Nghiên cứu dao động của rơmoóc một trục chở gỗ khi lắp thêm bộ phận đàn hồi có giảm chấn giữa khung và trục bánh xe

Đây là mẫu máy mới lần đầu được chế tạo và thử nghiệm trong khai thác gỗrừng trồng nước ta.Liên hợp máy kéo Shibaura với rơ moóc một trục khi vận chuyển gỗ,làm việc trong điều kiện đường

Lưu Văn Hưng

Nghiên cứu dao động của rơmoóc một trục chở gỗ

khi lắp thêm bộ phận đàn hồi có giảm chấn

giữa khung và trục bánh xe

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hà Nội - 2008

Lưu Văn Hưng

Nghiên cứu dao động của rơmoóc một trục chở gỗ

khi lắp thêm bộ phận đàn hồi có giảm chấn

giữa khung và trục bánh xe

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

Tuy nhiên, công nghệ và thiết bị cơ giới hoá khai thác rừng tự nhiên

được áp dụng trước đây không còn phù hợp với việc khai thác gỗ rừng trồng.Một số thiết bị nhập ngoại có được áp dụng để khai thác gỗ rừng trồng, songnhìn chung còn rất hạn chế vì chưa phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế xãhội nước ta

ở các nước đang phát triển trên thế giới và trong khu vực, có điều kiệngần giống nước ta đã chọn và áp dụng công nghệ thích hợp là công nghệ trungbình với việc áp dụng máy kéo bánh hơi nông nghiệp để khai thác rừng trồng,nhờ đó mà nâng cao được tỷ lệ cơ giới hoá khai thác rừng Trong khi đó, nước

ta hiện nay cũng đã nhập và bắt đầu sản xuất một số loại máy kéo, trong đó

đáng chú ý là các loại máy kéo cỡ vừa và nhỏ, chúng đang được sử dụng tương

đối phổ biến trong nông nghiệp và ở một số trang trại

Một trong những loại máy kéo đó là máy kéo bánh hơi Shibaura doNhật Bản sản xuất Qua khảo sát thực tế cho thấy: Máy kéo Shibaura có độngcơ với công suất đủ lớn, ngoài việc phục vụ nông nghiệp, khi được trang bị cácthiết bị chuyên dùng có thể sử dụng trong rất nhiều khâu công việc khác nhưvận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng.[24]

Thời gian qua, đề tài KC- 07- 26 đã nghiên cứu thiết kế chế tạo và thửnghiệm trong sản xuất liên hợp máy (LHM) gồm máy kéo Shibaura với rơmoóc một trục chuyên dùng lắp sau máy kéo để vận chuyển gỗ rừng trồng

Đây là mẫu máy mới lần đầu được chế tạo và thử nghiệm trong khai thác gỗrừng trồng nước ta.

Liên hợp máy kéo Shibaura với rơ moóc một trục khi vận chuyển gỗ,làm việc trong điều kiện đường vận xuất, vận chuyển nảy sinh hàng loạt vấn

đề như khả năng kéo, bám, ổn định, đặc biệt là những vấn đề về dao động, tảitrọng động lực học cần được nghiên cứu

Bên cạnh đó rơ moóc một trục do đề tài KC- 07-26 tạo ra là loại rơmoóc có phần khung và thùng moóc gắn cứng với trục bánh xe nên trong quátrình làm việc trên điều kiện đường lâm nghiệp sinh ra tải trọng động lực họclên các cụm chi tiết, ảnh hưởng xấu đến tính êm dịu chuyển động của LHM

Điều này có thể khắc phục được bằng cách nối khung và thùng moóc với trụcbánh xe qua bộ phận treo đàn hồi có giảm chấn Đối với rơ moóc một trụcnày, những vấn đề nêu trên chưa được nghiên cứu

Để có cơ sở hoàn thiện thêm về mặt kết cấu theo hướng này phải nghiêncứu thêm về dao động của rơ moóc một trục này khi lắp thêm bộ phận treo

đàn hồi có giảm chấn giữa khung và trục bánh xe

Với những lý do trên chúng tôi tiến hành đề tài: “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”.

* ý nghĩa khoa học của đề tài:

Xây dựng mô hình dao động của rơ moóc một trục chở gỗ khi lắp thêm

bộ phận treo đàn hồi có giảm chấn giữa khung và trục bánh xe từ đó đánh giá

ảnh hưởng của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn đến tính chuyển động êmdịu của liên hợp máy

* ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện thêm về mặt kết cấumẫu rơ moóc một trục theo hướng lắp thêm bộ phận treo đàn hồi có giảm chấngiữa khung và trục bánh xe, đồng thời phục vụ cho việc chọn chế độ sử dụnghợp lý khi chở gỗ bằng rơ moóc một trục trên điều kiện đường lâm nghiệp

Chương 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1 Công nghệ khai thác gỗ ở nước ta

ở nước ta, rừng tự nhiên ngày càng bị cạn kiệt gây ra những hậu quảxấu tới môi trường sinh thái, sản xuất và đời sống con người Trước thực trạng

đó, để bảo vệ diện tích rừng tự nhiên còn lại, Chính phủ đã quyết định từngbước đóng cửa rừng tự nhiên và chủ trương tăng cường sử dụng gỗ rừng trồngthay thế dần gỗ rừng tự nhiên Máy móc thiết bị khai thác gỗ lớn rừng tựnhiên khi chuyển sang khai thác rừng trồng không còn phù hợp, sử dụng kémhiệu quả vì gỗ rừng trồng có kích thước nhỏ, có nhiều nơi rừng trồng tập trungnhưng nhiều nơi lại phân tán trữ lượng thấp Đây là một trong những nguyênnhân chủ yếu dẫn đến các hoạt động khai thác gỗ hiện nay ở các tỉnh phía Bắcchủ yếu vẫn bằng lao động thủ công nặng nhọc, năng suất thấp mặc dù so vớirừng tự nhiên, rừng trồng có nhiều điểm thuận lợi hơn để áp dụng cơ giới hoá

Rừng trồng ở miền Bắc nước ta có đặc điểm: thuần loài, diện tích phântán, cách đường vận chuyển không xa, ít dây leo bụi rậm, độ dốc không lớn.Chính vì những đặc điểm trên, việc lựa chọn công nghệ, thiết bị khai thác gỗphù hợp cho việc cơ giới hoá các khâu sản xuất kinh doanh rừng đạt hiệu quảkinh tế, xã hội là điều vô cùng quan trọng Có 3 loại hình công nghệ khai thác

gỗ chủ yếu [22] là:

- Công nghệ khai thác gỗ dài: cây gỗ sau khi chặt hạ, cắt cành, ngọn

được vận xuất ra bãi I hoặc bãi II Sau đó cây gỗ được cắt khúc, phân loại sảnphẩm và bốc lên phương tiện vận chuyển

- Công nghệ khai thác gỗ ngắn: tại nơi chặt hạ cây gỗ được cắt cành,cắt ngọn, cắt khúc theo quy cách sản phẩm, sau đó các khúc gỗ được vận xuất

ra bãi gỗ và đưa lên các phương tiện vận chuyển

- Công nghệ khai thác gỗ nguyên cây: sau khi chặt hạ, cây gỗ được giữnguyên cả cành và tán lá rồi kéo ra ngoài bãi gỗ Tại đó cây gỗ được cắt cành,

ngọn và cắt khúc theo quy cách sản phẩm và được vận chuyển đến nơi tiêuthụ Cành và ngọn sẽ được chế biến tận dụng.

