Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéo shibaura khi tay thủy lực bốc gỗ

chống, lắp thêm đối trọng để nâng cao khả năng ổn định chống lật của máykéo, tuy nhiên cũng còn những giải pháp khác như lắp thêm bộ phận nối đànhồi có giảm chấn vào vị trí giữa ngoạm gỗ

Đào Sỹ Tam

Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng

ổn định chống lật của máy kéo Shibaura

khi tay thuỷ lực bốc gỗ

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị

cơ giới hoá nông lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu

Hà nội, năm 2008

Đào Sỹ Tam

Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng

ổn định chống lật của máy kéo Shibaura

khi tay thuỷ lực bốc gỗ

Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật

Hà nội, năm 2008

thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp khoá học 2005 -2008, đến nay tôi đãhoàn thành khoá học và thực hiện thành công đề tài “Nghiên cứu một số giảipháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéo Shibaura khi Tay thuỷlực bốc gỗ” Để hoàn thành được bản luận văn này, ngoài sự nỗ lực cố gắngcủa bản thân tôi đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ của các cá nhân và

đơn vị trong cũng như ngoài Trường Nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏlòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới:

Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đã dànhnhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị

Các Thầy, Cô giáo của tổ bộ môn Kỹ thuật cơ khí, Trung tâm nghiêncứu thí nghiệm khoa Cơ điện và Công trình, Khoa đào tạo sau đại học, Trungtâm thư viện Trường ĐHLN, Trường Trung cấp nghề Cơ điện và Kỹ thuậtNông Lâm Đông Bắc nơi tôi đang công tác, thư viện Quốc gia Hà Nội đã tạomọi điều kiện, cung cấp thông tin, thiết bị phục vụ thí nghiệm và đóng gópnhiều ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thành tốt bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các chuyên gia của Viện Cơ điện nôngnghiệp và công nghệ sau thu hoạch, Bộ môn Cơ học ứng dụng của Trường ĐạiHọc Bách Khoa Hà Nội đã giành thời gian và đóng góp những ý kiến quý báucho bản luận văn này

Qua đây cho phép tôi được cảm ơn tới gia đình, bạn bè cùng nhữngngười thân đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua./

Tác giả luận văn

Đào Sỹ Tam

đặt vấn đề

Hiện nay rừng tự nhiên ở nước ta còn lại rất ít, gỗ cho các ngành kinh tếquốc dân và cho đời sống chủ yếu được khai thác từ rừng trồng Dự án trồngmới 5 triệu ha rừng đã được Chính phủ phê duyệt và triển khai thực hiện từnăm 1998 nhằm khôi phục, mở rộng và làm giàu nhanh chóng tài nguyênrừng, đến nay rừng đã đến tuổi khai thác Đi đôi với việc trồng rừng thì vấn đềcông nghệ và thiết bị trong khai thác rừng cũng phải được quan tâm đúngmức Công nghệ và thiết bị cơ giới hoá khai thác rừng tự nhiên được áp dụngtrước đây không còn phù hợp với việc khai thác gỗ rừng trồng Một số thiết bịnhập ngoại đã được áp dụng để khai thác gỗ rừng trồng nước ta, song nhìnchung còn rất hạn chế vì chưa phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hộinước ta

ở các nước đang phát triển trên thế giới và trong khu vực, có điều kiện gầngiống nước ta đã chọn và áp dụng công nghệ thích hợp đó 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 nhiều 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 một số trang trại Các loại máy kéo nàythường được thiết kế chế tạo thêm một số trang bị như : Tời, tay thuỷ lực(TTL), rơ moóc…để phục vụ việc khai thác, bốc dỡ, vận chuyển gỗ và cáccông việc khác trong nông nghiệp

Đã có nhiều đề tài của nhiều tác giả trong và ngoài nước đã nghiên cứu,chế tạo và khảo nghiệm các thiết bị tay thuỷ lực lắp trên máy kéo để bốc dỡ

gỗ Các công trình nghiên cứu cho thấy tải trọng động lực học (ĐLH) khi TTLnâng gỗ có ảnh hưởng đến tính ổn định của máy kéo Tuy nhiên mức độ ảnhhưởng của nó đến ổn định của liên hợp máy (LHM ) như thế nào đang là câuhỏi cần được giải đáp Thực tiễn đã có nhiều đề tài nghiên cứu liên quan đến

