TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tổng quan về công nghệ và thiết bị để tạo hố trồng cây
1.1.1 Công nghệ và thiết bị tạo hố trồng cây trên thế giới
Để cơ giới hoá quá trình làm đất trồng rừng, cần xem xét các yêu cầu kỹ thuật về đất và điều kiện kinh tế cụ thể Đất trồng rừng phải tơi xốp, có khả năng giữ nước, bảo vệ đất, chống xói mòn và duy trì độ phì nhiêu Do đó, việc làm đất và đào hố trồng cây cần tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật chặt chẽ, phụ thuộc vào từng loại đất, địa hình và loại cây khác nhau.
Việc tạo đào hố trồng cây hiện nay rất đa dạng với nhiều loại máy đào hố có kích cỡ khác nhau Hầu hết các máy này hoạt động theo nguyên tắc máy khoan hố, trong đó chuyển động quay tròn của mũi khoan được dẫn động từ trục động cơ đốt trong hoặc trục thu công suất của máy kéo qua các bộ phận truyền lực Chuyển động lên xuống của mũi khoan được thực hiện nhờ hệ thống thuỷ lực của máy kéo hoặc nhờ lực của người điều khiển kết hợp với trọng lượng của máy khoan.
Nhật Bản, Mỹ, Úc và nhiều quốc gia khác đã áp dụng phổ biến máy khoan hố trồng cây cầm tay cùng với máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo để nâng cao hiệu quả trong công tác trồng cây.
Gần đây, các nước phát triển như Nhật Bản, Mỹ, Đức và Thụy Điển đã cho ra mắt nhiều loại máy khoan hố cầm tay gọn nhẹ, tuy nhiên giá thành của chúng khá cao Ngoài ra, công suất của những máy này còn hạn chế, không đủ sức khoan hố với kích thước yêu cầu, khiến người sử dụng nhanh chóng cảm thấy mệt mỏi do phải mang máy trên tay.
Máy khoan hố một người điều khiển được sử dụng phổ biến ở nhiều quốc gia như Đức, Nga, Tiệp và Canada để đào hố trồng cây hoặc phục vụ các công việc khác.
Máy cuốc hố trồng cây lắp sau máy kéo đã được phát minh tại Nga, hoạt động dựa trên nguyên lý cơ cấu cam kết hợp với lò xo để tạo ra hố, nhưng chưa được sản xuất hàng loạt và áp dụng rộng rãi Nhiều quốc gia phát triển đã chế tạo máy khoan hố trồng cây gắn sau máy kéo bánh hơi, với hai chuyển động chính: chuyển động quay và chuyển động lên xuống của mũi khoan Chuyển động quay được dẫn động từ trục thu công suất của máy kéo thông qua truyền lực các đăng và hộp giảm tốc, trong khi chuyển động lên xuống của lưỡi khoan được thực hiện nhờ hệ thống treo phía sau máy kéo với dẫn động thủy lực.
Công việc đào hố không chỉ phục vụ cho việc trồng cây mà còn hỗ trợ nhiều hoạt động khác, như đào hố để đưa phân bón vào rễ cây, giúp tăng hiệu quả phân bón lên 200% so với bón trên mặt đất Ngoài ra, khoan hố để chôn cọc cho nhà tạm hoặc nhà du lịch trong các trang trại nông - lâm nghiệp cũng rất phổ biến Thường sử dụng lưỡi khoan xoắn hoặc lưỡi khoan cánh nâng, hố được khoan sâu từ 50 cm đến 100 cm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chôn cọc Việc khoan hố còn được áp dụng trong thăm dò nền đất xây dựng đường lâm nghiệp Đối với việc trồng cây ở công viên hay bờ đường, người ta sử dụng mũi khoan xoắn ốc hoặc mũi khoan dạng thìa với đường kính từ 40 cm đến 100 cm, độ sâu từ 50 cm đến 120 cm, thường kết hợp với đào thủ công Đối với cây lâm nghiệp, thường sử dụng lưỡi khoan dạng khung lắp trên máy khoan hai người khiêng, đặc biệt trong các địa hình phức tạp Công việc đào hố bằng thủ công cũng được áp dụng ở những địa hình khó khăn.
Hình 1.3 Máy khoan hố hai người khiêng
Mũi khoan là bộ phận chính của máy khoan hố, với hơn 10 loại lưỡi khoan hiện có, mỗi loại phù hợp với từng loại đất khác nhau Hình 1.4 giới thiệu một số loại lưỡi khoan thông dụng.
Hình 1.4: Một số loại lưỡi khoan hố trồng cây thông dụng a,b: lưỡi khoan hình xoắn ốc; c: lưỡi khoan dạng khung
1.1.2 Công nghệ và thiết bị tạo hố trồng cây ở Việt Nam Ở nước ta hiện nay việc đào hố trồng cây chủ yếu bằng công cụ thủ công, người lao động phải làm việc trong điều kiện cực kỳ nặng nhọc, năng suất lao động thấp Vì vậy việc áp dụng cơ giới hoá vào sản xuất lâm nghiệp, tạo ra và sử dụng các loại đào hố trồng cây là việc làm hết sức cần thiết Để đào hố bằng thủ công người ta dùng cuốc, thuổng, mai,… Đất sau khi thu dọn, làm sạch thực bì, san ủi,… người công nhân dùng cuốc, thuổng, mai đào hố, tạo thành hố để trồng cây Đất rừng nước ta có nhiều nơi có địa hình chia cắt, hiểm trở, độ dốc lớn Tuy nhiên, ở nhiều nơi đất trống đồi trọc lại phân bố trên địa hình thoải với diện tích đất lớn (như ở Tây Nguyên, Tây Bắc, và nhiều nơi ở các tỉnh Trung du miền núi phía Bắc,…); ở đây hoàn toàn có thể áp dụng những công cụ cơ giới hoá cho việc đào hố trồng cây Việc tận dụng những nguồn động cơ giới hoá các khâu sản xuất lâm nghiệp trước hết khâu đào hố trồng cây là hướng đi thích hợp
Trong giai đoạn từ những năm 1960 đến 1980, Việt Nam đã nhập khẩu nhiều máy khoan hố trồng cây cầm tay hai người khiêng, nổi bật là loại ES - 35B do Đức sản xuất Máy khoan này hoạt động với mô men quay được truyền từ trục động cơ qua côn ly tâm, bộ truyền bánh răng nón, khớp nối trục, và hộp giảm tốc đến mũi khoan Hành trình lên xuống của mũi khoan phụ thuộc vào lực ấn của người điều khiển kết hợp với trọng lượng của máy.
Từ năm 1960 đến 1970, máy khoan đã được sử dụng rộng rãi để đào hố trồng cây, nhưng gặp nhiều nhược điểm như trọng lượng nặng và rung động khi khoan, khiến người điều khiển cảm thấy mệt mỏi Lưỡi khoan không phù hợp với đặc điểm đất Việt Nam, dẫn đến lực ấn lớn và hố khoan bị miết, ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng Bên cạnh đó, việc khởi động máy khó khăn và một số bộ phận dễ hư hỏng mà không có phụ tùng thay thế Do đó, loại máy này hiện nay hầu như không còn được sử dụng tại Việt Nam.
