = 𝑀1 − 𝐾𝑃 𝜔𝑃 − 𝑀𝑃 𝐽𝑀 𝜔𝑀̇ = 𝑀𝑀 − 𝐾𝑀 𝜔𝑀 − 𝑀𝐶𝑇 𝑄 −𝑄 −𝑄 𝑃̇ = 𝑃 𝑍 𝑀 ; (4.3) 𝑉𝑆 𝛽 {(𝑚𝐴 + 𝑚𝑀 )𝑥̈ = 𝑃𝑘 − 𝑓(𝐺𝐴 + 𝐺𝑀 ) 𝑐𝑜𝑠 𝛼 − (𝐺𝐴 + 𝐺𝑀 ) 𝑠𝑖𝑛 𝛼 Các hệ phương trình khác phương trình cuối, thành phần hệ phương trình xác định theo cơng thức phụ trợ Từ ta xác định phản lực pháp tuyến cầu sau máy kéo cho trường hợp 4.3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 4.3.1 Mục tiêu nghiên cứu mơ hình Mẫu máy xúc cải tiến nghiên cứu phiên khởi đầu, cần nghiên cứu cách tổng quát tiêu đánh giá, khả hoạt động mẫu máy sở phân tích trình động lực học phận LHM Thơng qua kết mơ đề xuất mơ hình nghiên cứu thực nghiệm, phương án nghiên cứu 10 trạng thái làm việc hệ thống truyền động nhanh chóng ổn định mà không cần tác động điều chỉnh ga hay góc nghiêng đĩa bơm 4.4.2 Khảo sát ảnh hưởng van xả áp Trong trường hợp khảo sát này, mức ga thay đổi từ – 80% ổn định sau giây, góc nghiêng đĩa bơm khơng thay đổi 50%, lực cản dạng bậc có giá trị thay đổi từ 700 N đến 7000 N giây thứ 8, van xả áp điều chỉnh thay đổi giá trị áp suất mức 250 bar (tương đương với khơng có van xả áp), 150 bar 120 bar Khi có tác động lực cản dạng bậc, áp suất hệ thống truyền động thủy lực tăng nhanh, tạo dao động với biên độ lớn (80 – 100) bar với áp suất đặt van 250 bar ổn định sau giây Với áp suất đặt 150 bar, biên độ dao động áp suất giảm đáng kể, 25 – 30 bar, thời gian ổn định sau giây với áp suất đặt mức 120 bar, giá trị áp suất mạch truyền động thủy lực trì ổn định, khơng tạo dao động 13 Pcan [N] 100 60 80 20 40 120 80 40 60 80 20 40 10000 5000 2 6 10 10 12 12 14 14 Ap suat p thuy luc 16 16 Muc Dieu khien Ga va Bom [%] 4 4 6 10 12 12 (Pf +7000) Luc can 10 thoi gian t[s] 8 14 14 16 16 Qp k = 80 20 20 Qz 20 100 20 kga= 50 18 18 18 18 Qm Luu luong Bom, Motor, Van xa ap Pf pz=100 gamin 0 0 a) Đặc tính điều khiển; 2000 12 14 16 Toc Dong co,Bom,Motor [v/ph] 10 14 x 14 16 16 18 18 18 20 20 20 20 V V lt 100 0 0 4 4 12 14 16 Hso su dung cong suat 10 Mo men Dong co Me[Nm] 6 6 10 10 12 12 12 (Pf +7000) Luc can 10 Hieu suat TDTL 8 thoi gian t[s] max 20 = 0.6 Me=58.2 18 Ne=8.5 Nm =3.8 20 18 20 20 18 16 18 16 14 16 0.47 14 h 14 Cong suat dong co Motor [kW] Pf Cong sua danh nghia Ne max = 22 kW 2 c) Đặc tính truyền lượng 5000 10000 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 15 20 50 12 Van toc LHM [km/h] 10 12 14 18 np 10 12 (Pf +7000) Luc can 10 thoi gian t[s] 8 Do truot Banh xe 6 16 ne 4 4 1200 2 2 1600 0 0 Pf nm 400 800 0.4 0.2 0.3 0.1 10000 5000 b) Đặc trính truyền động, Hình 4.3 Đồ thị tương quan đặc tính hệ thống truyền động thuỷ lực liên hợp máy xúc 14 kga, k [%] p [bar] Qp, Qm, Qz [l/ph] Tuy nhiên trường hợp áp suất đặt có giá trị nhỏ, lưu lượng dầu tới động thủy lực giảm tác động xả dầu van áp suất làm việc chế độ tải lớn, làm cho tốc độ di chuyển máy chậm hơn, chí tạm dừng không di chuyển ảnh hưởng đến trạng