Nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên xe ô tô forland vận chuyển gỗ và giải pháp nâng cao độ êm dịu cho người lái

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ô tô và máy kéo, có thể kể ra một số công trình tiêu biểu sau: Trong công trình [35], tất cả các loại dao động của máy kéo

TRẦN VĂN LUYỆN

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA GHẾ NGỒI TRÊN XE Ô TÔ FORLAND VẬN CHUYỂN GỖ VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ ÊM DỊU CHO NGƯỜI LÁI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp

Mã Số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU

Hà Nội - 2012

ĐẶT VẤN ĐỀ

Để thực hiện công cuộc CNH - HĐH đất nước, chúng ta cần phải đẩy mạnh việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật, tăng nhanh tốc độ cơ giới hóa cho các khâu sản xuất trên mọi lĩnh vực của nền kinh tế nói chung và trong sản suất nông - lâm nghiệp nói riêng

Trong những năm qua, ngành lâm nghiệp đã tiến hành cơ giới hóa nhiều khâu của quá trình sản xuất Một trong những khâu khá nặng nhọc, quan trọng của dây chuyền công nghệ khai thác gỗ cần được cơ giới hóa đó là khâu vận chuyển gỗ Trước đây, khai thác gỗ được tiến hành chủ yếu đối với rừng tự nhiên Các ô tô được dùng vận chuyển gỗ trong thời gian này là những loại xe có công suất lớn như: KAMAZ, ZIL130, MAZ là hợp lý và

đã phát huy được hiệu quả

Hiện nay rừng và đất rừng được giao cho các đơn vị, các hộ gia đình quản lý và sử dụng lâu dài, do vậy đã xuất hiện những trang trại sản xuất nông - lâm nghiệp với quy vừa và nhỏ Đặc điểm của rừng trồng: Phân tán, sản lượng khai thác thấp, mức đầu tư cho sản xuất không lớn Mặt khác, kích thước sản phẩm gỗ rừng trồng nhỏ, đường nhỏ hẹp, do vậy việc sử dụng ô tô

có công suất lớn như trước đây trong vận chuyển gỗ không còn phù hợp Một vấn đề đặt ra là cần phải có các loại xe ô tô phù hợp có hiệu quả trong vận chuyển gỗ rừng trồng, vận chuyển cây con và phân bón Để có được các loại ô tô phát huy hiệu quả cao hoặc là nhập các loại xe chuyên dùng

có công suất vừa và nhỏ từ nước ngoài, hoặc nghiên cứu đưa các loại ô tô đã

có sẵn trên thị trường vào sản xuất lâm nghiệp

Xu hướng mới ở nước ta nói riêng là sử dụng ô tô có công suất vừa và nhỏ vào sản xuất lâm nghiệp Qua một số nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng các ô tô này vào sản xuất nông - lâm nghiệp là phù hợp với quy mô sản xuất hiện nay

Một trong những loại ô tô đang được sử dụng khá phổ biến là xe ô tô forland do Việt nam lắp ráp Khảo sát thực tế cho thấy: Xe ô tô forland của Việt nam lắp ráp có nguồn động lực và công suất đủ lớn có thể vận chuyển

gỗ, vận chuyển vật tư phân bón và cây giống cho trồng rừng là phù hợp

Việc nghiên cứu sử dụng ô tô cỡ nhỏ nói chung và xe ô tô forland của Việt nam lắp ráp nói riêng đang được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu

Xe tô forland của Việt nam lắp ráp là loại xe thông dụng, phục vụ cho các công việc chuyên chở hàng hóa, được tính toán thiết kế theo các điều kiện làm việc với đường tương đối bằng phẳng Vì vậy kết cấu của hệ thống treo giảm chấn cho xe và người điều khiển đơn giản ( không có lò xo và giảm xóc cho ghế ngồi người lái) Xe có một số đặc điểm: Kích thước cơ sở nhỏ, khối lượng không lớn, ghế ngồi lái nối cứng với sàn xe không có bộ phận nối đàn hồi và giảm sóc

Với đặc điểm kết cấu như vậy, khi chạy trên mặt đất rừng và đường lâm nghiệp, xe sẽ dao động và ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu: Độ êm dịu, tính ổn định, độ bền lâu và sức khỏe người lái

Để sử dụng xe ô tô forland vào việc vận chuyển gỗ cần phải nghiên cứu đầy đủ về dao động khi xe làm việc trên đường lâm nghiệp và đánh giá ảnh hưởng của dao động ấy đến người lái Trên cơ sở đó xác lập phương án cải tiến ghế ngồi cho người điều khiển xe

Với lý do trên, tôi tiến hành đề tài:

chuyển gỗ và giải pháp nâng cao độ êm dịu cho người lái ))

* Ý nghĩa khoa học của đề tài:

- Khảo sát dao động của ô tô forland khi ghế ngồi người lái nối cứng và nối đàn hồi với sàn xe làm cơ sở cho việc đề xuất cải tiến ghế ngồi người lái theo hướng nâng cao độ êm dịu

* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

- Kết quả nghiên cứu là cơ sở đánh giá tính êm dịu của xe hiện có và xe sau khi cải tiến với việc lắp bộ phận đàn hồi và giảm chấn cho ghế ngồi người lái

- Ghế ngồi được cải tiến sẽ đảm bảo điều kiện an toàn, cải thiện tính êm dịu cho người lái

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô trong vận chuyển gỗ

Trong khai thác rừng, việc vận chuyển gỗ đây là khâu khó khăn, nặng nhọc, phức tạp nhất trong dây chuyền công nghệ khai thác gỗ, nó ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lao động và giá thành sản phẩm của quá trình sản xuất, mặt khác nó cũng tác động rất lớn đến việc bảo vệ cây con và đất rừng

Căn cứ vào phương tiện vận chuyển và nguồn động lực, có các loại hình vận chuyển gỗ: Vận chuyển bằng súc vật; Vận chuyển bằng máng lao; Vận chuyển bằng máy kéo; Vận chuyển bằng đường cáp; Vận chuyển bằng ô tô…Mỗi loại hình vận chuyển chỉ phù hợp với những điều kiện địa hình rừng nhất định Trong các loại hình vận chuyển nêu trên thì vận chuyển bằng ô tô chiếm ưu thế

Các ô tô dùng trong vận chuyển gỗ rất đa dạng, song có thể chia làm hai nhóm: Nhóm ô tô tải trọng lớn và nhóm ô tô tải trọng vừa và nhỏ

Ô tô tải trọng vừa và nhỏ có ưu điểm nổi trội hơn: Chúng có khối lượng nhỏ, tốc độ làm việc rất phù hợp, chi phí nhiên liệu tiết kiệm Ô tô tải trọng nhỏ ít phá hoại cây con, đất rừng hơn, rất phù hợp với rừng trồng Với những

ưu điểm như vậy nên ô tô tải trọng vừa và nhỏ được sử dụng ngày càng rộng rãi và chiếm ưu thế hơn so với ô tô tải trọng lớn trong vận chuyển lâm nghiệp Hiện nay, với nhiều lý do về tài nguyên rừng của nước ta bị cạn kiệt [8] [28] Đảng và Nhà nước ta đã có nhiều chủ trương, chính sách nhằm bảo vệ, khôi phục và phát triển kinh doanh nghề rừng [7] Dự án đạt 5 triệu héc ta rừng trồng tới năm 2020, chính sách giao đất, giao rừng đến từng hộ gia đình, chính sách ưu đãi vay vốn cho sản xuất kinh doanh lâm nghiệp … Nhà nước chủ trương đóng cửa rừng tự nhiên, chuyển cơ chế sản xuất lâm nghiệp sang sản xuất kinh doanh rừng trồng là chính Với cơ chế chính sách mới, rừng

trồng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường sinh thái đồng thời cung cấp gỗ củi cho nền kinh tế quốc dân [29] Đặc điểm của rừng trồng

là phân tán, trữ lượng không lớn, quy mô khai thác không tập trung, điều kiện đường xá nhỏ hẹp do vậy việc sử dụng ô tô tải trọng lớn như trước đây là không còn phù hợp, kém hiệu quả

