Xác định được khả năng ổn định, kéo bám của máy kéo MK- CS làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo các máy cơng tác chăm sóc mía giữa hàng nhằm tăng năng suất, giảm chi phí lao động , ứng dụng vào các vùng trồng mía nguyên liệu tập trung. 2.4. Nội dung nghiên cứu .
a) Nghiên cứu lý thuyết
- Lựa chọn kết cấu của máy kéo MK-CS
- Xây dựng mơ hình xác định đặc tính kéo bám của máy kéo ;
- Xây dựng mơ hình xác định khả năng ổn định ngang của máy kéo ;
- Khảo sát một số điều khiện khác nhau ảnh hưởng tới đặc tính kéo và ổn định của máy kéo
b) Nghiên thực nghiệm
- Khảo nghiệm đặc tính kéo của máy kéo trên đường bê tông ;
- Khảo nghiệm một số chỉ tiêu của một số LHM chăm sóc trong điều kiện sản xuất.
2.5. Phương pháp nghiên cứu
2.5.1 Phương pháp xác định toạ độ trọng tâm của máy kéo
a) Toạ độ trọng tâm theo phương ngang.
Toạ độ trọng tâm theo phương ngang của máy kéo được xác định thông qua tải trọng của bánh trước G1 và bánh sau G2 của máy kéo khi nằm trên mặt phẳng nằm ngang.
Khoảng cách từ trọng tâm tới bánh trước được xác định bởi công thức:
2 1 2 1 G G LG l (2.1) b) Chiều cao của trọng tâm
Chiều cao trọng tâm của máy kéo được xác định thông qua sự phân bố lại tải trọng của các cầu khi máy kéo bị nghiêng so với trục nằm ngang. Thông thường Máy kéo được đặt nghiêng quay quanh trục nằm ngang đi qua tâm của bánh sau(quay theo trục của cầu sau) do dễ thực hiện. Trên hình 2.1 là sơ đồ tính tốn chiều cao trọng tâm của máy kéo
Hình 2.1. Sơ đồ tính tốn chiều cao trọng tâm máy kéo.
Gọi G1i là tải trọng của bánh trước khi máy kéo bị nghiêng một góc i G1i được tính theo cơng thức: ) cos( ). ( ) cos( . 0 2 1 0 l l R G Gli (2.2)
Từ các góc i và tỷ số phân bố trọng lượng lên cầu trước G1i/G đo được ta có thể xây dựng được hàm hồi quy theo công thức trên phụ thuộc vào biến từ đó xác định được R và góc 0 (là hệ số của phương trình). Chiều cao trọng tâm h của máy kéo được xác định theo công thức
h = Ra.cos(0)+Rk
2.5.2. Phương pháp xác định đặc tính kéo của máy kéo.
a) Xác định lực kéo.
- Lực kéo của máy kéo hiện nay chủ yếu được xác định nhờ các đầu đo lực theo nguyên lý ten-sơ. Tín hiệu lực làm thay đổ điện trở của các ten-sơ, từ đó biến đổi thành điện áp và nhờ khuếch đại ten-sơ được số hoá và chuyển số liệu vào máy tính.
- Gây tải về mặt nguyên tắc có thể thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau,
G 1 G 2 o l 1 l 2 R a
nhưng hiện nay thông dụng nhất là phương pháp gây tác bằng máy kéo có sức kéo lớn hơn. Việc thay đổi của lực kéo được thông qua tốc độ của máy kéo gây tải. Đề tài lực chọn phương pháp này để gây tải cho máy kéo.
b) Xác định độ trượt
Độ trượt của máy kéo có thể xác định theo nhiều cách khác nhau. Các công thức xác định độ trượt của máy kéo là [21]:
t t v v v (2.3) t t L L L (2.4) t t n n n (2.5)
Trong đó: vt, v là vận tốc lý thuyết và vận tốc thực tế của máy kéo; Lt, L - quãng đường lý thuyết và quãng đường thực tế của máy kéo;
nt, n - số vòng quay lý thuyết và số vòng quay thực tế của bánh chủ động máy kéo tương ứng với một quãng đường hay thưịi gian xác định;
Các cơng thức trên tương ứng với các phương pháp đo lường khác nhau. Cơng thức (2.3) có thể dùng để xác định độ trượt tức thời của máy kéo, ít được sử dụng cho khảo nghiệm máy kéo. Phương pháp xác định độ trượt thông qua quãng đường, thường được dùng cho những trường hợp khơng có các thiết bị đo lường hiện đại (chỉ cần có thước giây và đồng hồ bấm dây), hiện nay ít được sử dụng do năng suất đo lường thấp. Hiện nay độ trượt chủ yếu được xác định theo công thức 2.5, trong đó số vịng quay lý thuyết được lấy là trung bình cộng của 2 quá trình khi máy kéo chạy không tải và bị kéo.
