Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
–––––––––––***–––––––––––

Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại: Trường Đại học Lâm Nghiệp

TÔ QUỐC HUY
Vào hồi ……giờ............ngày............tháng............năm 2021

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KÉO BÁM VÀ ỔN ĐỊNH
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc gia và Thư viện trường Đại học Lâm nghiệp

CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO BÁNH HƠI VỚI CÀY
CHĂM SÓC RỪNG LÀM VIỆC TRÊN ĐẤT DỐC
Chun ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9.52.01.03
TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2021


Luận án được hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu
TS Đoàn Văn Thu

Phản biện 1:

Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại
Trường Đại học Lâm nghiệp
Vào hồi

giờ

phút, ngày

tháng

năm 2021

Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia và Thư viện Trường
Đại học Lâm nghiệp

Hà Nội, 2021


NHỮNG CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ
1. Tơ Quốc Huy, Nơng Văn Vìn, Đồn Văn Thu (2020), Xây dựng mơ
hình động lực học kéo của liên hợp máy kéo với cày chảo khi làm việc
trên dốc ngang; tạp chí Nơng 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 nơng, 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).


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Rừng trồng sản xuất ở nước ta có diện tích lớn, tính đến năm 2020 là
trên 4,3 triệu ha, trong đó diện tích đất trồng rừng thâm canh có thể cơ giới
hóa được là trên 1,5 triệu ha. Hàng năm, có hơn 200 nghìn ha rừng trồng
được khai thác và trồng lại, rất cần được cơ giới hóa các khâu sản xuất để
nâng cao năng suất và chất lượng rừng. Hệ thống máy kéo đang được sử
dụng trong nông lâm nghiệp rất đa dạng, phong phú, nhưng khả năng kéo
bám và ổn định bị hạn chế khi làm việc trên đất dốc. Năm 2018, Viện Khoa
học Lâm nghiệp Việt Nam thực hiện đề tài nghiên cứu KHCN cấp Bộ
“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo một số thiết bị và máy công tác chuyên dụng
liên hợp với máy kéo có khả năng kéo bám và ổn định cao phục vụ trồng và
chăm sóc rừng” nhiệm vụ nghiên cứu chủ yếu tập trung cho nội dung thiết
kế, chế tạo các máy canh tác và đưa vào sử dụng. Chưa có nghiên cứu sâu
về động học, động lực học của liên hợp máy kéo bánh hơi thực hiện khâu
làm đất chăm sóc rừng trên đất dốc phù hợp với điều kiện sản xuất lâm
nghiệp ở Việt Nam. Do vậy, thực hiện đề tài 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” là rất cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định được ảnh hưởng của một số yếu tố về kết cấu và chế độ sử
dụng đến khả năng kéo bám, ổn định, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng của
LHM kéo bánh hơi với cày chảo chăm sóc rừng trên đất dốc lâm nghiệp.
3. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là liên hợp giữa máy kéo bánh hơi Yanmar
F535D có cơng suất 53 mã lực với dàn cày chảo 2 dãy (LHM) thực hiện
chăm sóc rừng trồng trên đất dốc lâm nghiệp ở Việt Nam.


2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Nghiên cứu xây dựng được mơ hình động lực học liên hợp máy cày
chăm sóc rừng trên đất dốc của lâm nghiệp từ đó khảo sát sự ảnh hưởng
của một số yếu tố kết cấu và điều kiện sử dụng làm cơ sở đánh giá khả năng
sử dụng LHM.
Đã đề xuất giải pháp cải tiến hệ thống di động để nâng cao khả năng
kéo bám, ổn định làm cơ sở cho việc tính tốn thiết kế và chế tạo hệ thống
di động của máy kéo bánh hơi làm việc trên đất dốc lâm nghiệp.
Xác định được các hệ số thực nghiệm trong điều kiện địa hình, đất đai
của lâm nghiệp như: hệ số cản lăn (ƒ), hệ số bám dọc (φx), hệ số lực cản
riêng của cày (Kc), đặc tính kéo bám của hệ thống di động được thiết kế cải
tiến bằng thực nghiệm, đánh giá được khả năng làm việc của LHM trong
điều kiện sản xuất.
5. Những đóng góp mới của luận án
Mơ hình động lực học của LHM được mô phỏng trên phần mềm Matlab
– Simulink sử dụng thông số đầu vào là lực cản cày PC(t) là hàm biến đổi
theo thời gian thu được từ thực nghiệm, do đó kết quả nghiên cứu được phản
ánh sát với điều kiện thực tế về địa hình và tính chất đất đai.
Đề xuất được mơ hình ổn định hướng của máy kéo bánh khi làm việc
trên dốc ngang cho phép xác định được góc xoay bánh lái để duy trì hướng
chuyển động thẳng 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.
Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng được đường đặc tính kéo bám của
hệ thống di động cải tiến của máy kéo; xác định hệ số lực cản riêng của cày