Một vấn đề đặt ra là cần phải có loại ô tô phù hợp, sử dụng có hiệu quả trong vận chuyển gỗ rừng trồng Để từng bước giải quyết vấn đề này các nhà khoa học đã đi sâu nghiên cứu để đưa ô tô tải trọng nhỏ vào sản xuất lâm nghiệp

Năm 1994, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu và một số cán bộ giảng dạy trường đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công đề tài KN03-04: (( Thiết

kế, chế tạo và khảo nghiệm sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy gỗ nhỏ rừng trồng)) [30]

Năm 1994, nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu [5] về thiết bị chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng được đăng trên tạp chí Lâm nghiệp số 1/1994

Năm 2000, nghiên cứu của Nguyễn Tiến Đạt [6], những tiến bộ trong khâu vận xuất, vận chuyển gỗ Viện khoa học Lâm nghiệp Việt nam

1.2 Tổng quan về nghiên cứu dao động của ô tô và máy kéo

Các ô tô sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp thường làm việc trong điều kiện không có đường hoặc trên tuyến đường lâm nghiệp có độ mấp mô mặt đường lớn, nghĩa là hoạt động trong điều kiện không thuận lợi xét về mặt dao động Do vậy ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọng của liên hợp máy như: Độ êm dịu, độ ổn định, độ bền lâu, sức khoẻ của người lái Vì vậy nghiên cứu dao động của ô tô là vấn đề cần thiết có ý nghĩa trong thực tế

sử dụng, thiết kế cải tiến liên hợp máy nhằm bảo đảm điều kiện an toàn, cải thiện điều làm việc cho người điều khiển

1.2.1 Tình hình nghiên cứu về dao động của ô tô - máy kéo trên thế giới

Nghiên cứu cơ bản xây dựng cơ sở lý thuyết của ô tô - máy kéo: Công trình nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực này là Viện sỹ E.V Chudacop và giáo sư Lơvôp, tiếp theo là các công trình nghiên cứu của D.A Chdacôp, B.S Fankevich, G.V Dimechep, V.N Divacôp Các công trình này đã nghiên cứu những vấn đề cơ bản về lý thuyết ô tô - máy kéo chung Kế tiếp là những công trình đi sâu nghiên cứu về cơ sở lý thuyết cho ô tô - máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng của S.F Oclôp và được hoàn thiện với những công trình tiếp theo cũng của S.F.Olôp , D.M Gontbery, V.B Prochonôp, A.V Giucôp các công trình nghiên cứu thường sử dụng các mô hình tính toán với dao động nhiều bậc tự do

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ô tô

và máy kéo, có thể kể ra một số công trình tiêu biểu sau:

Trong công trình [35], tất cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, Muller đã đưa ra mô hình không gian mô tả tất cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, tác giả đã bỏ qua các tác động của tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác

Tác giả Volgel [33], đã nghiên cứu tính chất động lực học của liên hợp máy cày, khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi,

cả của hệ truyền lực bánh xe Công trình cho phép đánh giá một cách khái quát tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy khi cày đất, tuy nhiên chưa có thực nghiệm để chứng minh các giả thiết đưa ra

Trong công trình của Wendebon [34], bằng lý thuyết và thực nghiệm, tác giả đã xây dựng mô hình nghiên cứu tính chất động lực học của dao động thẳng đứng máy kéo, tác giả không quan tâm tới chuyển động quay và các chuyển động khác

Năm 1973 Barski [36], nghiên cứu động lực học máy kéo Tác giả đã

nghiên cứu đầy đủ động lực học của máy kéo bánh hơi, máy kéo bánh xích và

độ êm dịu chuyển động của máy kéo

Bên cạnh đó còn có một số công trình nghiên cứu về dao động thẳng đứng của máy kéo có kể đến các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện làm việc: Tải trọng, vận tốc, độ mấp mô mặt đường

Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể Dao động của ô tô được nghiên cứu trong tổng thể

hệ thống (( Đường - Xe - Người)) Để nghiên cứu riêng biệt và tổng thể mối quan hệ vừa nêu, các hãng sản xuất ô tô và các cơ quan chuyên môn hàng đầu trên thế giới đã thiết lập các phòng thí nghiệm, xây dựng các bãi thử để nghiên cứu dao động của ô tô, trong đó kể đến biến dạng thực tế của mặt đường và khả năng của con người chịu tác động của dao động

1.2.2 Tình hình nghiên cứu về dao động của ô tô - máy kéo ở Việt nam

Ở nước ta các công trình nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu dao động của ô tô- máy kéo, có ít các công trình nghiên cứu để cải tiến các bộ phận trên

ô tô máy kéo Các nghiên cứu về độ ổn định, khả năng kéo bám khi tải trọng ngoài thay đổi, các đặc trưng động lực học của các bộ phận làm việc của ô

tô, máy kéo hoạt động trên các địa hình và các điều kiện làm việc khác nhau chưa được đề cập nhiều Có thể kể ra một số công trình nghiên cứu về ô tô máy kéo ở nước ta như sau:

Nghiên cứu của Nguyễn Văn An [1] về ảnh hưởng của độ mấp mô mặt đất và tốc độ chuyển động đến phản lực pháp tuyến lên cầu trước của máy kéo DFH-180 khi vận chuyển gỗ rừng trồng

Công trình nghiên cứu của GS.TS Nguyễn Hữu Cẩn và các cộng sự [4], cho thấy: Tính êm dịu trong chuyển động của ô tô - máy kéo được đánh giá qua các chỉ tiêu: Tần số dao động thích hợp, gia tốc dao động thích hợp, thời gian tác động của dao động Tác giả cũng đưa ra sơ đồ tính toán hệ thống

treo cho ghế ngồi với dạng kích động lực và cho rằng khi tính toán thiết kế hệ thống treo cho ghế nên chọn tỷ số giữa tần số kích động và tần số dao động riêng của ghế trong khoảng 0,5 - 0,6

TS Võ Văn Hường [10], đã nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu Tác giả xây dựng và đã mô phỏng được ô tô tải nhiều cầu khi chạy trên địa hình khác nhau

Ths Lưu Văn Hưng [11], đã nghiên cứu dao động của rơ moóc một trục chở gỗ khi lắp thêm bộ phận đàn hồi có giảm chấn giữa khung và trục bánh

xe

Các công trình nghiên cứu dao động của máy kéo ở nước ta chưa nhiều

và xuất hiện trong những năm gần đây [25], các công trình này nghiên cứu trong phạm vi hẹp nhằm xác định ảnh hưởng của rung xóc tới sức khoẻ của công nhân lái máy và bước đầu đặt ra một số biện pháp chống rung cho người lái máy như cải tiến ghế chống rung, gang tay bảo hộ lao động Tuy nhiên các tác giả mới xem xét dao động của máy kéo trong một số điều kiện cụ thể khi xem hệ là tuyến tính, một bậc tự do chịu tác động của mặt đường dạng hàm xác định

