Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cung cấp nhiên liệu trên động cơ Diesel đến chi phí nhiên liệu riêng của liên hợp máy Cày

LỜI CAM ĐOAN - Tơi xin cam đoan rằng: Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. - Tơi cũng xin cam đoan rằng: Các thơng tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Trần Ngọc Truyền ii LỜI CẢM ƠN Tơi xin trân trọng được bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc PGS.TS. NƠNG VĂN VÌN, người đã trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành tốt bản luận văn này. Tơi xin trân trọng cảm ơn tập thể các thầy cơ giáo bộ mơn Động lực - Khoa cơ điện, Khoa sau đại học - Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ tơi trong quá trình thực hiện đề tài. Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Cao đẳng nghề Cơ điện – Xây dựng Tam Điệp; Khoa cơ khí Động lực cùng Gia đình và bạn bè đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp này. Vì thời gian cĩ hạn, năng lực cịn hạn chế, bản luận văn này sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sĩt, rất mong Hội đồng chấm luận văn Quốc gia, các bạn bè đồng nghiệp, bạn đọc gĩp ý chân thành. Tơi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Trần Ngọc Truyền iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3 1.1. Khái quát chung 3 1.2. Vài nét về tình hình phát triển máy kéo ở Việt Nam 6 1.3. Các chỉ tiêu sử dụng của liên hợp máy cày 7 1.4. Lực cản cày 9 1.5. Đặc tính tự điều chỉnh số vịng quay động cơ của bộ điều tốc ly tâm mọi chế độ trên động cơ Diesel 18 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1. Đối tượng nghiên cứu 21 2.1.1 Lựa chọn máy kéo 21 2.1.2. Lựa chọn máy cày 26 2.2. Phương pháp nghiên cứu 26 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 27 2.2.2. Phương pháp số 27 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu 27 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 28 3.1. Đặt vấn đề 28 3.2. Lựa chọn mơ hình nghiên cứu 28 3.2.1. Các giả thiết để xây dựng mơ hình 29 3.2.2. Thiết lập sơ đồ khối 30 3.3. Thuật giải và chương trình 34 3.3.1. Khái niệm mức ga 34 3.3.2. Đường cong chi phí nhiên liệu giờ khi ga cực đại (X = 100%) 35 3.3.3. Đường cong chi phí nhiên liệu giờ với mức ga X< 100% 36 3.3.4. Đường cong mơ men quay khi ga cực đại (X = 100%) 37 iv 3.3.5. Đường cong mơ men quay với mức ga X<100% 38 3.3.6. Trình tự tính tốn năng suất và chi phí nhiên liệu riêng của liên hợp máy cày 38 3.4. Các phương án khảo sát 41 3.4.1. Ảnh hưởng mức ga đến các chỉ tiêu sử dụng 41 3.4.2 Ảnh hưởng mức ga và độ sâu cày đến năng suất và chi phí nhiên liệu 42 3.4.3. Ảnh hưởng của mức ga và lực cản riêng của cày đến năng suất và chi phí nhiên liệu riêng 43 3.4.4. Ảnh hưởng của mức ga và số truyền làm việc đến năng suất và chi phí nhiên liệu riêng 44 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 46 4.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu 46 4.2. Thiết bị và phương pháp thí nghiệm 47 4.2.1. Khảo nghiệm động cơ 47 4.2.2. Khảo nghiệm liên hợp máy cày trên đồng ruộng 52 4.3. Kết quả nghiên cứu 53 4.3.1. Kết quả khảo nghiệm động cơ D−50 53 4.3.2. Kết quả khảo nghiệm liên hợp máy kéo MTZ−50 với cày đĩa CD−7−20 55 Kết luận và đề nghị 59 Tài liệu tham khảo 60 Phụ lục 1 MỞ ĐẦU Làm đất là một khâu quan trọng trong ngành trồng trọt và là khâu nặng nhọc nhất địi hỏi chi phí năng lượng nhiều nhất so với các khâu khác. Từ thực tế sản xuất, các nhà khoa học đã ước tính cơng chi phí cho làm đất chiếm khoảng 30% [5] tổng cơng chi phí cho canh tác một loại cây trồng. Do đĩ nhu cầu về cơ giới hố trong khâu làm đất là rất lớn. Giải quyết tốt khâu cơ giới hố làm đất sẽ cĩ ý nghĩa rất lớn trong việc giải