ổn định của LHM với TTL, thông thường người ta thiết kế thêm bộ phận chân

chống, lắp thêm đối trọng để nâng cao khả năng ổn định chống lật của máykéo, tuy nhiên cũng còn những giải pháp khác như lắp thêm bộ phận nối đànhồi có giảm chấn vào vị trí giữa ngoạm gỗ và đầu cần TTL để làm giảm tảitrọng ĐLH xuất hiện khi mở máy nâng tải nhằm nâng cao khả năng ổn địnhchống lật của LHM.

Trong thời gian vừa qua đề tài nhánh cấp nhà nước, mã số: KC 07-26-05

“Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hoá khai thác

cùng một số cán bộ trong Khoa Công nghiệp - Trường Đại học Lâm nghiệp.Một trong những sản phẩm của đề tài là Tay bốc thuỷ lực lắp trên máy kéoShibaura SD 2843 để bốc dỡ gỗ rừng trồng Tuy đây mới là mẫu máy khảonghiệm nhưng nó đã được đánh giá là hướng đi rất phù hợp, cần được hoànthiện và nhân rộng để áp dụng vào thực tiễn của sản xuất Việc nghiên cứugiải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của LHM với TTL khi bốc gỗ

do đề tài KC 07-26-05 tạo ra cũng sẽ góp phần hoàn thiện kết cấu của LHM,nâng cao hiệu quả sử dụng máy Vì những lý do trên tôi thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của

máy kéo Shibaura khi tay thuỷ lực bốc gỗ”.

ý nghĩa khoa học của đề tài:

- Đề xuất giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéoShibaura SD 2843 theo hướng thay bộ phận nối cứng giữa đầu cần của TTL vàngoạm gỗ bằng bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn

- Nghiên cứu ảnh hưởng của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn đến khảnăng ổn định chống lật của LHM làm cơ sở cho việc thiết kế cải tiến, hoànthiện kết cấu của các bộ phận của LHM

ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

- Làm cơ sở cho việc hoàn thiện thiết kế cải tiến, hoàn thiện kết cấu của TTLtheo hướng lắp thêm bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn giữa đầu cần TTL vàngoạm gỗ

Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1.1 Tổng quan về công nghệ khai thác và thiết bị bốc dỡ gỗ ở Việt Nam và trên thế giới

Trong việc khai thác rừng trồng hiện nay người ta thường áp dụng cácloại hình công nghệ chủ yếu sau [11]

- 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 đâychúng được cắt cành, cắt khúc theo quy cách sản phẩm sau đó được bốc lênphương tiện vận chuyển đến nơi tiêu thụ

- Loại hình công nghệ khai thác gỗ dài (Tree- leng method): cây gỗ saukhi hạ được cắt cành, ngọn tại nơi chặt hạ rồi được kéo ra ven đường vậnchuyển hoặc bãi gỗ Tại đây chúng được cắt khúc theo quy cách sản phẩm rồibốc lên phương tiện vận chuyển đến nơi tiêu thụ

- Loại hình công nghệ khai thác gỗ ngắn (Short wood method/ Cut-to-lengmethod): toàn bộ các thao tác hạ cây, cắt cành ngọn và cắt khúc đều được thựchiện ở nơi chặt hạ, sau đó các khúc gỗ được đưa đến bãi gỗ hoặc ven đường rồibốc lên phương tiện vận chuyển về nhà máy hoặc một điểm sử dụng khác.Việc áp dụng loại hình công nghệ này hay loại hình công nghệ kia cũngnhư việc lựa chọn được một công nghệ thích hợp trong khai thác rừng phụthuộc 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 móc và phụ tùng thay thế, điều kiện rừng, điều kiện kinh tế - xã hội vàvấn đề bảo vệ môi trường ở vùng khai thác

