nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu mạch thủy lực đến tính chất hoạt động của hệ thống điều khiển vị trí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM




NGUYỄN TRỌNG MINH





NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU MẠCH
THỦY LỰC ĐẾN TÍNH CHẤT HOẠT ĐỘNG
CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ



CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 60.52.01.03


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. BÙI HẢI TRIỀU



HÀ NỘI, NĂM 2015

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page ii

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 văn là trung thực, khách quan và
chưa từng để bảo vệ ở bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã
được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ
nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2015
Tác giả luận văn



Nguyễn Trọng Minh

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page iii

LỜI CẢM ƠN

Với tất cả lòng chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy
hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Hải Triều đã tận tình động viên, chỉ bảo, hướng dẫn
và giúp đỡ tôi để tôi hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo Bộ môn Động lực -
Khoa Cơ điện - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ về chuyên môn
cũng như tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy, cô giáo đã trực tiếp

giảng dạy tôi trong quá trình học tập và các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ điện
- Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã hướng dẫn, tạo mọi điều kiện cho tôi
hoàn thành luận văn.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã giúp đỡ và
khích lệ tôi hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận văn



Nguyễn Trọng Minh






Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC BẢNG vi
DANH MỤC HÌNH vii
MỞ ĐẦU i

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1. Thủy lực ứng dụng trong nông nghiệp 3

1.1.1. Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy kéo nông nghiệp 6

1.1.2. Hệ thống thủy lực áp suất không đổi trên máy kéo nông nghiệp 7

1.1.4. Hệ thống truyền động thủy tĩnh cho các bộ phận làm việc trên rơ mooc 10

1.2. Ứng dụng thủy lực trong lĩnh vực xây dựng, công trình công thôn 11

1.2.1. Truyền động đi động và truyền động xoay trên xe chuyên dụng 11

1.2.2. Truyền động thủy tĩnh trên máy nâng hàng 12

1.2.3. Hệ thống thủy lực trên máy xúc 13

1.3. Thủy lực điều khiển vị trí trong sản xuất nông nghiệp 14

1.3.1. Điều khiển vị trí cơ cấu treo máy kéo 14

1.3.1.1 Tự động điều khiển theo lực kéo (Điều khiển thủy lực –cơ học) 14

1.3.1.2. Điều khiển thủy lực hoàn toàn 17

1.3.1.3.Hệ thống thủy lực – điện từ điều khiển nâng hạ máy nông nghiệp 19

1.3.2. Điều khiển vị trí trên máy thu hoạch 22

1.3.2.1. Điều khiển chiều cao cắt 22

1.3.2.2. Điều khiển vận tốc liên hợp máy và số vòng quay trống đập 23

1.3.2.3. Hệ thống lái tự động 24

1.3.3. Điều khiển vị trí trên hộp số vô cấp cơ học 25

1.3.3.1. Hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động 25

1.3.3.2 Hệ thống VVT-I sử dụng mạch điều khiển hai vị trí 26

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page v

1.3.3.3. Điều khiển tỷ số truyền vô cấp trên máy thu hoạch 27

1.3.3.4. Hộp số vô cấp được điều khiển bằng van đóng ngắt 27

1.4. Mục đích và nhiệm vụ đề tài luận văn 29

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 30

2.1. Các mạch điều khiển thủy lực cơ bản 30

2.1.1. Mạch nguồn áp suất có giá trị áp suất cần thiết không đổi 30

2.1.1.1. Cấu trúc mạch 30

2.1.1.2. Nguồn áp suất 32

2.1.2. Mạch nguồn áp suất có giá trị áp suất cần thiết thay đổi 39

2.1.2.1. Cấu trúc mạch cơ bản 39

2.1.2.2. Các phương án cấu trúc LS 41

2.1.3. Các mạch nguồn lưu lượng 43

2.1.3.1. Cấu trúc mạch, nguyên lý điều khiển 43

2.1.3.2. Các phương án mạch 44

2.2. Hệ thống thủy lực điều khiển vị trí 48

2.2.1. Ứng dụng van điện từ trong điều khiển vị trí 49

2.2.1.1. Sử dụng van đóng ngắt điện từ 49

2.2.2. Ứng dụng van tỷ lệ trong điều khiển vị trí 52

2.2.2.1. Van tỷ lệ không có phản hồi 52

2.2.2.2. Van tỷ lệ có phản hồi 53

2.2.3. Ứng dụng van servo trong hệ điều khiển vị trí 54

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC NÂNG
HẠ BỘ PHẬN GẶT CỦA MÁY GẶT ĐẬP LIÊN HỢP CỠ NHỎ 55

3.1. Thiết kế hệ thống nâng hạ thủy lực 55

3.1.1. Lựa chọn máy gặt đập liên hợp 55

3.1.2. Kết cấu cơ khí của hệ thống nâng hạ bộ phận gặt 56
3.1.3. Thiết kế mạch điều khiển nâng hạ thủy lực 60
3.1.3.1. Phác thảo sơ đồ mạch điều khiển thủy lực 60
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page vi

3.1.3.2. Tính toán lựa chọn xy lanh thủy lực 60

3.1.3.3. Tính toán chọn kích thước đường ống dẫn từ xy lanh tới van phân phối . 62

3.1.3.4. Tính toán lựa chọn van phân phối cho mạch thủy lực 63

3.1.3.5. Tính toán lựa chọn nguồn thủy lực 64

3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống thủy lực điều khiển vị trí 69