phĩng sức lao động cho người nơng dân, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thâm canh tăng vụ, gĩp phần nâng cao năng suất cây trồng và làm tăng sản phẩm nơng nghiệp. Ở nước ta sản xuất nơng nghiệp đĩng vai trị quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế Quốc dân, trong đĩ thu nhập từ ngành Trồng trọt chiếm một tỷ lệ rất lớn. Vì thế, vấn đề cơ giới hố khâu làm đất càng trở nên quan trọng hơn. Cơ giới hố trong sản xuất nơng nghiệp, đặc biệt là cơ giới hố trong khâu làm đất cĩ ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc giải quyết tính căng thẳng của thời vụ, làm giảm nhẹ sức lao động cho người nơng dân và tăng năng suất cây trồng. Ở nước ta sản xuất nơng nghiệp vốn lạc hậu phân tán, thủ cơng cịn nhiều. Đảng và Nhà nước luơn quan tâm đến vấn đề cơ khí hố nơng nghiệp nhằm đưa sản xuất nơng nghiệp thốt khỏi tình trạng thấp kém, lạc hậu, hiệu quả thấp. Những năm gần đây việc cơ khí hố nơng nghiệp đặc biệt là trong khâu làm đất đã cĩ những tiến bộ nhanh chĩng, việc sử dụng máy mĩc vào trong khâu làm đất ngày càng cĩ hiệu quả hơn, phù hợp hơn. Làm đất là khâu chiếm tỉ trọng rất lớn trong tồn bộ quy trình cơ giới hố sản xuất cây lương thực. Trong đĩ khâu cày là nặng nhọc nhất và cũng do vậy nĩ đã được nhiều nhà khoa học quan tâm rất sớm. Tuy vậy, nhưng do mức độ chi phí năng lượng cho khâu cày phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là tính chất cơ lý của đất và tính chất động lực học của liên hợp máy cho nên vấn đề 2 nghiên cứu cải tiến kết cấu cho phù hợp với điều kiện đồng ruộng và tổ chức sử dụng cĩ hiệu quả các liên hợp máy làm đất cho từng vùng sản xuất vẫn luơn cĩ ý nghĩa thực tiễn và cả ý nghĩa khoa học. Năng suất và chi phí nhiên liệu riêng là hai chỉ tiêu quan trọng nhất dùng để đánh giá hiệu quả làm việc của các liên hợp máy làm đất. Cĩ nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hai chỉ tiêu này, trong đĩ đặc điểm kết cấu và chế độ cung cấp nhiên liệu (chế độ ga) gây ảnh hưởng rất lớn. Ở Việt Nam, đã cĩ một vài cơng trình nghiên cứu về vấn đề này [2] nhưng các kết quả cịn rất hạn chế, đặc biệt là nghiên cứu thực nghiệm. Với những lý do trên, tơi lựa chọn đề tài luận văn: “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cung cấp nhiên liệu của động cơ điêzen đến chi phí nhiên liệu riêng của liên hợp máy cày”. Mục đích nghiên cứu của đề tài Bằng lý thuyết và thực nghiệm xác định các quy luật ảnh hưởng của chế độ cung cấp nhiêu liệu đến năng suất và chi phí nhiên liệu riêng cho khâu cày nhằm gĩp phần hồn thiện cơ sở lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý các liên hợp máy làm đất cũng như cơ sở thiết kế và thành lập các liên hợp máy. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài. - Nghiên cứu tổng quan về tình hình cơ giới hĩa khâu làm đất - Tìm hiểu đặc điểm kỹ thuật của của một số loại máy kéo đang được sử dụng phổ biến ở nước ta. - Xây dựng mơ hình tốn nghiên cứu các chỉ tiêu sử dụng liên hợp máy khi thay đổi chế độ cung cấp nhiên liệu. - Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng quy luật ảnh hưởng của chế độ cung cấp nhiên liệu(mức ga) đến chi phí nhiên liệu riêng của liên hợp máy. 