Hình 1.5: Máy khoan hố ES – 35B
Vào năm 1970, theo chương trình hợp tác với Thụy Điển, Việt Nam đã nhập khẩu một số công cụ bán cơ giới để tạo hố trồng cây Công cụ này hoạt động hoàn toàn dựa trên cơ khí, với cách thức mà người công nhân dùng chân để ấn hai má ghép vào đất từ 15cm đến 20cm, sau đó xoay chốt để tách hai má ghép, ép chặt đất sang hai bên và hình thành hố trồng cây Tuy nhiên, loại máy này chỉ được sử dụng hạn chế ở những khu vực có đất tơi xốp và khi trồng cây có bầu nhỏ.
Sau khi thống nhất đất nước năm 1976, nhiều lâm, nông trường ở miền Nam đã áp dụng thiết bị khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo, đạt hiệu quả cao Tại Tây Nguyên, máy khoan hố trồng cây được sử dụng với máy kéo bánh hơi như MTZ - 50 và UTB để đào hố trồng cao su và cà phê Những máy kéo này có công suất lớn, trong khi máy khoan chỉ cần một phần nhỏ công suất của máy kéo Để tăng cường cơ giới hóa trong làm đất lâm nghiệp và đáp ứng nhu cầu đào hố trồng cây, nhiều tác giả đã nghiên cứu và cải tiến các loại máy khoan hố và lưỡi khoan.
Từ những năm 1970 khoa Cơ giới trồng rừng (nay thuộc Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam) đã nghiên cứu cải tiến máy khoan hố trồng cây
Nghiên cứu cải tiến hộp khởi động máy khoan hố trồng cây ES - 35B đã mang lại kết quả tích cực, giúp máy dễ khởi động hơn Các cải tiến bao gồm lưỡi khoan dạng xoắn ốc nhằm giảm trọng lượng nhưng vẫn đảm bảo chất lượng khoan Bên cạnh đó, ống xả và lưỡi khoan ruột gà cũng được cải tiến, cùng với lưỡi khoan dạng khung, giúp thiết bị phù hợp hơn với điều kiện Việt Nam.
Năm 1998, nhóm sinh viên K41 tại trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của tải trọng ấn khi khoan và độ cứng của đất tới mômen cản của đầu trục máy khoan Đến năm 2002, thạc sỹ Hoàng Hữu Đao đã thực hiện đề tài nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số hình học của lưỡi khoan đến tiêu hao công suất và độ nén chặt của thành hố, xác định được một số thông số tối ưu của lưỡi khoan dạng khung Nghiên cứu đã xây dựng mô hình hồi quy thực nghiệm để xác định ảnh hưởng của các thông số cấu tạo chính như góc sau, góc mài và độ tù của lưỡi khoan tới mômen cản và tiêu hao công suất khi khoan hố trồng cây, cũng như độ nén chặt đất trên thành hố khoan.
Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông
Vào năm 2005, nhằm phát triển công cụ cơ giới hóa cho việc đào hố trồng cây, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đã chủ trì một đề tài cấp bộ, tập trung vào việc nâng cao năng suất lao động và giảm bớt sức lao động thủ công Đề tài đã thành công trong việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị chuyên dụng, trong đó nổi bật là máy khoan hố trồng cây với hệ thống dẫn động cơ khí, được lắp đặt trên máy kéo Bông Sen – 8.
Hình 1.6: Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí
Máy kéo Bông Sen – 8 gồm hai phần chính là động cơ và hệ thống truyền lực Động cơ của máy kéo là động cơ Diezel R180 có số vòng quay
Động cơ hoạt động với tốc độ 2400 vòng/phút và công suất đạt 8 mã lực Hệ thống truyền lực bao gồm bộ truyền dây đai, côn ma sát, hộp số, ly hợp vấu chuyển hướng và cặp bánh chủ động Động cơ được gắn trên khung, với khung được lắp cứng vào hộp số của máy kéo.
Máy kéo cỡ nhỏ chủ yếu được sử dụng trong nông nghiệp và chưa được áp dụng rộng rãi trong sản xuất lâm nghiệp do thiếu thiết bị chuyên dụng Để tận dụng máy kéo này cho lâm nghiệp và trang trại, cần nghiên cứu và chế tạo các thiết bị phù hợp Máy kéo Bông Sen – 8 đã được lựa chọn làm nguồn động lực cho máy khoan hố trồng cây trong một đề tài cấp bộ.
Máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông Sen - 8 được cấu thành từ nhiều bộ phận quan trọng như cụm puly vấu, bộ truyền đai, hộp giảm tốc bánh răng côn, và mũi khoan Cụm puly vấu có thiết kế đặc biệt cho phép truyền mômen xoắn mà không chịu lực ngang Quá trình truyền động cho mũi khoan diễn ra từ trục thu công suất của máy kéo, qua cụm puly vấu, bộ truyền đai, và cặp bánh răng côn của hộp giảm tốc, trước khi đến trục mũi khoan Hộp giảm tốc bánh răng côn có nhiệm vụ chuyển đổi mômen xoắn từ trục nằm ngang sang trục thẳng đứng, đồng thời tăng mômen quay, giúp máy hoạt động hiệu quả trong việc khoan hố trồng cây.
Các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, mô phỏng máy
Hiện nay, nhu cầu mô hình hóa trên máy tính các kết cấu và chi tiết cơ khí ngày càng tăng trong sản xuất, đào tạo và nghiên cứu khoa học Nhiều phần mềm nổi tiếng đã được phát triển để đáp ứng nhu cầu này, mỗi phần mềm đều có những ưu điểm và hạn chế riêng Do đó, nhà thiết kế cần hiểu rõ và vận dụng các ưu điểm của phần mềm vào công việc của mình để đạt hiệu quả cao nhất.
Phần mềm AutoCAD là một trong những ứng dụng CAD phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xây dựng, cơ khí, kiến trúc, điện và bản đồ AutoCAD đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ kỹ thuật cho kỹ sư, kiến trúc sư, kỹ thuật viên và họa viên trong quá trình hoàn thiện các bản vẽ kỹ thuật và sản phẩm thiết kế.
Phần mềm AutoCAD cho phép người dùng thiết kế các bản vẽ 2D và mô hình 3D với độ chính xác cao Với năng suất vượt trội nhờ vào các lệnh sao chép, việc thực hiện bản vẽ trở nên nhanh chóng và hiệu quả Ngoài ra, AutoCAD còn hỗ trợ dễ dàng trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.
AutoCAD là phần mềm thiết kế máy tính cá nhân nổi bật với độ chính xác cao và khả năng lưu trữ dữ liệu chính xác Phần mềm này cho phép người dùng dễ dàng trao đổi dữ liệu bản vẽ với đồng nghiệp và khách hàng AutoCAD tương thích với nhiều phần cứng và phần mềm phổ biến, đồng thời phát triển song song với sự tiến bộ nhanh chóng của ngành công nghệ thông tin.
Phần mềm Autodesk Inventor nổi bật với những tính năng mạnh mẽ trong lĩnh vực CAD, từ khả năng mô hình hóa 3D cho đến việc tạo ra các bản vẽ kỹ thuật chính xác.
Autodesk Inventor là hệ thống thiết kế cơ khí 3D tiên tiến, sử dụng công nghệ thích nghi và khả năng mô hình hóa khối rắn Phần mềm này cung cấp đầy đủ công cụ cần thiết cho các dự án thiết kế, từ việc tạo phác thảo ban đầu đến việc hoàn thiện các bản vẽ kỹ thuật.