Trên hình 2.2 thể hiện sơ đồ lắp đặt các thiết bị đo lường lực kéo và độ trượt của máy kéo
Hinh 2.2 Sơ đồ bố trí các sen sơ trong khảo nghiệm lực kéo.
1.Sen sơ đo số vòng quay bánh trước; 2. Sen sơ đo số vòng quay bánh sau; 3. Sen sơ đo số vòng quay bánh trước (đo quãng đường); 4. Ten sơ đo lực kéo.
Máy kéo khảo nghiệm được gây tải bằng máy kéo MTZ-50. Đầu đo ten-sơ 4 được lắp giữa 2 cáp kéo. Một đầu cáp kéo được bắt vào hệ thống nâng hạ của máy kéo khảo nghiệm đầu kia được bắt vào máy kéo gây tải. Cáp kéo phải được giữ song song với mặt đường.
Đầu đo số vòng quay 1 và 2 được lắp ở hai cầu của máy kéo gây tải đo số vòng quay thực tế của các cầu này. Thơng qua đầu đo số vịng quay 3 lắp trên bánh trước của máy kéo gây tải, để xác định số vòng quay lý thuyết của máy kéo.
1 G 1 G 1 2 4 3
Chương III.
NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT ĐẶC TÍNH KÉO, BÁM VÀ ỔN ĐỊNH CỦA MÁY KÉO MK-CS
3.1. Chọn đối tượng
3.1.1 Chọn kết cấu máy kéo cải tiến.
a) Các điều kiện làm việc của máy kéo.
Như đã nêu trong phần về quy trình chăm sóc giữa hàng mía, máy kéo và máy cơng tác phải có khả năng đi giữa 2 hàng mía. Với các ruộng mía hiện nay, bề rộng của luống mía thơng thường khơng vượt quá 1,2 m (đây là khoảng cách hàng mía được khuyến cáo). Do việc trồng mía bằng tay, nên nhiều khi khoảng cách hàng chỉ cịn 1,1 m, và với mía lưu gốc bề rộng thơng thống giữa 2 luống thường chỉ cịn khoảng 1 m. Với điều kiện như vậy bề rộng của máy kéo không thể vượt quá 0,8 m.
Đất trồng mía hiện nay chủ yếu là đất đồi, có độ chặt khá lớn. Do đó để đảm bảo được năng suất cần thiết máy kéo cần có cơng suất và lực kéo khá lớn.
Đất giữa hàng mía do q trình canh tác thường khơng bằng phẳng, đặc biệt là ở vụ đầu tiên, khi đất được cày xới và rạch rãnh, để lại gữa hai luống các sống trâu có mấp mơ rất lớn.
b) Các loại máy kéo sẵn có ở nước ta hiện nay.
* Máy kéo hai bánh 12-15 mã lực:
Máy kéo hai bánh 12- 15 mã lực có khoảng cách 2 vệt bánh nhỏ có thể điều chỉnh dưới 800 mm, chiều cao trọng tâm thấp (500 mm). Với kích thước như vậy, hiện nay có nơi đã sử dụng máy kéo hai bánh BS-12 để chăm sóc giữa hàng, nhưng đã bộc lộ nhiều nhược điểm đặc biệt là :
- Do điều kiện làm việc quá nặng nhọc, đường đi mấp mô nên máy thường đi lệch hướng phải cắt côn chuyển hướng thường xuyên.
- Vì khơng có hệ thống nâng hạ nên các máy công tác thường phải nhỏ nhẹ, không đáp ứng được với điều kiện đất đai.
- Với điều kiện nặng nhọc như đã nêu, người Việt Nam với cơ thể nhỏ bé không thể chịu đựng nổi nên nguồn động lực này hầu như không được ứng dụng vào thực tế chăm sóc mía.
* Máy kéo bốn bánh
Hiện nay cơng việc chăm sóc mía ở một số nơi đã được thực hiện bằng máy kéo 4 bánh cỡ lớn. Máy kéo di chuyển phía trên ngọn mía. Việc chăm sóc này được thực hiện khi cây mía cịn bé. Khi mía đã khoảng sáng gầm máy sẽ khơng cịn đủ cho thân mía và có thể làm hư hại cây mía.