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Khái quát chung Thành lập liên hợp máy kéo nĩi chung phải dựa vào điều kiện sản xuất tự nhiên ở cơ sở sản xuất như: loại đất, chất đất, kích thước thửa ruộng (nhất là chiều dài), địa hình tình trạng đồng ruộng v.v..., tính chất cơ lý cây trồng (đối với khâu thu hoạch), dựa vào qui trình kỹ thuật cơ giới hố khâu canh tác nhất là yếu tố kỹ thuật nơng học, dựa vào cơ sở vật chất, tiến bộ kỹ thuật hiện cĩ ở cơ sở sản xuất. Một liên hợp máy kéo được thành lập phải đạt những yêu cầu về tính chất sử dụng của nĩ. Trong đĩ tính chất quan trọng, tổng hợp nhất đối với một liên hợp máy là chi phí sản xuất trực tiếp trên đơn vị sản phẩm làm ra ít nhất (đ/tạ sản phẩm). Việc tính tốn thiết kế cày hoặc tính tốn thành lập liên hợp máy cày phải tuỳ thuộc vào phương pháp làm đất cĩ thể cĩ những nội dung cụ thể khác nhau. – Trường hợp làm đất theo hai giai đoạn là cày vỡ lật cỏ, sau đĩ mới làm tơi hoặc làm nhuyễn đất thì liên hợp cày bao gồm máy kéo, máy cày và bộ phận liên kết cĩ thể là cơ cấu treo hoặc bộ phận mĩc. Việc tính tốn thiết kế cày, ngồi các yêu cầu đảm bảo kỹ thuật nơng học cịn cần phải đảm bảo phù hợp với khả năng kéo của loại máy kéo dự định sẽ được liên kết. Khi tính tốn thành lập liên hợp máy cày đã cĩ sẵn thì cần phải lựa chọn tỷ số truyền của máy kéo sao cho hiệu suất kéo của máy kéo đạt giá trị cao nhất cĩ thể đối với điều kiện đất đai đã xác định. – Trường hợp làm đất theo phương pháp thực hiện đồng thời một số khâu như: cày, bừa, tung phân, gieo… thì việc tính tốn thiết kế cày hoặc tính 4 tốn thành lập liên hợp máy sẽ được tiến hành tuỳ theo mục đích cụ thể. Về chất lượng làm việc của liên hợp máy cày, theo phương pháp làm đất khác nhau cũng sẽ cĩ các yêu cầu khác nhau. Nhưng yêu cầu chung là: phải đảm bảo độ cày sâu theo yêu cầu kỹ thuật nơng học, độ lỏi sĩt và độ đồng đều và độ sâu cày phải nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo độ bằng phẳng mặt đồng cần thiết. Đối với các loại cày lật thì yêu cầu phải cĩ độ lật cần thiết để đảm bảo vùi lấp cỏ và đảm bảo cĩ diện tích phơi ải, cịn đối với cày khơng lật ở những vùng đất chua mặn thì chỉ cần cắt đất thành thỏi và nâng lên tạo nên độ xốp cần thiết. Yêu cầu về chất lượng làm đất sẽ tuỳ thuộc vào từng loại cây trồng, tuỳ thuộc vào từng khu vực và quy trình làm đất. Chất lượng làm đất phụ thuộc vào kết cấu của bộ phận làm việc của cày, mức độ điều chỉnh chính xác khi liên kết cày với máy kéo và chế độ vận tốc chuyển động của liên hợp máy. Về tính kinh tế, chỉ tiêu đánh giá tổng hợp nhất là giá thành của cơng việc cày (giá thành một đơn vị diện tích do liên hợp máy thực hiện được). Chỉ tiêu này lại được cấu thành bởi một số các chỉ tiêu sử dụng khác và chúng phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố. Các yêu tố này cĩ thể chia thành 2 nhĩm yếu tố chính: nhĩm các yếu tố kỹ thuật và nhĩm các yếu tố về điều kiện sử dụng. – Các yếu tố kỹ thuật chủ yếu liên quan đến kết cấu của máy kéo, máy cày, kỹ thuật và chế sử dụng liên hợp máy. Nhĩm này sẽ ảnh hưởng tính tiết kiệm năng lượng, năng suất của liên hợp máy, do đĩ sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng và ảnh hưởng đến cả chất lượng cơng việc mà liên hợp máy đảm nhiệm. – Sự ảnh hưởng của điều kiện sử dụng chủ yếu là các tính chất cơ lý của đất, tình trạng mặt đồng, yêu cầu về kỹ thuật nơng học, kích thước lơ thửa … Như vậy để tìm ra các biện pháp nâng cao chất lượng và sử dụng các 5 liên hợp máy cày địi hỏi phải nghiên cứu hàng loạt các vấn đề liên quan. Sự ra đời của các liên hợp máy cày bắt đầu từ sự ra đời của ngành chế tạo máy kéo mà những liên hợp máy kéo đầu tiên được nghiên cứu chính là liên hợp máy cày. Từ đĩ đến nay đã cĩ rất nhiều cơng trình nghiên cứu về các liên hợp máy cày. Tuỳ thuộc vào mục đích và điều kiện nghiên cứu, nội dung và phương pháp nghiên cứu sẽ khác nhau, các kết quả nghiên cứu cũng ở các mức độ khác nhau và cĩ tầm tác dụng khác nhau. Trong từng định hướng nghiên cứu đều xuất phát từ sự nghiên cứu về các bài tốn động học và động lực học. Trên cơ sở đĩ được đề xuất ra các phương án thiết kế cải tiến mẫu máy hoặc đề xuất các phương án sử dụng để nâng cao chất