thái hoạt động liên tục, làm giảm suất làm việc liên hợp máy Với kết khảo sát ta sơ lựa chọn giá trị áp suất đặt hợp lý 150 bar Với giá trị áp suất này, biên độ dao động áp suất mạch truyền động thủy lực không lớn để tạo an toàn ổn định, đảm bảo hiệu suất truyền động tốc độ di chuyển không thay đổi nhiều 4.4.3 Khảo sát thay đổi mức ga động Khi điều kiện làm việc thay đổi phạm vi nhận biết trước người vận hành, chủ động điều khiển mức ga góc nghiêng bơm để trì trạng thái làm việc ổn định, hạn chế khắc phục tác động điều kiện làm việc Kết khảo sát hình 4.4 cho thấy tốc độ LHM tăng lên nhanh ổn định sau ngừng tác động ga động cơ, trạng thái làm việc hệ thống máy ổn định sau vượt qua vật cản với thông số tốc độ quay động cơ, tốc độ di chuyển liên hợp máy thay đổi không nhiều Tuy nhiên động làm việc chế độ tốc độ quay cao, chịu tải lớn, đồng nghĩa với việc sử dụng cơng suất lớn, chi phí nhiều nhiên liệu Hạn chế cải thiện sử dụng hệ thống truyền động thủy lực có bơm động thủy lực thay đổi lưu lượng 4.4.4 Khảo sát thay đổi góc nghiêng đĩa điều khiển lưu lượng bơm Khi khảo sát điều khiển thay đổi góc nghiêng bơm, mức ga động giữ cố định 60 %, góc nghiêng đĩa thay đổi từ đến 100 % thời gian 2s, giữ ổn định mức 100 % thời gian s sau giảm nhanh xuống mức 50 % thời gian 0.5s tương tự khảo sát thay đổi mức ga, lực tác động dạng bậc có giá trị thay đổi từ 500 N đến 5000 N thời điểm 2s trùng thời điểm điều khiển bơm Tương tự việc tăng ga, tăng góc nghiêng đĩa bơm làm tăng lưu lượng bơm làm tăng tốc độ di chuyển, giúp cho liên hợp máy có vận tốc đủ lớn để vượt qua vật cản Kết khảo sát thể hình 4.5 15 kg a, k [%] M uc ga kga va muc xoay dia dieu khien Bom k kga1= 100 100 k =60 50 kga2= 60 0 10 12 14 16 18 20 14 16 18 20 ne [v/ph] Toc dong co diesel 2500 1500 500 10 12 Van toc LHM V [km/h] V1 V2 0 10 12 14 16 18 20 100 80 50 M m 40 30 60 40 20 Ne 10 20 -20 P can [N] 10 12 14 16 18 20 12 14 16 18 20 Luc can 10000 (pf + 5000) 5000 Pf 0 10 thoi gian t[s] Hình 4.4 Diễn biến thơng số động lực học điều khiển mức ga 16 Ne [kW] 120 Mm [Nm] Momen cua Motor thuy luc [%] 100 kg a, k 50 M uc ga kga va muc xoay dia dieu khien Bom k k 1= 100 kga=60 k 2= 60 0 10 12 14 16 18 20 14 16 18 20 Toc dong co diesel 2000 ne [v/ph] 1500 1000 10 12 Van toc LHM V1 V [km/h] V2 0 10 12 14 16 18 20 100 80 Mm 60 40 50 40 30 20 Ne 10 20 -20 P can [N] 10 12 14 16 18 20 12 14 16 18 20 Luc can 10000 (pf + 5000) 5000 Pf 0 10 thoi gian t[s] Hình 4.5 Điều khiển đĩa nghiêng bơm 17 Ne [kW] Momen cua Motor thuy luc 120 Mm [Nm] 4.4.5 Khảo sát ảnh hưởng thay đổi số truyền kga, k [%] Trong trường hợp khảo sát, LHM sau khởi hành cần chuyển số từ sang để tăng tốc độ di chuyển Khác với thay đổi số truyền hệ thống truyền động khí, cần phải có tác động ngắt, gài li hợp phức tạp, hệ thống truyền động máy kéo khảo sát khơng có li hợp, tác