3.2.1. Sơ đồ hoạt động của hệ thống 69

3.2.2. Mô hình nguồn năng lượng thủy lực 70

3.2.3 Mô hình mô phỏng van thủy lực 70

3.2.4. Mô hình mô phỏng xy lanh thủy lực 71

3.2.5. Mô hình bộ điều khiển và cảm biến 73

3.2.6. Mô hình mô phỏng hệ thống thủy lực điều khiển tự động chiều cao cắt

của máy gặt đập 74

3.3. Thử nghiệm mô hình 75

CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT HOẠT ĐỘNG VÀ
ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG 78

4.1. Khảo sát tính chất định vị 78

4.1.1 Giảm khoảng cách thay đổi chiều cao 78

4.1.2. Điều khiển nâng hạ theo nhiều cấp 79

4.2. Khảo sát tính chất điều khiển tự động chiều cao cắt 82

4.2.1. Thay đổi dạng bậc khoảng cách giữa mặt phẳng cắt đối với mặt đồng . 83

4.2.2. Biên dạng mặt đồng thay đổi dạng hàm số sin 85

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 88

1. Kết luận 88

2. Kiến nghị 89

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN
LUẬN VĂN 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page vii

DANH MỤC BẢNG


Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của máy gặt đập liên hợp cỡ nhỏ 56

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của một số loại xy lanh tác động đơn 61

Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật một số loại bơm 67

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy kéo nông nghiệp 6
Hình 1.2. Hệ thống thủy lực áp suất không đổi trên máy kéo nông nghiệp 7
Hình 1.3 Hệ thống thủy lực lưu lượng không đổi trên máy kéo nông nghiệp 9
Hình 1.4. Hệ thống truyền động thủy tĩnh cho các bộ phận làm việc trên rơ mooc 10
Hình 1.5. Truyền động di động và truyền động xoay cho xe chuyên dùng 12
Hình 1.6. Truyền động di động thủy tĩnh trên máy nâng hàng 12
Hình 1.7. Hệ thống thủy lực trên máy xúc 13
Hình 1.8 Sơ đồ điều khiển cơ cấu treo bẳng thủy lực 15
Hình 1.9 Sơ đồ thủy lực của một máy kéo X- bộ phận được điều khiển tự động 16
Hình 1.10 Đoạn mạch “ thủy lực điều khiển tự động” trong sơ đồ thủy lực của
một máy kéo 16
Hình 1.11 Sơ đồ hoạt động của một hệ thống điều khiển nâng hạ thuần túy
thủy lực 18

Hình 1.12 Vị trí các bộ phận quan trọng trên máy kéo 18
Hình 1.13 Các bộ phận chính của hệ thống thủy lực điện từ điều khiển nâng
hạ máy nông nghiệp 19
Hình 1.14. Vị trí các bộ phận điều khiển trên máy kéo 20
Hình 1.15 Sơ đồ khối điều khiển vị trí thủy lực điện tử 20
Hình 1.16. Sơ đồ khối một hệ thống điều khiển theo trượt 21
Hình 1.17 Sơ đồ khối điều khiển nâng hạ thủy lực điện tử với các thông số
điều khiển: độ lệch vận tốc (độ trượt), lực kéo và vị trí) 22
Hình 1.18. Sơ đồ mạch thủy lực của bộ phận điều khiển chiều cao và bộ phận
thoát tải áp suất 23
Hình 1.19. Sơ đồ điều khiển vận tốc liên hợp máy 24
Hình 1.20 Hệ thống lái tự động, sơ đồ mạch và sơ đồ thủy lực 25
Hình 1.21 Hệ thống điều khiển thủy lực với van tùy động 25
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page ix

Hình 1.22. Hệ thống VVT-I sử dụng mạch điều khiển hai vị trí 26
Hình 1.23. Điều khiển tỷ số truyền vô cấp trên máy gặt đập liên hợp 27
Hình 1.24. Sơ đồ điều khiển hộp số vô cấp bằng van đóng ngắt 27
Hình 2.1 Mạch nguồn áp suất với nhiều truyền lực mắc song song 31
Hình 2.2. Kết nối mạch nguồn áp suất 31
Hình 2.3 Các phương án cơ bản của nguồn áp suất 33
Hình 2.4. Phương thức hoạt động của điều chỉnh hành trình 0 định vị trực tiếp34
Hình 2.5. Điều chỉnh không nhờ đầu đo áp suất 36
Hình 2.6. Bơm ngắt 37
Hình 2.7 Nguồn áp suất sử dụng bơm có thể tích choán chỗ không đổi, điều
chỉnh được tần số quay 38
Hình 2.8. Hệ thống LS 40
Hình 2.9. Hệ thống LS liên hợp với điều chỉnh áp suất và điều chỉnh công suất 42
Hình 2.10. Các phương án truyền lực LS để phân phối lưu lượng không phụ

thuộc vào áp suất tải 43
Hình 2.11. Cung cấp dầu thủy lực từ nguồn lưu lượng 44
Hình 2.12. Truyền lực điều khiển bằng van phân phối trong mạch nguồn lưu lượng 45
Hình 2.13. Điều khiển truyền lực liên tục với nguồn lưu lượng 47
Hình 2.14 Các ứng dụng của xy lanh thủy lực và động cơ dầu 49
Hình 2.15. Sơ đồ ứng dụng van đóng ngắt điện từ trong điều khiển vị trí 49
Hình 2.16. Sơ đồ ứng dụng van đóng ngắt điện điều khiển trong mạch điều
khiển vị trí 51
Hình 2.17. Sơ đồ mạch điều khiển vị trí hệ hở trong ứng dụng van tỷ lệ không
có phản hồi trong 52
Hình 2.18. Sơ đồ mạch điều khiển vị trí hệ kín sử dụng van tỷ lệ không có
phản hồi 53
Hình 2.19. Sơ đồ khối của mạch điều khiển vị trí sử dụng van tỷ lệ có phản hồi 53
Hình 2.20. Mô hình ứng dụng của van servo kỹ thuật số 54
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page x