Hiện nay ở nước ta do khả năng và trình độ áp dụng cơ giới hoá cáckhâu sản xuất còn thấp nên nhiều nơi vẫn chỉ áp dụng loại hình khai thác gỗngắn là chủ yếu: Chặt hạ bằng công cụ thủ công hoặc cưa xăng, khâu vậnxuất, bốc dỡ chủ yếu bằng thủ công, khâu vận chuyển bằng ô tô hoặc đườngthuỷ Khâu vận xuất gỗ là một khâu khó khăn, nặng nhọc, phức tạp nhất trongdây chuyền khai thác gỗ, nó ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lao động và giáthành sản phẩm

1.2 Tình hình nghiên cứu và áp dụng máy kéo bánh hơi vào việc vận xuất, vận chuyển gỗ

ở một số nước như Trung Quốc, Thuỵ Điển, Malaysia, Tanzania,Zambabue đã và đang sử dụng máy kéo nông nghiệp cỡ nhỏ, kéo rơmooc đểvận xuất vận chuyển gỗ rừng trồng Do máy kéo không có thiết bị tời cáp nêncác giai đoạn vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ đến nơi tập trung gỗ phải dùng lao

động thủ công hay các hình thức vận xuất gỗ khác [31]

Đối với nước ta, từ những năm 60 đã nhập và đưa vào sử dụng một sốmáy kéo của nước ngoài phục vụ cho khâu vận xuất, vận chuyển gỗ rừng tựnhiên như: TDT 40, TDT 55, TT 4 Từ năm 1970, nước ta đã nhập và đưa vào

sử dụng máy kéo LKT 80, LKT 120 Các loại máy này đã phù hợp với đặc

điểm khai thác rừng tự nhiên với quy mô sản xuất lúc bấy giờ

Các loại máy kéo xích có ưu điểm nổi bật là có khả năng vượt tốt, vậnxuất được gỗ có khối lượng lớn Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là mức độphá hoại đất, cây con và tầng thực bì lớn Ngược lại, máy kéo bánh hơi có tốc

độ cao, mức độ phá hoại cây con, mặt đường ít hơn so với máy kéo xích Vìvậy, trong khai thác rừng máy kéo bánh hơi ngày càng được sử dụng rộng rãihơn so với máy kéo bánh xích

Theo chức năng các máy kéo được dùng trong khai thác rừng có thể

được phân thành 2 loại: máy kéo chuyên dùng và máy kéo nông nghiệp đượccải tiến để vận xuất gỗ Các máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng thường có côngsuất lớn, tính ổn định và khả năng kéo bám cao Hiện nay, nhiều nước trên thếgiới có ngành công nghiệp phát triển, sản xuất lâm nghiệp với quy mô lớn đãchế tạo và sử dụng các loại máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng với công suấtlớn

ở Tiệp Khắc đã nghiên cứu loại máy kéo mang nhãn hiệu LKT 80 đượctrang bị tời thuỷ lực (2,5 tấn) để vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết

ở Phần Lan, người ta đã chế tạo ra máy kéo mang nhãn hiệu Skidderdùng để vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết hay các loại máy kéo củahãng Timberjack Norcar, Somet, Valmet

ở Thuỵ Điển đã chế tạo và áp dụng rộng rãi máy kéo Volvo kéorơmooc một trục có trang bị tay thuỷ lực Liên hợp máy này có kết cấu hợp lý,làm việc linh hoạt nhờ bốn bánh xe của rơmooc được bố trí trên 2 trục của đòncân bằng có thể quay tương đối với khung xe Loại máy này được sử dụngtrong công việc vận xuất, vận chuyển gỗ trên cự ly ngắn

ở Canada, người ta đã sử dụng máy kéo Timberjack 201 để vận xuất gỗtrên địa hình có độ dốc tương đối lớn

ở Đức đã sản xuất và sử dụng máy kéo MG 25 công suất 25 - 34 mãlực, vận xuất gỗ ở nơi có độ dốc tới 40%

ở nhiều nước trên thế giới như Thụy Điển, Nauy, Italia, Canada,Australia, Newzealand cũng áp dụng rộng rãi máy kéo bánh hơi vận xuất gỗvới số lượng ngày càng tăng, nhất là trong các trang trại quy mô vừa và nhỏ[39]

Qua thực tiễn sử dụng các chuyên gia đã khẳng định máy kéo bánh hơivận xuất gỗ sẽ cơ động, cho năng suất cao và mở ra triển vọng có thể vận

chuyển thẳng gỗ từ nơi chặt hạ ra bãi gỗ hay xuống đường vận chuyển, giảmbớt được khâu lao động trung gian trong vận xuất vận chuyển gỗ[30].

Do đặc điểm sản xuất của ngành nông nghiệp mang tính thời vụ, nênthời gian rảnh rỗi của máy kéo trong năm rất nhiều Vì thế, để nâng cao hiệuquả vốn đầu tư, nâng cao hiệu quả sử dụng, phát huy khả năng tận dụng toàn

bộ thời gian và công suất của máy trong ngành sản xuất nông nghiệp, tổ chứcFAO đã thực hiện hàng loạt các nghiên cứu chuyên đề ở các vùng khác nhautrên thế giới về lĩnh vực sử dụng máy kéo nông nghiệp bánh hơi trong khaithác rừng trồng và đã khẳng định máy kéo nông nghiệp có thể làm việc tốttrên địa hình rừng trồng có độ dốc không lớn, nếu được trang bị thêm thiết bịtời cáp, rơmooc thì rất phù hợp và đem lại hiệu quả kinh tế cao [31].

ở nước ta từ năm 1963, tập thể cán bộ phòng Cơ giới lâm trường BắcYên và Viện Công nghiệp rừng đã nghiên cứu chế tạo thành công tời hai trốnglắp trên máy kéo Krabat để vận xuất gỗ [10]

Năm 1972, tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ giảng dạy KhoaCông nghiệp rừng trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thiết kế, chế tạothành công máy kéo khung gập L35 với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ [10]

Năm 1985, Tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và đồng nghiệp Viện Khoa họclâm nghiệp đã nghiên cứu chế tạo tời một trống dẫn động từ trục thu công suất

và Rơmooc một trục lắp sau máy kéo Zeto để tự bốc và vận xuất gỗ [10]

Năm 1994, PGS TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng dạyTrường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công đề mục thuộc đề tàicấp Nhà nước KN-03-04, đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm sản xuất thiết bịvận xuất, bốc dỡ vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy, vùng gỗ nhỏrừng trồng kiểu rơ moóc một trục lắp sau máy kéo MTZ-50 có thiết bị tời cáp

và cơ cấu nâng gỗ thuỷ lực để vừa gom gỗ từ xa, vừa tự bốc cho rơ moóc [7]

Năm 1997, nhóm cán bộ giảng dạy Bộ môn Máy lâm nghiệp, Trường

Đại học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng: Tời cơ khí 1

trống và cần treo gỗ chữ A lắp cho máy kéo DFH-180 để vận xuất gỗ nhỏrừng trồng.