lượng và hiệu quả sử dụng các liên hợp máy cày. Do tính đa dạng và phức tạp của đối tượng, nên hầu hết các vấn đề được nghiên cứu đều sử dụng các kết quả nghiên cứu thực nghiệm để làm chính xác hố các nghiên cứu lý thuyết. Nhiều trường hợp từ việc nghiên cứu thực nghiệm các tác giả đã rút ra được các quy luật bản chất của các quá trình diễn ra trong đối tượng nghiên cứu và nâng lên thành lý thuyết. Trong việc tạo điều kiện cho sự phát triển của ngành cơ khí hố nơng nghiệp, các liên hợp máy cày đã được quan tâm thích đáng. Đã cĩ rất nhiều cơng trình nghiên cứu về liên hợp máy cày bao gồm cả nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm. Trên cơ sở đĩ đã thiết kế chế tạo ra nhiều loại máy cày cĩ kết cấu ngày càng hợp lý, đã nâng cao chất lượng cày và giảm chi phí năng lượng cho khâu cày. Đối với các máy kéo, tính năng sử dụng của chúng cũng được cải tiến để đáp ứng cho phù hợp với khâu cày. Về tổ chức sử dụng các liên hợp máy cày cũng đã được nghiên cứu tương đối đầy đủ. Nhưng do phụ thuộc vào quá nhiều yếu tố nên các cơng trình nghiên cứu về liên hợp máy cày việc tối ưu các thơng số của liên hợp máy cày vẫn cịn nhiều vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu. 6 1.2. Vài nét về tình hình phát triển máy kéo ở Việt Nam [8], [9] Cơng tác nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy kéo ở Việt nam bắt đầu khá sớm, từ năm 1962 đã nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm loại máy kéo MTZ-7M (lấy tên là "Tháng Tám"). Tiếp theo đĩ, liên tục đã cĩ nhiều chương trình nghiên cứu khoa học cấp nhà nước về chế tạo máy kéo. Vào những năm 1988−1989, Bộ Cơ khí−luyện kim đã tiến hành nghiên cứu thiết kế chế tạo máy kéo 50 mã lực BS−50 dựa trên mẫu máy MTZ−50 của Liên Xơ (cũ). Qua thử nghiệm máy kéo BS-50 cho thấy chất lượng chế tạo chưa đảm bảo độ tin cậy sử dụng. Từ 1994 đến 1996, đề tài cấp nhà nước KC04−17 đã thực hiện nghiên cứu thiết kế, chế tạo loại máy kéo 4 bánh, 17 mã lực. Mẫu máy này đã được khẳng định về nguyên lý kết cấu nhưng chưa hồn thiện được quy trình cơng nghệ chế tạo. Năm 1997, Cơng ty Máy kéo và máy nơng nghiệp cùng với Tổng Cơng ty máy động lực thực hiện đề tài KC−05−DA−02 đã thiết kế, chế tạo thử loại máy kéo 4 bánh, 20 mã lực. Tuy nhiên, cho đến nay chưa cĩ mẫu máy kéo lớn nào được sản xuất chấp nhận. Nguyên nhân chính là chúng ta chưa cĩ những hệ thống máy mĩc thiết bị hiện đại đáp ứng được yêu cầu chế tạo các loại máy cĩ kết cấu phức tạp, địi hỏi độ chính xác cao, chưa cĩ cả cơng nghệ hợp lý hoặc tiên tiến và chưa cĩ cả những kinh nghiệm thiết kế… Cĩ thể nĩi sự phát triển của ngành chế tạo máy kéo ở nước ta vẫn đang ở thời kỳ nghiên cứu thăm dị. Trong thời kỳ bao cấp, miền Bắc chủ yếu nhập các loại máy kéo từ các nước Liên Xơ, Trung Quốc và các nước Đơng Âu, trong đĩ số lượng máy kéo nhập từ Liên Xơ chiếm nhiều nhất. Về chất lượng, qua thực tế sử dụng nhiều năm đã khẳng định loại máy kéo bánh MTZ-50/80 và loại máy kéo xích DT- 75 do Liên Xơ chế tạo là phù hợp với điều kiện sản xuất ở nước ta thời kỳ đĩ.[8] Sau nghị quyết 10 của Bộ Chính trị, ruộng đất được giao cho nơng dân 7 sử dụng lâu dài, kích thước ruộng bị thu hẹp, manh mún, các máy kéo lớn khơng phát huy được hiệu quả sử dụng và thay vào đĩ là các loại máy kéo cơng suất nhỏ nhập từ Trung Quốc, Nhật bản hoặc chế tạo trong nước. Các máy kéo được nhập ồ ạt từ nước ngồi khơng được quản lý về chất lượng và cũng khơng cĩ những chỉ dẫn cần thiết của các cơ quan khoa học. Hậu quả của việc trang bị máy mĩc thiếu những căn cứ khoa học cần thiết dẫn đến nhiều chủ máy bị phá sản hoặc hiệu quả sử dụng rất thấp, chưa thật sự cĩ tác dụng kích thích phát triển sản xuất nơng nghiệp. Đây cũng là những bài học thực tế cho cả các nhà khoa học, các nhà quản lý và những người sử dụng máy. Trong những năm gần đây, xu thế là nhập các loại máy kéo cĩ cơng suất lớn hơn và hiện đại hơn như T-130, MTZ80A (Liên Xơ), KOMATSU, D53A, D53P, D85A (Nhật Bản). Các loại máy kéo này bước đầu đã phát huy hiệu quả. Tuy nhiên do giá thành đắt nên khơng cĩ khả năng áp dụng rộng rãi trong sản xuất.