Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xây dựng mô hình 3D và mô phỏng máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông sen - 8; thuận tiện cho việc chỉ đạo gia công chế tạo và chuyển giao công nghệ, đồng thời phân tích ứng suất, biến dạng một số chi tiết làm việc quan trọng của máy làm căn cứ cho việc hoàn thiện thêm kết cấu của máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông sen – 8. Mời các bạn cùng tham khảo!
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 hóa khâu làm đất trồng rừng, cần xem xét 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 Do đó, việc làm đất và đào hố trồng cây cần tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt, phụ thuộc vào loại đất, địa hình và loại cây khác nhau.
Việc tạo hố trồng cây hiện nay có nhiều hình thức đa dạng với sự hỗ trợ của nhiều loại máy đào hố có kích thước khác nhau Hầu hết các máy này hoạt động theo nguyên tắc khoan, trong đó mũi khoan quay tròn nhờ vào động cơ đốt trong hoặc trục thu công suất của máy kéo Chuyển động lên xuống của mũi khoan được thực hiện thông qua hệ thống thủy lực của máy kéo hoặc nhờ vào sức 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 các loại máy khoan hố trồng cây cầm tay và máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo để nâng cao hiệu quả 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, dễ sử dụng Tuy nhiên, những sản phẩm này có giá thành cao và công suất thấp, không đáp ứng được yêu cầu về kích thước hố khoan Hơn nữa, do thiết kế cầm tay, người sử dụng dễ bị mệt mỏi khi vận hành máy trong thời gian dài.
Ở nhiều quốc gia như Đức, Nga, Tiệp và Canada, máy khoan hố một người điều khiển được sử dụng phổ biến để đào hố trồng cây hoặc phục vụ cho các công việc khác.
Ở Nga, đã có phát minh về máy cuốc hố trồng cây gắn sau máy kéo, hoạt động dựa trên nguyên lý cơ cấu cam kết hợp với lò xo để tạo ra hố, nhưng mẫu máy này vẫn chưa được sản xuất hàng loạt và chưa được áp dụng rộng rãi Trong khi đó, nhiều nước phát triển đã chế tạo máy khoan hố trồng cây lắp sau các loại máy kéo bánh hơi, với hai chuyển động chính: chuyển động quay và chuyển động lên xuống của mũi khoan Chuyển động quay được thực hiện nhờ dẫn động cơ khí từ trục thu công suất phía sau máy kéo, qua hệ thống truyền lực và hộp giảm tốc Trong khi đó, chuyển động lên xuống của lưỡi khoan được thực hiện thông qua 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 có nhiều ứng dụng khác như đào hố để đưa phân bón vào rễ cây, giúp tăng hiệu quả phân bón lên đến 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 Các công việc này thường sử dụng lưỡi khoan xoắn hoặc lưỡi khoan cánh nâng, khoan sâu từ 50 cm đến 100 cm để tạo điều kiện thuận lợi cho việc chôn cọc Khoan hố cũng được áp dụng trong việc thăm dò nền đất xây dựng đường lâm nghiệp Khi trồng cây ở công viên hoặc bờ đường, người ta sử dụng mũi khoan xoắn ốc hoặc mũi khoan dạng thìa với đường kính từ 40 cm đến 100 cm, có khả năng khoan sâu từ 50 cm đến 120 cm, thường phải kết hợp với đào thủ công bằng cuốc, xẻng Đối với cây lâm nghiệp, việc khoan hố chủ yếu sử dụng lưỡi khoan dạng khung, lắp trên máy khoan hai người khiêng, trong khi đào hố bằng thủ công vẫn 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, hiện có hơn 10 loại lưỡi khoan được thiết kế để phù hợp với nhiều 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 loại máy khoan hố trồng cây cầm tay hai người khiêng, đặc biệt là máy ES - 35B do Đức sản xuất Máy này hoạt động bằng cách truyền mômen quay 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 được thực hiện nhờ lực ấn từ tay người điều khiển kết hợp với trọng lượng của máy.
