Luận Văn Nghiên Cứu Ổn Định Chuyển Động Khi Làm Việc Của Liên Hợp Máy Kéo - Xúc Lật.doc

Nhận viết đề tài trọn gói – ZL: 0934 573 149 – Luanvantot.com
TẢI TÀI LIỆU KẾT BẠN ZALO : 0934 573 149
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
PHẠM TRỌNG PHƯỚC
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG KHI LÀM
VIỆC CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO - XÚC LẬT
LU NÁNTI NSƾ
NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2023

H C VI N NỌNG NGHI P VI T NAM
PH MTR NGPH C
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG KHI LÀM VIỆC
CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO - XÚC LẬT
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: 9520103
Ng i h ng dẫn: TS. Bùi Việt Đ c
PGS.TS. Đặng Tiến Hòa
HÀN I-2023

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi, các kết qu nghiên
c u đ ợc trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và ch a từng dùng để b
o vệ lấy bất kỳ h c v nào.
Tôi xin cam đoan rằng m i sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đư đ ợc cám
ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều đ ợc chỉ rõ ngu n gốc.
ảà Nội, ngày… tháng … năm 2023
Tác gi lu n án
Ph m Tr ng Ph c
i

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt th i gian h c tập, nghiên c u và hoàn thành luận án, tôi đư nhận đ ợc
sự h ng dẫn, chỉ b o tận tình c a các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, đ ng viên c a b n bè, đ ng
nghiệp và gia đình.
Nhân d p hoàn thành luận án, cho phép tôi đ ợc bày tỏ lòng kính tr ng và biết ơn
sâu sắc t i tập thể Thầy h ng dẫn: TS. Bùi Việt Đ c, PGS.TS Đặng tiến Hòa đư tận
tình h ng dẫn, dành nhiều công s c, th i gian và t o điều kiện cho tôi trong suốt quá trình
h c tập, nghiên c u và thực hiện đề tài.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành t i Ban Giám đốc, Ban Qu n lý đào t o, B
môn Đ ng lực, Khoa Cơ - Điện, H c viện Nông nghiệp Việt Nam đư tận tình giúp đỡ
tôi trong quá trình h c tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành c m ơn tập thể lưnh đ o, cán b gi ng viên Tr ng Đ i h c
Thành Đô đư giúp đỡ và t o điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Xin chân thành c m ơn gia đình, ng i thân, b n bè, đ ng nghiệp đư t o m i điều kiện
thuận lợi và giúp đỡ tôi về m i mặt, đ ng viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án./.
Xin trân tr ng c m ơn!
Hà Nội, ngày ... tháng … năm 2023
Tác gi lu n án
Ph m Tr ng Ph c
ii

MỤC LỤC
Trang
L i cam đoan .....................................................................................................................i
L i c m ơn .........................................................................................................................ii
Mục lục............................................................................................................................iii
Danh mục chữ viết tắt....................................................................................................vi
Danh mục các kí hiệu....................................................................................................vii
Danh mục b ng ................................................................................................................ x
Danh mục hình...............................................................................................................xi
Trích yếu luận án .........................................................................................................xiv
Thesis abstract................................................................................................................xvi
Phần 1. M đầu ................................................................................................................ 1
1.1. Tính cấp thiết c a đề tài ..................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu nghiên c u............................................................................................ 3
1.3. Ph m vi nghiên c u.............................................................................................. 3
1.3.1. Ph m vi nghiên c u về n i dung.......................................................................... 3
1.3.2. Ph m vi nghiên c u về không gian..................................................................... 4
1.3.3. Ph m vi nghiên c u về th i gian.......................................................................... 4
1.4. Những đóng góp m i c a luận án....................................................................... 4
1.5. Ý nghĩa khoa h c và thực tiễn c a luận án........................................................ 5
Phần 2. Tổng quan v n đ nghiên c u.............................................................................. 6
2.1. Ho t đ ng c a liên hợp máy xúc lật .................................................................... 6
2.2. Vật liệu bốc xúc và nền đ ng di chuyển c a liên hợp máy.............................. 6
2.3. Tình hình sử dụng liên hợp máy xúc lật trong s n xuất nông – lâm nghiệp10
2.4. Các nghiên c u trong và ngoài n c về n đ nh chuyển đ ng liên hợp
máy .................................................................................................................... 14
2.4.1. Các nghiên c u ngoài n c ............................................................................... 14
2.4.2. Các nghiên c u trong n c................................................................................ 23
2.5. Kết luận............................................................................................................. 27
iii

Phần 3. N i dung và ph ơng pháp nghiên c u.............................................................. 29
3.1. Đ a điểm nghiên c u.......................................................................................... 29
3.2. Th i gian nghiên c u.......................................................................................... 29
3.3. Đối t ợng nghiên c u ......................................................................................... 29
3.4. N i dung nghiên c u .......................................................................................... 32
3.5. Ph ơng pháp nghiên c u ................................................................................... 32
3.6. Kết luận............................................................................................................. 34
Phần 4. K t qu nghiên c u và th o lu n........................................................................ 36
4.1. Phân tích kết cấu và lựa ch n mô hình nghiên c u ........................................ 36
4.2. Xây dựng mô hình đ ng lực h c liên hợp máy xúc lật trong không gian..... 40
4.2.1. Mô hình đ ng lực h c máy kéo trong không gian........................................... 40
4.2.2. Mô hình đ ng lực h c liên hợp máy trong không gian................................... 42
4.2.3. Thiết lập hệ ph ơng trình vi phân dao đ ng................................................... 44
4.2.4. Xác đ nh khối l ợng và t a đ tr ng tâm liên hợp máy ................................... 45
4.2.5. Xác đ nh mô men quán tính c a liên hợp máy............................................... 45
4.3. Phân tích m t số yếu tố nh h ng đến tính n đ nh chuyển đ ng c a liên
hợp máy ............................................................................................................ 50
4.3.1. Kh năng di chuyển c a liên hợp máy ............................................................. 50
4.3.2. Tínhh n đ nh chống lật c a liên hợp máy ...................................................... 53
4.3.3. Tính n đ nh h ng chuyển đ ng thẳng c a liên hợp máy xúc lật ................. 55
4.3.4. Kh năng điều khiển chuyển h ng liên hợp máy xúc lật............................... 57
4.3.5. Xác đ nh t i tr ng pháp tuyến cho phép lái đ ợc bình th ng.......................... 60
4.4. Xây dựng mô hình mô phỏng.......................................................................... 63
4.4.1. Lựa ch n các chỉ tiêu nghiên c u và các yếu tố nh h ng.............................. 63
4.4.2. Lựa ch n hàm kích thích đ ng h c c a mặt đ ng........................................... 63
4.4.3. Mô hình mô phỏng Matlab-Simulink.............................................................. 67
4.5. Kết qu kh o sát mô hình mô phỏng ............................................................... 69
4.5.1. Mô phỏng các thông số theo miền th i gian ................................................... 69
4.5.2. Kh o sát nh h ng c a m t số yếu tố đến tính n đ nh chuyển đ ng và
điều khiển c a liên hợp máy ............................................................................ 73
4.6. Kết qu nghiên c u thực nghiệm...................................................................... 83
iv

4.6.1. Đối t ợng, ph m vi và mục đích nghiên c u..................................................... 83
4.6.2. Các thí nghiệm và thông số cần đo................................................................. 84
4.6.3. Thí nghiệm kiểm ch ng mô hình lý thuyết..................................................... 92
4.7. Kh năng ng dụng và phát triển mô hình.................................................... 111
4.8. Đề xuất m t số gi i pháp c i thiện kết cấu, quy trình vận hành và khai
thác liên hợp máy xúc lật .............................................................................. 112
4.9. Kết luận phần 4.............................................................................................. 116
Phần 5. K t lu n và ki n ngh....................................................................................... 117
5.1. kết luận............................................................................................................ 117
5.2. Kiến ngh.......................................................................................................... 118
Danh m c các công trình công b có liên quan đ n lu n án....................................... 119
Tài li u tham kh o............................................................................................. 120
Ph l c........................................................................................................................... 124
v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Ch vi t tắt Nghƿa ti ng Vi t
LHM Liên hợp máy (máy kéo và b công tác)
MCT Máy công tác
NCS
TCVN
Nghiên c u sinh
Tiêu chuẩn Việt Nam
SAE
USA
2WD
Hiệp h i các kỹ s ô tô thế gi i
Hiệp ch ng quốc Hoa Kỳ
Xe có β bánh ch đ ng (Lo i xe m t cầu ch đ ng)
vi

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
KỦ hi u Tên g i Đơn v
mk Khối l ợng c a LHM [kg]
mC Khối l ợng c a cần nâng [kg]
mG Khối l ợng gầu xúc khi có t i [kg]
mG0 Khối l ợng gầu xúc không có t i [kg]
mVL Khối l ợng vật liệu trong gầu [kg]
mDT Khối l ợng c a đối tr ng [kg]
M Khối l ợng c a LHM đặt t i tr ng tâm0 [kg]
L Chiều dài cơ s c a máy kéo [m]
2d1 Chiều r ng cơ s cầu tr c [m]
2d2 Chiều r ng cơ s cầu sau [m]
LC Liều dài cần nâng [m]
a To đ tr ng tâm LHM so v i cầu tr c [m]
b To đ tr ng tâm LHM so v i cầu sau [m]
h Chiều cao t a đ tr ng tâm LHM so v i đất [m]
hG Chiều cao t a đ tr ng tâm gầu xúc so v i đất [m]
hC Chiều cao t a đ tr ng tâm cần nâng so v i đất [m]
hDT Chiều cao t a đ tr ng tâm đối tr ng so v i đất [m]
rk Bán kính bánh xe ch đ ng [m]
e Kho ng cách từ điểm lắp cần nâng t i tâm bánh xe sau [m]
Pf Lực c n lăn bánh xe [kN]
Pfn Lực c n lăn cầu tr c [kN]
Pfk Lực c n lăn cầu sau [kN]
Pzn Ph n lực pháp tuyến tác dụng lên cầu tr c [kN]
Pzk Ph n lực pháp tuyến tác dụng lên cầu sau [kN]
PzP Ph n lực pháp tuyến tác dụng lên bánh ph i [kN]
PzT Ph n lực pháp tuyến tác dụng lên bánh trái [kN]
Pz Ph n lực mặt đ ng lên bánh xe [kN]
Fz Lực đàn h i c a bánh xe truyền lên LHM [kN]
M0 Mô men từ đ ng cơ đến truyền lực chính [Nm]
MK Mô men ch đ ng c a máy kéo [Nm]
Mk3, Mk4 Mô men ch đ ng bên ph i và bên trái [Nm]
Pk3, Pk4 Lực kéo ch đ ng bên ph i và bên trái [kN]
VL Khối l ợng riêng c a vật liệu [kg/cm3
]
vii