[8] 1.3. Các chỉ tiêu sử dụng của liên hợp máy cày Tính năng sử dụng của liên hợp máy bao gồm tính chất máy nơng nghiệp, máy kéo và tính chất sử dụng của cơ cấu truyền lực, cơ cấu phụ trợ. Tính chất về kỹ thuật nơng học của liên hợp máy là chất lượng hồn thành các khâu canh tác; khả năng cơng nghệ do cấu trúc máy, giới hạn vận tốc chuyển động của liên hiệp máy, độ hao hụt sản lượng cây trồng cho phép, dung tích thùng chứa hạt... tính chất này cĩ vai trị quan trọng khi chọn máy nơng nghiệp và thành lập liên hợp máy để thực hiện một khâu canh tác trong điều kiện làm việc nhất định. Tính cơ động của liên hợp máy là khả năng quay vịng, vượt chướng ngại vật, chuyển động ổn định, khả năng thực hiện các cơng việc vận chuyển... Tính chất này cần được chú ý đến khi chọn liên hợp máy làm việc 8 trong điều kiện cụ thể như thửa ruộng nhỏ, chiều dài thửa ruộng ngắn, khâu canh tác địi hỏi liên hợp máy đi thật thẳng hàng. Tính kỹ thuật của máy và liên hợp máy chủ yếu là độ tin cậy trong sử dụng như: tuổi thọ máy cao, ít hư hỏng, dễ dàng sửa chữa và bảo quản…, và những chỉ tiêu kỹ thuật khác như trọng lượng máy, hình dạng ... Tính chất này cần chú ý trước hết là khi tổ chức chăm sĩc phục vụ kỹ thuật cho máy. Tính chất năng lượng của liên hợp máy là khả năng sử dụng cơ năng cho liên hiệp máy làm việc, cĩ liên quan đến lực cản máy nơng nghiệp và cơng suất động cơ máy kéo sản ra. Tính chất này cĩ ý nghĩa quyết định trong quá trình thành lập liên hợp máy, khi xác định số lượng máy nơng nghiệp trong liên hợp máy và chọn chế độ sử dụng của liên hợp máy nĩi chung và chế độ vận tốc nĩi riêng. Tính kinh tế của liên hợp máy là năng suất máy, chi phí lao động, nhiên liệu dầu mỡ, chi phí sử dụng trực tiếp, kim loại riêng, năng lượng riêng. Ngồi ra, tính vệ sinh, an tồn lao động, dễ dàng sử dụng cũng là tính chất sử dụng máy, liên hợp máy. Các tính chất sử dụng như: tính chất kỹ thuật nơng học, tính cơ động của liên hợp máy, tính năng kỹ thuật của máy và của liên hợp máy và các tính chất về an tồn, dễ sử dụng… là các tính chất được quyết định bởi khâu nghiên cứu chế tạo và nĩ trở thành thuộc tính của máy hay liên hợp máy khi đã được chế tạo hay thành lập ta khơng thể thay đổi nĩ để đánh giá ảnh hưởng của nĩ cho nên ở đây chỉ xét một số tính chất quan trọng quyết định tới hiệu quả trong sử dụng của liên hợp máy cày mà các tính chất này chịu ảnh hưởng lớn của các yếu tố điều kiện sử dụng. Đĩ là tính năng lượng của liên hợp máy và tính kinh tế của liên hợp máy với các chỉ tiêu về năng suất, chi phí nhiên liệu riêng. 9 1.4. Lực cản cày Tiết kiệm năng lượng của cày được đặc trưng bởi lực cản kéo mà khi làm việc máy kéo phải sản ra một lực để khắc phục nĩ. Lực cản kéo của máy cày cĩ thể chia thành 2 phần: lực cản lăn của bánh xe tựa đồng của cày treo hoặc các bánh xe của cày mĩc và lực cản làm việc. Lực cản lăn của máy cày được sinh ra chủ yếu là do ma sát trong các ổ đỡ và do sự nén đất của các bánh xe theo phương thẳng đứng. Ngồi ra cịn do lực ma sát của các bánh xe với đất, nĩ được sinh ra do cĩ các thành phần lực dọc trục tác dụng lên các bánh xe. Lực cản lăn phụ thuộc vào kết cấu của các bánh xe, loại và tình trạng kỹ thuật của các ổ đỡ, tải trọng thẳng đứng trên các bánh xe, tốc độ chuyển động và tính chất cơ lý của đất. Lực cản làm