Trên hình 1.11 và hình 1.12 giới thiệu một hệ thống điều khiển thủy lực nâng hạ tự động, sử dụng một mạch thủy lực tùy động. Mạch thủy lực có áp suất điều khiển được giữ không đổi là 13 bar và truyền hai tín hiệu giá trị hiện tại dưới dạng xung điều khiển thủy lực, so sánh riêng rẽ hoặc phối hợp với giá trịđặt và cấp giá trị tín hiệu định vị đến van điều khiển 18.
Cụm điều khiển này là một đoạn mạch của mạch điều khiển công suất với áp suất 175 bar, để nâng hạ cơ cấu treo. Việc truyền tín hiệu qua đường
ống thủy lực rất linh hoạt, làm việc hầu như không có quán tính, nhờ đó có thể cho chất lượng điều khiển cao với biên độđiều khiển nhỏ, nâng nhanh, hạ
nhanh. Bộ phận tiếp nhận tín hiệu hiện tại làm việc theo nguyên lý chuyển đổi năng lượng. Tín hiệu lực và tín hiệu vị trí được đo cơ học sau đó được chuyển đổi thành năng lượng thủy lực nhờ các van tiết lưu 28 và 21 ở dạng tín hiệu thay đổi áp suất, tiếp tục qua mạch thủy lực tùy động truyền đến van điều khiển 18 ( van phân phối có thay đổi vô cấp giữa các vị trí khác nhau) tại vị
trí x1 và x2. Hệ thống thủy lực thuần túy ( hay hoàn toàn) để tự động điều khiển nâng hạ làm giảm nhẹ công việc điều khiển cho người lái, có thể giúp người lái làm việc tập trung hơn và có hiệu quả hơn.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 18
Hình 1.11 Sơ đồ hoạt động của một hệ thống điều khiển nâng hạ thuần túy thủy lực
3- phần công suất của bơm phân tầng; 4- mạch lái và điều khiển; 18- van phân phối 3/3: nâng, hạ, giữ; 21- tiết lưu vị trí (tín hiệu cơ học – thủy lực);
26- xy lanh thủy lực nâng hạ; 28 tiết lưu đo lực; 29 thanh đo lực; x1 , x2 – áp suất điều khiển;
Hình 1.12 Vị trí các bộ phận quan trọng trên máy kéo
3,6- Bơm phân tầng; 10- Bình chứa áp suất điều khiển lấy từ mạch điều khiển hệ thống lái; 13- Cần điều khiển nâng hạ; 18- Van phân phối; 19- Van cấp giá trị đặt; 20- Tay đòn điều khiển giá trịđặt; 26- khối thủy lực; 31- tay điều khiển nâng hạ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 19
1.3.1.3.Hệ thống thủy lực – điện từ điều khiển nâng hạ máy nông nghiệp
Thủy lực – điện tử là một giải pháp tiếp theo, tiếp cận với công nghệ
hiện đại đểđiều khiển nâng hạ trên máy kéo. Trên hình 1.13 giới thiệu các bộ
phận chính còn hình 1.14 giới thiệu vị trí các bộ phận điều khiển trên máy kéo, các cảm biến nhạy cảm hơn, nhỏ hơn, ít hao mòn hơn và chi phí năng lượng ít hơn. Cảm biến vị trí 3 là cảm biến cảm ứng mắc theo mạch vị trí và 2
đầu vào, quét quãng đường của đĩa cong và biến đổi thành tín hiệu điện. Cảm biến đo lực biến đổi trực tiếp áp suất cơ học tại mặt cắt chốt kéo thành tín hiệu
điện. Dây dẫn tín hiệu rất linh hoạt, lắp đặt và thay thế dễ dàng, truyền tín hiệu không trễ và ổn định trong điều kiện nhiệt độ môi trường.
