XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC MÁY KÉO BỐN BÁNH VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÔ CẤP PHÂN TẦNG
3.2.7. Kết nối mô hình mô phỏng và thử nghiệm mô hình
Tƣơng tự nhƣ các mô hình trên, việc kết nối tạo nên mô hình liên hợp máy hoàn chỉnh (hình 3.37) dựa vào điều kiện hoạt động và các mối quan hệ vật lý giữa các phần tử.
Hình 3.37. Mô hình mô phỏng động lực học LHM cày với máy kéo truyền lực vô cấp phân tầng
1- Động cơ; 2- Truyền động vô cấp; 3- Hộp số phân tầng; 4- Hệ thống di động; 5 – Điều khiển CVT; 6- Máy nông nghiệp; CB- Cảm biến.
Thông số để điều khiển tự động tỷ số truyền là tốc độ góc, mô men của CVT và tải trọng. Các thông số vào của mô hình là hàm ga, trọng lƣợng cầu chủ động của máy kéo và máy nông nghiệp đƣợc đặc trƣng bởi loại cày và loại đất. Thông số ra là các đại lƣợng đặc trƣng của truyền động vô cấp: tỷ số truyền và tốc độ góc, mô men của CVT.
3.2.6.1. Khảo sát thử nghiệm với hệ thống điều khiển tỷ số truyền bằng tay
Thử nghiệm phƣơng án điều khiển bằng tay nhằm đánh giá sự thay đổi tỷ
j 1 ωb MM Md MK s 1 ECU 1 Fl FZ s 1 m 1 r 1 δ(v,ω) µ iCVT Ψga FCX Loại cày Loại đất v f 2 3 4 MX 5 6 j 1 s 1 δd(ω) ωd ωM + - CB1 CB2 CB3 CB4
số truyền, tốc độ góc và mô men xoắn ở hai trục của CVT. Trong mô phỏng, mô- men cản đƣợc giữ không đổi, điều khiển điện áp dạng xung vào van đóng ngắt điện từ để cấp và xả dầu nhằm khi thay đổi tỷ số truyền của CVT, điểm làm việc của động cơ trên nhánh tự điều chỉnh của đặc tính ngoài.
Phƣơng án giảm tỷ số truyền (hình 3.38).
Hình 3.38. Xung điều khiển dƣơng (cấp dầu vào xi lanh- giảm tỷ số truyền )
1- Xung điều khiển; 2- Hành trình mở van đóng ngắt; 3- Tỷ số truyền CVT; 4- Tốc độ góc trục sơ cấp CVT; 5- Tốc độ góc trục thứ cấp CVT; 6- Mô men trục
sơ cấp CVT; 7- Mô men trục thứ cấp CVT;
Xung điều khiển mở 0,2 giây, do đặc tính của phần tử tác động nên hành trình mở và đóng của con trƣợt điều khiển van không tuyến tính, tỷ số truyền của CVT giảm từ 1,2 xuống 0,9, thời gian thay đổi tỷ số truyền hết 0,22 giây. Tải trọng đƣợc giữ không đổi, khi tỷ số truyền CVT giảm, điểm làm việc của động cơ tự điều chỉnh để cân bằng với mô men cản.
Mô men động cơ đƣợc điều chỉnh tăng nên tốc độ góc trục sơ cấp CVT giảm tƣơng ứng trên đƣờng đặc tính, mô men và tốc độ góc trục thứ cấp CVT thay đổi phù hợp với sự thay đổi của tỷ số truyền. Do quán tính thời gian tự điều chỉnh của động cơ hết 0,5 giây nên mô men động cơ không phản ứng kịp thời với sự thay đổi của tải trọng.
6 1 3 2 4 5 7
Phƣơng án tăng tỷ số truyền (hình 3.39).
