2.5.1. Phân tích lựa chọn hệ thống truyền động bán vô cấp
Từ tổng quan nghiên cứu về tính năng kéo bám của máy kéo như trình bày ở trên, chúng ta thấy rằng tính năng kinh tế, kỹ thuật của máy kéo phụ thuộc rất nhiều vào đặc trưng truyền mômen của HTTĐ, đối với truyền động vô cấp đặc tính kéo bám cũng như các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của máy kéo là tối ưu nhất. Tuy nhiên để chế tạo máy kéo với HTTĐ vô cấp là khá phức tạp và chưa phù hợp với điều kiện công nghệ của nước ta hiện nay.
Hệ thống truyền động có ưu điểm đứng ở mức chỉ sau truyền động vô cấp là loại truyền động bán vô cấp như: truyền động dùng đai; truyền động thuỷ động - bộ BMM hay bộ truyền thuỷ tĩnh kết hợp với hộp số cơ khí phân cấp. Trong đó, bộ truyền thuỷ tĩnh thường có kết cấu đơn giản hơn, và nếu dùng một trong hai phần tử Bơm hoặc Mô tơ có thể tích biến đổi được thì tương tự như một hộp số vô cấp, luận án lựa chọn phương án này như một đề xuất để cải tiến một máy kéo công xuất trung bình với HTTĐ cơ khí truyền thống sang HTTĐ bán vô cấp với bộ truyền thuỷ lực - cơ khí.
2.5.2. Nguyên lý cải tiến hệ thống truyền động thủy lực - cơ khí cho máy kéo với truyền động cơ khí
Máy kéo Yanmar 3000 từ truyền động cơ khí sang truyền động thuỷ lực – cơ khí kết hợp nhằm nâng cao khả năng làm việc của máy đồng thời làm cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế và chế tạo bộ truyền thuỷ lực – cơ khí ứng dụng trên máy kéo và xe chuyên dụng dùng trong nông - lâm nghiệp là một đề tài có ý nghĩa thực tiễn và cấp thiết.
Từ các nghiên cứu trong và ngoài nước cũng như điều kiện nông nghiệp Việt Nam và để chế tạo phát triển liên hợp máy xúc lật truyền động thủy lực - cơ khí đòi hỏi bộ truyền đơn giản, dễ chế tạo và thuận tiện vận hành. Mô hình động lực học hệ thống truyền động liên hợp máy xúc lật xây dựng trên cơ sở các quan hệ vật lý, toán học giữa các phần tử trong hệ thống máy bao gồm từ động cơ đốt trong, hệ thống truyền động thủy lực, hệ thống truyền động cơ khí, hệ thống di động, được sử dụng để khảo sát một số trạng thái hoạt động của hệ thống máy dưới các tác động ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu và điều kiện sử dụng. Các phần tử trong hệ thống truyền động được tính toán thông số kỹ thuật, lựa chọn kết cấu và thiết kế cấu máy kéo cơ sở như hình 2.17.
1 – Động cơ Diesel; 2- Ly hợp ma sat ; 3 – Hộp số cơ khí; 4 – Vi sai; 5 – Truyền động cuối; 6 – Thùng dầu thủy lực; 7 – Bơm thủy lực điều khiển lưu lượng; 8 – Van phân phối thủy lực; 9 – Mô tơ thủy lực.
Hình 2.17. Mô hình máy kéo cơ sở và máy kéo cải tiến
Hộp số thủy lực – cơ khí sử dụng giải pháp nối tiếp giữa truyền động thủy lực và truyền động cơ khí có kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền động cao và phạm vi thay đổi tỷ số truyền lớn, linh hoạt. Mô hình truyền động (hình 2.17) mô tả hệ thống truyền động thủy lực cơ khí cải tiến (a) từ hệ thống truyền lực cơ khí trên máy kéo cơ sở. Đây là sơ đồ truyền động thủy lực - cơ khí có kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt vận hành và phù hợp với điều kiện của nước ta.
Với mô hình này, động cơ đốt trong sẽ truyền công suất cho bơm thủy lực. Qua các phần tử thủy lực thủy tĩnh, năng lượng thủy lực truyền đến mô tơ thủy lực và hệ thống công tác. Tại mô tơ thủy lực năng lượng thủy tĩnh được chuyển đổi thành mô men quay và truyền động cho hộp số cơ khí, bộ truyền cuối tới các bánh xe làm xe di chuyển.
