TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển gỗ
1.1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển gỗ trên thế giới
Khai thác gỗ là quá trình biến cây đứng thành sản phẩm gỗ tròn và vận chuyển đến điểm tiêu thụ, đóng vai trò cầu nối giữa tài nguyên rừng và các ngành công nghiệp sử dụng gỗ Việc khai thác phải tuân thủ công nghệ nhất định, phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội địa phương và môi trường để giảm chi phí sản xuất và tác động xấu Chi phí vận chuyển gỗ có thể chiếm tới trên 45% tổng chi phí khai thác.
Vận chuyển gỗ ở Brazil chủ yếu bằng xe tải chuyên dụng như xe tải không rơ moóc, xe tải và sơ mi rơ moóc, hoặc xe tải kéo rơ moóc, với bốc dỡ cơ giới hóa tại các kho gỗ lớn Ngược lại, ở các khu vực khai thác nhỏ, bốc dỡ thủ công vẫn phổ biến Tại Phần Lan và các nước Bắc Âu, vận chuyển gỗ từ rừng đến nơi tiêu thụ chủ yếu bằng đường bộ từ những năm 80 trở về trước.
Vận chuyển gỗ từ rừng về nhà máy chủ yếu bằng ôtô, sử dụng các xe vận tải cỡ lớn có thể kéo một hoặc hai rơ moóc Việc vận chuyển bằng đường thủy và đường sắt có xu hướng giảm Việc sử dụng máy kéo xích và máy kéo bánh hơi lâm nghiệp gây phá hoại bề mặt đất rừng, ảnh hưởng xấu đến tái sinh và tăng xói mòn Khâu bốc dỡ gỗ về cơ bản đã được cơ giới hóa tối đa.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển gỗ ở Việt Nam Ở nước ta, phần lớn gỗ được khai thác, sản xuất và tiêu thụ trong nội địa chiếm 98% gỗ tròn, 92% gỗ xẻ và 80% sản phẩm giấy Một phần gỗ và các lâm sản đặc sản như quế, dầu hồi, hạt điều, cánh kiến được được xuất khẩu sang các nước như: Nhật Bản, Hồng Kông, Singapore, Thái Lan
Vận chuyển gỗ đường dài từ bãi trung chuyển đến nhà máy giấy chủ yếu bằng đường sông và đường bộ, sử dụng xe ôtô chuyên dụng, tàu thủy và thuyền để tối ưu hóa chi phí và hiệu quả.
Hình 1.1 Vận chuyển gỗ bằng ô tô lâm nghiệp chuyên dùng luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Vận chuyển đường ngắn bao gồm việc di chuyển gỗ từ nơi khai thác đến bãi gỗ, nhà máy chế biến, với các phương tiện vận chuyển đa dạng từ xe Reo 7, Volvo, Jil 157K, IFA, xe công nông trước đây, đến các loại xe tải cỡ trung bình và lớn hiện nay được các hộ kinh doanh rừng và doanh nghiệp chế biến gỗ ưa chuộng.
Hình 1.2 Vận chuyển gỗ bằng ôtô tải cỡ trung bình
Vận chuyển đường bộ bằng ôtô có ưu điểm vượt trội về tính linh hoạt, phù hợp với nhiều dạng địa hình và phương thức khai thác khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp cận và phục vụ đa dạng nhu cầu vận chuyển.
Tuy nhiên, loại hình vận chuyển gỗ bằng đường ôtô có một số hạn chế nhất định:
- Chi phí cho xây dựng hệ thống đường ôtô lâm nghiệp từ đường trục đến đường nhánh tương đối lớn
Thiết kế và thi công đường ôtô sai quy cách gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, bao gồm rừng, đất rừng, hệ sinh thái động thực vật, các dòng chảy tự nhiên và cộng đồng dân cư lân cận.
Chi phí vận chuyển gỗ có thể chiếm tới hơn 45% tổng chi phí khai thác, một yếu tố quan trọng cần xem xét trong quản lý chi phí ngành gỗ.
Xe tải trọng lớn gây áp lực lên mặt đường, làm giảm khả năng vận chuyển do biến dạng nền và áo đường Do đó, cần bảo trì đường thường xuyên để đảm bảo hiệu quả khai thác.
Đối với các tuyến đường chất lượng thấp, đặc biệt là đường trục phụ và đường nhánh không có áo đường, mặt đường thường xuyên lầy lội vào mùa mưa, gây khó khăn cho việc vận chuyển và lưu thông, ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế và đời sống của người dân địa phương.
Trong quá trình vận chuyển, khí thải và nhiên liệu từ thiết bị bốc dỡ gây ô nhiễm không khí Quản lý không tốt có thể dẫn đến ô nhiễm nguồn nước và các dòng chảy.
Yêu cầu kỹ thuật trong vận chuyển gỗ bằng đường ôtô
Các xe vận chuyển gỗ cần tuân thủ đúng tải trọng quy định để đảm bảo an toàn và bảo vệ mặt đường khỏi hư hại.
Để giảm thiểu tác động tiêu cực lên mặt đường, chỉ nên sử dụng các loại xe có độ bám và khả năng vượt trội khi di chuyển trên những đoạn đường đặc biệt xấu và lầy lội.