việc bao gồm các thành phần sau: lực ma sát các bộ phận làm việc của cày với đất; lực cản do biến dạng của đất gây ra; lực cản do chi phí năng lượng để làm dịch chuyển và lật đất. Lực cản làm việc chủ yếu phụ thuộc vào: kết cấu của bộ phận làm việc và tình trạng kỹ thuật của nĩ; các tính chất cơ lý của đất và tình trạng mặt đồng; độ cày sâu, bề rộng làm việc, tốc độ chuyển động của liên hợp máy. Do phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đĩ cĩ cả các yếu tố ngẫu nhiên, nên việc xác định giá trị lực cản lăn cũng như lực cản làm việc thường được xác định bằng thực nghiệm. Xong để phục vụ tính tốn thiết kế cày cũng như để tính tốn thành lập liên hợp máy nhiều tác giả đã đề xuất các cơng thức thực nghiệm khác nhau. Viện sĩ V.P. Gorinaskin đã đề xuất cơng thức: [6], [12] R = fcGc + KcBh + eBhv 2 ( 1.1) Trong đĩ: R là thành phần lực cản song song với mặt đường; fc là hệ số ma sát giữa bộ phận làm việc với đất; Gc trọng lượng của cày; 10 Kc − lực cản riêng của đất; B − bề rộng làm việc; h − độ cày sâu; v − vận tốc làm việc; e − hệ số tỷ lệ. Các hệ số fc, Kc và e được xác định bằng thực nghiệm. Giá trị của chúng phụ thuộc chủ yếu vào kết cấu của bộ phận làm việc (dạng, vật liệu, trạng thái bề mặt làm việc), các tính chất của đất và độ ổn định chuyển động của liên hợp máy . Cơng thức trên thể hiện tương đối đầy đủ bản chất của quá trình làm việc của bộ phận làm việc của cày. Trong đĩ thành phần fc.Gc biểu thị lực cản do ma sát, KcBh là lực cản sinh ra do làm biến dạng và phá vỡ thỏi đất và eBhv2 là lực cản sinh ra do việc làm dịch chuyển và lật đất. Lực cản chạy khơng chính là lực cản lăn của cày cũng tỷ lệ thuận với trọng lượng của cày, do đĩ nếu tính cả lực cản lăn của cày thì cơng thức (1.1) trở thành: R = fGc + Kc Bh + eBhv 2 (1.2) Trong đĩ: f là hệ số cản chuyển động của cày: f = fc + f0 f0 − hệ số cản lăn của các bánh xe; Để sử dụng các cơng thức (1.1) hoặc (1.2) cần phải xác định nhiều hệ số thơng qua thực nghiệm, trong đĩ khĩ khăn nhất là việc xác định hệ số e. Cĩ thể sử dụng cơng thức đơn giản sau để tính lực cản R của cày: R = K.B.h (1.3) Trong đĩ: K − lực cản riêng của cày. B − bề rộng làm việc. h − độ sâu cày. 11 Giá trị K phụ thuộc chủ yếu vào các tính chất cơ lý của đất, độ sâu cày h và vận tốc làm việc v. Một số giá trị của K được khảo sát ở một số cơng trình nghiên cứu được cho trong bảng sau: Bảng 1.1. Lực cản riêng của cày [7] Trị số lực cản K, ( N/m2) Loại đất Ruộng nước Ruộng khơ - Đất nhẹ (đất cát pha) ở đồng bằng sơng Hồng - Đất trung bình (đất thịt nhẹ và trung bình) ở đồng bằng sơng Hồng - Đất nặng (đất thịt nặng) ở đồng bằng sơng Hồng - Đất nặng ( đất thịt nặng) ở đồng bằng sơng Cửu Long 24000 26000 35800 48000 41500 54000 91300 85000 Lực cản riêng của một số loại cày trong các điều kiện sử dụng khác nhau được cho ở bảng 1.2. Bảng 1.2. Lực cản riêng của một số loại cày [7],[4] Lực cản riêng của cày K, ( N/m2) Loại cày (mã hiệu) Đất gốc rạ, độ ẩm 28-34%, độ chặt (ở độ sâu 20 cm): 26-28 kG/cm2 Đất gốc rạ, độ ẩm 22-25%, độ chặt (ở độ sâu 15-20 cm): 24-26 kG/cm2 CKT-5-35 PN-3-30 CNT-4-25 69.000 75.000 74.000 56.000 - 70.000 12 Mối quan hệ giữa K với vận tốc làm việc v được thể hiện trên hình 1.1. Qua nhiều nghiên cứu thực nghiệm cho thấy sự phụ thuộc của K vào v cĩ thể sử dụng hàm bậc hai để mơ tả: K = K0 + e1v + e2v 2 (1.4) Trong đĩ: K0 , e1, e2 là các hệ số của phương trình hồi quy. Về bản chất K0 chính là thành phần lực cản riêng của đất phụ thuộc vào các loại đất khác nhau và trạng thái vật lý của đất. K0 được xác định bằng Hình 1.1. Sự ảnh hưởng của vận tốc làm việc đến lực cản riêng[15] a) khi h< 20 cm ; b) khi h= 20 ÷ 25 cm; c) khi h = 2 5÷ 27 cm; d) khi