Luận án Nghiên cứu khả năng kéo bám và ổn định của liên hợp máy kéo bánh hơi với cày chăm sóc rừng làm việc trên đất dốc

p ở các đối tượng đo, nhận tín hiệu về trạng thái của đối tượng cần đo và biến đổi nó thành tín hiệu điện tương ứng. Do vậy, khi chọn cảm biến để đo một đại lượng nào đấy cần phải chú ý đến đặc tính của cảm biến và tính chất của các đại lượng cần đo, cụ thể như sau: 103 1. Hàm số chỉ sự phụ thuộc giữa đại lượng cần đo x với tín hiệu phát ra từ cảm biến y (y = f(x)), hàm số này tốt nhất là tuyến tính [6]. 2. Khoảng thay đổi biên độ và tần số của đại lượng đo và đặc tính biên độ - tần số cảm biến. 3. Độ nhạy tuyệt đối Δx Δy Sa = và độ nhạy tương đối xx yy / / S   = của cảm biến. 4. Sai số tĩnh và động của cảm biến. 5. Sự thay đổi của cảm biến với ảnh hưởng bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, sự rung động sẽ gây nên các sai số phụ thêm. 6. Kích thước và trọng lượng của cảm biến, phương pháp đặt cảm biến trên chi tiết hoặc cơ cấu để đo, độ phức tạp về kết cấu của cảm biến. 7. Có thể kết nối được với bộ xử lý tín hiệu kết hợp với máy vi tính có sử dụng các phần mềm chuyên dùng để ghi, nhận được kết quả theo mục đích nghiên cứu. 4.3.2. Thiết bị thu thập, khuếch đại tín hiệu và chuyển đổi A/D Để thực hiện nội dung nghiên cứu thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật của LHM cày chăm sóc rừng, luận án đã sử dụng thiết bị đo đa kênh Spider 8 do hãng HBM của CHLB Đức sản xuất [40]. Thiết bị này có chức năng thu thập và khuếch đại tín hiệu và chuyển đổi A/D trong quá trình đo các đại lượng không điện bằng điện. Thiết bị có kết cấu và hình dáng như hình 4.2. Hình 4. 2. Thiết bị đo đa kênh Spider 8 104 Thiết bị Spider 8 là thiết bị đo hiện đại được kết nối với máy tính kết hợp với phầm mềm chuyên dụng Catman, có 8 kênh đo, khi làm việc các kênh đo được kết nối trực tiếp tới các đầu đo. Spider 8 dùng để thu nhận, khuyếch đại và chuyển đổi các tín hiệu tương tự về tín hiệu số. Đây là loại thiết bị đo đa năng, có thể sử dụng với nhiều loại đầu đo phục vụ cho nhiều mục đích đo khác nhau. Spider 8 kết nối được với máy tính qua cổng LPT hoặc cổng RS232, mặt khác Spider 8 có thể kết nối máy in hoặc một thiết bị Spider 8 khác. Khi hoạt động, thiết bị Spider 8 nhận tín hiệu từ các cảm biến đo và khuyếch đại tín hiệu, xử lý chuyển đổi hoàn toàn thành tín hiệu số. Các tín hiệu số nhận được không bị gián đoạn, đảm bảo không có sai sót. Thiết bị Spider 8 có đặc tính kỹ thuật chính như sau: - Tốc độ lấy mẫu tới 9.600 giá trị/giây cho mỗi kênh đo; - Nguồn điện 110 - 240 V AC qua bộ chuyển đổi điện ổn định 12 V DC - Số kênh đo: 8; - Phân giải 16 bit; 4.3.3. Phần mềm sử dụng trong thí nghiệm Để thực hiện được nội dung nghiên cứu thí nghiệm nêu trên, phù hợp và đồng bộ với thiết bị Spider 8 và các cảm biến, luận án đã sử dụng phần mềm Catman để điều khiển đo và xử lý số liệu thí nghiệm. Phần mềm Catman là phần mềm điều khiển đo và xử lý kết quả thí nghiệm, điều khiển nhiều thiết bị của hãng HBM [40]. Phần mềm này làm việc trong môi trường Window, điều khiển được thiết bị Spider 8. Ngoài ra, xử lý số liệu có thể liên kết với phần mềm Excel, cũng như một số phầm mềm khác. Phần mềm Catman có các nhóm thực hiện đo và xử lý số liệu chính như: Data logger (lấy file đã cài đặt, lựa chọn phương pháp đo và dạng hiển thị kết quả đo); Define instrument and i/0 channels: (liên kết thiết lập kênh đo giữa 105 phần mềm Catman và thiết bị Spider 8 (khai báo kênh đo, cổng kết nối, thiết lập đơn vị đo...); Data export: (lấy dữ liệu ra, xử lý số liệu...); Data import: (nhập, lưu dữ liệu (chọn các dạng lưu dữ liệu đo); Editmeasured data: (điều chỉnh số liệu). Trong thí nghiệm đo, phần mềm được sử dụng để xử lý số liệu đồng thời những thông số như sau: Pc1; Pc2 – Lực kéo thanh 1 và lực kéo thanh 2 của dàn cày chảo; Z1 – Phản lực pháp tuyến lên cầu trước của máy kéo 𝜔𝑘1,𝜔𝑘2 – Số vòng quay của hai bánh xe chủ động at – Gia tốc thực tế của máy kéo Sơ đồ kết nối các đầu đo được kết nối với thiết bị đo, kết nối máy tính theo sơ đồ hình 4.3 như sau: Hình 4. 3. Sơ đồ kết nối cảm biến với thiết bị đo đa kênh Spider 8, máy tính có sử dụng phần mềm Catman 106 Hình 4.4. Hình ảnh lắp đặt hệ thống đo trên LHM khi thí nghiệm 4.3.4. Xác định hệ số cản lăn và hệ số bám của máy kéo Để xác định hệ số cản lăn và hệ số bám của máy kéo bánh hơi Janmar F535D, Luận án sử dụng máy kéo MTZ 82 của Berlarus để làm nguồn động lực kéo, kết hợp với cảm biến đo lực kéo tiêu chuẩn TBX-4T do hãng Kubota của Nhật bản để xác định lực kéo trong quá trình chuyển động của máy kéo. Hình 4. 5. Cảm biến đo lực TBX-4T 107 Cảm biến đo lực TBX-4T do hãng Kubota của Nhật bản sản xuất (hình 4.5) làm việc theo nguyên lý điện trở tenzo, mạch đo là cầu đủ điện trở. Cảm biến có giới hạn đo 39,2 KN, trước khi sử dụng đo cảm biến đã được hiệu đính xác định điện áp đầu ra. Cảm biến đo lực được kết nối với thiết bị thu thập và khuếch đại tín hiệu đa kênh Spider 8 do hãng HBM của Công hòa liên bang Đức sản xuất. Phương pháp xác định hệ số cản lăn và hệ số bám: Để nghiên cứu về tính chất kéo bám và ổn định của LHM khi làm việc thì xác định hệ số cản lăn f và hệ số bám φ có ý nghĩa rất quan trọng. Xác định hệ số cản lăn f và hệ số bám φ được thực hiện bằng nghiên cứu thực nghiệm trên đất đồi tự nhiên điển hình của khu vực, vị trí tương đối bằng phẳng. Sử dụng máy kéo bánh hơi MTZ82 có công suất 80 mã lực để kéo máy kéo Yanmar F535D có công suất 53 mã lực, liên kết 2 máy kéo là cây cáp và cảm biến đo lực tiêu chuẩn TBX-4T để xác định lực kéo. Kết quả xác định lực kéo được ghi và lưu lại tại thiết bị thu thập và khuếch đại tín hiệu đo lường đa kênh Spider 8. Số liệu được xử lý bằng phần mềm Catman trên máy tính. Hình ảnh thí nghiệm được thể hiện như hình 4.6. Hình 4. 