Luận án tiến sĩ về động lực học hệ thống truyền động thủy lực cơ khí trên liên hợp

Luận án tiến sĩ phân tích động lực học hệ thống truyền động thủy lực cơ khí trên liên hợp, cung cấp kiến thức chuyên sâu và ứng dụng thực tiễn.

• Tác giả: Đặng Đức Thuận
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Việt Đức
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Động Lực Học Của Hệ Thống Truyền Động Thủy Lực - Cơ Khí Trên Liên Hợp Máy Xúc Lật
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
• 1. PHẦN 1: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Những đóng góp mới của đề tài
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 2. NGUYÊN LÝ CẢI TIẾN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC - CƠ KHÍ CHO MÁY KÉO VỚI TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ
• 2.1. Kết luận phần 2
• 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Địa điểm nghiên cứu
• 3.2. Thời gian nghiên cứu
• 3.3. Đối tượng nghiên cứu
• 3.4. Nội dung nghiên cứu
• 3.5. Phương pháp nghiên cứu
• 3.5.1. Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng
• 3.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 3.6. Cơ sở lý thuyết của phương pháp nghiên cứu
• 3.6.1. Đặc tính môi chất truyền động
• 3.6.2. Cấu trúc mạch truyền động và điều khiển thủy lực
• 3.7. Kết luận phần 3
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Lựa chọn mô hình nghiên cứu
• 4.2. Mô hình liên hợp máy thực hiện xúc vật liệu
• 4.3. Mô hình liên hợp máy vận chuyển khối vật liệu bằng gầu xúc
• 4.4. Mô hình liên hợp máy vận chuyển bằng rơ mooc
• 4.5. Xây dựng mô hình truyền động của máy kéo
• 4.5.1. Sơ đồ tổng thể của hệ thống truyền động máy kéo
• 4.5.2. Mô hình động cơ diesel
• 4.5.3. Mô hình truyền động thuỷ lực
• 4.5.4. Mô hình bánh xe chủ động
• 4.5.5. Mô hình bộ phận công tác xúc lật
• 4.5.6. Hệ phương trình vi phân chuyển động của liên hợp máy xúc lật
• 4.6. Xây dựng mô hình mô phỏng
• 4.6.1. Lựa chọn các mục tiêu nghiên cứu mô hình và các tham số đầu vào
• 4.6.2. Mô hình mô phỏng Matlab-Simulink
• 4.6.3. Kết quả khảo sát mô hình
• 4.7. Phân tích sự tương quan giữa các đặc tính của các thông số khảo sát trong hệ thống truyền động của máy kéo
• 4.7.1. Khảo sát ảnh hưởng van xả áp
• 4.7.2. Khảo sát thay đổi mức ga động cơ
• 4.7.3. Khảo sát thay đổi góc nghiêng đĩa điều khiển lưu lượng bơm
• 4.7.4. Ảnh hưởng của thay đổi số truyền
• 4.7.5. Khảo sát trạng thái hoạt động của liên hợp máy khi làm việc
• 4.7.6. Đề xuất phương án cải thiện tính năng phanh liên hợp máy khi xuống dốc
• 4.7.7. Mô hình phanh xe bằng van tiết lưu
• 4.7.8. Kết quả khảo sát
• 4.7.9. Chiến lược điều khiển tỷ số truyền vô cấp của hệ thống truyền động theo tải trọng kéo của máy kéo
• 4.7.10. Lựa chọn phương án điều khiển tỷ số truyền động của hệ thống
• 4.7.11. Một số kết quả khảo sát
• 4.8. Nghiên cứu thực nghiệm
• 4.8.1. Đối tượng, mục đích, điều kiện nghiên cứu và các thông số cần đo
• 4.8.2. Tổ chức thí nghiệm
• 4.8.3. Thí nghiệm đối chứng đánh giá độ chính xác của mô hình mô phỏng
• 4.9. Kết luận và kiến nghị
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Truyền động và điều khiển thủy lực đã và đang được ứng dụng phổ biến trong hầu hết các lĩnh vực của xã hội như giao thông vận tải, xây dựng, nông - lâm nghiệp. Đặc biệt trên hệ thống máy công tác tự hành, truyền động thủy lực đang thay thế dần cho truyền động cơ khí và một số dạng truyền động khác. Với khả năng linh hoạt trong kết nối, truyền động, thuận lợi trong ứng dụng tự động hóa và đặc biệt là hiệu suất truyền động ngày càng được cải thiện, nâng cao, giá thành chế tạo giảm, truyền động thủy lực sẽ là lựa chọn hàng đầu trong thiết kế chế tạo và sử dụng máy trong tương lai. Vì máy cơ sở là máy kéo nông nghiệp nên có thể kết nối thêm nhiều loại thiết bị công tác để thực hiện các công việc khác nhau.

II. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là ứng dụng phát triển hệ thống truyền động thủy lực - cơ khí cho các loại máy kéo nông nghiệp đang sử dụng hộp số cơ khí, nhằm cải thiện tính năng, mở rộng phạm vi hoạt động và nâng cao hiệu suất khai thác sử dụng các loại máy kéo hiện có trong các hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp của Việt Nam. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc xây dựng mô hình động lực học cho hệ thống truyền động và khảo sát phân tích đánh giá tính năng làm việc của hệ thống máy khi chịu tác động của các yếu tố kết cấu và điều kiện sử dụng.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm hai phần chính: nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết sẽ xây dựng mô hình động lực học cho hệ thống truyền động kết hợp thủy lực - cơ khí trên máy tự hành. Nghiên cứu thực nghiệm sẽ thiết kế và chế tạo mô hình liên hợp máy kéo - xúc lật có sử dụng hệ thống truyền động thủy lực. Mô hình này sẽ được sử dụng trong các thí nghiệm xác định thông số cho mô hình mô phỏng và kiểm chứng các kết quả tính toán khảo sát.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình thí nghiệm động lực học của hệ thống truyền động thủy lực - cơ khí trên máy kéo có tính cơ động cao, phù hợp để thực hiện thí nghiệm với máy công tác xúc lật trong các điều kiện làm việc thực tế. Hệ thống này cho phép thay đổi tỷ số truyền linh hoạt trong phạm vi rộng, giúp cho động cơ làm việc ổn định trên điểm làm việc lựa chọn trong khi tải trọng ngoài biến động lớn. Các kết quả khảo sát mô hình động lực học cho thấy hệ thống máy làm việc ổn định, an toàn, đảm bảo quá trình làm việc liên tục không xảy ra quá tải làm động cơ ngừng hoạt động.

V. Đề xuất giải pháp

Đề xuất các giải pháp điều khiển lưu lượng dầu thủy lực trong thiết kế bộ phận phanh hãm bằng van tiết lưu cho máy tự hành trang bị hộp số thủy lực. Giải pháp này nhằm hạn chế tốc độ di chuyển của liên hợp máy khi xuống dốc và điều khiển lưu lượng bơm thủy lực phù hợp với sự thay đổi tải trọng, ổn định hoạt động của động cơ trong vùng hiệu suất làm việc cao. Truyền động thủy lực với bơm thủy lực điều khiển lưu lượng tích hợp trong mạch truyền động thủy lực cơ bản có thể ứng dụng tốt cho các loại máy kéo công suất trung bình (> 30 Hp) hiện có tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐẶNG ĐỨC THUẬN NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC - CƠ KHÍ TRÊN LIÊN HỢP MÁY XÚC LẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2021 luan an HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐẶNG ĐỨC THUẬN NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THUỶ LỰC - CƠ KHÍ TRÊN LIÊN HỢP MÁY XÚC LẬT Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 Người hướng dẫn khoa học: TS. Bùi Việt Đức PGS. Nguyễn Ngọc Quế HÀ NỘI - 2021 luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày… tháng … năm 2021 Tác giả luận án Đặng Đức Thuận i luan an LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới tập thể Thầy hướng dẫn: TS. Bùi Việt Đức, PGS. Nguyễn Ngọc Quế đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Động lực, Khoa Cơ điện - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày.

