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

NGUYỄN TRỌNG MINH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU MẠCH
THỦY LỰC ĐẾN TÍNH CHẤT HOẠT ĐỘNG
CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 60.52.01.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. BÙI HẢI TRIỀU
HÀ NỘI, NĂM 2015

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

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

MỤC LỤC

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

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2


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

1.3.2.3. Hệ thống lái tự động 24

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

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

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

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

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

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

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

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 30

2.1. Các mạch điều khiển thủy lực cơ bản 30

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

2.1.1.1. Cấu trúc mạch 30

2.1.1.2. Nguồn áp suất 32



3.1.1. Lựa chọn máy gặt đập liên hợp 55

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

3.1.3.2. Tính toán lựa chọn xy lanh thủy lực 60

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

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

3.1.3.5. Tính toán lựa chọn nguồn thủy lực 64

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

3.2.1. Sơ đồ hoạt động của hệ thống 69

3.2.2. Mô hình nguồn năng lượng thủy lực 70

3.2.3 Mô hình mô phỏng van thủy lực 70

3.2.4. Mô hình mô phỏng xy lanh thủy lực 71

3.2.5. Mô hình bộ điều khiển và cảm biến 73

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

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

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

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

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

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

DANH MỤC HÌNH

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

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

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

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

MỞ ĐẦU

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

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

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

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

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

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

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

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

Van hệ quả 4 sẽ mở cho đến khi áp suất giảm xuống dưới một giá trị
cho trước. Khi đó nó đóng lại, ngăn không cho áp suất tiếp tục giảm và lượng
cung cấp cho hệ thống lái dưới mức cho phép.
Các phụ tải thuỷ lực được mắc song song. Van điều chỉnh dòng 5, được
bố trí trước van phân phối điều khiển bằng tay, có nhiệm vụ giới hạn vận tốc
pit tông và tần số quay của phụ tải.
Hình 1.3 Hệ thống thủy lực lưu lượng không đổi trên máy kéo nông nghiệp
1, 2, 3- Bơm dầu; 4- Van phanh mooc; 5, 7, 8, 12- Van phân phối; 6-
Van chặn; 9- Van điều chỉnh; 10, 11- Cân áp suất; 13-Đầu đo áp suất;
14, 15, 16, 17- Van giới hạn áp suất; 18- Chốt giữ thủy lực
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 10

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

Hình 1.4. Hệ thống truyền động thủy tĩnh cho các bộ phận làm việc trên
rơ mooc
Hệ thống thuỷ lực của máy kéo truyền động cho hệ thống chốt rơmoóc,
để gom sản phẩm trên moóc, để xếp đặt thức ăn khô lên cao và để mở cửa
rèm che. Hệ thống thuỷ lực bố trí tại moóc với hệ thống bơm kép có thể tích
làm việc không đổi, truyền động từ trục trích công suất của máy kéo cung cấp
dầu cho các phụ tải còn lại. Một bơm thứ 2 cung cấp lưu lượng qua bộ chia
dòng 1 đến các động cơ truyền động cho sàn và vận chuyển ngang. Để điều
khiển chuyển động của sàn khi lùi và vận chuyển ngang từ trái qua phải sử
dụng các van điện từ 2 và 3. Để điều khiển vô cấp chuyển động của sàn người
ta trang bị một van điều chỉnh dòng 3 ngả tác động điện từ. Khi trục định
lượng dừng, áp suất dầu trên đường vào tăng lên và bộ ngắt áp suất 5 sẽ ngắt
tự động bộ phận truyền động đẩy sàn. Van phân phối 2 sau đó chỉ còn giữ vị
trí mạch cho chuyển động lùi về. Ngoài ra truyền động và điều khiển thủy lực
còn được ứng dụng phổ biến trên các máy nông nghiệp phức tạp khác như
máy thu hoạch lúa, ngô và cây có củ. Các chức năng điều khiển của các hệ
thống sẽ được giới thiệu trong mục 1.3.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 11
Hình 1.6. Truyền động di động thủy tĩnh trên máy nâng hàng
Truyền động thuỷ tĩnh cho hệ thống di động được mắc trong mạch kín.
Điều khiển vận tốc chuyển động được thực hiện gọn và thuận tiện nhờ bàn
đạp ga và bàn đạp điều chỉnh.
Bơm dầu điều khiển được 1 nhận truyền động từ động cơ diezel được
kết nối cơ học với bơm điều khiển và đồng thời cũng là bơm cung cấp 2.
Dòng dầu cung cấp tỷ lệ thuận với tần số quay của bơm điều khiển tạo ra một
độ sụt áp suất tại màng chắn 3, chuyển đổi thành một áp suất điều khiển nhờ
van điều chỉnh 4.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật
Page 13

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

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

Trích đoạn Nguồn áp suất Cấu trúc mạch cơ bản Van tỷ lệ không có phản hồi Lựa chọn máy gặt đập liên hợp

---