Từ những năm 1960 đến 1970, máy khoan đã được sử dụng rộng rãi để đào hố trồng cây, nhưng gặp phải nhiều nhược điểm như trọng lượng nặng, rung động khi khoan, và momen phản kháng gây mệt mỏi cho người điều khiển Lưỡi khoan không phù hợp với đặc điểm đất Việt Nam, dẫn đến việc hố bị miết sau khi khoan, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây trồng Hơn nữa, việc khởi động máy rất nặng nề và một số bộ phận dễ hư hỏng mà không có phụ tùng thay thế Do đó, loại máy này gần như không còn được sử dụng tại Việt Nam hiện nay.
Hình 1.5: Máy khoan hố ES – 35B
Vào năm 1970, theo chương trình hợp tác với Thụy Điển, chúng ta đã nhập khẩu một số công cụ tạo hố trồng cây bán cơ giới Công cụ này hoạt động hoàn toàn bằng cơ khí, cho phép công nhân sử dụng lực chân để ấn hai má ghép vào đất từ 15cm đến 20cm Sau đó, công nhân xoay chốt để tách hai má ghép, ép chặt đất sang hai bên và tạo thành hố trồng cây Tuy nhiên, loại máy này chỉ được áp dụng hạn chế ở những nơi có đất tơi xốp và cho cây trồng có bầu nhỏ.
Sau khi thống nhất đất nước năm 1976, một số lâm, nông trường miền Nam đã áp dụng thiết bị lắp sau máy kéo để khoan hố trồng cây, đạt hiệu quả cao Tại Tây Nguyên, các máy khoan hố lắp sau máy kéo bánh hơi như MTZ - 50, UTB được sử dụng để đào hố trồng cây cao su và cà phê Những máy kéo này có công suất lớn, nhưng máy khoan hố chỉ cần một phần nhỏ công suất Để nâng cao hiệu quả sử dụng các loại máy khoan hố nhập khẩu, đã có nhiều nghiên cứu và cải tiến lưỡi khoan hố trồng cây, nhằm tăng cường cơ giới hóa trong khâu làm đất lâm nghiệp, đáp ứng nhu cầu đào hố trồng cây.
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 ES - 35B đã đạt được kết quả tích cực trong việc cải tiến hộp khởi động máy, giúp dễ dàng khởi động cho máy khoan hố trồng cây Đồng thời, lưỡi khoan dạng xoắn ốc cũng được cải tiến nhằm giảm trọng lượng nhưng vẫn đảm bảo chất lượng khoan Các cải tiến khác bao gồm ống xả, lưỡi khoan ruột gà và lưỡi khoan dạng khung, tất cả đều được điều chỉnh để phù hợp hơn với điều kiện tại Việt Nam.
Năm 1998, nhóm sinh viên K41 tại Trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu về ảnh hưởng của tải trọng 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 chỉ ra rằng các thông số như góc sau, góc mài và độ tù của lưỡi khoan ảnh hưởng đáng kể đến mômen cản trên trục khoan và tiêu hao công suất khi khoan hố trồng cây, cũng như độ nén chặt của đất trên thành hố khoan.
Máy khoan hố trồng cây với dẫn động cơ khí lắp trên máy kéo Bông
Vào năm 2005, nhằm mục đích tạo ra công cụ cơ giới hoá cho việc đào hố trồng cây, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đã chủ trì một đề tài cấp bộ thành công trong việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị chuyên dụng Sản phẩm nổi bật của đề tài là máy khoan hố trồng cây, được lắp với nguồn động lực cỡ nhỏ trên máy kéo Bông Sen – 8, giúp nâng cao năng suất lao động và mang lại hiệu quả kinh tế.