Năm 2002, Th.S Phạm Minh Đức nghiên cứu khả năng kéo bám củamáy kéo DFH-180 kéo rơ moóc một trục khi vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng[12]

Năm 2005, PGS.TS Nông Văn Vìn cùng một số cán bộ giảng dạytrường đại học Lâm nghiệp và Đại học Nông nghiệp Hà Nội thực hiện đề tàinhánh cấp Nhà nước KC-07-26 đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo và khảonghiệm sản xuất rơ moóc một trục lắp sau máy kéo cải tiến để vận xuất, vậnchuyển gỗ rừng trồng [29]

Nhìn chung các nghiên cứu ở nước ta trong những năm gần đây chủ yếu

đi vào nghiên cứu cải tiến, thiết kế, chế tạo các thiết bị chuyên dùng lắp chomáy kéo bánh hơi để vận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng

1.3 Tình hình nghiên cứu về dao động của ô tô, máy kéo bánh hơi

Khi làm việc máy kéo dao động do nhiều nguyên nhân khác nhau: dohoạt động của động cơ, của các chi tiết chuyển động chưa được cân bằngtrong bộ phận truyền lực, do ảnh hưởng của mặt đường không bằng phẳng, do

sự thay đổi lực cản của máy canh tác, do thành phần lực động sinh ra của cảliên hợp máy…Các dao động này đều ảnh hưởng đến tải trọng động lực họctác dụng lên các cụm chi tiết, độ êm dịu chuyển động của máy kéo, chất lượngcông việc mà liên hợp máy đang thực hiện Do vậy khi nghiên cứu dao độngcủa máy kéo, cần thiết phải xác định các yếu tố ảnh hưởng đến dao động,quan tâm đến các tác động của mấp mô mặt đường, của bộ phận canh tác,khối lượng, mômen quán tính của thân máy kéo đến các trục quán tính chínhtrung tâm, khối lượng của các bánh trước, các thông số hình học như vị trítrọng tâm, khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước, cầu sau, khoảng cách giữacác bánh xe

Hầu hết các ô tô, máy kéo được áp dụng trong điều kiện sản xuất lâmnghiệp đều phải làm việc trong điều kiện đường sá lâm nghiệp có độ mấp mômặt đường cao và độ dốc lớn Về mặt dao động có thể nói chúng hoạt độngtrong điều kiện rất khó khăn, vì vậy ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sửdụng quan trọng của LHM như: năng suất, độ êm dịu, độ ổn định, độ bền cácchi tiết máy và đến sức khoẻ người lái…Do vậy, nghiên cứu dao dộng của liênhợp máy kéo khi vận chuyển gỗ là vấn đề cần thiết có ý nghĩa trong việc hoànthiện thiết kế và chọn chế độ sử dụng hợp lý LHM.

Từ trước đến nay các công trình nghiên cứu về độ ổn định, khả năngkéo bám khi tải trọng thay đổi, các đặc trưng động lực học, các vấn đề về dao

động…của ô tô, máy kéo và các bộ phận làm việc của máy, liên hợp máy đã

được nghiên cứu Dao động của ô tô, máy kéo lâm nghiệp đã được nhiều nhàkhoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu

Năm 1992 Kozmin S.F đã nghiên cứu quá trình dao động thẳng đứngcủa máy kéo bánh hơi lâm nghiệp cỡ 6 kN [32]

Năm 1984 Alexandrov V.A đã nghiên cứu tải trọng của máy kéo vậnxuất khi khởi hành với bó gỗ [33]

Năm 1987 Zucov A.V đã nghiên cứu những vấn đề dao động của máykéo lâm nghiệp [34]

Năm 1983 Đobrưnhin Iu.A nghiên cứu động lực học thẳng đứng củamáy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ trong chặt chăm sóc [35]

Năm 1980 Orlov S.F đã nghiên cứu lý thuyết phổ của bộ phận treo đỡcủa máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng [36]

Năm 1975 Finkevich I.V đã nghiên cứu sự liên kết dọc giữa bó gỗ vàmáy kéo trong hệ thống vận xuất [36]

Năm 1983 Alexandrov V.A nghiên cứu tải trọng của máy kéo lâmnghiệp ở chế độ nhấc bó gỗ khỏi mặt đất [37]

Năm 1981 Varava V.I nghiên cứu đặc tính bộ phận treo đàn hồi củacủa máy vận chuyển gỗ [37].

ở nước ta có một số công trình nghiên cứu về dao động của ôtô, máykéo như:

GS.TSKH Nguyễn Hữu Cẩn đã nghiên cứu tính êm dịu trong chuyển

động của ô tô máy kéo, giải quyết vấn đề treo cho ghế ngồi để đảm bảo điềukiện cho người lái [6]

TS Lê Minh Lư nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến

đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi [21]

TS Nguyễn Tiến Đạt đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khảnăng vận xuất gỗ rừng trồng bằng phương pháp kéo nửa lết của máy kéo bốnbánh cỡ nhỏ (18-24 mã lực) [11]

Th.S Nguyễn Văn Vệ đã nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồitrên máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ và giải pháp giảm xóc cho người lái[28]

Th.S Nguyễn Văn An đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ mấp mô mặt đất

và tốc độ chuyển động đến phản lực pháp tuyến lên cầu trước của máy kéoDFH - 180 khi vận xuất gỗ rừng trồng [2]

Th.S Nguyễn Đức Sỹ đã nghiên cứu ổn định động lực học dọc liên hợpmáy kéo cỡ nhỏ vận xuất gỗ khi khởi hành theo hướng lên dốc [23]

Th.S Nguyễn Hồng Quang đã nghiên cứu dao động của máy kéoShibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết [24]

PTS Nguyễn Phúc Hiểu đã nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lênkhung xương ôtô khi xe chuyển động lên đường [13]

Th.S Nguyễn Quang Huy đã nghiên cứu dao động của xe nhiều cầu[15]

Th.S Trịnh Minh Hoàng đã Nghiên cứu khảo sát dao động của xe tải haicầu dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường [14]

Th.S Huỳnh Hội Quốc đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang- lắc dọccủa ôtô ở vận tốc cao [26].