Hình 3.1. Máy gặt đập liên hợp cỡ nhỏ 55
Hình 3.2. Sơ đồ tổng thể máy gặt đập liên hợp cỡ nhỏ 56
Hình 3.3 Sơ đồ kết cấu cơ khí của hệ thống nâng hạ cho bộ phận gặt trên máy
gặt đập liên hợp cỡ nhỏ 57
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý nâng hạ bộ phận gặt 58
Hình 3.5. Giá đỡ liên kết
59
Hình 3.6. Cơ cấu 4 khâu 59
Hình 3.7. Sơ đồ khái quát mạch thủy lực điều khiển nâng hạ bộ phận gặt 60
Hình 3.8 Hao tổn áp suất qua van phân phối VEF 3/3 tác động bằng điện của
hãng Enerpac 63
Hình 3.9. Sơ đồ mạch nguồn lưu lượng 64
Hình 3.10. Sơ đồ mạch nguồn áp suất đơn giản 65

Hình 3.11. Sơ đồ mạch nguồn LS cơ học 65
Hình 3.12 Nguồn lưu lượng có tích áp 66
Hình 3.13 Đường đặc tính bơm GP10013 68
Hình 3.14 Đường đặc tính hao tổn áp suất qua van chặn dòng M-SR 8 KE02-1X 68
Hình 3.15 Ký kiệu và dặc tính của van áp suất 69
Hình 3.16. Sơ đồ mạch điều khiển tự động vị trí bộ phận gặt 70
Hình 3.17. Đặc tính chuyển động của con trựơt van 71
Hình 3.18. Sơ đồ mô phỏng van thủy lực 71
Hình 3.19. Sơ đồ khối mô phỏng xy lanh thủy lực 73
Hình 3.20. Sơ đồ khối mô phỏng cảm biến và bộ điều khiển 74
Hình 3.21. Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống điều khiển tự động chiều cao cắt
của máy gặt đập 75
Hình 3.22 Sơ đồ mô phỏng hệ thống trên simulink 75
Hình 3.23. Phản ứng của hệ thống sau khi thay đổi chiều cao bộ phận gặt từ 0
÷ 600mm 76
Hình 3.24. Phản ứng của hệ thống khi hạ bộ phận gặt đến vị trí làm việc 77
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page xi

Hình 4.1. Đặc tính của hệ thống khi thay đổi chiều cao mũi cắt h=600 mm
xuống chiều cao cắt h=250 mm 78
Hình 4.2. Đặc tính của hệ thống khi thay đổi chiều cao mũi cắt h=600mm
xuống chiều cao cắt h=300mm 79
Hình 4.3. Khảo sát hệ thống đang gặt trên đồng ruộng (h=250 mm) và điều
khiển bộ phận gặt lên chiều cao di chuyển (h=500 mm) 79
Hình 4.4. Phản ứng của hệ thống khi thay đổi chiều cao bộ phận gặt từ 250-
370-500mm 80
Hình 4.5. Phản ứng của hệ thống khi thay đổi chiều cao bộ phận gặt từ 500-
370-250mm 80
Hình 4.6. Phản ứng của hệ thống khi thay đổi chiều cao bộ phận gặt từ 250-

320-420-500 mm 81
Hình 4.7. Phản ứng của hệ thống khi thay đổi chiều cao bộ phận gặt từ 500-
420-320-250mm 81
Hình 4.8. Thí dụ thay đổi chiều cao cắt do mặt đồng không bằng phẳng 82
Hình 4.9. Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng thay đổi xuống
50mm 83
Hình 4.10. Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng thay đổi xuống 100 mm 84
Hình 4.11. Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng tăng cao 50 mm 84
Hình 4.12. Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng tăng cao 100 mm 84
Hình 4.13. Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng thay đổi theo hàm
sin (tần số 10rad/s và biên độ A=5mm) 85
Hình 4.14. Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng thay đổi theo hàm
sin (tần số 15 rad/s và biên độ A=10mm) 86
Hình 4.15. Phản ứng của hệ thống khi biên dạng mặt đồng thay đổi theo hàm
sin (tần số 20rad/s và biên độ A=10mm) 86
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 1

