HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐỖ TRUNG THỰC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ SỬ DỤNG VÀ KẾT CẤU ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC LIÊN HỢP MÁY KÉO XÍCH CAO SU VỚI THIẾT BỊ SAN ỦI Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 60.52.01.03 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tên là: Đỗ Trung Thực, học viên cao học lớp: CH23KTCKA, chun ngành: Kỹ thuật khí, khóa 2014 – 2016 Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số sử dụng kết cấu đến động lực học liên hợp máy kéo xích cao su với thiết bị san ủi” cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu khảo sát chưa công bố tài liệu Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn Đỗ Trung Thực i LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn tơi gặp nhiều khó khăn, đến hơm tơi hồn thành xong luận văn Sự thành cơng luận văn cơng sức nghiên cứu, tìm hiểu thực hiên khơng biết mệt mỏi tơi Nhưng để có thành cơng này, khơng phải tơi làm được, mà tơi cần có giúp đỡ đặc biệt thầy hướng dẫn, thầy môn Động lực, khoa Cơ điện, Ban giám đốc Học viện Nông nghiệp Việt Nam Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế hướng dẫn tơi thực nghiên cứu Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy môn Động lực, khoa Cơ điện, Học viện Nơng Nghiệp Việt Nam có đóng góp bổ ích kiến thức, cung cấp đầy đủ cho tơi trang thiết bị thí nghiệm, thực nghiệm để tơi hồn thành đề tài với kết tốt Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người bên tôi, động viên khuyến khích tơi q trình thực đề tài nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn Đỗ Trung Thực ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vii Trích yếu luận văn ix Thesis abstract x Phần Lời mở đầu Phần Tổng quan vấn đề nghiên cứu Tổng quan tình hình sử dụng máy kéo máy san ủi việt nam 2.1 Tình hình phát triển máy kéo việt nam 2.2 Tình hình sử dụng máy san ủi 2.3 Phân loại máy ủi 2.3.1 Phân loại dựa vào công suất lực kéo máy 2.3.2 Phân loại dựa vào góc đặt bàn ủi so với trục dọc máy 2.3.3 Phân loại theo di chuyển 2.3.4 Phân loại dựa vào phương pháp điều khiển thiết bị ủi 2.4 Tổng quan thiết bị san ủi 2.4.1 Kết cấu lưỡi ủi 2.4.2 Thông số lưỡi ủi 2.5 Đối tượng nghiên cứu luận văn 12 2.6 Mục tiêu, nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu luận văn 12 2.6.1 Mục tiêu, nhiệm vụ luận văn 13 2.6.2 Phương pháp nghiên cứu luận văn 13 Phần Cơ sở lý thuyết khảo sát ảnh hưởng số thông số sử dụng kết cấu đến động lực học liên hợp máy san ủi 13 3.1 Mục đích khảo sát động lực học liên hợp máy san ủi 14 3.2 Các phương pháp xây dựng mơ hình động lực học 14 3.2.1 Căn để lập mơ hình động lực học 14 iii 3.2.2 Các bước xây dựng mơ hình tính tốn động lực học 15 3.2.3 Các phương pháp viết phương trình chuyển động 16 3.3 Động lực học máy đào - vận chuyển đất 16 3.3.1 Khảo sát sơ đồ máy san ủi hệ khối lượng quy kết có độ bám tốt 18 3.4 Quá trình làm việc máy ủi 21 3.5 Xác định lực cản tác dụng lên máy ủi 23 3.5.1 Xác định lực cản cắt đất W1 24 3.5.2 Xác định lực cản di chuyển khối đất lăn trước