Th.S Hoàng Gia Thắng 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 [27]

T.S Võ Văn Hường đã nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao

động của ôtô tải nhiều cầu [16]

T.S Lê Minh Lư đã nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính

đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi [21]

Nhìn chung, các công trình nghiên cứu về dao động của ô tô, máy kéobánh hơi chưa nhiều nhưng những kết quả nghiên cứu có ý nghĩa lớn cho việchoàn thiện thêm kết cấu và chọn ra chế độ sử dụng hợp lý

Dao động của ô tô và máy kéo bánh hơi nói chung đã được nghiên cứukhá nhiều cả về lý thuyết và thực nghiệm, song dao động của rơ moóc mộttrục chở gỗ khi lắp thêm bộ phận treo đàn hồi có giảm chấn còn ít đượcnghiên cứu Dao động của LHM gây nên tải trọng động đáng kể lên các cụmchi tiết, ảnh hưởng đến tính êm dịu chuyển động, khả năng ổn định chống lật,khả năng điều khiển, khả năng kéo, bám Lực động tác động lên cơ cấu củamáy sẽ biến đổi theo chu kỳ gây ra hiện tượng mỏi, giảm tuổi thọ của các chitiết và đặc biệt có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng phá hỏng các chi tiếtmáy

Để sử dụng hợp lý các loại máy kéo có công suất nhỏ nói chung và máykéo Shibaura kéo rơ moóc một trục nói riêng khi vận chuyển gỗ rừng trồng,cần nghiên cứu một cách đầy đủ hơn về tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến khảnăng làm việc, các tính chất động lực học của LHM, đặc biệt là dao động củamáy từ đó chọn ra được chế độ sử dụng hợp lý, cải tiến kết cấu cho phù hợpvới điều kiện vận xuất, vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng ở Việt Nam

Đối với máy kéo Shibaura cải tiến lắp thêm rơ moóc một trục, là loạimáy kéo nông nghiệp của Nhật Bản [39] đã được nhập vào Việt Nam để có

thể dùng vào việc kéo rơ moóc một trục chở gỗ cần phải được quan tâmnghiên cứu, đặc biệt là dao động của rơ moóc khi lắp thêm bộ phận đàn hồi cógiảm chấn Do vậy việc nghiên cứu về dao động của rơ moóc một trục lắp saumáy kéo cải tiến khi máy chở gỗ trên đường lâm nghiệp và đánh giá ảnhhưởng của dao động đó đến tính êm dịu chuyển động, tải trọng động lực học,khả năng kéo bám, ổn định và điều khiển là rất cần thiết.

1.4 Đặc trưng của các phần tử đàn hồi trên máy kéo

Khi nghiên cứu sự chuyển động êm dịu của ô tô, máy kéo… người taphân 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 tácdụng lên lò xo, được thay thế bằng một khối lượng và các mô men quán tínhcủa 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 tácdụng 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 mômặt đường lên phần trên lò xo nhằm hạn chế tác dụng động lực học đối vớiphần trên lò xo

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

Đối với máy kéo bánh hơi, bánh sau của máy kéo được liên kết thẳngvới thân máy thông qua cầu sau mà không có hệ thống treo Vì vậy ở cầu sauchỉ có bộ phận đàn hồi duy nhất là các bánh lốp sau ở cầu trước, do máy kéophải làm việc trong điều kiện địa hình phức tạp, độ chênh mặt đường giữa haibánh trước bên trái và bên phải lớn, nên để đảm bảo tính năng ổn định khi dichuyển cầu trước máy kéo phải được liên kết với thân máy thông qua mộtkhớp quay đảm bảo cho cầu trước có thể quay quanh trục dọc Mặt khác, trong

những máy kéo hiện đại bánh trước còn được liên kết với cầu trước thông quamột lò xo xoắn ốc trụ Bởi vậy đối với máy kéo bánh, phần trên lò xo bao gồmkhung máy, động cơ, buồng lái, hộp số, cầu sau, máy nông nghiệp treo (ở thếvận chuyển nếu có)…và cả bánh chủ động lắp trên cầu sau Trong sơ đồ tínhtoán, khối lượng của cầu trước cũng được tính vào trong khối lượng của thânmáy kéo Phần dưới lò xo máy kéo bao gồm bánh lốp trước, trục bánh trước vàtrụ giữ lò xo giảm xóc cầu trước.

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 máy (ô tô, máy kéo…) 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 trongnghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm phần trên lò xo được xem như một vậtthể tuyệt đối cứng Các đặc trưng cơ bản của nó là khối lượng, các mô menquán tính của khối lượng đối với các trục quán tính chính trung tâm Cácchuyển vị là chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm, chuyển vị góc của nó quanhcác trục quán tính chính trung tâm

Khi nghiên cứu về độ chạy êm của xe máy, qui ước bỏ qua các biếndạng và liên kết giữa các phần tử của phần dưới lò xo, bỏ qua mô men quántính 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 vịcủa phần dưới lò xo sẽ tương ứng với chuyển vị thẳng đứng của tâm trục bánhxe

Các tác động động học do các mấp mô mặt đường gây ra tác động lênphần trên lò xo thông qua hệ thống treo của xe máy Hệ thống này gồm phần

tử đàn hồi (lò xo), bộ dập tắt dao động (bộ giảm chấn) và bộ phận dẫn hướng

Các bánh hơi của máy kéo có tính đàn hồi theo các phương khác nhau,song chỉ có tính đàn hồi của lốp theo phương bán kính là ảnh hưởng chủ yếu

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

êm của ô tô máy kéo 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 tínhcơ bản của phần tử đàn hồi là hệ thức giữa lực và biến dạng của nó do lực đógây 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 biếndạng tăng được gọi là độ cứng của lò xo Cx[21] (Hình 1.1):

Hình 1.1 Đường đặc tính đàn hồi của lò xo

Ta có:

c dh

x tg d

Do những hao tổn bên trong (ma sát trong, hao tổn nhiệt…) đường đặctính đàn hồi của lò xo Pđh () khi tăng tải và giảm tải là không trùng nhau vàtạo thành một đường cong trễ khép kín (Hình 1.2) Khi đó độ cứng lò xo đượcxác định từ đường trung bình giữa đường cong tăng tải và giảm tải (đường nét

đứt)

Hình 1.2 Đường đặc tính lò xo khi tăng và giảm tải

a, b- đường đặc tính động lực học khi tăng và giảm tải;

c, d- đường đặc tính tĩnh khi tăng và giảm tải;

Đường đặc tính của một số phần tử đàn hồi (khí hay thuỷ khí) phụthuộc rõ rệt vào tốc độ biến dạng Do đó người ta còn phân biệt các đặc tínhtĩnh và động lực học Đường đặc tính tĩnh được xây dựng khi tốc độ biến dạngdưới 50 mm/phút Đường đặc tính động lực học thu được khi tốc độ biến dạnglớn hơn mức đó Khi tốc độ biến dạng lớn, nhiệt lượng xuất hiện không kịp tỏa

ra môi trường xung quanh do đó độ cứng động lực học lớn hơn độ cứng tĩnh

Người ta phân biệt độ cứng của phần tử dần hồi theo hai dạng tuyến tính

và phi tuyến Phần tử đàn hồi có độ cứng không đổi có đặc trưng tuyến tính.Nếu độ cứng của nó phụ thuộc vào giá trị của biến dạng thì đó là phần tử đànhồi có đặc trưng phi tuyến