Để vận chuyển gỗ an toàn và hiệu quả, nên sử dụng các loại xe chuyên dụng được trang bị đầy đủ thiết bị kỹ thuật như cọc ke thẳng đứng, cáp và xích chắc chắn, đảm bảo an toàn trên cả đường lâm nghiệp và đường công cộng.
- Trong trường hợp đường quá trơn và lầy lội, xe chở gỗ cần có các trang thiết bị trợ giúp như tời chống trượt, xích chống trượt
Tổng quan về nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo
1.2.1 Tổng quan nghiên cứu về dao động ôtô, máy kéo trên thế giới
Trong công trình [48], Muller đề xuất mô hình không gian mô tả dao động của máy kéo bánh hơi với 7 bậc tự do, bao gồm dao động thẳng đứng, xoay quanh trục ngang, dao động dọc, xoay quanh trục dọc và dao động liên kết xoay quanh trục cân bằng Mô hình này bỏ qua tác động của tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác.
Nghiên cứu của Volgel [49] về động lực học của liên hợp máy cày, xét đến dao động của lực kéo và tải trọng thẳng đứng, đã đánh giá tác động của các yếu tố ảnh hưởng đến dao động máy khi cày đất, mặc dù thiếu thực nghiệm chứng minh.
Nghiên cứu của Wendeborn [50] đã xây dựng mô hình lý thuyết và thực nghiệm để nghiên cứu tính chất động lực học của dao động thẳng đứng máy kéo, tập trung vào dao động thẳng đứng mà không xét đến chuyển động quay.
Công trình nghiên cứu này còn hạn chế trong việc đánh giá đầy đủ các tính chất động lực học của máy kéo và các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động, đặc biệt là trong liên hợp máy Điều này xuất phát từ việc công trình chưa xem xét đến 9 chuyển động khác có thể tác động đến hệ thống.
Năm 1973, Barski I.B [1] nghiên cứu chuyên sâu về Động lực học máy kéo, bao gồm động lực học của cả máy kéo bánh hơi và máy kéo bánh xích, đồng thời đánh giá độ êm dịu chuyển động của chúng.
Năm 1983 Đobrưnhin Iu.A [46], nghiên cứu động lực học thẳng đứng của máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ
Năm 1987, Zucov A.B đã nghiên cứu dao động của máy kéo lâm nghiệp, đồng thời các nghiên cứu khác cũng xem xét ảnh hưởng của tải trọng, vận tốc và độ mấp mô mặt đường lên dao động thẳng đứng của máy kéo.
Nghiên cứu về dao động ô tô đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể trên thế giới, tập trung vào hệ thống "Đường-Xe-Người" Các hãng sản xuất ô tô và cơ quan chuyên môn hàng đầu đã thiết lập phòng thí nghiệm và bãi thử để nghiên cứu dao động ô tô, bao gồm biến dạng mặt đường và khả năng chịu đựng của con người.
1.2.2 Tổng quan nghiên cứu về dao động ôtô, máy kéo ở Việt Nam
Trong sản xuất lâm nghiệp, hoạt động khai thác gỗ diễn ra trong rừng, sử dụng máy kéo chuyên dụng hoặc máy kéo nông nghiệp có lắp thiết bị chuyên dùng Ở Việt Nam, thường sử dụng máy kéo nhập khẩu và xe tải cỡ trung bình hoặc lớn để vận chuyển gỗ Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào xây dựng định mức kinh tế kỹ thuật.
Tại Việt Nam, nghiên cứu về đặc tính động lực học của ôtô tải cỡ trung bình còn hạn chế Các yếu tố như độ ổn định, khả năng kéo bám khi tải trọng thay đổi và đặc trưng động lực học của các bộ phận xe khi hoạt động trên các địa hình khác nhau chưa được nghiên cứu đầy đủ.
Có thể kể ra một số công trình nghiên cứu về dao động ôtô, máy kéo ở nước ta như sau:
Năm 1990, Bùi Hải Triều đã xây dựng mô hình phản ánh hoạt động và cấu trúc máy kéo bánh hơi, mô tả tác động qua lại giữa động cơ và máy điều chỉnh, tính đến tính đàn hồi, giảm chấn, bám và trượt của các bộ phận Tuy nhiên, công trình này chủ yếu tập trung vào hệ thống truyền lực, chưa xem xét đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động của liên hợp máy nói chung.
Công trình nghiên cứu của GS.TS Nguyễn Hữu Cẩn và các cộng sự
Đánh giá tính êm dịu trong chuyển động của ôtô máy kéo dựa trên tần số, gia tốc và thời gian tác động của dao động Dao động theo phương thẳng đứng (OZ) ảnh hưởng chính đến người lái, trong khi ảnh hưởng của dao động theo phương ngang (OX) và phương dọc (OY) là không đáng kể.
Th.S Nguyễn Hồng Quang [29], đã nghiên cứu dao động của máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết
Th.S Lưu Văn Hưng đã nghiên cứu dao động của rơ moóc một trục chở gỗ Nghiên cứu này tập trung vào việc lắp thêm bộ phận đàn hồi có giảm chấn giữa khung và trục bánh xe để cải thiện dao động.
Các nghiên cứu về dao động máy kéo ở Việt Nam còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào ảnh hưởng của rung xóc đến sức khỏe người lái và đề xuất các biện pháp giảm rung đơn giản như cải tiến ghế chống rung, tuy nhiên, các nghiên cứu này thường xem xét dao động trong điều kiện cụ thể và mô hình hóa hệ thống một cách tuyến tính, một bậc tự do.