chảo đối với đất lâm nghiệp tại vùng Đông Bắc Bộ.
Cải tiến được hệ thống di động nâng cao khả năng kéo bám, ổn định
của LHM khi làm việc ở những điều kiện khác nhau.


3
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình cơ giới hóa trong trồng và chăm sóc rừng
Cơ giới hóa trong trồng và chăm sóc rừng là việc sử dụng thiết bị máy
móc để thực hiện các cơng việc: Làm đất trồng rừng, xử lý thực bì, vun gốc,
bón phân, tỉa cành, phun thuốc trừ sâu, tưới nước... Rừng trồng thâm canh
ở Việt Nam có mật độ dao động từ 1100cây/ha đến 2000 cây/ha, nhưng
phổ biến nhất là 1660 cây/ha (3m x 2m), nên việc lựa chọn thiết bị và quy
trình kỹ thuật phù hợp sẽ giảm lao động thủ cơng, nâng cao năng suất và
chất lượng rừng trồng.
1.2. Tình hình nghiên cứu tính chất kéo, bám của máy kéo trong sản xuất
nơng lâm nghiệp
Tính chất kéo bám của máy kéo đã được nhiều tác giả trong và ngoài
nước nghiên cứu như: Phân tích lý thuyết và thực nghiệm về hiện tượng trượt
của máy kéo khi di chuyển trên độ dốc ngang của tác giả RM
Makharoblidze, tác giả Zhen LI; quan hệ bám, trượt ở nhiều dạng khác nhau
để mô tả tính chất tiếp xúc giữa đất và bánh xe LHM cày khi làm việc của
tác giả Vogel; ảnh hưởng của các yếu tố độ dốc, lực kéo tại móc và áp lực
vng góc tại bánh xe chủ động... đến lực cản lăn và sự trượt dọc của bánh
xe của tác giả Nơng Văn Vìn; các nghiên cứu về kéo bám của máy kéo vận
xuất gỗ của các tác giả: Trần Cơng Hoan, Nguyễn Kính Thảo, Nguyễn Nhật
Chiêu,... Nhìn chung các nghiên cứu về tính chất kéo bám của của máy kéo
đều nhằm mục đích xác định các yếu tố ảnh hưởng, trên cơ sở đó đề xuất
các giải pháp cải thiện tính chất kéo bám, nâng cao hiệu suất sử dụng của

máy kéo trong sản xuất nông lâm nghiệp.
1.3. Tình hình nghiên cứu về ổn định của ơ tơ, máy kéo trong sản x́t
nơng lâm nghiệp.
Các cơng trình nghiên cứu của viện sĩ giáo sư E.A.Chu-đa-cốp; giáo sư
IA.E. Pha-rô-bin, R.W. Allen và J.Reimpell với những cơng trình nghiên


4
cứu về ổn định hướng chuyển động của thẳng của ô tô, máy kéo. Các tác giả
I.P. Trai-cốp-ski, P.A. Xa-lô-ma-tin, F.J. A đam... đã nghiên cứu động học,
động lực học và tính năng ổn định trong hệ thống lái có trợ lực; Đối với máy
kéo trong sản xuất nông lâm nghiệp ở Việt Nam được nhiều tác giả quan
tâm như ổn định của máy kéo xích khi làm đất trồng rừng; ổn định hướng
chuyển động của máy kéo khi vận xuất gỗ rừng trồng, ổn định máy kéo khi
quay vòng,.. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, đối với máy kéo hoạt động
trong sản xuất lâm nghiệp, do yêu cầy kỹ thuật canh tác trên đất dốc, các
LHM phải chuyển động theo đường đồng mức thì ổn định ngang là yếu tố
rất quan trọng và quyết định đến hiệu quả làm việc.
1.4. Nội dung, phương pháp nghiên cứu của luận án
1.4.1. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tính chất kéo bám và ổn định của máy kéo bánh hơi khi làm
việc trên đất dốc.
Xây dựng mơ hình động lực học kéo của LHM cày chăm sóc rừng khi
làm việc trên dốc ngang.
Khảo sát xác định các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất kéo bám và ổn định
của LHM.
Đề xuất phương án hoàn thiện kết cấu và chế độ sử dụng phù hợp cho
LHM.
Nghiên cứu thực nghiệm: Xác định một số thơng số đầu vào cho mơ
hình lý thuyết. Minh chứng đánh giá tính đúng đắn, độ tin cậy của mơ hình

