Nghiên cứu dao động của xe ô tô vinaxuki 4,5 tấn vận chuyển gỗ mỏ trên đường lâm nghiệp

Để làm cơ sở cho việc nghiên cứu hoàn thiện thêm hệ thống treo và chọn chế độ sử dụng hợp lý theo hướng nâng cao độ êm dịu chuyển động khi sử dụng loại xe tải Vinaxuki 4,5 tấn vào việc v

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU

Hà Nội, 2011

ĐẶT VẤN ĐỀ

Một trong những nhiệm vụ về kinh tế mà chiến lược phát triển lâm nghiệp Việt Nam giai đoạn 2006  2020 đặt ra là: Sản lượng gỗ trong nước từ

20 - 24 triệu m3/năm (trong đó có 10 triệu m3 gỗ rừng trồng) [29], đáp ứng về

cơ bản nhu cầu nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến lâm sản, bột giấy và xuất khẩu Hiện tại rừng trông nước ta ở nhiều nơi đã và đang được khai thác với số lượng lớn để làm nguyên liệu giấy, làm gỗ trụ mỏ, làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến gỗ

Vận chuyển gỗ là một công đoạn trong quá trình khai thác gỗ, đó là sự

di chuyển gỗ từ bãi gỗ về nhà máy sản xuất, đến nơi xuất khẩu và nơi sử dụng Đây là một khâu công việc được thực hiện chủ yếu trên đường lâm nghiệp độ mấp mô, độ dốc lớn Một vài năm trước việc vận chuyển này các

hộ kinh doạnh, khai thác gỗ đều dùng các loại xe công nông, xe tự chế để vận chuyển Đến năm 2007 Chính phủ đã cấm sử dung các loại công nông, xe tự tạo, tự chế tương tự [30] Vì vậy, việc vận chuyển gỗ ở Việt nam nói chung, các tỉnh vùng núi phía Đông Bắc nói riêng được thực hiện chủ yếu nhờ các loại xe tải cỡ nhỏ hoặc trung bình tùy thuộc vào quy mô sản xuất, kinh doanh

và địa hình khai thác Để phục vụ cho công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước ngành công nghiệp ôtô Việt Nam ngày càng phát triển, hàng loạt các công ty, nhà máy, xí nghiệp và các hãng sản xuất, nhập khẩu ôtô ra đời đặc biệt là các công ty, nhà máy sản xuất liên doanh với Trung Quốc như hãng Đông Phong, Trường Hải, Vinaxuki… đã và đang đáp ứng được nhu cầu vận chuyển của nước ta

Xe tải Vinaxuki 4,5 tấn do liên doanh giữa Việt Nam và Trung Quốc sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam đã và đang được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực kinh tế ở nước ta, vì giá thành thấp, phụ tùng thay thế nhiều phù hợp với các hộ kinh doanh, các nhà máy, đơn vị sản xuất vừa và nhỏ Trong số đó là các lâm trường, công ty khai thác, hộ sản xuất kinh doanh rừng

đã và đang sử dụng loại xe này vào việc vận chuyển gỗ mỏ rừng trồng rất phổ biến, đem lại những hiệu quả bước đầu khả quan

Tuy nhiên khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp là hết sức phức tạp

do đường có độ dốc, độ mấp mô lớn dẫn đến độ êm dịu chuyển động của xe

bị hạn chế, ngoài ra các bộ phận của hệ thống treo thường xuyên bị hư hỏng ảnh hưởng tới độ êm dịu chuyển động và gây hư hỏng một số bộ phận khác của xe Việc nghiên cứu đánh giá độ êm dịu và cải tiến một số bộ phận treo của các xe tải cỡ nhỏ và cỡ trung bình được đóng mới tại Việt Nam nói chung

và xe tải Vinaxuki loại 4,5 tấn nói riêng sau một thời gian đưa vào sử dụng là rất cần thiết Để làm cơ sở cho việc nghiên cứu hoàn thiện thêm hệ thống treo

và chọn chế độ sử dụng hợp lý theo hướng nâng cao độ êm dịu chuyển động khi sử dụng loại xe tải Vinaxuki 4,5 tấn vào việc vận chuyển gỗ mỏ trên

đường lâm nghiệp, tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu dao động của xe ôtô

Vinaxuki 4,5 tấn vận chuyển gỗ mỏ trên đường lâm nghiệp”

* Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Xây dựng mô hình dao động của ô tô tải Vinaxuki 4,5 tấn vận chuyển

gỗ mỏ trên đường lâm nghiệp từ đó đánh giá ảnh hưởng của điều kiện làm việc đến tính chuyển động êm dịu của ô tô và làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động của ôtô

* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện thêm hệ thống treo, đồng thời phục vụ cho việc chọn chế độ sử dụng hợp lý khi xe vận chuyển gỗ

mỏ trên đường lâm nghiệp

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

1.1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong khai thác và vận chuyển gỗ trên thế giới

Khai thác gỗ được định nghĩa là toàn bộ các thao tác, các công đoạn để biến cây đứng thành sản phẩm gỗ tròn theo qui cách xác định rồi chuyển chúng từ rừng đến một điểm tiêu thụ nào đó Nó là cầu nối giữa nguồn tài nguyên rừng và các ngành công nghiệp sử dụng gỗ làm nguyên liệu như công nghệ chế biến gỗ, công nghiệp giấy, khai thác than, xây dựng… Việc khai thác cũng như mọi công việc khác đều phải tuân thủ theo những công nghệ nhất định Công nghệ khai thác gỗ có thể là công nghệ thủ công, công nghệ tiên tiến Mỗi loại công nghệ chỉ có thể thích hợp với các đièu kiện nhất định Công nghệ thích hợp là công nghệ phù hợp với các điều kiện kinh tế - xã hội phổ biến có tính địa phương môi trường và phù hợp với điều kiện môi trường Do vậy công nghệ khai thác gỗ phải giảm mức tối đa các chi phí sản xuất cũng như tác động xấu đến môi trường [33]