bàn ủi W2 25 3.5.3 Xác định lực cản di chuyển khối đất cuộn lên phía bàn ủi W3 26 3.5.4 Xác định lực cản di chuyển máy ủi W4 27 3.5.5 Xác định lực cản ma sát dao cắt bàn ủi đất W5 28 3.6 Kiểm tra khả ổn định theo lật cua liên hợp san ủi 28 3.6.1 Sơ đồ lực tác dụng lên công tác máy ủi 28 3.6.2 Xác định lực tác dụng lên máy ủi 29 3.6.3 Kiểm tra khả ổn định theo lật liên hợp san ủi 32 3.6.4 Phản lực khớp liên kết khung ủi máy kéo 39 3.7 Xây dựng mơ hình động lực học chuyển động liên hợp máy 40 Phần Khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu sử dụng đến động lực liên hợp máy kéo 48 4.1 Thuật giải 48 4.2 Khảo sát ảnh hưởng lực cản ben đến trình làm việc máy 50 4.3 Khảo sát ảnh hưởng số thông số sử dụng đến động lực học liên hợp máy san ủi 52 4.4 Khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu đến động lực học liên hợp máy san ủi 60 4.5 Khảo sát ảnh hưởng góc cắt đến lực cản liên hợp máy 63 Phần Kết luận đề nghị 66 Danh mục công bố 67 Tài liệu tham khảo 68 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt LHM Liên hợp máy v DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Trọng lượng riêng , góc ma sát 2, hệ số bám C đất 36 Bảng 4.1 Tỷ số truyền hệ thống truyền lực 48 vi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Thiết bị ủi vạn Hình 2.2 Sơ đồ thiết bị ủi thường Hình 2.3 Dạng kết cấu lưỡi ủi hợp lý Hình 2.4 Dạng kết cấu lưỡi ủi không hợp lý Hình 2.5 Dạng hình học lưỡi ủi Hình 2.6 Mặt cắt lưỡi ủi 11 Hình 3.1 Mơ hình động lực học máy ủi 17 Hình 3.2 Sơ đồ máy san ủi khối lượng quy kết, máy có độ bám tốt 18 Hình 3.3 Đường đặc tính máy 19 Hình 3.4 Các sơ đồ đào đất máy ủi 22 Hình 3.5 Sơ đồ lực tác dụng lên phận công tác máy ủi 28 Hình 3.6 Phản lực đất tác dụng lên bàn ủi 30 Hình 3.7 Sơ đồ xác định lực cấu nâng 32 Hình 3.8 Sơ đồ xác định lực cấu nâng 33 Hình 3.9 Thiết bị ủi cuối giai đoạn cắt đất 34 Hình 3.10 Thiết bị ủi cuối giai đoạn cắt đất 38 Hình 3.11 Sơ đồ lực tác dụng lên liên hợp máy san ủi 40 Hình 3.12 Sơ đồ xác định mơ men qn tính quy đổi hệ thống di động xích trục bánh chủ động 42 Hình 3.13 Đặc tính mơ men động 43 Hình 3.14 Đặc tính thay đổi khối lượng đất bàn ủi 44 Hình 3.15 Đặc tính thay đổi lực cản phận ủi 45 Hình 3.16 Mơ đặc tính thay đổi lực cản ben 47 Hình 4.1 Đường đặc tính động B2010 48 Hình 4.2 Đặc tính cản ben 50 Hình 4.3 Đường đặc tính lực cản ben kc thay đổi 51 Hình 4.4 Động lực học liên hợp máy san ủi làm việc số truyền 52 Hình 4.5 Đặc tính ngồi động 53 Hình 4.6 Động lực học liên hợp máy san ủi làm việc số truyền 53 Hình 4.7 Đặc tính ngồi động 54 vii Hình 4.8 Động lực học liên hợp máy san ủi làm việc số truyền 54 Hình 4.9 Đặc tính ngồi động 55 Hình 4.10 Động lực học máy san ủi liên hợp máy làm việcở số truyền 56 Hình 4.11 Đặc tính ngồi động 57 Hình 4.12 Động lực học máy san ủi liên hợp máy làm việcở số truyền 58 Hình 4.13 Đặc tính ngồi động 58 Hình 4.14 Động lực học máy san ủi liên hợp máy làm việcở số truyền 59 Hình 4.15 Đặc tính ngồi động 60 Hình 4.16 Động lực học liên hợp máy san ủi làm việc số truyền 61 Hình 4.17 Đặc tính ngồi động 61 Hình 4.18 Động lực học