Bơm sử dụng trong mạch truyền động cho hệ thống di động là loại bơm có thể điều chỉnh được lưu lượng cung cấp. Bơm thủy lực sử dụng bơm piston rô to
hướng trục để dễ điều khiển và mô tơ thủy lực loại bánh răng ăn khớp trong. Trong mô hình truyền động có bố trí hộp số cơ khí sau mô tơ thủy lực để mở rộng thêm dải thay đổi tỷ số truyền cho bộ phận di động của máy. Như vậy khi làm việc với tải nhỏ hay di chuyển chạy không trên đường, máy có vận tốc lớn hơn.
Để thực hiện công tác xúc lật, máy kéo cơ sở có thể lắp thêm bộ phận xúc lật có sử dụng hệ thống truyền động thủy lực độc lập với bộ phận di chuyển của máy. Bộ phận xúc lật sử dụng bơm thủy lực có lưu lượng cố định và có sơ đồ như trên hình 2.18.
1 – Tay trang điều khiển bộ xúc lật; 2 – Bơm thủy lực điều khiển lưu lượng; 3 – Van phân phối thủy lực; 4 – Mô tơ thủy lực; 5 – Truyền động cuối; 6 – Vi sai; 7 – Hộp số cơ khí; 8 – Thùng dầu thủy lực; 9–Động
cơ Diesel; 10 – Bộ công tác xúc lật
Hình 2.18. Mô hình máy kéo liên hợp bộ phận xúc lật 2.6. KẾT LUẬN PHẦN 2 2.6. KẾT LUẬN PHẦN 2
- Tính năng kéo bám là một trong các tính năng quan trọng nhất của MK & XCD. Hệ thống truyền động là hệ thống ảnh hưởng chính đến tính năng kéo bám nói riêng và tính kinh tế, kỹ thuật nói chung của máy kéo và xe chuyên dụng.
- Đã có rất nhiều công trình khoa học ở trong và ngoài nước nghiên cứu về HTTĐ của ô tô máy kéo và xe chuyên dụng, kết quả nghiên cứu đều đưa ra kết luận: HTTĐ vô cấp trong toàn miền làm việc của MK & XCD (toàn vùng lực kéo) là HTTĐ tối ưu nhất đối với MK & XCD , với HTTĐ này, các tính năng kinh tế, kỹ thuật và tính năng động lực học, tính thuận tiện trong sử dụng... đều đạt tối ưu. Tuy nhiên do yêu cầu đặc biệt với HTTĐ của máy kéo là cần tỷ số truyền thay đổi
trong một vùng rất lớn (iTĐ = 10 ÷ 300) nên việc chế tạo ra một HTTĐ vô cấp có
tỷ số truyền thay đổi lớn như vậy là không thực hiện vì liên quan đến kích thước bộ truyền.
nước và ngoài nước các nhà thiết kế, cải tiến MK & XCD đang đi theo hướng dùng bộ truyền động bán vô cấp (hay còn gọi là vô cấp từng vùng). Bộ truyền như vậy là các bộ truyền kết hợp giữa một bộ truyền vô cấp có tỷ số truyền thay đổi trong
một miền nhỏ (ivc =1-2) kết hợp với hộp số cơ khí phân cấp có từ 2-4 số truyền.
Nhờ tổ hợp hai bộ truyền sẽ cho ta một HTTĐ bán vô cấp giao nhau trong vùng làm việc của MK & XCD.
- Với HTTĐ bán vô cấp dùng bộ truyền đai kế hợp với hộp số cơ khí đã được ứng dụng khá phổ biến trên máy kéo công suất trung bình và nhỏ, ưu điểm của HTTL này là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và sử dụng, tuy nhiên do bộ truyền đai, thường nhanh chóng bị trượt và tuổi thọ thấp, đặc biệt khi làm việc trong môi trường ẩm thấp, nhiều bùn đất như với máy kéo nông nghiệp.
- HTTĐ bán vô cấp kết hợp thủy – cơ gồm hai loại chính đó là phần thủy lực dùng bộ truyền thủy động (BMM) và bộ truyền thủy tĩnh. Với HTTĐ thủy động kết hợp với hộp số cơ khí phân cấp, có nhiều ưu điểm, có thể khẳng định về mặt động lực học của LHM, hệ thống này chỉ xếp sau HTTĐ vô cấp toàn miền, tuy nhiên phần hộp số cơ khí thường lại rất phức tạp, cần sử dung các tổ hợp hành tinh hay nếu dùng các bộ truyền bánh răng trụ như trên máy kéo và xe chuyên dụng thì cũng cần trang bị cơ cấu sang số dưới tải khá phức tạp. Vì vậy HTTĐ này chỉ ứng dụng trên ô tô và MK & XCD công suất lớn, ứng dụng truyền động này trên máy kéo công suất nhỏ và trung bình không cho hiệu quả kinh tế cao.