ở Brazil [21], người ta áp dụng cả ba loại hình nêu trên trong việc khaithác gỗ rừng trồng Loại hình khai thác gỗ ngắn được áp dụng chủ yếu trongkhai thác rừng bạch đàn Để tăng năng suất, giảm giá thành trong khâu chặt hạ

người ta tổ chức nhóm làm việc hai người: một người hạ cây và cắt khúc bằngcưa xích, người kia dùng búa để chặt cành Việc tập trung gỗ từ nơi chặt hạ vềcác bãi gỗ nhỏ ven đường hoặc kho gỗ được thực hiện bằng máy kéo bánh hơilâm nghiệp hoặc máy kéo bánh hơi nông nghiệp được trang bị thêm rơ moócchở gỗ, tay thuỷ 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 cáplưu động với nguồn động lực là máy kéo nông nghiệp để đưa gỗ từ nơi chặt hạ

về chỗ tập trung

Hình thức khai thác gỗ dài và gỗ nguyên cây ở Brazil được áp dụngtrong khai thác rừng thông ở hình thức khai thác gỗ dài, việc hạ cây, cắt cànhngọn được thực hiện ở nơi chặt hạ bằng việc sử dụng cưa xích, sau đó các thâncây được kéo tập trung về kho gỗ hoặc các bãi gỗ nhỏ ven đường bằng máykéo nông nghiệp có trang bị thêm TTL hoặc bộ phận treo gỗ Còn ở hình thứckhai thác gỗ nguyên cây, sau khi các cây được hạ bằng các máy hạ câychuyên dùng (Feller- Buncher) chúng được kéo về kho gỗ cùng với cả cành vàtán bằng máy kéo vận xuất chuyên dùng theo phương pháp nửa lết Đến bãi gỗ

bó cây này được tiếp tục kéo qua “cổng chặt cành”, tại đây nhờ các kết cấu cắtvận hành một cách hợp lý, các cành nhánh được cắt ra khỏi thân cây Sau đó

bó gỗ đã sạch cành nhánh tiếp tục được chuyển đến vị trí cắt khúc Việc cắtkhúc ở bãi gỗ được thực hiện bằng cưa xích

Việc vận chuyển gỗ từ các bãi gỗ đến nơi tiêu thụ ở Brazil được thựchiện chủ yếu bằng các xe vận tải chuyên dùng theo nhiều dạng khác nhau: xetải không rơ moóc, xe tải và một sơ mi rơ moóc, xe tải kéo theo một hoặc hairơ moóc Việc bốc dỡ trên các kho gỗ hầu như được cơ giới hoá bằng việc sửdụng các cần trục thuỷ lực cố định chuyên dùng

ở Phần Lan và các nước Bắc Âu [22], từ những năm 80 của thế kỷ XXtrở 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 lâmnghiệp và đặc biệt là hệ thống đường vận chuyển dày đặc với chất lượng tốt đã

đến tận các khu rừng xa xôi nên hình thức khai thác gỗ ngắn được sử dụng làchính Việc hạ cây, cắt cành, cắt khúc được thực hiện tại nơi khai thác nhờ sửdụng cưa xích, máy hạ cây chuyên dùng (Fller-Buncher) và máy khai thác liênhợp (Harvester) Sau đó các khúc gỗ được chuyển đến các bãi nhỏ ven đườngnhờ sử dụng các máy kéo vận xuất bánh hơi chuyên dùng (Forwarder) hoặcmáy kéo nông nghiệp được trang bị tay thuỷ lực và rơ moóc chở gỗ Việc vậnchuyển gỗ từ rừng đến nơi tiêu thụ chủ yếu bằng đường bộ nhờ sử dụng các xevận tải cỡ lớn có thể kéo theo một hoặc hai rơ moóc Việc bốc dỡ gỗ đã đượccơ giới hoá hoàn toàn nhờ các cần trục thuỷ lực đặt trên các bãi gỗ hoặc đặtngay trên các xe vận tải

ở một số nước đang phát triển như Ethiopia, Tanzania, Zimbabwe [11],công nghệ khai thác rừng trồng phổ biến là công nghệ trung bình với đặc trưng

là dùng máy kéo nông nghiệp được lắp đặt thêm các trang bị chuyên dùng nhưTTL, cơ cấu treo gỗ, tời cáp để bốc dỡ và vận chuyển gỗ cự ly ngắn

ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam như Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Tuyên Quang,