6. Hình ảnh thí nghiệm xác định hệ số bám và hệ số cản lăn Đầu đo lực TBX-4T 108 Khi xác định hệ số cản lăn, máy kéo Janmar F535D để cần số ở vị trí số “0”, trong quá trình thí nghiệm không sử dụng hệ thống phanh. Chỉ số của cảm biến đo lực thu được là giá trị kéo Pl. Từ phương trình cân bằng lực kéo là: .t GP f P= (4.1) Hệ số cản lăn được xác định theo công thức: l G P f P = (4.2) Trong đó: Pl là lực cản lăn của máy kéo; PG là trọng lượng máy kéo. - Xác định lực bám Pb, máy kéo Janmar F535D được cố định bằng phanh, số hãm cặp bánh xe chủ động cho đến khi máy kéo bị trượt hoàn toàn trong quá trình thí nghiệm. Giá trị lực kéo thu được là cơ sở để tính toán lực bám Pb và hệ số bám φ. - Để xác định hệ số bám trong thí nghiệm ta. Giá trị kéo Pb, thu được là cơ sở để tính lực bám P theo công thức: b kP Z= (4.3) Hệ số bám bánh xe chủ động máy kéo được xác định theo công thức: b k P Z  = (4.4) Trong đó: Pb là lực bám của các bánh xe chủ động; Zk là phản lực pháp tuyến lên các bánh xe chủ động của máy kéo. 4.3.5. Xác định phản lực pháp tuyến và góc dốc tức thời Thí nghiệm xác định phản lực pháp tuyến của mặt đồi lên cầu trước của máy kéo, trên cầu trước máy kéo được dán cố định các lá tenzo điện trở kết nối với thiết bị Spider 8 được điều khiển bằng phần mềm Catman. Phương pháp đo xác định phản lực lên cầu trước máy kéo Lá điện trở được dán trên bề mặt đã được đánh bóng và làm sạch của cầu trước máy kéo, 2 lá điện trở ở mặt trên, 2 lá điện trở ở mặt dưới. Kết nối các dây của 4 lá tenzo theo sơ đồ cầu đủ điện trở (hình 4.7). Mạch cầu đủ điện trở được nối với thiết bị Spider 8 kết nối với máy tính. 109 Hình 4.7. Hình ảnh dán tenzô điện trở trên cầu trước máy kéo Sau khi kết nối sơ đồ đo, tiến hành kiểm tra lại mạch đấu nối và hiệu chuẩn khâu đo. Hiệu chuẩn khâu đo bằng cách đặt dưới bánh xe máy kéo phía trục có dán lá điện trở một cảm biến lực tiêu chuẩn và một kích thủy lực để tác động lực lên bánh xe. Giá trị phản lực pháp tuyến tác động lên bánh xe được xác định thông qua cảm biến lực tiêu chuẩn. Tiến hành hiệu chỉnh giá trị tương thích để đồ thị hiển thị kết quả của cảm biến tiêu chuẩn trùng với đồ thị của khâu đo bằng lá điện trở tenzo. Hình 4.8. Hình ảnh hiệu chuẩn khâu đo phản lực pháp tuyến Nghiên cứu thực nghiệm động lực học LHM kéo trên dốc ngang, một khó khăn lớn là rất khó xác định chính xác góc dốc mặt đồi theo đường thực nghiệm. Đã có khá nhiều công trình nghiên cứu về tính chất kéo bám của máy kéo trên dốc ngang, trong đó góc dốc được xác định theo giá trị trung bình trên một đường thí nghiệm. Trong luận án đề xuất một phương pháp xác định góc dốc mặt đồi R1 R2 R3 R4 + - Uđ U0 + - R1 R2 R4 R3 110 thông qua đo phản lực pháp tuyến của mặt đồng lên bánh xe phía trên của cầu trước. Phương pháp cụ thể như sau: Trên hình 4.9 trình bày sơ đồ các lực lên máy kéo Hình 4. 9. Sơ đồ xác định phản lực pháp tuyến lên máy kéo trên dốc ngang Trong đó: G1 – trọng lượng máy kéo; m1, m2 – khối lượng máy kéo và cày chảo; x - gia tốc liên hợp máy;  - góc dốc mặt đồi; Mk – mô men chủ động; Pk2 – lực chủ động của máy kéo; Pf1, Pf2 – lực cản lăn cầu trước và cầu sau: Z1, Z2 – phản lực pháp tuyến của mặt đồi lên cầu trước và cầu sau ,t dZ Z - phản lực pháp tuyến của mặt đồi lên các bánh xe phía trên và phía dưới dốc; PC – lực cản cày chảo (chỉ tính riêng lực cản của đất); 2m x− - lực cản quán tính của cày chảo; 1m x− - lực cản quán tính của máy kéo. Từ sơ đồ lực trên hình 4.9 ta xác định được các thành phần phản lực )b z 1G  1T y 1h x y z CP t L ab 1h 1 cos G 2kP2fP 1fP 1Z 2Z 1T V 2( )CP m x− mh 1m x− x z kM )a z y x. 111 của mặt đồng tác dụng lên các bánh xe của máy kéo: - Phản lực pháp tuyến trên cầu trước: 1 1 1 C 2 m 1 a.G cos m h x (P m x)h Z 0 L  − − − =  (4.5) - Phản lực pháp tuyến lên bánh xe phía trên của cầu trước: t 1 1 1 1 0,5B.Z h Z tg Z 0; B − =  (4.6) hoặc t 1 1 1 ZB 1 tg h 2 Z    = −    (4.7) Từ (4.5) và (4.7) ta được phương trình: 2 t 1 1 1 1 1 C m 1 cos h L.Z1 0 cos B 2 a.G cos m x.h F h     − − − =  − −  (4.8) Trong đó: 2C CF P m x= − đã được xác định từ kết quả thực nghiệm đo lực cản cày Pc và gia tốc của LHM; Các thông số cần đo trực tiếp bằng thực nghiệm: 1 ( ), ( ), ( ) t CZ t x t P t Phương trình (4.8) sẽ được giải bằng phương pháp số trên phần mềm Matlab, xác định được góc dốc  và đưa vào khảo sát trong mô hình lý thuyết. 4.3.6. Xác định lực kéo cày chăm sóc rừng Để đo lực kéo cày, luận án sử dụng 2 cảm biến đo lực theo tiêu chuẩn là TBX -4 và TBX-1 (trên hình 4.10) để đo lực kéo cày: Hình 4. 10. Cảm biến đo lực kéo TBX- 1T 112 Cảm biến đo lực TBX-1 là cảm biến đo lực tiêu chuẩn do hãng Kubota của Nhật bản sản xuất làm việc theo nguyên lý điện trở tenzo, mạch đo là cầu đủ điện trở có giới hạn đo 9.8 KN. Cảm biến đo lực TBX-4T do hãng Kubota của Nhật bản sản xuất làm việc theo nguyên lý điện trở tenzo, mạch đo là cầu đủ điện trở. Cảm biến có giới hạn đo 39,2 KN. Khi liên hợp máy hoạt động ta để chế độ kéo cày ở vị trí tự do (vị trí bơi), sử dụng khung kéo phụ [9] để xác định lực kéo đo bằng cảm biến đo lực TBX-1 và TBX – 4. Trong trường hợp này, máy kéo với dàn cày được mắc gián tiếp với cơ cấu treo qua một khung đo, trên đó các thành phần thẳng đứng của lực cản cày đã bị triệt tiêu, chỉ còn thành phần lực theo phương ngang được tiếp nhận bởi cảm biến đo lực; Trong quá trình làm việc, cơ cấu nâng hạ cày để ở thế bơi, do đó lực kéo của thanh treo trên là bằng không. Tín hiệu từ 2 cảm biến được chuyển về máy tính thông qua thiết bị Spider 8 theo mạch kết nối của của hệ thống đo. Hình 4.11. Hình ảnh lắp đầu đo lực để xác định lực kéo cày Từ lực cản cày thí nghiệm có thể xác định hệ số lực cản riêng của cày (Kc) theo công thức của V.P. Goriatkin. PC = Kc.hc.Bc + Gc.fms + . hc.Bc.v2 (4.9) 113 Trong đó: hc, Bc là chiều sâu và bề rộng của cày, m; fms - hệ số ma sát của đất và bánh xe máy cày; Gc - trọng lượng của dàn cày, N; Kc - hệ số lực cản riêng của cày, N/m2;  - hệ số tiêu hao năng lượng khi lật đất; v - vận tốc chuyển động của cày, m/s. 4.3.7. Xác định gia tốc LHM cày chăm sóc rừng theo phương chuyển động Xác định giá trị gia tốc của liên hợp máy khi kéo cày chăm sóc rừng được sử dụng cảm biến đo gia tốc Kisler do Nhật Bản sản xuất (hình 4.12) Cảm biến Kisler có số hiệu C122531, làm việc theo nguyên lý Tenzo, có tính năng kỹ thuật như sau: Khoảng đo ± 20g (g = 9,81 m/s2), sai số trong lớn nhất 1%, tần số thích ứng 6,4 kHz, nhiệt độ làm việc cho phép: (từ -200C đến 850C), nguồn nuôi 1 chiều 5 VDC. Hình 4. 