Nghiên cứu sinh Đặng Đức Thuận ii luan an MỤC LỤC Trang Lời cam đoan. ii Mục lục. iii Danh mục chữ viết tắt. vi Danh mục các kí hiệu.

vii Danh mục bảng. xi Danh mục hình. xii Trích yếu luận án. xv Thesis abstract.

Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Những đóng góp mới của đề tài.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Tổng quan về hệ thống truyền động. Các loại hệ thống truyền động. So sánh các loại truyền động.

Các tính năng cơ bản của máy kéo và xe chuyên dụng. Tính năng kinh tế kỹ thuật của máy kéo. Phân tích ưu nhược điểm của truyền động cơ khí phân cấp và truyền động vô cấp hay bán vô cấp trên quan điểm tính năng kéo của máy kéo. Các tính chất cơ bản của bộ truyền động thủy tĩnh.

Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước. Các công trình nghiên cứu ngoài nước. Các nghiên cứu trong nước. Đề xuất hướng nghiên cứu của luận án.

Phân tích lựa chọn hệ thống truyền động bán vô cấp. 30 iii luan an 2. Nguyên lý cải tiến hệ thống truyền động thủy lực - cơ khí cho máy kéo với truyền động cơ khí. Kết luận phần 2.

Phương pháp nghiên cứu. Địa điểm nghiên cứu. Thời gian nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.

Cơ sở lý thuyết của phương pháp nghiên cứu. Đặc tính môi chất truyền động. Cấu trúc mạch truyền động và điều khiển thủy lực. Kết luận phần 3.

Kết quả và thảo luận. Lựa chọn mô hình nghiên cứu. Mô hình liên hợp máy thực hiện xúc vật liệu. Mô hình liên hợp máy vận chuyển khối vật liệu bằng gầu xúc.

Mô hình liên hợp máy vận chuyển bằng rơ mooc. Xây dựng mô hình truyền động của máy kéo. Sơ đồ tổng thể của hệ thống truyền động máy kéo. Mô hình động cơ diesel.

Mô hình truyền động thuỷ lực. Mô hình bánh xe chủ động. Mô hình bộ phận công tác xúc lật. Hệ phương trình vi phân chuyển động của liên hợp máy xúc lật.

Xây dựng mô hình mô phỏng. Lựa chọn các mục tiêu nghiên cứu mô hình và các tham số đầu vào. Mô hình mô phỏng Matlab-Simulink. Kết quả khảo sát mô hình.

79 iv luan an 4. Phân tích sự tương quan giữa các đặc tính của các thông số khảo sát trong hệ thống truyền động của máy kéo. Khảo sát ảnh hưởng van xả áp. Khảo sát thay đổi mức ga động cơ.

Khảo sát thay đổi góc nghiêng đĩa điều khiển lưu lượng bơm. Ảnh hưởng của thay đổi số truyền. Khảo sát trạng thái hoạt động của liên hợp máy khi làm việc. Đề xuất phương án cải thiện tính năng phanh liên hợp máy khi xuống dốc.

Mô hình phanh xe bằng van tiết lưu. Kết quả khảo sát. Chiến lược điều khiển tỷ số truyền vô cấp của hệ thống truyền động theo tải trọng kéo của máy kéo. Lựa chọn phương án điều khiển tỷ số truyền động của hệ thống.

Một số kết quả khảo sát. Nghiên cứu thực nghiệm. Đối tượng, mục đích, điều kiện nghiên cứu và các thông số cần đo. Tổ chức thí nghiệm.

Thí nghiệm đối chứng đánh giá độ chính xác của mô hình mô phỏng. Kết luận và kiến nghị. 119 Danh mục các công trình công bố có liên quan đến luận án. 120 Tài liệu tham khảo.