máy san ủi liên hợp máy làm việc số truyền Lực cản riêng kc=50000 N/m2, h=0.15 m, B=1500mm 62 Hình 4.19 Đặc tính ngồi động 63 Hình 4.20 Lực cản Liên hợp máy δ=30 63 Hình 4.21 Lực cản Liên hợp máy góc căt δ =500 64 Hình 4.22 Lực cản LHM góc căt δ =700 64 viii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Đỗ Trung Thực Tên Luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số sử dụng kết cấu đến động lực liên hợp máy kéo xích cao su với thiết bị san ủi Ngành: Kỹ thuật khí Mã số: Tên sở đào tạo: Học viện Nơng nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Từ mơ hình vật lý biểu diễn qua trình làm việc máy san ủi, xây dựng mơ hình tốn, khảo sát tính chất làm việc liên hợp máy san ủi (Máy kéo xích cao su liên hợp với thiết bị san phẳng) từ phân tích ảnh hưởng số thông số kết cấu sử dụng đến tính chất làm việc liên hợp máy Phương pháp nghiên cứu Để thực mục tiêu đặt ra, cách tiếp cận để hoàn thành luận văn dựa máy kéo sở chế tạo xây dựng mơ hình tốn, kháo sát khả làm việc liên hợp máy từ ứng dụng Matlab- simulink, kháo sát ảnh hưởng số thông số kết cấu sử dụng đến động lực học liên hợp máy Kết kết luận Luận văn nghiên cứu, tìm hiểu máy kéo xích cao su liên hợp với thiết bị san ủi Đã tính toán lực cản tác dụng lên liên hợp san ủi, sở phân tích ảnh hưởng thông số kết cấu thiết bị san ủi đến động lực học liên hợp máy Đã xây dựng mơ hình tốn biểu diễn động lực học liên hợp san ủi gồm máy kéo xích cao su công suất 30 mã lực liên hợp với ben Xác định kích thước sơ thiết bị san ủi để từ khảo sát khả làm việc liên hợp máy Đã ứng dụng Matlab-Simulink, khảo sát động lực học liên hợp máy, thấy ảnh hưởng số thông số kết cấu thông số sử dụng đến khả làm việc liên hợp máy ix Hình 4.7 Đặc tính động * Lực cản riêng kc=50000 N/m2, h=0.25 m Lực cản ben Dịch chuyển LHM Vận tốc Gia tốc Hình 4.8 Động lực học liên hợp máy san ủi làm việc số truyền Lực cản riêng kc=70000 N/m2, h=0.25 m 54 Hình 4.9 Đặc tính ngồi động Qua việc khảo sát động lực học liên hợp máy cho liên hợp máy làm việc với loại đất có kc= 50000 N/m2, số truyền 1, với độ sâu làm việc h=0.15 m, h=0.2 m, h=0.25 m Ta thấy, liên hợp máy ủi làm việc số truyền 1, với độ sâu ủi h=0.2 m Lúc mô men động xấp xỉ đạt chế độ momen danh nghĩa, số vòng quay ne= 2000 vòng/phút Và liên hợp máy làm việc chế độ điều chỉnh Khi tăng độ sâu ủi lên h=0.25m lúc liên hợp máy bắt đầu làm việc chế độ tải, không tốt cho động Vì khơng nên cho liên hợp máy làm việc độ sâu ủi 55 4.3.2 Máy kéo làm việc số truyền * Lực cản riêng kc=50000 N/m2, h=0.1 m Lực cản ben Dịch chuyển LHM Gia tốc Vận tốc Hình 4.10 Động lực học máy san ủi liên hợp máy làm việcở số truyền Lực cản riêng kc=50000 N/m2, h=0.1 m 56 Hình 4.11 Đặc tính ngồi động * Lực cản riêng kc=50000 N/m2, h=0.15 m Lực cản ben Dịch chuyển LHM 57 Vận tốc Gia tốc Hình 4.12 Động lực học máy san ủi liên hợp máy làm việcở số truyền Lực cản riêng kc=50000 N/m2, h=0.12 m Hình 4.13 Đặc tính ngồi động Dựa kết khảo sát động lực học liên hợp máy ta thấy lực cản ben 12144 N, cho liên hợp máy làm việc số truyền mơ men động 115 KN.m ứng với số vòng quay