Vật liệu chế tạo các phần tử đàn hồi có nhiều loại khác nhau: kim loại(lò xo lá, lò xo xoắn ốc trụ…), cao su, khí…Đường đặc tính của phần tử đàn

hồi là kim loại gần đúng với đường thẳng hơn (tuyến tính) Các loại còn lại có

đường đặc tính thường là đường cong (đặc trưng phi tuyến)

1.5 Đặc trưng của phần tử đàn hồi bánh xe

Đặc tính đàn hồi của bánh xe biểu thị qua đồ thị liên hệ giữa lực thẳng

đứng và biến dạng theo hướng xuyên tâm của bánh xe Đặc tính đàn hồi củabánh xe khi tăng tải và giảm tải cũng khác nhau và tạo thành đường cong trễkhép kín Trong nghiên cứu dao động của máy kéo bánh, độ cứng đàn hồi củabánh xe được lấy theo đường trung bình giữa đường tăng tải và giảm tải Lực

đàn hồi của bánh xe phụ thuộc chủ yếu vào áp suất khí bên trong bánh xe vàloại lốp sử dụng Trên hình 1.3 cho các đường đặc tính đàn hồi của bánh xemáy kéo khi tăng tải và giảm tải với các áp lực hơi trong bánh xe và với cácloại lốp khác nhau

Khi tính toán dao động của máy kéo bánh, qui ước tính toán độ cứngcủa bánh xe và áp lực hơi danh nghĩa [20] Trên hình 1.3 cho thấy, quan hệgiữa lực đàn hồi và biến dạng là đường cong (hàm số phi tuyến), trong tínhtoán gần đúng có thể coi là một đường cong bậc hai, có dạng:

;

2 

 B A

Trong đó:

A, B: Các hằng số tuỳ thuộc vào từng loại bánh hơi,

: Biến dạng đàn hồi của bánh hơi,

Pđh: Lực đàn hồi của bánh hơi

Trong một số trường hợp để đơn giản cho quá trình tính toán có thể xemlực đàn hồi của bánh xe là tuyến tính trong vùng biến dạng tĩnh của lốp, khi

Do ma sát nội tại giữa các phần tử trong bánh xe (lốp, săm, khí…) gây

ra lực cản biến dạng của bánh hơi Thành phần này có tác dụng phân tán nănglượng để dập tắt dao động do đó làm giảm ảnh hưởng xấu của kích động mặt

đường tới bánh xe và thân máy kéo Lực cản dao động trong bánh xe đượcxem tỉ lệ bậc nhất với tốc độ của biến dạng:

: Tốc độ biến dạng của bánh hơi;

Khi xe máy di chuyển, chịu tác động của các kích động động học mặt

đường, liên kết giữa bánh xe và mặt đường là một chiều Có trường hợp bánh

xe tách khỏi mặt đường, trong trường hợp đó lực đàn hồi và lực cản dao độngtrong bánh xe đều triệt tiêu Đường đặc tính của lực đàn hồi và lực cản dao

động khi kể đến liên kết một chiều giữa bánh xe và mặt đường có dạng (Hình1.4)

Tuy nhiên trong nghiên cứu người ta chia mặt đường ra hai dạng chínhsau:

- Dạng mặt đường xác định: bao hàm những chướng ngại vật đơn chiếcphân bố xa nhau và dạng mặt đường biến đổi tuần hoàn

- Dạng mặt đường biến đổi ngẫu nhiên

Để xác định các kích thước cơ bản của rơ moóc tác giả đã đưa ra cácthông số tính toán và các yêu cầu như sau:

- Thùng rơ moóc xếp được gỗ rừng trồng có chiều dài 4 m, tải trọng 3 tấn;

- Trọng tâm thấp để tăng tính ổn định ngang;

- Trọng tâm rơ moóc (đã xếp gỗ) phải dịch về phía trước cầu rơ moóc để tăngtrọng lượng bám của máy kéo, đồng thời phải đảm bảo điều kiện lái bìnhthường (phản lực pháp tuyến trên cầu trước của máy kéo không nhỏ hơn giá trịcho phép

- Đảm bảo khi quay vòng càng rơ moóc không chạm vào lốp sau của của máykéo

Trên hình 1.5 là sơ đồ xác định các kích thước cơ bản của rơ moóc Đểgiảm trọng tâm, đáy thùng rơ moóc được bố trí sát với cầu moóc và phía trên

mở rộng ra bằng bề rộng biên của hai bánh xe

Hình 1.5: Sơ đồ các kích thước cơ bản của rơ moóc a) Xác định các toạ độ dọc; b) Xác định bề rộng;

1 Máy kéo; 2 Chốt nối máy kéo với rơ moóc; 3- Satxi moóc;

4 Thùng moóc; 5 Gỗ; 6 Cầu chủ động

Trọng tâm của rơ moóc ảnh hưởng đến lực phân bố lên điểm nối moócvới máy kéo Nếu tọa động trọng tâm đặt trước cầu moóc sẽ làm tăng phầntrọng lượng của moóc tác động lên máy kéo, làm tăng trọng lượng bám chocầu sau, đồng thời làm giảm phản lực pháp tuyến tác dụng lên cầu trước, gây

ảnh hưởng xấu đến điều kiện lái Sự ảnh hưởng này càng lớn khi tọa độ trọngtâm moóc càng gần máy kéo hoặc trọng lượng moóc càng lớn Ngược lại, nếutoạ độ trọng tâm đặt sau cầu rơ moóc thì sự ảnh hưởng cũng ngược lại, nghĩa

là làm giảm trọng lượng bám cầu sau và tăng trọng lượng bám cầu trước củamáy kéo Nếu phản lực pháp tuyến lên cầu trước tăng quá lớn cũng gây khókhăn cho việc lái vòng

Mặt khác, việc phân bố trọng tâm sẽ liên quan đến việc lựa chọn vị trítương đối của cầu moóc so với chiều dài của thùng moóc và so với cầu saumáy kéo Nếu khoảng cách từ cầu sau máy kéo đến cầu moóc LM (Hình 1.5.a)càng lớn sẽ làm tăng bán kính quay vòng tối thiểu của liên hợp máy, tức làgiảm tính cơ động, khó lái Vì vậy lên bố trí thùng rơ moóc càng sát với máykéo càng tốt Tuy nhiên, cần phải đảm bảo yêu cầu quay vòng gấp rơ moóckhông chạm vào lốp sau máy kéo

Như vậy, việc lực chọn khoảng cách từ cầu rơ moóc đến cầu sau máykéo phải đồng thời thoả mãn các yêu cầu sau là: Tăng khả năng bám cho cầusau; không ảnh hưởng đáng kể đến điều kiện lái vòng; không vướng vào bánhsau máy kéo khi quay vòng gấp và đảm bảo bán kính quay vòng tối thiểu củaLHM không quá lớn, tốt nhất là bằng bán kính quay vòng tối thiểu của rơmoóc khi chạy không

Ngoài ra, để tăng tính cơ động của LHM cần giảm kích thước biên củaLHM Với mục đích này đề tài đã chọn chiều dài thùng ngắn hơn chiều dài gỗ

đã định trước, cụ thể đã chọn chiều dài phần gỗ thò ra khỏi thùng là 1m (bằngchiều dài gỗ L0) Với sự lựa chọn này, khi vận chuyển các loại vật liệu khácnhư phân bón, cây giống, hàng nông sản… thì trọng tâm rơ moóc dịch về phái

trước Điều này cần chú ý khí xếp hàng hoá lên rơ moóc để điều chỉnh vị trítrọng tâm cho hợp lý.