Phần mềm Autodesk Inventor cung cấp các công cụ mạnh mẽ cho việc tạo mô hình 3D, quản lý thông tin và hỗ trợ làm việc nhóm Người dùng có thể dễ dàng tạo ra các mô hình 3D và bản vẽ 2D, thiết kế các chi tiết và bản vẽ lắp ghép, cũng như quản lý hàng ngàn chi tiết trong các mô hình phức tạp Autodesk Inventor cho phép tích hợp các ứng dụng bên thứ ba thông qua giao diện API và sử dụng VBA để truy cập API của phần mềm Ngoài ra, người dùng có thể nhập các tệp SAT, STEP, AutoCAD và Autodesk Mechanical Desktop vào Autodesk Inventor và xuất các tệp này sang AutoCAD hoặc Autodesk Mechanical.
Desktop và file IGES hỗ trợ làm việc nhóm hiệu quả giữa các thành viên thiết kế trong quá trình xây dựng mô hình Người dùng có thể liên kết với các công cụ web để truy cập tài nguyên công nghiệp và chia sẻ dữ liệu với đồng nghiệp Autodesk Inventor là phần mềm mô hình hóa khối rắn, cho phép các nhà thiết kế tạo ra các mô hình cơ khí 3D chính xác và linh hoạt.
Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) là phần mềm chuyên dụng cho mô phỏng động lực học của các hệ cơ nhiều vật thể, được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực động lực học xe máy, va chạm, robot và công nghệ vũ trụ Phần mềm này giúp người dùng giải quyết các vấn đề nghiên cứu mà không cần hiểu sâu về thuật toán bên trong Adams cho phép nhập mô hình hình học từ hầu hết các phần mềm CAD, giúp tiết kiệm thời gian cho việc xây dựng mô hình phức tạp, thường được thiết kế trên các phần mềm chuyên dụng như Catia hay ProEngineer Sau khi xuất mô hình ra các định dạng như Prasolid, igbs, step hoặc dxf/dwg, người dùng có thể nhập vào Adams để tiếp tục quá trình mô phỏng Với thư viện phong phú về các khớp nối và ràng buộc, Adams hỗ trợ người dùng tạo ra các khớp nối động học cho hệ cơ Khi mô hình hoàn tất, Adams sẽ kiểm tra và thực hiện mô phỏng bằng cách giải các phương trình động lực học.
Ansys là phần mềm phân tích phần tử hữu hạn hàng đầu, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật như kết cấu, nhiệt, điện từ, và tương tác giữa các trường vật lý Phần mềm này tương thích với các công cụ thiết kế phổ biến như Autocad và Solidworks, giúp người dùng tận dụng tối đa tính năng của chúng Ansys cho phép nhập dữ liệu từ file, xuất kết quả ra nhiều định dạng khác nhau và lập trình bằng ngôn ngữ Script để tăng tính linh hoạt trong mô hình hóa Ngoài ra, Ansys hỗ trợ xử lý song song trên nhiều máy tính, giúp tăng tốc độ tính toán cho các bài toán phức tạp Ansys – Multiphysics là phiên bản tổng quát nhất, bao gồm tất cả các khả năng của Ansys và đáp ứng nhu cầu đa dạng trong kỹ thuật.
Phần mềm Solidworks là một trong những công cụ tự động hóa thiết kế 3D hàng đầu thế giới, cho phép người dùng tạo ra các mô hình 3D cho chi tiết và lắp ghép thành sản phẩm hoàn chỉnh Nó không chỉ hỗ trợ kiểm tra động học và cung cấp thông tin vật liệu mà còn có tính mở và tương thích cao, cho phép tích hợp với nhiều phần mềm nổi tiếng khác Solidworks xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn, giúp người dùng khai thác mô hình trong các phần mềm phân tích như ANSYS và MSC để kiểm tra ứng suất, biến dạng, nhiệt độ và tần số dao động Ngoài ra, các phần mềm như COSMOS và ADAMS có thể kiểm tra thông số động học, trong khi Z-Casting và Pro-Casting mô phỏng quá trình đúc sản phẩm, thể hiện tư duy thiết kế và công nghệ lập trình tiên tiến.
Solidworks là công cụ mạnh mẽ cho thiết kế 3D, cho phép kỹ sư thể hiện ý tưởng sáng tạo một cách trực quan Phần mềm giúp chuyển đổi nhanh chóng từ mô hình 3D sang bản vẽ kỹ thuật 2D, đồng thời hỗ trợ thiết kế khuôn và tạo mẫu trong lĩnh vực đúc Với Solidworks, việc thiết kế trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Sau khi hoàn thành mô hình 3D và gán vật liệu cho các khối lượng, bước tiếp theo là lắp ghép chúng theo đúng thiết kế Trong Solidworks, quá trình lắp ghép các chi tiết trở nên dễ dàng nhờ vào lệnh Mate, cho phép người dùng áp dụng các ràng buộc như song song, vuông góc, tiếp xúc, đồng tâm, khoảng cách, góc và trùng hợp.
Việc đào hố trồng cây hiện nay được thực hiện bằng nhiều công nghệ và thiết bị khác nhau trên thế giới, với nhiều loại máy đào hố có kích thước và năng suất cao Tuy nhiên, tại Việt Nam, phương pháp chủ yếu vẫn là thủ công, dẫn đến việc người lao động phải làm việc trong điều kiện vất vả và năng suất lao động thấp.
Nhiều nghiên cứu về máy khoan hố trồng cây đã được thực hiện, chủ yếu ở các nước công nghiệp phát triển Tại Việt Nam, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đã thiết kế và chế tạo thành công máy khoan hố trồng cây gắn trên máy kéo Bông Sen – 8 vào năm 2005 Tuy nhiên, để sản xuất hàng loạt và ứng dụng rộng rãi, cần hoàn thiện thiết kế, chuyển giao công nghệ và đề ra các chế độ làm việc hợp lý Bản thiết kế hiện tại chỉ có các bản vẽ 2D, trong khi máy có cấu tạo phức tạp, đòi hỏi hướng dẫn kỹ thuật chi tiết trong gia công và lắp ráp Việc chỉ dựa vào bản vẽ 2D và mẫu máy sẽ gây khó khăn trong việc chuyển giao và áp dụng vào sản xuất Sự cần thiết của việc sử dụng phần mềm mô phỏng 3D như Solidworks và Cosmos Motion để tối ưu hóa thiết kế và mô phỏng hoạt động của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông Sen - 8 là rõ ràng, từ đó tôi tiến hành đề tài luận văn này.
Trong đề tài này, tôi sử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Bông Sen – 8
MỤC TIÊU ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NỘI DUNG
Mục tiêu
Mô hình 3D và mô phỏng máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông sen - 8 được xây dựng nhằm hỗ trợ chỉ đạo gia công chế tạo và chuyển giao công nghệ Đồng thời, việc phân tích ứng suất và biến dạng của các chi tiết quan trọng giúp hoàn thiện kết cấu của máy khoan hố trồng cây.
Đối tượng nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu máy khoan hố trồng cây dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông sen - 8 được thực hiện bởi PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng các cán bộ khoa Công nghiệp và phát triển nông thôn - Trường Đại học Lâm nghiệp Mục tiêu của đề tài là thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị chuyên dùng nhằm đào hố trồng cây và phát thực bì phục vụ cho việc trồng và chăm sóc rừng Máy khoan hố trồng cây đã được thiết kế thành công để hoạt động hiệu quả trên địa hình thoải, đáp ứng nhu cầu trong công tác lâm nghiệp.