trục khuỷu 2000 v/p, động làm việc chế độ tải đương đặc tính ngồi động Theo thơng số động lực học dịch chuyển máy, vận tốc gia tốc LHM thấy không nên cho Liên hợp máy làm việc số truyền độ sâu cắt 58 4.3.3 Máy kéo làm việc số truyền * Lực cản riêng kc=50000 N/m2, h=0.07 m Lực cản ben Dịch chuyển LHM Vận tốc Gia tốc Hình 4.14 Động lực học máy san ủi liên hợp máy làm việcở số truyền Lực cản riêng kc=50000 N/m2, h=0.07 m 59 Hình 4.15 Đặc tính ngồi động Dựa kết khảo sát động lực học liên hợp máy ta thấy lực cản ben 12254 N, cho liên hợp máy làm việc số truyền mô men động 115 KN.m ứng với số vòng quay trục khuỷu 2000 vòng/phút, động làm việc chế độ tải đương đặc tính ngồi động Theo thơng số động lực học dịch chuyển máy, vận tốc gia tốc LHM thấy không nên cho liên hợp máy làm việc số truyền độ sâu cắt đất 0.07 mét 4.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ KẾT CẤU ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC LIÊN HỢP MÁY SAN ỦI Để khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu đến động lực học liên hợp máy san ủi, ta cho máy kéo làm việc số truyền 1, độ sâu ủi h không đổi, thay đổi bề rộng lưỡi ủi chiều cao lưỡi ủi * Chọn B=1380 mm, kc=50000N/m2, h=0,15m 60 Lực cản ben Dịch chuyển LHM Vận tốc Gia tốc Hình 4.16 Động lực học liên hợp máy san ủi làm việc số truyền Lực cản riêng kc=50000 N/m2, h=0.15 m Hình 4.17 Đặc tính ngồi động 61 Dựa vào đường đặc tính động cơ, ta thấy cho máy làm việc số truyền 1, bề rộng lưỡi ủi 1380 mm máy kéo làm việc nhánh tự điều chỉnh Mô men động 70 Nm, số vòng quay 2100 vòng/ phút * Chọn B=1500mm, kc=50000N/m2, h=0,15m Lực cản ben Dịch chuyển LHM Vận tốc Gia tốc Hình 4.18 Động lực học máy san ủi liên hợp máy làm việc số truyền Lực cản riêng kc=50000 N/m2, h=0.15 m, B=1500mm 62 Hình 4.19 Đặc tính ngồi động Dựa vào đường đặc tính động cơ, ta thấy lúc động làm việc nhánh tải Mô men động khoảng 110 N.m số vòng quay khoảng 2000 vòng/phút Vì với việc tăng kích thước bề rộng lưỡi ủi B lên 1.5 mét khơng tốt cho động làm việc Khơng nên tăng chiều rộng bàn ủi đến 1.5 mét 4.5 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC CẮT ĐẾN LỰC CẢN LIÊN HỢP MÁY Ta khảo sát ảnh hưởng góc cắt δ đến động lực học liên hợp máy với trường hợp giữ nguyên thông số lực cản riêng kc, số truyền, độ sâu ủi h, bề rộng B, chiều cao bàn ủi H Ta thay đổi góc cắt từ 30o đến 70o * Trường hợp góc cắt đất δ=30, lực cản ben P1Max=12394 N Hình 4.20 Lực cản Liên hợp máy δ=30 63 * Trường hợp góc cắt đất δ =500 lực cản ben P1Max =11380 N Hình 4.21 Lực cản Liên hợp máy góc căt δ =500 * Trường hợp góc cắt đất δ =700, lực cản ben P1Max = 10620 N Hình 4.22 Lực cản LHM góc căt δ =700 Dựa vào kết khảo sát ảnh hưởng góc cắt vào lực cản liên hợp máy, ta thấy thay đổi góc cắt từ 300 đến 700 lực cản liên hợp máy thay đổi đáng kể, góc cắt lớn lực cản giảm Vì theo tài liệu máy làm đất chọn góc cắt đất δ khoảng 500÷550 hợp lý 64 Ngồi sở cơng thức tính lực cản tổng hợp ben (cơng thức 213), dựa vào chương trình khảo sát động lực học liên hợp máy lập, chúng tơi thay đổi thông số khác ben bán kính cong, chiều cao