Từ các phân tích trên, tác giả đã lựa chọn tính toán các thông số cơ bảncủa rơ moóc theo trình tự sau:

- Xác định kích thước thùng rơ moóc theo điều kiện đảm bảo xếp đủ trọng tảikhi chở gỗ;

- Lập trình tính toán khảo sát ảnh hưởng toạ độ trọng tâm đến khả năng bám

và khả năng lái của LHM Trên cơ sở đó lựa chọn sơ bộ toạ độ trọng tâm khichở gỗ và chọn chiều dài càng moóc

- Các kích thước cơ bản của rơ moóc được đề tài lựa chọn và tính toán nhưsau:

+ Chiều dài thùng moóc: L0 = 3,0 m

+ Bề rộng miệng thùng: B1 = 1,7 m

+ Bề rộng đáy thùng: B2 = 1,1 m

+ Chiều cao thùng moóc: hm= 0,68 m

Các kích thước còn lại đã được xác định theo thông số hình học củamáy kéo và cầu rơ moóc

Hình 1.6: Bản vẽ lắp của rơ moóc một trục

Vật liệu dùng để chế tạo thùng moóc và satxi tác giả chọn chủ yếu làthép định hình, tôn tấm sẵn có bán trên thị trường Các chi tiết được liên kếtvới nhau bằng phương pháp hàn.

Trên cơ sở các kích thước cơ bản đã xác định, đề tài đã thiết kế satxi vàthùng moóc với sự hỗ trợ của phần mềm Autodesk Inventor 9.0 Bản vẽ lắptổng thể được thể hiện trên hình 1.6

Thùng moóc có thể xoay xung quanh trục bánh xe nhằm tạo khả năng

có thể nâng lên khi cần thiết Để đảm bảo an toàn, khi vận chuyển cần phảichốt thùng moóc và satxi lại

Satxi rơ moóc được thiết kế đảm bảo đủ độ bền khi đầy tải và đáp ứngyêu cầu lắp ráp hệ thống truyền lực thủy lực và hệ thồng phanh rơ moóc

Trên cơ sở các kết quả thiết kế, đề tài đã chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnhmột rơ moóc chở gỗ rừng trồng

Từ các yêu cầu, phân tích, trình tự tính toán như trên tác giả đã xác định

được các thông số kỹ thuật chủ yếu như sau:

- Loại rơ moóc 1 trục, 1 cầu chủ động

- Hệ thống truyền động là loại vi sai thủy lực, tự động đóng ngắt;

- Động cơ thủy lực OMP- 50 do Đan Mạch sản xuất: Công suấtt 10 kw,tốc độ quay cực đại 1230 vòng/phút, lưu khối 50 cm2/vòng, áp suất cực

đại 14 Mpa;

- Bơm thủy lực HIII-50 do Liên Xô sản xuất: Lưu lượng 50 lít/phút; sốvòng quay 950 vòng/phút;

- Hệ thống phanh rơ moóc là loại phanh guốc, dẫn động thủy lực;

- Chiều dài thùng moóc: 3,0 m

- Chiều cao thùng moóc: 0,68 m

- Bề rộng phần đáy: 1,12 m

- Bề rộng phần trên: 1,7 m

- Chiều cao rơ moóc: 1,47 m

- Chiều dài biên tính đến điểm móc: 4,0 m

- Lốp bánh xe ký hiệu 900-20 (dùng cho xe Zil- 130)

- Bề rộng cơ sở (khoảng cách vết bánh xe): 1,7 m

- Chiều dài cơ sở (từ điểm móc đến cầu moóc): 3,1 m

- Trọng lượng chế tạo: 1000 Kg

- Trọng tải chuyên chở: 3000 Kg

- Chiều dài gỗ tiêu chuẩn: 4,0 m

Hình 1.7: Rơ moóc một trục lắp sau máy kéo Shibaura chở gỗ và nông sản

1.8 Hệ thống treo thường dùng trên ôtô, máy kéo

Chúng ta đã biết công dụng của hệ thống treo là tạo điều kiện cho bánh

xe dao động theo phương thẳng đứng với thân xe một cách êm dịu Do đó cần

có độ cứng thích hợp để xe chuyển động êm dịu và có khả năng có thể dập tắtnhanh dao động đặc biệt là những dao động có biên độ dao động lớn Tínhnăng hệ thống treo của mỗi loại xe bao giờ cũng là kết quả dung hoà giữa hailựa chọn: Độ an toàn và độ êm dịu của ôtô, máy kéo.[40]

Cấu tạo chung của hệ thống treo thường có các bộ phận sau:

1.8.1 Bộ phận đàn hồi: Tạo điều kiện cho bánh xe dao động, chúng ta có thể

dùng lò xo xoắn, bó nhíp, thanh xoắn hoặc túi khí nén, cao su…(Hình 1.8,hình 1.9)

Hình 1.8 : Lò xo trụ dùng trong hệ thống treo

Hình 1.9: Bó nhíp dùng làm hệ thống treo

1.8.2 Bộ phận giảm chấn: Bộ phận giảm chấn được dùng để dập tắt dao động

của bánh xe và thân xe để đảm bảo cho bánh xe bám đường tốt hơn, tăng tính

êm dịu và ổn định cho ôtô, máy kéo

Bộ phận giảm chấn có cấu tạo như hình 1.10:

1.8.3 Bộ phận dẫn hướng: Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo có mục đích

cơ bản là để xác định tính chất chuyển động (động học) của bánh xe đối vớimặt tựa và vỏ xe, đồng thời góp phần vào việc truyền lực và mô men giữabánh xe và vỏ

1.8.4 Một số hệ thống treo thường dùng trong ôtô, máy kéo

Trong cấu tạo ôtô, máy kéo và rơ moóc có rất nhiều kiểu hệ thống treo.Tuy nhiên hiện nay người ta thường sử dụng một số hệ thống treo như sau:

Hình 1.10: Cấu tạo bộ phận giảm

chấn thường dùng trên ôtô, máy kéo

Hình 1.11: Hệ thống treo phụ thuộc dùng lá nhíp

Hình 1.12: Hệ thống treo phụ thuộc dùng lò xo

Hình 1.13: Hệ thống treo độc lập dùng lò xo

Chương 2 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung

và phương pháp nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu dao động của rơ moóc một trục chở gỗ khi lắp thêm bộphận treo đàn hồi có giảm chấn giữa khung và trục bánh xe, làm cơ sở choviệc hoàn thiện thiết kế và chọn chế độ sử dụng hợp lý của liên hợp máy khivận chuyển gỗ rừng trồng