Một số công trình nghiên cứu thiết kế giảm rung [21] [22], đã dựa trên

cơ sở các số liệu về dao động con người, chọn sơ bộ các thông số chủ yếu: Khối lượng người - ghế, độ cứng lò xo, hệ số cản và tính toán theo điều kiện cho phép về biên độ dịch chuyển

Ths.Trịnh Minh Hoàng [12], nghiên cứu khảo sát dao động của xe tải hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường Tác giả đã trình bày một mô hình dao động xe tải hai cầu ( không gian) và mô phỏng bằng Matlap Simulinhk 5.3 Phần mô hình và tính toán khá hoàn chỉnh, đã trình bày một phần dao động dưới kích động ngẫu nhiên của mặt đường

Luận án TS của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu (( Nghiên cứu ảnh hưởng của

dao động lên khung xương ô tô khi chuyển động trên đường)) đã chú trọng nghiên cứu ảnh hưởng của đường xá và xác định các hàm ngoại lực cho bài toán tính khung - xương

Ths Huỳnh Quốc Hội [13], đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang, lắc dọc của ô tô ở vận tốc cao

Ths Hoàng Gia Thắng [26], 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

Năm 2002 TS Lê Minh Lư [24], đã nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi Công trình

đã nghiên cứu một cách khá đầy đủ các dạng dao động của máy kéo có tính đến đặc trưng phi tuyến các phần tử đàn hồi trong trường hợp kích động mặt đường là các hàm ngẫu nhiên và xác định Tuy nhiên công trình mới chỉ nghiên cứu trong trường hợp máy kéo di chuyển độc lập mà chưa tính đến dao động của máy kéo di chuyển trong trường hợp kéo tải

Năm 2010 TS Đặng Việt Hà [9], đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ êm dịu chuyển động của ô tô khách được đóng mới ở Việt nam Tác giả đã xây dựng được mô hình phù hợp để khảo sát và thiết lập hệ phương trình vi phân cấp II đồng thời giải bằng phần mền mô phỏng Matlap Simulinhk Tuy nhiên tác giả chưa khảo sát ảnh hưởng của dao động trong mặt phẳng ngang đến người lái và hành khách

Ths Lê Minh Vượng [31], bằng lý thuyết và thực nghiệm đã nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi chuyển động trên đường lâm nghiệp Tuy nhiên công trình này mới chỉ đưa ra mô hình dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của xe, chưa kể đến dao động của nước trong thùng chứa trong trường hợp di chuyển trên đường lâm nghiệp

Năm 2010 Ths Nguyễn Văn Huệ [15], bằng lý thuyết và thực nghiệm

đã nghiên cứu giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động của máy kéo

MTZ- 82 khi kéo rơ moóc chở gỗ

Các công trình nhiên cứu trên đã đóng góp tích cực cho nghiên cứu cải tiến nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô máy kéo Đồng thời làm cơ sở cho việc xây dựng các mô hình nghiên cứu các lĩnh vực cơ khí khác

Bên cạnh những công trình nghiên cứu nhằm sử dụng các loại ô tô máy kéo hoặc liên hợp máy phục vụ cho sản xuất ở trong nước, các nhà khoa học nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu cải tiến các bộ phận hoặc các hệ thống của ô tô máy kéo được nhập từ nước ngoài vào Việt nam

Nhìn chung các công trình nghiên cứu về êm dịu chuyển động của ô tô máy kéo bánh hơi Việt nam chưa nhiều, nhưng những kết quả nghiên cứu đó

có ý nghĩa lớn cho việc hoàn thiện thêm kết cấu và chọn ra chế độ sử dụng hợp lý cho ô tô máy kéo bánh hơi

1.2.3.Tình hình nghiên cứu về chống rung cho người điều khiển máy

Cho đến nay việc tăng năng suất làm việc của máy cơ bản đã đạt ở mức cao nhờ sự hoàn thiện về kết cấu và các thiết bị công nghệ Song một vấn đề cần được quan tâm trong khi thiết kế, là nghiên cứu điều kiện làm việc của người điều khiển máy nhằm đảm bảo cho máy phát huy hết khả năng làm việc

và công suất thiết kế

Cùng với sự nâng cao tốc độ làm việc của liên hợp máy, sẽ dẫn đến việc tăng đáng kể lực kích động lên người điều khiển và cao hơn nữa khả năng chịu đựng của con người Công trình nghiên cứu [16], cho thấy: Người điều khiển máy không thể sử dụng được tối đa tốc độ của máy trong miền giới hạn của nó, nghĩa là không phát huy được hết công suất thiết kế, một trong những nguyên nhân chính là do mức độ kích động đáng kể lên ghế ngồi của người lái Theo thống kê ở Mỹ cho thấy trên 85% người vận hành máy ảnh hưởng của lực kích động do vậy chỉ sử dụng được khoảng 65% công suất của máy

Dao động của cơ thể con người hoặc bộ phận của cơ thể là những tác động sinh học phức tạp có thể gây ra một loạt sự thay đổi trong cơ thể và ảnh hưởng đến sức khoẻ của người lái và gây ra một số bệnh lý

Tác động của dao động lên con người phụ thuộc vào tần số , thời gian, hướng và cường độ tác động Sự kích thích nguy hiểm nhất ở dải tần số dao động riêng ở cơ thể con người Cũng theo [16] thì với tần số 6 - 11Hz sẽ dẫn đến cộng hưởng ở một số bộ phận riêng biệt của con người, trong dải tần số 11- 45Hz có thể dẫn đến sự phân tán các chức năng của hàng loạt bộ phận bên trong, làm giảm tầm nhìn, giảm tính linh hoạt trong các hoạt động điều khiển máy Nếu dao động tác động lên người lái trong thời gian một ngày và liên tục từ năm này sang năm khác thì không chỉ làm giảm năng suất lao động mà còn xuất hiện bệnh nghề nghiệp.Theo điều tra ở Liên xô cũ cho thấy 32% công nhân vận hành máy mắc bệnh đau lưng, 52% mắc chứng đau thắt lưng

và từ đó dẫn đến đau xương khớp trên và dưới cột sống [16]

Mức độ ảnh hưởng của dao động đến cơ thể con người lần đầu tiên được nghiên cứu với quan điểm về sự thoải mái và thuận tiện cho người điều khiển tàu hoả và ô tô Vấn đề này được nghiên cứu chậm hơn máy kéo, ngay

cả trong những năm trước đây khi sản xuất máy kéo hàng loạt người ta cũng không chú ý chỉ dẫn về việc giảm kích động lên người lái

Ở Việt nam qua một số nghiên cứu cho thấy đối với các máy nhập từ nước ngoài hệ thống giảm sóc cho ghế đã được tính toán từ khi thiết kế, tuy nhiên các thông số thiết kế được tính toán theo tiêu chuẩn của người nước ngoài Do có sự khác nhau về hằng số nhân trắc, chỉ tiêu tâm sinh lý giữa người Việt nam và người nước ngoài, nên khi sử dụng hiệu quả giảm rung thực tế bị thay đổi, không còn phù hợp và đáp ứng được yêu cầu đối với người Việt nam [ 27 ] Đối với một số máy, khi thay đổi điều kiện làm việc thì tác động kích động lên người lái sẽ thay đổi, vì vậy cần phải khảo

nghiệm tính toán cải tiến hệ thống giảm sóc cho ghế ngồi người lái theo điều kiện làm việc cụ thể của máy