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 8 mã lực, tích hợp hệ thống truyền lực bao gồm bộ truyền dây đai, côn ma sát, hộp số, ly hợp vấu chuyển hướng cùng cặp bánh chủ động Động cơ được gắn chắc chắn trên khung, khung này được lắp cứng vào hộp số của máy kéo.
Máy kéo Bông Sen – 8, chủ yếu được sử dụng trong nông nghiệp, vẫn chưa được áp dụng rộng rãi trong sản xuất lâm nghiệp do thiếu thiết bị chuyên dụng Để khai thác hiệu quả máy kéo cỡ nhỏ cho lĩnh vực lâm nghiệp và trang trại, cần nghiên cứu và chế tạo các thiết bị phù hợp Với cấu tạo và đặc tính kỹ thuật của nó, máy kéo này đã được 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 bao gồm các bộ phận chính như cụm puly vấu, bộ truyền đai, và hộp giảm tốc bánh răng côn Cụm puly vấu có cấu trúc đặc biệt giúp 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 và bộ truyền đai, tiếp theo là cặp bánh răng côn trong hộp giảm tốc, và cuối cùng là ống nối 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 và tăng mômen quay.
Các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, mô phỏng máy
Hiện nay, mô hình hoá trên máy tính các kết cấu và chi tiết cơ khí đang trở thành nhu cầu thiết yếu 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 Vì vậy, nhà thiết kế cần nắm rõ và vận dụng hiệu quả các ưu điểm của phần mềm vào công việc của mình.
Phần mềm AutoCAD là một trong những công cụ thiết kế CAD phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xây dựng, cơ khí, kiến trúc, điện và bản đồ Nó hỗ trợ đắc lực cho kỹ sư, kiến trúc sư, kỹ thuật viên và họa viên trong việc thực hiện các bản vẽ kỹ thuật, giúp họ hoàn thành sản phẩm thiết kế một cách hiệu quả.
Phần mềm AutoCAD cho phép người dùng thiết kế bản vẽ 2D và mô hình 3D với độ chính xác cao Nó nổi bật với khả năng sao chép lệnh, giúp tăng năng suất trong quá trình vẽ Ngoài ra, AutoCAD còn 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 khả năng mô hình hóa 3D và tạo ra các bản vẽ kỹ thuật chính xác, thể hiện sức mạnh của một công cụ CAD hàng đầu.
Autodesk Inventor là phần mềm thiết kế cơ khí 3D tiên tiến, sử dụng công nghệ thích nghi để 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 làm việc nhóm Người dùng có thể dễ dàng tạo ra các mô hình 3D và bản vẽ 2D, cũng như các chi tiết và bản vẽ lắp nhóm Phần mềm hỗ trợ quản lý hàng ngàn chi tiết và mô hình lắp ghép lớn, đồng thời cho phép sử dụng các ứng dụng bên thứ ba thông qua API (Giao diện lập trình ứng dụng) và VBA để truy cập vào API của Autodesk Inventor Người dùng có thể phát triển các chương trình tự động hóa các chức năng lặp lại và nhập các file định dạng SAT, STEP, AutoCAD, và Autodesk Mechanical Desktop vào Autodesk Inventor Ngoài ra, phần mềm cũng cho phép xuất các file từ Autodesk Inventor sang AutoCAD và 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 Liên kết với các công cụ Web giúp truy cập nguồn tài nguyên công nghiệp và chia sẻ dữ liệu với đồng nghiệp Autodesk Inventor là công cụ mô hình hóa khối rắn, cho phép các nhà thiết kế tạo ra các mô hình cơ khí 3D chất lượng cao.
Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) là phần mềm chuyên dụng cho mô phỏng động lực học của các hệ cơ khí phức tạp, đặc biệt trong lĩnh vực động lực học xe máy, va chạm, robot và công nghệ vũ trụ Phần mềm này cho phép người dùng giải quyết các vấn đề nghiên cứu mà không cần hiểu sâu về các thuật toán bên trong Adams hỗ trợ nhập mô hình hình học từ nhiều chương trình CAD, giúp tiết kiệm thời gian cho việc xây dựng mô hình phức tạp, thường được tạo ra từ các phần mềm CAD chuyên dụng như Catia hay ProEngineer Sau khi xuất mô hình sang các định dạng như Prasolid, igbs, step hoặc dxf/dwg, người dùng có thể nhập vào Adams để tiến hành mô phỏng Với thư viện phong phú về các khớp nối và ràng buộc, Adams cho phép tạo ra các khớp nối động học cho hệ thống Khi mô hình hoàn thành, phần mềm 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 thuỷ khí Phần mềm này tương thích với các công cụ thiết kế phổ biến như Autocad và Solidworks, cho phép tận dụng tối đa tính năng của chúng Ansys hỗ trợ nhập liệu từ file dưới dạng hàm và bảng, đồng thời xuất dữ liệu kết quả dưới nhiều định dạng khác nhau như biểu đồ và đồ thị Ngoài ra, Ansys cho phép lập trình bằng ngôn ngữ Script, giúp người dùng linh hoạt trong việc thiết lập mô hình và khai thác kết quả Đặc biệt, khả năng ghép nối song song nhiều máy tính giúp tăng tốc độ tính toán cho các bài toán phức tạp Ansys – Multiphysics là phiên bản toàn diện nhất, bao gồm tất cả các tính năng của Ansys và áp dụng cho mọi lĩnh vực 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 mô hình 3D cho các chi tiết và lắp ghép thành sản phẩm hoàn chỉnh Nó không chỉ hỗ trợ kiểm tra động học và cung cấp thông tin về vật liệu, mà còn có tính mở và tương thích cao, cho phép nhiều phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác hoạt động trên nền tảng của nó Solidworks xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn, giúp người dùng dễ dàng khai thác mô hình trong các phần mềm phân tích như ANSYS và MSC để kiểm tra ứng suất, biến dạng, và mô phỏng tương tác dòng chảy Các phần mềm COSMOS và ADAMS hỗ trợ kiểm tra thông số động học, trong khi Z-Casting và Pro-Casting mô phỏng quá trình đúc sản phẩm Solidworks thể hiện tư duy thiết kế và công nghệ lập trình hiện đại.
Solidworks là công cụ thiết kế 3D mạnh mẽ, giúp kỹ sư hiện thực hóa ý tưởng sáng tạo một cách trực quan Với khả năng tự động hóa, Solidworks cho phép người dùng nhanh chóng chuyển đổi từ mô hình 3D sang bản vẽ kỹ thuật 2D truyền thống Ngoài ra, phần mềm này còn hỗ trợ thiết kế khuôn và mẫu cho lĩnh vực đúc, tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả trong quy trình sản xuất.
Sau khi hoàn thành 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 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 được sử dụng rộng rãi trên thế giới Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc đào hố vẫn chủ yếu thực hiện bằng phương pháp thủ công, dẫn đến điều kiện làm việc mệt nhọc và năng suất lao động thấp.
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về máy khoan hố trồng cây, phần lớn tập trung vào các nước công nghiệp phát triển Tại 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 ứng 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 rất phức tạp, đòi hỏi nhiều kỹ thuật trong gia công và lắp ráp Việc chuyển giao và áp dụng vào sản xuất cần giải thích rõ ràng về cấu tạo và nguyên lý hoạt động, điều này gặp khó khăn với chỉ bản vẽ 2D và mẫu máy Do đó, việc ứng dụng phần mềm thiết kế mô phỏng 3D như Solidworks và Cosmos Motion là cần thiết để tối ưu hóa thiết kế và hỗ trợ trong việc sản xuất 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
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 này.