lý thuyết.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu
* Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Xây dựng mơ hình nghiên cứu theo phương pháp cơ học giải tích để
lập các phương trình vi phân chuyển động LHM.
- Sử dụng phương pháp giải gần đúng Runge-Kutta bậc 4 trên phần
mềm Matlab-Simulink để giải hệ phương trình vi phân đã lập.


5
* Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Sử dụng phương pháp thí nghiệm máy kéo theo quy định “TCVN 1773
- 91, Máy kéo nông nghiệp - Phương pháp thử”
- Sử dụng phương pháp đo lường các đại lượng không điện bằng điện tại
LHM cày chăm sóc làm việc trên đồi dốc
- Xử lý các số liệu thí nghiệm được thực hiện bằng các phần mềm
Catman
1.5. Kết luận chương 1
- Cày chảo 2 dãy với máy kéo bánh hơi là LHM phù hợp và có nhiều
ưu điểm để chăm sóc rừng ở Việt Nam. Tuy nhiên, LHM chỉ làm việc hiệu
quả trên địa hình có độ dốc dưới 100, do khả năng kéo bám và ổn định trên
đất dốc bị hạn chế.
- Cần nghiên cứu đầy đủ về động lực học LHM canh tác trên đất dốc, xác
định sự ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu và điều kiện sử dụng đến khả năng
kéo bám và ổn định, trên cơ sở đó đề xuất giải pháp sử dụng hiệu quả LHM.
Do vậy, việc lựa chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng kéo bám
và ổn định của liên hợp máy kéo bánh hơi với cày chảo chăm sóc rừng làm
việc trên đất dốc” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

6
Chương 2:
XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA LHM CÀY CHẢO
KHI LÀM VIỆC TRÊN DỐC NGANG
2.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu động lực học kéo của LHM cày chảo
2.1.1. Phân tích cấu trúc cày chảo
Kết cấu cày chảo 2 dãy được lắp sau máy kéo bánh hơi Yanmar F535D,
trục lắp các chảo được lắp nghiêng với một góc so với trục đối xứng dọc và
có thể điều chỉnh được góc nghiêng nhằm tạo khả năng điều chỉnh được độ
ăn sâu của cày theo yêu cầu chất lượng làm đất.

Hình 2.2. Hình ảnh cày chảo 2 dãy và máy kéo Yanmar F535D
Để tăng tính ổn định làm việc, trên dàn cày còn được lắp thêm một thân
cày diệp kép, độ cày sâu được giới hạn và điều chỉnh được nhờ bánh tựa
đồng lắp trên lắp trên trục đối xứng dọc của dàn cày.
Cày chảo được được lắp sau máy kéo bằng cơ cấu treo 3 điểm, khi làm
việc để ở “thế bơi” đảm bảo cho các lưỡi cày tự lượn theo mấp mơ mặt đồi,
nhờ đó sẽ đảm bảo được độ sâu làm đất ổn định đồng thời tránh được sự q
tải đột ngột.
2.1.2. Mơ hình ổn định hướng chuyển động thẳng của máy kéo bánh hơi
trên dốc ngang
2.1.2.1. Đặc điểm chuyển động của các bánh xe
Khi bánh xe chuyển động theo đường đồng mức, góc chuyển động lệch
 trên dốc ngang phụ thuộc độ cứng chống uốn ngang của lốp, tính chất cơ
học của đất và phản lực pháp tuyến của mặt đồi tác dụng lên bánh xe.