Năm 2010, Tô Quốc Huy nghiên cứu giải pháp giảm sóc cho người lái xe tải xích cao su MST-600 khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
Các nghiên cứu thiết kế giảm rung [25], [27] thường dựa trên số liệu dao động của con người để chọn các thông số chủ yếu như khối lượng người-ghế, độ cứng lò xo và hệ số cản Tính toán được thực hiện dựa trên điều kiện cho phép về biên độ dịch chuyển, đảm bảo hiệu quả giảm rung tối ưu.
Th.S Huỳnh Quốc Hội [22] đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang, lắc dọc của ô tô ở vận tốc cao
Th.S Hoàng Gia Thắng [31] đã nghiên cứu dao động trong mặt phẳng thẳng đứng của toa xe khách bốn trục hai hệ lò xo khi qua mối nối ray
Tổng quan về hệ thống treo của ôt ô, máy kéo
1.3.1 Các bộ phận của hệ thống treo trên ôtô, máy kéo
Hệ thống treo giúp bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng, đảm bảo sự êm dịu và hạn chế các chuyển động không mong muốn như lắc ngang, lắc dọc Hệ thống này truyền lực giữa bánh xe và khung xe, bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và lực bên, đồng thời cần có độ cứng thích hợp để dập tắt nhanh dao động, mang lại trải nghiệm lái xe êm ái.
Độ an toàn và độ êm dịu của ôtô, máy kéo phụ thuộc vào tính năng hệ thống treo, vốn là kết quả của sự dung hoà giữa các lựa chọn thiết kế để đạt được biên độ lớn.
Cấu tạo chung của hệ thống treo thường dùng trên ôtô, máy kéo có các bô phận sau:
* Bộ phận đàn hồi: Trong hệ thống treo, bộ phận đàn hồi thường dùng lò xo xoắn, bó nhíp, túi khí nén, đệm cao su
Lò xo có kết cấu gọn gàng, đặc biệt khi được bố trí lồng vào giảm chấn, giúp tiết kiệm không gian và hạ thấp trọng tâm xe So với nhíp, lò xo trụ có khối lượng nhỏ hơn, độ bền và tuổi thọ cao hơn, góp phần nâng cao tốc độ xe.
không mong muốn, giúp xe vận hành ổn định hơn.
Lò xo dùng cho các loại xe ôtô du lịch, xe tải nhỏ, xe khách có các loại lò xo như lò xo trụ, lò xo côn, (hình 1.3)
Hình 1.3: Lò xo trụ dùng trong hệ thống treo
Nhíp treo không cần thanh ổn định, đơn giản và rẻ tiền, dễ bảo dưỡng Tuy nhiên, nhược điểm của loại nhíp này là khối lượng lớn và chiều cao trọng tâm xe cao, ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe di chuyển Ngoài ra, vết bánh xe cũng thay đổi khi xe vận hành.
Hiện tượng 15 bánh bị nâng lên gây ra lực ngang và giảm độ bám đường, làm tăng nguy cơ trượt ngang, trong đó bó nhíp và đệm cao su là các loại được sử dụng phổ biến trên ôtô và máy kéo.
Hình 1.4: Bó nhíp Hình 1.5: Đệm cao su
Đệm khí là phần tử đàn hồi hoạt động dựa trên tính đàn hồi của không khí khi nén Hệ thống treo khí, ứng dụng hiệu quả trên ô tô, tận dụng nguyên tắc này để mang lại khả năng giảm xóc và điều chỉnh độ cao gầm xe linh hoạt.
Bộ phận đàn hồi loại khí được sử dụng trên các xe ô tô hiện đại, đặc biệt là các xe có trọng lượng thay đổi lớn như xe khách và xe tải, cho phép tự động điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất không khí bên trong Việc giảm độ cứng hệ thống treo giúp cải thiện độ êm dịu khi xe di chuyển.
* Bộ phận giảm chấn : Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích sau:
Bộ phận giảm xóc giúp giảm và dập tắt các va đập từ bánh xe lên khung xe, bảo vệ bộ phận đàn hồi và tăng tiện nghi Đồng thời, giảm xóc đảm bảo dao động của phần không treo ở mức tối thiểu, duy trì tiếp xúc bánh xe với mặt đường, cải thiện tính năng lái, tăng tốc và an toàn.
Giảm chấn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao tính chất chuyển động của xe, bao gồm khả năng tăng tốc và đảm bảo an toàn Cơ chế hoạt động của giảm chấn dựa trên việc chuyển đổi cơ năng thành nhiệt năng thông qua ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu, giúp dập tắt các dao động của xe khi di chuyển.
Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều ở cấu trúc hai lớp, (hình 1.7)
Hình 1.7: Cấu tạo bộ phận giảm chấn thường dùng trên ôtô, máy kéo luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Ống nhún giảm chấn thủy-khí là một giải pháp cao cấp trên xe hơi hiện đại, kết hợp lò xo đàn hồi giảm chấn và lò xo khí thủy lực Hệ thống này có cấu tạo phức tạp và chi phí cao do sử dụng hệ thống nén khí cao áp Piston của bộ phận đàn hồi đồng thời là trục của bộ giảm chấn, với lò xo khí nằm trong khối cầu bọc màng cao su đặc biệt, nối với piston qua đường ống thủy lực.