Hình 2.1: Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí
Mũi khoan 8 được kết nối với trục then hoa 7 thông qua ống nối, trong khi trục then hoa 7 chạy trong trục bị động của hộp giảm tốc bánh răng côn Trục này có thiết kế rỗng với then hoa bên trong, cho phép mũi khoan được nâng lên hoặc hạ xuống theo phương thẳng đứng Hộp giảm tốc bánh răng côn 6 được lắp trên khung 12, khung này được gắn chắc chắn vào thân máy kéo bằng các bulông.
Truyền động cho mũi khoan được thực hiện từ trục thu công suất của máy kéo, qua cụm puly vấu, bộ truyền đai, và cặp bánh răng côn trong hộp giảm tốc, trước khi đến trục mũi khoan qua ống nối.
Cụm puly vấu được thiết kế đặc biệt để đầu trục thu công suất chỉ truyền momen xoắn mà không chịu lực ngang Cấu tạo của cụm này được minh họa trong hình 2.2.
Mômen quay được truyền từ trục thu công suất của máy kéo qua ly hợp vấu, bộ truyền đai 4-5 và hộp giảm tốc bánh răng côn, làm quay trục then hoa và trục mũi khoan Hành trình đi lên và xuống của trục mũi khoan được thực hiện bằng tay thông qua đòn 10, nối khớp với thân máy kéo và có tay cầm 11 để nâng hạ Khi nâng hoặc hạ, chốt trên trục then hoa lắp mũi khoan chạy trong rãnh dài 9 của tay đòn Để giữ cho trục và mũi khoan không hạ xuống khi nâng đến vị trí cao nhất, cơ cấu hãm dạng treo được bố trí ở thanh ngang càng lái Để điều khiển máy dễ dàng khi di chuyển giữa các vị trí khoan, máy kéo được trang bị bánh tựa lăn 13 ở phía trước, lắp trên khung 14.
Phạm vi nghiên cứu
Ứng dụng Solidworks cho phép xây dựng mô hình 3D chi tiết và toàn bộ hệ thống máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông Sen – 8 Bên cạnh đó, Cosmos Motion được sử dụng để mô phỏng động học của máy khoan hố trồng cây, trong khi ứng dụng Cosmos giúp khảo sát ứng suất và biến dạng của một số chi tiết trong máy khoan.
Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan được thực hiện thông qua việc thu thập thông tin từ Internet, đọc và sưu tập các tài liệu, tạp chí chuyên ngành, cũng như các đề tài luận văn tốt nghiệp cao học và luận án tiến sĩ của các khóa trước.
Mô hình 3D của các chi tiết và toàn bộ máy khoan hố trồng cây được xây dựng bằng phần mềm Solidworks, đồng thời thực hiện mô phỏng động của máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Bông Sen – 8 thông qua Cosmos Motion.
Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn với Cosmos trong Solidworks giúp khảo sát ứng suất và biến dạng của các chi tiết quan trọng trong máy khoan hố trồng cây Phương pháp này cho phép đánh giá hiệu quả và độ bền của thiết kế, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Thực nghiệm xác định mômen xoắn trên trục mũi khoan được thực hiện bằng cách đo các đại lượng không điện bằng điện Phương pháp sử dụng tenzô điện trở để đo mômen, kết hợp với bộ thu phát không dây MST 600 và thiết bị Spider 8, được kết nối với máy tính điều khiển thông qua phần mềm Catman.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY VỚI DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ LẮP TRÊN MÁY KÉO BÔNG SEN 8
Xây dựng mô hình 3D các bộ phận chính của máy kéo Bông sen - 8 21 1 Mô hình 3D các chi tiết cụm đầu máy
Để tạo mô hình 3D cho các chi tiết của máy kéo Bông Sen – 8, tôi sử dụng phần mềm Solidworks 2007 Trước tiên, cần thiết lập môi trường vẽ phác theo các bước cụ thể.
Bước 1: Khởi động chương trình Solidworks
Bước 2: Trong môi trường Solidworks, nhắp New trên thanh công cụ (hoặc chọn File > New) Hộp thoại New xuất hiện
Bước 3: Trong Tab Template, chọn biểu tượng bản vẽ Part, nhắp OK màn hình quan sát bản vẽ xuất hiện
Bước 4: Tạo lưới và chọn đơn vị đo cho bản vẽ
To create a grid and enable snapping in your Sketch drawing, click on the Grid icon in the toolbar or navigate to Tools > Options In the Options dialog, select the Document Properties tab, then choose Grid/Snap to set up the grid and snapping features Additionally, select Units to define the measurement units for your drawing.
Bước 5: Nhắp Sketch trên thanh công cụ Sketch hoặc chọn Insert > Sketch Môi trường vẽ phác xuất hiện, chọn mặt phẳng để vẽ phác
3.1.1 Mô hình 3D các chi tiết cụm đầu máy
Dựa trên bản thiết kế AutoCAD 2D của đề tài trọng điểm cấp bộ và các kích thước đo thực tế từ máy, tôi đã tiến hành xây dựng cấu trúc cho cụm đầu máy.
Cụm đầu máy gồm các chi tiết thùng dầu, thùng nước, đầu máy, bánh đà, ống nạp, ống xả
Đầu tiên, tôi bắt đầu xây dựng mô hình 3D cho các cụm chính của đầu máy bằng cách sử dụng môi trường vẽ phác, sau đó tiến hành vẽ phác các biên dạng dựa trên kích thước đã đo được trên máy.
Sử dụng các lệnh trên thanh công cụ như Fillet, Extrude và Cut, chúng ta có thể dễ dàng tạo ra mô hình 3D cho các chi tiết của cụm đầu máy Các chi tiết này sẽ được lưu dưới định dạng file “* Sldprt” Tiếp theo, tôi tiến hành lắp ráp cụm đầu máy Bông Sen – 8 theo trình tự các bước đã được xác định.
To start the Solidworks program, go to the File menu and select New to create a new drawing This will open the New Solidworks dialog box, where you should choose Assembly and click OK Next, click the Browse button in the Insert Component dialog box.
Để lắp đặt đầu máy nổ, trước tiên, bạn cần truy cập vào thư mục chứa chi tiết của máy cụm đầu máy đã tạo trước đó Sau đó, chọn đầu máy nổ và nhấn nút Open Chi tiết đầu máy nổ sẽ xuất hiện gắn liền với con trỏ chuột; bạn chỉ cần nhấp chọn một điểm để đặt đầu máy nổ Cuối cùng, đầu máy nổ sẽ được tải vào môi trường lắp ráp.
Để chèn các chi tiết vào môi trường lắp ráp, bạn nhấp vào nút "Insert Component" trên thanh công cụ Tiếp theo, hãy truy cập vào thư mục chứa các chi tiết đã tạo trước đó, chọn từng chi tiết và nhấn "Open" Khi đó, chi tiết được chọn sẽ xuất hiện gắn liền với con trỏ chuột; bạn chỉ cần nhấp chọn một điểm để đặt chi tiết vào môi trường lắp ráp.