MỞ ĐẦU

Đã qua hơn một thập niên của thế kỷ XXI, song nền kinh tế của nước ta
vẫn là nền kinh tế lạc hậu trong mọi lĩnh vực các ngành kinh tế. Cơ cấu nền
kinh tế nước ta nông nghiệp vẫn là chủ yếu, có khoảng 70% dân số cả nước
sống ở khu vực nông thôn.
Để thực hiện mục tiêu Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước nói
chung và trong lĩnh vực nông nghiệp nông thôn nói riêng. Nhất là với chính
sách cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn của Đảng và nhà nước ta với mục
đích giải phóng sức lao động và tăng năng suất nhằm đem lại lợi ích kinh tế.
Các máy móc phục vụ cho việc cơ giới hóa rất đa dạng, phục vụ được rất
nhiều công việc khác nhau trong sản xuất nông nghiệp: máy cày, máy bừa,

máy phay, máy thu hoạch lúa, ngô, khoai, sắn,… nhưng việc điều khiển các
máy này ở Việt Nam còn còn rất thủ công, mức độ tự động hóa chưa cao.
Hiện nay, truyền động thủy lực đang rất phát triển vì nó có nhiều ưu
điểm hơn các kiểu truyền động khác. Song việc ứng dụng truyền động thủy
lực vẫn còn hạn chế trên các máy nông nghiệp, các công trình nghiên cứu ứng
dụng hệ thống thủy lực trên các máy nông nghiệp vẫn chưa nhiều.
Xuất phát từ những nhu cầu thiết thực trên tôi đã chọn và thực hiện đề
tài luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu mạch thủy lực đến tính
chất hoạt động của hệ thống điều khiển vị trí”. Với mong muốn kết quả
nghiên cứu này của tôi có thể được sử dụng làm cơ sở nghiên cứu phân tích
các phần tử hệ thống thủy lực trên các máy nông nghiệp. Và có thể đánh giá
chất lượng của hệ thống thủy lực, đồng thời thuận lợi cho việc thiết kế cải tiến
ứng dụng vào trong thực tế sản xuất nông nghiệp.


Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Sản xuất trong lĩnh vực nông lâm nghiệp là một quá trình sản xuất đặc
thù, nó mang tính độc lập cao, điều kiện sản xuất phức tạp, tiêu tốn nhiều sức
lao động. Để nâng cao năng suất, giảm nhẹ sức lao động cho các khâu sản
xuất trong sản xuất nông lâm nghiệp cần thiết phải áp dụng cơ giới hoá tổng
hợp và sử dụng các phương tiện hữu ích, áp dụng các hệ thống máy móc phù
hợp với từng loại sản xuất, từng mục đích công việc.
Hiện nay việc thiết kế và phát triển các loại máy phức hợp tự hành đang
diễn ra hết sức sôi động trong lĩnh vực cơ khí hoá nông lâm nghiệp ở nước ta.
Xu hướng thiết kế chủ yếu là bố trí các bộ phận làm việc, dẫn động cho các
bộ phận làm việc chủ động trên một máy kéo vạn năng cỡ nhỏ hoặc là thiết kế

các máy phức hợp chuyên biệt cho các công việc nông lâm nghiệp như gieo
trồng, chăm sóc và thu hoạch…
Trên đa số các mẫu máy đã được công bố: Các máy làm đất, máy thu
hoạch, …. việc truyền động trích công suất được thực hiện bằng cơ học như
truyền động xích, truyền động đai, truyền động các đăng hoặc truyền động
bánh răng… Nhược điểm của truyền động cơ học là việc thay đổi tỷ số truyền
vô cấp chỉ có thể thực hiện trong khoảng giới hạn và yêu cầu một không gian
lắp đặt cố định giữa động cơ truyền lực và bộ phận làm việc cần dẫn động.
Các nhược điểm của này có thể được cải thiện đáng kể nếu thay thế
truyền động cơ học bằng một hệ thống truyền động và điều khiển thủy lực.
Các hệ thống truyền động thủy lực ngày nay có mật độ công suất và độ tin
cậy cao, cấu trúc hệ thống đơn giản, đặc biệt là có khả năng thiết lập một hệ
thống truyền động và điều khiển bất kỳ, linh động trong không gian với các
phần tử cấu trúc tiêu chuẩn….
Một số kết quả bước đầu về ứng dụng truyền động thuỷ lực trong nông
lâm nghiệp đã được công bố: Hệ thống truyền động trợ giúp thuỷ lực trên liên
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 3

hợp máy vận chuyển nông lâm nghiệp, liên hợp máy đào hố trồng cây, liên
hợp máy cắt mía
1.1. Thủy lực ứng dụng trong nông nghiệp
Hệ thống thuỷ lực trên các máy nông lâm nghiệp tự hành thông thường
bao gồm các phần tử cơ bản: Máy bơm, động cơ thủy lực, van phân phối, các
đường ống dẫn, thùng dầu, van an toàn, van áp suất….Trong đó bơm dầu
nhận mô men từ động cơ bơm dầu từ thùng đẩy vào trong đường ống dẫn đến
động cơ thuỷ lực, động cơ sẽ biến đổi năng lượng dòng chất lỏng do bơm tạo
ra thành chuyển động quay của trục bơm và truyền đến động cơ.
Các loại máy kéo như KOBUTA, TDT40, KT–12, MTZ, SHIBURA…
đang được sử dụng trong nông lâm nghiệp thường được trang bị hệ thống hệ