Đối tượng nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu tập trung vào máy khoan hố trồng cây dẫn động cơ khí, được lắp đặt trên máy kéo Bông sen - 8, được phát triển trong khuôn khổ đề tài cấp bộ về thiết kế và chế tạo thiết bị chuyên dụng cho việc đào hố trồng cây trong đất lâm nghiệp Dưới sự chủ trì của PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu, cùng với sự tham gia của cán bộ khoa Công nghiệp và phát triển nông thôn - Trường Đại học Lâm nghiệp, máy khoan hố trồng cây đã được thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công, phù hợp với địa hình thoải.
Mũi khoan 8 được kết nối với trục then hoa 7 qua ống nối, trong khi trục then hoa 7 chạy bên 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 đặt 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 của 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 như hình 2.2.
Mômen quay được truyền từ trục thu công suất của máy kéo qua ly hợp vấu và bộ truyền đai 4-5 đến 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 nhờ vào đòn nối với thân máy kéo, với tay cầm để nâng hạ Khi nâng hoặc hạ, chốt trên trục then hoa mũi khoan chạy trong rãnh dài của tay đòn Để cố định trục và mũi khoan ở vị trí cao nhất, cơ cấu hãm dạng treo được bố trí ở thanh ngang càng lái Để dễ dàng di chuyển máy từ hố khoan này sang vị trí khoan khác, phía trước máy kéo được trang bị bánh tựa lăn trên khung.
Phạm vi nghiên cứu
Sử dụng Solidworks để tạo mô hình 3D cho các chi tiết và toàn bộ hệ thống máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông Sen – 8 Đồng thời, áp dụng Cosmos Motion để mô phỏng chuyển động của máy khoan hố trồng cây trên máy kéo Bông Sen 8 Ngoài ra, Cosmos cũng được sử dụng để khảo sát ứng suất và biến dạng của một số chi tiết trong máy khoan hố trồng cây.
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 tầm 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 lực học 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.
Thực nghiệm xác định mômen xoắn trên trục mũi khoan được tiến hành bằng cách đo các đại lượng không điện thông qua phương pháp điện Phương pháp này sử dụng tenzô điện trở để tạo ra khâu đo mômen, kết hợp với bộ thu phát không dây MST 600 và thiết bị Spider 8, tất cả được điều khiển bởi phần mềm Catman trên máy thực nghiệm.
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 hướng dẫn 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 enable grid and snapping features in Sketch, 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 create a grid and enable point snapping for your drawing Additionally, select Units to define the measurement units for your project.
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 2D bằng AutoCAD 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
Tôi bắt đầu bằng việc xây dựng mô hình 3D cho các cụm chính của đầu máy, sử dụng môi trường vẽ phác để tạo ra 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 xây dựng mô hình 3D cho các chi tiết của cụm đầu máy Các chi tiết này được lưu trữ trong file có phần mở rộng “* Sldprt” Tiếp theo, tôi tiến hành lắp ráp cụm đầu máy Bông Sen – 8 theo trình tự các bước đã định sẵn.
To start the Solidworks program, navigate 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 các chi tiết của máy cụm đầu máy đã tạo trước đó Sau đó, chọn đầu máy nổ và nhấn Open Khi chi tiết đầu máy nổ xuất hiện gắn liền với con trỏ chuột, hãy 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, hãy nhấp vào nút Insert Component trên thanh công cụ Assembly Tiếp theo, điều hướng đến 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 vào một điểm để đặt chi tiết vào môi trường lắp ráp.
Để lắp ghép các chi tiết trong Assembly, hãy nhấp vào nút lệnh Mate trên thanh công cụ Hộp thoại Mate sẽ xuất hiện, cho phép bạn chọn các ràng buộc lắp ráp phù 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 các lệnh kim loại tấm, bắt đầu bằng việc vẽ tiết diện khung 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 Cuối cùng, chọn mặt phẳng làm việc trên hai tấm gấp, vẽ tiết diện 3 lỗ và sử dụng lệnh Cut – Extrude để tạo ra 3 lỗ.