Để lắp ghép các chi tiết trong Assembly, nhấp vào nút lệnh Mate trên thanh công cụ Hộp thoại Mate sẽ xuất hiện, cho phép bạn chọn các ràng buộc lắp ráp thích hợp Kết quả của quá trình này được thể hiện trong hình 3.1.
Hình 3.1: Cụm đầu máy của máy kéo Bông Sen - 8
3.1.2 Xây dựng mô hình 3D của cụm hộp số và khung đỡ đầu máy
Cấu trúc của cụm khung đỡ đầu máy gồm hộp số và khung đỡ
Tấm khung đỡ đầu máy được thiết kế bằng cách sử dụng các lệnh trong phần mềm thiết kế kim loại tấm Đầu tiên, chúng ta vẽ tiết diện của tấm khung đỡ, sau đó vào Insert Sheet Metal để chọn mặt phẳng làm việc Tiếp theo, sử dụng Insert Sheet Metal và chọn Edge Flange để tạo tấm gấp phía trên và phía dưới Sau khi chọn mặt phẳng làm việc trên hai tấm gấp, chúng ta vẽ tiết diện của 3 lỗ và sử dụng lệnh Cut – Extrude để tạo ra 3 lỗ trên khung.
Để vẽ tấm nối giữa hai tấm khung đỡ đầu máy, trước tiên ta cần vẽ biên dạng của chi tiết, sau đó sử dụng lệnh Extrude để tạo ra tấm khung nối Để lắp ráp các chi tiết này, ta vào phần Assembly và chọn các ràng buộc phù hợp trong lệnh Mate, kết quả là cụm khung đỡ đầu máy như thể hiện ở hình 3.2.
Hình 3.2: Cụm khung đỡ đầu máy
Cụm hộp số được thiết kế bằng cách tách rời từng chi tiết và ghép chúng lại với nhau Mỗi phần được mô hình hóa 3D thông qua việc tạo biên dạng 2D và sử dụng các lệnh như Extrude, Cut, Loft, Fillet, Chamfer, và Revolve trên thanh công cụ, kết hợp với việc tạo các mặt phẳng làm việc.
Sau khi hoàn thiện mô hình 3D cho từng phần của hộp số, bánh xe và ghi, bạn cần lưu chúng dưới định dạng “*.Sldprt” bằng lệnh Save Để lắp ráp các chi tiết này thành một cụm, hãy vào môi trường lắp ráp và sử dụng lệnh Mate để thiết lập các ràng buộc, từ đó tạo thành cụm hộp số như hình 3.3.
Các chi tiết khác của máy kéo cũng được xây dựng bằng các lệnh trên thanh công cụ, kết quả cho ở hình 3.4 a Cần số b Bánh sau c Bánh đà
Hình 3.4: Cấu trúc các chi tiết còn lại của máy kéo
3.1.3 Xây dựng mô hình 3D máy kéo Bông Sen – 8
Mô hình 3D của đầu máy kéo Bông Sen – 8 được tạo ra thông qua quá trình lắp ráp trong môi trường chuyên dụng, nơi người dùng lựa chọn các ràng buộc thích hợp để kết nối các thành phần như cụm đầu máy, khung đỡ, hộp số và bánh xe.
Hình 3.5: Mô hình 3D máy kéo Bông Sen – 8.
Xây dựng mô hình 3D của cụm puly vấu
Cụm puly vấu là một chi tiết phức tạp lắp ở đầu trục thu công suất của máy kéo, có nhiệm vụ truyền và ngắt mômen quay đến bộ truyền đai cho máy khoan hố Việc chế tạo, lắp ráp và chuyển giao công nghệ cho cụm máy này gặp nhiều khó khăn khi sử dụng bản vẽ 2D Tuy nhiên, nếu được thiết kế theo mô hình 3D, quy trình này sẽ trở nên đơn giản và hiệu quả hơn rất nhiều.
Sử dụng phần mềm Solidworks, tôi đã tạo ra mô hình 3D cho các bộ phận của cụm puly vấu, bao gồm: đầu trục thu công suất, mặt bích đầu trục, đầu nối, bạc trượt, bánh đai nhỏ và vấu.
Phần nhô ra của trục thu công suất được tạo ra bằng cách thiết kế các biên dạng tròn 2D và sử dụng lệnh Extrude với chiều dài 30mm Sau đó, lệnh Chamfer được áp dụng để vát đầu trục.
Để vẽ mặt bích đầu trục thu công suất, trước tiên cần phác thảo tiết diện của mặt bích trong mặt phẳng vẽ, bao gồm biên dạng và trục quay Sau đó, sử dụng lệnh Revolve để tạo khối tròn xoay Tiếp theo, chọn mặt phẳng vẽ phác và vẽ biên dạng của 3 lỗ tròn, sau đó áp dụng lệnh Cut → Extrude để tạo ra 3 lỗ Kết quả cuối cùng sẽ có dạng như hình 3.7.
Mặt bích đầu trục kết nối công suất được thiết kế bằng cách tạo hình biên dạng tròn 2D, sau đó áp dụng các lệnh Extrude, Fillet và Chamfer Kết quả thiết kế được thể hiện trong hình 3.8.
Bạc trượt được vẽ bằng cách vẽ tiết diện Sau đó vào dung lệnh Extrude hình 3.9
Để vẽ bánh đai nhỏ, trước tiên cần tạo tiết diện 2D trong mặt phẳng phác thảo Sau đó, sử dụng lệnh Revolve để tạo hình khối tròn xoay Tiếp theo, tạo mặt phẳng làm việc để vẽ biên dạng của vấu và sử dụng lệnh Cut - Extrude để hoàn thiện vấu theo hình 3.10.
Để vẽ vấu trong mặt phẳng phác thảo, trước tiên cần vẽ tiết diện của vấu và đường Centerline làm trục đối xứng Sau đó, sử dụng lệnh Revolve để tạo khối đặc tròn xoay Tiếp theo, tạo mặt phẳng làm việc để vẽ biên dạng của vấu và sử dụng lệnh Cut - Extrude để hoàn thiện vấu như hình 3.11.
Để lắp ráp các chi tiết thành một cụm, đầu tiên vào môi trường lắp ráp và nhấn nút Browse trong hộp thoại Insert Component Tiếp theo, chọn thư mục chứa các chi tiết của cụm puly vấu, sau đó chọn đầu trục thu công suất và nhấn Open Tiếp tục sử dụng lệnh Insert Component trên thanh công cụ Assembly để tải các chi tiết như đầu nối trục, bạc trượt, bánh đai nhỏ và vấu vào môi trường lắp ráp.
Hình 3.12: Tải tất cả các chi tiết vào môi trường lắp ráp
Sau khi tải các chi tiết vào môi trường lắp ráp, sử dụng nút lệnh Mate với các ràng buộc đồng tâm và khoảng cách để lắp ráp các chi tiết thành cụm puly vấu Hình 3.13 minh họa mô hình 3D của cụm puly vấu sau khi hoàn tất lắp ráp.
3.3 Xây dựng mô hình 3D hộp giảm tốc bánh răng côn
Hộp giảm tốc bánh răng côn có nhiệm vụ truyền mômen xoắn từ trục nằm ngang sang trục thẳng đứng vuông góc với mặt đất và tăng mômen quay
Sử dụng phần mềm Solidworks, tôi đã tạo ra mô hình 3D cho các chi tiết của hộp giảm tốc và lắp ráp chúng thành một sản phẩm hoàn chỉnh Để thiết kế bánh răng côn lớn, tôi đã thiết lập môi trường bản vẽ một cách hiệu quả.