Một số nghiên cứu chống rung đối với người Việt nam đã được công bố trong công trình của Triệu Quốc Lộc [23]; Nguyễn Văn Khang; Đỗ Sanh [16]

về dao động trong bảo hộ lao động; Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Khang [3] về ngăn chặn rung động trên đường lan truyền đối với công nhân lái máy và công nhân của các gian chế biến lâm sản

Nhìn chung các công trình nghiên cứu về chống rung theo ba hướng; Nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu ứng dụng, nghiên cứu thực nghiệm Các công trình nghiên cứu đã đưa ra cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chống rung, các phương pháp đo đạc tính toán, đánh giá Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm người ta đã tiến hành xây dựng các tiêu chuẩn, định mức rung cho phép đối với cơ thể con người [32]

Trong công trình [10], đã đưa ra phương pháp khảo nghiệm xác định dao động của ghế ngồi lái và chỉ tiêu an toàn đối với điều kiện làm việc của người lái máy là gia tốc dao động, vận tốc dao động ứng với các tần số dao động của ghế đối với người lái theo tiêu chuẩn quốc gia ( TCVN)

Nhìn chung các công trình nghiên cứu chưa nhiều, nhưng những kết quả nghiên cứu có ý nghĩa rất lớn đối với một số ngành sản xuất ở nước ta

1.3 Tổng quan về hệ thống treo của ô tô

1.3.1 Hệ thống treo trên ô tô tải cỡ vừa và nhỏ

Hệ thống treo trên ô tô có nhiều dạng kết cấu khác nhau Nhưng thông thường trên các xe tải cỡ vừa và nhỏ hệ thống treo được bố trí chung như (Hình vẽ 1.1)

Hình 1.1: Khung và hệ thống treo trên xe ô tô forland

Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng chính sau:

- Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động ((êm dịu)), hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn

có khác của bánh xe như lắc ngang, lắc dọc

- Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc

và lực bên

Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực, quan hệ này được thể hiện

ở các yêu cầu chính sau đây:

+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe;

+ Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không được

phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe; + Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường;

+ Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn;

+ Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ

xe tốt;

+ Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc

độ cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng;

Các bộ phận chính của hệ thống treo.Bao gồm:

* Bộ phận đàn hồi: Là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, làm giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người (khoảng 60 - 80 lần/phút) Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là:

- Lá nhíp:

Lá nhíp thường được sử dụng trên hệ thống treo phụ thuộc Bó nhíp được làm từ các lá thép cong gọi là lá nhíp, các lá được sắp xếp lại với nhau theo thứ tự từ ngắn đến dài Các lá nhíp liên kết với nhau bằng bu lông xuyên tâm hoặc các vấu định vị và ốp nhíp Lá nhíp dài nhất được gọi là lá chính, lá chính chịu tải trọng lớn nhất Ở các loại xe tải do đặc điểm tải trọng khi xe có hàng và khi không có hàng có độ chênh lệch lớn nên để đảm bảo độ êm dịu thường có thêm bộ nhíp phụ

Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác dụng lên nhíp thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính

Cơ cấu treo phụ thuộc dùng lá nhíp và các bó nhíp được thể hiện như hình vẽ 1.2

Hình 1.2: Cơ cấu treo phụ thuộc dùng lá nhíp

Trong hệ thống treo nó không chỉ có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động

mà còn đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và ma sát giữa các lá nhíp góp phần làm tắt dao động

Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản, rẻ tiền

dễ chăm sóc bảo dưỡng Tuy vậy nhược điểm là khối lượng lớn, thùng xe ở trên cao nên chiều cao trọng tâm của xe lớn sẽ ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe chuyển động, mặt khác vết bánh xe sẽ thay đổi khi một bánh bị nâng lên làm phát sinh lực ngang và tính chất bám đường kém và dễ bị trượt ngang

- Thanh xoắn:

Là thanh bằng thép lò xo Một đầu thanh xoắn được ngàm vào khung hay một dầm nào đó của xe, đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo Trên một số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động người ta dùng thanh xoắn thường được gây tải trước ( có ứng suất dư) do đó

nó chỉ thích hợp cho một chiều làm việc Trên các thanh xoắn ở hai phía đều phải đánh dấu để tránh lắp lẫn khi lắp ráp

Sử dụng thanh xoắn có đặc điểm sau:

+ Chiếm ít không gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe; + Trọng lượng nhỏ, đơn giản, giá thành rẻ, dễ thay thế;

+ Thanh xoắn không có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn

1.3.2 Phân loại hệ thống treo

Có nhiều cách phân loại hệ thống treo

- Phân loại theo bộ phận đàn hồi chia ra: Loại sử dụng bộ phận đàn hồi bằng kim loại (lá nhíp, lò xo xoắn); loại thuỷ khí; loại thuỷ lực; cao su

- Phân loại theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng chia ra: Cơ cấu treo phụ thuộc với cầu liền; loại độc lập với cầu cắt

- Phân loại theo phương pháp dập tắt chấn động: Loại dùng giảm chấn

thuỷ lực; loại giảm chấn nhờ ma sát cơ Nhưng khi phân loại người ta chủ yếu

dựa vào sơ đồ bộ phận dẫn hướng và chia ra hai nhóm chính là hệ thống treo

độc lập và hệ thống treo phụ thuộc ( Hình vẽ 1.4)

a Hệ thống treo phụ thuộc b, Hệ thống treo độc lập

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống treo

Hệ thống treo phụ thuộc: Trong hệ thống treo phụ thuộc (Hình 1.4a),

các bánh xe được đặt trên một dầm cầu liền, bộ phận giảm chấn và đàn hồi

đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền đó Do có sự dịch chuyển của một bánh xe

theo phương thẳng đứng sẽ gây nên chuyển vị nào đó của bánh xe phía bên

kia Hệ thống treo phụ thuộc được thể hiện hình 1.5

a Lò xo lá b Lò xo trụ

Hình 1.5: Hệ thống treo phụ thuộc

Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầu cứng Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định hình, còn trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần của hệ thống truyền lực

Trong hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là nhíp thì nó vừa là phần tử đàn hồi đồng thời làm luôn bộ phận dẫn hướng Vì vậy trong hệ thống treo này sẽ không cần đến thanh giằng để truyền lực dọc hay lực ngang nữa

Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng khá phổ biến vì có các ưu điểm sau:

+ Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập;

+ Có khả năng tải lớn, tăng độ cứng vững cao cho xe và phù hợp với địa hình xấu được dùng cho xe tải, xe việt dã

+ Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành hạ Tuy vậy hệ thống treo phụ thuộc vẫn còn một số tồn tại:

+ Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động nên khi xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên

va đập mạnh giữa phần không được treo và phần được treo làm giảm độ êm dịu chuyển động;

+ Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn hơn cho dầm cầu có thể thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm lớn;

+ Khi một bánh xe bị nâng lên, vết bánh thay đổi làm phát sinh lực

ngang làm khả năng bám đường kém đi, dễ bị trượt ngang, xe bị nghiêng

Hệ thống treo độc lập: Đặc điểm của hệ thống treo này là:

- Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà lắp trên loại cầu rời, sự dịch chuyển của hai bánh xe độc lập tương đối với nhau;

- Khối lượng phần không đựoc treo nhỏ nên mô men quán tính nhỏ, do

đó xe chuyển động êm dịu, khả năng bám đường cao;