12. Cảm biến Kisler Phương pháp thí nghiệm Xác định gia tốc của liên hợp máy cày chăm sóc rừng theo phương chuyển động bằng cách gắn cảm biến đo gia tốc vào vị trí trên đường đối xứng dọc, gần trọng tâm máy máy kéo, chiều làm việc cảm biến theo chiều chuyển động của máy kéo. 114 Cảm biến được kết nối với hệ thống đo và máy tính. Dữ liệu thí nghiệm được thu thập và xử lý bằng phần mềm Catman. Kết quả thu được xác định được gia tốc chuyển động của liên hợp máy từ đó xác định được vận tốc thực tế, điều này kết hợp với số liệu thí nghiệm về số vòng quay của bánh xe chủ động để tính độ trượt khi LHM làm việc. 4.3.8. Xác định số vòng quay của bánh xe chủ động và độ trượt LHM Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng cảm biến đo số vòng quay theo nguyên lý cảm ứng để xác định số vòng quay thực của hai bánh xe chủ động khi làm việc, từ đó làm cơ sở tính toán xác định độ trượt của liên hợp máy làm việc trên đất dốc. Cảm biến được gắn vào bánh xe và truyền tín hiệu tới bộ thu thập khuếch đại Spider 8 theo hình 4.13. Hình 4. 13. Hình ảnh lắp cảm biến đo số vòng quay bánh xe chủ động Trong thí nghiệm để xác định độ trượt của máy kéo, dựa trên đặc điểm, cấu tạo cơ cấu vi sai của máy kéo, khi máy kéo làm việc trên dốc ngang, độ trượt của bánh xe phía trên và phía dưới dốc khác nhau, thí nghiệm sử dụng thiết bị để đo số vòng quay của hai bánh xe trên dốc và dưới dốc 𝜔𝑘. Sơ đồ động học của cơ cấu vi sai và giản đồ vận tốc máy kéo được thể hiện trên hình 4.14. 115 Hình 4.14. Sơ đồ động học của cơ cấu vi sai cầu sau a. Phương pháp xác định độ trượt của máy kéo khi không khóa vi sai Độ trượt của máy kéo được xác định theo công thức: lt k k x lt k k V V r V V r    − − = = (4.10) Trong đó: Vlt= rk k là vận tốc lý thuyết V là vận tốc thực tế được xác định khi tích phân giá trị gia tốc thu được trong thí nghiệm phần 4.3.7. Độ trượt đối với bánh xe dưới là: t t k k k t k k r V r    − = (4.11) Độ trượt đối với bánh xe trên là: d d k k k d k k r V r    − = (4.12) Từ công thức (4.11) có thể xác định vận tốc thực tế: t t k k kV r (1 ) = − (4.13) Từ công thức (4.13) và công thức (4.10) được các quan hệ như sau: t k t k k t tk k k k V 1 ; r 1 (1 )        = −    = − −  (4.14) b. Phương pháp xác định độ trượt của máy kéo khi khóa vi sai Khi khóa vi sai, tốc dộ quay của bánh xe phía trên và phía dưới là như t k 0 d k ci d bt t bt ci kr V V k d k t k   k2V t ltV d ltVV ltV 0 a) Sơ đồ động học cơ cấu vi sai b) Giản đồ vận tốc máy kéo 116 nhau, độ trượt của hai bánh là như nhau t dk k k  = = . Do đó độ trượt của máy kéo được xác định theo công thức: 1 1 / k lt x lt k k e T V V V V V r r i    − = = − = − (4.15) 4.3.9. Phương pháp xác định năng suất và hiệu suất làm việc của LHM Năng suất LHM chăm sóc rừng trồng được xác định theo công thức: d0,1. . .c lv x sW B V = (ha/h) (4.16) Trong đó: Blv - bề rộng làm việc của cày chảo (m); Vx – vận tốc làm việc thực tế (km/h); sd – hệ số sử dụng thời gian làm việc; Hiệu suất kéo được xác định theo công thức: (1 ) Ck m k C f P P P   = − + (4.17) m – là hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực; PC – lực cản cày; Pf - lực cản lăn. Chi phí năng lượng riêng CNe được tính theo công thức: W e Ne c N C = (kW/ha) (4.18) Trong đó: Ne – công suất cần thiết của động cơ (kW/h); 4.4. Tổ chức thí nghiệm - Dàn thiết bị thí nghiệm sau khi lắp đặt đã khởi động và chạy thử, kết quả cho thấy hệ thống thiết bị đo hoạt động tốt và có độ nhạy cao, đảm bảo độ tin cậy khi tiến hành các thí nghiệm. - Thí nghiệm được thực hiện tại hiện trường đất trồng rừng thực nghiệm của Trung tâm KHLN Đông Bắc Bộ, xã Ngọc Thanh, thành phố Phúc Yên, tỉnh Vĩnh Phúc. Đặc điểm đất đai, địa hình và thực bì của hiện trường thực nghiệm được xác định trước khi tổ chức thí nghiệm, cụ thể: + Thí nghiệm xác định hệ số cản lăn và hệ số bám được thực hiện trên hiện trường đất đồi tự nhiên điển hình của khu vực, độ chặt của đất là 35 kG/cm2, độ ẩm đất là 23%. 117 + Thí nghiệm do các thông số phản lực lên bánh xe Z1, lực cản cày PC, số vòng quay bánh xe chủ động ωcđ, gia tốc LHM theo hướng tiến được xác định đồng thời qua các cảm biến đo của dàn thí nghiệm. Hiện trường thí nghiệm là đất Feralit đỏ vàng, cỡ hạt > 0,02mm chiếm 31%, thực bì gồm là cây bụi, sim, mua, cỏ tranh đã được phát dọn, góc dốc địa hình từ 50 – 150; độ chặt của đất là 30 -35 kG/cm2, độ ẩm của đất từ 22 - 25%. - Các thí nghiệm đo được tiến hành theo đường cày, LHM chuyển động ngang dốc theo đường đồng mức, chiều dài 50 m. Độ sâu cày ở hai cấp độ là hc = 0,075 m và hc = 0,1 m. 4.5. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 4.5.1 Kết quả xác định hệ số cản lăn Thí nghiệm được thực hiện 03 lần đo, kết quả thu được ở dạng file mở rộng “*.asc” lưu giữ trong máy tính có phần mềm Catman, giá trị lực kéo biểu diễn bằng theo đồ thị như hình 4.15. Hình 4.15. Giá trị lực kéo thí nghiệm xác định hệ số cản lăn Kết quả lực kéo trong thí nghiệm được lấy khi máy kéo Yanmar F535D chuyển động tương đối ổn định, lực kéo dao động từ 1200 N đến 1750 N. Hệ số cản lăn của máy kéo Yanmar F535D với hệ thống di động nguyên bản và cải tiến tương ứng với lực cản lăn trung bình PLtb của từng thí nghiệm (TN), vận tốc tiến của máy kéo Vt được ghi trong bảng 4.1 sau: 118 Bảng 4. 1. Giá trị đo xác định hệ số cản lăn của máy kéo Yanmar F535D Số TN Hệ thống di động nguyên bản Hệ thống di động cải tiến Pl..tb (N) Vt (m/s) f Pl..tb (N) Vt (m/s) f TN - 1 1508 0,79 0,084 1583 0,70 0,087 TN - 2 1529 0,76 0,086 1621 0,72 0,089 TN - 3 1473 0,75 0,083 1577 0,68 0,084 Tr. bình 1503 0,76 0,084 1593 0,70 0,086 Hệ số cản lăn f của máy kéo lắp hệ thống di động cải tiến có giá trị từ 0,081 đến 0,089, lớn hơn so với khi lắp hệ thống di động nguyên bản, nhưng với giá trị không đáng kể (từ 2,3% – 3,1%). 4.5.2. Kết quả xác định hệ số bám Xác định giá trị hệ số bám theo phương chuyển động được tiến hành thí nghiệm ở điều kiện tương tự trong thí nghiệm xác định hệ số cản lăn; máy kéo MTZ 82 kéo máy kéo Yanmar F535D trong điều kiện máy kéo Yanmar F535D được cố định cứng bánh xe chủ động bằng phanh hãm để máy kéo bị trượt lê trên mặt đất. Giá trị lực kéo biểu diễn trên đồ thị hình 4.16. Hình 4.16. Giá trị lực kéo thí nghiệm hệ số bám 119 Kết quả xác định hệ số bám của máy kéo Yanmar F535D với hệ thống di động nguyên bản và cải tiến tương ứng với lực kéo trung bình Pb.tb, vận tốc tiến của máy kéo Vt tại các thí nghiệm đo được ghi trong bảng 4.2 như sau: Bảng 4. 