Design Library, chọn Toolbox Sau đó kích đúp vào Iso, chọn
Để tạo phần bánh răng côn trong PowerTransmition, bạn nhấp chuột phải vào Gear và chọn Create Part Sau đó, một menu sẽ xuất hiện cho phép bạn khai báo các thông số của bánh răng côn đã thiết kế, bao gồm góc nghiêng 35 độ, chiều dài côn ngoài 105mm và module vòng ngoài.
5.71mm, chiều rộng vành răng 26,25mm, tỷ số truyền 5.14, số răng 36, đường kính chia ngoài 206mm, góc côn chia 79 0 , chiều cao răng ngoài 10mm, chiều cao đầu răng ngoài 3mm, chiều cao chân răng ngoài 7mm, đường kính đỉnh răng ngoài 208mm, đường kính vòng chia trung bình 208mm, góc ăn khớp
= 20 0 Chọn mặt phẳng phác thảo dùng các lênh phác thảo 2D để vẽ biên dạng của phần moayơ và các lỗ bulông lắp ghép Sau đó dùng lệnh Cut –
Extrude để tạo khoảng trống moayơ và các lỗ lắp bulông ghép vành răng với moayỏ Bánh răng côn lớn vẽ được giới thiệu ở hình 3.14
Hình 3.14: Bánh răng côn lớn
Mô hình bánh răng côn nhỏ được thiết kế tương tự như bánh răng côn lớn với modul 5,71, nhưng có các thông số khác biệt như góc răng 7 độ, đường kính chia ngoài 40mm, góc côn chia 11 độ, chiều cao răng ngoài 10mm, chiều cao đầu răng ngoài 7mm, chiều cao chân răng ngoài 3mm, đường kính đỉnh răng ngoài 54mm, đường kính vòng chia trung bình 35mm và góc ăn khớp α = 20 độ Mô hình này được minh họa trong hình 3.15.
Để vẽ moayơ bánh răng côn lớn, trước tiên chèn bản vẽ AutoCAD 2D vào mặt phẳng phác thảo và vẽ đường Centerline làm trục đối xứng Sử dụng lệnh Revolve để tạo khối đặc tròn xoay Tiếp theo, chọn mặt phẳng phác thảo để vẽ 8 lỗ và áp dụng lệnh Cut - Extrude để tạo ra các lỗ này Cuối cùng, chọn mặt phẳng phác thảo là mặt đầu trục và vẽ tiết diện của rãnh then hoa, sau đó sử dụng lệnh Cut để hoàn thiện.
- Extrude để tạo rãnh then hoa Mô hình 3D của cụm moayơ và trục bánh răng côn lớn cho ở hình 3.16
Hình 3.16: Moayơ bánh côn lớn
Mô hình 3D của trục then hoa được tạo ra bằng cách vẽ tiết diện của trục trong mặt phẳng phác thảo, sau đó sử dụng lệnh Extrude để tạo hình trục Tiếp theo, lệnh Chamfer được áp dụng để vát đầu trục then hoa Hình 3.17 minh họa mô hình 3D của trục then hoa.
Mô hình 3D các chi tiết khác của máy khoan hố
Dựa trên bản thiết kế AutoCAD 2D của đề tài trọng điểm cấp bộ và các thông số đo thực tế, chúng tôi tiến hành xây dựng mô hình 3D cho các chi tiết khác của máy khoan hố trồng cây Để tạo ra chi tiết khung đỡ hộp giảm tốc, trước tiên cần vẽ tiết diện khung trong mặt phẳng phác thảo Sau đó, sử dụng lệnh Extrude để hoàn thiện khung đỡ hộp giảm tốc như hình 3.24.
Hình 3.24: Khung đỡ hộp giảm tốc
Để vẽ giá chốt, chúng ta tạo các biên dạng 2D trên mặt phẳng phác thảo và sử dụng các lệnh như Extrude, Cut – Extrude, và Fillet để hình thành mô hình 3D của giá chốt.
Để xây dựng mô hình 3D chi tiết tay đòn, trước tiên cần tạo các biên dạng 2D trong các mặt phẳng phác thảo Sau đó, sử dụng lệnh Extrude và Cut – Extrude để vẽ các bộ phận của tay đòn Tiếp theo, vào môi trường lắp ráp và chọn các ràng buộc thích hợp của Mate để lắp ghép các bộ phận lại với nhau Mô hình 3D tay đòn được trình bày trong hình 3.26.
Để xây dựng mô hình 3D của mũi khoan, tôi áp dụng các lệnh như Extrude, Cut – Extrude và chamfer Những lệnh này giúp tôi vẽ thân và trục mũi khoan, đồng thời tạo ra lưỡi khoan và nhiều mặt phẳng làm việc.
Trong môi trường lắp ráp, chúng ta sẽ chọn các ràng buộc Mate phù hợp để kết nối than trục với hai lưỡi khoan Mô hình 3D của mũi khoan được thể hiện như hình 3.27.
Mô hình 3D các chi tiết của cụm bánh trước
Trong các bản vẽ AutoCAD thuộc đề tài cấp bộ, việc xác định kích thước là rất quan trọng Bằng cách sử dụng các lệnh trên thanh công cụ, chúng ta có thể xây dựng cấu trúc chi tiết cho cụm bánh trước một cách chính xác và hiệu quả.
Để vẽ bánh trước, trước tiên cần tạo tiết diện bánh và trục quay, sau đó sử dụng lệnh Revolve Tiếp theo, áp dụng các lệnh thiết kế chi tiết dạng tấm kết hợp với lệnh Cut – Extrude để tạo khung đỡ càng lắp bánh và tấm bên Ống đứng ngõng quay và trục bánh xe cũng được vẽ bằng lệnh Revolve Sau khi hoàn thành mô hình 3D cho từng chi tiết, chuyển sang môi trường lắp ráp và sử dụng các ràng buộc thích hợp của Mate để tạo thành cụm bánh trước như hình 3.28.
Trong chương 3, tôi đã hoàn thành việc xây dựng mô hình 3D cho các chi tiết và cụm chi tiết của máy kéo và máy khoan hố trồng cây, được dẫn động cơ khí và lắp đặt trên máy kéo Bông Sen – 8.
Kết quả này phục vụ cho việc lắp ráp và mô phỏng máy ở chương sau.
LẮP RÁP VÀ MÔ PHỎNG MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY
Lắp ráp máy khoan hố trồng cây
Sau khi hoàn thành mô hình 3D cho các chi tiết và cụm chi tiết của máy kéo Bông Sen - 8 và máy khoan hố trồng cây, tôi tiến hành lắp ráp các thành phần này lên máy kéo Để thực hiện điều này, tôi khởi động phần mềm Solidworks trong môi trường lắp ráp và từ hộp thoại Insert Component, chọn cụm máy kéo Bông Sen - 8 đã được thiết kế trước đó.
Để lắp cụm bánh trước vào môi trường lắp ráp, hãy sử dụng hộp thoại Insert Component để tải cụm này Sau đó, chọn các ràng buộc phù hợp như Concentric, Distance và Coincident trong hộp thoại Mate để thực hiện việc lắp đặt cụm bánh trước vào đầu máy.