7
2.1.2.2. Ảnh hưởng của dốc ngang đến tính ổn định hướng chuyển động
của máy kéo khi không đánh lái

Khi không đánh lái và bắt đầu di chuyển thì máy kéo sẽ tự quay vịng
xuống dốc khơng thể chuyển động thẳng theo đường đồng mức.
Pft 1

Pft 2

0,5Pk

Y2t

B

B
Vy 2

0,5Pk Y2d

Y1t



2

Vx

C

VB

A

G.sin 

x

VA

Y1d

Pfd2

1

Vy1

Vx

Pfd1

y
a

b

L

Hình 2. 5. Mơ hình máy kéo chuyển động ngang dốc theo đường đồng mức
Trong đó: G – Trọng lượng máy kéo; β – góc dốc ngang của địa hình;
Pk – lực kéo tiếp tuyến; Pft 1 , Pfd1 , Pft 2 , Pfd2 – lực cản lăn của các bánh xe; Y1t , Y1d ,
Y2t , Y2d – phản lực ngang lên các bánh xe; Vx – vận tốc dọc theo thân máy;

Vy1, Vy2 – thành phần vận tốc ngang do lực ngang gây ra; V, V – vận tốc
tuyệt đối của điểm giữa cầu trước và cầu sau.
2.1.2.3. Đề xuất phương pháp duy trì ổn định hướng chuyển động thẳng
của máy kéo trên dốc ngang theo đường đồng mức.
Khi góc chuyển động lệch của cầu trước lớn hơn so với cầu sau

1   2

cần phải đánh lái một góc 1 = 1 −  2 theo chiều ngược lên phía trên dốc thì
máy kéo sẽ tự duy trì được hướng chuyển động thẳng theo đường đồng mức.
Khi đó thân máy kéo sẽ lệch lên phía trên với góc bằng góc chuyển động lệch
của cầu sau  =  2 .


8
VA = VB = VC = V

k
Pk

y
t
f2

P

Pft 1



x1
t
1

Y

G sin  .sin 

t
2

Y

Vx = rk k

0

 = 2

C

B
Vy

Vx

V

Vy

V

2

Vx1

 = 2

1

1

 1 = 1 −  2
x



A

x

V

Vy1
Pfd1

0,5B

Pk

Y2d

G sin 

d
f2

P

Y1d
Đường đồng mức

a

rk

y

G sin  .cos

b

L
Đường đồng mức

z
0

x



y

Hình 2.6. Mơ hình máy kéo chuyển động ổn định thẳng trên dốc ngang
theo đường đồng mức
Khi chuyển động thẳng trên dốc ngang theo đường đồng mức, trạng
thái máy kéo phải lệch với đường đồng mức một góc  và các bánh xe cầu
trước lệch với trục dọc của thân máy một góc  (góc đánh lái). Vì vậy lực
cản lăn của máy kéo tăng lên và được xác định như sau:
Pf  = Pfbx + (Y1t + Y1d )sin 1 + G sin  .sin 

(2.7)

Pfbx - lực cản lăn của các bánh xe: Pfbx = fbx G cos 
fbx là hệ số cản lăn của bánh xe khi có tác động của lực ngang:
2.1.3. Phân tích cấu trúc và xây dựng mơ hình máy kéo
Máy kéo Yanmar F535D là máy kéo 2 cầu chủ động, phạm vi nghiên
cứu chỉ xem xét sử dụng 1 cầu phía sau


9
z
V
−m1 x
( PC − m2 x)

x

T1

Mk

h1

PC
t

G1 cos 

hm
Pf 2

Z2

Pf 1

Pk 2

Z1

a

b

L

Hình 2.9. Mơ hình các lực tác dụng lên máy kéo khi cày ở thế bơi
2.1.4. Xây dựng mơ hình động lực LHM cày chảo trên dốc ngang
Mơ hình động lực học của LHM cày chảo chăm sóc rừng trong khơng

gian như hình 2.10 như sau:

Hình 2.10. Mơ hình khơng gian mô tả động lực học LHM cày chảo làm
việc trên dốc ngang
Mơ hình của LHM cày chảo trên dốc ngang có thể đưa về dạng tổng quát
của LHM như hình 2.11.


10
z
V

z

−m1 x
( PC − m2 x)

x

Mk

y
h1

PC

G1 cos 

hm

t

T1

T1

Pf 2

Z2

h1
Pf 1

Pk 2

Z1

a

b

G1



L

z

a)

c)
x

Pft 2
( PC − m2 x)

Pkt2

Y1t

−m1 x T1

x

G1 sin 

Vi sai

Pfd2

b)

P

z
Y2t

PC
t

y

t
f1

Pkd2
d
2

Y

y

x



y

Pfd1
Y1d

d)

Hình 2.11. Mơ hình tổng qt LHM cày chảo làm việc trên dốc ngang
Trong đó: m1, m2 – khối lượng máy kéo và cày chảo; x - gia tốc LHM;
Mk – mô men chủ động; Pkt2 , Pkd2 - lực chủ động của bánh xe; Z t , Z d - phản
lực pháp tuyến lên các bánh xe; PC – lực cản cày chảo; m1 x, m2 x - lực cản
quán tính của máy kéo và cày chảo.