- HTTĐ bán vô cấp kết hợp giữa bộ truyền vô cấp thủy tĩnh với hộp số cơ khí phân cấp đã được một số công trình ở nước ngoài tiến hành nghiên cứu, các công trình này mới dừng ở các bộ truyền ứng dụng trên ô tô vận tải, một số công trình mới dừng ở mức mô phỏng và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm. Ở trong nước chưa có công trình nào nghiên cứu đánh giá đặc tính động lực học của HTTĐ này, để có cơ sở khoa học cho việc cải tiến thiết kế hoặc chế tạo HTTĐ kiểu bán vô cấp khi sử dụng bộ truyền thủy tĩnh kết hợp với hộp số cơ khí phân cấp của máy kéo công suất trung bình, luận án lựa chọn HTTĐ bán vô cấp trong đó phần tử vô cấp là bộ truyền thủy tĩnh, bộ truyền này thay thế cho ly hợp ma sát, kết hợp với hộp số cơ học phân cấp có 4 số truyền của máy kéo Yanmar 3000 làm đối tượng nghiên cứu.
- Mục tiêu nghiên cứu của luận án là: Xây dựng mô hình động lực học, khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và điều kiện sử dụng cho hệ thống
truyền động kết hợp thuỷ lực – cơ khí của LHM xúc lật, hình thành cơ sở khoa học cho việc cải tiến hệ thống truyền động của máy kéo từ hệ thống truyền động dùng hộp số cơ khí có cấp thành hệ thống truyền động phối hợp thuỷ lực - cơ khí nhằm cải thiện tính năng, mở rộng phạm vi hoạt động và nâng cao hiệu suất khai thác sử dụng các loại máy kéo hiện có trong các hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp của Việt Nam.
PHẦN 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
Để thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu của luận án đã đề ra, nghiên cứu sinh đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết thông qua các tài liệu, các trang thông tin điện tử, thư viện và tổ chức thí nghiệm dựa trên các phương án đã đề ra; tiến hành học tập nâng cao các học phần trình độ tiến sĩ tại Khoa Cơ điện.
Nghiên cứu sinh thiết kế, chế tạo mô hình LHM xúc lật để phục vụ thí nghiệm, tổ chức thí nghiệm và báo cáo các kết quả thí nghiệm tại Khoa Cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
3.2. THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu sinh (NCS) đã tiếp cận tài liệu, phân tích các dữ liệu để xác định các vấn đề có liên quan đến đề tài luận án. Dưới sự hướng dẫn của Cán bộ hướng dẫn, NCS đã triển khai các công việc cụ thể để giải quyết các nhiệm vụ như: phân tích điều kiện làm việc của LHM xúc lật khi làm việc trong môi trường nông lâm nghiệp Việt Nam; xây dựng cơ sở lý thuyết để tiến hành mô phỏng các bài toán tương ứng các trạng thái làm việc của LHM; xây dựng các phương án thí nghiệm. Kết quả của khảo sát mô hình NCS đã báo cáo các chuyên đề vào quý II năm 2019. Để tổ chức thí nghiệm, NCS đã thiết kế, chế tạo, vận hành mô hình thí nghiệm và báo cáo kết quả thí nghiệm tại phòng Hội thảo, khoa Cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam vào quý IV năm 2018.
Khi có dữ liệu cụ thể về điều kiện làm việc của LHM, các thông số làm đầu vào cho mô hình lý thuyết, NCS đã tiến hành đối chiếu với mô hình mô phỏng. Các kết quả thí nghiệm ở các trạng thái tương ứng khi LHM làm việc thực tế từ đó làm cơ sở để kiểm tra và điều chỉnh mô hình, nghiên cứu hoàn thành luận án để báo cáo kết quả trước bộ môn chuyên môn.
Quý I năm 2021 nghiên cứu sinh đã tổ chức xemina cấp bộ môn để hoàn thiện luận án. Sau khi tiếp nhận nhiều ý kiến đóng góp quý báu của nhiều nhà khoa học ở các Trường Đại học và các Viện nghiên cứu, NCS tiếp tục hoàn thiện luận án để được bảo vệ ở cấp cao hơn.