Để vẽ tấm nối 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, vào phần Assembly và chọn các ràng buộc phù hợp trong lệnh Mate, kết quả sẽ tạo ra cụm khung đỡ đầu máy như thể hiện trong hình 3.2.
Hình 3.2: Cụm khung đỡ đầu máy
Các chi tiết của cụm hộp số được thiết kế bằng cách vẽ tách rời từng phần và sau đó ghép lại Mỗi phần được xây dựng mô hình 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 thành mô hình 3D cho từng phần của hộp số, bánh xe và ghi, chúng ta lưu lại dưới định dạng "*.Sldprt" bằng lệnh Save Tiếp theo, để lắp ráp các chi tiết này thành một cụm, chúng ta 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 đầu máy kéo Bông Sen – 8 được tạo ra trong môi trường lắp ráp, nơi người dùng có thể chọn các ràng buộc phù 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 chức năng 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 thiết kế cụm máy và các chi tiết của nó theo mô hình 3D, quá 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: phần đầu trục thu công suất, mặt bích đầu trục, đầu nối, bạc trượt, bánh đai nhỏ và vấu.
Để tạo phần nhô ra của trục thu công suất, trước tiên, người dùng cần vẽ các biên dạng tròn 2D Sau đó, sử dụng lệnh Extrude với chiều dài 30mm để thực hiện việc kéo dài phần nhô ra Cuối cùng, áp dụng lệnh Chamfer để vát đầu trục theo hình dạng mong muốn.
Để tạo mặt bích đầu trục thu công suất, trước tiên vẽ tiết diện của mặt bích trong mặt phẳng vẽ, phác thảo 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, tạo thành mô hình như hình 3.7.
Mặt bích đầu trục được thiết kế bằng cách tạo hình biên dạng tròn 2D, sau đó áp dụng các lệnh Extrude, Fillet và Chamfer Kết quả của quá trình thiết kế này được minh họa trong hình 3.8.
Bạc trượt được vẽ bằng cách vẽ tiết diện Sau đó vào dung lệnh Extrude hình 3.9
Để tạo ra bánh đai nhỏ, trước tiên cần vẽ 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 như 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 hình tròn xoay Tiếp theo, tạo mặt phẳng làm việc để vẽ biên dạng của vấu và áp 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 Hộp thoại Open sẽ xuất hiện, bạn cần dẫn tới thư mục chứa các chi tiết của cụm puly vấu đã tạo trước đó, chọn đầu trục thu công suất và nhấn Open Sau đó, gọi lệnh Insert Component trên thanh công cụ Assembly và thực hiện tương tự 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, hãy 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 hiển thị mô hình 3D của cụm puly vấu sau khi 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 bắt đầu bằng cách thiết lập môi trường bản vẽ phù hợp.
Design Library, chọn Toolbox Sau đó kích đúp vào Iso, chọn
Để tạo một phần bánh răng côn trong PowerTransmition, bạn nhấp chuột phải vào Gear và chọn Create Part Sau đó, một menu sẽ xuất hiện để 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 nhau Cụ thể, góc răng là 7 độ, đường kính chia ngoài là 40mm, góc côn chia là 11 độ, chiều cao răng ngoài là 10mm, chiều cao đầu răng ngoài là 7mm, chiều cao chân răng ngoài là 3mm, đường kính đỉnh răng ngoài là 54mm, đường kính vòng chia trung bình là 35mm và góc ăn khớp α là 20 độ Mô hình bánh răng côn nhỏ 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, sau đó áp dụng lệnh Cut - Extrude để tạo ra các lỗ này Cuối cùng, chọn mặt phẳng phác thảo là mặt đầu trục để vẽ tiết diện của rãnh then hoa và 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 xây dựng bằng cách vẽ tiết diện trong mặt phẳng phác thảo và sử dụng lệnh Extrude để tạo hình trục Sau đó, 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 vào 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 của máy khoan hố trồng cây Để vẽ chi tiết khung đỡ hộp giảm tốc, trước tiên cần phác thảo tiết diện khung trong mặt phẳng, sau đó sử dụng lệnh Extrude để tạo ra 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 từng 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 giới thiệu trong hình 3.26.