Giả thiết xây dựng mơ hình như sau:
Đối với cày chảo
- Cơ cấu treo làm việc ở “thế bơi”;
- Mặt đồi nghiêng góc β nhưng trên bề mặt đồi coi như mặt phẳng
nghiêng, sự thay đổi lực cản là do tính chất cơ lý của đất không đồng nhất
và do độ ăn sâu của lưỡi cày không ổn định.
- LHM chuyển động thẳng theo đường đồng mức, phương của lực cản
cày, lực kéo trùng với phương chuyển động x
Đối với máy kéo
- Bỏ qua dao động của LHM theo phương thẳng đứng (vì vận tốc làm
việc không lớn);
- Bỏ qua ma sát tại hộp vi sai.


11
- Liên kết theo phương dọc và ngang giữa máy kéo với dàn cày chảo
coi như liên kết cứng (khớp liên kết khơng có khe hở)
- Lực cản lăn của máy kéo theo đường đồng mức được tính theo hàm
thực nghiệm
2.2. Lập phương trình vi phân chuyển động của LHM
Dựa trên các quan hệ động lực học đã mô tả ở các phần trên bằng
phương pháp cơ học giải tích ta có thể thiết lập hệ phương trình vi phân
chuyển động của LHM trong hai trường hợp như sau:
a) Trường hợp khơng khố vi sai
m1 x = 2 Pkt − Pf − Pc

M e iT m

t
− Pkt .rk − f  .Z kt rk

 J k k =
2

 J  d = M e iT m − P d .r − f .Z d r
k k
 k k
 k k
2

 J ee = M e − M Ce

(2.42)

b) Trường hợp khoá vi sai
mx = Pk − Pf − Pc

2 J k k = M e iT m − Pk .rk − f .Z k rk
J  = M − M
e
Ce
 e e

(2.43)

Hệ phương trình vi phân (2.42) và (2.43) là hệ phương trình phi tuyến,
để giải hệ phương trình này luận án sử dụng phương pháp giải gần đúng
Runge-Kutta bậc 4 trên phần mềm Matlab-Simulink.
2.4. Kết luận chương II
- Đã xây dựng được mơ hình động lực học của LHM cày chăm sóc rừng
khi làm việc trên dốc ngang.

- Mơ hình ổn định hướng của máy kéo bánh khi làm việc trên dốc
ngang cho phép xác định được góc xoay bánh lái của cầu trước để duy trì
hướng chuyển động thẳng trên đường đồng mức.
- Mơ hình động lực học của LHM cho phép khảo sát ảnh hưởng của
một số yếu tố kết cấu và điều kiện sử dụng đến các chỉ tiêu kéo bám, ổn định
và chỉ tiêu làm việc của LHM khi làm đất chăm sóc rừng.


12
Chương 3:
KHẢO SÁT MƠ HÌNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO
KHẢ NĂNG KÉO BÁM VÀ ỔN ĐỊNH CỦA LHM CÀY CHẢO
Khảo sát đánh giá khả năng ứng dụng của mơ hình nghiên cứu lý thuyết,
khảo sát xác định ảnh hưởng của các thông số về kết cấu cũng như điều kiện
sử dụng đến các chỉ tiêu làm việc, trên cơ sở đó đề xuất các giải pháp nâng
cao khả năng kéo bám và ổn định của LHM. Phương pháp khảo sát trên phần
mềm matlab – simulink theo hình 3.1 sau:

Hình 3.1 Sơ đồ mơ phỏng động lực học LHM trên Matlab-Simulink
3.1. Ảnh hưởng của chế độ sử dụng đến khả năng kéo bám và chỉ tiêu
làm việc của LHM
3.1.1. Ảnh hưởng của góc dốc đến hệ số cản lăn và hệ số bám
Khảo sát mơ hình đầu vào là góc dốc khác nhau cho thấy các giá trị
của hệ số cản lăn f và hệ bám dọc φxmax thay đổi theo góc dốc β, đồ thị
biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số sản lăn và hệ số bám dọc khi β từ 00 ÷
200 như trên hình 3.9.