- Hệ treo này không cần dầm ngang ( với kết cấu thân vỏ kiểu unibody)

nên khoảng không gian cho nó dịch chuyển chủ yếu là khoảng không gian hai bên sườn xe, như vậy sẽ hạ thấp được trọng tâm của xe và nâng cao được vận tốc của xe

1.4 Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ô tô- máy kéo

Tính êm dịu chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của ô tô- máy kéo Tính êm dịu chuyển động phụ thuộc vào kết cấu xe và trước hết

là hệ thống treo, phụ thuộc vào cường độ kích động và cuối cùng là kỹ thuật lái xe trên đường

Để đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô- máy kéo người ta dùng một số chỉ tiêu sau:

1.4.1 Tần số dao động riêng

Tần số dao động riêng của một hệ dao động ( bao gồm 01 khối lượng đặt trên 01 lò xo) được hiểu là số dao động của hệ trong một phút ( dao động/phút), hoặc trong một giây ( 1/s tương ứng với 01Hz)

=

M

C

; Rad/s Trong đó: C: Độ cứng của hệ dao động,

M: Khối lượng được đặt trên hệ

Tần số dao động riêng chỉ phụ thuộc vào các thông số kết cấu của hệ thống dao động mà không phụ thuộc vào kích thích dao động

1.4.2 Gia tốc dao động

Gia tốc dao động riêng là một chỉ tiêu quan trọng, nó kể đến ảnh hưởng đồng thời của biên độ và tần số dao động Chúng ta biết rằng dao động tự do tắt dần chỉ tồn tại trong một chu kỳ, do vậy việc xác định gia tốc dao động sẽ

có ý nghĩa lớn khi nghiên cứu dao động cưỡng bức với sự kích thích của mặt đường

1.4.3 Chỉ tiêu về độ êm dịu

Hệ số êm dịu K được đưa ra do tập thể các kỹ sư đức (VDI), tác giả cho rằng cảm giác con người khi chịu dao động phụ thuộc vào hệ số độ êm dịu chuyển động K Nếu K = const thì cảm giác khi chịu dao động sẽ không thay đổi Hệ số K phụ thuộc vào tần số dao động , gia tốc dao động ( khi ≤ 5Hz) hoặc theo vận tốc dao động ( khi ≤ 15Hz) và phụ thuộc vào hướng dao động đối với trục thân con người (theo phương thẳng đứng và phương ngang) và phụ thuộc vào thời gian tác động của chúng lên cơ thể

Hệ số K xác định theo trị số của biên độ gia tốc  hoặc theo gia tốc bình phương trung bình  c theo công thức sau [21]

K=

2 01 , 0 1

5 , 12

v n

01 , 0 1

18

v n

ô tô máy kéo càng cao Giá trị K = 0,1 tương ứng với ngưỡng kích thích Khi

đi lâu trên xe, cho phép K = 10-25, còn khi đi ngắn hoặc trên xe tự hành K= 25-63 [32]

1.5 Các phương pháp cơ học nghiên cứu dao động của ô tô - máy kéo

Ta có thể hiểu phương pháp nghiên cứu dao động ô tô chính là phương pháp lập và xử lý mô hình toán mô tả dao động của các khối lượng trong cơ

hệ

Thông thường người ta lập mô hình toán mô tả dịch chuyển của cơ hệ

dưới dạng các phương trình vi phân.Có nhiều phương pháp lập phương trình

vi phân cho cơ hệ: Phương pháp lực, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp Dalambe, phương pháp áp dụng phương trình Lagranger loại II

1.5.1 Phương pháp lực

Phương pháp lực [13] hay được sử dụng để thiết lập các phương trình dao động của các thanh có khối lượng tập trung Phương pháp này được thực hiện theo các bước sau:

- Bước 1: Viết định luật Hook rộng: q = D.f*

Trong đó:

q: Dịch chuyển của hệ;

D: Ma trận hệ số ảnh hưởng hay ma trận độ mềm;

f*: Ma trận lực quán tính ngoài và lực tác dụng vào hệ

- Bước 2: Sử dụng quan hệ giữa lực và gia tốc: f * = M  q+ f

Trong đó: M: Ma trận khối lượng

- Bước 3: Xây dựng được phương trình vi phân từ các mối quan hệ trên:

Df q q

là các ẩn số nút) Tải trọng trên các phần tử cũng được đưa về các nút

1.5.3 Phương pháp sử dụng nguyên lý Dalambe

Theo nguyên lý Dalambe, bài toán động lực học hệ dao động sẽ đưa về

bài toán tĩnh học trên cơ sở đưa lực quán tính vào cơ hệ, khi đó phương trình chuyển động sẽ được thiết lập trên cơ sở lấy tổng đại số các ngoại lực, phản lực và lực quán tính tác dụng lên hệ khảo sát Khi đó, các phần tử của hệ dao động sẽ được tách độc lập và đặt ngoại lực cân bằng ở trạng thái tĩnh Từ đó xây dựng các phương trình cho từng phần tử để giải hệ các phương trình đơn giản

Phương pháp này khá thông dụng để giải các bài toán động lực học và trực quan hoá mối quan hệ ảnh hưởng lên từng phần tử riêng biệt trong hệ dao động Phương pháp này được dùng khi dao động đơn giản

1.5.4 Phương pháp sử dụng phương trình Lagranger loại II

Phương trình Lagranger loại II có dạng tổng quát như sau:

i i i i

Q q q q

T q

T dt

T: Hàm động năng của hệ;

: Hàm thế năng của hệ;

 : Hàm hao tán của hệ;

Qi : Lực suy rộng của hệ;

qi : Các toạ độ suy rộng của hệ

Sau khi tìm được các hàm động năng, thế năng, năng lượng hao tán và các lực suy rộng theo các toạ độ suy rộng, thay vào phương trình Lagranger loại II ta sẽ nhận được một hệ phương trình vi phân Số lượng phương trình vi phân trong hệ tỷ lệ thuận với số lượng của các khối lượng quy đổi trong mô hình Bằng phương pháp giải tích, một hệ phương trình vi phân luôn luôn có thể biến đổi được về một phương trình vi phân bậc cao với số bậc phụ thuộc vào số phương trình vi phân trong hệ

Việc lựa chọn phương pháp này hay phương pháp khác phụ thuộc vào

mô hình cơ học của cơ hệ Trong đó, đối với các cơ hệ hôlômôn, giữ và dừng ( Cơ hệ có các điều kiện ràng buộc được mô tả bằng những phương trình liên kết và trong phương trình liên kết không chứa các yếu tố vận tốc và thời gian [5] người ta thường sử dụng phương pháp áp dụng phương trình Lagranger loại II )

1.6 Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động

Nội dung của việc xử lý mô hình toán là việc giải và mô phỏng các phương trình vi phân đã lập được Trong những trường hợp phương trình vi phân không quá phức tạp, người ta thường ưu tiên sử dụng phương pháp giải tích để giải các phương trình vi phân

Tuy nhiên, nếu lập phương trình cơ học của hệ dưới dạng càng nhiều các khối lượng quy đổi, sẽ đồng nghĩa với việc nhận được một phương trình

vi phân có số bậc càng cao; dẫn đến việc giải và mô phỏng phương trình vi phân sẽ trở lên khó khăn hơn rất nhiều Ngày nay, với sự trợ giúp của máy tính điện tử đã khắc phục được vấn đề khó khăn nêu trên Các hệ chương trình trợ giúp đắc lực cho việc giải và mô phỏng phương trình vi phân có khá nhiều Có thể kể ra đây bốn chương trình tính toán đa năng được sử dụng phổ biến hơn cả là: Mathematica, Maple, Mathcad, Matlab & Simulinhk