2.2 Đối tượng nghiên cứu

2.2.1 Rơ moóc một trục lắp thêm bộ phận treo đàn hồi có giảm chấn

Đối tượng để xây dựng mô hình lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm làRơ moóc một trục do đề tài KC- 07- 26 tạo ra khi chuyển động trên đường vậnchuyển lâm nghiệp có lắp thêm bộ phận treo đàn hồi có giảm chấn

Để lắp thêm được bộ phận treo đàn hồi có giảm chấn giữa khung và trụcbánh xe của rơ moóc một trục lắp sau máy kéo Shibaura do đề tài KC-07-26tạo ra chúng tôi tiến hành nghiên cứu kết cấu, các thông số kỹ thuật của rơmoóc một trục sau đó đề xuất phương án lắp thêm bộ phận treo đàn hồi cógiảm chấn

Hiện nay có nhiều kiểu hệ thống treo, chúng tôi tiến hành chọn hệthống treo phụ thuộc sử dụng bộ phận đàn hồi là lá nhíp như hình vẽ 2.1:

2.2.2 Đường vận xuất, vận chuyển

Đường vận chuyển lâm nghiệp thường là đường đất tự nhiên hoặc

đường dải đá được sử dụng trong mùa khô ráo; nền đường vận chuyển dùngcho các loại máy kéo bánh hơi là đường đất được san ủi gạt bỏ những chướngngại vật, có độ dốc cho phép

Do kích động của mấp mô mặt đường lên các bánh xe của rơ moóc nêndao động của rơ moóc phụ thuộc chủ yếu vào độ mấp mô mặt đường Vì vậymấp mô mặt đường là yếu tố đầu vào khi nghiên cứu dao động của rơ moóc

Để nghiên cứu dao động rơ moóc việc điều tra khảo sát, phân loại các dạngmặt đường mà rơ moóc làm việc là vấn đề cần thiết Kết quả khảo sát sơ bộmột số đường vận xuất, vận chuyển gỗ ở khu rừng trồng núi Luốt (Hà Tây) cóthể phân loại mấp mô mặt đường thành hai dạng chính sau [11]: Dạng mặt

đường xác định và dạng mặt đường biến đổi ngẫu nhiên Để sử dụng dạngmấp mô mặt đường làm yếu tố đầu vào trong qua trình nghiên cứu, chúng tôi

kế thừa kết quả nghiên cứu của T.S Nguyễn Tiến Đạt với dạng đường có mặt

Trên hình 2.2 trình bày một số dạng mặt đường vận xuất, vận chuyển gỗxác định thường gặp:

Trắc diện dọc mặt đường 2.2.a có dạng hàm điều hoà:

t S h

h

0 0

2 sin 

Trắc diện dọc mặt đường 2.2.b gợn sóng biến đổi tuần hoàn:

2 sin 2



Hình 2.2: Trắc diện dọc một số mặt đường vận xuất, vận chuyển gỗ xác định

Trong biểu thức (2.1), (2.2), (2.3):

- S là chiều dài mặt đường, S0là bước sóng mặt đường,

- h là hàm số mấp mô mặt đường, h0 là độ cao mấp mô,

- hs1,hcilà 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 dạnghàm điều hoà và có thể phân loại như sau:

Đối với một số mặt đường trên núi Luốt - tỉnh Hà Tây có các đặc trưng[11]:

0 0 0

S 0

S 0

Như vậy, trên các khu vực đã được khảo sát cho thấy dạng mặt đường

có đặc trưng với biên độ h0 = 4 cm, bước sóng S0 = 1,0 m, phương sai DS=7,904 cm2; 0  6 , 28rad / s với vận tốc lấy bằng 1 m/s

Các kết quả này làm tài liệu cơ sở cho việc nghiên cứu dao động của rơmoóc một trục chở gỗ

2.3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu dao động của rơ moóc một trục do đề tài KC- 07- 26 tạo ra,khi lắp thêm bộ phận treo đàn hồi có giảm chấn giữa khung và trục bánh xevận chuyển gỗ rừng trồng trên đường vận xuất, vận chuyển lâm nghiệp đã xác

định

2.4 Nội dung nghiên cứu

2.4.1 Nghiên cứu lý thuyết

Xây dựng mô hình dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc và mặtphẳng thẳng đứng ngang của rơ moóc một trục khi lắp thêm bộ phận treo đànhồi có giảm chấn giữa khung moóc và trục bánh xe khi vận chuyển gỗ trên

đường lâm nghiệp

Giải các phương trình vi phân dao động và mô phỏng dao động của rơmoóc một trục khi lắp thêm bộ phận treo đàn hồi có giảm chấn

Tính toán các tần số dao động riêng và vận tốc tới hạn chuyển động

Đề xuất phương án thiết kế bộ phận treo đàn hồi có giảm chấn lắp chorơ moóc một trục do đề tài KC- 07- 26 tạo ra

2.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Đề ra phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để minh họa cho một phầncủa nghiên cứu lý thuyết về dao động theo mặt phẳng thẳng đứng dọc và mặtphẳng thẳng đứng ngang của rơ moóc một trục, lắp thêm bộ phận treo đàn hồi

có giảm chấn giữa khung moóc và trục bánh xe khi vận chuyển gỗ trên đườnglâm nghiệp

2.5 Phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Để xác định các thông số dao động của rơ moóc chúng ta cần thiết lập

ra hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động dao động của hệ Hệ phươngtrình vi phân có thể thiết lập theo phương pháp sử dụng phương trình Lagrangeloại II hoặc theo nguyên lý D’ Alambe ở đây chúng tôi tiến hành lập cácphương trình vi phân để mô tả dao động của rơ moóc xung quanh vị trí cânbằng được xây dựng dựa theo phương trình Lagranger loại II dạng:

i i i i i

Q q q q

T q

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 và sựtrợ giúp của máy tính điện tử nhờ phần mềm Matlab - Simulink

Các hàm động năng, thế năng và hàm hao tán của hệ được thiết lập theocác biểu thức tính toán trong cơ học giải tích tương ứng với mô hình dao động

đã được lập Sau khi thay các biểu thức đó vào phương trình (2.7) ta nhận được

hệ phương trình vi phân mô tả dao động của rơ moóc chở gỗ

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Chúng tôi đề xuất sử dụng phương pháp thử nghiệm trên máy thực:LHM gồm máy kéo Shibaura và rơ moóc 1 trục đã lắp thêm bộ phận treo đànhồi có giảm chấn giữa khung và trục bánh xe, chở gỗ rừng trồng trên những

đoạn đường đã được khảo sát Đo đồng thời gia tốc dao động trong mặt phẳngthẳng đứng dọc, mặt phẳng thẳng đứng ngang với việc ứng dụng phương pháp