13

Hình 3.9. Ảnh hưởng góc dốc đến hệ số cản lăn và hệ số bám dọc
Khi góc dốc càng lớn hệ số cản lăn càng tăng và hệ số bám dọc giảm,
nhưng khơng nhiều ở góc dốc từ 00 - 70. Tuy nhiên ở góc dốc lớn trên 150
thì hệ số cản lăn tăng và hệ số bám giảm đáng kể.
3.1.2. Ảnh hưởng góc dốc và lực cản đến khả năng kéo bám và chỉ tiêu
làm việc của LHM

Hình 3.10. Ảnh hưởng góc dốc và lực cản cày đến tính chất kéo bám và chỉ
tiêu làm việc


14
Sự ảnh hưởng của độ dốc đến các chỉ tiêu làm việc của LHM là khá
lớn, khi độ dốc tăng độ trượt tăng, vận tốc giảm và do đó năng suất giảm,
chi phí cơng suất tăng. Khi độ dốc tăng trên 100, hiệu suất kéo giảm rất lớn,
ở cấp lực cản kéo Pc trên 6000 N thì LHM gần như khơng làm việc được
(máy bị trượt hồn tồn hoặc mất ổn định).
3.1.3. Ảnh hưởng của hệ số bám đến các chỉ tiêu làm việc
- Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hệ số bám φ đến các chỉ tiêu làm việc
của LHM với các độ dốc khác nhau như trên hình 3.11.

1- =50; 3- =100;
2- =80; 4- =110.

1- =50; 3- =100;
2- =80; 4- =110.

1- =50; 3- =100;
2- =80; 4- =110.

1- =50; 3- =100;
2- =80; 4- =110.

Hình 3.11. Ảnh hưởng của hệ số bám đến độ trượt, hiệu suất kéo và các
chỉ tiêu làm việc với các góc dốc khác nhau
Khả năng bám của của hệ thống di động có ảnh hưởng khá lớn đến các
chỉ tiêu làm việc của LHM trên đất dốc, ở góc dốc trên 8 0 các chỉ tiêu làm
việc giảm khá lớn, ở độ dốc trên 110 LHM không làm việc được với cấp lực
kéo Pc = 4500 N khi hệ số bám giảm dưới 0,70.


15
3.2. Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến khả năng kéo bám và các
chỉ tiêu làm việc của LHM
3.2.1. Ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm máy kéo
- Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm máy kéo đến tính
năng kéo bám và các chỉ tiêu làm việc của LHM ở các góc dốc khác nhau
được biểu diễn bằng đồ thị như trên hình 3.12.

− = − =
− = − =

− = − =
− = − =

− = − =
− = − =

− = − =
− = − =

Hình 3.12. Ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm đến tính năng kéo bám và
chỉ tiêu làm việc LHM với các góc dốc khác nhau
Như vậy, máy kéo Yanmar F535D làm việc kém hiệu quả ở góc dốc trên
100 và khơng thể làm việc ở góc dốc ngang trên 110, nếu giảm chiều cao trọng
tâm xuống dưới 1,0 m (hT < 1.0 m), LHM có thể làm việc tốt ở góc dốc 110.


16
3.2.2. Ảnh hưởng của bề rộng máy kéo
Bề rộng của máy kéo ảnh hưởng rất lớn đến độ trượt và các chỉ tiêu
làm việc của LHM trên đất dốc, góc dốc càng cao sự ảnh hưởng càng lớn.
Với bề rộng B = 1,3 m, các chỉ tiêu làm việc của LHM đạt rất thấp khi góc
dốc lên trên 100. Nếu tăng bề rộng của máy kéo lên trên 1,6 m, LHM có thể
làm việc ở góc dốc đến 120.