chắn đất, góc đặt ben v.v…ảnh hưởng đến lực cản tổng hợp động học động lực học liên hợp san ủi làm việc 65 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Luận văn nghiên cứu, tìm hiểu máy kéo xích cao su liên hợp với thiết bị san ủi Đã tìm hiểu loại máy san ủi, kết cấu thông số ben-bộ phận làm việc thiết bị san ủi Trên sở phân tích chế độ làm việc liên hợp máy, tính toán lực cản tác dụng lên liên hợp san ủi, sở phân tích ảnh hưởng thông số kết cấu thiết bị san ủi đến động lực học liên hợp máy Đã xây dựng mơ hình tốn biểu diễn động lực học liên hợp san ủi gồm máy kéo xích cao su cơng suất 30 mã lực liên hợp với ben Xác định kích thước sơ thiết bị san ủi để từ khảo sát khả làm việc liên hợp máy Đã ứng dụng Matlab-Simulink, khảo sát động lực học liên hợp máy, thấy ảnh hưởng số thông số kết cấu thông số sử dụng đến khả làm việc liên hợp máy, luận văn thay đổi số thơng số đầu vào (kích thước ben, điều kiện sử dụng), phân tích kết lực cản tổng hợp chế độ làm việc động cơ, sở bước đầu tìm thơng số ben, liên kết với máy kéo chọn 5.2 Kiến nghị Do việc nghiên cứu tính chất động lực học liên hợp máy phương diện lý thuyết Vì cần tiến hành chế tạo ben với thông số sơ tính tốn Từ tiến hành thử nghiệm để chứng minh khả làm việc liên hợp san ủi Tiếp tục nghiên cứu, tiến hành mô liên hợp máy làm việc chế độ có tải trọng tác dụng vào ben với hàm lực cản ngẫu nhiên, từ chứng minh khả chịu tải động tìm kích thước thực tế ben liên kết với máy kéo xích với cơng suất cho 66 DANH MỤC ĐÃ CÔNG BỐ 01 Bài báo đủ điều kiện đăng tạp chí Cơng nghiệp nơng thơn Tên bài: “Nghiên cứu khả làm việc máy kéo MKX-30 liên hợp với máy san ủi” 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lưu Bá Thuận (2005) Tính tốn máy thi công đất NXB Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Hữu Cẩn (2005) Lý thuyết ô tô máy kéo Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Hữu Cẩn (2005) Lý thuyết ô tô máy kéo Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Ngọc Quế (2007) Ơ tơ - máy kéo xe chuyên dụng Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội Nơng Văn Vìn (2008) Động lực học chuyển động máy kéo – ô tô Nguyễn Văn Vịnh (2008) Động lực học máy xây dựng, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội Phạm Hữu Đồng, Hoa Văn Ngũ Lưu Bá Thuận (2004) Máy làm đất NXB Xây dựng, Hà Nội Vũ Thế Lộc Vũ Thanh Bình (2005) Máy làm đất NXB Giao thơng vận tải, Hà Nội Vũ Văn Lộc (2008) Sổ tay chọn máy thi công NXB Xây dựng, Hà Nội 68 ... văn nghiên cứu, tìm hiểu máy kéo xích cao su liên hợp với thiết bị san ủi Đã tính tốn lực cản tác dụng lên liên hợp san ủi, sở phân tích ảnh hưởng thơng số kết cấu thiết bị san ủi đến động lực học. .. tài: Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số sử dụng kết cấu đến động lực học liên hợp máy kéo xích cao su với thiết bị san ủi với mục tiêu giúp cho người sử dụng lựa chọn chế độ làm việc máy san ủi. .. hưởng số thông số sử dụng đến động lực học liên hợp máy san ủi 52 4.4 Khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu đến động lực học liên hợp máy san ủi 60 4.5 Khảo sát ảnh hưởng