Hình 1.8: Cấu tạo bộ phận giảm chấn thuỷ - khí dùng trên ôtô hiện đại
* Bộ phận ổn định và dẫn hướng
Hình 1.9: Thanh ổn định và các đòn dẫn hướng trong cơ cấu treo luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Thanh ổn định, thường có cấu tạo chữ U, đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng tải trọng giữa các bánh xe, đặc biệt khi có sự chênh lệch phản lực thẳng đứng Một đầu của thanh ổn định được gắn vào phần không được treo của xe, trong khi đầu còn lại nối với thân vỏ xe thông qua các ổ đỡ cao su, giúp giảm thiểu tình trạng lật xe và tăng cường độ ổn định khi vào cua.
Bộ phận dẫn hướng: có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và các mômen từ bánh xe lên khung hoặc thân xe, (hình 1.9)
* Một số kiểu bố trí hệ thống treo trong ôtô, máy kéo
Trong cấu tạo ôtô, xe máy hiện đại, có nhiều kiểu bố trí hệ thống treo, nhưng phổ biến nhất là các cách bố trí được sử dụng rộng rãi ngày nay.
Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng dầm cầu liền kết nối các bánh xe, với bộ phận giảm chấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu Chuyển động thẳng đứng của một bánh xe sẽ ảnh hưởng đến vị trí bánh xe đối diện.
Hình 1.10: Hệ thống treo phụ thuộc dùng lá nhíp
Hệ treo độc lập hai đòn dọc có cấu trúc mỗi bên một đòn dọc, thường song song và sát bánh xe Một đầu đòn dọc gắn cố định với moayơ bánh xe, đầu còn lại liên kết bản lề.
Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ôtô, máy kéo
1.4.1 Tần số dao động riêng
Tần số dao động riêng của hệ dao động, như khối lượng trên lò xo, đo lường số dao động trong một giây (Hz) hoặc một phút, thể hiện đặc tính dao động tự nhiên của hệ.
Trong đó: C - Độ cứng của hệ dao động;
M - Khối lượng được đặt trên hệ
Tần số dao động riêng của hệ thống chỉ phụ thuộc vào các thông số như khối lượng và độ cứng, không phụ thuộc vào kích thích dao động ngoài.
Gia tốc dao động riêng là một chỉ tiêu quan trọng, thể hiện ảnh hưởng đồng thời của biên độ và tần số dao động, có ý nghĩa lớn trong nghiên cứu dao động cưỡng bức do sự kích thích từ mặt đường.
1.4.3 Chỉ tiêu về độ êm dịu
Hệ số êm dịu K, được phát triển bởi các kỹ sư Đức (VDI), đo lường cảm giác của con người khi chịu dao động, với K không đổi biểu thị cảm giác dao động không đổi Hệ số K này phụ thuộc vào tần số dao động và gia tốc dao động (khi
Tần số dao động ảnh hưởng đến cơ thể con người, được đo bằng Hz (khi 5Hz) hoặc vận tốc (khi 15 Hz), phụ thuộc vào hướng dao động (thẳng đứng, ngang) và thời gian tác động.
Hệ số K được xác định dựa trên trị số biên độ gia tốc \$\$\ddot{z}\$\$ hoặc gia tốc bình phương trung bình \$\$\ddot{z}_c\$\$, theo công thức đã được công bố rộng rãi trong các nghiên cứu liên quan.
Trong đó: nv - Tần số dao động (Hz)
- Gia tốc bình phương trung bình (m/s 2 )
Hệ số hấp thụ (K) được xác định thông qua các yếu tố như \$\mathcal{z}\$ hoặc \$\mathcal{z}_c\$ Khi con người ở tư thế nằm và chịu tác động của dao động ngang, hệ số \$K_y\$ sẽ giảm đi một nửa Hệ số \$K\$ càng nhỏ, khả năng chịu đựng dao động càng cao, đồng nghĩa với việc xe ô tô hoặc máy kéo êm dịu hơn Ngưỡng kích thích tương ứng với giá trị \$K = 0.1\$ Trong điều kiện di chuyển kéo dài, giá trị \$K\$ cho phép nằm trong khoảng 10-25, còn đối với các chuyến đi ngắn hoặc trên xe tự hành, \$K\$ có thể dao động từ 25-63.
Các phương pháp cơ học trong nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo
Phương pháp nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo tập trung vào việc lập và xử lý mô hình toán học, mô tả dao động của các khối lượng trong cơ hệ, giúp phân tích và dự đoán hành vi dao động của xe.
Các phương pháp lập mô hình toán học, như phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp D'Alembert, thường được sử dụng để mô tả chuyển động của hệ cơ học thông qua các phương trình vi phân, bao gồm cả việc áp dụng phương trình Lagrange loại II.
1.5.1 Phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là một phương pháp gần đúng để giải các bài toán biên Trong cơ học, FEM chia vật thể thành các phần tử nhỏ, liên kết với nhau tại các điểm nút Các đại lượng cần tìm ở nút là ẩn số của bài toán.
Để giải bài toán biên trong miền W, phương pháp phần tử hữu hạn chia miền thành các miền con Wj, gọi là các phần tử hữu hạn, sao cho chúng không giao nhau và chỉ chung đỉnh hoặc cạnh, với tải trọng trên các phần tử được đưa về các nút (ẩn số nút).