Trong việc khai thác gỗ rừng trồng hiện nay người ta thường áp dụng các loại công nghệ sau [23],[24]

- Loại hình công nghệ khai thác gỗ nguyên cây (Full- tree-method): Cây gỗ sau khi hạ được giữ nguyên cả cành và tán rồi được kéo ra bãi gỗ Tại đây chúng được cắt cành, cắt khúc theo quy cách sản phẩm sau đó được vận chuyển đến nơi tiêu thụ

- Loại hình công nghệ khai thác gỗ dài (Full-length-method ): Cây gỗ sau khi hạ được cắt cành, ngọn tại nơi chặt hạ rồi được kéo ra ven đường vận

chuyển hoặc bãi gỗ Tại đây chúng được cắt khúc rồi vận chuyển đến nơi tiêu thụ

Loại công nghệ khai thác gỗ ngắn (Short-wood method/Cut-to-length method): Toàn bộ các thao tác hạ cây, cắt cành ngọn và cắt khúc đều được thực hiện ở nơi chặt hạ, sau đó các khúc được đưa đến bãi gỗ ven đường rồi được chuyển về nhà máy hoặc một điểm nào đó

Như đã đề cập, việc áp dụng loại hình công nghệ này loại hình công nghệ kia, cũng như việc lựa chọn được một công nghệ thích hợp trong khai thác rừng phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như việc cung cấp nhân lực và tiền công lao động, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khả năng đầu tư, tính sẵn có của trang thiết bị, máy, phụ tùng thay thế, điều kiện rừng, điều kiện kinh tế-xã hội

và bảo vệ rừng khi khai thác

Ở Brazil, người ta áp dụng cả ba loại hình nêu trên trong việc khai thác

gỗ rừng trồng [36] Loại hình khai thác gỗ ngắn được áp dụng chủ yếu trong khai thác rừng bạch đàn Để tăng năng suất,giảm giá thành khâu chặt hạ người

ta tổ chức nhóm làm việc hai người: một người chặt hạ và cắt khúc bằng cưa xích người kia dùng búa để chặt cành.Việc tập trung từ nơi chặt hạ về các bãi

gỗ nhỏ ven đường hoặc kho gỗ được thực hiện bằng máy kéo bánh hơi lâm nghiệp hoặc máy kéo nông nghiệp được trang bị thêm rơ moóc chở gỗ, tay thủy lực và các kết cấu phụ trợ đảm bảo an toàn cho người và thiết bị khi làm việc trong rừng Đối với địa hình dốc, người ta sử dụng đường cấp lưu động với nguồn động lực là máy kéo nông nghiệp để đưa gỗ từ nơi chặt hạ về chỗ tập trung Ở một số lâm trường và trang trại quy mô nhỏ người ta dùng bò hoặc ngựa kéo gỗ

Ở hình thức khai thác gỗ dài, việc chặt hạ, cắt cành ngọn được thực hiện ở nơi chặt hạ bằng việc sử dụng cưa xích, sau đó các thân cây được kéo

tập trung về kho gỗ hoặc bãi gỗ nhỏ ven đường bằng máy kéo nông nghiệp,

có trang bị thêm bộ phận treo gỗ

Việc vận chuyển gỗ từ các bãi gỗ đến nơi tiêu thụ ở Brazil được thực hiện chủ yếu bằng các xe vận tải chuyên dùng theo nhiều kiểu khác nhau: Xe tải không rơ moóc, xe tải và một sơ mi rơ moóc, xe tải kéo theo một hoặc hai

rơ moóc Việc bốc dỡ trên các kho gỗ hầu như được cơ giới hóa bằng việc sử dụng các cầu trục thủy lực cố định chuyên dùng Việc bốc dỡ gỗ, củi ở những nơi có sản lượng khai thác nhỏ vẫn phổ biến bằng lao động thủ công

Ở phần Lan và các nước Bắc Âu [36], từ những năm 80 trở về trước, cả

ba loại hình công nghệ trên cũng đều được áp dụng trong khai thác gỗ rừng trồng Hiện nay nhờ những tiến bộ trong ngành chế tạo máy lâm nghiệp và đặc biệt là đường vận chuyển dày đặc với chất lượng tốt đã đến tận khu rừng

xa xôi nên hình thức khai thác gỗ ngắn được sử dụng là chính Việc hạ cây, cắt cành thường dùng máy chuyên dùng (Feltler - Buncher) và máy khai thác liên hợp (Harvester) sau đó các khúc gỗ được vận chuyển đến các ven đường nhờ sử dụng các máy kéo vận xuất bánh hơi chuyên dùng (Forwarder) hoặc máy kéo nông nghiệp được trang bị tay thủy lực và rơ moóc chở gỗ

Việc vận chuyển gỗ từ rừng đến nơi tiêu thụ chủ yếu bằng đường bộ nhờ sử dụng các xe vận tải cỡ lớn có thể kéo một hoặc hai rơ moóc Ngoài ra việc vận chuyển gỗ cũng được thực hiện bằng đường thủy và đường sắt nhưng ngày càng giảm

Việc sử dụng các công cụ thủ công trong việc chặt hạ như cưa cùng, búa cũng như việc dùng ngựa để vận chuyển gỗ Ở Phần Lan hiện nay vẫn được sử dụng nhưng với tỷ trọng nhỏ, chủ yếu dùng trong khai thác tỉa thưa quy mô nhỏ