C Khối l ợng riêng c a vật liệu chế t o cần nâng [kg/cm3
]
bn, bk Bề r ng lốp tr c và lốp sau [m]
VVL Thể tích khối vật liệu [m3
]
VG Thể tích gầu xúc [m3
]
Yn Ph n lực ngang tác dụng lên bánh tr c [kN]
Yk Ph n lực ngang tác dụng lên bánh sau [kN]
G Tr ng l ợng máy kéo [kN]
Gn Tr ng l ợng tác đ ng lên cầu tr c [kN]
Mcq Mô men c n quay c a cầu tr c [Nm]
Mq Mô men xoay cầu tr c do cơ cấu lái t o ra [Nm]
MLai Mô men quay do vô lăng t o ra [Nm]
Fq Lực làm quay bánh xe dẫn h ng [kN]
FVL Lực tác đ ng lên vô lăng [kN]
rVL Bán kính vô lăng [m]
Jx1
Mô men quán tính khối l ợng cầu tr c đối v i trục
[kg.m2
]
01x1 đi qua chốt liên kết
Jx, Jy, Jz
Mô men quán tính khối l ợng c a thân LHM đối v i
[kg.m2
]
các trục quán tính đi qua tr ng tâm0
Ci Đ c ng c a lốp th i [N/m]
ki Hệ số c n gi m chấn c a lốp th i [N.s/m]
Góc nâng cần [đ ]
 Góc lắc d c c a LHM [đ ]
 Góc lắc ngang c a thân LHM [đ ]
1 Góc lắc ngang c a cầu tr c quanh chốt liên kết [đ ]
αlim Góc t i h n chống lật [đ ]
zi D ch chuyển thẳng đ ng c a các tâm bánh xe th i [m]
hi
Đ cao c a mấp mô mặt đ ng t i điểm tiếp xúc v i các
[m]
bánh xe th i
z D ch chuyển thẳng đ ng c a tr ng tâmLHM [m]
LG, BG, HG Các kích th c (dài, r ng, cao) c a gầu xúc [m]
JzG0, JxG0, JyG0 Mô men quán tính khối l ợng vỏ gầu xúc [kg.m2
]
JzVL, JxVL, JyVL Mô men quán tính khối l ợng c a vật liệu [kg.m2
]
JzG, JxG, JyG Mô men quán tính khối l ợng c a c gầu xúc [kg.m2
]
JzDT, JxDT, JyDT Mô men quán tính khối l ợng c a đối tr ng [kg.m2
]
SC Tiết diện cần nâng [m2
]
LC, BC Chiều dài, chiều r ng c a cần nâng [m]
viii

rxk, ryk
Kho ng cách từ tr ng tâm0 c a LHM đến các trục quán
[m]
tính chính trung tâm ca máy kéo
rxC, ryC
[m]
tính đi qua tr ng tâmc a cần nâng
rxG, ryG
[m]
tính đi qua tr ng tâmc a gầu xúc
JxC, JyC Mô men quán tính khối l ợng c a cần nâng [kg.m2
]
rxDT, ryDT
[m]
tính đi qua tr ng tâmc a đối tr ng
hTP, hTT Chiều cao mấp mô c a bánh xe tr c bên ph i, bên trái [m]
hSP, hST Chiều cao mấp mô c a bánh xe sau bên ph i, bên trái [m]
h0 Biên đ mấp mô mặt đ ng [m]
S B c sóng mấp mô mặt đ ng [m]
h0T, h0P Biên đ mấp mô mặt đ ng bánh bên trái và bên ph i [m]
ST, SP B c sóng mấp mô mặt đ ng bánh bên trái và bên ph i [m]
V Vận tốc LHM [m/s]
P Lực bám c a bánh xe [kN]
 Hệ số bám c a bánh xe
iT Tỷ số truyền c a hệ thống truyền lực
m Hiệu suất c a hệ thống truyền lực
x Hệ số bám d c
k Hệ số bám c a bánh xe ch đ ng
kQ Hệ số n p đầy (m c t i) c a gầu xúc
δ Đ tr ợt c a bánh xe ch đ ng
k Hiệu suất kéo c a LHM
f Hệ số c n lăn c a máy kéo
 Hệ số c n quay vòng c a máy kéo
ivit Tỷ số truyền c a cơ cấu lái
iLai Tỷ số truyền c a hệ thống lái
ix

DANH MỤC BẢNG
TT Tên b ng Trang
2.1. nh h ng c a tính chất vật liệu đến hệ số đầy gầu cho các lo i máy xúc
khác nhau ............................................................................................................ 10
2.2. Thông số kỹ thuật c a b xúc lật lắp trên m t số lo i máy kéo ........................ 11
3.1. Thông số kỹ thuật máy kéo đa năng Yanmar 3000......................................... 30
3.2. Thông số kỹ thuật c a b xúc lật Yγ510FLH ................................................... 31
x

DANH MỤC HÌNH
TT Tên hình Trang
2.1. Liên hợp máy xúc lật......................................................................................... 12
2.2. Mô hình đ ng lực h c máy xúc lật chuyên dụng.............................................. 15
2.3. Mô hình đ ng lực h c γ bậc tự do c a máy xúc lật ........................................... 16
2.4. Mô hình đ ng lực h c nâng h b phận xúc lật.................................................. 17
2.5. Liên hợp máy xúc lật di chuyển trên dốc ngang và d c ................................. 18
2.6. Mô hình đ ng lực h c liên hợp máy xúc lật...................................................... 19
2.7. Mô hình đ ng lực h c máy xúc lật 5 bậc tự do................................................. 20
2.8. Mô hình đ ng lực h c máy kéo .......................................................................... 21
2.9. Mô hình đ ng lực h c máy kéo di chuyển trên dốc ngang .............................. 22
2.10. Mô hình đ ng lực h c ½ máy kéo theo ph ơng ngang và d c .......................... 22
3.1. Máy kéo đa năng Yanmar 3000 ........................................................................ 30
3.2. Máy kéo sau khi đư lắp b xúc lật Yγ510FLH ................................................ 31
4.1. Mô hình liên hợp máy xúc lật........................................................................... 36
4.2. Mô hình máy kéo khi chốt liên kết đi qua tr ng tâm cầu tr........................... c
40
4.3. Mô hình đ ng lực h c máy kéo trong không gian............................................ 41
4.4. Mô hình liên kết các phần tử liên hợp máy xúc lật ........................................ 42
4.5. Mô hình đ ng lực h c liên hợp máy xúc lật...................................................... 43
4.6. Mô hình xác đ nh mô men quán tính b xúc lật.............................................. 46
4.7. Xác đ nh mô men quán tính c a đối tr ng........................................................ 48
4.8. Sơ đ lực tác dụng lên máy trên mặt phẳng ngang......................................... 50
4.9. Mô hình các lực tác dụng lên liên hợp máy xúc lật khi chuyển đ ng thẳng. 55
4.10. Mô hình đ ng lực h c quay vòng c a liên hợp máy xúc lật ............................. 58
4.11. Sơ đ truyền lực c a hệ thống lái cơ khí khi quay vòng trái........................... 61
4.12. Biên d ng mặt đ ng hình sin............................................................................ 64
4.13. Xác đ nh đ nghiêng các cầu xe và thân xe...................................................... 65
4.14. Biên d ng mặt đ ng tiếp xúc v i các bánh xe c a liên hợp máy..................... 66
4.15. Biên d ng mấp mô đơn hình sin ....................................................................... 67
xi

4.16. Mô hình Simulink mô phỏng đ ng lực h c liên hợp máy xúc lật khi
chuyển đ ng trên đ ng mấp mô hình sin........................................................ 68
4.17. Mô hình Simulink mô phỏng đ ng lực h c liên hợp máy xúc lật khi v ợt
qua mấp mô đơn................................................................................................ 68
4.18. nh h ng mấp mô tuần hoàn d ng sin đến gia tốc tr ng tâm và gia tốc
lắc ngang thân xe............................................................................................... 69
4.19. nh h ng mấp mô tuần hoàn d ng sin đến các ph n lực pháp tuyến .......... 70
4.20. nh h ng mấp mô đơn đến gia tốc tr ng tâmvà gia tốc lắc ngang thân xe. 71
4.21. nh h ng mấp mô đơn đến các ph n lực pháp tuyến................................... 72
4.22. nh h ng c a đối tr ng đến tính n đ nh chuyển đ ng c a liên hợp máy
xúc lật ................................................................................................................. 75
4.23. Xác đ nh khối l ợng đối tr ng l n nhất cho phép QDtmaxcp ............................... 76
4.24. nh h ng góc nâng cần đến tính n đ nh chuyển đ ng c a liên hợp
máy xúc lật......................................................................................................... 77
4.25. nh h ng m c t i kQ đến tính n đ nh chuyển đ ng c a liên hợp máy xúc
lật........................................................................................................................ 79
4.26. nh h ng vận tốc V đến tính n đ nh chuyển đ ng c a liên hợp máy xúc
lật........................................................................................................................ 80
4.27. nh h ng đ chênh biên đ mấp mô đến tính n đ nh chuyển đ ng c a
liên hợp máy xúc lật.......................................................................................... 81
4.28. Sơ đ xác đ nh lực bám c a liên hợp máy xúc lật ............................................ 84
4.29. Hình nh thí nghiệm đo lực bám c a liên hợp máy.......................................... 84
4.30. Kết qu đo lực bám c a liên hợp trên nền đất và nền đ ng bê tông ............... 85
4.31. Sơ đ xác đ nh lực c n lăn c a liên hợp máy xúc lật......................................... 85
4.32. Kết qu đo lực c n lăn c a liên hợp máy trên nền đất và nền bê tông............ 86
4.33. Sơ đ xác đ nh mô men quán tính khối l ợng c a máy kéo theo trục Y
qua tr ng tâm C ................................................................................................. 87
4.34. Sơ đ xác đ nh mô men quán tính khối l ợng c a máy kéo theo trục X, Z
qua tr ng tâm C ................................................................................................. 89
4.35. Sơ đ liên kết thiết b đo ..................................................................................... 90
4.36. Worksheet đo và xử lý tín hiệu xác đ nh chu kỳ dao đ ng............................. 91
xii

4.37. a) Dao đ ng quanh trục Y v i chu kỳ T = 0,7 s b) Dao đ ng quanh trục X
v i chu kỳ T = β,7β s .......................................................................................... 91
4.38. Dao đ ng quanh trục Z v i chu kỳ T = 6,7 s..................................................... 92
4.39. So sánh mô hình lý thuyết và mô hình thực tế................................................ 93
4.40. Mô hình đ ng h c bánh xe lăn qua mấp mô đơn d ng cung tròn................... 94
4.41. Minh h a trắc diện mặt thực tế và mặt đ........................................................ ng
lý thuyết 96
4.42. Xác đ nh các kích th c bằng thực nghiệm ..................................................... 97
4.43. Sơ đ lắp c m biến laser trên máy kéo.............................................................. 99
4.44. Các v trí cần đo to đ trên máy thực............................................................... 99
4.45. nh thể hiện cấu hình c a b thu thập dữ liệu............................................... 100
4.46. Hình nh b c m biến laser đo kho ng cách .................................................... 101
4.47. Hình nh kết nối thiết b................................................................................... 101
4.48. Worksheet hệ thống đo trên Dasylab 10 ....................................................... 102
4.49. Hình nh đang trên đ ng thí nghiệm ............................................................. 103
4.50. Worsheet đ c dữ liệu từ file Dasylab.............................................................. 105
4.51. Trắc diện mấp mô lý thuyết và thực tế.......................................................... 106
4.52. Đ th kết qu thí nghiệm số truyền 1 .............................................................. 107
4.53. Đ th biến thiên thông số kiểm ch ng số truyền 1 ......................................... 108
4.54. Đ th so sánh lý thuyết v i thực nghiệm số truyền 1................................... 108
4.55. Kết qu thí nghiệm số truyền γ....................................................................... 109
4.56. Đ th biến thiên thông số kiểm ch ng số truyền γ.......................................... 110
4.57. Đ th so sánh lý thuyết v i thực nghiệm số truyền γ................................... 110