1.6.1 Phần mềm Mathematic

Mathematica là một tổ hợp các tính toán bằng ký hiệu, tính toán bằng

số, vẽ đồ thị và là ngôn ngữ lập trình tinh vi Mục đích chính của phần mềm này là đưa vào sử dụng cho các ngành khoa học vật lý, công nghệ và toán học nhưng cùng với thời gian Mathematica trở thành phần mềm quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác Ngày nay Mathematica không những được sử dụng trong các ngành khoa học tự nhiên như vật lý , sinh học, toán học, hoá học, công nghệ mà nó đã trở thành một phần mềm quan trọng của các ngành khoa học xã hội cũng như kinh tế Trong công nghệ ngày nay người ta đã sử

dụng Mathematica trong công tác thiết kế

1.6.2 Phần mềm Maple

Với Maple người dùng có thể nhập biểu thức toán học theo các ký hiệu toán học truyền thống Có thể dễ dàng tạo ra những giao diện người dùng tuỳ chọn Maple hỗ trợ cho cả tính toán số và tính toán hình thức, cũng như hiển thị Ưu điểm của Maple là giải phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng, vẽ đồ thị không gian 2 chiều, 3 chiều

1.6.3 Phần mềm Mathcad

Mathcad là một loại chương trình xử lý toán học được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới hiện nay Nó hỗ trợ cho việc sử dụng máy tính làm công cụ thiết kế, xuất ra các văn bản mà người đọc hiểu được các bản tính cũng như các công thức tính một cách tường minh Ngoài ra cũng có thể lập trình trên Mathcad như một ngôn ngữ lập trình bậc cao

Mathcad có thể thay thế cho các bảng tính Excel trong việc diễn đạt các bảng tính thiết kế đối tượng cơ khí hay xây dựng Mặt khác, phần đồ hoạ thể hiện rõ ràng và đa dạng hơn Đặc biệt những tính toán phức tạp như giải phương trình vi phân, các phép toán ma trận, giải các bài toán số phức, các bài toán tối ưu hoá đều rõ ràng

1.6.4 Phần mềm Matlab & Simulinhk

Đối với việc giải và mô phỏng phương trình vi phân thì Matlab & Simulinhk là công cụ trợ giúp đắc lực và được sử dụng phổ biến hiện nay.Matlab&Simulinhk là một chương trình lớn trong lĩnh vực toán số với thế mạnh là tính toán và mô phỏng hệ thống

Simulinhk là một phần chương trình mở rộng của Matlab, nhằm mục đích mô hình hoá, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học Mô hình đồ hoạ trên màn hình Simulinhk cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu và các khối chức năng quen thuộc [10]

Nhiều nhà khoa học đã sử dụng phần mềm này phục vụ công tác nghiên cứu của mình và đã nhận được kết quả đáng tin cậy

1.7 Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động

Sau khi thu được những kết quả từ mô hình tính toán của nghiên cứu lý thuyết, để kiểm tra tính đúng đắn và độ tin cậy của mô hình người ta thường phải tiến hành thực nghiệm Trong thực nghiệm, người ta sẽ tiến hành các phép đo để xác định các thông số thực và quy luật biến đổi của chúng Sau đó, tiến hành so sánh với những kết quả tính toán lý thuyết, nếu sai lệch trong phạm vi cho phép và có thể lý giải được nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch đó thì lý thuyết sẽ được chấp nhận

Ngày nay, thực nghiệm trong nghiên cứu dao động ô tô thường sử dụng phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện Phương pháp đo các đại lượng không điện là phương pháp biến đổi các đại lượng không điện thành đại lượng điện trung gian, tín hiệu điện này được đưa đến bộ khuyếch đại, thông qua việc đo các đại lượng điện đó sẽ xác định ra các đại lượng cần đo

Phương pháp này có ưu điểm:

+ Vì chúng ta cần đo điện các đại lượng không điện, các thiết bị điện thường có quán tính rất nhỏ hay có dải tần số rộng và điều đó cho phép đo được các đại lượng biến đổi nhanh;

+ Có khả năng đo được từ xa, đo nhiều đại lượng cùng một lúc, truyền kết quả đo trên khoảng cách lớn và cho phép tính toán các kết quả đó, dùng chúng để điều khiển một quá trình nào đó;

+ Có khả năng liên hợp các thiết bị đo và điều khiển tự động các thiết bị cùng một kiểu với nhau

Sơ đồ nguyên lý của phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện với việc ứng dụng các thiết bị kỹ thuật số có sự trợ giúp của máy tính như sau:

Cảm biến CB là tập hợp những chuyển đổi đo, được bố trí trực tiếp trên đối tượng cần đo.Về bản chất, chuyển đổi đo là các phần tử biến đổi các đại lượng không điện thành đại lượng điện Bộ khuyếch đại K, thường được chế tạo thành bộ phận độc lập, có chức năng khuyếch đại tín hiệu đo lên nhiều lần

Hiện nay, bộ khuyếch đại K và bộ chuyển đổi A/D được tích hợp chung vào thiết bị và được điều khiển bằng phần mềm riêng của chúng Có một số thiết bị và phần mềm thông dụng như:

Thiết bị DMC Plus và phần mềm điều khiển DMC Laplus;

Thiết bị Spider8 và phần mềm Spider8 Conltrol;

Ngoài ra người ta còn dùng phần mềm Catmam để điều khiển cả hai loại thiết bị nêu trên

Cảm biến CB được gắn vào vật cần đo, tín hiệu từ cảm biến CB được chuyển đến bộ khuyếch đại K, tại đây tín hiệu được khuyếch đại lên hàng nghìn lần Tín hiệu sau khuyếch đại được bộ chuyển đổi A/D chuyển sang dạng số và được lưu vào máy tính bằng định dạng ASCII

Thực nghiệm là một nội dung quan trọng của nghiên cứu dao động ô tô

- máy kéo Sự chuẩn xác giữa kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thực

nghiệm là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ tin cậy và chất lượng của công trình nghiên cứu

Nghiên cứu để đưa ô tô forland vào phục vụ sản xuất lâm nghiệp chưa nhiều, các hướng nghiên cứu lại tập trung chủ yếu vào thiết kế cải tiến nhằm nâng cao tính năng sử dụng hoặc xác lập chế độ làm việc hợp lý với điều kiện sản xuất lâm nghiệp Nghiên cứu về dao động của ghế ngồi lái ô tô forland trong sản xuất lâm nghiệp để làm cơ sở cho việc đánh giá điều kiện làm việc của người lái và đề xuất phương án cải tiến ghế ngồi lái

Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô - máy kéo thường sử dụng

một số chỉ tiêu sau: Tần số dao động riêng, gia tốc dao động và thời gian tác động của dao động Để lập phương trình vi phân dao động của xe có nhiều phương pháp ( phương pháp lực, phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng nguyên lý Dalambe, ứng dụng phương trình Lagranger loại II ); Để giải và

mô phỏng phương trình đó có các phần mềm hỗ trợ ( Mathematica, Maple, Mathcad, Matlab - Simulinhk ) Việc lựa chọn phương pháp này hay phương pháp khác phụ thuộc vào mô hình cơ học của cơ hệ