2. Giá trị đo xác định hệ số bám của máy kéo Yanmar F535 Số TN Hệ thống di động nguyên bản Hệ thống di động cải tiến Pb.tb (N) Vt (m/s) φ Pb.tb (N) Vt (m/s) φ TN – 1 7187 0,46 0,625 9012 0,38 0,752 TN – 2 7395 0,42 0,643 8765 0,43 0.736 TN - 3 7098 0,45 0,619 8314 0,46 0,723 Tr. bình 7876 0,45 0,629 8697 0,42 0,737 Giá trị hệ số bám của hệ thống di động cải tiến trên đất lâm nghiệp đạt khá cao, từ 0,695 đến 0,752, tăng từ 10,93 % đến 13,59% so với hệ thống di động nguyên bản. Như vậy, với việc thay đổi kết cấu mấu bám và tăng tiết diện bánh xe của hệ thống di động cải tiến đã làm tăng đáng kể hệ số bám. 4.5.3. Kết quả xác định phản lực pháp tuyến lên bánh xe máy kéo Các thí nghiệm đo được tiến hành theo đường cày, LHM chuyển động ngang dốc theo đường đồng mức, bánh xe có lắp cảm biến đi phía trên dốc, chiều dài đường thí nghiệm 50 m, góc dốc địa hình ở 3 cấp độ tương đối là 50, 100 và 150. Thực hiện thí nghiệm cho mỗi góc dốc là 3 lần lặp. Kết quả trung bình được thể hiện theo bảng 4.3. Bảng 4. 3. Giá trị đo phản lực pháp tuyến bánh xe Góc dốc Z1t (N) Z1d (N) Z2t (N) Z2d (N) 5,60 3042 3358 5652 6061 10,20 2613 3908 4136 7256 12,30 2396 3862 4026 7499 120 Đồ thị biểu diễn kết quả đo phản lực pháp tuyến lên bánh xe cầu trước của máy kéo làm việc ở góc dốc địa hình trung bình là 5,60; 10,20 và 12,30 độ được thể hiện trên hình 4.18; như sau: Hình 4.17. Đồ thị biểu diễn giá trị phản lực pháp tuyến trên bánh xe Giá trị phản lực pháp tuyến lên bánh xe dao động khá lớn, phụ thuộc nhiều vào góc dốc địa hình. Phản lực pháp tuyến có sự dao động do độ mấp mô của mặt đồi và sự không đồng nhất của lực cản cày, điều này cũng sẽ ảnh hưởng đến khả năng bám và ổn định của LHM. Phản lực pháp tuyến lên bánh xe phía trên ở góc dốc càng lớn có giá trị càng nhỏ. 4.5.4. Kết quả xác định lực cản cày Lực cản cày được xác định qua 2 đầu đo lực kéo BTX – 4 và TBX-1T, kết quả thu được giá trị lực cản cày ở độ cày sâu hc = 0,075m như hình 4.18. 121 Hình 4. 18. Đồ thị biểu diễn giá trị lực cản cày ở độ sâu hc = 0,075m Kết quả thí nghiệm cho thấy, lực cản kéo cày biến động tương đối mạnh trong quá trình làm việc, sự biến động này là do tính chất không đồng nhất và không bằng phẳng của đất đai lâm nghiệp. Ở góc dốc càng lớn thì lực cản cày có xu hướng tăng lên, lực cản cày tăng theo góc dốc là do khi làm việc trên đất dốc lực ma sát của cày với đất tăng, địa hình thí nghiệm góc dốc lớn ở gần đỉnh đồi, nên đất có độ ẩm thấp, độ chặt lớn hơn. Lực cản cày tăng khá lớn khi độ sâu cày tăng, ở độ dốc trung bình 12,30, khi cày với độ sâu hc = 0,075 m, lực cản cày dao động từ 3300 N đến 5400 N, hệ số lực cản riêng của cày Kc = 32620 N/m2; khi hc = 0,1 m, lực cản cày dao động từ 4500N đến 7800N, hệ số lực cản riêng Kc = 37693 N/m2, tăng 13,46% so với khi cày ở độ sâu hc = 0,075 m, hệ số lực cản riêng của cày tăng khi độ cày sâu tăng là do độ chặt của đất ở tầng dưới cao hơn. Lực cản cày tương ứng với độ cày sâu được thể hiện tại bảng 4.4 122 Bảng 4. 4. Lực cản cày, vận tốc hệ số cản riêng tương ứng với độ cày sâu hc = 0,075 m và hc = 0,1 m TT Độ càu sâu hc = 0,075 m Độ cày sâu hc = 0,1 m Vtt (Km/h) Pc (N) Kc (kN/m2) Vtt (Km/h) Pc (N) Kc (kN/m2) 1 1,03 3316 23,35 0,78 4599 26,09 2 1,23 3559 25,14 0,85 4989 28,38 3 1,35 3484 24,58 1,17 5563 31,75 4 1,58 3978 28,23 1,47 5820 33,25 5 1,95 3770 26,67 1,52 6146 35,16 6 2,36 4297 30,54 1,81 5823 33,25 7 2,67 4566 32,51 2,09 6325 36,18 8 2,95 4317 30,64 2,31 6563 37,57 9 3,08 4675 33,28 2,57 6450 36,88 10 3,26 4929 35,15 2,74 6767 38,73 11 3,53 5009 35,71 2,93 7009 40,14 12 3,71 4869 34,65 3,08 6847 39,17 13 3,82 4981 35,47 3,28 7131 40,82 14 4,18 5061 36,02 3,59 6931 39,61 15 4,33 4811 34,15 3,68 7210 41,24 16 4,47 5041 35,83 3,85 7558 43,27 17 4,63 5414 38,57 4,14 7437 42,52 18 4,87 5227 37,15 4,28 7344 41,95 19 5,02 5086 36,08 4,37 7577 43,31 20 5,19 5442 38,69 4,51 7854 44,59 Tập hợp các giá trị hệ số cản riêng của cày (Kc) tương ứng với vận tốc thực tế (Vt) được hồi qui toán học theo các phương trình Kc = f(V), đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Kc với vận tốc ứng với độ cày sâu như trên hình 4.19. 123 Hình 4. 19. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hệ số cản cày với vận tốc ứng với độ cày sâu Như vây, hệ số lực cản riêng của cày chảo trên đất lâm nghiệp phụ thuộc khá nhiều vào độ cày sâu và vận tốc làm việc của LHM. Trong thực tế, độ cày sâu được qui định theo yêu cầu của kỹ thuật chăm sóc rừng, còn vận tốc cày được xác định theo chế độ làm việc của LHM để đảm bảo nâng cao năng suất và giảm chi phí năng lượng cày 4.5.5. Kết quả thí nghiệm xác định vận tốc, độ trượt, hiệu suất kéo và năng suất của LHM Thí nghiệm đã xác định số vòng quay bánh xe chủ động cả hai trường hợp không sử dụng khóa vi sai và có sử dụng khóa vi sai để nhằm xác định độ trượt của máy kéo. Kết quả thí nghiệm đo số vòng quay bánh xe chủ động trường hợp không sử dụng khóa vi sai ở góc dốc 10,20 như trên hình 4.20 124 Hình 4.20. Đồ thị biểu diễn giá trị vận tốc của bánh xe chủ động và vận tốc thực tế của LHM Kết quả cho thấy, tốc độ quay của bánh xe chủ động phía trên dốc và dưới dốc có giá trị khác nhau tương đối lớn, giá trị trung bình của bánh xe phía dưới là 0,237 vòng/giây (0,9 m/s); bánh xe phía trên là 0.378 vòng/giây (1,06 m/s). Vận tốc lý thuyết của LHM được tính toán thông qua số vòng quay của bánh xe chủ động phía trên và phía dưới dốc có gia trị trung bình là 0,98 m/s. Cùng thí nghiệm này xác định vận tốc thực tế của LHM từ cảm biến đo gia tốc, sau khi tích phân để lấy giá trị vận tốc được trung bình là 0,835 m/s. Trên đồ thị nhận thấy vận tốc thực tế của LHM có quy luật rất gần với vận tốc của bánh xe dưới dốc, nhưng có giá trị nhỏ hơn do có độ trượt xảy ra ở bánh xe phía trên dốc lớn hơn phía dưới. Giá trị lực cản cày, vận tốc thực tế, năng suất của LHM và chi phí năng lượng riêng ứng với các cấp độ dốc khác nhau được ghi tại bảng 4.5 sau: 125 Bảng 4. 