động ngắt, gài truyền động thực nhờ hệ thống truyền động thủy lực M uc ga kga va muc xoay dia dieu khien Bom k k 2= 100 k 1= 80 100 kga=60 50 0 So truyen 10 12 14 16 18 20 14 16 18 20 14 16 18 20 Hop so Co hoc So 2 So 1 ne [v/ph] 10 12 Toc dong co diesel 2000 1500 10 12 V [km/h] Van toc LHM V2= 8.7 V1= 4.7 10 12 14 16 18 20 Momen cua Motor thuy luc 120 100 80 60 40 20 -20 Mm 30 Ne 20 10 0 P can [N] 2 10 12 14 16 18 20 12 14 16 18 20 Ne [kW] Mm [Nm] Luc can 9000 6000 (pf + 3000) 3000 Pf 0 10 thoi gian t[s] Hình 4.6 Điều khiển số truyền làm việc 4.4.6 Khảo sát trạng thái hoạt động liên hợp máy xúc lật 18 Kết khảo sát mơ hình thể hình 4.7 Quá trình xúc nạp tải diễn khoảng thời gian 18 giây, động làm việc ổn định mức ga 80 %, góc nghiêng đĩa bơm giữ cố định 50 % [%] kg a, k M uc ga kga va muc xoay dia dieu khien Bom k 100 50 k = 80 kga=50 ne [v/ph] 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 20 22 24 26 28 30 Toc dong co diesel 2000 1500 1000 10 12 16 18 Van toc LHM V [m/s] 14 V1= 1.2 V2= 1.2 0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 p [bar], Qm [l/ph] Ap suat vaf Luu luong Motor thuy luc 120 pz= 110 80 Qm 40 p 0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 L uc can Xuc cat [N] 9000 6000 3000 Pf Pf 0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Thoi gian t [s] Hình 4.7 Liên hợp máy thực công việc xúc nạp tải 4.4.7 Khảo sát đặc tính điều khiển tỷ số truyền theo lực kéo 19 Để đảm bảo trì ổn định mô men động máy kéo làm việc với lực kéo thay đổi khoảng giá trị xác định từ đặc tính kéo khơng thứ ngun, cần thay đổi tỷ số truyền truyền động thủy lực theo u cầu Kết khảo sát mơ hình thể hình 4.8 Dac tinh keo khong thu nguyen a) 0.6 k x , k 0.8 0.4 x 0.2 P =7416 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Pk [N] Ty so truyen yeu cau i hyc b) A i hmax =1.28 B 951 0 1000 6786 2000 3000 4000 5000 6000 7000 P =7416 8000 9000 Pk [N] Ty so truyen dap ung c) i hdu A B i hmax =1.28 951 0 1000 6786 2000 3000 4000 5000 6000 7000 P =7416 8000 9000 Pk [N] Muc xoay dia nghieng dieu khien bom k Vp [%] 100 d) 50 951 0 1000 6786 2000 3000 4000 5000 6000 7000 P =7416 8000 9000 Pk [N] Mo men dong co Me Me [Nm] 120 90 e) 79.46 60 30 951 0 1000 6786 2000 3000 4000 5000 6000 7000 P =7416 8000 9000 Pk [N] Hình 4.8 Điều khiển tỷ số truyền thuỷ lực theo tải trọng kéo máy kéo 20 Kết khảo sát cho thấy hồn tồn sử dụng truyền động thủy lực với bơm thay đổi lưu lượng hệ thống truyền động máy kéo để ổn định hoạt động động vùng hiệu suất cao lực kéo thay đổi, sở cho việc xây dựng chương trình điều khiển tự động hệ thống truyền động chế độ làm việc tối ưu LHM 4.4.8 Khảo sát tính điều khiển thể tích bơm (kVP%) theo lực kéo Khảo sát trình điều khiển lưu lượng bơm dầu theo thay đổi tải trọng (hình 4.9) điều kiện mức ga động cố định mức 60%, kvp thay đổi theo mức 20, 