xiii

TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
Tên tác gi : Ph m Tr ng Ph c
Tên lu n án: Nghiên c u n đ nh chuyển đ ng khi làm việc c a liên hợp máy kéo - xúc lật
Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mư s : 9 52 01 03
Tên cơ s đào t o: H c viện Nông nghiệp Việt Nam
M c đích nghiên c u
Nghiên c u quá trình t ơng tác đ ng h c và đ ng lực h c liên hợp máy xúc lật
khi di chuyển có t i trên đ ng mấp mô, hình thành cơ s khoa h c cho việc đánh giá
kh năng di chuyển và điều khiển liên hợp máy; đề xuất gi i pháp c i thiện kết cấu,
tính năng, nâng cao tính n đ nh, an toàn và hiệu qu làm việc c a liên hợp máy xúc
lật. Ph ơng pháp nghiên c u
Luận án đư sử dụng ph ơng pháp nghiên c u lý thuyết kết hợp v i nghiên c u
thực nghiệm để kiểm ch ng mô hình trong các điều kiện làm việc thực tế.
Trong nghiên c u lý thuyết luận án đư sử dụng ph ơng pháp mô hình hóa để xây
dựng mô hình mô phỏng đ ng lực h c liên hợp máy xúc lật, sử dụng trong kh o sát các
yếu tố nh h ng đến đ n đ nh chuyển đ ng và tính điều khiển liên hợp máy khi di
chuyển có t i trên đ ng mấp mô.
Nghiên c u thực nghiệm xác đ nh m t số thông số, hệ số cho mô hình tính toán
lý thuyết và kiểm ch ng đ tin cậy c a mô hình mô phỏng.
1) Mô hình đ ng lực h c không gian c a LHM xúc lật đ ợc xây dựng trong luận
án đư tính đến t ơng đối đầy đ nh h ng các yếu tố nh kết cấu máy kéo, kết cấu b xúc
lật, đ mấp mô mặt đ ng, chế đ t i và tốc đ di chuyển c a LHM đến các chỉ tiêu
n đ nh chuyển đ ng. Hệ ph ơng trình vi phân chuyển đ ng (4.1) đ ợc gi i trên phần
mềm Matlab-Simulink và đư đ ợc kiểm ch ng bằng thực nghiệm v i đ tin cậy cao, hệ
số t ơng quan R 2  0,97 0,98 ; Mô hình có thể phát triển để nghiên c u n đ nh
chuyển đ ng cho m t số tr ng hợp nh Mục 4.7. Đây là những cơ s khoa h c để
nghiên c u n đ nh chuyển đ ng c a LHM xúc lật các chế đ làm việc khác nhau.
β) Đư kh o sát đ ợc nh h ng c a m t số thông số chính đến các chỉ tiêu n
đ nh chuyển đ ng c a LHM, từ đó lựa ch n sơ b miền gi i h n giá tr c a các thông số
gây nh h ng khi di chuyển đầy t i (QVLdm= 450 kg): Khối l ợng cần thiết c a đối
tr ng QDT 450 kg ; góc nâng cần b xúc lật hợp lý (40 0
) (30 0
) ; vận tốc chuyển
đ ng V < γ km/h; đ chênh biên đ sóng mấp mô mặt đ ng bên ph i và bên trái

xiv

h0 0, 07 m Kết qu kh o sát cũng cho thấy tính n đ nh h ng đ ợc duy trì, tuy nhiên
điều kiện lái nặng hơn nhiều so v i tiêu chuẩn Việt Nam do đó cần thiết b sung hệ
thống trợ lực lái th y lực. Đây là những cơ s khoa h c để đề xuất gi i pháp c i tiến kết
cấu, lựa ch n chế đ vận hành và khai thác hợp lý LHM (Mục 4.8).
γ) Đề xuất m t ph ơng pháp t
lý thuyết: Sử dụng hai sóng mấp mô
ST nh ng lệch pha nhau ( 0 d 0,5
o mặt đ ng mấp mô trong không gian để kh o sát
hình sin bên ph i và bên trái có cùng b c sóng SP =
S ) sẽ t o ra đ ợc dao đ ng ngang và dao đ ng d c P
c a thân xe có tính chất tuần hoàn hình sin nh hàm kích thích đ ng h c c a mặt đ ng
hình sin. Mô hình giúp việc phân tích đánh giá tính chất đ ng lực h c c a xe đ ợc
thuận lợi hơn nhiều so v i sử dụng SP ≠ ST.
4) Đề xuất m t mô hình nghiên c u thực nghiệm kiểm ch ng dao đ ng không gian
c a LHM khi v ợt qua mấp mô đơn v i trắc diện cung tròn, sử dụng m t trắc diện o làm
trắc diện lý thuyết t ơng đ ơng. u điểm là bề r ng và chiều cao mấp mô tùy
ch n không phụ thu c đ ng kính bánh xe, mô hình dễ chế t o, m t mô hình có thể áp
dụng cho các bánh xe có đ ng kính khác vẫn luôn đ m b o bánh xe chỉ tiếp xúc điểm
v i mặt đ ng. Mô hình đư đáp ng tốt cho kiểm ch ng dao đ ng máy kéo vì không
cần quan tâm đến sự khác nhau giữa đ ng kính bánh tr c và bánh sau.
5) B xúc lật Yγ510FLH cơ b n có thể ng dụng tốt cho các lo i máy kéo công
suất trung bình (> 30 Hp) hiện có t i Việt Nam (c i tiến hoặc chế t o lắp đặt m i) v i chi
phí đầu t thấp, phù hợp v i điều kiện sử dụng cũng nh công nghệ chế t o máy c a Việt
Nam.
xv

THESIS ABSTRACT
PhD candidate: Pham Trong Phuoc
Thesis title: Research on motion stability when working of the tractor – wheel loader
complex.
Major: Mechanical engineering Code: 9 52 01 03
Educational organization: Vietnam National University of Agriculture
(VNUA) Research objectives
The research was conducted to study the interaction process of kinematics and
dynamics when moving with a load on the bumpy road and form a scientific basis for
assessing the ability to move and control the tractor – wheel loader complex; meanwhile
proposed some solutions to improve the structure, features and improve the stability,
safety and working efficiency of the tractor – wheel loader complex.
Research methods
The theoretical and experimental research methods were used in this thesis in
order to verify the model in actual working conditions.
In the theoretical research, the researcher has used not only modeling method to
build a dynamic simulation model of the tractor – wheel loader complex but also survey
to find some factors affecting the motion stability and the controllability of the
combined machine control when moving with load on bumpy road.
In the experimental research, the researcher determined some parameters and
coefficients for the theoretical model and verified the reliability of the simulation
model.
Main research results and conclusions
1) The general dynamic model of the tractor – wheel loader complex was built
which influenced many factors such as tractor structure, loader structure, road surface
roughness, load mode and speed of the tractor – wheel loader complex. The differential
equations of motion system (4.1) is solved on Matlab-Simulink software and has been
experimentally verified with high reliability, correlation coefficient ; The model can be
developed to research motion stability for some cases like Section 4.7. These are the
scientific basis to study the motion stability of the tractor – wheel loader complex in
different working modes.
2) The research was investigated with the influence of some main parameters to
the stability criterias of the tractor – wheel loader complex, thereby range of values of
xvi


influencing parameters when moving at full load (QVLMax= 450 kg): neccessary mass of
counterweight QDT = 450 kg; reasonable lifting angle of the loader = -400 ÷ -300;
moving speed V < 3 km/h; difference in amplitude of waves on the right and left side of
the road surface . The survey results also showed that the directional

stability was maintained, but the driving conditions were much heavier than Vietnamese
standards, so it is necessary to install a hydraulic power steering system. These are the
scientific bases to propose solutions to improve the structure, select the operating mode
and rationally exploit the tractor – wheel loader complex (Section 4.8).

3) A method was proposed to creat bumpy road surface in space for theoretical
investigation: Using two right and left sine wave undulations with the same wavelength

SP = ST but out of phase 0 d 0, 5 SP ) which will generate the lateral and longitudinal
oscillations of the vehicle body have sinusoidal periodicity as the dynamic excitation
function of the sinusoidal road surface. The model helps to analysis and evaluation of
dynamic properties of the machine complex much more convenient than using SP ≠ ST.


4) The experimental research model was proposed to verify the spatial vibration
of the tractor – wheel loader complex when overcoming a single bumpy with a circular
profile, using a virtual profile as the equivalent theoretical profile to investigate the
theory. The advantage of this model is the optional bump width and height do not
depend on the wheel diameter, the model is easy to build, a model that can be applied to
wheels have other diameters while ensuring the wheel is only in contact point with the
road surface. The model responded well to verify the tractor – wheel loader complex
vibration because the difference between the front and rear wheel diameters did not
need to be taken into account.
5) The basic Y3510FLH wheel loader can be applied well to the mid-size tractors
(>30 Hp) in Vietnam currently (improvement or new production and installation) with
low investment cost and suitable for use conditions as well as machine manufacturing
technology in Vietnam.


















xvii
h0 0,07 m

PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TệNH C P THI T C A Đ TĨI
Cơ gi i hóa trong s n xuất nông nghiệp có vai trò quyết đ nh t i nâng cao
hiệu qu s n xuất, gi m t n thất trong thu ho ch nông s n, gi m s c lao đ ng… V i
những nhu cầu ngày càng cao về máy, thiết b cho s n xuất nông nghiệp tập
trung, quy mô l n, trong th i gian qua m c đ trang b máy, thiết b nông nghiệp
ngày càng tăng c về số l ợng, ch ng lo i, cỡ công suất…, trong đó máy kéo
nông nghiệp đa năng có số l ợng hơn 400 nghìn máy v i t ng công suất kho ng
5 triệu mã lực, trong giai đo n 2011-2021, số l ợng máy kéo các lo i tăng 60%
(T ng cục Thống kê, 2021). Tuy nhiên, do s n xuất nông nghiệp có tính th i vụ
đặc thù, các khâu công việc có khối l ợng l n ph i thực hiện và hoàn thành trong
th i gian ngắn nên máy nông nghiệp cần trang b có số l ợng l n, nh ng th i gian
sử dụng không dài, trong đó máy kéo đa năng là ngu n đ ng lực đ ợc sử dụng
ph biến trong s n xuất nông – lâm nghiệp, có kh năng kết nối và truyền
đ ng v i nhiều lo i máy công tác để thực hiện các công việc khác nhau, nh ng
hiện t i ch yếu sử dụng trong khâu làm đất, th i gian thực hiện công việc kho ng
2 - γ tháng/năm, có hiệu suất sử dụng máy rất thấp, ch a khai thác đầy
đ các tính năng c a máy kéo. Bên c nh đó trong nhiều công việc c a s n xuất
nông nghiệp nh san lấp mặt bằng, chuyển vật liệu (cát, đá sỏi, lúa, ngô, th c ăn
chăn nuôi..), d n dẹp đ ng ru ng, chu ng tr i chăn nuôi, thu gom phế phụ phẩm
nông nghiệp, chất th i chăn nuôi, có khối l ợng công việc l n cần cơ gi i hóa, nếu
sử dụng máy kéo liên hợp v i b công tác xúc lật để thực hiện các công việc

này sẽ tăng hiệu suất sử dụng máy kéo, gi m chi phí đầu t (chỉ cần trang b máy
công tác).
Nh vậy để khai thác sử dụng các tính năng hiện có c a máy kéo, bên c nh
các vấn đề c i tiến kỹ thuật công nghệ, việc m r ng ph m vi làm việc thông qua
sự liên hợp v i nhiều lo i máy công tác khác nh xúc lật, khoan hố tr ng cây,
băm cắt cây làm th c ăn cho gia súc, xử lý thực bì..vv, là gi i pháp cần thiết, kh
thi và hợp lý góp phần c i thiện tính năng, nâng cao hiệu qu khai thác sử dụng
máy kéo.
Từ các yêu cầu thực tiễn đó, trên th tr ng Việt Nam đư xuất hiện m t số
mẫu máy xúc lật đ ợc phát triển từ máy kéo nông nghiệp v n năng cỡ công suất
1