thống thuỷ lực với nhiệm vụ để nâng hạ các máy công tác. Các hệ thống thuỷ lực
này được thiết kế theo công suất máy kéo hoặc tải trọng nâng, nhưng thông
thường chúng có công suất khá nhỏ trừ một số loại như máy kéo MTZ – 80/82.
Một số loại như máy xúc, ủi hoặc các loại máy công trình khác, do yêu
cầu về vị trí và khoảng cách giữa bộ phận truyền động và nhận truyền động
mà các hệ thống truyền động cơ khí không đáp ứng được. Các loại máy này
có phương, chiều chuyển động và khoảng cách giữa các bộ phận chấp hành
liên tục thay đổi. Từ những yêu cầu thực tế trong các hoạt động sản xuất, các
hệ thống truyền động mới được đưa vào là hệ thống truyền động khí nén, hệ
thống truyền động thuỷ lực. Trong đó hệ thống thuỷ lực có ưu điểm hơn nhờ
tính chịu nén của chất lỏng.
Hệ thống truyền động thuỷ lực có công suất truyền động cao, truyền
động êm dịu, có thể truyền động giữa các chi tiết có khoảng cách thay đổi
trong quá trình làm việc, phần chủ động và phần bị động của hệ thống truyền
lực được nối với nhau bằng các ống mềm dẫn dầu, các ống dẫn dầu thường
được chế tạo bằng cao su và các chất phụ gia để tăng khả năng chịu lực. Vì
vậy chúng có thể được lắp đặt ở bất kì một vị trí nào trên máy mà không đòi
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 4

hỏi phải có khoảng không gian rộng lớn và hướng truyền động thẳng giữa các
bộ phận.
Hiện nay, truyền động thuỷ lực đang được sử dụng rất phổ biến trên các
loại ô tô máy kéo sử dụng trong nông lâm nghiệp:
- Hệ thống lái cơ học trợ lực thuỷ lực: Trong hệ thống này, lực đòi hỏi
ở người điều khiển khi tác dụng vào vô lăng là đủ cho lực bánh lái mở các van
thuỷ lực để điều khiển các mạch thuỷ lực hoạt động tác động vào cơ cấu chấp
hành giúp xe chuyển hưóng một cách nhẹ nhàng.
- Hệ thống lái bằng bơm điều tiết mạch tốc độ nhanh. Trong hệ thống
này, người vận hành cần tác động vào vô lăng để tác động trực tiếp vào bơm

điều tiết mạch tốc độ nhanh từ đó điều tiết lượng dầu vào phân phối và điều
tiết đến bộ phận chấp hành và tác động vào hình thang lái.
- Hệ thống phanh trợ lực thuỷ lực: Bàn đạp phanh được liên kết với
piston của tổng phanh. Khi tác động vào bàn đạp phanh, qua cơ cấu dẫn động,
piston dịch chuyển, nén và đẩy dầu vào các đường ống dẫn đến các xylanh
phanh bánh, áp suất của dầu sẽ tác động làm cho các piston của xylanh phanh
bánh dịch chuyển và tác động vào guốc phanh, tạo ra mômen phanh ở các
bánh xe.
- Hệ thống nâng hạ trên các loại máy kéo hiện đại: Thông thường đi sau
máy kéo là các loại máy công tác như máy cày, máy phay, máy bừa…. Trong
quá trình làm việc chúng được nâng lên khi di chuyển, khi quay vòng hoặc hạ
xuống khi làm việc. Để thực hiện công việc này, trên các máy kéo hiện đại có
trang bị hệ thống thuỷ lực nâng hạ có cấu tạo khá đơn giản gồm: Bơm dầu,
xylanh thuỷ lực, van điều khiển…. Muốn điều khiển thiết bị này ta chỉ cần tác
động vào tay điều khiển để hạ xuống hoặc nâng lên. Ở các loại máy hiện đại,
thiết bị này có thể được điều khiển bằng cả hai phương tiện là: Cần điều khiển
và thiết bị cảm ứng tự động. Thiết bị này sẽ cảm ứng tải trọng của máy kéo
qua lực cản của máy công tác.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 5

- Trên một số liên hợp máy cày hiện đại có lắp đặt trục lắc cảm ứng
thuỷ lực. Khi lưỡi cày chạm vào đất cứng lực cản tăng lên, qua các cầu trục
tác động vào xylanh cảm ứng, kéo piston và van cảm ứng về phía sau, dầu sẽ
chảy vào xylanh cảm ứng nhiều hơn qua giclơ biến thiên làm cho áp suất cảm
ứng trước và van điều khiển tải gia tăng. Sự gia tăng áp suất cảm ứng dầu dẫn
đến sự chuyển động về phía sau của van điều khiển tải, bộ phận cam bị dẫn và
khung nối vận hành van làm cho cam vận hành van xoay theo chiều kim đồng
hồ. Cam xoay đi làm cho van áp lực mở ra và hướng dẫn dầu áp suất qua van
tiết lưu đi vào phía cuối của piston ở vị trí trục lắc.