Nghiệm xấp xỉ của bài toán biên được tìm trong không gian hữu hạn chiều các hàm khả vi trên miền W Các hàm này bị giới hạn trên từng phần tử hữu hạn Wj và có dạng đa thức, giúp đơn giản hóa việc tính toán và tìm nghiệm gần đúng.
Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) cho phép chọn cơ sở không gian từ các hàm số \$\psi_1(x), , \psi_n(x)\$ với giá trị gần nhau trong tập hữu hạn \$W_j\$ Nghiệm xấp xỉ được biểu diễn dưới dạng tổ hợp tuyến tính \$c_1\psi_1(x) + + c_n\psi_n(x)\$, trong đó các hệ số \$c_k\$ cần xác định Việc tìm kiếm các hệ số này thường quy về giải một phương trình đại số với ma trận thưa, giúp đơn giản hóa quá trình tính toán Phương pháp này linh hoạt trong việc xấp xỉ các miền hình học phức tạp bằng cách sử dụng các phần tử hữu hạn có cạnh là đường thẳng hoặc đường cong, và có thể áp dụng để giải gần đúng các bài toán biên tuyến tính, phi tuyến, cũng như các bất phương trình.
1.5.2 Phương pháp sử dụng nguyên lý Dalambe:
Nguyên lý D'Alembert chuyển bài toán động lực học về tĩnh học bằng cách đưa lực quán tính vào hệ, cho phép thiết lập phương trình chuyển động dựa trên tổng đại số các lực tác dụng Các phần tử hệ dao động được tách độc lập và cân bằng tĩnh, từ đó xây dựng phương trình cho từng phần tử để giải hệ phương trình.
Phương pháp này thông dụng trong giải toán động lực học và trực quan hóa ảnh hưởng lên từng phần tử dao động, đặc biệt hiệu quả khi hệ dao động đơn giản.
1.5.3 Phương pháp sử dụng phương trình Lagranger loại II
Phương trình Lagranger hạng II có dạng tổng quát như sau: i i i i i q Q q q
Trong đó: T - hàm động năng của hệ; П - hàm thế năng của hệ; Ф - hàm hao tán của hệ; q i - các toạ độ suy rộng (i = 1, 2,.…, n);
Q i - lực suy rộng tương ứng với toạ độ suy rộng thứ i
Để thiết lập mô hình toán học, ta thay thế các hàm động năng, thế năng, năng lượng tiêu tán và lực suy rộng vào phương trình Lagrange loại II, thu được một hệ phương trình vi phân Số lượng phương trình này tương ứng với số lượng khối lượng quy đổi trong mô hình Về mặt lý thuyết, hệ phương trình vi phân này có thể được rút gọn thành một phương trình vi phân bậc cao duy nhất, với bậc của phương trình phụ thuộc vào số lượng phương trình ban đầu trong hệ.
Phương pháp giải cơ hệ phụ thuộc vào mô hình cơ học, đặc biệt với cơ hệ hôlônôm, phương trình Lagranger loại II thường được áp dụng do tính chất ràng buộc của nó không chứa yếu tố vận tốc và thời gian.
Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo
Xử lý mô hình toán học bao gồm giải và mô phỏng các phương trình vi phân, trong đó phương pháp giải tích thường được ưu tiên cho các phương trình không quá phức tạp.
Việc mô hình hóa cơ học với nhiều khối lượng quy đổi dẫn đến phương trình vi phân bậc cao, gây khó khăn cho việc giải và mô phỏng Tuy nhiên, sự trợ giúp của máy tính điện tử ngày nay đã khắc phục vấn đề này Các hệ chương trình như Mathematica, Maple, Mathcad và Matlab & Simulink hỗ trợ đắc lực cho việc giải và mô phỏng phương trình vi phân.
Mathematica là một phần mềm đa năng, kết hợp tính toán ký hiệu, số và đồ họa, cùng với ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ, ban đầu được thiết kế cho khoa học vật lý, công nghệ và toán học, nhưng nay đã mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác, bao gồm cả thiết kế trong công nghệ hiện đại.
Maple cho phép nhập biểu thức toán học theo ký hiệu truyền thống và tạo giao diện tùy chỉnh dễ dàng, hỗ trợ cả tính toán số và hình thức Các phép tính số học dựa trên thư viện NAG được mở rộng để đạt độ chính xác cao, đồng thời Maple tích hợp ngôn ngữ lập trình cấp cao đầy đủ.
29 Ưu điểm của Maple là giải phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng, vẽ đồ thị trong không gian 2 chiều, 3 chiều [13]
MATHCAD là một chương trình xử lý toán học phổ biến, hỗ trợ thiết kế bằng máy tính và xuất bản các văn bản dễ hiểu, trình bày rõ ràng các công thức tính toán Nó cũng có khả năng lập trình như một ngôn ngữ lập trình bậc cao.
MATHCAD là một công cụ mạnh mẽ, có khả năng thay thế EXCEL trong việc diễn đạt các bảng tính thiết kế cơ khí và xây dựng, đồng thời cung cấp phần đồ họa trực quan và đa dạng hơn Đặc biệt, MATHCAD vượt trội trong các tính toán phức tạp như giải phương trình vi phân, phép toán ma trận, bài toán số phức và tối ưu hóa, giúp người dùng dễ dàng thực hiện và kiểm soát các quy trình kỹ thuật phức tạp.