kho ng 30Hp liên kết v i b xúc lật lắp phía tr c máy kéo (g i là LHM xúc lật), ch
yếu là sao chép mẫu. Tuy nhiên, để có đ ợc m t mẫu LHM xúc lật làm việc có
hiệu qu , an toàn cần thiết ph i tiến hành nghiên c u các tính chất đ ng h c, đ ng
lực h c khi làm việc trên các đ a hình ph c t p, đặc biệt
là vấn đề n đ nh chuyển đ ng. Đây là m t vấn đề khoa h c còn ít đ ợc quan
tâm Việt Nam.
Sự mất n đ nh chuyển đ ng c a LHM xúc lật có thể x y ra trong quá trình
xúc n p vật liệu, trong quá trình mang t i trên đ ng không bằng phẳng, quá trình
tăng tốc, quá trình phanh, quá trình quay vòng. Khi làm việc trên đ a hình không
bằng phẳng trên dốc thì kh năng mất n đ nh chuyển đ ng càng dễ x y ra hơn.
LHM xúc lật là m t cơ hệ ph c t p c về kết cấu và tính điều khiển, th ng
làm việc trên các đ a hình không bằng phẳng. Do đó, việc xây dựng m t mô hình
đ ng lực h c t ng quát (đầy đ ) cho LHM sẽ tr nên rất ph c t p, trong đó có
nhiều thông số nh h ng đến các chỉ tiêu n đ nh, giữa các thông số đó cũng có
nh h ng lẫn nhau. Khi sử dụng mô hình t ng quát, về u điểm là mô hình cho
ta b c tranh t ng thể thể hiện đ ợc đầy đ các quan hệ đ ng h c, đ ng lực h c
d i tác đ ng đ ng th i c a nhiều yếu tố, giúp cho việc phân tích đ nh tính đ ợc
rõ nét hơn. Tuy nhiên, xét về mặt đ nh l ợng, trong mô hình th ng ch a nhiều
tham số, trong đó có những tham số khó lựa ch n đ ợc chính xác dẫn đến sai số
tích lũy l n. Vì thế gi i pháp tách mô hình t ng quát ra thành nhiều mô hình nhỏ
đơn gi n hơn nhằm cô lập m t số thông số nhiễu đư đ ợc khá nhiều tác gi sử
dụng. Sau đó kết nối các kết qu nghiên c u v i nhau (hay còn g i là gi i bài toán
mô hình theo nhiều giai đo n) cũng có thể cho kết qu t ơng đối t ng quát.
Xét về n đ nh chuyển đ ng, quá trình xúc n p vật liệu ít nguy nhiểm hơn so
v i quá trình mang t i di chuyển trên đ ng mấp mô vì các lý do sau:
- Nếu x y ra hiện t ợng lật giai đo n xúc n p vật liệu do quá t i thì gầu xúc
sẽ chống xuống mặt nền, không thể x y ra lật hoàn hoàn. Thêm nữa là khi xúc
vật liệu, máy kéo có thể đ ng yên hoặc di chuyển v i vận tốc rất thấp, ng i điều
khiển dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố.
- Khi LHM xúc lật mang t i di chuyển trên đ ng mấp mô th ng đi v i
vận tốc l n hơn. Sự mất n đ nh trong giai đo n này có thể do b lật d c hoặc lật
2

ngang hoặc b mất n đ nh h ng. Tr ng hợp b lật d c về phía sau hoặc b lật
ngang hoặc mất n đ nh h ng thì ng i điều khiển rất khó kiểm soát, dễ dẫn
đến x y ra tai n n.
Mô hình nghiên c u n đ nh chuyển đ ng c a LHM xúc lật khi di
chuyển v i t i nâng cố đ nh, b phận xúc lật cố đ nh v i thân máy kéo là m t
d ng mô hình đơn gi n vì khi đó LHM xúc lật chỉ xem nh m t máy kéo đặc
biệt, chỉ khác v i máy kéo cơ s là tr ng l ợng, t a đ tr ng tâm và mô men quán
tính c a LHM thay đ i theo m c t i và v tr c a cần nâng b xúc lật. V i
mô hình này, ta có thể khai thác tốt các kết qu nghiên c u về tính n đ nh
chuyển đ ng c a máy kéo ch y không t i đư đ ợc công bố trên nhiều tài liệu
tham kh o.
T ng hợp các kết qu nghiên c u cho nhiều m c t i khác nhau v i nhiều v
trí nâng gầu xúc khác nhau ta sẽ kh o sát đ ợc nh h ng c a m c t i và chiều
cao nâng đến các chỉ tiêu n đ nh c a LHM xúc lật. Các kết qu nghiên c u sẽ
góp phần t o dựng cơ s khoa h c để hoàn thiện mẫu máy.
Từ mô hình đơn gi n trên
h c n đ nh chuyển đ ng c a quay
vòng.
có thể dễ dàng phát triển nghiên c u đ ng lực
LHM xúc lật khi phanh, khi kh i hành, khi
V i những lý do trên, trong khuôn kh m t luận án, đề tài chỉ tập trung
nghiên c u tính n đ nh chuyển đ ng c a LHM xúc lật khi mang t i cố đ nh di
chuyển trên đ ng không bằng phẳng.
1.2. M C TIểU NGHIểN C U
Nghiên c u quá trình t ơng tác đ ng h c, đ ng lực h c liên hợp máy xúc
lật khi di chuyển có t i trên đ ng mấp mô, hình thành cơ s khoa h c cho việc
đánh giá kh năng di chuyển và điều khiển liên hợp máy, đề xuất gi i pháp c i
thiện kết cấu, quy trình vận hành và khai thác nhằm nâng cao tính n đ nh, an
toàn và hiệu qu làm việc c a liên hợp máy xúc lật.
1.3. PH M VI NGHIểN C U
1.3.1. Ph m vi nghiên c u v n i dung
Theo đ nh h ng mục tiêu, n i dung nghiên c u c a đề tài đ ợc gi i h n
trong việc xác đ nh nh h ng c a các yếu tố kết cấu và điều kiện sử dụng t i n
3

đ nh chuyển đ ng và tính điều khiển c a liên hợp máy xúc lật, khi thực hiện công
việc di chuyển có t i trên đ ng không bằng phẳng.
1.3.2. Ph m vi nghiên c u v không gian
Các n i dung liên quan đến vấn đề nghiên c u c a luận án đ ợc thực hiện t i
B môn Đ ng lực, Khoa Cơ - Điện và Viện Phát triển Công nghệ Cơ – Điện, H
c viện Nông nghiệp Việt Nam.
Đối t ợng nghiên c u là liên hợp máy xúc lật đ ợc hình thành trên cơ s
máy kéo bánh lốp đa năng Yanmar 3000 trang b đ ng cơ γT84, công suất 30HP
di chuyển bằng bánh lốp và b xúc lật Y3510FLH dẫn đ ng và điều khiển bằng th
y lực.
1.3.3. Ph m vi nghiên c u v th i gian
- Từ tháng 11/β016 đến 6/2018 nghiên c u lý thuyết.
- Từ tháng 6/β018 đến 12/2019 tính toán, xây dựng mô hình mô phỏng, t
ch c thí nghiệm và báo cáo kết qu thí nghiệm.
- Từ tháng 1β/β019 đến 5/2022 hoàn chỉnh luận án, t ch c xêmina để hoàn
chỉnh luận án chuẩn b báo cáo cấp cơ s .
1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
- Xây dựng đ ợc mô hình đ ng lực h c không gian c a liên hợp máy xúc lật,
trong đó có thể thay đ i linh ho t các thành phần đặc tr ng khối l ợng c a b xúc
lật phụ thu c vào đ cao nâng và m c t i. Mô hình mô phỏng cho phép kh o sát nh
h ng c a nhiều yếu tố kết cấu và điều kiện sử dụng đến các chỉ tiêu n đ nh
chuyển đ ng và điều khiển liên hợp máy. Các kết qu kh o sát là cơ s lựa ch n sơ
b miền gi i h n giá tr c a các thông số gây nh h ng khi di chuyển đầy t i và đề
xuất các gi i pháp c i tiến hoàn thiện kết cấu, nâng cao n đ nh chuyển đ ng và
tính điều khiển và xây dựng chế đ làm việc hợp lý cho liên hợp máy.
- Đề xuất m t ph ơng pháp t o mặt đ ng mấp mô trong không gian để kh
o sát lý thuyết: Sử dụng hai sóng mấp mô hình sin bên ph i và bên trái có
c sóng SP = ST nh ng lệch pha nhau ( 0 d 0,5 S ) sẽ t o ra đ ợc P
dao đ ng ngang và dao đ ng d c c a thân xe có tính chất tuần hoàn hình sin nh
hàm kích thích đ ng h c c a mặt đ ng hình sin. Mô hình giúp việc phân tích
đánh giá tính chất đ ng lực h c c a xe đ ợc thuận lợi hơn nhiều so v i sử dụng
SP ≠ ST.
4

- Đề xuất m t mô hình nghiên c u thực nghiệm kiểm ch ng dao đ ng không
gian c a liên hợp máy khi v ợt qua mấp mô đơn v i trắc diện cung tròn,
sử dụng m t trắc diện o làm trắc diện lý thuyết t ơng đ ơng. u điểm là bề
r ng và chiều cao mấp mô tùy ch n không phụ thu c đ ng kính bánh xe, mô
hình dễ chế t o, m t mô hình có thể áp dụng cho các bánh xe có đ ng kính khác
vẫn luôn đ m b o bánh xe chỉ tiếp xúc điểm v i mặt đ ng.
- Xây dựng mô hình thực nghiệm đ ng lực h c liên hợp máy xúc lật, sử
dụng hệ thống thiết b đo, phần mềm hiện đ i, vận hành n đ nh, cho kết qu chính
xác và tin cậy, phục vụ tốt cho các yêu cầu nghiên c u c a đề tài và các nghiên c
u liên quan.
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN
Luận án đư hình thành các cơ s khoa h c cho xây dựng và phát triển mô
hình nghiên c u đ ng lực h c liên hợp máy xúc lật, sử dụng trong nghiên c u n
đ nh chuyển đ ng và điều khiển liên hợp máy xúc lật khi di chuyển có t i trên
đ ng mấp mô.
Mô hình nghiên c u thực nghiệm xác đ nh thông số và kiểm ch ng dao
đ ng không gian c a liên hợp máy khi v ợt qua mấp mô đơn v i trắc diện cung
tròn, sử dụng m t trắc diện o làm trắc diện lý thuyết t ơng đ ơng để tính toán lý
thuyết các thông số dao đ ng đư mô t đ ợc tính t ơng quan chặt chẽ giữa trắc
diện thực và trắc diện lý thuyết. Mô hình có thể đ ợc ng dụng để kiểm ch ng các
mô hình lý thuyết dao đ ng c a các lo i ph ơng tiện t ơng tự.
Luận án đư tính toán, thiết kế lắp đặt hoàn chỉnh b xúc lật Y5310FLH
lên máy kéo đa năng Yanmar 3000, sử dụng để thực hiện nghiên c u thực
nghiệm xác đ nh thông số kỹ thuật và kiểm ch ng mô hình mô phỏng liên hợp
máy xúc lật.
S n phẩm nghiên c u c a đề tài bao g m mô hình mô phỏng liên hợp máy
xúc lật, các kết qu tính toán, kh o sát, đo đ c có thể đ ợc sử dụng làm cơ s cho
thành lập liên hợp máy, đề xuất gi i pháp c i thiện kết cấu, tính năng, nâng
cao hiệu suất sử dụng, n đ nh chuyển đ ng và điều khiển liên hợp máy xúc
lật trong các điều kiện làm việc thực tế.
5