Van tiết lưu điều khiển lượng dầu chảy vào và đi ra piston trục lắc,
piston dịch chuyển về phía trước làm trục lắc xoay đi nâng các khớp nối trục
và lưỡi cày lên làm giảm lực cản của cày.
Hệ thống cân bằng thuỷ lực (thường được sử dụng với các liên hợp
máy làm việc trên sườn đồi). Hệ thống này đặc biệt gồm ba phần: Hệ thống
thăng bằng chất lỏng, hệ thống điện và hệ thống thuỷ lực. Khi liên hợp máy đi
vào đoạn đường dốc ngang trên các sườn đồi, giả sử khi bánh xe bên trái thấp
hơn bánh xe bên phải khi làm việc, khi đó thiết bị cảm ứng chất lỏng khởi
động hệ thống điện, sẽ có dòng điện đi qua cuộn dây solenoid tạo ra từ trường
làm dịch chuyển ống van thăng bằng và hướng dẫn dầu tới xylanh thăng bằng
tác dụng hai chiều trên mỗi bánh xe, hai xylanh bên trái duỗi thẳng còn hai
xylanh bên phải thụt vào giúp cho liên hợp máy giữ được trạng thái thăng
bằng khi ở độ dốc nhất định. Dưới đây luận văn giới thiệu một số hệ thống
thủy lực sử dụng trong sản xuất nông nghiệp.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 6

1.1.1. Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy kéo nông nghiệp

Hình 1.1. Hệ thống thủy lực nhạy tải trên máy kéo nông nghiệp
1- Bơm điều khiển được; 2- Bơm kép; 3- Van ưu tiên; 4- Van điều chỉnh;
5, 6, 7- Van phân phối; 8- Van lái; 9- Van chặn; 10- Van giới hạn áp suất; 11,
12- Cân áp suất; 13- Van tiết lưu; 14- Van giới hạn áp suất;
15- Chốt hãm thuỷ lực
Hệ thống hoạt động với hai bơm: Bơm điều khiển được 1 và bơm kép
2. Bơm thuỷ lực 1 cung cấp dầu cho cả các phụ tải thuỷ lực và cả thuỷ lực lái.
Nhờ van ưu tiên 3 mà hệ thống lái luôn được cung cấp trước theo nhu cầu.
Việc điều chỉnh bơm 1 được thực hiện nhờ van điều chỉnh 4 sao cho bơm chỉ
cung cấp lưu lượng dầu đủ để tạo ra một độ lệch áp suất không đổi (∆p = 25
bar) qua van phân phối 5, 6, 7 và van lái 8. Vì thế mà lưu lượng dầu đến phụ

tải luôn luôn tỷ lệ với độ lệch của van. Áp suất tải của phụ tải mắc kế tiếp
được thông báo qua đường tín hiệu áp suất tải (nét đứt) đến van điều chỉnh 4.
Van chặn 9 chỉ cho qua dòng dầu đến mỗi phụ tải có áp suất tải cao nhất. Khi
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 7

áp suất hệ thống vượt quá giá trị cho phép (p= 180 bar) lưu lượng của bơm
được điều chỉnh trở về qua van giới hạn áp suất 10. Nhờ cân áp suất 11 và 12
cài trước các van phân phối, ngay cả khi các phụ tải hoạt động đồng thời vẫn
có được một lưu lượng không phụ thuộc áp suất tải. Lưu lượng dầu đến các
van có thể được điều khiển bằng tay nhờ van tiết lưu 13. An toàn áp suất phía
thứ cấp của hệ thống thuỷ lực được đảm bảo nhờ van giới hạn áp suất 14 và
chốt hãm thuỷ lực 15 lắp trên van phân phối.
1.1.2. Hệ thống thủy lực áp suất không đổi trên máy kéo nông nghiệp

Hình 1.2. Hệ thống thủy lực áp suất không đổi trên máy kéo nông nghiệp
Trong hệ thống bơm 1 cung cấp dầu cho các thiết bị thuỷ lực cũng như
phanh, ly hợp và vị trí bôi trơn với dầu áp suất thấp. Van căng trước 2 được
điều khiển đến áp suất khoảng 7 bar. Bơm chính là một bơm điều khiển được
thể tích làm việc có điều chỉnh hành trình 0; nó cung cấp áp suất gần như
không đổi với lưu lượng dầu đủ cho nhu cầu của phụ tải.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 8

Van hệ quả 4 sẽ mở cho đến khi áp suất giảm xuống dưới một giá trị
cho trước. Khi đó nó đóng lại, ngăn không cho áp suất tiếp tục giảm và lượng
cung cấp cho hệ thống lái dưới mức cho phép.
Các phụ tải thuỷ lực được mắc song song. Van điều chỉnh dòng 5, được
bố trí trước van phân phối điều khiển bằng tay, có nhiệm vụ giới hạn vận tốc
pit tông và tần số quay của phụ tải.

Bộ truyền động thuỷ tĩnh phía trước được đóng ngắt bằng van điện từ.
Van phân phối 4/3 6 đóng mạch dầu đến động cơ còn van phân phối 3/2 7
đóng ly hợp giữa động cơ và các bánh trước. Khi tác động vào ly hợp để
truyền động thì bộ truyền thuỷ tĩnh phía trước được ngắt ra nhờ bộ ngắt điện.
Ở các số chậm, động cơ được mắc song song qua van phân phối 8, còn
với các số trung bình thì động cơ được mắc nối tiếp. Trên các số nhanh bộ
truyền động trước luôn luôn bị ngắt. Việc chuyển mạch từ song song sang nối
tiếp được thực hiện tự động nhờ lựa chọn các cấp số truyền (cài số bằng điện).
Trên hệ thống này phần nâng tải phía trước và xy lanh lực được thiết kế tác
động kép vì trên đường dầu về luôn có áp suất 7 bar.
1.1.3. Hệ thống thủy lực lưu lượng không đổi trên máy kéo nông nghiệp
Hệ thống (hình 1.3) làm việc với 3 bơm có thể tích làm việc không đổi,
bơm 1 và 2 cung cấp cho các phụ tải thuỷ lực, còn bơm 3- cho hệ thống lái.
Van phanh moóc 4 và van phân phối 5 được cung cấp dầu từ bơm 1, khi đó
van phanh có tính chất ưu tiên so với van phân phối. Dòng dầu thừa có thể
chảy qua van chặn 6 khi van phân phối 5 ở vị trí trung gian để bổ sung cung
cấp cho van phân phối 7 và 8 cũng như van điều chỉnh lực 9. Van điều chỉnh
lực được đóng ở vị trí trung gian. Dòng dầu từ bơm khi đó được dẫn qua cân
áp suất 10 về thùng. Nhờ cân áp suất 11 mà có được một lưu lượng không phụ
thuộc áp suất tải cho các xy lanh nâng hạ cả khi nâng lẫn khi hạ. Nhờ chuyển
mạch van phân phối 12 có thể sử dụng van điều chỉnh lực cho cả hệ thống
nâng hạ trước. Do được kết nối với đầu đo áp suất bằng điện nên có thể thực
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 9