Ở Malaisia [38] trước đây người ta kết hợp máy kéo xích và máy kéo bánh hơi lâm nghiệp để vận chuyển gỗ rừng trồng nhưng qua sử dụng cho

thấy; do di chuyển nhiều trong rừng nên trong bề mặt đất rừng bị phá hoại nghiêm trọng ảnh hưỏng xấu đến quá trình tái sinh rừng và làm cho quá trình xói mòn đất tăng lên Hiện nay phần lớn rừng trồng của Malaisia tập trung ở các tập đoàn lâm nghiệp, tại đây với một hệ thống cơ sở hạ tầng và dịch vụ kỹ thuật tương đối tốt và đồng bộ nên người ta áp dụng loại hình khai thác nguyên cây là chủ yếu Thiết bị trong khâu chặt hạ là cưa xích cỡ nhỏ Việc vận chuyển gỗ từ rừng về nhà máy chủ yếu bằng ôtô, khâu bốc dỡ gỗ về cơ bản đã đựơc cơ giới hóa

1.1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong khai thác và vận chuyển gỗ rừng trồng 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 Hiện nay nước ta đã cho phép việc khai thác gỗ và tre nứa ở các rừng giàu và trung bình (rừng gỗ có trữ lượng trên 80 m3, rừng tre, luồng có từ 3 - 3,5 nghìn cây/ha trở lên; rừng nứa, vầu có từ 6 - 7 nghìn cây/ha trở lên) Chỉ được tiến hành khai thác chọn lọc, cường độ chặt chỉ giới hạn không quá 35% đối với

gỗ và 50% đối với tre nứa theo tổng trữ lượng toàn vùng [48] Ở vùng chuyên canh gỗ nguyên liệu giấy người ta áp dụng loại hình khai thác gỗ ngắn là chủ

yếu Quy trình công nghệ hiện nay như sau:

Khâu chặt hạ

Việc hạ cây, căt cành, cắt khúc được thực hiện chủ yếu bằng các công

cụ thủ công như búa, cưa gỗ Hiện nay, ở hầu hết các lâm trường đã sử dụng cưa xăng cỡ nhỏ để chặt hạ Gỗ nguyên liệu có chiều dài 4m tới 70% được cắt khúc tại nơi chặt hạ, 30% được cắt khúc dưới chân đồi sau khi dùng các phương tiện khác nhau đưa cả thân cây xuống

Khâu vận xuất

Trong những năm gần đây, khâu vận xuất gỗ cũng đã được rất nhiều nhà khoa học cũng như các đơn vị sản xuất quan tâm Hiện nay đối với một số địa hình thuận lợi người ta đã tiến hành cơ giới hoá khâu công việc này bằng các loại máy móc thiết bị hiện đại nhằm giải phóng sức lao động nặng nhọc, nguy hiểm và tăng tỷ lệ tận dụng gỗ, (hình 1.1)

Hình 1.1 Vận xuất gỗ bằng máy kéo LKT 180 kết hợp tời cáp

Hình 1.2 Vận xuất gỗ bằng máy kéo bánh xích TDT 55

Khâu bốc dỡ và vận chuyển:

Vận chuyển gỗ từ rừng về khu chế biến hiện nay phổ biến gồm hai bước: vận chuyển cự ly ngắn và vận chuyển đường dài

Vận chuyển cự ly ngắn: đưa gỗ từ các bãi gỗ nhỏ trong rừng ra các bãi

gỗ trung chuyển ven đường quốc lộ hoặc cạnh bờ sông với cự ly trung bình 10

- 15 km Vận chuyển gỗ từ các bãi trung chuyển về nhà máy chế biến, nhà

máy giấy được thực hiện bằng đường sông và đường bộ Việc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện vận chuyển được thực hiện bằng lao động thủ công hoặc bằng các phương tiện bốc dỡ tùy theo các phương tiện bốc gỗ vận chuyển Ở các bãi gỗ tập trung quy mô lớn người ta dùng các máy bốc xếp kiểu hàm bốc

để bốc dỡ cho ô tô hoặc đưa xuống bến sông Còn ở những nơi lượng gỗ ít, phân tán người ta dùng lao động thủ công để bốc dỡ cho phương tiện vận chuyển

Việc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện vận chuyển được thực hiện chủ yếu bằng lao động thủ công hoặc bằng cần cẩu ôtô, tời cáp, (hình 1.3)

Hình 1.3 Bốc dỡ gỗ bằng tời cáp

Vận chuyển đường dài: việc vận chuyển gỗ từ các bãi trung chuyển về nhà máy giấy được thực hiện bằng đường sông và đường bộ, phương tiện vận chuyển là các xe ôtô chuyên dụng (hình 1.4), tàu thuỷ, thuyền

Hình 1.4 Vận chuyển gỗ bằng ô tô lâm nghiệp chuyên dùng

Vận chuyển đường ngắn: việc vận chuyển gỗ từ địa điểm khai thác tới các bãi gỗ, các nhà máy, các xưởng chế biến gỗ…phương tiện vận chuyển trước đây là xe Reo 7, xe Volvo, Jil 157K, xe IFA, xe công nông Nhưng hiện nay các hộ kinh doanh rừng, các doanh nghiệp, nhà máy chế biến gỗ thường

sử dụng các loại xe tải cở trung bình và lớn để vận chuyển gỗ, (hình 1.5)

Hình 1.5 Vận chuyển gỗ mỏ bằng ôtô tải cỡ trung bình

Năm 1972, Tiến sỹ Nguyễn Kính Thảo cùng một số cán bộ giảng dạy khoa Công nghiệp rừng Trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công máy kéo khung gập L35 với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ

Năm 1985, Tiến sỹ Nguyễn Kính Thảo và đồng nghiệp Viện Khoa học Lâm nghiệp đã nghiên cứu chế tạo tời một trống dẫn động từ trục thu công suất và rơ moóc một trục lắp sau máy kéo Zeto để tự bốc và vận xuất gỗ

Năm 1994, PGS TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng dạy Trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công đề mục thuộc đề tài cấp Nhà nước KN-03-04, đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy, vùng

gỗ nhỏ rừng trồng kiểu rơ moóc một trục lắp sau máy kéo MTZ – 50 có thiết

bị tời cáp và cơ cấu nâng gỗ thuỷ lực vừa gom gỗ từ xa vừa tự bốc cho rơ moóc[9]

Năm 2002, Th.S Phạm Minh Đức nghiên cứu khả năng kéo bám của máy kéo DFH -180 kéo rơ moóc một trục khi vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng[18]

Năm 2005, PGS.TS Nông Văn Vìn cùng một số cán bộ giảng dạy Trường Đại học Lâm nghiệp và Trường Đại học Nông nghiệp I thực hiện đề tài nhánh cấp Nhà nước KC -07- 26 đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm sản xuất rơ moóc một trục lắp sau máy kéo cải tiến để vận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng

Năm 2010 Th.S Dương Văn Cường thực hiện đề tài Những cơ sở khoa học của việc áp dụng xe tải xích cao xu MST – 600 vào vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

Nhìn chung các nghiên cứu ở nước ta trong những nâm gần đây chủ yếu đi vào nghiên cứu cải tiến, thiết kế, chế tạo các thiết bị chuyên dùng lắp cho máy kéo bánh hơi để vận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng

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

1.2.1 Tổng quan nghiên cứu về dao động ôtô, máy kéo trên thế giới

Trong công trình [45], 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 Theo tác giả, một máy kéo có thể

có 7 bậc tự do: Dao động thẳng đứng, dao động xoay quanh trục ngang, dao động dọc, dao động xoay quanh trục dọc và dao động liên kết xoay quanh trục cân bằng

Tác giả Volgel [46], 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 và 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 [49], 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 đến chuyển động quay và các chuyển động khác Do vậy công trình này chưa đánh giá và thể hiện được đầy

đủ các tính chất động lực học của máy cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển động của máy kéo nói riêng và liên hợp máy nói chung

Năm 1973 Barski I.B [7], 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

Năm 1983 Đobrưnhin Iu.A [36], nghiên cứu động lực học thẳng đứng của máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ

Năm 1987 Zucov A.B [35], đã nghiên cứu những vấn đề dao động của máy kéo lâm nghiệp

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 của 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 ôtô 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 có kể đến biến dạng thực tế của mặt đường và khả năng của con người chịu tác động của dao động

1.2.2 Tổng quan nghiên cứu về dao động ôtô, máy kéo ở Việt Nam

Đối với sản suất lâm nghiệp, các hoạt động khai thác thường diễn ra trong rừng Đối tượng khai thác là gỗ, các phương tiện dùng để vận xuất gỗ chủ yếu là các loại máy kéo chuyên dùng hoặc các loại máy kéo nông nghiệp

có lắp đặt các thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ Ở nước ta thường sử dụng các loại máy kéo được nhập từ nước ngoài để khai thác gỗ vận chuyển gỗ là các loại xe tải cở trung bình, cở lớn các xe chuyên dùng Các công trình nghiên cứu chỉ tập trung vào xây dựng hệ thống định mức kinh tế kỹ thuật đối với các loại máy, có ít các công trình nghiên cứu về các đặc tính động lực học của các loại ôtô tải cỡ trung bình được đóng mới tại Việt Nam 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 ôtô, 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 dao động tô máy kéo ở nước ta như sau:

Công trình nghiên cứu của GS.TS Nguyễn Hữu Cẩn và các cộng sự [11], 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 Trong chuyển động, ô tô máy kéo dao động theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc máy (OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người; theo phương ngang, phương dọc ảnh hưởng không đáng kể, có thể bỏ qua

Th.S Nguyễn Hồng Quang [28], 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 [20], 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 [32], [2] Các công trình này là nghiên cứu trong phạm vi hẹp nhằm xác định ảnh hưởng của rung xóc tới sức khỏe của người lái và bước đầu đặt ra một số biện pháp chống rung cho người lái

như cải tiến ghế chống rung 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 [18], [19] 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

Th.S Huỳnh Hội Quốc [29] đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang, lắc dọc của ô tô ở vận tốc cao

Th.S Hoàng Gia Thắng [30] 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] nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi Tác giả đã xây dựng mô hình, hệ phương trình vi phân và các điều kiện biên mô tả dao động thẳng đứng của máy kéo, của cầu trước, cầu sau và ghế ngồi có tính đến những đặc điểm riêng của hệ như liên kết một chiều giữa bánh xe và mặt đường, 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 của 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 trong trường hợp kéo tải

Năm 2010 TS.Trần Việt Hà [18] 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 Luận án đã xây dựng được mô hình dao động phù hợp, khảo sát được

sự ảnh hưởng của một số thông số tới độ êm dịu chuyển động và sức chịu đựng chịu đựng của con người cho một số ôtô khách đống mới tại Việt Nam

và đã thí nghiệm xác định các chỉ tiêu êm dịu chuyển động trong phòng thí nghiệm và trên đường thử nghiệm có biên dạng hình sin cho xe ôtô đã được khảo sát