h= 27 ÷ 30 cm K = 66.21 + 4.63v2 K, kN/m2 100 90 80 70 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 v, m/s 60 K = 42.89 + 3.73v2 K, kN/m2 70 60 50 40 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 v, m/s K = 52.01 + 4.09v2 K, kN/m2 100 90 80 70 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 60 v, m/s K = 69.20 + 4.07v2 K, kN/m2 100 90 80 70 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 60 v, m/s a) b) d) c) 13 thực nghiệm và khi làm thực nghiệm để xác định K0 thì người ta cĩ xét đến cả lực cản lăn của cày cho nên cơng thức (1.3) chính là lực cản tồn phần của cày. Từ những nghiên cứu thực nghiệm nhiều tác giả đã rút ra cùng một kết luận rằng với cùng một loại cày và ở những giới hạn nhất định của K thì giá trị của các hệ số e1 và e2 gần như khơng thay đổi. Giá trị của các hệ số e1, e2 cĩ thể chọn: với K0 = 45 ÷ 60 kN/m 2 thì e1 = 0; e2 = 3 ÷ 4; với K0 ≥ 60 kN/m 2 thì e1 ≈ 0 ; e2 = 4 ÷ 5. Lực cản riêng của cày cũng cĩ thể xác định theo cơng thức: ( )       ∆ −+= 100 1 11 cKvvKK (1.5) Trong đĩ: K1 − lực cản riêng của cày khi vận tốc v1 = 1,1 ÷ 1,4 m/s; v − vận tốc bất kỳ, m/s; DKc − độ gia tăng lực cản riêng khi vận tốc tăng lên 1 m/s , giá trị của nĩ cĩ thể chọn: khi K1 = 45 ÷ 60 kN/m 2 thì DKc = 11 ÷ 18%; khi K1 > 60 kN/m 2 thì DKc = 18 ÷ 25%; Các cơng thức trên được xây dựng với giả thiết rằng lực cản kéo R hoặc lực cản riêng K của cày là đại lượng khơng thay đổi theo thời gian chuyển động của liên hợp máy hoặc khơng thay đổi theo chiều dài của đường cày. Trong thực tế R hoặc K sẽ bị thay đổi liên tục trong thời gian liên hợp máy làm việc, nghĩa là R và K là các hàm phụ thuộc thời gian và là hàm ngẫu nhiên. Những nguyên nhân chính gây ra sự thay đổi đĩ là tính khơng đồng nhất của đất, do mặt đồng khơng bằng phẳng… Sự thay đổi này cĩ tính chất chu kỳ với biên độ dao động và chu kỳ thay đổi phụ thuộc vào mức độ và quy luật thay đổi của các yếu tố ảnh hưởng. Đối với khâu cày, chu kỳ thay đổi lực cản kéo là T = 0,2 ÷ 2 s. 14 Nhiều cơng trình nghiên cứu khác nhau cịn cho thấy rằng khi chu kỳ thay đổi tải trọng ngồi T > 1,3 s thì khơng thể sử dụng lực quán tính của máy kéo để khắc phục hiện tượng quá tải tức thời của lực kéo. Khi đĩ sẽ dẫn đến làm thay đổi tải trọng của động cơ và cĩ thể dẫn đến quá tải. Vì vậy khi làm việc trên mặt đồng mấp mơ hoặc ở các ruộng cĩ tính chất cơ lý của đất khơng đồng nhất thì việc chọn chế độ tốc độ chuyển động của liên hợp máy sẽ cĩ ảnh hưởng đến quá trình làm việc của động cơ. Khi tính tốn thành lập liên hợp máy kéo thường được dựa trên đường đặc tính kéo, do đĩ để thuận tiện hơn người ta cịn đưa ra hệ số tăng tải trọng kéo KT để đánh giá mức độ thay đổi lực kéo: 11111111111111111111111111111111 tb T P P K max= (1.6) Trong đĩ: Pmax và Ptb là giá trị cực đại và trung bình của kỳ vọng tốn học của lực kéo biểu diễn theo biến số là thời gian làm việc của liên hợp máy. Việc đánh giá tính tiết kiệm năng lượng của máy cày cịn được một số tác giả đề nghị sử dụng chỉ tiêu chi phí nhiên liệu cho đơn vị diện tích do liên hợp máy thực hiện được. Song chi phí nhiên liệu riêng của liên hợp máy cày cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác chẳng hạn như là chế độ hoạt động của động cơ máy kéo cho nên khĩ phân biệt phần nào là do sự ảnh hưởng của máy cày, phần nào là do ảnh hưởng của các yếu tố khác. Vì vậy việc đánh giá tính tiết kiệm năng lượng của máy cày qua lực cản kéo R hoặc lực cản riêng K là hợp lý. Các giá trị của R và K cĩ thể xác định bằng thực nghiệm. Các cơng thức (1.1) ÷ (1.5) cho trường hợp chuyển động đều. Trường hợp chuyển động khơng đều cĩ thể sử dụng dr hoặc Kk nhân vào các giá trị của R và K được tính theo các cơng thức trên. Vì những lý do trên, trong hầu hết các cơng trình nghiên cứu đã cơng bố, 15 các tác giả đều sử dụng giá trị trung bình của lực cản riêng để đánh giá tính tiết kiệm năng lượng của cày và sử dụng giá trị trung bình của lực cản kéo R để tính tốn thành lập liên hợp máy cày. Hệ thống cơng cụ máy mĩc làm đất lúa ở đồng bằng sơng hồng theo quy trình thơng dụng thể hiện ở bảng 1.3 Bảng 1.3: Các quy trình làm đất lúa thơng dụng ở vùng đồng bằng Sơng Hồng.