Hình 3.39. Xung điều khiển âm (xả dầu – tăng tỷ số truyền )
1- Xung điều khiển; 2- Hành trình mở van đóng ngắt; 3- Tỷ số truyền CVT; 4- Tốc độ góc trục sơ cấp CVT; 5- Tốc độ góc trục thứ cấp CVT; 6- Mô men trục sơ
cấp CVT; 7- Mô men trục thứ cấp CVT;
Xung điều khiển mở 0,2 giây, dƣới tác dụng của lực lò xo piston chuyển động trả về, tỷ số truyền của CVT tăng từ 0.98 lên 1,2 hết 0,22 giây. Mô men, tốc độ góc trục sơ cấp và thứ cấp CVT thay đổi tƣơng ứng với sự thay đổi của tỷ số truyền CVT.
Cùng thời gian cấp dầu và xả dầu (0,2 giây) dải thay đổi tỷ số truyền của CVT là không nhƣ nhau do sử dụng xi lanh tác động một chiều. Để dải thay đổi tỷ số truyền nhƣ nhau thì thời gian xả dầu cần lớn hơn thời gian cấp dầu.
3.2.6.2. Khảo sát thử nghiệm với hệ thống tự động điều khiển tỷ số truyền
Mô hình máy kéo truyền lực vô cấp phân tầng đƣợc thử nghiệm để đánh giá phản ứng của hệ thống khi thay đổi tải trọng, có nghĩa là quá trình thay đổi tỷ số truyền, tốc độ góc và mô men của CVT trong các trƣờng hợp tăng, giảm tải trọng. Việc bố trí cảm biến tải trọng trên máy nông nghiệp (MNN) hoặc cầu sau máy kéo rất khó thực hiện trong khi thử nghiệm đối chứng, do đó có thể chọn vị trí lắp cảm biến tại trục thứ cấp của CVT. Biến động tải trọng tại trục thứ cấp của
1 3 2 5 4 6 7
CVT có thể phản ánh đầy đủ sự thay đổi tải trọng tại MNN.
Thay đổi tải trọng dạng bậc: Mục đích khảo sát nhằm đánh giá phản ứng của hệ thống khi kích thích ngoài thay đổi dạng bậc, thực chất là đánh giá quá trình chuyển tiếp xẩy ra trong các phần tử, nghĩa là xem xét thời gian thay đổi tỷ số truyền từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác. Trong khảo sát thực hiện hai phƣơng án tăng và giảm tải trọng (hình 3.40 và 3.41).
Hình 3.40. Kết quả khảo sát tăng tải trọng dạng bậc
1- Mô men cản; 2- Mô men kéo; 3- Tỷ số truyền CVT; 4- Tốc độ góc trục sơ cấp CVT; 5- Tốc độ góc trục thứ cấp CVT; 6- Mô men trục sơ cấp CVT; 7- Mô men
trục thứ cấp CVT; 8- Độ trượt đai.
Khi tăng tải trọng từ 1520 lên 2120Nm, hệ thống điều khiển tác động điều chỉnh tỷ số truyền CVT từ 1 lên 1,4 hết 0,32 giây. Trong khoảng thời gian thay đổi tỷ số truyền, do tác động của máy điều chỉnh mô men động cơ tăng, tốc độ giảm đáp ứng sự thay đổi của tải, độ trƣợt của đai cũng thay đổi do mô men truyền thay đổi. Kết thúc quá trình điều khiển tỷ số truyền nhƣng do quán tính khi động cơ trở về vị trí điểm làm việc khi chƣa thay đổi tải hết 0,5 giây.
1 2 3 4 5 7 6 8
Hình 3.41. Kết quả khảo sát giảm tải trọng dạng bậc
1- Mô men cản; 2- Mô men kéo; 3- Tỷ số truyền CVT; 4- Tốc độ góc trục sơ cấp CVT; 5- Tốc độ góc trục thứ cấp CVT; 6- Mô men trục sơ cấp CVT; 7- Mô men
trục thứ cấp CVT; 8- Độ trượt đai.