PHẦN 2. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. HOẠT ĐỘNG CỦA LIÊN HỢP MÁY XÚC LẬT
Công việc ph biến c a liên hợp máy xúc lật trong s n xuất nông - lâm
nghiệp là thu gom, xúc chuyển vật liệu r i t i m t v trí khác kho ng cách
ngắn. Việc đào đất cát d i cốt 0 chỉ thực hiện h n chế do kết cấu và ch c năng
c a b phận công tác không chuyên cho công việc này. Vật liệu r i th ng là đất,
cát, đá, sỏi..vv, th ng đ ợc gom hoặc đ thành đống tr c khi xúc chuyển, liên
hợp máy sau khi xúc n p t i sẽ di chuyển t i v trí đ để thực hiện thoát t i. Công
việc n p t i t o ra lực c n l n, th ng đ ợc thực hiện khi b phận công tác t ơng
tác v i khối vật liệu khi máy kéo di chuyển, gầu xúc đ ợc nâng dần cho đến khi
n p đầy. Quá trình n p t i có lực c n l n và thay đ i liên tục, t o ra sự tr ợt quay
trên các bánh xe ch đ ng c a máy kéo, có thể gây mất n đ nh h ng khi hai
bánh ch đ ng trên cùng m t cầu có đ tr ợt khác nhau, hoặc tr ợt hoàn toàn
nếu lực c n t i b phận công tác quá l n. Ngoài ra sau khi n p đầy t i, gầu đ ợc
nâng lên t i m t đ cao thích hợp để di chuyển t i v trí thoát t i. Trong quá trình
vận chuyển v i t i tr ng l n v trí cao, liên hợp máy rất dễ mất n đ nh khi
bánh xe tiếp xúc v i mặt nền không bằng phẳng, có thể gây lật máy nếu bánh xe
đi qua mấp mô biên đ l n tốc đ cao. Nh vậy các điều kiện về tính chất vật
liệu và đặc tính nền đ ng là các yếu tố tác đ ng nh h ng, có thể t o ra sự mất
n đ nh, không an toàn trong quá trình làm việc c a LHM xúc lật.
2.2. VẬT LIỆU BỐC XÚC VÀ NỀN ĐƯỜNG DI CHUYỂN CỦA LIÊN
HỢP MÁY
Máy xúc lật thông th ng đ ợc dùng để xúc đất cấp đ
liệu r i nh cát, sỏi, đá, lúa, ngô, phân bón.. d n thành m vật
ch a để di chuyển đến m t v trí khác.
1, 2 và các lo i vật
t đống hoặc d n vào
Các đặc tr ng c a khối vật liệu bốc xúc là khối l ợng riêng, khối l ợng thể
tích, đ đặc, rỗng, đ ẩm là các thông số cần xác đ nh trong các tính toán kh o sát
và thực nghiệm đ ng lực h c liên hợp máy xúc lật, đ ợc xác đ nh bằng đo
đ c hoặc tính toán theo các công th c:
- Khối l ợng riêng:= (kg/cm3
)
Trong đó:
G - là khối l ợng mẫu thí nghiệm tr ng thái hoàn toàn đặc chắc (kg, tấn...).
6

Va - Là thể tích mẫu thí nghiệm tr ng thái hoàn toàn đặc chắc (m3
, cm3
…).
Đối v i vật liệu r i r c không đặc chắc và có kích th c hình h c không rõ
ràng (nh cát, g ch , đá) cần xác đ nh bằng ph ơng pháp tỷ tr ng:
+ Mẫu đ ợc sấy khô sau đó cân để xác đ nh tr ng l ợng G.
+ Sau đó nghiền m n phá vỡ kết cấu lỗ rỗng và cho vào bình tỷ tr ng, xác
đ nh đ ợc Va bằng thể tích n c d i đi khi cho b t thí nghiệm vào.
- Đ đặc, đ rỗng c a vật liệu: = %
- Đ ẩm c a vật liệu:
= %
Trong đó:
G1 - Khối l ợng c a mẫu khi đư hút ẩm.
G - Khối l ợng c a mẫu tr ng thái khô.
Nền đ ng di chuyển c a máy xúc lật trong s n xuất nông, lâm nghiệp rất đa
d ng, ph c t p v i các đặc tr ng là không bằng phẳng, dốc, hệ số bám thấp...
Chất l ợng nền đ ng phụ thu c vào nhiều yếu tố: đ chặt, đ ẩm, đ dốc, đ
mấp mô… (Popescu, 2007; Kautmann, 2014) trong thực tế các chỉ tiêu cơ b n
c a mặt đ ng th ng dùng để đánh giá chất l ợng, tính toán các yếu tố nh
h ng đến đ ng h c và đ ng lực h c c a ô tô, máy kéo thông qua đánh giá đ
mấp mô mặt đ ng. Đ mấp mô mặt đ ng có nh h ng rất l n đến đ n đ nh,
tính năng làm việc c a ô tô, máy kéo, ng i điều khiển ph ơng tiện. Đ mấp mô mặt
đ ng gây ra dao đ ng, làm mất n đ nh cho ph ơng tiện khi chuyển đ ng.
Việc nghiên c u nh h ng c a đ mấp mô mặt đ ng lên các hệ thống
trên ô tô máy kéo đư đ ợc nhiều tác gi nghiên c u, thí nghiệm bằng nhiều
ph ơng pháp khác nhau c a Chwastek & Michalowski (2008); Eriksson (2010);
Chwastek (2013); Dreher (2015); Mjurovic (β007) và đ a ra các đặc tr ng mấp
mô mặt đ ng cơ b n nh sau:
+ Biên d ng mặt đường có mấp mô đơn:
Đ ng vận chuyển lâm nghiệp đ ợc thiết kế, thi công theo quy ph m, tuy
nhiên trong quá trình sử dụng trên đ ng th ng phát sinh các ch ng ng i vật đơn
có thể là các mô đất, các cục đá hoặc các mẩu gỗ do các nguyên nhân ch quan
và khách quan t o ra. Khi chuyển đ ng, nếu m t hoặc nhiều bánh xe lăn
7

trên các ch ng ng i vật đơn đó thì các quá trình chuyển tiếp dao đ ng và t i tr
ng đ ng lực h c biến đ i khá l n.
V i ch ng ng i vật là mô đất, thông số cần xác đ nh là chiều cao vật c n h0,
chiều dài vật c n s0 và quy luật biến đ i chiều cao c a vật c n q(z).
Trong tr ng hợp này chiều cao mô đất đ ợc xác đ nh có d ng t ng quát là :
=ℎ − ℎ ≤ ≤
(2.1)
Trong đó: h { = ℎ >
0= (0,1 – 0,3) m; s0 = (0,5 – 1) m.
+ Biên d ng mặt đường biến đổi tuần hoàn:
Mô t mấp mô biên d ng mặt đ ng nh m t tập hợp các mấp mô hình
h c riêng biệt kế tiếp nhau đặc tr ng b i chiều r ng và chiều cao mấp mô hoặc
bằng d ng hàm số điều hòa đư đ ợc nhiều tác gi nghiên c u áp dụng để đánh giá
đ ng lực h c ô tô, máy kéo (Chwastek & Michalowski, 2008; Eriksson, 2010).
Trong ph ơng pháp này ng i ta th ng dùng kích đ ng từ mặt đ ng có
d ng hình sin để tính toán dao đ ng cho ph ơng tiện.
Chiều cao mấp mô biểu diễn theo th i gian đ ợc tính toán theo công th c:
đó:
q0 - biên đ (2.2)
Trong m p mô sóng m ng (m).
= ấ = ặt đ
ω - tần số kích thích sóng mặt đ ng (Hz).
T - chu kỳ sóng mặt đ ng (s).
Hay chiều cao mấp mô theo quưng đ ng di chuyển:
=
(2.3)
Trong đó: s0 - chiều dài b c sóng mặt đ ng (m).
+ Biên d ng mặt đường thể hiện bằng hàm ngẫu nhiên:
Mấp mô biên d ng mặt đ ng đ ợc mô t bằng hàm ngẫu nhiên liên tục
c a các chiều cao mấp mô mặt đ ng theo chiều dài đ ng kh o sát, đặc tr ng
8

c a nó mang tính thống kê nhận đ ợc qua các thiết b đo thể hiện số liệu thu
đ ợc, ghi đ ợc, qua việc sử lý các kết qu đo và tính toán thông qua các thiết b ,
phần mềm để xác đ nh đ ợc hàm mật đ ph . Ph ơng pháp này hiện đ ợc dùng
khá ph biến trong nghiên c u đ ng lực h c ô tô, máy kéo (Chwastek &
Michalowski, 2008; Eriksson, 2010).
Các tác gi th ng xét cho tr ng hợp t ng quát là hàm ngẫu nhiên c a
chiều cao mấp mô mặt đ ng là các hàm 2 biến theo chiều d c đ ng và chiều
ngang đ ng tác dụng lên ô tô hay liên hợp máy t i các vết tiếp xúc c a bánh xe
v i mặt đ ng.
Thông th ng hiện nay v i các lo i đ ng đ ợc xây dựng theo tiêu chuẩn
đ ng b ng i ta m i chỉ xác đ nh đặc tr ng thống kê (hàm ngẫu nhiên) theo
chiều d c c a đ ng.
Mô t mấp mô biên d ng đ ng bằng hàm ngẫu nhiên theo chiều dài đ ng
có thể xem nh chúng là m t tập hợp các thể hiện ngẫu nhiên c a chiều cao mấp
mô mặt đ
, = { −∞< <+∞
(2.4)
ng theo chiều d c đ ng q(k,s):
ỉ ố ử = , , ,…,∞
Ch s k là phép th th k, mỗi phép thử cho chúng ta m t biểu hiện ngẫu
nhiên. Đặc tr ng thống kê c a chúng thể hiện ngẫu nhiên dừng và egodic q(s)
nh công th c (2.4) bao g m kỳ v ng toán h c mq và hàm t ơng quan Rq(t), mật
đ ph Sw.
Việc sử dụng hàm ngẫu nhiên mô t mấp mô biên d ng mặt đ ng cho phép
biểu diễn và đánh giá tác đ ng lên ph ơng tiện giao thông bằng các đặc tr ng c
a quá trình ngẫu nhiên. Để ng dụng ph ơng pháp mô t này ta cần ph i đo đ c
mấp mô biên d ng mặt đ ng và xác đ nh các đặc tr ng thống kê thông qua
tác đ ng c a mấp mô ngẫu nhiên mặt đ ng tác đ ng vào ph ơng tiện khi di chuyển
trên đ ng.
Tính chất vật liệu rất đa d ng
có xúc lật trong quá trình xúc n p và
x theo b ng 2.1.
nh h ng đến ho t đ ng c a liên hợp máy t
i, đặc tr ng theo hệ số đầy gầu, cụ thể
9

B ng 2.1. nh h ng c a tính ch t v t li u đ n h s đầy gầu cho các lo i
máy xúc khác nhau
V t li u
H s đầy gầu c a máy xúc H s đầy gầu c a máy
l t bánh l p (%) xúc l t bánh xích (%)
Vật liệu r i
Hỗn hợp các thành
95-100 95-100
phần h t t
Thành phần h t đ ng nhất
3.2 mm 95-100 95-100
3.2 – 9.6 mm 90-95 90-110
9.6 – 19.05 mm 85-90 90-110
β5.4 mm và l n hơn 85-90 90-110
Đá đ ợc phá n
Phá n kỹ 80-95 80-95
Trung bình 75-90 75-90
Kém 60-75 60-75
Khác
Hỗn hợp đá bùn 100-120 100-120
Mùn ẩm 100-110 100-120
Đất 80-100 80-100
Các vật liệu gia cố xi
85-90 85-100
măng
Ngu n: Ph m Hữu Đ ng & cs. (2004)
2.3. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG LIÊN HỢP MÁY XÚC LẬT TRONG SẢN
XUẤT NÔNG – LÂM NGHIỆP
Máy xúc lật đư và đang đ ợc sử dụng khá ph biến trong s n xuất nông -
lâm nghiệp, trong th i gian sắp t i, nhu cầu sử dụng cơ gi i hóa nói chung và máy
xúc lật nói riêng sẽ tăng nhanh do yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đ i hóa nông
nghiệp nông thôn, m c đ chuyên môn hóa và quy mô s n xuất tăng cao. Phần l n
máy xúc lật sử dụng trong s n xuất nông – lâm nghiệp tr c đây thu c lo i chuyên
dụng, đ ợc chuyển từ hệ thống máy xây dựng, giao thông sang, máy có kích th
c, công suất l n, thực hiện an toàn, hiệu qu các công việc trong nông - lâm
nghiệp, tuy nhiên giá thành đầu t cao, h n chế trong các công việc ph i di
chuyển trong điều kiện làm việc chật hẹp, nền đất yếu...
10