Hà Giang, Yên Bái [11] là những vùng rừng chuyên canh nguyên liệu giấycho Nhà máy giấy Bãi Bằng ở những vùng này người ta áp dụng loại hìnhkhai thác gỗ ngắn là chủ yếu Việc đưa gỗ từ các bãi gỗ nhỏ ven đường vậnxuất ra đường vận chuyển hoặc các bãi gỗ ven sông với cự ly trung bình 10-

15 km người ta sử dụng máy kéo bánh hơi nông nghiệp Volvo được trang bịthêm rơ moóc chở gỗ chuyên dùng có TTL để tự bốc dỡ gỗ Việc vận chuyển

gỗ từ khu nguyên liệu về nhà máy chủ yếu bằng đường sông và đường bộ, ở

đường bộ phần lớn gỗ được Volvo bốc lên xe tải hạng nặng để vận chuyển

đường dài đến nhà máy, còn ở những cự ly vận chuyển ngắn (<15km), gỗ

cong keo và trữ lượng ít người ta thường bốc thủ công lên xe cải tiến hoặcdùng Volvo tự bốc để vận chuyển thẳng về nhà máy.

Từ năm 1991 trở về trước, được sự tài trợ của Chính phủ Thụy Điển,hàng loạt máy kéo Volvo được sử dụng trong bốc dỡ gỗ (Hình 1.1), chúng làmviệc rất tin cậy và cho năng suất cao Tuy nhiên giá thành của thiết bị rất cao,

đòi hỏi vốn đầu tư lớn, điều này không phù hợp với quy mô và khả năng tàichính của các doanh nghiệp trong nước Mặt khác phụ tùng để thay thế rấtkhan hiếm và đắt tiền nên gây khó khăn trong việc bảo dưỡng và sửa chữathiết bị Chính vì vậy nên xu hướng nghiên cứu chế tạo TTL cỡ nhỏ để dầnthay thế loại máy Volvo là điều tất yếu và cần được quan tâm thoả đáng

Hình 1.1: TTL bốc dỡ gỗ được trang bị trên máy kéo Volvo

(ảnh chụp tại Lâm trường Hàm Yên Tuyên Quang)

Việc bốc dỡ gỗ hiện nay vẫn chủ yếu được thực hiện theo 2 phương pháp

đó là phương pháp thủ công và phương pháp cơ giới Phương pháp thủ côngthường được thực hiện như: Bốc khúc gỗ ngắn, bốc gỗ ngang có đà nghiêngkhông dây, bốc ngang với đà nghiêng có tời, bốc hầm… Phương pháp nàynăng suất thấp, nặng nhọc, nguy hiểm, thường được áp dụng ở các nước cónền công nghiệp chậm phát triển Các nước có nền công nghiệp phát triểnthường áp dụng phương pháp cơ giới dùng bằng cần cẩu cơ khí hoặc dùng cầncẩu thuỷ lực (Hình 1.2.a,b)

Hình 1.2a,b: Phương pháp bốc dỡ gỗ cơ giới - dùng cần cẩu thuỷ lực

Nhìn chung, việc sử dụng TTL trong bốc dỡ gỗ được áp dụng phổ biến ởcác nước có nền công nghiệp tiên tiến trên thế giới, ở nước ta mặc dù so vớirừng tự nhiên, rừng trồng có nhiều điểm thuận lợi hơn để cơ giới hoá các khâusản xuất nhưng trên thực tế hiện nay việc khai thác, bốc dỡ gỗ rừng trồng chủyếu vẫn bằng thủ công nặng nhọc, năng suất lao động thấp

1.2 Tình hình nghiên cứu về TTL và ổn định của các máy nâng chuyển

TTL được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản suất để bốc dỡhàng hoá Như đã đề cập ở trên, trong lâm nghiệp TTL được sử dụng rất phổbiến ở các nước có nền công nghiệp phát triển và có quy mô sản xuất lớn, còn

ở những nước đang hoặc chưa phát triển thì việc áp dụng loại thiết bị này cònrất hạn chế Vì những lý do trên nên phần lớn những nghiên cứu về TTL cũng

đều tập trung vào các nước có nền công nghiệp tiên tiến Tiêu biểu trong lĩnhvực này là những nhà khoa học người Nga (Liên Xô cũ), có thể kể ra một sốcông trình tiêu biểu như sau:

Tác giả Alecxangdrov V.A (người Nga) đã đánh giá về sự chịu tải củamáy móc lâm nghiệp ở các quá trình quá độ [34], theo đó tác giả đã nhận địnhrằng tải trọng ĐLH ảnh hưởng đáng kể đến máy móc thiết bị ở các giai đoạnquá độ như lúc mở máy, phanh hãm, lấy đà …, bằng thực nghiệm trên một sốmáy khai thác có TTL tác giả thấy rằng khi khối lượng gỗ càng tăng thì hệ sốtải trọng ĐLH càng giảm, ngược lại khi vận tốc nâng càng tăng thì hệ số tảitrọng ĐLH càng tăng (Hình1.3)

Hình 1.3: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Alecxangdrov V.A

về sự ảnh hưởng của khối lượng nâng tới hệ số tải trọng ĐLH

(1- v 0 =0.18 m/s; 2- v 0 =0.12 m/s; 3- v 0 = 0.05 m/s)

Cũng tác giả Alecxangdrov V.A ở tài liệu [35] đã nghiên cứu về dao

động góc của đầu máy dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL (Hình1.4), theo đó tác giả đã đưa ra được phương trình vi phân dao động góc của

Trong đó:

c'n - là độ cứng quy đổi của lốp;

Tác giả đã phân tích và rút ra được sự ảnh hưởng của các yếu tố như:

gỗ (hT), lực của gió… tới chuyển dịch góc 1

Hình 1.4: Sơ đồ xác định dao động góc của đầu máy dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL

P

Sự mấp mô của mặt đường ảnh hưởng đến tải trọng của các phương tiện

đi trên nó, nhất là các máy khai thác, chúng làm việc trên những địa hình có

độ mấp mô lớn thì vấn đề này rất được quan tâm Tác giả Alecxangdrov V.A

đã có công trình nghiên cứu về tải trọng của máy khai thác có trang bị TTLkhi đi trên đường có độ mấp mô, sơ đồ tính toán được tác giả đưa ra như hình1.5, trong trường hợp đơn giản nhất là các máy khai thác chưa mang tải thì sơ

đồ tính toán được thể hiện như hình 1.5.a và PTVP có dạng như sau:

Z Z  0 c

Z m

; 0 Z c Z c c Z c Z m

0 2 M 12 2 2

p 0 0 0 M 12 0 2 M 12 0 0

m

; Z c Z c Z c c Z m

; Z c Z c c Z c Z m

2 3 3

3

3 0

M 12 2 M

12 2 2

p 0 0 0 M 12 0 2 M 12 0 0

Z0, Z2, Z3- các chuyển dịch của các khối lượng m0, m2 và m3

Hình 1.5: Sơ đồ xác định tải trọng của máy khai thác có trang bị TTL

khi đi trên địa hình gồ ghề

Trong quá trình nghiên cứu về dao động của máy kéo với TTL, tác giảAlecxangdrov V.A cũng đã kết luận: Bộ phận đàn hồi của cơ cấu ngoạm gỗ đã

được nghiên cứu trong một số tài liệu đã khẳng định rằng việc sử dụng bộphận nối đàn hồi này thực tế đã làm giảm được tải trọng động bổ sung lên taybốc thuỷ lực và khung của máy kéo, cũng vì thế làm giảm được dao động đốivới người lái - Tính an toàn cao hơn Tuy nhiên, tác giả mới đưa ra mô hình bốtrí bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn mà chưa tính toán cụ thể đến các hệ số

độ cứng và hệ số cản giảm chấn của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn

Năm 1973 tại học viện kỹ thuật lâm nghiệp Lêningrad, nhà khoa họcngười Nga Liamin I.V đã có công trình nghiên cứu về quá trình gom gỗ khichặt chọn bằng TTL [29], sau đó 2 năm tác giả đã công bố tiếp công trình

“Phân tích lực của TTL máy kéo có kết cấu đặc biệt” [30] Với 2 công trìnhnày tác giả đã chọn ra được TTL kiểu mới cho việc gom gỗ trong khai thácchọn và cách phân tích lực cho TTL