1.6.4 Phần mềm Matlab & Simulink Đối với việc giải và mô phỏng phương trình vi phân thì Matlab & Simulink là công cụ trợ giúp đắc lực và được sử dụng phổ biến hiện nay Matlab & Simulink là một chương trình lớn trong lĩnh vực toán số với thế mạnh là tính toán và mô phỏng hệ thống
Simulink, một phần mở rộng của Matlab, được sử dụng để mô hình hóa, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học, cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu và các khối chức năng quen thuộc trên giao diện đồ họa.
Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động
Để kiểm tra tính đúng đắn và độ tin cậy của mô hình toán học lý thuyết, thực nghiệm là bước quan trọng Trong thực nghiệm, các phép đo được tiến hành để xác định thông số thực và quy luật biến đổi của chúng.
So sánh kết quả thực nghiệm với tính toán lý thuyết là bước quan trọng để đánh giá độ tin cậy của lý thuyết Nếu sai lệch nằm trong phạm vi cho phép và giải thích được, lý thuyết có thể được chấp nhận, góp phần vào việc xây dựng nền tảng kiến thức khoa học vững chắc.
Ngày nay, thực nghiệm nghiên cứu dao động ôtô thường dùng phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện, biến đổi chúng thành tín hiệu điện trung gian Tín hiệu này được khuếch đại, và thông qua việc đo lường các đại lượng điện, ta xác định được các đại lượng cần đo, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
Thiết bị điện có khả năng thay đổi độ nhạy trong phạm vi rộng, cho phép đo các đại lượng rất bé và khuếch đại lên nhiều lần Do quán tính nhỏ và dải tần số rộng, chúng đo được các đại lượng biến đổi nhanh Thiết bị này cũng có khả năng đo từ xa, đo đồng thời nhiều đại lượng, truyền kết quả trên khoảng cách lớn và liên hợp với các thiết bị khác để điều khiển tự động.
Sơ đồ nguyên lý của phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện, kết hợp thiết bị kỹ thuật số và máy tính, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi và xử lý tín hiệu đo.
Trong đó: - CB - cảm biến;
- A/D - bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự (Analog) sang tín hiệu số (Digital) luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
- PC - máy tính đã được cài đặt các phần mềm đo lường và xử lý số liệu, có chức năng ghi lại và hiển thị các kết quả đo
Cảm biến CB là tập hợp các chuyển đổi đo được bố trí trực tiếp trên đối tượng cần đo, biến đổi các đại lượng không điện thành đại lượng điện.
Bộ khuếch đại K, thường được chế tạo thành bộ phận độc lập, có chức năng khuếch đại tín hiệu đo lên nhiều lần
Các bộ khuếch đại K và bộ chuyển đổi A/D hiện nay thường được tích hợp chung vào một thiết bị và điều khiển bằng phần mềm riêng, ví dụ như thiết bị DMC Plus với phần mềm DMC Laplus, hoặc thiết bị Spider8 với phần mềm Spider8 Control Phần mềm Catman cũng được sử dụng để điều khiển cả hai loại thiết bị này.
Cảm biến CB thu thập dữ liệu từ vật đo và chuyển tín hiệu đến bộ khuếch đại K, nơi tín hiệu được khuếch đại lên đáng kể Sau đó, bộ chuyển đổi A/D chuyển tín hiệu sang dạng số và lưu trữ vào máy tính dưới định dạng ASCII Thực nghiệm đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu dao động ô tô máy kéo, và sự tương đồng giữa kết quả lý thuyết và thực nghiệm là yếu tố then chốt để đánh giá độ tin cậy của nghiên cứu.
Tóm lại, ngành khai thác và vận chuyển gỗ rừng trồng hiện nay đã áp dụng nhiều công nghệ và thiết bị hiện đại Các doanh nghiệp tại Việt Nam thường sử dụng xe tải nhỏ và trung bình như Hyundai (đặc biệt là loại 3,5 tấn), Forlan, Vinaxuki, Dongfeng để vận chuyển gỗ, nhất là trên các tuyến đường lâm nghiệp.
Nghiên cứu dao động của xe là cần thiết để nâng cao khả năng chuyển động êm dịu và chọn chế độ sử dụng hợp lý khi vận chuyển gỗ Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động bao gồm tần số dao động riêng, gia tốc dao động và thời gian tác động của dao động Có nhiều phương pháp để lập phương trình vi phân dao động và các phần mềm hỗ trợ giải, việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào mô hình cơ học của cơ hệ.
Để giải quyết các vấn đề liên quan đến dao động của xe tải trong điều kiện vận chuyển đặc thù, đề tài "Nghiên cứu dao động của xe ôtô Hyundai tải trọng 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp" được thực hiện, tập trung vào phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định và an toàn của xe.
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu dao động của xe ô tô HYUNDAI 3,5 tấn khi chở gỗ trên đường lâm nghiệp là cơ sở quan trọng để hoàn thiện hệ thống treo Việc này giúp chọn chế độ sử dụng xe hợp lý hơn, tối ưu hóa hiệu suất và độ bền.
Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu tập trung vào xe ôtô Hyundai 3,5 tấn sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam, chuyên vận chuyển gỗ trên các tuyến đường lâm nghiệp, một đối tượng quan trọng trong ngành vận tải gỗ hiện nay.
2.2.1 Xe ô tô Hyundai trọng tải 3,5 tấn Ôtô Hyundai 3,5 tấn (hình 2-1) là loại xe tự đổ hai cầu, cầu trước bị động, cầu sau chủ động, được sử dụng để vận chuyển hàng hóa trên thị trường đặc biệt là các hàng hóa như đá, cát, gỗ, xi măng……Xe có tính cơ động cao, vận chuyển trên nhiều loại đường
Hình 2-1: Xe Hyundai 3,5 tấn luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Xe ôtô Hyundai (Model HD72) 3,5 tấn có đặc tính kỹ thuật và thông số cơ bản như sau (Bảng 2.1)
Bảng 2-1: Thông số kỹ thuật cơ bản của xe ô tô Hyundai 3,5 tấn
TT Thông số kỹ thuật chính
1 Loại động cơ Model: D4AE
2 Momen xoắn cực đại Kgm/rpm) 30/2000
4 Áp suất không khí trong lốp xe 3,5- 4,0 KG/ cm 2
5 Tốc độ tối đa (Km/h): 85
6 Hệ thống truyền động Cầu sau chủ động
7 Kích thước chiều dài tổng thể (mm) 6483
8 Kích thước chiều rộng tổng thể (mm) 2180
9 Kích thước chiều cao tổng thể (mm) 2245
10 Kích thước chiều dài lòng thùng (mm) 3100
11 Kích thước chiều rộng lòng thùng (mm) 1900
12 Kích thước chiều cao lòng thùng (mm) 600
2.2.2 Biên dạng đường lâm nghiệp
Luận án tiến sỹ của Nguyễn Tiến Đạt nghiên cứu về đường vận chuyển lâm nghiệp, thường là đường đất tự nhiên hoặc đường dải đá Nền đường phù hợp cho máy kéo bánh hơi và xe ô tô cỡ nhỏ, được san ủi để loại bỏ chướng ngại vật và đảm bảo độ dốc cho phép.
Trong nghiên cứu, người ta chia mặt đường ra hai dạng chính sau:
- Dạng mặt đường xác định Bao hàm những chướng ngại vật đơn chiếc phân bố xa nhau và dạng mặt đường biến đổi tuần hoàn
Dao động của xe chữa cháy rừng đa năng chịu ảnh hưởng lớn từ độ mấp mô mặt đường, yếu tố đóng vai trò đầu vào quan trọng trong nghiên cứu dao động xe Việc khảo sát và xác định dạng mặt đường là bước cần thiết để nghiên cứu dao động, kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đó về dạng đường có mặt đường xác định để sử dụng làm yếu tố đầu vào.
Thiết kế đường lâm nghiệp yêu cầu mặt đường và nền đường được san ủi phẳng, chỉ còn lại gợn sóng dọc theo mặt đất, với trắc diện dọc mấp mô được mô tả bằng các hàm tuần hoàn, đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn giao thông.
Khi t 0 (2-1) Dạng gợn sóng biến đổi tuần hoàn:
2 1 S h h Khi t 0 (2-2) Dạng gợn sóng biến đổi chuỗi hàm điều hòa:
Trong biểu thức (2-1), (2-2), (2-3) + S là chiều dài mặt đường, S0 là bước sóng mặt đường
+ h là hàm số mấp mô mặt đường, h0 là độ cao mấp mô luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
+ hci là hằng số tùy thuộc vào trắc diện mấp mô
Nghiên cứu cho thấy mặt đường tại các đặc điểm nhất định có dạng hàm điều hòa và có thể phân loại theo đặc trưng riêng, đặc biệt là đối với mặt đường lâm nghiệp \[[8]\].
Nghiên cứu này ghi nhận các dạng sóng với biên độ và bước sóng khác nhau, cụ thể là biên độ h0 = 10 cm, bước sóng S0 = 1,6 m; biên độ h0 = 8 cm, bước sóng S0 = 1,4 m; biên độ h0 = 6 cm, bước sóng S0 = 1,2 m; và biên độ h0 = 4 cm, bước sóng S0 = 1,0 m Các kết quả này sẽ là nền tảng cho việc nghiên cứu dao động của xe ô tô Hyundai 3,5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
2.3 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của đề tài là: Nghiên cứu dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của ô tô HuynDai tải trọng 3,5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp với đặc trưng mấp mô mặt đường đã xác định
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp thay đổi kết cấu hệ thống treo xe Hyundai 3,5 tấn, nhằm nâng cao độ êm dịu khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, một yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả và bảo vệ hàng hóa.
Để xây dựng mô hình dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc cho xe ô tô Huyndai HD72 (3,5 tấn) khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, phương pháp cơ học ứng dụng sẽ được sử dụng, tham khảo các mô hình hiện có và đưa ra các giả thiết cho mô hình toán học.
Dựa trên kết cấu hệ thống treo xe ôtô Hyunđai 3,5 tấn, xác định các phần tử đàn hồi và lựa chọn hệ trục tọa độ để xây dựng mô hình dao động tương đương.