Hình 1.13 Các bộ phận chính của hệ thống thủy lực điện từ điều khiển nâng hạ máy nông nghiệp
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 20
Hình 1.14. Vị trí các bộ phận điều khiển trên máy kéo
Hình 1.15 Sơ đồ khối điều khiển vị trí thủy lực điện tử
Điều khiển trượt còn thường được gọi là điều khiển chống trượt có thể
tránh điểm yếu của điều khiển thủy lực – điện tử là phản ứng sai khi máy kéo làm việc trên đất ướt và trơn. Nếu xuất hiện độ trượt lớn khi cày làm giảm vận tốc làm việc thực tế. Do lực kéo giảm, bộđiều khiển phản ứng để tăng độ sâu cày, dẫn đến bánh xe bị trượt quay và máy kéo không chuyển động được.
Xy lanh thủy lực Cảm biến lực kéo Van điều khiển điện Cảm biến lực kéo Bơm thủy lực Thùng dầu Hộp điều khiển Khối điện tử Cảm biến vị trí
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 21 _ + Lực kéo hiện tại Điều khiển lực kéo Giá trịđặt lực kéo Giá trịđặt lực kéo Giới hạn độ trượt Độ trượt hiện tại _ + + Trước hết việc bố trí một cảm biến radar có thể kết nối với bộ vi xử lý để xác định độ trượt.
Hình 1.16 giới thiệu sơ đồ khối điều khiển theo trượt, tín hiệu giá trị độ
trượt hiện tại được xác định từ giá trị vận tốc hiện đại (tín hiệu từ cảm biến ra dar) và vận tốc lý thuyết (tín hiệu từ cảm biến vận tốc góc bánh xe chủđộng) các phép đo cơ học hoặc kinh nghiệm trong trường hợp này hoàn toàn không phù hợp. Việc giữ độ sâu cày nhờ điều khiển thuần túy theo độ trượt, cũng không thểđáp ứng. Ngược lại, chắc chắn rằng có thể phối hợp điều khiển theo trượt với điều khiển theo lực kéo. Do việc truyền lực từ bánh xe với mặt
đường yêu cầu độ trượt ≤ 25% nên độ trượt hiện tại được so sánh với giá trị đặt, nếu độ trượt còn nhỏ hơn giá trị giới hạn thì chỉ có hệ thống điều khiển theo lực kéo hoạt động, nếu độ trượt lớn hơn giá trị giới hạn thì lực kéo giảm và cày được nâng lên. Khi đó bộ điều khiển không tác động để giữ độ trượt hiện tại không đổi giá trị giới hạn mà điều khiển tỷ lệ với độ lệch giữa giá trị
hiện tại và giá trị giới hạn. Yếu tố tỷ lệ yêu cầu cần được cho trước.
Hình 1.16. Sơ đồ khối một hệ thống điều khiển theo trượt
Giải pháp này không tránh được dao động trong mạch điều khiển tự động và có biến động độ sâu cày trong giới hạn. Điều khiển theo trượt không tác động khi có điều khiển vị trí hoặc cày đang ở thế bơi.
Khuếch đại
Máy kéo Vhiệận tn tại ốc Vlý thuyận tếốt c
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 22
Hình 1.17 Sơ đồ khối điều khiển nâng hạ thủy lực điện tử với các thông số điều khiển: độ lệch vận tốc (độ trượt), lực kéo và vị trí)
1.3.2. Điều khiển vị trí trên máy thu hoạch
1.3.2.1. Điều khiển chiều cao cắt
Hệ thống điều khiển tự động chiều cao cắt (điều khiển vị trí bộ phận cắt) có khả năng thích ứng với các điều kiện làm việc rất khác nhau. Trên hình 1.18 giới thiệu sơ đồ mạch thủy lực của bộ phận điều khiển chiều cao và bộ phận thoát tải áp suất.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 23
Hình 1.18. Sơ đồ mạch thủy lực của bộ phận điều khiển chiều cao và bộ phận thoát tải áp suất
1.3.2.2. Điều khiển vận tốc liên hợp máy và số vòng quay trống đập
Trên hình 1.19 giới thiệu một giải pháp phối hợp điện tử - thủy lực để điều khiển vận tốc liên hợp máy và số vòng quay trống đập phụ thuộc vào mật
độ cây lương thực, cảm biến cảm ứng được bố trí gần trục dưới của mặt nghiêng bộ phận cung cấp đểđo độ dầy sản phẩm thu hoạch chuyển qua. Một cảm biến được dẫn đến Monitor, tại đây được xử lý điện tử thành hai tín hiệu lệch định vị. Các tín hiệu định vị điện tử được đưa đến van điều khiển thủy lực. Một lệnh điều khiển vận tốc liên hợp máy để thay đổi lượng sản phẩm cung cấp cho bộ phận đập, lệnh khác điều khiển số vòng quay trống đập theo giá trị yêu cầu. Nhờ đó đạt được sự cung cấp đều đặn cho bộ phận đập và bộ
Khối van Khối điều khiển Tích áp Van áp suất Xy lanh điều khiển bộ phận cắt
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 24
phận làm sạch. Tất nhiên người lái có thể tác động hiệu chỉnh bằng tay trên bảng điều khiển 3.