Th.S Lê Thị 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 Tác giả chưa đề cập tới mô hình dao động của xe khi đang thực hiện nhiệm vụ chữa cháy

Th.S Nguyễn Văn Huệ [32], đã nghiên cứu giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động của máy kéo MTZ – 82 khi kéo rơ moóc trở gỗ

Các công trình nghiên cứu trên đã góp phần đóng góp rất tích cực cho các hoạt động sản xuất nông nghiệp ở nước ta 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 ôtô, 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 để cải tiến các bộ phận hoặc các hệ thống của máy kéo được nhập từ nước ngoài vào Việt nam

Đối với sản xuất lâm nghiệp, các hoạt động khai thác thường diễn ra trong rừng Đối tượng khai thác là gỗ, các phương tiện vận xuất gỗ chủ yếu là máy kéo chuyên dùng hoặc máy kéo nông nghiệp có lắp đặt các thiết bị chuyên dùng các phương tiện vận chuyển gỗ trước kia là các loại xe công nông, xe Reo, xe Vonvol, xe IFA Hiện nay các loại xe này đã bị cấm hoặc hết hạn sử dụng, sử dụng không kinh tế Thay vào đó để vận chuyển gỗ rừng trồng người ta thường sử dụng các loại xe tải trung bình, xe tải lớn như HYUNDAI, HINO… đặc biệt là các loại xe tải cỡ trung bình của các hãng

liên doanh nước ngoài và được đóng mới tại Việt Nam như Vinaxuki, Trường Hải, Đông Phong… phần nào đã đáp ứng được nhu cầu sử dụng trong việc vận chuyển hàng hoá nói chung và vận chuyển gỗ rừng trồng nói riêng

Nhìn chung các công trình nghiên cứu về êm dịu chuyển động của ôtô, máy kéo trong vận xuất và vận chuyển gỗ ở 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 ôtô, máy kéo

1.3 Tổng quan về hệ thống treo của ôt ô, máy kéo

Chúng ta đã biết cộng dụng của hệ thống treo là 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 và truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng

đứng, lực dọc và lực bên Do đó cần có độ cứng thích hợp để xe chuyển động

êm dịu và có khả năng dập tắt nhanh dao động đặc biệt là những dao động có biên độ lớn Tính năng hệ thống treo của mỗi loại xe bao giờ cũng là kết quả dung hoà giữa hai lựa chọn Độ an toàn và độ êm dịu của ôtô, máy kéo

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 các đặc điểm chính sau: Ưu điểm: Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò

xo trụ có khối lượng nhỏ hơn nhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp, kết cấu gọn nên tiết kiệm không gian và cho phép hạ thấp trọng tâm xe nhằm nâng cao tốc độ

Nhược điểm: Khi làm việc ở giữa các vòng lò xo không có nội ma sát như nhíp nên thường phải bố trí thêm giảm chấn kèm theo để dập tắt nhanh dao động

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 1.6)

Hình 1.6: Lò xo trụ dùng trong hệ thống treo

Loại nhíp: Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn

giản rẻ tiền, dễ chăm sóc bảo dưỡng nhưng lại có nhược điểm là khối lượng lớn, thùng xe ở trên cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽ lớn ảnh hưởng đến tốc

độ và sự ổn định khi xe chuyển động, mặt khác vết bánh 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 Loại bó nhíp (hình 1.7) và đệm cao su (hình 1.8) được dùng hầu hết trên các loại ôtô, máy kéo

Hình 1.7: Bó nhíp Hình 1.8: Đệm cao su

Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa trên nguyên tắc không khí có tính đàn hồi khi bị nén Hệ thống treo loại khí (hình 1.9) được sử dụng tốt ở các ôtô có trọng lượng phần lớn được thay đổi khá lớn như ở ôtô trở khách, ô tô vận tải và đoàn xe Loại này có thể tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất không khí bên trong phần tử đàn hồi Giảm độ cứng của hệ thống treo sẽ làm cho độ êm dịu chuyển động tốt hơn

Hình 1.9: Bộ phận đàn hồi loại khí được dùng trên các xe ôtô hiện đại

* Bé phËn gi¶m chÊn: Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích

sau:

Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sử dụng

Đảm bảo dao động của phần không treo (unsprung) ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường đảm bảo tính năng lái và tăng tốc cũng như chuyển động an toàn

Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khả năng an toàn khi chuyển động

Để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động giảm chấn sẽ biến đổi

cơ năng thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu

Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều ở cấu trúc hai lớp, (h×nh 1.10)

Loại ống nhún giảm chấn thuỷ - khí (hình 1.11) được dùng trên một số

xe ôtô hiện đại, có giá thành cao, vận hành phức tạp, lại thêm hệ thống nén khí cao áp rất đắt đỏ, nên hầu như không được phổ biến Đây là tổng hợp của

lò xo đàn hồi có giảm chấn cùng với lò xo khí thủy lực, trong hệ thống này, Piston của phần đàn hồi cũng như trục của nó đồng thời là trục của bộ giảm chấn Phần lò xo khí nằm trong một khối cầu bao bọc bởi một màng cao su đặc biệt Phần tích trữ khí cùng với không gian mặt trên của Piston được nối

với nhau bởi 1 đường ống thủy lực

Hình 1.11: Cấu tạo bộ phận giảm chấn thuỷ - khí dùng trên ôtô hiện đại Hình 1.10: Cấu tạo bộ phận giảm

chấn thường dùng trên ôtô, máy kéo

* Bé phËn ổn định và dÉn h-íng

Thanh ổn định: có tác dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu chịu tải ít hơn Cấu tạo chung của nó có dạng chữ U, một đầu chữ U được nối với phần không được treo, còn đâu kia được nối với thân vỏ xe, các đầu nối

này dùng ổ đỡ bằng cao su,( hình 1.8)