hiện điều chỉnh áp suất xy lanh, nhờ đó có thể điều khiển và giữ không đổi lực
tác động của các máy công tác trên cơ cấu treo. Việc giữ áp suất an toàn được
thực hiện ở phía sơ cấp nhờ các van giới hạn áp suất 14, 15, 16 cũng như phía
thứ cấp tại xy lanh nâng sau nhờ van 17 và nhờ chốt chặn thuỷ lực 18 trên van
phân phối.

Hình 1.3 Hệ thống thủy lực lưu lượng không đổi trên máy kéo nông nghiệp
1, 2, 3- Bơm dầu; 4- Van phanh mooc; 5, 7, 8, 12- Van phân phối; 6-
Van chặn; 9- Van điều chỉnh; 10, 11- Cân áp suất; 13-Đầu đo áp suất;
14, 15, 16, 17- Van giới hạn áp suất; 18- Chốt giữ thủy lực
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 10

1.1.4. Hệ thống truyền động thủy tĩnh cho các bộ phận làm việc trên rơ mooc

Hình 1.4. Hệ thống truyền động thủy tĩnh cho các bộ phận làm việc trên
rơ mooc
Hệ thống thuỷ lực của máy kéo truyền động cho hệ thống chốt rơmoóc,
để gom sản phẩm trên moóc, để xếp đặt thức ăn khô lên cao và để mở cửa
rèm che. Hệ thống thuỷ lực bố trí tại moóc với hệ thống bơm kép có thể tích
làm việc không đổi, truyền động từ trục trích công suất của máy kéo cung cấp
dầu cho các phụ tải còn lại. Một bơm thứ 2 cung cấp lưu lượng qua bộ chia
dòng 1 đến các động cơ truyền động cho sàn và vận chuyển ngang. Để điều
khiển chuyển động của sàn khi lùi và vận chuyển ngang từ trái qua phải sử
dụng các van điện từ 2 và 3. Để điều khiển vô cấp chuyển động của sàn người
ta trang bị một van điều chỉnh dòng 3 ngả tác động điện từ. Khi trục định
lượng dừng, áp suất dầu trên đường vào tăng lên và bộ ngắt áp suất 5 sẽ ngắt
tự động bộ phận truyền động đẩy sàn. Van phân phối 2 sau đó chỉ còn giữ vị
trí mạch cho chuyển động lùi về. Ngoài ra truyền động và điều khiển thủy lực
còn được ứng dụng phổ biến trên các máy nông nghiệp phức tạp khác như
máy thu hoạch lúa, ngô và cây có củ. Các chức năng điều khiển của các hệ
thống sẽ được giới thiệu trong mục 1.3.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 11

1.2. Ứng dụng thủy lực trong lĩnh vực xây dựng, công trình công thôn
1.2.1. Truyền động đi động và truyền động xoay trên xe chuyên dụng
Trên hình 1.5 giới thiệu sơ đồ truyền động thuỷ lực trên một xe chuyên
dụng. Xe chuyên dụng này có nhiệm vụ tiếp nhận các phần trọng lượng lớn
(đến 10 tấn) tại một điểm xác định, vận chuyển nhanh trên một quãng đường
dài (40 m) và đỗ xuống một vị trí chính xác. Sơ đồ thuỷ lực trên hình 1.9 chỉ
biểu diễn phần truyền lực cho di động và cho bàn xoay của thiết bị bốc dỡ. Hệ
thống bao gồm 2 đơn nguyên thứ cấp cho mỗi phần 1 và 2 cùng chức năng.
Trên cả hai bộ truyền động, một động cơ đảm nhận hoạt động theo một chiều
quay, còn động cơ kia tạo ra một mô men nhỏ ngược chiều. Bằng cách đó có
thể tạo ra một liên kết trước để tránh hiện tượng mất liên kết do khe hở trong
hệ thống truyền. Các bơm 3 và 4, mỗi bơm đảm nhận cung cấp dầu áp suất
cao cho động cơ bàn xoay và động cơ di động, và nhận truyền động đồng trục
từ động cơ đốt trong. Ngoài ra trên đó còn lắp một bơm bổ sung, do đó có thể
nhìn nhận hệ thống là một mạch thuỷ lực kín. Bộ tích luỹ áp suất thấp 7 ngăn
ngừa sự xuất hiện xâm thực khi có nhu cầu lưu lượng lớn. Trên hệ thống bàn
xoay không có yêu cầu này do khoảng cách đến thùng quá nhỏ. Nhờ bố trí bộ
tích luỹ áp suất cao 8, tại đó phần năng lượng thuỷ lực cấp ngược từ quá trình
phanh được tích luỹ, nên có thể chỉ cần trang bị một máy động lực cung cấp
công suất gián đoạn. Hơn nữa, trong quá trình làm việc hệ thống truyền động
tiếp nhận công suất cực đại chỉ trong những khoảng thời gian ngắn.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 12