Hình 1.19. Sơ đồ điều khiển vận tốc liên hợp máy
1.3.2.3. Hệ thống lái tự động
Trên hình 1.20 trình bày sơ đồ mạch điều khiển lái phối hợp cơ học, thủy lực, điện tử của máy thu hoạch tự hành.
Thân cây ngô M tạo nên bằng cơ học một giá trị đặt (vị trí, hướng) truyền qua tấm quét T đến cảm biến. Tấm dẫn hướng 1 phát ra một tín hiệu
điện tương tự “tiếp tục sang phải”, theo dây dẫn 4 đến trung tâm xử lý 7. Trường hợp khác tấm dẫn 2 tạo ra tín hiệu “ tiếp tục sang trái” và phát đi theo dây dẫn 5. Cảm biến góc lái 3 cũng là một tấm dẫn nhận giá trị hiện tại của tác động lái bẳng cơ học, chuyển đổi thành tín hiệu điện và gửi theo đường dẫn 6 về trung tâm.
Trung tâm xử lý điện tử 7 so sánh giá trị hiện tại với giá trị đặt và tính toán lệch định vị theo độ lệch ngẫu nhiên. Bộ phận định vị của hệ thống là một van thủy lực điều khiển điện, van phân phối 4/3. Năng lượng thủy lực trong xy lanh 14 được chuyển đổi thành năng lượng cơ học tác động theo cần pis ton L để
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 25
Hình 1.20 Hệ thống lái tự động, sơ đồ mạch và sơ đồ thủy lực
1.3.3. Điều khiển vị trí trên hộp số vô cấp cơ học
Hiện nay không chỉ trên ô tô hiện đại mới sử dụng hộp số vô cấp cơ học mà trên máy kéo, các máy làm việc trong lĩnh vực nông nghiệp đã được trang bị hộp số vô cấp.
1.3.3.1. Hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động
Hình 1.21 Hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động
Với hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động, ta có thểđiều khiển
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 26
dầu hoặc cấp dầu vào bánh đai sơ cấp từ bơm dầu qua van tùy động để làm thay đổi đường kính các bánh đai từđó thay đổi được tỷ số truyền động.
1.3.3.2 Hệ thống VVT-I sử dụng mạch điều khiển hai vị trí
Để điều chỉnh vị trí xác định của đối tượng cần điều chỉnh có thể sử
dụng mạch điều chỉnh hai điểm. Một trong những ứng dụng điển hình khi ứng dụng mạch điều khiển, điều chỉnh hai điểm đểđịnh vị vị trí góc mở của xupap trên ô tô như hình 1.22.
Hình 1.22. Hệ thống VVT-I sử dụng mạch điều khiển hai vị trí
Điều chỉnh sớm hay muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí, hệ thống sử
dụng mạch điều khiển thủy lực với van đóng ngắt điện từ 4/3. ECU động cơ
tính toán thời điểm đóng, mở xupáp tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, nhiệt độ nước làm mát, các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu
để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để điều khiển van với phương thức đóng ngắt để định vị vị trí trục cam theo mong muốn.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 27
1.3.3.3. Điều khiển tỷ số truyền vô cấp trên máy thu hoạch
Hình 1.23. Điều khiển tỷ số truyền vô cấp trên máy gặt đập liên hợp
Để điều khiển tỷ số truyền vô cấp trên máy gặt đập liên hợp trên hình 1.23 bằng cách thay đổi đường kính bánh đai chủđộng. Đường kính của bánh
đai chủ động thay đổi nhờ hệ thống điều khiển thủy lực thông qua chương trình điều khiển của máy tính. Đường kính của bánh đai bị động tựđiều chỉnh thông qua lò xo nén, đồng thời tạo ra lực căng đai.