50 100% thời điểm tương ứng với thay đổi tải trọng 786, 6000 3000 N kga, k [%] Muc ga kga va muc xoay dia dieu khien Bom k k 100 k 50 k 1=100 kga=60 1=50 1=20 0 ne [v/ph] 10 12 14 16 18 20 14 16 18 20 14 16 18 20 Toc dong co diesel 2000 1500 1000 10 12 Van toc LHM V [km/h] 0 10 12 80 40 60 30 Mm 40 Ne 20 Pcan [N] 10 12 14 16 20 Ne [kW] Mm [Nm] Momen cua Motor thuy luc va cong suat Ne 100 10 18 20 18 20 Luc can 10000 6000 5000 3000 Pf=786.7 0 10 12 14 16 thoi gian t[s] Hình 4.9 Điều khiển đĩa nghiêng bơm theo lực kéo 4.5 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.5.1 Mục đích thí nghiệm 21 Để đánh giá tính đắn mơ độ xác kết khảo sát lý thuyết cần thiết phải xây dựng mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng Mục đích nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định, đánh giá thơng số q trình truyền động điều khiển hệ thống thủy lực cho liên hợp máy xúc lật kiểm chứng mơ hình lý thuyết 4.5.2 Nội dung nghiên cứu thí nghiệm Thí nghiệm xác định đặc tính ngồi động 3T84 lắp máy kéo Yanmar 3000, xác định lực cản tổng cộng LHM gầu xúc làm việc với mức tải khác nhau, xác định lực bám lực cản lăn liên hợp máy Thí nghiệm HTTĐ thủy lực – khí với lực kéo khác LHM, đối chứng, đánh giá độ tin cậy mơ hình mơ 4.5.3 Sơ đồ mơ hình thí nghiệm Trên hình 4.10 sơ đồ bố trí cảm biến liên hợp máy Yanmar 3000 với truyền động thủy lực – khí 1-Động cơ; 2- bơm thủy lực; 3-truyền động xích; 4- van an tồn; 5- mơ tơ thủy lực; 6-van ¾; 7- hộp số; 8- thùng dầu; 9- lọc dầu về; 10- két làm mát dầu; 11- khóa dầu;12-bộ gom liệu; 13 máy tính; 14- bơm thủy lực nâng gầu; 15cảm biến tốc độ động cơ; 16,17- cảm biến lưu lượng, áp suất; 18- cảm biến vòng quay bánh xe chủ động máy kéo; 19- cảm biến nhiệt độ dầu thủy lực; 20 – cảm biến vòng quay bánh xe số 5; 21 – cảm biến tốc độ mô tơ thủy lực Hình 4.10 Sơ đồ vị trí lắp đặt cảm biến liên hợp máy 4.5.4 Kết thí nghiệm Lực bám hệ số bám: Từ kết đo ta tính tốn lực bám hệ số bám LHM di chuyển đất nơng nghiệp P = 1100kG;  = 0,66; cịn đường bê tông P = 750 kG;  = 0,5 22 Hình 4.11 Kết đo lực bám đất nông nghiệp Lực cản LHM xúc mang tải: Khi LHM làm việc với đầy gầu xúc (vật liệu xây dựng - cát) lực cản tổng Pc= 750 kG, nửa tải (với 1/2 gầu xúc) có Pc= 350 kG Hình 4.12 Kết đo thực nghiệm lực cản LHM 4.5.5 Thí nghiệm đối chứng đánh giá độ xác mơ hình mơ Liên hợp máy di chuyển thực công việc trạng thái hoạt động đặc trưng máy xúc lật, trình xúc nạp tải tạo lực cản lớn, thay đổi liên tục, có ảnh hưởng tới di chuyển tính chất làm việc hệ thống truyền động Bằng tính tốn mơ khảo sát nhận kết xác định tính, nhiên với giả thiết hạn chế đơn giản hóa số tác động ảnh hưởng, kết khảo sát có sai số định so với kết đo đạc thực nghiệm Phần thực nghiệm đối chứng sử dụng LHM thực mơ hình mơ LHM xúc lật, thực cơng việc xúc, nạp tải vật liệu cát Yếu tố tác