Hình 1.5. Truyền động di động và truyền động xoay cho xe chuyên dùng
1.2.2. Truyền động thủy tĩnh trên máy nâng hàng

Hình 1.6. Truyền động di động thủy tĩnh trên máy nâng hàng
Truyền động thuỷ tĩnh cho hệ thống di động được mắc trong mạch kín.
Điều khiển vận tốc chuyển động được thực hiện gọn và thuận tiện nhờ bàn
đạp ga và bàn đạp điều chỉnh.
Bơm dầu điều khiển được 1 nhận truyền động từ động cơ diezel được
kết nối cơ học với bơm điều khiển và đồng thời cũng là bơm cung cấp 2.
Dòng dầu cung cấp tỷ lệ thuận với tần số quay của bơm điều khiển tạo ra một
độ sụt áp suất tại màng chắn 3, chuyển đổi thành một áp suất điều khiển nhờ
van điều chỉnh 4.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 13

Áp suất điều khiển tác động đến xy lanh điều khiển 6 qua van đảo chiều
5 và tác động làm tăng lưu lượng cung cấp từ bơm khi tần số quay của động
cơ diezel tăng lớn.
Khi động cơ diezel quá tải, áp suất điều khiển giảm xuống, góc lắc của
bơm nhỏ đi. Nhờ sử dụng bàn đạp điều chỉnh có thể điều khiển bộ phận điều
chỉnh tự động và dự kiến trước sự thay đổi lưu lượng. Nhờ đó có thể có được
một lưu lượng nhỏ hơn tại chế độ tần số quay cao của động cơ (cắt côn), hoặc
lắc trả về nhanh của bơm (phanh).
Bộ phận chuyển đổi thứ cấp là động cơ điều khiển được 7 có thể lựa
chọn hai vùng chuyển động bằng cách thay đổi thể tích làm việc cực tiểu hoặc
cực đại nhờ van điều khiển điện 8 qua xy lanh điều khiển 9.
1.2.3. Hệ thống thủy lực trên máy xúc
Mạch thủy lực trong hệ thống là mạch nối ghép hai mạch hở được cung

cấp dầu từ hai bơm.

Hình 1.7. Hệ thống thủy lực trên máy xúc
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 14

Bơm 1 cung cấp dầu cho các khôi van A và C mắc nối tiếp. Bơm dầu 2
cung cấp dầu cho các khối van B và C cũng mắc nối tiếp. Hai phụ tải trên mỗi
khối van được mắc song song. Các van chặn dòng ngăn ngừa dịch chuyển
không mong muốn của các phụ tải khi chịu tải lớn. Nhờ liên hợp như vậy hai
phụ tải trên mỗi khối bất kỳ (ngoài hệ thống di động) có thể hoạt động đồng
thời và không phụ thuộc lẫn nhau, khi đó chúng luôn được cung cấp dầu từ
một bơm riêng. Tất cả các bộ phận làm việc đều có bộ phận bảo vệ áp suất
riêng, trên xy lanh còn cần được bổ xung một van chặn dòng tiết lưu để giới
hạn vận tốc tụt xuống. Dòng dầu về được lọc dầu và làm mát. Van áp suất 1
được điều khiển từ áp suất vào trên đường dầu về của động cơ di động có tác
dụng ngăn ngừa vận tốc quá cao khi hạ xuống hố bằng cách tiết lưu dòng dầu
khi áp suất vào quá nhỏ. Máy xúc được lái bằng cách tiết lưu trên đường dầu
vào các động cơ ở hai bên xích.
1.3. Thủy lực điều khiển vị trí trong sản xuất nông nghiệp
1.3.1. Điều khiển vị trí cơ cấu treo máy kéo
1.3.1.1 Tự động điều khiển theo lực kéo (Điều khiển thủy lực –cơ học)
Một phần trọng lượng cày và lực cản cày được điều chỉnh để làm tăng
tải trọng cầu sau, đồng thời nhờ lực cản đã được điều chỉnh giữ cho độ sâu
của cày ở một giới hạn cho trước.
Giá trị hiện tại của lực được điều chỉnh được đo tại thanh treo trên,
thanh treo dưới và tiếp tục chuyển đổi tín hiệu chuyển động cơ học của van
điều chỉnh trong hệ thống thủy lực nâng hạ. (Hình 1.8a)
Hệ thống điều khiển tự động vị trí tiếp nhận các xung điều khiển từ một
bộ phận đo cơ học đặt tại trục xoay hoặc tay đòn nâng cơ cấu treo. Bộ phận

này cấp thông tin về vị trí thanh treo dưới cũng như vị trí máy công tác. Điều
khiển vị trí phù hợp với mày tung phân máy gieo và máy trồng cây.
Điều khiển hỗn hợp có thể để cho các xung của điều khiển lực kéo và
điều khiển vị trí tác động đồng thời đến bộ điều chỉnh trong một trạng thái