Tr c các nhu cầu ngày càng tăng trong việc sử dụng máy xúc lật c a s n
xuất nông - lâm nghiệp, sự có mặt, tham gia c a các liên hợp máy kéo nông
nghiệp đa năng và b xúc lật là cần thiết, đáp ng đầy đ các yêu cầu thực hiện
công việc c a máy xúc lật chuyên dụng v i giá thành đầu t thấp, có kh năng di
chuyển tốt trong điều kiện chật hẹp, lầy thụt, m r ng ph m vi ng dụng, góp
phần nâng cao hiệu suất khai thác sử dụng máy kéo. Tuy nhiên liên hợp máy kéo
- xúc lật cũng còn m t số h n chế nh tr ng l ợng máy nhỏ, tr ng tâm cao, bề r ng
cơ s nhỏ, kết cấu và tr ng l ợng phân bố sau khi thành lập liên hợp máy ch a thực
sự hợp lý, dẫn đến tình tr ng làm việc không n đ nh, nh h ng đến
an toàn làm việc và hiệu qu khai thác sử dụng liên hợp máy.
Yêu cầu chung đối v i các liên hợp máy trong s n xuất nông lâm nghiệp là
ph i làm việc đ ợc trong các điều kiện ph c t p, nền yếu, đ dốc cao, ph i có tính
năng kéo bám tốt, tính an toàn và tính n đ nh cao. Về cỡ công suất đòi hỏi
trong m t d i r ng vì các công việc cơ gi i hóa s n xuất nông - lâm nghiệp rất đa d
ng, lực kéo cần thiết cho các lo i máy công tác khác nhau cũng rất khác nhau.
Liên hợp máy xúc lật sử dụng trong s n xuất nông - lâm nghiệp th ng sử
dụng máy kéo lo i bánh lốp, công suất từ β0 Hp đến 120 Hp, dẫn đ ng th y lực
cho b phận công tác, các thông số kỹ thuật c a b phận công tác xúc lật t ơng
ng v i cỡ công suất máy kéo theo b ng 2.2.
B ng 2.2. Thông s k thu t c a b xúc l t lắp trên m t s
lo i máy kéo
Công su t máy kéo (Hp) 20-30 30-40 45-55 55-70 75-90 100 ậ 120
Chiều cao nâng tối đa (mm) 2360 2700 2800 3100 3200 3700
Chiều cao x t i tối đa (mm) 1800 2000 2100 2300 2350 2800
Cự ly x t i (mm) 700 900 900 1140 1250 1000
Góc đ l n nhất (đ ) 45 45 45 45 43 44
Góc thu gầu (đ ) 32 32 32 34 34 34
Đ đào sâu tối đa (mm) 100 140 140 140 180 200
Chiều r ng gầu (mm) 1289 1482 1542 1652 1800 2100
Dung tích c a gầu (m3
) 0.18 0.2 0.21 0.43 0.46 0.6
T i tr ng nâng (kg) 350 450 550 650 1000 1200
Ngu n: Ph m Hữu Đ ng & cs. (2004)
B phận công tác xúc lật có kết cấu nh hình β.1, các chi tiết gầu, cần nâng,
xi lanh th y lực đ ợc lắp ráp liên kết kh p quay d ng trục v i nhau và v i khung 11

máy kéo. Trong quá trình vận hành, các chi tiết c a b xúc lật có sự quay t ơng
đối v i nhau trong mặt phẳng d c, bao g m nâng h cần, xoay gầu để n p và thoát
t i. Việc xúc và n p t i thực hiện theo hai ph ơng pháp:
Phương pháp 1: H gầu xuống đống vật liệu, cho máy t nh tiến, đ a gầu
vào đống vật liệu, nh lực đẩy c a máy gầu đ ợc đ a sâu vào đống vật liệu, sau
đó nâng gầu lên vật liệu sẽ đ ợc chất đầy trong gầu.
Phương pháp 2: H gầu xuống đống vật liệu, cho máy t nh tiến đ a gầu vào
đống vật liệu v i chiều sâu không l n, sau đó vừa nâng gầu lên vừa cho di
chuyển máy chậm về phía tr c, gầu sẽ đ ợc chất đầy vật liệu từ từ.
Theo ph ơng pháp hai đ t hiệu qu cao hơn, vì khi gặp vật liệu cục không
thể đ a sâu gầu m t lần vào đống vật liệu đ ợc, do lực cắm l ỡi gầu l n, b phận
di chuyển máy sẽ b tr ợt. Do đó gầu đ ợc đ a vào đống vật liệu cục ph i từng
nấc sẽ thuận lợi hơn, gi m đ ợc lực c n. Theo ph ơng pháp hai sẽ tiết kiệm
năng l ợng hơn so v i ph ơng pháp m t, nh ng năng suất thấp hơn.
Hình 2.1. Liên h p máy xúc l t
Ngu n: https://ongmac.com.au
Nếu s c nâng c a gầu (350 – 1β00 kg), t ơng ng v i chiều cao nâng tối đa
(1800 – 2800 mm). Tốc đ di chuyển máy xúc lật bánh hơi có thể thay đ i tốc đ
12

từ 1.5 – 25 km/h. Khối l ợng riêng c a máy xúc m t gầu di chuyển bánh hơi th
ng từ (3 - 4) tấn trên m t tấn s c nâng c a gầu. Công suất cần thiết c a đ ng cơ đ
ợc xác đ nh từ tr ng l ợng máy và tốc đ di chuyển c a máy, th ng từ (25-35) kW
trên m t tấn s c nâng c a gầu.
Máy xúc lật làm việc theo chu kỳ, mỗi chu kỳ g m sáu giai đo n:
+ Di chuyển t i nơi xúc vật liệu.
+ Xúc vật liệu vào gầu.
+ Lùi khỏi nơi xúc vật liệu.
+ Tiến đến nơi x t i.
+ X t i khỏi gầu.
+ Lùi l i để bắt đầu chu kỳ m i.
Giai đo n xúc vật liệu vào gầu: điều khiển các xi lanh thực hiện h gầu,
miệng gầu h ng về phía tr c, cho máy tiến t i để xúc vật liệu vào gầu bằng s c
đẩy c a máy đ ng th i điều khiển lật ngửa dần gầu lên để giữ vật liệu trong gầu.
Giai đo n r i khỏi nơi xúc vật liệu và tiến đến nơi x t i: giai đo n này máy
ph i thay đ i h ng di chuyển vì vậy ph i h gầu xuống thấp tránh lật máy do
lực ly tâm c a gầu ch a vật liệu gây ra. X t i, nâng gầu lên cao đ ng th i lật
miệng gầu xuống để đ vật liệu ra.
Khi khối vật liệu theo thể tích c a m t gầu xúc đ ợc xác đ nh, bắt bu c ph i
kiểm tra về tr ng l ợng đối v i t i. Khác v i máy đào, để đ a gầu xúc vào v trí
đ , máy xúc lật bắt bu c ph i quay và di chuyển cùng v i t i. SAE đư thiết lập các
gi i h n về tr ng l ợng t i ho t đ ng đối v i các máy xúc lật. M t máy xúc lật
bánh lốp b gi i h n b i t i ho t đ ng theo tr ng l ợng, giá tr này nhỏ hơn 50%
c a t i tr ng tĩnh khi đầy đ ợc xác đ nh theo tr ng l ợng kết hợp c a t i và gầu
xúc, đ ợc đo từ tr ng tâm c a thiết b đến cự ly tiếp cận tối đa c a gầu xúc, v i đối
tr ng và các lốp th ng. Khi vận chuyển v i gầu xúc có t i, thiết b cần ph i di
chuyển v i tốc đ trung bình kho ng 80% so v i tốc đ tối đa trong ph m vi tốc đ
thấp. Khi tr về không t i, thiết b cần ph i di chuyển v i tốc đ trung bình kho ng
60% c a tốc đ tối đa c a ph m vi tốc đ trung bình đối v i các cự ly d i 20 m
và t i tốc đ kho ng 80% c a tốc đ cao nhất trong cùng ph m vi tốc đ đối v i
13

các cự ly > 20 m. Nếu bề mặt c
m c tốc đ này cần ph i đ ợc gi
a đ ng vận chuyển không tốt hoặc g ghề, các m
đi theo các giá tr thực tế.
Các lo i máy xúc lật chuyên dụng có kết cấu các hệ thống làm việc, sự kết
nối và truyền đ ng giữa ngu n đ ng lực và b phận công tác đ ợc tính toán bố
trí hợp lý, phù hợp v i việc thực hiện công việc chuyên dụng đ m b o sự n
đ nh, tin cậy và chất l ợng cao. Các nghiên c u trong và ngoài n c liên quan
đến máy xúc lật chuyên dụng khá đa d ng, chuyên sâu và đầy đ tập trung vào
các vấn đề đ ng lực h c, tự đ ng hóa các quá trình làm việc c a hệ thống máy.
Các kết qu nghiên c u đư công bố đều h ng t i m t mục đích chung là hoàn
thiện kết cấu, nguyên lý ho t đ ng, tăng c ng m c đ tự đ ng hóa, nâng cao
hiệu qu , an toàn trong khai thác và sử dụng, gi m giá thành s n xuất chế t o chi
tiết…và là ngu n t liệu tham kh o cần thiết cho các nghiên c u tiếp theo liên
quan đến m t hệ thống máy có kết cấu, nguyên lý làm việc t ơng đ ơng v i m t số
đặc thù riêng, đó là liên hợp máy xúc lật.
2.4. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ ỔN ĐỊNH
CHUYỂN ĐỘNG LIÊN HỢP MÁY
2.4.1. Các nghiên c u ngoài n c
Các nghiên c u n c ngoài hiện đang m c đ cao, ph m vi r ng và
chuyên sâu về các vấn đề chuyên môn liên quan đến đ ng lực h c, tính n đ nh,
tự đ ng hóa quá trình ho t đ ng c a hệ thống máy, thiết b . Hầu hết các quan hệ
vật lý, toán h c c a các thông số cũng nh đặc tính làm việc c a các phần tử hệ
thống máy đư đ ợc xác đ nh khá đầy đ và cụ thể, phần l n các kết qu nghiên c u
đư và đang đ ợc ng dụng trên các hệ thống máy xúc lật chuyên dụng. Các
nghiên c u chuyên sâu về tính n đ nh, điều khiển, điều chỉnh tự đ ng trong quá
trình làm việc c a b công tác trên liên hợp máy xúc lật đư và đang đ ợc triển
khai thực hiện t i rất nhiều trung tâm nghiên c u chuyên ngành c a các Viện
nghiên c u, Tr ng đ i h c l n trên thế gi i nh : Mỹ, Đ c, Thụy Điển…
Mô hình nghiên c u dao đ ng máy xúc lật chuyên dụng c a tác gi Ikonen
(β006), (hình β.β) đ ợc xây dựng trên cơ s mô hình đ ng lực h c 2 bậc tự do ½
xe theo ph ơng d c v i các gi thiết bỏ qua các nh h ng tác đ ng mặt đ ng
lên bánh xe theo ph ơng ngang.
14