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 1.12)

Hình 1.12: Thanh ổn định và các đòn dẫn hướng trong cơ cấu treo

* Mét sè kiÓu bè trÝ hÖ thèng treo trong «t«, m¸y kÐo

Trong cấu tạo ôtô, xe máy có rất nhiều kiểu bố trí hệ thống treo Tuy nhiên ngày nay người ta thường sử dụng các cách bố trí như sau:

Hệ thống treo phụ thuộc (hình 1.13) 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 đó sự dịch chuyển của một bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ gây nên chuyển vị nào đó của bánh xe phía bên kia

Hình 1.13: Hệ thống treo phụ thuộc dùng lá nhíp

Hệ treo độc lập hai đòn dọc là hệ treo mà mỗi bên có một đòn dọc (hình 1.14) Các đòn dọc thường được bố trí song song sát hai bên bánh xe Một đầu của đòn dọc được gắn cố định với moayơ bánh xe, đầu còn lại liên kết bản lề với khung hoặc dầm ôtô Lò xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung Đòn dọc vừa là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọc, và là bộ phận dẫn hướng Do phải chịu tải trọng lớn nên nó thường được làm có độ cứng vững tốt

Hình 1.14: Hệ thống treo độc lập dùng lò xo và 2 đòn dọc

Hệ treo độc lập hai đòn ngang: Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang (hình 1.15) bao gồm 1 đòn ngang trên, một đòn ngang dưới Mỗi đòn không phải chỉ là 1 thanh mà thường có cấu tạo hình tam giác (chữ A) hoặc hình thang

Cấu tạo như vậy cho phép các đòn ngang làm được chức năng của bộ phận hướng, kết cấu chắc chắn đảm bảo truyền lực tốt

Hình 1.15: Hệ thống treo độc lập dùng lò xo và 2 đòn ngang

Hệ thống treo độc lập dùng lò xo và 2 đòn chéo (hình 1.16) là cấu trúc mang tính trung gian giữa hệ treo đòn ngang và hệ treo đòn dọc Bởi vậy sử dụng hệ treo này cho ta tận dụng được ưu điểm của hai hệ treo trên và khắc phục được một số nhược điểm của chúng Đặc điểm của hệ treo này là đòn đỡ bánh xe quay trên đường trục chéo và tạo nên đòn chéo trên bánh xe

1-Dầm cầu; 2- Đòn chéo; 3-truyền lực

chính

Hình 1.16: Hệ thống treo độc lập dùng lò xo và 2 đòn chéo

1.4 Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ôtô, 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

Để đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô, máy x m kéo ta thường dùng một số chỉ tiêu như: tần số dao động, gia tốc dao động và độ êm dịu…

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 (khối lượng, độ cứng, lực cản) 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   15 Hz) 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 z hoặc theo gia tốc bình phương trung bình z c theo công thức sau đây:

c c

v v

Z K z n

z n

01 , 0 1

18 01

, 0 1

5 , 12

- 63 [3]

1.5 Các phương pháp cơ học trong nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo

Ta có thể hiểu phương pháp nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo 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 như: 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 suy rộng: q = D.f*

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

f* - Ma trận lực quán tính và ngoại lực tác dụng vào hệ;

q - Dịch chuyển của 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

Để giải một bài toán biên trong miền W, bằng phép tam giác phân, ta chia thành một số hữu hạn các miền con Wj (j = 1, , n) sao cho hai miền con bất kì không giao nhau và chỉ có thể chung nhau đỉnh hoặc các cạnh Mỗi miền con Wj được gọi là một phần tử hữu hạn

Người ta tìm nghiệm xấp xỉ của bài toán biên ban đầu trong một không gian hữu hạn chiều các hàm số thoả mãn điều kiện khả vi nhất định trên toàn miền

W và hạn chế của chúng trên từng phần tử hữu hạn Wj là các đa thức Có thể

chọn cơ sở của không gian này gồm các hàm số ψ1(x), , ψn(x) có giá trị trong một số hữu hạn phần tử hữu hạn Wj ở gần nhau Nghiệm xấp xỉ của bài toán ban đầu được tìm dưới dạng c1ψ1(x) + + cnψn(x) trong đó các ck là các số cần tìm Thông thường người ta đưa việc tìm các ck về việc giải một phương trình đại số với ma trận thưa (chỉ có các phần tử trên đường chéo chính và trên một số đường song song sát với đường chéo chính là khác không) nên dễ giải Có thể lấy cạnh của các phần tử hữu hạn là đường thẳng hoặc đường cong để xấp xỉ các miền có dạng hình học phức tạp Phương pháp phần tử hữu hạn có thể dùng để giải gần đúng các bài toán biên tuyến tính, phi tuyến và các bất phương trình

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 hóa mối quan hệ ảnh hưởng lên từng phần tử riêng biệt trong hệ dao động Phương pháp này được dùng khi hệ dao động đơn giản

1.5.4 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

T q

П - hàm thế năng của hệ,

Ф - hàm hao tán của hệ,

q i - các toạ độ suy rộng (i = 1, 2, 3, 4),

Q i - lực suy rộng tương ứng với toạ độ suy rộng thứ i

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 hạng 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 qui 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 hôlônôm, giữ và dừng (là 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 [6] 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 ôtô, máy kéo

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 mô hình cơ học của hệ dưới dạng càng nhiều các khối lượng qui 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 này, 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 và Matlab - Simulink