Để xây dựng mô hình 3D của mũi khoan, tôi đã sử dụng các lệnh như Extrude, Cut – Extrude và chamfer để vẽ thân, trục và lưỡi khoan Ngoài ra, lệnh Extrude cũng được áp dụng để tạo ra nhiều mặt phẳng làm việc cho mô hình.
Trong môi trường lắp ráp, chúng ta sẽ sử dụng các ràng buộc Mate thích 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 sử dụng các lệnh trên thanh công cụ cho phép xây dựng cấu trúc chi tiết của cụm bánh trước một cách hiệu quả.
Để vẽ bánh trước, trước tiên bạn 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 vẽ tấm khung đỡ và tấm bên Các bộ phận như ống đứng ngõng và trục bánh xe cũng được tạo ra bằng lệnh Revolve Cuối cùng, sau khi hoàn thiện mô hình 3D cho từng chi tiết, bạn vào môi trường lắp ráp và sử dụng các ràng buộc Mate thích hợp để tạo thành cụm bánh trước.
Trong chương 3, tôi đã hoàn thiện mô hình 3D cho các chi tiết và cụm chi tiết của máy kéo và máy khoan hố trồng cây, được trang bị hệ thống 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 bộ phận lên máy kéo Để thực hiện điều này, tôi khởi động Solidworks trong môi trường lắp ráp và từ hộp thoại Insert Component, tôi chọn cụm máy kéo bông sen - 8 đã được thiết kế ở các bước trước.
Từ hộp thoại Insert Component, tải cụm bánh trước vào môi trường lắp ráp Sử dụng các ràng buộc như Concentric, Distance và Coincident trong hộp thoại Mate để lắp đặt cụm bánh trước vào đầu máy một cách chính xác.
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 kết hợp với 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, cần tải các chi tiết vào môi trường lắp ráp và áp dụng các ràng buộc phù hợp để hoàn thiện quá trình lắp đặt.
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 cùng tấm nối khớp bản lề vào máy kéo Áp dụng các ràng buộc đồng tâm, đồng trục, song song và khoảng cách để lắp 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 Ràng buộc tiếp xúc giúp con trượt di chuyển trong rãnh của tay đòn Cuối cùng, ràng buộc concentric được sử dụng để lắp ống nối và mũi khoan vào đầu trục then hoa như mô tả trong hình 4.1.
Mô phỏng tháo lắp các chi tiết
Lệnh Explode View cho phép người dùng tách các chi tiết trong một cụm lắp ráp Khi gọi lệnh, hộp thoại Explode sẽ xuất hiện, cho phép bạn chọn chi tiết cần tách ra Sau khi chọn, hệ trục tọa độ và con trỏ chuột sẽ hiển thị để hỗ trợ quá trình tách rời.
Để di chuyển chi tiết theo trục, bạn chỉ cần nhấp chọn trục tương ứng Sau đó, di chuyển 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 mô phỏng quá trình lắp ráp bằng hình ảnh động Để thực hiện điều này, trước tiên hãy chọn trang Configuration Manager.
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 mô phỏng lắp ráp các chi tiết, để tách rời các chi tiết ban đầu, bạn cần chọn ExplView 1 trong cây phả hệ, 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 cho thiết kế 3D, cho phép kỹ sư thể hiện ý tưởng sáng tạo một cách trực quan Nó giúp nhanh chóng chuyển đổi các chi tiết 3D thành bản vẽ kỹ thuật 2D, đồng thời hỗ trợ thiết kế khuôn và mẫu cho ngành đúc, từ đó tối ưu hóa quy trình thiết kế và sản xuất.