5. Chỉ tiêu làm việc của LHM tại ở các độ dốc khác nhau Lần thí nghiệm Lực cản cày (N) Vận tốc (km/h) Năng suất (ha/h) Chi phí năng lượng (kW/ha) Trường hợp LHM làm việc độ dốc trung bình β = 12,30 TN1 4380 2,254 0,333 21,65 TN2 4221 2,380 0,351 19.83 TN3 4596 2,291 0,338 24.57 Trường hợp LHM làm việc độ dốc trung bình β = 10,20 TN1 3825 2,513 0,379 17,15 TN2 4126 2,369 0,349 17,98 TN3 3962 2,427 0,358 17,63 Trường hợp LHM làm việc độ dốc trung bình β = 5,60 TN1 3258 2,475 0,387 15,36 TN2 3360 2,682 0,420 15,87 TN3 3589 3,018 0,473 16,14 Kết quả thí nghiệm cho thấy, LHM cày chảo chăm sóc rừng với hệ thống di động cải tiến làm việc tương đối ổn định ở góc dốc trên 100 đến 12,30, năng suất LHM đạt khá cao, từ 0,33 ha/h đến 0,47 ha/h. Khi độ dốc tăng, năng suất của LHM giảm, chi phí năng lượng tăng, do ở độ dốc cao chi phí năng lượng khắc phục lực cản lăn và độ trượt tăng. 4.5.6. Xây dựng đặc tính kéo bám của HTDĐ cải tiến từ thực nghiệm Trên cơ sở kết quả thí nghiệm xác định lực cản cày (Pc), phản lực pháp tuyến trên các bánh xe chủ động (Zk), hệ số bám (φ), hệ số cản lăn (ƒ), độ trượt (δx),.. xây dựng được đặc tính kéo thực nghiệm của hệ thống di động cải tiến của máy kéo Janmar F535D. Các đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa φ = 126 f(), k = f() và f = f() có thể hồi quy toán học theo các dạng hàm số thích hợp như trên đồ thị hình 4.21. Hình 4. 21. Đặc tính kéo bám của hệ thống di động Đồ thị đặc tính kéo cho thấy, tại độ trượt 43% có hệ số bám là lớn nhất đạt tới 0,739, ở độ trượt lớn hơn thì hệ số bám cũng không có dấu hiệu tăng lên. Kết quả này cho thấy, khi làm việc trên đất dốc lâm nghiệp, khả năng bám của hệ thống di động cải tiến cũng khá tốt. Từ đặc tính kéo bám có thể xác định được hiệu suất của hệ thống di động cải tiến phụ thuộc vào độ trượt ηk = f(δ), đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hiệu suất kéo và độ trượt như trên hình 4.22. Hình 4. 22. Quan hệ giữa hiệu suất kéo và độ trượt bằng thực nghiệm 127 Hiệu suất kéo cực đại đạt 58,2% tại điểm có độ trượt δ = 0,21. ở độ trượt lớn đến 42% thì hiệu suất kéo giảm nhanh đáng kể xuống dưới 35%, vùng làm việc hiệu quả được xác định ở độ trượt từ 1,3 % đến 30%. Như vậy, hiệu suất kéo của bộ phận di động đã được cải tiến của máy kéo đạt khá cao khi LHM làm việc ở độ dốc 10,20, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu canh tác trên đất dốc 4.5.7. So sánh kết quả nghiên cứu thực nghiệm với lý thuyết. Sử dụng kết quả nghiên cứu thực nghiệm để so sánh với kết quả nghiên cứu lý thuyết, tính sai số tương quan giữa kết quả tính toán từ mô hình với kết quả xác định bằng thực nghiệm. Thông số để so sánh là vận tốc thực tế, độ trượt và hiệu suất kéo của LHM giữa tính toán trên mô hình lý thuyết và từ nghiên cứu thực nghiệm tại góc dốc trung bình là 10,20. So sánh bằng phương pháp chồng đồ thị, kết quả được biểu diễn hình 4.23 như sau: Hình 4. 23. Đồ thị biểu diễn vận tốc, độ trượt và hiệu suất kéo của LHM tính toán theo lý thuyết và thực nghiệm 128 Kết quả so sánh giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm hình 4.23 cho thấy, đường đồ thị biểu diễn vận tốc, độ trượt và hiệu suất kéo của LHM được đo trực tiếp bằng thiết bị Spider 8 và phần mềm Catman có sự biến thiên gần giống theo quy luật của đồ thị tính toán lý thuyết trên chương trình Matlab- Simulink. Kết quả đo được bằng thực nghiệm của vận tốc LHM có giá trị nhỏ hơn, độ trượt có giá trị lớn hơn, dẫn đến hiệu suất kéo cũng có giá trị nhỏ hơn, nhưng có biến động lớn hơn so với kết quả tính toán lý thuyết. Hiện tượng này có thể do có một số tác động ngoài của hiện trường như: mô đất, đá, cây cỏ, thực bì,.. làm cản trở vận tốc chuyển động của LHM, tăng độ trượt và giảm hiệu suất kéo. Những đối tượng ở hiện trường này đã được giả thiết bỏ qua khi xây dựng mô hình lý thuyết. Kết quả đánh giá, so sánh theo đồ thị và sai số cho phép xác định tính đúng đắn và độ tin cậy của mô hình nghiên cứu lý thuyết đã xây dựng. Để đánh giá sự sai khác về số liệu, sử dụng phương pháp so sánh số liệu trên đồ thị hình 4.24 sau: Hình 4. 24. Đồ thị biểu diễn độ sai khác của vận tốc của LHM tính toán theo lý thuyết và đo thực nghiệm 129 Kết quả tính toán cho thấy sự sai lệch lớn nhất giữa trị vận tốc LHM lên tới 9,51 %, sai lệch về hiệu suất kéo là 11,6 %; sự sai này có thể chấp nhận được vì khi tính toán lý thuyết, các công thức toán học cũng có một số hệ số phải xác định bằng thực nghiệm, số liệu thực nghiệm này cũng đã có sai số nhất định. Mặt khác khi xây dựng mô hình lý thuyết đã có một số giả thuyết của mô hình lý thuyết chưa tính đến đầy đủ các yếu tố tác động tới LHM. 4.6. Kết luận chương 4. - Nghiên cứu thiết lập được hệ thống đo sử dụng thiết bị Spider 8 kết nối giữa các cảm biến đo và phần mềm Catman trên máy tính, cho phép đo được đồng thời những thông số như: Phản lực pháp tuyến lên bánh xe của cầu trước; lực kéo cày; số vòng quay của các bánh xe chủ động; gia tốc chuyển động của LHM cày chăm sóc rừng làm việc trên đất dốc. Kết quả cho thấy dàn thí nghiệm hoạt động ổn định, đảm bảo độ nhậy và độ chính xác trong suốt quá trình đo, số liệu được tổng hợp, hiển thị đồng thời và lưu trữ trên máy tính. - Từ các giải pháp nâng cao khả năng kéo bám và ổn định, đã thiết kế, chế tạo được hệ thống di động cải tiến của máy kéo Yanmar F535D và đưa vào khảo nghiệm. Kết quả khảo nghiệm đã xác định được một số thông số, hệ số thực nghiệm quan trọng như: Lực cản cày, góc dốc tức thời, hệ số bám, hệ số cản lăn; xây dựng được một số quan hệ thực nghiệm: Hệ số cản riêng của cày Kc theo vận tốc và độ cày sâu, đặc tính kéo bám của hệ thống di động cải tiến. Đây là những thông số đầu vào cho bài toán lý thuyết và là những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính năng kỹ thuật của máy kéo. - Kết quả so sánh chỉ tiêu vận tốc của LHM giữa tính toán lý thuyết và đo bằng thực nghiệm ở điều kiện góc dốc 10,20 cho thấy sai lệch 9,51 %; sai lệch của hiệu suất kéo là 11,6 % là chấp nhận được, đủ cơ sở đánh giá độ tin cậy của mô hình nghiên cứu lý thuyết. 