125 v luan an DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt BMM: Bộ biến mô HTTĐ: Hệ thống truyền động HSPNCS: Hộp số phân nhánh công suất LHM: Liên hợp máy (máy kéo và bộ phận công tác) MK&XCD: Máy kéo và xe chuyên dụng TĐTL: Truyền động thủy lực TĐTT: Truyền động thủy tĩnh vi luan an DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU Ký hiệu Tên gọi Đơn vị 𝑎 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau máy [m] 𝛽 Hệ số nén của chất lỏng [m2/N] 𝛽𝑉 Hệ số nén thể tích của chất lỏng [m2/N] 𝛽𝑡 Hệ số giãn nở nhiệt của chất lỏng 𝑐 Khoảng cách từ cầu sau đến điểm móc rơ mooc [m] 𝐶𝑡đ Độ cứng tương đương [Nm/rad] 𝐶𝐻 Độ cứng thủy lực của hệ chuyển động quay [Nm/rad] 𝐷 Thể tích riêng của động cơ thủy lực [cm3/vòng] 𝐷𝑚 Hệ số kết cấu động cơ thủy lực [cm3/rad] 𝑑𝑝 Lượng thay đổi áp suất của chất lỏng [N/m2] 𝑑𝑉 Lượng thay đổi thể tích chất lỏng [m3] 𝛿 Độ trượt của máy kéo 𝛿𝑥 Độ trượt quay của bánh xe chủ động 𝛾 Trọng lượng riêng của chất lỏng [N/m3] 𝑓 Hệ số ma sát 𝑔𝑒 Chi phí nhiên liệu riêng của động cơ [g/kW.h] 𝑔𝑇 Chi phí nhiên liệu riêng của máy kéo [g/kW.h] 𝐺 Trọng lượng máy kéo [N] 𝐺𝑔𝑎𝑢 Tọng lượng gầu (bao gồm cả vật liệu) [N] 𝐺𝑔𝑎𝑢0 Trọng lượng chế tạo gầu xúc [N] 𝐺𝑇 Chi phí nhiên liệu giờ [kG/h] ℎ𝑔 Chiều cao trọng tâm máy kéo [m] ℎ𝑚 Chiều cao điểm móc rơ mooc [m] 𝑖 Tỉ số truyền hệ thống truyền động 𝑖𝑐 Tỷ số truyền của truyền động cuối 𝑖𝐻 Tỷ số truyền hộp số cơ khí 𝑖0 Tỷ số truyền của truyền động chính 𝑖1 Tỷ số truyền từ động cơ diesel đến bơm vii luan an Ký hiệu Tên gọi Đơn vị 𝐽 Mô men quán tính [kg.m2] 𝐽𝑒 Mô men quán tính của động cơ đốt trong [kg.m2] 𝐽𝑘 Mô men quán tính của bánh xe chủ động [kg.m2] Mô men quán tính khối lượng quy về trục mô 𝐽𝑀 [kg.m2] tơ thủy lực Mô men quán tính khối lượng quy về trục bơm 𝐽𝑝 [kg.m2] thủy lực 𝐾 Mô đun đàn hồi của chất lỏng [N/m2] 𝑘∝ Mức xoay góc nghiêng của đĩa điều khiển bơm [%] 𝐾𝑏𝑧 Hệ số lưu lượng van xả áp [m5/(N.s)] 𝑘𝑔𝑎 Mức ga động cơ [%] 𝑘𝑀 Hệ số ma sát cản nhớt của mô tơ thủy lực [Nm.s] 𝑘𝑙𝑒 Hệ số rò rỉ của bơm 𝑘𝑃 Hệ số ma sát cản nhớt của bơm [Nm.s] 𝐿 Chiều dài cơ sở của máy kéo [m] Khoảng cách từ trọng tâm hình học của trọng 𝐿𝑔𝑎𝑢0 tâm gầu đến cầu trước máy kéo khi gầu hạ [m] xuống nền 𝑀𝐶𝐸 Mô men cản trục bơm lên động cơ diesel [Nm] 𝑀𝐶𝐻 Mô men cản từ cầu sau lên hộp số cơ khí [Nm] 𝑀𝐶𝑇 Mô men cản hộp số lên trục mô tơ thuỷ lực [Nm] 𝑀𝑒 Mô men quay của động cơ diesel [Nm] 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 Mô men quay cực đại [Nm] 𝑀𝑒𝑁 Mô men quay danh nghĩa [Nm] 𝑀𝑘 Mô men quay của bánh xe chủ động [Nm] 𝑚 Khối lượng máy kéo [kg] 𝜇 Độ nhớt động lực học của chất lỏng [N.