Tƣơng tự, khi giảm tải từ 1520 xuống 920Nm, tỷ số truyền đƣợc điều khiển từ 1,0 xuống 0.6 hết 0,37 giây, sự thay đổi các thông số trong hệ thống đúng với quy luật. Nhƣ vậy cùng một khoảng thay đổi của tỷ số truyền (0,4) nhƣng quá trình điều khiển giảm tỷ số truyền có thời giam lớn hơn điều khiển tăng tỷ số truyền là 0,02 giây.
Thay đổi tải trọng dạng điều hòa: Tần số mà hệ thống có thể đáp ứng đƣợc là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá khả năng và chất lƣợng điều khiển. Mục đích của phƣơng án khảo sát nhằm tìm ra giới hạn tần số mà hệ thống điều khiển có thể đáp ứng, trên cơ sở đó so sánh với tần số biến động thực tế của tải (lực cản cày chảo và cày trụ) để đƣa ra kết luận khả năng đáp ứng về tần số điều khiển của hệ thống .
Với mục đích trên, phần này tiến hành khảo sát với kích thích ngoài thay đổi điều hòa dạng Mc=Mctb+Asin(ωt). Trong mỗi phƣơng án khảo sát, biên độ của dao động (độ lớn tải trọng) đƣợc giữ cố định và thay đổi tần số dao động kích thích (hình 3.42, 3.43 và 3.44). 1 2 3 5 4 4 6 4 7 4 8 4
Hình 3.42. Kết quả khảo sát thay đổi tải trọng dạng điều hòa (ω=1rad/s)
Hình 3.44. Kết quả khảo sát thay đổi tải trọng dạng điều hòa (ω=8 rad/s)
Từ các kết quả khảo sát thấy rằng: khi tần số kích thích < 8 (rad/s), hệ thống điều khiển đáp ứng tốt nhất, sự thay đổi tỷ số truyền theo kịp sự thay đổi tải, mô men động cơ biến động nhỏ. Khi tần số kích thích 8 ≥ (rad/s), quá trình điều khiển tỷ số truyền không theo kịp sự thay đổi tải do đó động cơ phải tự điều chỉnh nên mô men động cơ dao động với biên độ lớn hơn.
Kết luận chƣơng 3
Trên cơ sở phân tích tính chất cấu trúc, hoạt động, tính chất động học và động lực học của các phần tử máy kéo truyền lực vô cấp phân tầng, mô hình mô phỏng đã mô tả tính chất hoạt động, mối quan hệ qua lại giữa các phần tử trong hệ thống.
+ Động cơ đƣợc thể hiện qua trƣờng đặc tính với thông số vào là hàm ga và thông số ra là tốc độ và mô men động cơ.
+ Phần tử đai biến tốc và hệ thống điều khiển đƣợc mô phỏng và khảo sát các phƣơng án điều khiển tỷ số truyền bằng hệ thống thủy lực sử dụng van tùy động và van đóng ngắt điện từ 3/3.
+ Phần tử di động trong quá trình đƣợc mô phỏng sự tác động qua lại giữa bánh xe và đất, các tính chất về độ bám, độ trƣợt của bánh xe khi thực hiện canh tác đƣợc thể hiện.
+ Đã phân tích và lựa chọn cày là máy nông nghiệp đi kèm trong mô hình mô phỏng thể hiện bằng lực kéo ngẫu nhiên ở móc kéo theo thời gian.
Mô hình đƣợc mô phỏng bằng phần mền Matlab-simulink và tiến hành khảo sát, đánh giá tính chất truyền động và điều khiển thông qua các dạng kích thích đặc trƣng: hàm bậc và hàm điều hòa. Từ kết quả khảo sát cho thấy phƣơng án sử dụng hệ thống thủy lực với van đóng ngắt 3/3 để điều khiển tỷ số truyền CVT cho máy kéo cỡ nhỏ là phƣơng án khả thi.
Chƣơng 4