Năm 1977 Giáo sư Barinốp K.N đã phân tích được quy luật chuyển độngcác bộ phận của máy lâm nghiệp với TTL khi làm việc [26] Từ đó đưa ra cơ sở

lý thuyết cho việc bố trí các chi tiết và thiết bị công tác trên máy kéo lâm nghiệp.Năm 1978 hai tác giả Venlicốc G.M và Kusliaev V.F đã tiến hànhnghiên cứu và đưa ra cơ sở để áp dụng máy khai thác gỗ kiểu TTL ở trên cáckhu khai thác [27]

Năm 1981 phó giáo sư Artamônốp Iu.G đã nghiên cứu thiết kế và tínhtoán TTL lắp trên máy kéo lâm nghiệp để bốc dỡ gỗ [25] Cũng vào năm nàytác giả Kusliaev V.F đã có nghiên cứu về tổng quan các loại máy khai thác gỗkiểu TTL [28]

Tầm vươn của TTL ảnh hưởng lớn đến năng suất của máy khai thác, cụthể về vấn đề này được tác giả Mensikop rất quan tâm và đã có kết quả nghiêncứu vào năm 1982 tại Học viện Kỹ thuật Lâm nghiệp Lêningrad [30]

Bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, năm 1982 tác giảAntômônốp đã xác định được những thông số cơ bản của hệ thống máy kéobánh hơi với TTL [31].

Vấn đề ổn định của máy là yếu tố rất quan trọng, nó quyết định tới khảnăng làm việc của máy và sự an toàn trong lao động Với những máy có trang

bị TTL thì vấn đề ổn định được nhiều nhà khoa học quan tâm, trong đó có tácgiả người Nga Ciunhep V.C với đề tài: “ Phương pháp đánh giá ổn định củamáy kéo bánh hơi khung gập với TTL” [32]

Tại học viện kỹ thuật lâm nghiệp Lêningrad năm 1983, luận án tiến sĩcủa Nguyễn Nhật Chiêu đã nghiên cứu tải trọng của máy kéo bánh hơi khunggập với TTL khi gom và vận xuất gỗ trên sườn dốc [21]

Năm 2006, đề tài nhánh cấp nhà nước, mã số: KC 07-26-05 “Nghiên cứulựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng

bộ trong Khoa Công nghiệp - Trường Đại học Lâm nghiệp đã được thực hiện.Một trong những sản phẩm của đề tài là Tay bốc thuỷ lực lắp trên máy kéoShibaura SD 2843 để bốc dỡ gỗ rừng trồng Mẫu máy này đã được khảonghiệm và đánh giá là hướng đi rất phù hợp Tuy nhiên phạm vi của đề tài mớichỉ dừng lại ở việc lựa chọn, thiết kế, chế tạo các cơ cấu để phục vụ việc bốc

dỡ gỗ rừng trồng Công tác nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để kiểmchứng lại lý thuyết đã tính toán cần phải được thực hiện, nhất là nghiên cứukhả năng ổn định ĐLH của LHM

Năm 2006, Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đỗ Ngọc Đức đã nghiên cứu,thiết kế bộ phận tăng ổn định chống lật cho máy kéo Shibaura khi lắp TTLbốc dỡ gỗ Tác giả đã đưa ra được kết luận: Khi máy kéo chưa lắp thêm hệthống chân chống và đối trọng để đảm bảo ổn định chống lật thì TTL chỉ cóthể bốc được tải trọng tối đa là 1851 N ở tầm vươn tối đa là 3,8 m Khi đã lắp

thêm hệ thống chân chống và đối trọng để nâng cao ổn định chống lật thì taythuỷ lực bốc được tải trọng tối đa là 4766,5 N ở tầm vươn tối đa là 3,8 m.

Đồng thời qua tính toán cũng đã xác định được trọng lượng đối trọng cần lắpthêm là 11000N

Năm 2007, Luận văn Thạc sỹ của Trần Lý Tưởng đã nghiên cứu tải trọng

động lực học tác dụng lên TTL lắp trên máy kéo bánh hơi khi bốc dỡ gỗ trongtrường hợp giữa ngoạm gỗ và đầu cần TTL được nối cứng Bằng phần mềmMatlab_Simulink tác giả đã xác định được các thông số như: tải trọng độnglực học, sự biến dạng của TTL, các lực tác dụng lên các cơ cấu, bộ phận chitiết của TTL ở 3 giai đoạn làm việc của TTL Mặt khác tác giả đã rút ra đượckết luận: Hệ số tải trọng ĐLH tỷ lệ nghịch với khối lượng nâng, độ cứng quy