Xây dựng hệ phương trình vi phân dao động của ô tô Huyndai HD72 trọng tải 3,5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp
Bài viết này tập trung vào việc giải và mô phỏng dao động của xe ô tô Huyndai trọng tải 3,5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, xét hai trường hợp có và không có giảm xóc ở cầu sau, nhằm đánh giá ảnh hưởng của giảm xóc đến dao động của xe.
Để tối ưu hóa khả năng vận hành của xe tải Huyndai 3.5 tấn trên đường lâm nghiệp, việc lựa chọn chế độ sử dụng phù hợp và giải pháp hoàn thiện hệ thống treo là rất quan trọng, đặc biệt là lắp thêm giảm xóc thủy lực cho cầu sau để tăng cường khả năng chịu tải và giảm xóc khi vận chuyển gỗ.
Nghiên cứu thực nghiệm này minh họa cho nghiên cứu lý thuyết về dao động dọc của ô tô chở gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp, đồng thời xác định các thông số đầu vào quan trọng cho mô hình lý thuyết.
- Đo gia tốc dao động thẳng đứng
- Đo một số thông số đầu vào cho mô hình lý thuyết
2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Để thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của ô tô, phương pháp ứng dụng phương trình Lagranger loại II được sử dụng Mô hình dao động tương đương của xe ôtô Huyndai được xây dựng, cùng với các mối quan hệ hình học và lựa chọn các bậc tự do của hệ Các hàm động năng T, thế năng \$\Pi\$, hàm hao tán \$\Phi\$, và lực suy rộng của hệ được xác định Các đạo hàm riêng của các hàm T, \$\Pi\$ và \$\Phi\$ được tính theo các tọa độ suy rộng đã chọn, sau đó thay vào phương trình Lagranger loại II.
1.1); sẽ thu đươ ̣c mô ̣t hê ̣ phương trình vi phân bâ ̣c 2 có số phương trình bằng số bậc tự do của hê ̣
Nội dung nghiên cứu
Để xây dựng mô hình dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc cho xe ô tô Huyndai HD72 (3,5 tấn) khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, phương pháp cơ học ứng dụng sẽ được sử dụng, tham khảo các mô hình hiện có và đưa ra các giả thiết cho mô hình toán học.
Dựa trên kết cấu hệ thống treo xe ôtô Hyunđai 3,5 tấn, xác định các phần tử đàn hồi và lựa chọn hệ trục tọa độ để xây dựng mô hình dao động tương đương.
Xây dựng hệ phương trình vi phân dao động của ô tô Huyndai HD72 trọng tải 3,5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp
Bài viết này tập trung vào việc giải và mô phỏng dao động của xe ô tô Huyndai trọng tải 3,5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, xét hai trường hợp có và không có giảm xóc ở cầu sau, nhằm đánh giá ảnh hưởng của giảm xóc đến dao động của xe.
Để tối ưu hóa khả năng vận hành của xe tải Huyndai 3.5 tấn trên đường lâm nghiệp, việc lựa chọn chế độ sử dụng phù hợp và giải pháp hoàn thiện hệ thống treo là rất quan trọng Một giải pháp hiệu quả là lắp thêm giảm xóc thủy lực cho cầu sau, giúp xe vận chuyển gỗ ổn định và an toàn hơn.
Nghiên cứu thực nghiệm này minh họa cho lý thuyết dao động dọc của ô tô chở gỗ trên đường lâm nghiệp, đồng thời xác định các thông số đầu vào quan trọng cho mô hình lý thuyết.
- Đo gia tốc dao động thẳng đứng
- Đo một số thông số đầu vào cho mô hình lý thuyết
Phương pháp nghiên cứu
2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Để thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của ô tô, phương pháp ứng dụng phương trình Lagranger loại II được sử dụng Mô hình dao động tương đương của xe ôtô Huyndai được xây dựng, cùng với các mối quan hệ hình học và lựa chọn các bậc tự do của hệ Các hàm động năng T, thế năng \$\Pi\$, hàm hao tán \$\Phi\$, và lực suy rộng của hệ được xác định Các đạo hàm riêng của các hàm T, \$\Pi\$ và \$\Phi\$ được tính theo các tọa độ suy rộng đã chọn, sau đó thay vào phương trình Lagranger loại II.
1.1); sẽ thu đươ ̣c mô ̣t hê ̣ phương trình vi phân bâ ̣c 2 có số phương trình bằng số bậc tự do của hê ̣
Sử dụng phần mềm Matlab – Simulink để giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động của xe, ứng dụng Matlab 7.0 và các khối chức năng Simulink để xây dựng sơ đồ khối mô phỏng Kết quả thu được là các đồ thị mô tả quá trình chuyển dịch (chuyển dịch thẳng đứng, dịch chuyển góc, gia tốc ) tương ứng với các tọa độ suy rộng của hệ.
2.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Để xác định gia tốc dao động thẳng đứng của ô tô, phương pháp thực nghiệm sử dụng cảm biến đo gia tốc kết hợp với thiết bị đo Spider8 và phần mềm Catman 3.1 Cảm biến đo gia tốc sẽ truyền tín hiệu về thiết bị thu thập, khuếch đại và ghi lại nhờ phần mềm Catman được cài đặt trong máy tính.
Nghiên cứu thực nghiệm trên ô tô máy kéo được thực hiện để đo các thông số đầu vào quan trọng cho mô hình lý thuyết, hỗ trợ quá trình phân tích và thiết kế.