1- =50 ; 4- =110
2- =80 ; 5- =120
3- =100;

1- =50 ; 4- =110
2- =80 ; 5- =120
3- =100;

1- =50 ; 4- =110
2- =80 ; 5- =120
3- =100;

1- =50 ; 4- =110
2- =80 ; 5- =120

3- =100;

Hình 3.3. Ảnh hưởng của bề rộng máy kéo đến tính năng kéo bám và chỉ
tiêu làm việc LHM với các góc dốc khác nhau


17
3.3. Ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến khả năng ổn định của LHM
Chiều cao trọng tâm 1,05 m và bề rộng của máy kéo là 1,3 m ở cấp
lực kéo 4500 N thì máy kéo khơng thể làm việc được ở góc dốc ngang β
= 100 là do máy kéo bị mất ổn định, tăng độ trượt và giảm hiệu suất kéo.
3.4. Giải pháp nâng cao khả năng kéo bám và ổn định của LHM cày chảo
Cải tiến hệ thống di động của máy kéo bằng cách thay đổi kết cấu la
răng bánh xe, tăng bề rộng, không làm thay đổi kết cấu khung, bán trục máy
kéo. Thiết kế bề rộng máy kéo là B = 1.63 m, chiều cao trọng tâm máy kéo
hT = 0,96 m. Sử dụng bánh xe có bề rộng lốp lớn bl = 45 cm, kết cấu mấu
bám phù hợp làm tăng khả năng bám dọc và ngang cho máy kéo làm việc
trên đất dốc lâm nghiệp.
3.5. Khảo sát khả năng kéo bám của LHM trước và sau cải tiến hệ thống
di động
LHM với hệ thống di động cải tiến làm việc khá hiệu quả ở góc dốc trên
100, trong khi đó LHM nguyên bản chỉ làm việc được đến góc dốc tối đa là
90. So sánh chỉ tiêu làm việc của LHM ở góc dốc 90: Hiệu suất kéo tăng 8%,
năng suất tăng 8,7% và chi phí nhiên liệu riêng giảm 7,5% so với LHM với
hệ thống di động nguyên bản; ở độ dốc 120, hiệu suất kéo đạt 52%, năng suất
LHM là 0,367 ha/h.
3.6. Kết luận chương 3:
- Bề rộng, chiều cao trọng tâm của máy kéo và góc dốc địa hình có
ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu làm việc của LHM trên đất dốc, ở góc
dốc càng cao sự ảnh hưởng của bề rộng và chiều cao trọng tâm càng lớn.

- Kết quả khảo sát mơ hình cho thấy, góc giới hạn lật tĩnh dọc của máy
kéo Yanmar F535D là 390, góc giới hạn lật ngang là 31,80 và trên địa hình
mấp mơ là 20,80.
- Đã xây dựng được giải pháp nâng cao khả năng kéo bám và ổn định
của máy kéo bằng cách thiết kế cải tiến hệ thống di động.


18
Chương 4.
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Mục đích, đối tượng nghiên cứu thực nghiệm
4.1.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định các hệ số đặc trưng của máy
kéo, bổ sung cho mơ hình lý thuyết, đánh giá độ tin cậy của mơ hình nghiên
cứu lý thuyết, đánh giá tính năng kỹ thuật của LHM trong điều kiện sản xuất.
4.1.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm
Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm là máy kéo bốn bánh Yanmar
F535D với cày chảo 2 dãy làm đất chăm sóc rừng trồng.
4.2. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm
- Xác định các hệ số thực nghiệm và thông số đầu vào cho bài cho bài
tốn lý thuyết; Xác định các thơng số và chỉ tiêu làm việc của LHM;
Kiểm chứng đánh giá độ tin cậy của mơ hình lý thuyết.

Hình 4. 1. Sơ đồ lắp đặt các cảm biến trong thí nghiệm
Trong đó: 1 - Máy tính; 2 - Thiết bị đo đa kênh Spider 8; 3 - Các tấm lá điện trở đo
phản lực pháp tuyến cầu trước; 4. Cảm biến đo gia tốc; 5 - Cảm biến đo số vòng quay
bánh xe chủ động phía trái; 6 - Cảm biến đo số vịng quay bánh xe chủ động phía
phải; 7 - Cảm biến đo lực kéo cày lắp tại thanh kéo bên phải; 8 - Cảm biến đo lực kéo
cày lắp tại thanh kéo bên trái

4.3. Thiết bị và phương pháp thí nghiệm.
4.3.2. Thiết bị và phần mềm sử dụng trong thí nghiệm
Nghiên cứu thử nghiệm sử dụng thiết bị đo đa kênh Spider 8 kết hợp
với Phần mềm Catman điều khiển đo và xử lý kết quả thí nghiệm. Sơ đồ


19
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
4.3.4. Xác định hệ số cản lăn và hệ số bám của máy kéo
Sử dụng máy kéo MTZ 82 của Berlarus để làm nguồn động lực kéo
máy kéo Yanmar F535D, kết hợp với cảm biến đo lực kéo tiêu chuẩn TBX4T để xác định lực kéo tính tốn hệ số cản lăn và hệ số bám.
4.3.5. Xác định phản lực pháp tuyến lên bánh xe cầu trước
Thực hiện dán cố định các lá tenzo điện trở kết nối với thiết bị Spider
8 được điều khiển bằng phần mềm Catman. Sau khi kết nối sơ đồ đo, tiến
hành kiểm tra lại mạch đấu nối và hiệu chuẩn khâu đo.