Để tăng năng suất làm việc, hoàn thiện về kết cấu, tăng tuổi thọ cho máy cũng như cải thiện được điều kiện làm việc cho người lái máy, đảm bảo

an toàn khi làm việc, phù hợp điều kiện làm việc vận chuyển gỗ rừng trồng Với những vấn đề nêu trên, tác giả thực hiện đề tài: (( Nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên xe ô tô Forland vận chuyển gỗ và giải pháp nâng cao độ êm dịu cho người lái ))

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá độ êm dịu cho ghế ngồi người lái xe forland hiện có và xe forland sau khi lắp bộ phận treo có đàn hồi và giảm chấn cho ghế người lái,

làm căn cứ cho việc đề xuất cải tiến hệ thống treo ghế ngồi lái xe forland

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là xe ô tô forland và ghế ngồi lái hiện có khi vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp

Xe ô tô forland ( hình vẽ 2.1) là loại xe tải cỡ nhỏ một cầu chủ động, có tính năng cơ động cao Hiện nay xe ô tô forland được dùng nhiều trong các ngành kinh tế nói chung và trong lâm nghiệp nói riêng

Hình 2.1:Xe ô tô forland

Xe ô tô forland có các thông số cơ bản sau ( bảng 2.1):

Bảng 2.1: Thông số cơ bản xe ô tô forland

Năm, nơi sản xuất (Manufactured Year

Vết bánh trước/sau (Front/Rear trach) 1,400/1,425 (mm)

Kích thước bao (Overall Dimension) 4,950 x 1,900 x 2,170 (mm)

Trọng lượng bản thân (Kerb Weight) 1,835 (kG)

Trọng lượng toàn bộ TK/CP TGGT 3,250 (kG)

Thể tích làm việc của động cơ (Engine

3)

Công suất lớn nhất/tốc độ quay (Max

Hệ thống lái (Steering system) Có trợ lực

Phanh chính (Servise Brake) Thủy lực trợ lực chân không Phanh đỗ (Parking) Cơ khí tác động trên hệ truyền lực

Trên ca bin điều khiển xe ô tô forland, ghế ngồi lái không có giảm chấn Loại xe tải có thùng để xếp hàng hoá khi vận chuyển, phía cuối thùng có cửa

mở lật xuống phía dưới rất thuận tiện cho việc xếp, dỡ hàng hoá

Cầu chủ động của xe không có bộ giảm tốc bánh xe Hộp số điều khiển

cơ khí

2.3 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu dao động của ghế ngồi lái

trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của xe ô tô forland vận chuyển gỗ trên

đ-ường lâm nghiệp đã xác định

Đề xuất một số giải pháp hoàn thiện kết cấu bộ phận treo ghế ngồi nhằm nâng cao độ êm dịu cho người lái

2.4 Nội dung nghiên cứu

2.4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Xây dựng mô hình dao động thẳng đứng của ô tô forland khi vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp

- Khảo sát dao động thẳng đứng của trọng tâm ghế ngồi người lái trong trường hợp ghế ngồi nối cứng và nối mềm với sàn xe khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

- Xác định các thông số hợp lý của bộ phận treo lắp cho ghế ngồi người lái

2.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Đo gia tốc tác động lên ghế ngồi người lái theo phương thẳng đứng khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp để minh chứng cho kết quả nghiên cứu

lý thuyết

2.5 Phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Để nghiên cứu dao động theo phương thẳng đứng của ô tô và xác định

quy luật dịch chuyển điểm đặt ghế trên thân máy, tôi tiến hành xây dựng

mô hình dao động thẳng đứng của ô tô forland khi vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp bằng phương pháp cơ học giải tích với việc ứng dụng phương trình Lagranger loại II dạng:

i i i i i

Q q q q

T q

T dt

Khi ô tô mang tải, do có sự phân bố lại khối lượng ở cầu trước và cầu sau của xe, làm cho trọng tâm của nó theo chiều dọc thay đổi so với vị trí trọng tâm xe nguyên thuỷ, dẫn đến mô men quán tính của xe thay đổi và hàm động năng của hệ cũng thay đổi

Quy luật thay đổi toạ độ trọng tâm và mô men quán tính của máy khi làm việc với các tải trọng khác nhau được xác định theo lý thuyết của cơ học Việc giải hệ phương trình vi phân tuyến tính lập được để xác định các đặc trưng động lực học của hệ được tiến hành theo phương pháp giải tích, kết hợp với sự trợ giúp của máy tính điện tử nhờ phần mềm Matlab

Kết quả tính toán với các thông số kỹ thuật của ô tô, khối lượng gỗ, dạng mấp mô mặt đường, chúng tôi xác định được quy luật và khảo sát được biên độ dịch chuyển, biên độ gia tốc theo phương thẳng đứng của điểm đặt ghế trên thân máy khi vận chuyển gỗ ở các vận tốc khác nhau

Để đánh giá ảnh hưởng của dao động theo phương thẳng đứng đến điều kiện làm việc của người lái chúng tôi tiến hành xây dựng mức rung cho phép trong điều kiện vận chuyển gỗ theo các tiêu chuẩn nhà nước về rung động Chỉ tiêu dùng để đánh giá là giá trị trung bình bình phương gia tốc tác động lên người lái theo phương thẳng đứng Sử dụng TCVN 2156 - 90, giá trị cho phép đối với rung loại 1

Mức rung cho phép khi làm việc tiếp xúc với rung dưới 480 phút được xác định theo công thức [32]:

UT = U480

T

480

(2.2) Trong đó:

UT: Mức cho phép khi làm việc trong T phút

U480: Mức đối với thời gian 480 phút

T: Thời gian tiếp xúc với rung trong ngày ( phút)

Với mô hình tính toán lý thuyết, sau khi xác định được quy luật của gia tốc cực đại theo phương thẳng đứng của điểm đặt ghế trên thân máy ( do ghế ngồi lắp cứng với thân máy nên gia tốc tại đây chính là gia tốc tác động lên người lái) Ta khảo sát được giá trị gia tốc cực đại tác động lên người lái ứng với các chế độ vận tốc, tải trọng gỗ và các dạng mấp mô mặt đường khác nhau So sánh giá trị gia tốc lớn nhất tại điểm đặt ghế trong miền vận tốc làm việc của máy với giá trị tác động lên người lái cho phép ta đánh giá được mức

độ ảnh hưởng của dao động theo phương thẳng đứng của ô tô lên người lái khi vận chuyển gỗ

Để nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi và tính toán các thông số của hệ giảm xóc cho ghế, chúng tôi thiết lập mô hình nghiên cứu hệ:

(( Ghế - người lái)) theo mô hình dao động tuyến tính của hệ một bậc tự do và chịu kích động động học Quá trình lập và giải phương trình vi phân dao động của hệ này cũng được thực hiện như với hệ (( ô tô - gỗ )) đã nêu trên Trên cơ

sở các kết quả nhận được khi giải phương trình dao động của hệ (( ghế - người lái)), ta xác định được thành phần dao động cưỡng bức của ghế ( biên độ dịch chuyển, biên độ gia tốc dao động thẳng đứng) Đó là những số liệu cần thiết cho việc tính toán ghế giảm rung

Việc xác định các thông số cơ bản của hệ giảm xóc lắp cho ghế ngồi được tiến hành trên cơ sở chọn hệ số truyền thích hợp, đảm bảo giá trị gia tốc tác động lên người lái thoả mãn các tiêu chuẩn cho phép:

Zghmax  Zgh (2.3) Trong đó:

Zghmax: Giá trị biên độ gia tốc cức đại theo phương thẳng đứng của người và ghế,

 Zgh : Giá trị gia tốc cho phép tác động lên người lái

Với điều kiện đó, hệ số truyền được tính:

max

max ˆ

ˆ

2 2 2

Z

Z Z

Ở đây giá trị của Zghmax phụ thuộc vào các tham số như độ cứng lò xo,

hệ số cản động học của bộ giảm chấn Từ điều kiện (2.3), qua tính toán ta xác định được các giá trị độ cứng lò xo và hệ số cản động học của giảm chấn sao cho hệ số truyền v2 có giá trị đã được xác định theo biểu thức (2.4)

- Khảo sát dao động thẳng đứng của trọng tâm ghế ngồi người lái trong trường hợp ghế ngồi nối cứng và nối mềm với sàn xe khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp bằng phần mềm Matlab Simulink

- Xác định các thông số hợp lý của bộ phận treo lắp cho ghế ngồi lái bằng cách khảo sát mô hình dao động bằng phần mềm Matlab Simulink

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Đo gia tốc dao động thẳng đứng của trọng tâm ghế ngồi lái bằng phương pháp đo điện các đại lượng không điện với việc sử dụng cảm biến

tiêu chuẩn và các thiết bị đo kỹ thuật số Xác định các yếu tố đầu vào ta tiến

hành:

Bước 1: Đo độ mấp mô mặt đường

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

- Dạng mặt đường biến đổi ngẫu nhiên

Đường lâm nghiệp thường là đường đất biến đổi tự nhiên hoặc đường rải đá được sử dụng trong mùa khô ráo, nền đường dùng cho xe ô tô forland

là đường đất được san ủi gạt bỏ những chướng ngại vật, dạng mặt đường biến đổi điều hoà, có độ dốc cho phép

Do kích động của mấp mô mặt đường lên các bánh xe nên dao động của xe phụ thuộc chủ yếu vào độ mấp mô mặt đường Vì vậy mấp mô mặt đường là yếu tố đầu vào khi nghiên cứu dao động của xe ô tô forland Để nghiên cứu dao động của xe việc điều tra khảo sát dạng mặt đường mà xe làm

việc là vấn đề cần thiết

Theo yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế và xây dựng đường lâm nghiệp, mặt

và nền đường trục chính và trục phụ được san ủi phẳng Mặt đường chỉ còn lại gợn sóng dọc theo mặt đất, trắc diện dọc của mấp mô dạng đường xác định bằng các hàm tuần hoàn

h

ci s

n i

- hs1; hci: Là các hằng số tuỳ thuộc vào trắc diện mấp mô

Khảo sát một số mặt đường xác định ở các địa điểm đã nêu trên có dạng hàm điều hoà và có thể phân loại như sau:

Đối với một số mặt đường lâm nghiệp có các đặc trưng [10]

- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 4cm, bước sóng S0 = 1,0m;

- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 2,1cm, bước sóng S0 = 0,85m;

- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 2,3cm, bước sóng S0 = 1,0m;

- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 1,8cm, bước sóng S0 = 0,6m;

Các kết quả này làm tài liệu cơ sở cho việc nghiên cứu dao động của xe

ô tô forland khi chuyển động trên đường lâm nghiệp

* Phương pháp đo độ mấp mô mặt đường

Hiện trường thí nghiệm là đoạn đường thuộc tuyến đường lâm nghiệp khu vực Thanh Hoá Đường có độ ổn định cao, độ dốc dọc và dốc ngang

không lớn để thuận lợi cho việc tiến hành thí nghiệm, đoạn đường được chọn

có đặc trưng hình học sát với giá trị trung bình của đường lâm nghiệp ( độ

mấp mô 0,1 mét; chiều dài sóng 0,8 mét) Sau khi chọn sơ bộ tôi tiến hành đo

trực tiếp bằng phương pháp thủ công, phương pháp đo như sau:

Trước hết, xác định vệt của bánh xe sẽ đi khi thí nghiệm, tại điểm đầu tại điểm đầu và điểm cuối của mỗi đoạn đóng cọc cố định, trên mõi cọc lấy

một điểm cách mặt đất 20cm căng dây qua hai điểm này lấy dây này làm

đường chuẩn Sau đó xác định các đỉnh lồi, đỉnh lõm ( các đỉnh lồi có khoảng

cách từ 0,6 mét đến 1 mét), dùng thước đo khoảng cách các đỉnh theo chiều

dài đoạn đường ta được các giá trị si, đo khoảng cách từ đường chuẩn đến mặt

đất tại vị trí các đỉnh ta được các giá trị yi

Sơ đồ đo các thông số độ mấp mô mặt đường như hình vẽ 2.2

Độ chênh lệh cao giữa các đỉnh được tính theo công thức:

hi = | yi - yi + 1 | ( 2.8) Chiều cao mấp mô trung bình được tính:

h tb =

n

h n i i



 1 (2.9) Chiều dài bước sóng của mặt đường được tính:

S 0 =

n

s n i i



 1 (2.10) Sau khi có số liệu đo thực tế trên các đoạn khảo sát tôi chọn được đoạn dài 100 mét có các thông số: h tb = 0,1 mét ; s0 = 0,8 mét, cao độ các đỉnh lồi tương đối đều nhau và chọn đoạn này để tiến hành khảo nghiệm

Bước 2: Đo gia tốc

- Xếp gỗ lên thùng xe

- Bơm bánh xe:

+ Bánh trước với áp suất: 2,5 KG/cm2

+ Bánh sau với áp suất: 2,5 KG/cm2

- Gắn đai ốc bắt đầu đo vào vị trí trên thân máy phía dưới ghế ngồi, chiều dài của đai ốc đảm bảo cho trục dọc của đầu đo theo phương thẳng đứng

- Chuẩn bị gỗ: Gỗ có đường kính từ 10 ÷ 30 cm, trọng lượng của gỗ xếp lên thùng xe ở các mức khác nhau: 500 kG, 1000 kG

- Thiết bị

+ Đầu đo gia tốc chuẩn mã hiệu: B12/1000 : 01 chiếc

+ Bộ thu thập, khuyếch đại Spider 8 : 01 bộ

+ Máy tính sách tay: 01 chiếc

+ Đồng hồ bấm giây điện tử mã hiệu TF độ chính xác 18% giây: 01 chiếc + Máy phát điện hãng Hon Da và ổn áp nguồn điện : 01 bộ

- Phương pháp đo

+ Ghép nối hệ thống đo với ô tô, đo thử để kiểm tra thiết bị đo

+ Khi đo vận tốc ô tô ổn định trong quá trình chạy trên đoạn đường khảo nghiệm, cho ô tô khởi hành trước một đoạn 5 ÷ 7 mét, trongquá trình máy chạy chỉ chạy một số với chế độ ga tối đa Khi chạy yêu cầu đúng vệt đã định + Khảo nghiệm với tốc độ số 2 hoặc số 3 , bấm thời gian máy chạy trên đoạn đường khảo nghiệm

+ Chế độ tải : Xe ô tô chở đủ tải 1250kg

+ Mỗi thí nghiệm tiến hành đo 3 lần, kết quả được ghi dưới dạng tệp ASCII

t : Thời gian máy chạy trên quãng đường S

+ Biên độ gia tốc dao động thẳng đứng cực đại thực tế được xác định bằng phương pháp tung độ và điểm

Gọi các giá trị biên độ gia tốc cực đại đo được là * 1, * 2, * 3 , * i



( 2.12) Kết quả cuối cùng của mỗi thí nghiệm là giá trị trung bình của ba lần đo