đo các đại lượng không điện bằng điện nhờ các cảm biến tiêu chuẩn nối ghépvới thiết bị đo DMC Plus điều khiển bằng phần mềm DMC Laplus Phươngpháp xử lý số liệu bằng các phần mềm Catman 3.1 và DMC Laplus (sẽ trìnhbày cụ thể ở Chương 4)

Để lập mô hình tính toán dao động của rơ moóc khi lắp thêm bộ phậntreo đàn hồi có giảm chấn trước tiên bằng các phương pháp thực nghiệmchúng tôi tiến hành xác định các thông số động lực học của rơ moóc như tọa

độ trọng tâm, mô men quán tính và độ cứng của lốp

3.1 Xác định các thông số động lực học của rơ moóc

3.1.1 Xác định toạ độ trọng tâm của rơ moóc [6]

Vị trí toạ độ trọng tâm ảnh hưởng rất nhiều đến tính ổn định của rơmoóc khi chuyển động trên đường

Để xác định tọa độ trọng tâm của rơ moóc chúng tôi giả thiết khốilượng rơ moóc và gỗ tập trung tại vị trí trọng tâm và có khối lượng là G, sửdụng phương pháp thực nghiệm xác định tọa độ trọng tâm được xác định bởi

ba thông số như hình 3.1.a:

Hình 3.1.a: Sơ đồ xác định tọa độ trọng tâm của rơ moóc theo chiều dọc

b l

a- Khoảng cách từ trọng tâm rơ moóc đến điểm nối giữa rơ moóc vàmáy kéo theo phương nằm ngang, m;

b- Khoảng cách từ trọng tâm rơ moóc đến trục chủ động của rơ moóctheo phương nằm ngang, m;

l - chiều dài cơ sở của rơmoóc (tính từ điểm nối moóc đến tâm trục củarơ moóc)

Sau khi cân rơ moóc trên bàn cân, chúng ta xác định được trọng lượngcủa rơ moóc và gỗ là G, trọng lượng được phân ra phía trước G1 cũng nhưtrọng lượng được phân ra trục chủ động G2 Từ đó có thể xác định được các

đại lượng a và b như sau:

l G

Hình 3.1.b: Sơ đồ xác định tọa độ trọng tâm của rơ moóc theo chiều cao

Trên hình 3.1.b điểm nối rơ moóc và máy kéo được đặt ở bệ cao, còncác bánh chủ động nằm trên bề mặt của bàn cân.

Rơ moóc nằm nghiêng với mặt phẳng nằm ngang một góc  Bàn cân

chỉ trọng lượng của rơ moóc tác dụng lên trục chủ động Z2 ở trạng thái rơmoóc nằm nghiêng

Lập phương trình cân bằng mô men của các lực tác dụng lê rơ moóc đốivới điểm nối moóc ta có:

Trong đó:

Z2- Trọng lượng tác dụng lên các bánh xe đặt trên bàn cân (đo được khithí nghiệm);

h0 - Khoảng cách từ trọng tâm đến mặt phẳng đi qua trục bánh xe;

l- Chiều dài cơ sở của rơmoóc (tính từ điểm nối moóc đến tâm trục rơmoóc);

 - Góc nghiêng của rơ moóc so với mặt phẳng nằm ngang;

Từ phương trình (3.2) ta xác định được chiều cao h0 như sau:



g a

L G

L G

Z r h

3.1.2 Xác định mô men quán tính của rơ moóc

3.1.2.1 Mô men quán tính đối với trục y (nằm ngang qua trọng tâm moóc)

Theo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm của nghiên cứu sinh PhạmMinh Đức áp dụng Để xác định mô men quán tính của rơ moóc đối với trục ychúng tôi dùng mô hình dao động tự do của rơ moóc như hình 3.2

Trên hình 3.2 chúng tôi đặt rơ moóc lên một giá đỡ, sau đó cố định rơmoóc vào giá đỡ bằng một khớp bản lề (tại điểm B) Khi đó rơ moóc có thểquay tự do quanh trục nằm ngang đi qua điểm B

Tại vị trí nối moóc (điểm A) đặt một lò xo với độ cứng thấp là C2, độcứng C2 này được xác định theo công thức sau:

4

2 3

8.

G d C

D n

Trong đó: G - Mô đun trượt, G = 8.104 N/mm2;

d - Đường kính thiết diện của lò xo, d = 10 mm;

D- Đường kính bao ngoài của lò xo, D = 120 mm;

n - Số vòng của lò xo, n = 7

G d C

D n

Hình 3.2: Sơ đồ xác định mô men quán tính của rơ moóc đối với trục y

Sau khi gây cho hệ một dao động tự do ta ghi được biên độ dao độngtắt dần tại điểm A, dùng phương pháp vẽ đồ thị bằng với sự hỗ trợ của phầnmềm chuyên dùng trên máy tính ta đo được chu kỳ dao động của moóc quanh

điểm cố định B là T = 0,654 s

Mô men quán tính của rơ moóc đối với trục lắc đi qua điểm B được xác

định như sau:

2 2 ' 2

T - Chu kỳ của một dao động, T = 0,654 s;

l- Khoảng cách từ trục lắc đến đường tâm lò xo, l = 4,2 m;

Từ đó ta tính được mô men quán tính của rơ moóc đối với trục y quatrọng tâm O1 là:

m- khối lượng của rơ moóc, m= 1245 kg;

e- Khoảng cách từ trọng tâm rơ moóc đến trục lắc đi qua B;

2 g 0

e l b  h h

ở đây: l2- khoảng cách từ tâm quay B đến tâm trục bánh xe, l2= 0,94m;

b - khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến trọng tâm rơ moóc, b= 1,04 m;

hg– Chiều cao của trọng tâm rơ moóc, hg= 0,9 m;

h0- chiều cao từ trọng tâm đến tâm trục bánh xe, h0= 0,35 m;

3.1.2.2 Xác định mô men quán tính của rơ moóc đối với trục x (trục dọc)

Cũng theo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm của nghiên cứu sinhPhạm Minh Đức áp dụng, chúng tôi dùng phương pháp cách treo rơ moóc lên

2 điểm (trục đi qua 2 điểm đó) và cho nó lắc quanh trục ấy như hình 3.3

Hình 3.3: Sơ đồ xác định mô men quán tính của rơ moóc đối với trục x

Sau khi gây kích động cho rơ moóc lệch một góc 0khỏi vị trí cân bằngtĩnh và để nó dao động lắc quanh trục O1O2 ta đo được chu kỳ lắc của dao

động là: T2= 2,75 s

Từ đó tính được mô men quán tính theo trục x như sau:

2 O

x O C

J J mh , ở đây:

2 2

m- khối lượng của rơ moóc, m = 1245 kg;

hc2- chiều cao từ điểm treo O1 đến trọng tâm rơ moóc, hc2= 1,97 m;

T- chu kỳ lắc của dao động, T = 2,75 s;

0

A

cl J