130 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận 1. Đã xây dựng được mô hình động lực học của LHM cày chăm sóc rừng khi làm việc trên dốc ngang, mô hình mô tả quá trình làm việc của LHM cày chảo chăm sóc rừng, phân tích và mô tả ảnh hưởng của các phần tử từ động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống di động, máy cày, điều kiện sử dụng đến các chỉ tiêu kéo bám và ổn dịnh của LHM. Mô hình được mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink cho phép khảo sát linh hoạt ảnh hưởng của một số thông số kết cấu, yếu tố sử dụng đến khả năng kéo bám và ổn định của LHM cày chăm sóc rừng trên đất dốc lâm nghiệp. 2. Mô hình ổn định hướng của máy kéo bánh khi làm việc trên dốc ngang được xây dựng trên cơ sở phân tích các mối quan hệ vật lý liên quan đến kết cấu máy kéo góc dốc ngang địa hình tới khả năng ổn định hướng chuyển động. Mô hình cho phép xác định được góc xoay bánh lái của cầu trước để duy trì hướng chuyển động của máy kéo trên dốc ngang. Đây là cơ sở để nghiên cứu thiết lập chương trình điều khiển tự động máy kéo bánh làm việc trên dốc ngang. 3. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu và chế độ sử dụng đến các chỉ tiêu làm việc của LHM đã đưa ra được giải pháp nâng cao khả năng kéo bám và ổn định. Giải pháp cải tiến hệ thống di động đã nâng cao tính ổn định và khả năng kéo bám của LHM cày chảo làm việc trên đất dốc lâm nghiệp, ở góc dốc 90 hiệu suất kéo tăng 8%, năng suất tăng 8,7% và chi phí năng lượng riêng trên một đơn vị diện tích cày giảm 7,5% so với nguyên bản. Với lực kéo yêu cầu Pc = 4500 N, LHM có thể làm việc ở góc dốc tối đa là 13,60, tăng 4,60 so với LHM lắp hệ thống di động nguyên bản. 4. Nghiên cứu thực nghiệm đã thiết lập hệ thống đo đa kênh, sử dụng thiết bị Spider 8 kết nối với các cảm biến và phần mềm Catman trên máy tính, xác định được một số thông số, hệ số quan trọng như: lực cản cày Pc, hệ số 131 cản lăn ƒ, hệ số bám φ, góc dốc địa hình làm thông số đầu vào cho mô hình lý thuyết và bổ sung cho các công thức thực nghiệm. Xây dựng được quan hệ giữa hệ số lực cản riêng của cày Kc với vận tốc làm việc, đặc tính kéo bám thực nghiệm của hệ thống di động cải tiến trên đất lâm nghiệp, đây là những chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng để đánh giá khả năng làm việc của LHM Đề nghị 1. Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng phần mềm chuyên dụng để mô phỏng, khảo sát mô hình ổn định hướng chuyển động của LHM kéo bánh hơi làm việc trên đất dốc lâm nghiệp nhằm xác định độ biến thiên giữa góc đánh lái với góc dốc ngang của mặt đồi. 2. Tiếp tục nghiên cứu sử dụng mô hình lý thuyết và dàn thí nghiệm đo xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của LHM trên một số địa hình, đất đai đặc trưng của các vùng trong lâm nghiệp. Cần nghiên cứu thực nghiệm xác định góc đánh lái của bánh xe dẫn hướng để duy trì cho máy kéo đi thẳng trên dốc ngang theo đường đồng mức. 132 NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Tô Quốc Huy, Nông Văn Vìn, Đoàn Văn Thu (2020), Xây dựng mô hình động lực học kéo của liên hợp máy kéo với cày chảo khi làm việc trên dốc ngang; tạp chí Nông nghiệp và PTNT số 16/2020 (ISSN 1859 – 4681). 2. Tô Quốc Huy, Đoàn Văn Thu, Bùi Việt Đức (2020), Kết quả nghiên cứu cải tiến hệ thống di động máy kéo làm việc trên đất nông, lâm nghiệp; Tạp chí Khoa học Lâm nghiệp số 5/2020 (tr 120-tr 132). 3. Đoàn Văn Thu, Nguyễn Nhật Chiêu, Tô Quốc Huy (2021), Nghiên cứu thực nghiệm xác định một số chỉ tiêu kéo bám và làm việc của liên hợp máy cày chăm sóc rừng; Tạp chí Khoa học Lâm nghiệp số 1/2021 (tr 111-tr 124). 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt 1. Quyết định số 1423/QĐ-BNN-TCLN ngày 15/4/2020 của Bộ Nông Nghiệp và Phát triển nông thôn về công bố hiện trạng rừng toàn quốc năm 2019. 2. Quyết định số 899/QĐ-TTg ngày 10/6/2013 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Đề án tái cơ cấu ngành nông nghiệp theo hướng nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững. 3. Quyết định số 4485/QĐ-BNN-CB ngày 02/11/2015 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành ban hành kế hoạch hành động thực hiện đề án đẩy mạnh cơ giới hóa sản xuất nông nghiệp phục vụ tái cơ cấu ngành nông nghiệp 4. Nguyễn Văn Bỉ (2003), Ảnh hưởng độ cứng của cây gỗ đến dao động thẳng đứng của máy kéo bánh hơi khi vận xuất theo phương pháp nửa lết, Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (Số 7,)tr 916, Hà Nội. 5. Nguyễn Can (2005), Nghiên cứu một số thông số ổn định ngang của liên hợp máy kéo xích - cày ngầm khi làm việc trên đất dốc miền Bắc Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa học Lâm nghiệp VN, Hà Nội. 6. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thảo, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (1996), Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 7. Nguyễn Nhật Chiêu (1996), Thiết kế chế tạo và khảo nghiệm thiết bị vận xuất bốc dỡ vận chuyển để khai thác gỗ, vùng nguyên liệu giấy, vùng gỗ nhỏ rừng trồng, Trích từ (Kết quả NCKHCN lâm nghiệp năm 1991- 1995), NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 8. Nguyễn Nhật Chiêu và các tác giả (1992), Công cụ và máy lâm nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 9. Hàn Trung Dũng, Trịnh Huy Đỗ (2018) Thiết kế và thử nghiệm hệ thống thiết bị treo 3 điểm dùng để đo lực cản của may nông nghiệp trong điều kiện sản xuất. Tạp chí Cơ khí Việt Nam số đặc biệt tháng 10/2018. 10. Đoàn Văn Điện, Nguyễn Bảng (1987), Lý thuyết và tính toán máy nông nghiệp, Trường Đại học Nông lâm, TP. Hồ Chí Minh. 11. Phạm Quý Đôn (1996), Nghiên cứu khả năng sử dụng của một số thiết bị thông dụng ở Việt Nam để làm đất trồng rừng trên sườn đồi trọc miền Bắc Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật. Viện Khoa học Lâm nghiệp VN, Hà Nội. 134 12. Nguyễn Tiến Đạt (2002), Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng vận xuất gỗ rừng trồng bằng phương pháp kéo nửa lết của máy kéo 4 bánh cỡ nhỏ, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam 13. Phạm Minh Đức (2010), Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động của liên hợp máy kéo cỡ nhỏ khi vận chuyển gỗ lâm nghiệp”Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. 