Hiện nay chưa có một máy kéo 4 bánh cỡ nhỏ nào có bề rộng đủ nhỏ để có thể đi vào giữa 2 hàng mía. Qua khảo sát trên thực tế các máy kéo 4 bánh cỡ nhỏ như KUBOTA, ISEKI 14 mã lực bề rộng 2 mép bánh cũng đã lên tới 1,05 m. Máy kéo 4 bánh Bơng sen 17 mã lực có bề rơng 2 bánh trên 1,1 m.
Như vậy trên thi trường hiện chưa có một loại máy kéo nào có bề rộng thích hợp cho việc chăm sóc giữa hàng mía được trồng hiện nay ở nước ta.
Việc cải tiến máy kéo cho phù hợp với cơng việc chăm sóc có thể thực hiện theo 2 hướng sau:
- Cải tiến thu nhỏ bề rộng của máy kéo 4 bánh cỡ nhỏ hiện nay cho phù hợp; - Cải tiến máy kéo cỡ nhỏ 2 bánh thành máy kéo 4 bánh, có bổ sung thêm các cơ cấu nâng hạ thuỷ lực.
nghiệp cải tiến máy kéo 4 bánh bông sen 17 mã lực phù hợp với việc chăm sóc giữa hàng. Tuy nhiên trong q trình thiết kế tính tốn đã gặp những khó khăn khơng thể giải quyết được như sau:
- Các máy kéo 4 bánh có chiều cao trọng tâm thường khá lớn trên 700 mm, việc thu nhỏ khoảng cách 2 vệt bánh sẽ làm giảm tính ổn định ngang của máy.
- Khoảng cách 2 bánh sau của máy kéo về mặt nguyên tắc có thể thu nhỏ được khi thiết kế lại bộ phận truyền lực cuối cùng của hộp số. Tuy nhiên với 2 bánh trước, việc thu nhỏ khoảng cách bánh là khơng khả thi vì, khơng đủ khơng gian xoay cho bánh lái khi quay vòng. Bánh bị vướng phần động cơ máy kéo. Điều này chỉ có thể giải quyết bằng cách đưa 2 bánh lái lên phía trước, nhưng lúc đó chiều dài cơ sở của máy kéo quá lớn. Máy kéo khó di chuyển và bán kính quay vịng lớn.
c) Lựa chọn phương án cải tiến
Đề tài đã lựa chọn phương án 2 trên cơ sở học tập kết cấu của máy kéo vận chuyển công nông đầu dọc. Máy kéo vận chuyển cùng với moóc thực tế là một máy kéo gập thân. Phần thân sau chính là bộ phận rơ moóc. Việc lái gập 2 thân của máy vận chuyển này được thực hiện nhờ bộ phận bánh răng rải quạt. Vấn đề là cần phải thiết kế lại thân sau của máy kéo cho phù hợp. Với phương án này chúng ta có được những lợi thế sau:
- Bề rộng hai mép bánh của máy kéo nhỏ có thể điều chỉnh từ 700 tới 1200mm - Máy kéo lái bằng phương pháp gập thân có bán kính quay vịng bé, giảm được diện tích quay vịng đầu bờ.
- Các chi tiết của máy vận chuyển sẵn có và được chế tạo hoàn toàn ở trong nước. Tuy nhiên việc sử dụng máy kéo vận chuyển để cải tiến thành máy kéo chăm sóc có những hạn chế cần khắc phục như sau:
- Bánh chủ động của máy kéo là bánh trước. Điều này giảm khả năng bám của máy kéo.
- Máy kéo chưa có hệ thống trích cơng suất cho các máy công tác chủ động như phay, bạt gốc.
Qua những nhận xét trên đề tài đã đề xuất kết cấu máy kéo được mơ tả trên hình 3.1
Hình 3.1 Hình ảnh tổng thể của máy kéo chăm sóc.
Máy kéo có các bộ phận sau:
1. Hệ thống truyền động hai cầu 2. Hệ thống lái
3. Hệ thống nâng hạ; 4. Hệ thống thuỷ lực; 5. Hệ thống phanh.
Trong các hệ thống trên đề tài vẫn giữ nguyên hệ thống phanh của máy kéo bông sen (dùng cho vận chuyển). Với điều kiện làm việc trên đồng với tốc độ thấp hơn so với vận chuyển nên không cần thiết phải tính tốn lại hệ thống phanh của máy kéo 3.1.2 Hệ thống truyền động của máy kéo
Hộp số cầu trước là hộp số của máy kéo vận chuyển bông sen 12. Sơ đồ hộp số được miêu tả trên hình 3.2.
Hình 3.2. Cấu tạo hộp số máy kéo BS- 12.