Hình 2.2. Mô hình đ ng l c h c máy xúc l t chuyên d ng
Ngu n: Ikonen (2006)
Mô hình đ ợc xây dựng trên cơ s
ph ơng trình chuyển đ ng theo ph ơng
ph ơng trình Lagrange lo i hai, trong
đó d c c a hệ v i t a đ t ng quát q, đ ợc
ch n là:
= [ ] (2.5)
Ph ơng trình Lagrange đ ợc xác đ
nh đầy đ nh sau :
(2.6)
, = , (2.7)
u c −
Trong đó L là hiệ a đ ng năng T − =
Véc tơ Q trong tr ng hợp này đ ợc xác đ nh:
= [ ] =
−
− =
− =
(2.8)
(2.9)
(2.10)
(2.11)
15

Mô hình đ ợc sử dụng để kh o sát dao đ ng c a hệ thống máy v i các thông
số chuyển v , vận tốc, gia tốc dao đ ng theo ph ơng thẳng đ ng (z) và góc xoay
c a b phận công tác xúc lật (φ). Trong mô hình, b phận công tác xúc lật có khối
l ợng m1 liên kết kh p v i máy cơ s (m2) có mô men quán tính khối
l ợng không thay đ i trong quá trình làm việc v i các v trí nâng thay đ i. Mô
hình đ ợc sử dụng để kh o sát các quá trình nâng và thoát t i c a b phận công tác
trong tr ng thái máy cơ s không di chuyển.
Công trình nghiên c u c a tác gi Debeleac (β014), đư xây dựng mô hình
đ ng lực h c 3 bậc tự do máy xúc lật trong mặt phẳng d c (Hình 2.3). Mô hình
đ ợc sử dụng trong nghiên c u dao đ ng c a hệ thống máy cho hai tr ng hợp
làm việc: chuyển đ ng nâng h c a cần và khi di chuyển trên đ ng không bằng
phẳng v i gầu đầy t i. Các ph ơng án và kết qu kh o sát cho phép phân tích
đánh giá tr ng thái làm việc c a hệ thống máy khi ch u tác đ ng c a các yếu tố
kết cấu (xy lanh, van phân phối, tiết l u..) và điều kiện sử dụng (t i tr ng, điều
kiện di chuyển..), từ đó có thể c tính l ợng quá t i gây ra đối v i cần và gầu
xúc, so sánh đ n đ nh c a gầu trên các lo i máy xúc lật khác nhau.
Hình 2.3. Mô hình đ ng l c h c 3 b c t do c a máy xúc l t
Ngu n: Debeleac (2014)
Tác gi sử dụng ph ơng trình Lagrange’s lo i hai để xây dựng mô hình
đ ng lực h c liên hợp máy. D ng ma trận c a chuyển đ ng c a hệ thống đ ợc
trình bày d i d ng: ầ + ầu+ = +
(2.12)
Hệ số t i tr ng đ ng c a c n và g đ ợc xác đ nh theo công th c:
16

(2.13)
Tuy nhiên v i các gi = +
đ i khi nâng h gầu khi đầy t i, mô hình cũng chỉ gi i h n ph m vi nghiên c u
trong ho t đ ng c a b phận công tác xúc lật nhằm xác đ nh hệ số t i tr ng đ ng c a
cần và gầu, không xem xét quá trình di chuyển có t i c a hệ thống máy.
Để tối u hóa về kết cấu và ch c năng làm việc c a liên hợp máy bao g m
máy kéo bánh lốp U-650 và b xúc lật IF-65 phía tr c, trong nghiên c u đ ng
h c và đ ng lực h c c a thiết b làm việc (Hình 2.4) c a Popescu & cs. (2004), đư
xây dựng mô hình mô phỏng liên hợp máy xúc lật, đ ợc thực hiện dựa trên các
mô hình toán h c mô t đ ng h c và đ ng lực h c c a cần máy xúc, đ ợc kết
nối v i thân máy kéo và nhận truyền đ ng (nâng và h t ơng ng) từ xi lanh th y
lực. Dựa trên các mô hình toán h c đư phát triển, nh h ng c a các tham số cấu
t o và ch c năng khác nhau c a b phận công tác t i quá trình làm việc đ ợc
nghiên c u bằng mô phỏng có sự hỗ trợ c a máy tính.
Hình 2.4. Mô hình đ ng l c h c nâng h b ph n xúc l t
Ngu n: Popescu & cs. (2004)
Từ ph ơng trình cân bằng c a cần nâng, có thể xác đ nh đ ợc sự biến thiên
c a lực Fm tác dụng lên phần tử làm việc (gầu) và lực Fz, do xi lanh th y lực t o
ra, phụ thu c vào góc quay φ từ v trí gi i h n d i. Tỷ số Fm/Fz phụ thu c vào
góc quay φ đ ợc xác đ nh:
[
ℎ−ℎ
− ]
(2.14)
=
17

Trong đó: s- là kho ng cách từ điểm A đến đ ng thẳng BC và đ ợc xác
đ nh theo công th c:
− + − ℎ+ −
(2.15)
Các kết qu kh o=sát mô √hình−đư xác. −đ nh đ ợc các thông số kết cấu và
ch c năng c a liên hợp máy thỏa mãn các yêu cầu c a quá trình làm việc, tuy
nhiên mô hình m i chỉ xem xét quá trình làm việc c a liên hợp máy tr ng thái
đ ng yên v i các tác đ ng nâng h c a b phận công tác xúc lật.
Trong nghiên c u c a Popescu & cs. (β009), đư phân tích đ n đ nh theo
chiều d c c a liên hợp máy ph c hợp g m máy kéo, máy công tác xúc lật phía tr c
và hệ thống máy nâng chuyển phía sau, làm việc trong các tình huống khó khăn
nhất: xuống dốc, phanh trong chuyển đ ng t nh tiến, chuyển đ ng trên dốc ngang
và tăng tốc c a piston khi nâng t i. Dựa trên các mô hình đ ng lực h c
t ơng đ ơng c a các hệ thống máy kéo thực, các mô hình toán h c mô t đặc tính
đ ng h c c a các hệ thống trong các điều kiện vận chuyển và làm việc, đ a
ra các tiêu chí về đ n đ nh đ ng.
Mô hình đ ng lực h c c a liên hợp máy kéo - máy xúc lật phía tr c đ ợc
phân tích bằng mô hình toán h c c a các mô hình đ ng lực h c t ơng đ ơng c a
hệ thống thực, có tính đến các lực bên ngoài mà chúng ph i ch u trong các tình
huống làm việc khác nhau, tuy nhiên h n chế c a mô hình là ch a xem xét sự
phân bố l i khối l ợng và thay đ i t a đ tr ng tâm trong các tr ng hợp phanh trên
dốc d c và di chuyển trên dốc ngang.
Hình 2.5. Liên h p máy xúc l t di chuy n trên d c ngang và d c
Ngu n: Popescu & cs. (2009)
18

Đối v i máy kéo dẫn đ ng cầu sau (2WD) chỉ có bánh sau ch đ ng, lực
phanh l n nhất là Ffmax = φ.Z2, giá tr l n nhất có thể đ t đ ợc c a sự gi m tốc
dmax đ ợc xác đ nh theo ph ơng trình:
⌊ . + + − . ⌋. − ℎ+ ℎ+ ℎ . (2.16)
Tính n=đ nh. khi lật ngang c aℎ liên+ ℎhợp+ ℎmáy
đ ợc cho b i điều kiện Zs > 0,
đ ợc xác đ nh theo công th c:
. . +
(2.17)
Kết qu kh o sát đư xác đ
ℎ + ℎ
≤
phụ t i phía tr c trong quá trình v i gầu xúc đầy t i v trí vận chuyển có liên
quan đến n đ nh c a hệ thống khi di chuyển trên dốc ngang, tuy nhiên mô hình
kh o sát ch a xem xét đến nh h ng c a các yếu tố kết cấu nh biến d ng lốp,
kh p cân bằng cầu tr c máy kéo, ...
Các công trình nghiên c u c a Chwasteck (β01γ) đư xây dựng mô hình
đ ng lực h c 1/2 liên hợp máy xúc lật theo ph ơng d c để nghiên c u dao đ ng;
n đ nh Chwasteck (2014) và tối u sự làm việc n đ nh thiết b công tác
Chwasteck (2008) c a hệ thống máy.
Hình 2.6. Mô hình đ ng l c h c liên h p máy xúc l t
Ngu n: Chwasteck (2013)
19

Mô hình đ ợc thiết lập trên cơ s các quan hệ đ ng h c, đ ng lực h c c a các
phần tử máy kéo, b phận công tác, điều kiện làm việc có tính đến các quá trình
đ ng lực h c c a hệ thống di chuyển bánh lốp trong điều kiện đ bám thay đ i c a
bánh xe v i mặt đ ng. Mô hình t ơng tác giữa bánh xe v i mặt đ ng khi di
chuyển có tính đến mối quan hệ bám – tr ợt và tr ng thái tách bánh xe khỏi mặt
đ ng.
Trong nghiên c u c a Debeleac (2007), tác gi trình bày m t mô hình đ ng
lực h c không gian mô t chuyển đ ng c a máy xúc lật chuyên dụng. Mô hình đ
ợc xây dựng có hai khối l ợng (máy cơ s và thiết b có t i thay đ i trong gầu) v i
năm bậc tự do.
Hình 2.7. Mô hình đ ng l c h c máy xúc l t 5 b c t do
Ngu n: Debeleac (2007)
Chuyển đ ng c a máy đ ợc mô t bằng b ph ơng trình vi phân, dựa trên
nguyên lý Lagrange bậc hai, v i gi thuyết đề xuất về các hệ tiêu tán năng l ợng.
Mô hình và ph ơng pháp đ ợc trình bày trong tài liệu này là khá đầy đ và hợp
lý để phân tích c chuyển đ ng c a từng phần tử cấu thành c a máy, ng suất
đ ng và biến d ng c a kết cấu kim lo i thiết b công tác, làm nền t ng cho m t
mô hình không gian ph c t p và hoàn chỉnh, có thể sử dụng trong mô phỏng và
phân tích nh h ng c a các dao đ ng, hình thành trong cấu trúc vật liệu c a thiết b
công tác trong quá trình làm việc.
Mô hình không gian 5 bậc tự do c a tác gi Debeleac (2007) mô t khá đầy đ
các quan hệ vật lý, toán h c c a máy đ ng lực cơ s và b phận công tác xúc
20

lật, phù hợp m i mục đích nghiên c u dao đ ng c a hệ thống máy khi di chuyển.
Các h n chế c a mô hình là coi liên kết giữa b công tác xúc lật và khung máy là
cố đ nh, không xem xét sự phân bố l i khối l ợng cũng nh thay đ i t a đ tr ng
tâm máy và có sự khác biệt về kết cấu cầu tr c không có kh p liên kết cân bằng
v i khung máy nh LHM xúc lật.
Mô hình đ ng lực h c không gian c a máy kéo (Hình β.8) đ ợc xây dựng
trong nghiên c u c a Ahmadi I. (β014), đ ợc sử dụng trong nghiên c u nh
h ng c a dao đ ng c a máy kéo khi di chuyển trên đ ng không bằng phẳng
t i s c khỏe và hiệu qu làm việc c a ng i điều khiển máy. So v i mô hình
nghiên c u c a Debeleac (2007), có sự khác biệt về liên kết kh p thăng bằng c a
cầu tr c v i khung máy, đ ợc mô t qua ph ơng trình lực tác dụng lên điểm
liên kết trục cầu tr c v i khung máy kéo.
(a) - Mô hình rung đ ng toàn xe; (b) - Ngo i lực tác đ ng lên khung máy;
(c) - Thân máy kéo; (d) - Cầu tr c máy kéo
Hình 2.8. Mô hình đ ng l c h c máy kéo
Ngu n: Ahmadi (β014)
21