Sau khi hoàn thiện mô hình 3D và gán vật liệu cho các khối lượng, chúng ta tiến hành lắp ghép chúng theo đúng thiết kế Trong Solidworks, việc lắp ráp các chi tiết trở nên dễ dàng nhờ vào lệnh Mate, cung cấp đầy đủ 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 loại công nghệ và thiết bị khác nhau trên thế giới, với nhiều máy đào hố có kích thước và năng suất cao Tuy nhiên, tại Việt Nam, phương pháp chủ yếu vẫn là thủ công, khiến 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 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 ứng 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 khá phức tạp, đòi hỏi nhiều kỹ thuật hướng dẫn gia công và lắp ráp Việc chuyển giao và áp dụng vào sản xuất cũng gặp khó khăn nếu chỉ dựa vào bản vẽ 2D Hiện nay, nhiều phần mềm thiết kế mô phỏng có khả năng tạo ra bản vẽ 3D, giúp mô phỏng hoạt động và lắp ráp máy Do đó, nghiên cứu về việc hoàn thiện kết cấu máy khoan hố trồng cây lắp trên máy kéo Bông Sen - 8 theo hướng thiết kế tối ưu và ứng dụng phần mềm mô phỏng là rất cần thiết Xuất phát từ 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 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):
Mũi khoan 8 được kết nối với trục then hoa 7 qua ống nối, trong khi trục then hoa 7 chạy trong trục bị động của hộp giảm tốc bánh răng côn Trục này là trục rỗng có 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 chắc chắn trên khung 12, khung này được cố định 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 và bộ truyền đai, sau đó đi qua cặp bánh răng côn của hộp giảm tốc, cuối cùng là ống nối đến trục mũi khoan.
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 như 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, đi xuống của trục mũi khoan được thực hiện bằng tay thông qua đòn nối với thân máy kéo, với tay cầm để nâng hạ Khi nâng, chốt trên trục then hoa lắp mũi khoan chạy trong rãnh dài của tay đòn Để cố định 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 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, đọc và sưu tập tài liệu, tạp chí chuyên ngành, cùng với các đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của các khóa trước và các đề tài luận án tiến sĩ.
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 lắp sau máy kéo Bông Sen – 8 bằng Cosmos Motion.
Ứng 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 qua phương pháp tenzô điện trở Sử dụng bộ thu phát không dây MST 600 kết hợp với Spider 8, dữ liệu được truyền về máy tính và điều khiển bằng phần mềm Catman 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 tiêu của nghiên cứu thực nghiệm là xác định các thông số đầu vào cho mô phỏng bằng Cosmos Works, 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 dẫn động cơ khí và lắp sau máy kéo Bông sen - 8, thuộc đề tài cấp bộ.
PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đã chủ trì nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị chuyên dụng kết hợp với nguồn động lực cỡ nhỏ Mục tiêu của thiết bị này là đào hố trồng cây và phát thực bì, phục vụ cho việc 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 đo mômen tự tạo, được lắp đặt giữa trục then hoa của hộp giảm tốc và trục mũi khoan Phần tử nhạy của khâu đo mômen là trục hình trụ, trên đó có dán các cảm biến.
4 tenzô điện trở, phía trước 2 lá và phía sau 2 lá ở các vị trí đối xứng nhau hình 5.1
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, đồng thời được liên kết với máy tính xách tay Toshiba và 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 tại các khu đất đồi tiêu biểu Máy thí nghiệm sử dụng là máy khoan hố trồng cây với hệ thống dẫn động cơ khí, và quá trình thí nghiệm được tiến hành bằng loại mũi khoan dạng khung như 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, bao gồm: một người điều khiển máy khoan hố, một người điều khiển máy tính và thiết bị thu thập tín hiệu Spider 8, một người lập biểu và ghi chép nội dung đo, và một người hỗ trợ quá trình đo.