Các số truyền của hộp số được thể hiện trên bảng 3.1.
Bảng 3.1. Tỷ số truyền của hộp số bông sen 12
TT Số truyền Giá trị 1 Số truyền 1 104,21 2 Số truyền 2 58,36 3 Số truyền 3 35,58 4 Số truyền 4 27,53 5 Số truyền 5 15,52 6 Số truyền 6 9,54
Hộp số có 6 số tiến và 2 số lùi. Các cơng việc cho chăm sóc thường được tiến hành ở số 3 với vận tốc lý thuyết là 4 km/h.
Hộp số cầu sau được truyền động từ mô tơ thuỷ lực thông qua các bộ truyền bánh răng và vi sai tới các bán trục. Trên hình.3.3 thể hiện sơ đồ truyện động của hộp số cầu sau .
Hình 3.3 Sơ đồ truyền động của cầu sau máy kéo.
Mô tơ thuỷ lực 3 được cung cấp dầu từ bơm thuỷ lực 1 lắp sau ly hợp làm quay bánh răng 4, thông qua 3 cặp bánh răng của hộp số sau truyền động tới vi sai và tới hai bán trục. 1 4 2 3 5
Do khơng có khả năng thay đổi tỷ số truyền trong quá trình làm việc, hộp số sau được thiết kế dành cho những cơng việc cần có lực kéo lớn. Như đã nêu ở trên cơng tác chăm sóc thường làm việc ở số truyền 3 nên đề tài đã chọn tỷ số tryền này cho việc thiết kế hộp số cầu sau
Để đảm bảo không phát sinh công suất ký sinh, tốc độ hai cầu phải xấp xỷ bằng nhau. Tỷ số tryền cầu sau được tính theo cơng thức:
v h m i i i 2 2 (3.1)
Ở đây im2 là tỷ số truyền của hệ thống cơ học;
v - Tổng tổn thất thể tích của hệ thống thuỷ lực (bơm + mơ tơ thuỷ lực)
ih là tỷ số truyền động lý thuyết của bơm và mô tơ thuỷ lực bằng tỷ số lưu lượng riêng giữa mô tơ và bơm.
Hiệu suất v phụ thuộc vào áp suất làm việc của bơm. Dựa trên đường đặc tính lý thuyết chúng tơi đã xác định được cơng thức tính tốn của tổng tổn thất thể tích như sau:
1 (0,035 0,15. ) n v P P (3.2)
Trong đó P là áp suất làm việc của hệ thống thuỷ lực; Pn – áp suất định mức của hệ thống thuỷ lực; Pn = 220.105 Pa.
Như vậy tỷ số truyền của hộp số cầu trước phải i1 phải lớn hơn im2ih ít nhất 3,5% Trong bảng 3.2 thể hiện các cặp truyền của cầu sau:
Cặp truyền động Số lượng bánh răng Giá trị Tỷ số truyền Cặp truyền puly-bơm zp1 23 1,24 zp2 31 Cặp truyền bánh răng 1 z1t1 26 1,27 z2t1 33 Cặp truyền bánh răng 2 z1t2 17 2,18 z2t2 37 Cặp truyền bánh răng 3 z1vs 18 2,167 z2vs 39 Cặp truyền bánh răng 4 z1c 15 3,267 z2c 49 Bơm-mô tơ
Lưu lượng riêng của mô tơ 80
1,33 Lưu lượng riêng của bơm 60
Tỷ sô truyền im2ih 33,67
Tỷ số truyền từ pu ly đến cầu trước là 35,58.
Tỷ số trượt giữa cầu trước và cầu sau là (35,58-33,67)/35,58 = 5,37% thoả mãn yêu cầu đề ra.
3.2. Khả năng kéo bám của máy kéo MK-CS
3.2.1 Tính tốn đường đặc tính kéo lý thuyết của máy kéo.
Để có thể đánh giá khả năng kéo bám của máy kéo trước khi chế tạo, cần phải xác định đặc tính kéo của máy kéo.
Các số liệu cần thiết để xây dựng đường đặc tính kéo là:
- Đường đặc tính ngồi của động cơ Me= f(nđc); Trong trường hợp khơng có số liệu thực nghiệm của tồn bộ đường đặc tính chúng ta có thể dự vào các điểm cơ bản của đường đặc tính là: Số vịng quay cực đại; Số vịng quay định mức tương ứng với cơng suất định mức; Số vịng quay tối thiểu và mơ men cực đại của động cơ.
- Tỉ số truyền của hộp số;
- Đặc tính bám của bánh xe và mặt đường phụ thuộc vào lực phát động tiếp tuyến