1.3.3.4. Hộp số vô cấp được điều khiển bằng van đóng ngắt
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 28
Khi có tín hiệu điều khiển, van đóng ngắt 3/3 đưa dòng dầu thủy lực có áp suất p và lưu lượng Q đến xi lanh thủy lực. Áp lực từ piston làm di chuyển
đĩa di động của bánh đai chủđộng tạo ra sự thay đổi tỷ số truyền.
Từ việc phân tích tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng hệ thống truyền động và điều khiển trong sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn có thể nhận xét như sau:
- Trên các máy kéo, máy nông nghiệp và máy xây dựng tự hành đã
được trang bị các hệ thống thủy lực để truyền động di động, điều khiển các bộ
phận làm việc với các mức độ hiện đại khác nhau tùy thuộc yêu cầu công nghệ, độ chính xác cũng như giá thành thiết bị.
- Trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam cũng đã có các máy kéo nhập ngoại như MTZ, KUBOTA, … và một số máy gặt đập liên hợp tự hành được trang bị thủy lực với mức độđơn giản, chủ yếu tập trung vào việc điều khiển nâng hạ máy nông nghiệp treo. Đối với các máy thu hoạch cỡ nhỏ và vừa sản xuất trong nước hầu như chưa quan tâm đến điều khiển chiều cao cắt trên hệ
thống nâng hạ bộ phận gặt.
- Với sự phát triển của kỹ thuật thủy lực, kỹ thuật điện tử có thể trang bị các hệ thống điều khiển thủy lực cho các máy gặt đập liên hợp sản xuất trong nước, trong đó có hệ thống điêu khiển tự động chiều cao cắt để nâng cao chất lượng gặt đập lúa, giảm tỷ lệ thất thoát trong công đoạn thu hoạch với mức chi phí đầu tư phù hợp với điều kiện tài chính của nông thôn.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 29
1.4. Mục đích và nhiệm vụ đề tài luận văn
Mục đích: Nghiên cứu thiết kế phát triển hệ thống thủy lực tựđộng điều khiển chiều cao cắt cho máy gặt đập liên hợp sản xuất trong nước để nâng cao chất lượng gặt đập, giảm thất thoát sản phẩm với chi phí đầu tư phù hợp.
Nhiệm vụ: - Phân tích tổng quan về ứng dụng hệ thống thủy lực trong sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống thủy lực điều khiển vị trí; - Nghiên cứu thiết kế hệ thống thủy lực nâng hạ bộ phận gặt của máy gặt đập liên hợp cỡ nhỏ có chức năng tựđộng điều khiển chiều cao cắt.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 30
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Các mạch điều khiển thủy lực cơ bản
2.1.1. Mạch nguồn áp suất có giá trị áp suất cần thiết không đổi
2.1.1.1. Cấu trúc mạch
Cấu trúc mạch loại này có thể so sánh với một hệ thống điện một chiều. Một nguồn áp suất cung cấp lưu lượng cho nhiều truyền lực mắc song song với nhau, mà không ảnh hưởng rõ rệt với nhau. Điều kiện để không ảnh hưởng lẫn nhau là:
- Áp suất nguồn được giữ gần như không đổi mặc dù phải cung cấp lưu lượng khác nhau;
- Tất cả các truyền lực (gồm phụ tải và điều khiển) đều có áp suất thống nhất; - Việc nhận lưu lượng của mỗi phụ tải được giới hạn bởi những phương thức thích hợp (thí dụ nhờ phần tử cản dòng).
Bởi vì nguồn năng lượng thủy lực là bơm, chính là một nguồn lưu lượng nên cần có một điều chỉnh áp suất để trở thành một nguồn áp suất. Bơm dầu cần thích ứng trong tác động chung với đơn nguyên điều chỉnh để cung cấp lưu lượng theo yêu cầu của truyền lực.
Mặt cắt ngang của ống dẫn và thùng dầu được định cỡ sao cho cả với