Sử dụng hộp thoại Insert Component trên thanh công cụ Assembly, nhấn nút Browse để tải các chi tiết của cụm puly vấu vào môi trường lắp ráp, bao gồm mặt bích đầu trục, ống nối đầu trục, bạc trượt, puly đai có vấu, then và vấu.
Sử dụng nút lệnh Mate trên thanh công cụ Assembly, chúng ta có thể áp dụng các ràng buộc như đồng tâm, khoảng cách và trùng khít để lắp ráp các chi tiết như mặt bích đầu trục, ống nối đầu trục, bạc, các then, và puly đai có vấu vào trục thu công suất của máy kéo Để lắp ráp các chi tiết của máy khoan hố trồng cây lên máy kéo, trước tiên cần tải chúng vào môi trường lắp ráp và sau đó sử dụng các ràng buộc phù hợp để kết nối chúng lại với nhau và gắn lên máy kéo.
Sử dụng lệnh Insert component trên thanh công cụ Assembly để tải các cụm chi tiết như hộp giảm tốc, bánh đai bị động, trục then hoa, ống nối mũi khoan, mũi khoan, khung đỡ hộp giảm tốc, tay đòn, tấm nối khớp bản lề và con trượt vào môi trường lắp ráp.
Sử dụng các ràng buộc đồng tâm giữa các lỗ lắp bu lông trên tấm đỡ hộp giảm tốc và lỗ trên hộp số máy kéo để lắp hai tấm đỡ và tấm nối khớp bản lề vào máy kéo Áp dụng các ràng buộc đồng trục, đồng tâm, song song và khoảng cách để gắn hộp giảm tốc bánh răng côn lên khung Cuối cùng, dùng ràng buộc đồng tâm để lắp trục then hoa vào moayơ của bánh răng côn bị động.
Sử dụng các ràng buộc concentric và parallel để lắp con trượt vào phần dưới của trục then hoa Ràng buộc đồng tâm được áp dụng để kết nối tay đòn với tấm nối khớp bản lề Để con trượt hoạt động trong rãnh của tay đòn, cần sử dụng ràng buộc tiếp xúc Cuối cùng, lắp ống nối và mũi khoan vào đầu trục then hoa bằng ràng buộc concentric theo hình 4.1.
Mô phỏng tháo lắp các chi tiết
Lệnh Explode View cho phép tách các chi tiết trong một cụm lắp ráp Khi kích hoạt lệnh, hộp thoại Explode sẽ xuất hiện, cho phép người dùng chọn chi tiết cần tách ra Sau khi chọn, biểu tượng hệ trục tọa độ và con trỏ chuột sẽ hiển thị để hỗ trợ quá trình tách chi tiết.
Nhấp chọn trục để di chuyển chi tiết theo hướng đó, sau đó di chuyển con trỏ chuột để xác định khoảng cách hoặc nhập khoảng cách vào hộp thoại Explode như hình 4.2.
Hình 4.2:Mô phỏng tháo lắp các chi tiết của máy khoan
Sau khi sử dụng lệnh Explode View để tách các chi tiết và thể hiện trình tự lắp ráp, chúng ta sẽ tiến hành mô phỏng quá trình lắp ráp bằng hình ảnh động Đầu tiên, hãy chọn trang Configuration Manager và sau đó nhấp chọn các tùy chọn cần thiết.
Explview 1 trong cây phả hệ, nhấp phải chuột và chọn Animate collapse như hình 4.3
Hình 4.3: Mô phỏng lắp ráp cụm puly vấu
Khi đó quá trình lắp ráp sẽ được mô phỏng động trên màn hình đồ hoạ và xuất hiện thanh công cụ với các nút lệnh:
Normal: mô phỏng quá trình lắp một lần và dừng lại;
Loop: mô phỏng quá trình lắp liên tục cho tới khi ta nhấn nút Stop;
Reciprocate: mô phỏng quá trình lắp ráp và tách các chi tiết liên tục cho tới khi ta nhấn nút Stop;
Slow Display: tốc độ mô phỏng chậm;
Fast Display: tốc độ mô phỏng nhanh;
Play: xem lại kết quả mô phỏng sau khi ta dừng
Sau khi hoàn thành việc mô phỏng lắp ráp các chi tiết, để tách rời các chi tiết ban đầu, bạn chỉ cần chọn ExplView 1 trong cây phả hệ, sau đó nhấp chuột phải và chọn tùy chọn Explode.
Khảo sát ứng suất biến dạng một số chi tiết của máy khoan hố trồng cây 46 Chương 5: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Solidworks là công cụ mạnh mẽ hỗ trợ thiết kế 3D, cho phép kỹ sư thể hiện ý tưởng sáng tạo một cách trực quan trên mô hình 3D mà không cần chú ý đến kích thước cụ thể ban đầu Nó giúp nhanh chóng chuyển đổi thiết kế thành bản vẽ kỹ thuật 2D, đồng thời tạo khuôn và mẫu cho lĩnh vực đúc, nâng cao hiệu quả trong quy trình thiết kế.
Sau khi hoàn thiện mô hình 3D và gán vật liệu cho các khối lượng, chúng ta tiến hành lắp ghép chúng theo thiết kế Trong Solidworks, việc lắp ghép các chi tiết trở nên dễ dàng nhờ vào lệnh Mate, với đầy đủ các ràng buộc như song song, vuông góc, tiếp xúc, đồng tâm, khoảng cách, góc và trùng hợp.
Nghiên cứu về công nghệ và thiết bị đào hố trồng cây cho thấy nhiều loại máy móc hiện đại với kích thước và năng suất khác nhau đang được áp dụng trên thế giới Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc đào hố trồng cây chủ yếu vẫn diễn ra theo phương pháp thủ công, khiến người lao động phải làm việc trong điều kiện khó khăn và dẫn đến năng suất lao động thấp.
Nhiều nghiên cứu về máy khoan hố trồng cây chủ yếu tập trung vào các nước công nghiệp phát triển, trong khi ở Việt Nam, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đã thiết kế thành công máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông Sen – 8 vào năm 2005 Tuy nhiên, để sản xuất hàng loạt và áp dụng rộng rãi, cần hoàn thiện thiết kế, chuyển giao công nghệ và đề ra chế độ làm việc hợp lý Bản thiết kế hiện tại chỉ có bản vẽ 2D, trong khi cấu tạo máy phức tạp, đòi hỏi nhiều kỹ thuật hướng dẫn gia công và lắp ráp Việc chuyển giao và áp dụng vào sản xuất gặp khó khăn do thiếu thông tin về cấu tạo và nguyên lý hoạt động Do đó, việc ứng dụng phần mềm mô phỏng 3D như Solidworks và Cosmos Motion là cần thiết để tối ưu hóa thiết kế và hỗ trợ sản xuất Từ những lý do này, tôi thực hiện đề tài luận văn: "Ứng dụng Solidworks và Cosmos Motion trong việc mô phỏng máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông Sen - 8.”
Trong đề tài này, tôi sử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Bông Sen – 8
Chương 2 MỤC TIÊU ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu
Mô hình 3D và mô phỏng máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông sen - 8 được xây dựng nhằm hỗ trợ chỉ đạo gia công chế tạo và chuyển giao công nghệ Đồng thời, việc phân tích ứng suất và biến dạng của các chi tiết quan trọng sẽ là cơ sở để hoàn thiện kết cấu của máy khoan hố trồng cây này.