1.6.1 Phần mềm Mathematica

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 Trong công nghệ ngày nay người ta đã sử dụng Mathematica trong công tác thiết kế [43]

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 tùy chọn Maple hỗ trợ cho cả tính toán số và tính toán hình thức, cũng như hiển thị Nhiều phép tính số học được thực hiện dựa trên thư viện số học NAG; trong Maple, các chương trình con NAG đã được mở rộng để cho phép độ chính xác ngẫu nhiên lớn Maple cũng có một ngôn ngữ lập trình cấp cao đầy

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

họa 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 hóa đều rõ ràng [6]

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

Simulinhk là một phần chương trình mở rộng của Matlab, nhằm mục đích mô hình hóa, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học Mô hình đồ họa trên màn hình Simulinhk cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu và các khối chức năng quen thuộc [18]

1.7 Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động

Sau khi thu được những kết quả từ mô hình 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 qui luật biến đổi thực của chúng Sau đó, tiến hành so sánh với những kết quả của 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 phận khuếch 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:

Có thể thay đổi độ nhạy của dụng cụ một cách rất đơn giản trong phạm vi rất rộng của đại lượng đo (hay dải đo rộng) Điều này cho phép đo những đại lượng rất bé và khuếch đại lên hàng nghìn lần, có thể đo được những đại lượng mà phương pháp khác không thể đo được

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:

Bộ khuếch đại K, thường được chế tạo thành bộ phận độc lập, có chức năng khuếch đại tín hiệu đo lên nhiều lần

Hiện nay, bộ khuếch đại K và bộ chuyển đổi A/D được tích hợp chung vào một 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 Catman 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 khuếch đại K, tại đây tín hiệu được khuếch đại lên hàng nghìn lần Tín hiệu sau khuếch 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

Tóm lại: Hiện nay trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã

có nhiều công nghệ và thiết bị khá hiện đại trong khai thác, vận chuyển gỗ rừng trồng Trong việc vận chuyển gỗ mỏ rừng trồng các doanh nghiệp, nhà máy, hộ sản xuất kinh doanh, khai thác gỗ rừng trồng đã sử dụng rất nhiều các loại xe tải nhỏ và trung bình như Hyundai, Forlan, Dongfeng… trong đó có loại xe Vinaxuki 4,5 tấn (loại tự đổ) Từ khi đưa loại xe này vào sử dụng đặc biệt là khi vận chuyển gỗ mỏ rừng trồng trên đường lâm nghiệp thì chưa có nghiên cứu về độ êm dịu chuyển động khi vận chuyển gỗ Vì vậy, cần phải nghiên cứu dao động của xe để đề xuất các giải pháp nâng cao khả năng chuyển động êm dịu, chọn chế độ sử dụng lợp lý Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô, 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 Laganger loại II…); để giải và mô phỏng phương trình đó có các phần mềm hỗ trợ (Mathematica, Mathcad, Maple, Matlab-Simulink…) Việc lựa chọn phương pháp này hay phương pháp khác phụ thuộc vào mô hình cơ học của cơ hệ

Với những vấn đề nêu trên, chúng tôi tiến hành đề tài Nghiên cứu dao

động của xe ôtô Vinaxuki 4,5 tấn vận chuyển gỗ mỏ trên đường lâm nghiệp

Chương 2:

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu

Nghiên cứu dao động của xe ô tô Vinaxuki 4,5 tấn vận chuyển gỗ mỏ trên đường lâm nghiệp làm cơ sở cho việc hoàn thiện hệ thống treo của xe

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe ôtô liên doanh Việt Nam- Trung Quốc, hãng Vinaxuki được đóng mới tại Việt Nam, trọng tải 4,5 tấn (loại tự đổ) vận chuyển gỗ mỏ rừng trồng trên đường lâm nghiệp

2.2.1 Đặc điểm và thông số kỹ thuật cơ bản của xe ôtô Vinaxuki 4,5 tấn

Ôtô Vinaxuki 4,5 tấn (hình 2.1) là loại xe hai cầu, cầu trước bị động và cầu sau chủ động, được sử dụng để vận chuyển hàng hoá trên thị trường đặc biệt là các loại hàng hoá như vật liệu xây dựng, đất đá, gỗ mỏ …xe có tính cơ động cao vận chuyển trên nhiều loại đường xá khác nhau

Hình 2.1: Hình dáng cấu tạo bên ngoài của xe ôtô Vinaxuki 4,5 tấn

Trên ô tô Vinaxuki 4,5 tấn lắp động cơ Yc4108q có đặc tính kỹ thuật như sau:

Loại động cơ: 4 kỳ DIESEL

Hệ thống truyền lực

Ly hợp: Khô, một đĩa, dẫn động thuỷ lực

Hộp số: Cơ khí 5 số, có đồng tốc, dẫn động cơ khí

Cầu trước bị động: mặt cắt ngang của cầu hình chữ I

Cầu sau chủ động Kiểu cầu kép, có truyền lực cuối cùng, vỏ cầu liền

Bộ vi sai: bánh răng côn với 4 bánh răng hành tinh

Hệ thống treo Kiểu phụ thuộc loại sư dụng lá nhíp dọc Giảm chấn có

2 giảm chấn ống thuỷ lực ở cầu trước tác dụng hai chiều

Bánh xe và lốp

Bánh xe Đĩa thép dập với vành liền, kích thước: R-20

Lốp loại có săm bơm hơi cỡ: 9.00-20

Thân, cabin xe:

