Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu động lực học của hệ thống truyền động thủy lực trên máy xúc lật

Luận án tiến sĩ kỹ thuật phân tích nghiên cứu động lực học của hệ thống truyền động thủy lực cơ khí trên liên hợp máy xúc lật, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng

• 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 tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 2. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• 3. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
• 4. DANH MỤC BẢNG
• 5. DANH MỤC HÌNH
• 6. TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
• 7. THESIS ABSTRACT
• 8. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Truyền động và điều khiển thủy lực đã trở thành xu hướng chủ đạo trong nhiều lĩnh vực, bao gồm giao thông vận tải, xây dựng, và nông lâm nghiệp. Đặc biệt, trong các hệ thống máy công tác tự hành, truyền động thủy lực đang dần thay thế truyền động cơ khí và các dạng truyền động khác. Tính linh hoạt và khả năng tự động hóa của truyền động thủy lực mang lại hiệu suất cao hơn, chi phí sản xuất thấp hơn. Điều này làm cho nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho các thiết kế máy móc công suất lớn. Tuy nhiên, hiện nay, nhiều máy kéo trong liên hợp máy xúc lật vẫn sử dụng hệ thống truyền động cơ khí, dẫn đến sự hạn chế trong khả năng kết nối và vận hành. Do đó, việc cải tiến hệ thống truyền động bằng cách ứng dụng công nghệ thủy lực là cần thiết để nâng cao hiệu quả hoạt động của máy kéo, đồng thời mở rộng khả năng sử dụng cho nhiều loại thiết bị công tác khác nhau.

II. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển hệ thống truyền động thủy lực - cơ khí cho máy kéo nông nghiệp. Luận án nhằm cải thiện tính năng làm việc và nâng cao hiệu suất khai thác của các máy kéo hiện có trong sản xuất nông lâm nghiệp. Thông qua việc xây dựng mô hình động lực học cho hệ thống truyền động kết hợp, nghiên cứu sẽ khảo sát và đánh giá khả năng làm việc của hệ thống máy khi chịu tác động của các yếu tố kết cấu và điều kiện sử dụng. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng sẽ thực hiện các thí nghiệm thực nghiệm để kiểm chứng các kết quả tính toán, từ đó đề xuất các giải pháp cải tiến cho hệ thống truyền động, nhằm đạt được hiệu suất làm việc tối ưu trong các điều kiện thực tế.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện thông qua hai phương pháp chính: nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm. Phương pháp lý thuyết bao gồm việc xây dựng mô hình động lực học cho hệ thống truyền động thủy lực - cơ khí trên máy kéo, từ đó phân tích và đánh giá tính năng làm việc của hệ thống trong các điều kiện khác nhau. Phương pháp thực nghiệm sẽ bao gồm thiết kế và chế tạo mô hình liên hợp máy kéo - xúc lật, sử dụng hệ thống truyền động cải tiến. Mô hình này sẽ được sử dụng để thực hiện các thí nghiệm nhằm xác định các thông số cho mô hình mô phỏng và kiểm chứng các kết quả tính toán. Các phương pháp mô hình hóa và mô phỏng cũng sẽ được áp dụng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.

IV. Kết quả và thảo luận

Luận án đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình thí nghiệm cho hệ thống truyền động bán vô cấp kết hợp thủy lực - cơ khí trên máy kéo. Mô hình này cho phép thực hiện các thí nghiệm trong điều kiện làm việc thực tế, từ đó đánh giá được hiệu suất và tính ổn định của hệ thống. Kết quả khảo sát cho thấy hệ thống truyền động mới có khả năng thay đổi tỷ số truyền linh hoạt, giúp động cơ làm việc ổn định ngay cả khi tải trọng thay đổi lớn. Hệ thống cũng cho thấy sự đơn giản hơn trong kết cấu, loại bỏ nhu cầu sử dụng hộp số cơ khí phức tạp. Những kết quả này không chỉ khẳng định tính khả thi của hệ thống truyền động thủy lực - cơ khí mà còn mở ra hướng đi mới cho việc cải tiến và ứng dụng trong thực tế sản xuất nông nghiệp.

V. Kết luận và kiến nghị

Luận án đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả của hệ thống truyền động thủy lực - cơ khí trên máy kéo nông nghiệp. Đề xuất các giải pháp điều khiển lưu lượng dầu thủy lực trong thiết kế bộ phận phanh hãm, giúp ổn định tốc độ di chuyển và cải thiện hiệu suất làm việc của động cơ. Hệ thống truyền động này có thể ứng dụng tốt cho các loại máy kéo công suất trung bình hiện có tại Việt Nam. Đề xuất nghiên cứu thêm về việc cải tiến hoặc chế tạo hộp số mới với chi phí đầu tư thấp, phù hợp với điều kiện sử dụng và công nghệ chế tạo máy của Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất trong nông nghiệp.

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 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 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 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 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. 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. 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 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 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 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.