3.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
kết hợp trên liên hợp máy kéo + xúc lật. LHM xúc lật gồm có 1 máy kéo Yanmar 3000 có HTTĐ cơ khí đã chuyển đổi thành HTTĐ thủy tĩnh kết hợp với hộp số cơ khí và bộ phận xúc lật Kubota. Hệ thống truyền động thủy lực của máy kéo được thiết kế, chế tạo mới và lắp đặt hoàn chỉnh.
Căn cứ vào các thông số đầu vào cho LHM xúc lật như tải trọng, độ bám, lực cản kéo...v.v, Luận án đã tính toán để xác định các thiết bị phù hợp cho HTTĐ của LHM và lắp ráp hoàn thiện LHM để phục vụ cho thí nghiệm.
3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Xuất phát từ các mục tiêu của đề tài luận án, nội dung nghiên cứu của luận án được thực hiện gồm các phần sau:
1) Nghiên cứu tổng quan đề xác định hướng nghiên cứu của luận án, đề xuất giải pháp công nghệ và lựa chọn mô hình HTTĐ của đối tượng nghiên cứu.
2) Trên cơ sở mô hình vật lý, mô hình toán của HTTĐ tiến hành xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền động thủy lực - cơ khí kết hợp LHM máy xúc lật. Khảo sát các phương án động lực học đặc trưng của máy kéo với HTTĐ thủy lực + cơ khí trên mô hình mô phỏng, nghiên cứu mô phỏng tính chất hoạt động và điều khiển của hệ thống truyền động thủy lực khi LHM làm việc.
3) Phân tích đánh giá ưu nhược điểm của HTTĐ mới, thiết kế, cải tiến hệ thống truyền động của đối tượng nghiên cứu. Chế tạo và lắp đặt HTTĐ cải tiến (hệ thống truyền động kết hợp thủy lực - cơ khí), tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên LHM xúc lật đã lắp đặt làm cơ sở cho việc đánh giá độ tin cậy của mô hình nghiên cứu lý thuyết cũng như đánh giá chung về kết quả sử dụng bộ truyền bán vô cấp với hệ thống truyền động thủy tĩnh kết hợp với hộp số cơ khí làm cơ sở cho việc thiết kế, cải tiến hoặc chế tạo máy kéo công suất trung bình ở Việt Nam.
4) Nghiên cứu khả năng sử dụng van tiết lưu để phanh LHM xúc lật và đề xuất chiến lược điều khiển tỷ số truyền vô cấp của hệ thống truyền động theo tải trọng kéo của máy kéo.
3.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.5.1. Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng
Mô hình hoá và mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu khoa học được ứng dụng rất rộng rãi: từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành các hệ thống. Ngày nay nhờ sự trợ giúp của máy tính có tốc độ tính toán cao và bộ nhớ lớn mà phương pháp mô hình hoá được phát triển mạnh mẽ, đưa lại hiệu quả to lớn trong
việc nghiên cứu khoa học và thực tiễn sản xuất. Mô hình hoá và mô phỏng được ứng dụng không những vào lĩnh vực khoa học công nghệ mà còn ứng dụng có hiệu quả vào nhiều lĩnh vực khác như quân sự, kinh tế và xã hội...vv. và có nhiều công trình nghiên cứu về những vấn đề cơ bản của mô hình hoá và mô phỏng cũng như ứng dụng kỹ thuật mô phỏng vào các lĩnh vực khác nhau. Mô hình hoá và mô phỏng là một công cụ mạnh của cán bộ nghiên cứu, cán bộ kỹ thuật để giải các bài toán quy hoạch, tối ưu hoá...vv. Phương pháp mô hình hoá và mô phỏng được dùng phổ biến trong các trường đại học, các viện nghiên cứu cũng như các cơ sở sản xuất và đã đưa lại hiệu quả to lớn.
Trong thực tế nghiên cứu, các hệ thống cần được phân tích theo các tính chất khác nhau. Để thực hiện được điều này cần sử dụng các hệ thống trợ giúp khác nhau nhằm mô tả đến mức cao nhất các quan hệ vật lí trong hệ thống thực.
Mô hình hóa và mô phỏng là kỹ thuật cho phép xây dựng mô hình toán của hệ thống và tiến hành khảo sát trên mô hình đó. Mô hình hóa và mô phỏng