Dầm xe: 2 dầm dọc và các dầm ngang chế tạo bằng thép định hình chữ U

Cabin: Thép dập - Khuôn JAPAN,

Thùng xe: Khung là thép định hình chữ nhật, đáy và thành là thép tấm dày 4mm-5mm

Ôtô Vinaxuki 4,5 tấn loại tự đổ có đặc tính kỹ thuật như sau (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật xe ô tô Vinaxuki 4,5 tấn loại tự đổ

Thông số kỹ thuật

Loại cabin Thép dập - Khuôn JAPAN

Loại động cơ 4 máy DIESEL,Yc4108q

Dung tích xi lanh (cc) 4087

Công suất (kw/rpm) 75/3000

Chiều dài cơ sở (mm) 3500

Bán kính vòng quay tối thiểu (m) 8

Áp suất không khí trong lốp 3,5-4,5KG/cm2

2.2.2 Biên dạng đường lâm nghiệp

Đường vận chuyển lâm nghiệp thường là đường đất tự nhiên hoặc đường dải đá, nền đường vận chuyển các loại máy kéo bánh hơi, các loại xe ôtô tải cỡ nhỏ và trung bình, là đường đát được san ủi gạt bỏ những chướng ngại vật và có 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

- Dạng mặt đường biến đổi ngẫu nhiên

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 chữa cháy rừng đa năng Để nghiên cứu dao động của xe việc điều tra khảo sát dạng mặt đường

mà xe làm việc là vấn đề cần thiết Để sử dụng dạng mấp mô mặt đường làm yếu tố đầu vào trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi kế thừa kết quả nghiên cứu nghiên cứu trước [15] với dạng đường có mặt đường là xác định

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

và nền đường trục chính và 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

Dạng hàm điều hoà:

t S h

h 0sin2

Dạng gợn sóng biến đổi tuần hoàn:

)

2 cos 1 (

y h

0

cos

2 sin 2





(2.3)

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,

- 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 [4]:

- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 10cm, bước sóng S0 = 1,6m

- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 8cm, bước sóng S0 = 1,4m;

- Dạng mặt đường có biên độ h0 = 6cm, bước sóng S0 = 1,2m;

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

Các kết quả này làm tài liệu cơ sở cho việc nghiên cứu dao động của xe ôtô Vinaxuki 4,5 tấn vận chuyển gỗ động trên đường lâm nghiệp

2.2.3 Đặc trưng các phần tử đàn hồi trên ôtô, máy kéo

Khi nghiên cứu sự chuyển động êm dịu của ô tô người ta phân biệt các phần sau đây xét về mặt cấu trúc:

- Phần trên lò xo: Tất cả các cụm máy, chi tiết máy có trọng lượng tác dụng lên lò xo, được thay thế bằng một khối lượng và các mô men quán tính của khối lượng đối với các trục quán tính chính trung tâm

- Phần dưới lò xo: Tất cả các cụm máy, chi tiết có trọng lượng không tác dụng lên lò xo, được thay thế bằng một khối lượng tập trung

- Bộ phận treo là bộ phận để truyền lực và các kích động của mấp mô mặt đường lên phần trên lò xo nhằm hạn chế tác dụng động lực học đối với phần trên lò xo

- Bánh xe là bộ phận đàn hồi bảo đảm cho xe, máy tiếp xúc ổn định với mặt đường, mặt đồng và giảm bớt tác động động lực học của các mấp mô mặt đường đến ôtô

Trong thực tế, bản thân mỗi bộ phận cũng không phải là vật thể tuyệt đối cứng, tuy nhiên các biến dạng đàn hồi của chúng ảnh hưởng tới độ chạy

êm của xe ô tô so với ảnh hưởng của các phần tử đàn hồi lò xo trong hệ thống treo, đàn hồi của bánh xe là không đáng kể vì vậy trong nghiên cứu lý thuyết

và thực nghiệm phần trên lò xo được xem như một vật thể tuyệt đối cứng các đặc trưng cơ bản của nó là khối lượng, các mô men quán tính của khối lượng đối với các trục quán tính chính trung tâm Các chuyển vị là chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm, chuyển vị góc của nó quanh các trục quán tính chính trung tâm

Khi nghiên cứu về độ chạy êm của xe ôtô, qui ước bỏ qua các biến dạng và liên kết giữa các phần tử của phần dưới lò xo, bỏ qua mô men quán tính khối lượng của phần dưới lò xo và coi phần dưới lò xo như một chất điểm (khối lượng tập trung ở một điểm) tập trung ở tâm bánh xe như vậy chuyển vị của phần dưới lò xo sẽ tương ứng với chuyển vị thẳng đứng của tâm trục bánh

xe

Các tác động động học do các mấp mô mặt đường gây ra tác động lên phần trên lò xo thông qua hệ thống treo của ụtụ hệ thống này gồm phần tử đàn hồi (lò xo), bộ dập tắt dao động (bộ giảm chấn) và bộ phận dẫn hướng

Mọi thông số (có thể và không thể điều chỉnh) ảnh hưởng đến độ chạy

êm của ô tô được gọi là các đặc trưng của hệ thống treo

Phần tử cơ bản trong hệ thống treo là phần tử đàn hồi dùng để giảm tác động động lực học do mấp mô mặt đường gây ra cho phần trên lò xo Đặc tính

cơ bản của phần tử đàn hồi là hệ thức giữa lực và biến dạng của nó do lực đó gây ra theo phương nghiên cứu

Đồ thị diễn tả sự liên hệ giữa lực đàn hồi (pđh) và biến dạng () gọi là đường đặc tính của phần tử đàn hồi (lò xo) Tốc độ gia tăng của pđh khi biến dạng tăng được gọi là độ cứng của lò xo cx [23], (hình 2.2):

Hình 2.2 Đường đặc tính đàn hồi của lò xo

ta có:

c dh