động lực cản chuyển động LHM thực công việc thực tế đo đạc xác định sử dụng mơ hình mơ phỏng, đặc tính lực cản chuyển động mơ tả hình 4.13 23 Khảo sát trạng thái hoạt động hệ thống truyền động LHM thực trường hợp xúc nạp tải vật liệu cát, đổ đống đường bê tông, máy kéo di chuyển số truyền 2, mức ga 46 %, góc nghiêng đĩa bơm vị trí 68 % Hình 4.13 Đặc tính hệ thống truyền động liên hợp máy nạp tải Kết khảo sát có tương đồng định tính mơ hình mơ hệ thống máy thực Sai số lớn mô thực nghiệm 7.7% với thông số áp suất 7.8% với thông số lưu lượng Sự sai khác giải thích với việc bỏ qua ảnh hưởng nhiệt độ tới đặc tính mơi chất truyền động tính tốn mơ Kết kiểm chứng số đặc tính hệ thống truyền động phản ánh quy luật với sai số không lớn, minh chứng cho tính đắn mơ hình nghiên cứu lý thuyết PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN 1) Mơ hình động lực học truyền động xây dựng luận án mơ tả tương đối đầy đủ tính chất chuyển động LHM xúc lật Mơ hình xây dựng sở hệ thống truyền động máy kéo bánh cơng suất 30 Hp có hộp số thủy lực - khí, với đầy đủ phần tử 24 quan hệ tương tác động cơ, hệ thống truyền động, bánh xe máy công tác Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink cho phép mô khảo sát linh hoạt phương án kết cấu, điều kiện sử dụng máy kéo Các thông số vào mô hình xác định thực nghiệm Độ tin cậy xác mơ hình đánh giá thơng qua thí nghiệm đối chứng 2) Máy kéo với hệ thống truyền động kết hợp thủy lực - khí có cải thiện rõ rệt tính năng, thay đổi tỷ số truyền linh hoạt phạm vi rộng, giúp cho động làm việc ổn định điểm làm việc lựa chọn tải trọng biến động lớn Các kết khảo sát mơ hình động lực học hệ thống máy cho thấy với áp suất làm việc hợp lý van xả áp 150 bar, hệ thống máy hoạt động ổn định, an tồn, đảm bảo q trình làm việc liên tục không xảy tải làm động ngừng hoạt động Đây sở cho đề xuất thực giải pháp cải tiến hoàn thiện kết cấu hệ thống truyền động xây dựng chế độ làm việc hợp lý cho liên hợp máy kéo với máy công tác 3) Đề xuất giải pháp điều khiển lưu lượng đầu động thủy lực van tiết lưu thiết kế phận phanh hãm cho LHM xúc lật trang bị hộp số thủy lực, đảm bảo hạn chế tốc độ di chuyển liên hợp máy giảm tốc xuống dốc tương tự tác động phanh số máy kéo sử dụng hộp số khí 4) Giải pháp điều khiển lưu lượng bơm thủy lực phù hợp với thay đổi tải trọng, ổn định hoạt động động vùng hiệu suất làm việc cao Xác định thông số kỹ thuật hệ thống truyền động thủy lực – khí cho máy kéo cơng suất 30 Hp liên hợp với phận công tác xúc lật, tỷ số truyền truyền động thủy lực 1.28, hộp số khí hai cấp tỷ số truyền 1.2 2.39, phù hợp với khoảng lực kéo vận chuyển (1049 N – 4549 N) làm việc với máy công tác xúc lật (951 N – 7416 N) Đây giải pháp khả thi, hợp lý, có khả ứng dụng vào thực tiễn loại máy tự hành sử dụng hộp số thủy lực 5) Đề tài luận án thiết kế chế tạo mơ hình