2.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy khoan hố trồng cây dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông sen - 8 do đề tài cấp bộ tạo ra khi làm việc trên đất lâm nghiệp Đề tài cấp bộ: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm thiết bị chuyên dùng lắp với nguồn động lực cỡ nhỏ để đào hố trồng cây, phát thực bì phục vụ trồng và chăm sóc rừng” do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì cùng một số cán bộ khoa Công nghiệp và phát triển nông thôn - Trường Đại học Lâm nghiệp thực hiện đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông sen - 8 để khoan hố trồng cây trên địa hình thoải có cấu tạo như sau (hình 2.1):
Hình 2.1: Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí
Mũi khoan 8 được kết nối với trục then hoa 7 thông qua ống nối, trong khi trục then hoa 7 hoạt động trong trục bị động của hộp giảm tốc bánh răng côn Trục này là trục rỗng với then hoa bên trong, cho phép mũi khoan và trục then hoa có thể nâng lên hoặc hạ xuống theo phương thẳng đứng Hộp giảm tốc bánh răng côn 6 được gắn trên khung 12, khung này được cố định chắc chắn vào thân máy kéo bằng các bulông.
Truyền động cho mũi khoan được thực hiện thông qua trục thu công suất của máy kéo, đi qua cụm puly vấu, bộ truyền đai, và cặp bánh răng côn trong hộp giảm tốc, trước khi đến trục mũi khoan qua ống nối.
Cụm puly vấu được thiết kế đặc biệt để đầu trục thu công suất chỉ truyền momen xoắn mà không chịu lực ngang Cấu tạo của cụm này được thể hiện trong hình 2.2.
Mômen quay được truyền từ trục thu công suất của máy kéo qua ly hợp vấu, bộ truyền đai 4-5 và hộp giảm tốc bánh răng côn, làm quay trục then hoa và trục mũi khoan Hành trình nâng hạ của trục mũi khoan được thực hiện bằng tay thông qua đòn nối với thân máy kéo, có tay cầm để điều chỉnh Khi nâng, chốt trên trục then hoa mũi khoan chạy trong rãnh dài của tay đòn, và khi đạt vị trí cao nhất, cơ cấu hãm dạng treo giữ mũi khoan không bị hạ xuống Để dễ dàng di chuyển máy từ hố khoan này sang vị trí khác, máy kéo được trang bị bánh tựa lăn phía trước.
2.3 Phạm vi nghiên cứu Ứng dụng Solidworks để xây dựng mô hình 3D các chi tiết và toàn hệ thống máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Bông Sen – 8, ứng dụng Cosmos Motion trong việc mô phỏng động máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông sen 8 Ứng dụng Cosmos để khảo sát ứng suất, biến dạng của một số chi tiết của máy khoan hố trồng cây
2.4 Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan được thực hiện thông qua việc thu thập thông tin từ Internet, bao gồm việc đọc và sưu tầm các tài liệu, tạp chí chuyên ngành, cũng như các đề tài luận văn tốt nghiệp cao học và luận án tiến sĩ của các khóa trước.
Xây dựng mô hình 3D cho các chi tiết và toàn bộ máy khoan hố trồng cây bằng phần mềm Solidworks, đồng thời mô phỏng động cơ của máy khoan hố trồng cây được lắp sau máy kéo Bông Sen – 8 thông qua Cosmos Motion.
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với Cosmos trong Solidworks cho phép khảo sát ứng suất và biến dạng của các chi tiết quan trọng trong máy khoan hố trồng cây.
Thực nghiệm xác định mômen xoắn trên trục mũi khoan được thực hiện bằng cách đo các đại lượng không điện bằng điện, sử dụng phương pháp tenzô điện trở Hệ thống đo lường bao gồm bộ thu phát không dây MST 600 kết hợp với Spider 8, được điều khiển thông qua phần mềm Catman trên máy tính trong quá trình thí nghiệm.
Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D MÁY KHOAN HỐ TRỒNG CÂY VỚI DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ LẮP TRÊN MÁY KÉO BÔNG SEN 8
Mục đích nghiên cứu thực nghiệm
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là xác định các thông số đầu vào cần thiết cho mô phỏng bằng phần mềm Cosmos Works Nghiên cứu này nhằm phân tích ứng suất và biến dạng của các bộ phận làm việc trong máy khoan hố trồng cây.
Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm
Đối tượng thí nghiệm là máy khoan hố trồng cây, được trang bị dẫn động cơ khí và lắp đặt sau máy kéo Bông Sen - 8, thuộc đề tài cấp bộ.
Nghiên cứu do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu dẫn dắt tập trung vào việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị chuyên dụng kết hợp với nguồn động lực cỡ nhỏ Thiết bị này nhằm mục đích đào hố trồng cây và phát thực bì, phục vụ cho công tác trồng và chăm sóc rừng.
Khu đất thí nghiệm được bố trí tại các khu đất đồi điển hình thường gặp.
Các thông số cần đo và thiết bị đo
Để đo momen xoắn trên trục mũi khoan, tôi sử dụng khâu cảm biến mômen tự tạo, được lắp đặt giữa trục then hoa của hộp giảm tốc và trục mũi khoan Phần tử nhạy của khâu này là một trục hình trụ, trên đó có dán các cảm biến để thực hiện việc đo đạc chính xác.
4 tenzô điện trở, phía trước 2 lá và phía sau 2 lá ở các vị trí đối xứng nhau hình 5.1
Hình 5.1: Bố trí tenzô điện trở trên trục mũi khoan
Các tenzô điện trở được mắc theo sơ đồ cầu đủ điện trở với 4 điện trở tích cực hình 5.2
Hình 5.2: Sơ đồ cầu đủ điện trở
Cầu đo được nối với cụm phát của bộ thu phát không dây hình 5.3
Hình 5.3: Nối cầu đo với cụm phát của bộ thu phát không dây
Cụm thu được kết nối với ăng ten và thiết bị thu thập khếch đại nhiều kênh Spider - 8, thiết bị này được liên kết với máy tính xách tay Toshiba và được điều khiển thông qua phần mềm Catman.
Hình 5.4: Spider 8 và bộ thu phát không dây
Hình 5.5: Kết nối các thiết bị đo
Hiệu chuẩn khâu đo mômen được thực hiện bằng cách tạo mômen xoắn trên trục với cánh tay đòn và lực đã biết.
Tiến hành thực nghiệm
Các thí nghiệm được thực hiện trên các khu đất đồi tiêu biểu, sử dụng máy khoan hố trồng cây với cơ chế dẫn động cơ khí Loại mũi khoan được áp dụng trong thí nghiệm là mũi khoan dạng khung, như được thể hiện trong Hình 5.6.
Hình 5.6: Khâu đo mô men xoắn trục mũi khoan dạng khung
Sau khi đưa máy đến địa điểm thí nghiệm, tiến hành lắp các thiết bị đo sau đó tiến hành thực nghiệm
Hình 5.7: Tiến hành thực nghệm
Thực nghiệm được thực hiện bởi bốn người: Người thứ nhất điều khiển máy khoan hố, người thứ hai sử dụng máy tính và thiết bị thu thập tín hiệu Spider 8, người thứ ba lập biểu và ghi chép nội dung đo, trong khi người thứ tư hỗ trợ các công việc phụ trong quá trình đo.