Mô hình mô t đầy đ các phần tử cũng nh quan hệ toán h c, vật lý giữa
các b phận c a máy kéo, đặc biệt có xem xét t i m t kết cấu đặc thù c a máy
kéo là sự liên kết kh p thăng bằng giữa cầu tr c v i khung máy. Tuy nhiên, mô
hình ch a đề cập đến các liên kết và tác đ ng nh h ng c a máy công tác liên
hợp v i máy kéo phía tr c và sau.
Nghiên c u c a nhóm Zhen Li & cs. (β015), đư xây dựng và phát triển mô
hình không gian đ ng lực h c v i đầy đ các quan hệ vật lý, toán h c liên quan
đến kết cấu và tính năng đặc thù c a máy kéo. Mô hình đ ợc sử dụng trong
nghiên c u n đ nh chuyển đ ng c a máy kéo khi di chuyển trên đ ng dốc
ngang có bề mặt không bằng phẳng. H n chế c a mô hình là ch a đề cập đến
các liên kết và tác đ ng nh h ng c a máy công tác liên hợp v i máy kéo.
Hình 2.9. Mô hình đ ng l c h c máy kéo di chuy n trên d c ngang
Ngu n: Zhen Li & cs. (2015)
Hình 2.10. Mô hình đ ng l c h c ½ máy kéo theo ph ơng ngang và d c
Ngu n: Zhen Li & cs. (β015)
22

Hệ ph
ngang:
ơng trình vi phân chuyển đ ng c a máy kéo di chuyển trên dốc
= + − − cos (2.18)
= sin − −
cos
{
= + + −
= sin + −
Mô hình không gian 9 bậc tự do đ ợc xây dựng trong nghiên c u này đ ợc
xem nh mô hình đầy đ , hoàn chỉnh nhất cho đến nay trong các nghiên c u
đ ng lực h c máy kéo. Mô hình này có thể sử dụng trong các nghiên c u về đ ng
lực h c liên hợp máy và trong tr ng hợp sử dụng cho liên hợp máy di chuyển có
t i trên đ ng không bằng phẳng, cần b sung thêm các liên kết, quan hệ toán h c
vật lý c a máy công tác cũng nh xem xét sự thay đ i kết cấu, phân bố l i
tr ng l ợng, t a đ tr ng tâm, mô men quán tính khối l ợng c a máy kéo liên hợp v i
máy công tác.
2.4.2. Các nghiên c u trong nc
Hiện nay đư có nhiều công trình nghiên c u trong n c về đ ng lực h c c a
ô tô, m t d ng xe cơ gi i có kết cấu gần giống và tính năng khác biệt v i máy
kéo. Tác gi Võ Văn H ng (2014) và c ng sự, đư xây dựng các mô hình nghiên c
u trong mặt phẳng và không gian về dao đ ng ô tô vận t i nhiều cầu v i nhiều cấu
hình t ơng thích v i yêu cầu và điều kiện nghiên c u đ ng lực h c đoàn xe
sơ mi rơ moóc khi kh i hành, chuyển h ng quay vòng, phanh..vv trong điều
kiện sử dụng c a Việt Nam; Tr ơng M nh Hùng (β017), đư xây dựng mô hình
nghiên c u đ ng lực h c hệ thống treo khí nén và mô hình dao đ ng ô tô khách
trong không gian có kể đến các yếu tố phi tuyến c a lò xo khí nén trong hệ thống
treo. Mô hình đ ợc sử dụng để kh o sát, đánh giá nh h ng c a hệ thống treo
khí nén đến dao đ ng c a ô tô, qua đó đề xuất các gi i pháp nâng cao tính êm d u
và an toàn chuyển đ ng c a ô tô khách s n xuất trong n c; Nguyễn H ng
Quang (β018), đư xây dựng đ ợc mô hình không gian c a ô tô t i s n xuất lắp
ráp Việt Nam khi vận chuyển gỗ rừng tr ng trên đ ng lâm nghiệp có kể đến
xoắn khung xe và c n dao đ ng c a các bánh lốp, kh o sát dao đ ng c a xe trên
miền th i gian và miền tần số; bằng thực nghiệm xác đ nh các thông số đầu
vào cho bài toán dao đ ng, đo đ ợc các dao đ ng thẳng đ ng, dao đ ng góc, góc
xoắn khung xe khi ch gỗ trên đ ng lâm nghiệp v i mấp mô mặt đ ng ngẫu
23

nhiên, đư minh ch ng cho mô hình lý thuyết khi ô tô ch gỗ đi qua mấp mô đơn
hình sin.
Các nghiên c u về n đ nh c a ô tô và đoàn xe c a tác gi Nguyễn Ng c Tú
(β016), đư xây dựng mô hình đ ng lực h c ô tô kéo moóc hai dưy d ng mô
hình tích hợp g m mô hình cơ h c hệ nhiều vật và các mô hình liên kết để có thể
mô t tất c các tr ng thái ph n ng c a lái xe v i các số thông số sử dụng và
ngo i c nh để kh o sát các tr ng thái n đ nh h ng và tr c lật c a ô tô kéo
moóc, nghiên c u tính n đ nh c a ô tô kéo moóc. Mô hình và ch ơng trình mô
phỏng cho phép kh o sát đ ng lực h c chuyển đ ng ô tô kéo moóc nhằm tìm ra
quy luật và gi i h n mất n đ nh c a ô tô kéo moóc, giúp cho lái xe có cơ s điều
khiển ô tô kéo moóc ho t đ ng việc n đ nh và an toàn; T Tuấn H ng (β017), đư
xây dựng đ ợc mô hình đ ng lực h c không gian đoàn xe sơ mi rơ moóc 46 bậc
tự do, sử dụng trong kh o sát nh h ng c a các thông số nh chiều cao tr ng
tâm, góc quay bánh xe dẫn h ng (góc lái) và vận tốc khi quay vòng đến sự mất
n đ nh lật ngang c a đoàn xe và đư đề xuất đ ợc ph ơng pháp xác đ nh ng ỡng
chuyển đ ng an toàn theo vận tốc xe và góc lái bằng mô hình đ ng lực h c.
Các mô hình đ ng lực h c trong các công trình nghiên c u kể trên rất đầy
đ , có tính kế thừa và phát triển, phù hợp v i yêu cầu và điều kiện nghiên c u
đ ng lực h c ô tô Việt Nam, tuy nhiên đối t ợng nghiên c u là ô tô có nhiều điểm
khác biệt về kết cấu và tính năng so v i máy kéo và liên hợp máy nh không có
hệ thống treo, kh p thăng bằng cầu tr c, di chuyển tốc đ chậm trên
đ ng không bằng phẳng, hệ số bám thấp..vv. Ngoài ra việc trang b thêm b
công tác xúc lật phía tr c cho máy kéo cũng nh h ng rất l n đến đ n đ nh
chuyển đ ng khi m c t i và góc nâng cần thay đ i trong quá trình di chuyển.
Các nghiên c u trong n c về tính n đ nh làm việc c a liên hợp máy kéo –
xúc lật cho đến nay còn rất h n chế, ch yếu liên quan đến các vấn đề đ ng lực
h c dao đ ng, quay vòng, thay đ i t i tr ng b phận công tác..vv trong quá trình
làm việc c a m t số lo i máy công tác có kết cấu t ơng đ ơng nh xúc đào, xúc lật
bên, khoan, cắt bê tông hoặc chỉ xem xét hệ thống máy nh m t phần tử ho t đ ng
v i các thông số kỹ thuật không đ i v i tr ng thái làm việc n đ nh.
Công trình nghiên c u c a các tác gi Lê Minh L (β00β) về dao đ ng cầu tr
c, cầu sau và ghế ng i c a máy kéo bánh hơi có xem xét đến các đặc thù về kết
cấu máy kéo và tính đến đặc tr ng phi tuyến c a các phần tử đàn h i. Trên cơ
24

s mô hình đ ng lực h c không gian máy kéo bánh hơi, luận án đư kh o sát dao
đ ng máy kéo trong mặt phẳng thẳng đ ng d c khi di chuyển trên mặt đ ng mấp
mô, xác đ nh và lựa ch n các thông số tối u nhằm nâng cao chất l ợng làm việc
c a máy. H n chế c a mô hình nghiên c u là ch a đề cập đến máy công tác liên
hợp v i máy kéo.
Công trình nghiên c u c a các tác gi Bùi Văn H i (2015) về n đ nh lật
khi làm việc c a máy xúc l i n c. Trên cơ s mô hình đ ng lực h c c a máy
xúc l i n c trong mặt phẳng d c, luận án tập trung nghiên c u n đ nh làm việc
c a hệ thống máy khi thi công t i khu vực n c c n, hai bên phao xích c a máy
tiếp xúc hoàn toàn v i nền đất yếu, máy đ ng yên, không xem xét t i giai đo n
đào đất mà chỉ tập trung cho quá trình nâng chuyển gầu xúc về v trí x t i. Nh
vậy, vấn đề nghiên c u n đ nh làm việc c a hệ thống máy xúc l i n c chỉ gi i
h n trong ph m vi nh h ng c a b phận công tác khi nâng và thoát t i v trí
cố đ nh.
Hàn Trung Dũng (β015), đư xây dựng mô hình đ ng lực h c máy kéo theo
ph ơng ngang trong t ơng tác ph c t p giữa đ ng cơ – truyền lực – di đ ng –
máy nông nghiệp, trong đó chú tr ng mối quan hệ đất – bánh xe thông qua mô
hình bánh xe có tính đến tính chất phi tuyến c a quan hệ ng suất - biến d ng
giữa bánh xe v i mặt đ ng, có thể tính toán lực và mô men trong các tr ng
hợp tr ợt d c, tr ợt ngang thuần túy và c tr ợt t ng hợp. Mô hình đ ợc sử dụng
để kh o sát nh h ng c a m t số yếu tố sử dụng và kết cấu đến tính chất chuyển
đ ng vòng c a máy kéo bánh lốp trong điều kiện s n xuất nông nghiệp.
Nguyễn Thế Minh (β011), đư xây dựng đ ợc sơ đ thuật toán t ng quát và
thiết lập đ ợc ch ơng trình OPT_EBOOM để gi i bài toán tối u kết cấu cần
máy xúc trên cơ s kết nối giữa các toán tử c a thuật toán tiến hóa vi phân (DE),
ph ơng pháp phần tử hữu h n và tiêu chuẩn thiết kế hiện hành. V i việc lựa ch n
thuật toán DE, m t thuật toán đ ợc đánh giá là hiện đ i nhất trong tối u hóa,
nh m t công cụ ch đ o để gi i bài toán tối u, cho phép rút ngắn th i gian tính
toán, đặc biệt v i các bài toán mà giá tr hàm không thể biểu diễn đ ợc bằng
những hàm đ i số t ng minh v i số biến l n.
Trong nghiên c u c a Trần Văn Tùng (β017), đư xây dựng đ ợc mô hình
đ ng lực h c d c c a liên hợp máy kéo bốn bánh v i rơ mooc m t trục, thiết lập
các hệ ph ơng trình vi phân mô t chuyển đ ng thẳng c a liên hợp máy có kể
25

Luận Văn Nghiên Cứu Ổn Định Chuyển Động Khi Làm Việc Của Liên Hợp Máy Kéo - Xúc Lật.doc

Luận Văn Nghiên Cứu Ổn Định Chuyển Động Khi Làm Việc Của Liên Hợp Máy Kéo - Xúc Lật.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

More from tcoco3199

More from tcoco3199 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận Văn Nghiên Cứu Ổn Định Chuyển Động Khi Làm Việc Của Liên Hợp Máy Kéo - Xúc Lật.doc