14. Hàn Trung Dũng (2006), Nghiên cứu cải thiện một số tính chất hoạt động của máy kéo nông nghiệp ở vùng đồng bằng Sông Hồng, Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp bộ, MS: B2004-32-76, Trường Đại học Nông nghiệp I. 15. Phạm Thượng Hàn và các cộng sự (1996), Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý, tập 2, NXB Giáo dục, Hà Nội. 16. Vũ Công Ngữ, Nguyễn Văn Dũng (2001), Cơ học đất, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 17. Phạm văn Lang, Nguyễn Huy Mỹ (1992), Phương pháp điều khiển học kỹ thuật và ứng dụng trong Nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 18. Phạm văn Lang (1996), Cơ sở lý thuyết đồng dạng, mô hình, phép phân tích thứ nguyên và ứng dụng trong kỹ thuật cơ - Điện Nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 19. Nguyễn Phùng Quang (2005), Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 20. Nguyễn Thanh Quế (1990), Nghiên cứu xây dựng và áp dụng các biện pháp kỹ thuật công cụ và cơ giới hoá để dùng trong Lâm nghiệp trên một số đất trống đồi núi trọc chủ yếu, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Hà Nội. 21. Nguyễn Ngọc Quế (2012), “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống di động dạng xích cho máy kéo nhỏ làm việc trên đất đồi dốc và đất độ ẩm cao", Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Bộ, Học viện Nông nghiệp Việt Nam 22. Lê Tấn Quỳnh và các công tác viên (2006), Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hóa các khâu làm đất, trồng, chăm sóc rừng trồng và khai thác gỗ, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Nhà nước, KC-07- 26, Trường Đại học Lâm nghiệp. 23. Đặng Văn Thuyết (2012), Nghiên cứu chọn giống và kỹ thuật gây trồng tống quá sủ, thông caribê, bạch đàn, keo vùng cao cho vùng núi phía Bắc, Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Bộ, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam 135 24. Đoàn văn Thu (1996), Nghiên cứu một số tính chất sử dụng của liên hợp máy cày làm đất trồng rừng ở tỉnh Vĩnh Phú, Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật, Trường đại học Nông nghiệp I, Hà Nội. 25. Đoàn Văn Thu (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng của LHM cày ngầm làm đất trong lâm nghiệp, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. 26. Đoàn Văn Thu (2010), Nghiên cứu lựa chọn thiết bị và hoàn thiện công nghệ sử dụng cơ giới để phục vụ trồng rừng thâm canh trên một số vùng kinh tế lâm nghiệp trọng điểm, Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Bộ, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. 27. Bùi Hải Triều, Nông Văn Vìn và các cộng sự (1996), Nghiên cứu hệ thống động lực phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng trung du và miền núi, Đề tài cấp bộ, mã số B91 - 11- 46, Trường đại học Nông nghiệp I, Hà Nội. 28. Triệu Anh Tuấn (2011), Nghiên cứu xác định một số thông số hợp lý của bánh sát chủ động có mấu cho máy kéo làm việ trên nền đất yếu, Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch. 29. Trần Văn Tùng (2017), Nghiên cứu động lực học dọc của liên hợp máy kéo bốn bánh và rơ mooc một trục khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, Luận văn Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Lâm nghiệp Việt Nam. 30. Đào Vũ (2007), Nghiên cứu cải tiến công cụ cơ giới để phục vụ công tác trồng và bảo vệ rừng, Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Bộ, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam. 31. Nông Văn Vìn (2003), Lý thuyết liên hợp máy, Giáo trình, Đại học Nông nghiệp I, Hà Nội. 32. Nông Văn Vìn (2003), Động lực học chuyển động ô tô máy kéo, Giáo trình, Đại học Nông nghiệp I, Hà Nội. 33. Nguyễn Doãn Ý (2006), Qui hoạch và xử lý số liệu thực nghiệm, Nhà xuất bản Xây dựng. Tiếng Anh: 34. Philip Smethurst (2004), New Technologies for Managing temperate Eucalypt and Pine plantations, The Australian Forest Growers, University of Ballarat, Victoria, Australia. 35. Daniel Pena Pereira (2011), Lateral stability limits of farm tractors for forest plantations in steep areas Scientia Forestalis 136 36. Zhen LI, Muneshi MITSUOKA, Eiji INOUE, Takashi OKAYAS and Yasumaru HIRAI (2014), Lateral Slope Effect on Tipping Behavior of a Tractor Encountering an Obstacle (Model Development) 37. RM Makharoblidze, IM Lagvilava, BB Basilashvili, RM Khazhomia (2017) Influence of slip on lateral displacement of the tractor on slope. 38. Vogle F., Untersuchung zum dynamischen Betriebsverhalten von einem PTA beim Stationaren, Berlin, IH-Diss.A, Betried – 1989. 39. HBM (2010), Spider8 Manual Instruction, HBM PC Measurement Electronics Tiếng Đức 40. Jans, G. Spekman, H. Möller, R (1985), Fahreringformation als Hilfsmittel der Optimierung bein Einsatxz von Ackerschleppern, Grundl. Landtechnik 35 H.6, S.195/202. 41. Burckhardt, M. (1993). Fahrwerktechnik: Radschlupfregelsysteme, Vogel-Verlag, Germany, 1993 Tiếng Nga 42. Александров. В. А, (1995), Моденлирование Технологических Про- цессов Лесных Машин, Издательство “Экология”, Москва. 43. Анилович В.Я, (1976), Конструирование и расчем сельскохзяйсмвенных тракторв, Машностроение, Москва. 44. Антонов. Д.А, (1973), Теория Устойчивости Движения Многоо- сных Автомобилей, Издательство “Машиностроиение”, Москва. 45. Антонов. Д.А, (1984), Расчет Устойчивости Движения Многоо- сных Автомобилей, Издательство “Машиностроиение”, Москва. 46. Бесекрский В. А, ПОПСА Е. П, (1972), Теория Cистем Автома- тического Регулирозания, “Наука”, Москва. 47. М.Г. Бeккep (1973), Ввeдeниe В Тeopи Сиcтeм Мecтнocтъ - Мaщщнa - чacт 1 +2, Издaтaлъcтвo: "MАШИНОСТРОЕНИЕ", Мocквa 48. Гячев . Л.В, (1981), Устойчивость Движения Сельскохозяйст- венных Машин и Агрегатов, Издательство “Машино-строиение”, Москва. 49. И.П. Кcнeвичa, B.A. Cкoтнйкoв, M.H. Ляcкo (1985), Xoдoвaя Cиcтeмa – Пoчвa – Ypoжaй. Издaтeлъcтвo: 50. Нгуен Кинь Тхао (1970), Исследование тяговой динамики лесной колесной тракторной системы предназначенной для рубок 137 промежуточного использования, Автореферат диссертаций канд. Техн. Наук, Ленинград. 51. Нгуен Нят Чьеу (1983) Нагруженость шарнирно-соrлнечного колесного трактора с гидроманипулятором при пакетировании и трелевке хлыстов на склонах (применительно к горным лесозаготовкам СРВ, Автореферат диссертации канд. техн. наук, Ленинград. 