[7] Vụ sản xuất Tên cơng việc Liên hợp máy Năng suất (ha/h) Chi phí năng lượng riêng kW/ha Cày ải MTZ 50+ DH 3-35 0.6 – 0.7 51.4 – 60.0 Lồng lần 1 MTZ 50 + Bánh lồng 0.9 – 1.0 36.0 – 40.0 Lúa xuân Lồng lần 2 MTZ 50 + Bánh lồng 1.2 – 1.3 27.7 – 30.0 Lồng lần 1 MTZ 50 + Bánh lồng 0.9 – 1.0 36.0 – 40.0 Lồng lần 2 MTZ 50 + Bánh lồng 1.1 – 1.2 30.6 – 33.4 Lúa mùa Lồng lần 3 MTZ 50 + Bánh lồng 1.3 – 1.5 24.5 – 28.2 16 Bảng 1.4: Chi phí sử dụng trực tiếp của hệ thống máy làm đất lúa theo quy trình thơng dụng ở đồng bằng Sơng Hồng [7] Vụ sản xuất Liên hợp máy Năng suất (ha/h) Lương cơng nhân Khấu hao (đ/h) Sửa chữa (đ/h) Nhiên liệu (đ/h) Tổng chi phí (đ/h) Chi phí sử dụng (đ/ha) Giá LHM (triệu) T/gian làm việc (năm) Gìơ hoạt động (h/năm ) MTZ 50 + 0H 3 - 35 0.6-0.7 3000 14000 840 37-095 54-935 91.554- 78.479 35 10 250 MTZ 50+ Lồng lần1 0.9-1.0 3000 14000 840 37-095 54-935 62.039- 54.935 35 10 250 Lúa xuân MTZ 50+ Lồng lần2 1.2-1.3 3000 14000 840 37-095 54-935 199.779- 176.639 35 10 250 MTZ 50+ Lồng lần1 0.9-1.0 3000 14000 840 37-095 54-935 61.693- 54.935 35 10 250 MTZ 50+ Lồng lần2 1.1-1.2 3000 14000 840 37-095 54-935 49.941- 45.779 35 10 250 Lúa mùa MTZ 50+ Lồng lần3 1.3-1.5 3000 14000 840 37-095 54-935 42.258- 36.623 35 10 250 17 Bảng 1.5: Quy trình sản xuất lúa của Nhật Bản ở Mỹ Văn Hải Hưng [7] Vụ sản xuất Tên cơng việc Liên hợp máy Năng suất (ha/h) Chi phí năng lượng riêng kW/ha Phay đất Kubota D275DT Khơ lần 1 Fav SX1600NA 0.15 – 0.16 128.75 – 137.30 Phay ruộng Kubota D275DT Bùn sau khi tháo nước Fav HR 2400B 0.36-0.40 51.58- 57/22 Lúa xuân San phẳng Phay ruộng Kubota D275DT Bùn lần 1 Fav HR 2400B 0.31-0.40 51.58- 57/22 Phay ruộng Kubota D275DT Lúa mùa Bùn lần 2 Fav HR 2400B 0.49 – 8.58 41.20 – 51.58 Qua các bảng 1.3; 1.4 và 1.5 chúng ta thấy chi phí năng lượng riêng cho khâu làm đất chiếm tỷ trọng lớn trong quá trình sản xuất lúa, giải quyết tốt khâu làm đất sẽ gĩp phần đáng kể trong quá trình cơ giới hố trồng lúa 18 nhất là trong điều kiện nước ta. Năng suất và chi phí nhiên liệu riêng cho liên hợp máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đĩ cĩ đặc điểm đồng ruộng ( độ chặt, độ ẩm, lực cản riêng của đất, kích thước thửa ruộng ….) ảnh hưởng nhiều đến năng suất làm việc của liên hợp máy. 1.5. Đặc tính tự điều chỉnh số vịng quay động cơ của bộ điều tốc ly tâm mọi chế độ trên động cơ Diesel Trên hình 1.2 và 1.3 là sơ đồ nguyên lý của bộ điều tốc ly tâm mọi chế độ và đường đặc tính chi phí nhiên liệu giờ của động cơ diesel. [10] Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý bộ điều tốc ly tâm mọi chế độ 1-Trục bơm; 2-mặt tựa; 3- viên bi; 4- rãnh trượt; 5-ống trượt; 6- ống chụp; 7-tay địn; 8,9 thanh kéo; 10-tay địn; 11-thước răng; 12-tay địn ga; 13-khớp quay; 14-lị xo; 15-trục tay ga; 16,17- vít điều chỉnh. 19 Trong quá trình làm việc của liên hợp máy, lực cản tác động lên liên hợp máy luơn luơn thay đổi, dẫn tới số vịng quay của động cơ cũng sẽ thay đổi và do đĩ động cơ sẽ làm việc khơng ổn định. Để giúp cho động cơ làm việc tốt, ổn định số vịng quay, người ta sử dụng bộ điều tốc ly tâm mọi chế độ. Ứng với mỗi vị trí của tay ga thì sẽ cĩ một chế độ cung cấp nhiên liệu phù hợp và bộ điều tốc sẽ duy trì ổn định._.