Hình 4.8. Hình ảnh hiệu chuẩn khâu đo phản lực pháp tuyến
4.3.6 Xác định lực kéo cày chăm sóc rừng
Máy kéo với dàn cày được mắc gián tiếp với cơ cấu treo qua một
khung đo có cảm biến đo lực chuẩn TBX-4T và TBX-1T.
4.3.7. Xác định gia tốc LHM theo phương chuyển động
Xác định gia tốc LHM bằng cách gắn cảm biến đo gia tốc Kisler trên
máy kéo, chiều làm việc của cảm biến theo chiều chuyển động của máy kéo.


20
4.3.8. Xác định số vòng quay của bánh xe chủ động và độ trượt

Sử dụng cảm biến đo số vòng quay theo nguyên lý cảm ứng để đo số
vòng quay trên hai bánh xe chủ động.
4.4. Tổ chức thí nghiệm
Địa điểm thí nghiệm là đất trồng rừng của Trung tâm KHLN Đông Bắc
Bộ, xã Ngọc Thanh, Phúc Yên, Vĩnh Phúc.
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.
4.5. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
4.5.1 Kết quả xác định hệ số cản lăn
Hệ số cản lăn f trung bình của máy kéo nguyên bản là 0,084, khi máy
kéo lắp hệ thống di động cải tiến có giá trị trung bình là 0,0886.
4.5.2. Kết quả xác định hệ số bám
Hệ số bám của hệ thống di động cải tiến trên đất lâm nghiệp đạt từ 0,695
đến 0,752, tăng từ 10,93 % đến 13,59% so với hệ thống di động nguyên bản.
4.5.3. Kết quả xác định phản lực pháp tuyến lên bánh xe máy kéo
Giá trị phản lực pháp tuyến lên bánh xe dao động khá lớn, phụ thuộc
nhiều vào góc dốc địa hình.
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

4.5.4. Kết quả xác định lực cản cày
Lực cản cày tăng khi độ sâu cày tăng, ở độ dốc trung bình 12,30, khi
cày với độ sâu hc = 0,075 m thì hệ số lực cản riêng của cày Kc = 32620 N/m2;


21
khi hc = 0,1 m, 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.

Hình 4.19. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hệ số cản cày với vận
tốc ứng với độ cày sâu
4.5.5. Kết quả thí nghiệm xác định vận tốc, độ trượt, hiệu suất kéo và năng
suất của LHM

Hình 4.20. Đồ thị biểu diễn giá trị vận tốc của bánh xe chủ động và vận
tốc thực tế của LHM
Khi khơng khóa vi sai, tốc độ quay của bánh xe chủ động phía trên dốc
và dưới dốc có giá trị khác nhau tương đối lớn, bánh xe phía dưới là 0,237
vịng/giây (0,9 m/s); bánh xe phía trên là 0.378 vịng/giây (1,06 m/s). Cùng


22
thí nghiệm này, vận tốc thực tế của LHM từ cảm biến đo gia tốc, tính được
vận tốc trung bình là 0,835 m/s.
4.5.6. Xây dựng đặc tính kéo bám của hệ thống di động cải tiến

Hình 4.21. Đặc tính kéo bám của hệ thống di động
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 khơng có dấu hiệu tăng lên, như vậy khi làm việc
trên đất dốc lâm nghiệp, khả năng bám của hệ thống di động cải tiến khá tốt.
4.5.7. So sánh kết quả nghiên cứu thực nghiệm với lý thuyết.
So sánh vận tốc thực tế của LHM giữa tính tốn trên mơ hình lý thuyết
và đo trực tiếp từ nghiên cứu thực nghiệm tại góc dốc trung bình là 10,20
bằng phương pháp chồng đồ thị như hình 4.23:

Hình 4.23. Đồ thị biểu diễn vận tốc của LHM tính tốn
theo lý thuyết và thực nghiệm
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 tốn lý thuyết. Hiện