52. Чан Конг Хоан (1968), Теоретические и экспериментальные обоснования развития механизации лесоразработок в ДРВ с помощью скоростных систем, Автореферат диссертации канд. техн. наук, Ленинград. Tiếng Bungari 53. Нонг Ван Вин (1988), Изcледване на Cцeпнo – Teглетелните Cвoйcтйвa на Koлеceн Тркатор при Paъoтa Haпpeчeн Haклoн, Bиcщe Texничeкo Училищe – Руce. 138 PHỤ LỤC Bảng PL.1 Một số Thông số đầu vào cho bài toán khảo sát mô hình lý thuyết Ký hiệu Thông số Đơn vị Giá trị Phương pháp tính ƒ Hệ số cản lăn 0,085 Thực nghiệm φ Hệ số bám 0,690 Thực nghiệm G1 Trọng lượng máy kéo N 17750 Thực nghiệm G2 Trọng lượng dàn cày chảo N 2500 Thực nghiệm hT Chiều cao trọng tâm máy kéo m 1,05 Tính toán B Chiều rộng cơ sở máy kéo m 1,3 Đo trực tiếp β Góc dốc Độ 5 ÷ 15 L Chiều dài khảo sát đường cày m 100 - 200 Đo trực tiếp PC Lực cản cày N Hàm ngẫu nhiên Thực nghiệm Z1 Phản lực pháp tuyến bánh xe phía trên dốc N Hàm ngẫu nhiên Thực nghiệm Nemax Công suất cực đại Hp 53 Catalog neH Số vòng quay động cơ v/ph 1600 - 2830 Catalog Memax Mô men quay cực đại Nm 172 Catalog 139 SƠ ĐỒ GIẢI MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA LHM BẰNG MATLAB - SIMULINK Xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab-Simulink Hệ phương trình vi phân (2.42) và (2.43) là hệ phương trình phi tuyến, chỉ có thể giải gần đúng bằng phương pháp pháp số. Luận án đã xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink với phương pháp giải gần đúng theo phương pháp Rungen-Kuta 4. Sơ đồ khối của mô hình được thể hiện trên hình PL.1. Mô hình chia thanh 3 khối chính: 1- Modul DONG CO DIESEL mô phỏng đặc tính động cơ, được xây dựng dựa trên phương trình vi phân chuyển động của động cơ. e e e CeJ M M = − 2- Modul BANH XE CHU DONG mô phỏng động lực học của các bánh xe chủ động, được xây dựng dự trên hệ phương trình vi phân chuyển động quay của bánh xe trên và bánh xe dưới: . . 2 . . 2 t t te T m k k k k k k d d de T m k k k k k k M i J P r f Z r M i J P r f Z r        = − −   = − −  3- Modul MAY KEO mô phỏng động lực học chuyển động thẳng của LHM, được xây dựng dựa trên phương trình vi phân chuyển động: 1x 2 t k f cm P P P= − − Ngoài 3 modul mô phỏng động lực học LHM, còn có modul TINH TOAN CAC CHI TIEU LHM (hiệu suất kéo, năng suất, chi phí năng lượng riêng) Nhập các thông số đầu vào Các thông số đầu vào của mô hình bao gồm: - Góc dốc mặt đồi ; - Lực cản kéo của cày chảo, được xác định bằng thực nghiệm và được lưu lại thành dạng file.xls hoặc file.m (Matlab). Đây là đại lượng thay đổi theo thời gian thực PC(t) sẽ được đồng nhất hoá trong modul xử lý số liệu của Simulink. - Các thông số kỹ thuật của máy kéo là các đại lượng không thay đổi 140 theo thời gian được nhập vào một file.m, sau đó chương trình sẽ tự gửi vào mô hình Simulink. Hình PL.1. Mô hình mô phỏng động lực học LHM cày chảo làm việc trên dốc ngang Xuất các kết quả mô phỏng Các kết quả mô phỏng có thể được xuất ra 2 dạng: - Dạng đồ thị: Các kết quả mô phỏng trong Simulink được xuất ra môi trường Matlab và được trình bày ở các dạng đồ thị khác nhau, tuỳ theo mục đích nghiên cứu. - Dạng số liệu: Có thể gửi các kết quả ra bảng tính Excel để thuận tiện cho các công việc soạn thảo văn bản trên Word hoặc trên Excel. 1x 2 . . 2 . . 2 t k f c t t te T m k k k k k k d d de T m k k k k k k e e e Ce m P P P M i J P r f Z r M i J P r f Z r J M M         = − −   = − −   = − −   = − 141 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DI ĐỘNG CẢI TIẾN MỚI Trên cơ sở lốp đã chọn, tiến hành tính toán thiết kế la răng bánh xe, kết quả tính toán thiết kế La răng bánh trước và sau như trên hình PL.2. a) La răng bánh trước b) La răng bánh sau Hình PL.2. Bản vẽ thiết kế La răng bánh trước và sau máy kéo La răng bánh xe sau khi thiết kế được lựa chọn vật liệu chế tạo là thép, 142 sau đó kiểm tra độ bền biến dạng trên phần mềm thiết kế đồ họa Inventor Professional 2020 (hình PL.3.) Hình PL.3. Kiểm tra bền biến dạng đối với la răng được thiết kế mới Với hệ thống di động mới các thông số kỹ thuật cơ bản của máy kéo được ghi trong bảng PL2. Bảng PL2. Thông số kỹ thuật của LHM cày chảo có hệ thống di động trước và sau cải tiến STT Thông số kỹ thuật Đơn vị MK nguyên bản MK cải tiến 1 Chiều dài cơ sở máy kéo (L) mm 2000 2000 2 Bề rộng cơ sở (Bt) mm 1300 1630 3 Cỡ lốp bánh trước 8.3 - 20 10 - 16.5 4 Cỡ lốp bánh sau 14.9 - 28 17.5 - 24 5 Trọng lượng máy kéo N 17550 18300 143 6 Chiều dài cơ sở máy kéo (L) mm 2000 2000 7 Bề rộng (Bt) mm 1300 1630 8 Trọng lượng máy kéo N 17550 18200 9 Chiều cao trọng tâm (ht) cm 105 96 10 Góc ổn định dọc tĩnh (αt) độ 39,0 41,2 11 Góc trượt dọc tĩnh khi hướng xuống dốc (𝛼𝑡𝜑 , ) độ 13,0 18,2 12 Góc trượt dọc tĩnh khi hướng lên dốc (𝛼𝑡𝜑) độ 24,5 35,5 13 Góc ổn định dọc khi di chuyển (αdφmax) độ 27,5 29,1 14 Góc ổn định ngang tĩnh (βt) độ 31,8 40,3 15 Góc ổn định ngang khi di chuyển trên đường mấp mô (βdo) độ 20,8 31,3 II Cày chảo 1 Số chảo cày cái 8 2 Bề rộng làm việc cày m 1,8 – 2,2 3 Độ cày sâu tối đa m 0,23 4 Đường kính chảo m 0,56 5 Trọng lượng cày chảo N 2500 Với sự thay đổi trên, góc dốc giới hạn lật (βdo) của máy kéo khi làm việc trên dốc ngang đã tăng từ 20,80 lên 31,30 144 Kích thước cơ sở của máy kéo sau khi cải tiến hệ thống di động được thể hiện trên hình PL.4. Hình PL.4. Kích thước cơ sở của máy kéo sau khi cải tiến hệ thống di động 145 SO SÁNH MỘT SỐ KẾT QUẢ SO SÁNH GIỮA NGHIÊN CỨU 146 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRÊN GÓC DỐC TRUNG BÌNH 10,2 ĐỘ (Độ sâu cày trung bình đạt 0,055 m) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 3500 4000 4500 Luc can Pc(N), tren goc doc =10.2o 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -2 0 2 Gia toc jx(m/s2) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 16 17 18 Toc do quay B.xe tren n T (v/ph) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 13 14 15 Toc do quay B.xe duoi n D (v/ph) Thoi gian t (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 2660 2680 2700 Phan luc phap tuyen Z 1T (N) 147 MỘT SỐ HÌNH ẢNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM: Hình ảnh đường cày trong thí nghiệm 148 Hình ảnh hiệu chuẩn thiết bị đo Hình ảnh kiểm tra thiết bị đo ngoài hiện trường trước khi thí nghiệm 1