thí nghiệm động lực học hệ thống truyền động kết hợp thủy lực - khí máy 25 kéo, mơ hình có tính động cao, phù hợp để thực thí nghiệm với máy công tác xúc lật điều kiện làm việc thực tế Với hệ thống đo xử lý số liệu đại xác định thơng số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất truyền động điều khiển hệ thống truyền động máy kéo như: áp suất, lưu lượng, nhiệt độ môi chất truyền động, lực cản, vận tốc chuyển động liên hợp máy vv Kết thí nghiệm sử dụng làm thơng số đầu vào cho mơ hình mơ kiểm chứng kết khảo sát, với sai số 7,0% số vòng quay động cơ; 7,7% thông số áp suất 7,8% thông số lưu lượng 5.2 ĐỀ NGHỊ 1) Bổ sung quan hệ ảnh hưởng nhiệt độ tới đặc tính mơi chất truyền động vào mơ hình nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực để nghiên cứu mơ hình đầy đủ xác 2) Chế tạo, lắp đặt thử nghiệm hoàn thiện phận phanh hãm thủy lực, hạn chế tốc độ chuyển động máy kéo xuống dốc hệ thống điều khiển tự động lưu lượng bơm linh hoạt theo tải 3) Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện phát triển hộp số thủy lực khí, hộp số thủy lực phân nhánh cơng suất có điều khiển tự động cho máy kéo công suất lớn (từ 50 Hp) chế tạo nước 26 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Đặng Đức Thuận & Bùi Việt Đức (2016) Xây dựng mơ hình nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực máy tự hành đa Tạp chí Cơ khí Việt Nam 9: 163 – 167 Đặng Đức Thuận, Phạm Trọng Phước, Bùi Việt Đức & Đặng Tiến Hòa (2017) Nghiên cứu xác định đặc tính động Diesel 3T84 thực nghiệm qua trục trích cơng suất Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 11(4): 42 – 46 Đặng Đức Thuận, Phạm Trọng Phước, Bùi Việt Đức & Đặng Tiến Hòa (2018) Nghiên cứu chuyển đổi liên hợp máy Yanmar 3000 liên hợp máy xúc lật truyền động thủy lực Tạp chí Cơ khí Việt Nam 10: 333-337 Phạm Trọng Phước, Đặng Đức Thuận, Bùi Việt Đức & Đặng Tiến Hịa (2018) Nghiên cứu xác định mơ men qn tính với trục qua trọng tâm liên hợp máy Yanmar 3000 truyền động thủy lực thực nghiệm Tạp chí Cơ khí Việt Nam 10: 353-357 Đặng Đức Thuận, Bùi Việt Đức & Nguyễn Ngọc Quế (2019) Mô hình khảo sát động lực học hệ thống truyền động thủy máy tự hành Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 17(4): 315-321 27 ... lực – khí LHM xúc lật, hình thành sở khoa học cho việc cải tiến hệ thống truyền động máy kéo từ hệ thống truyền động dùng hộp số khí có cấp thành hệ thống truyền động phối hợp thuỷ lực - khí nhằm... số khí phân cấp Luận án thiết kế, chế tạo lắp ráp hệ thống truyền động cho máy kéo Yanmar 3000 từ hệ thống truyền động khí thành hệ thống truyền động thuỷ lực – khí kết hợp, làm sở để thực nghiên. .. số truyền hệ thống truyền động khí, cần phải có tác động ngắt, gài li hợp phức tạp, hệ thống truyền động máy kéo khảo sát khơng có li hợp, tác động ngắt, gài truyền động thực nhờ hệ thống truyền