đổi của đầu máy và độ cứng quy đổi giữa gỗ và ngoạm tỷ lệ thuận với độ cứngquy đổi của TTL và vận tốc nâng [19]

Năm 2008, Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Ngô Việt Phong Trường Đại họcBách khoa Hà Nội đã tính toán thiết kế cánh tay thuỷ lực bốc xếp gỗ Tác giả đã

đề xuất được phương án thiết kế xe chuyên dụng bốc dỡ gỗ lấy cơ sở nguồn độnglực là máy kéo Shibaura trong nông nghiệp để bốc dỡ gỗ rừng trồng

Qua tính toán lý thuyết và thực tế sử dụng đã kết luận rằng tới 80% các

sự số hư hỏng của các máy nâng chuyển về cơ bản liên quan đến các tải trọng

động [15] Đặc biệt tải trọng ĐLH này làm ảnh hưởng đến tính ổn định củamáy kéo, làm cho máy kéo có thể bị lật trong trường hợp bốc gỗ với tải trọnglớn nhất cho phép

LHM thường mất ổn định ở giai đoạn làm việc quá độ như: khi chúng ta

mở van điều khiển để cho dòng thuỷ lực đi tới các xi lanh nâng hạ hoặc coduỗi cần, khi TTL quay tới các vị trí dốc dỡ gỗ và dừng lại, khi TTL hạ tải…Các giai đoạn này do dòng thuỷ lực bị mở hoặc ngắt đột ngột sẽ làm cho cáccơ cấu chấp hành hoạt động hoặc dừng hoạt động vì vậy sinh ra lực quán tínhlàm cho LHM mất ổn định

Để nâng cao khả năng ổn định ĐLH chống lật của máy kéo Shibaura vàTTL do đề tài nhánh cấp nhà nước, mã số: KC 07-26-05 chế tạo phục vụ chocông tác bốc dỡ gỗ rừng trồng thì có nhiều phương án Thông thường người tathiết kế thêm bộ phận chân chống, lắp thêm đối trọng, tuy nhiên cũng còn cógiải pháp khác như lắp thêm bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn vào vị trí giữangoạm gỗ và đầu cần TTL để làm giảm tải trọng ĐLH xuất hiện khi nhấc tảinhằm nâng cao khả năng ổn định chống lật của LHM Vấn đề này đến nay vẫn

chưa được ai nghiên cứu Vì những lý do trên tôi tiến hành đề tài: “Nghiên

cứu một số giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéo Shibaura khi tay thủy lực bốc gỗ ”.

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

và phương pháp nghiên cứu

2.1 Mục tiêu

Nghiên cứu ảnh hưởng của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn lắp giữa đầucần TTL và ngoạm gỗ đến khả năng ổn định chống lật của LHM, làm cơ sởcho việc đề xuất thiết kế, cải tiến các bộ phận của TTL nhằm nâng cao khảnăng ổn định chống lật của LHM

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là LHM gồm máy kéo bánh hơiShibaura SD 2843 với TTL dùng trong bốc dỡ gỗ rừng trồng TTL là sản phẩmcủa đề tài cấp nhà nước, mã số: KC-07-26-05 “Nghiên cứu lựa chọn côngnghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 10

Công nghiệp phát triển nông thôn - Trường Đại học Lâm nghiệp (Hình 2.1)

Hình 2.1: TTL lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

1 Đầu máy Shibaura, 2 Trụ, 3 Bộ phận điều khiển thuỷ lực, 4 Cánh tay, 5 Xylanh nâng hạ, 6 Xy lanh co duỗi cẳng tay, 7 Cẳng tay, 8 Ngoạm, 9 Xylanh ngoạm,

10 Bộ phận tăng khả năng ổn định (chân chống).

9

6 3 4

2

5

1

1 0

2.2.1 Máy kéo Shibaura SD 2843

Các thông số kỹ thuật chính của máy kéo Shibaura SD 2843:

h) Kích thước chung:

2.2.2 Tay thuỷ lực (Hình 2.2):

Đặc tính kỹ thuật của TTL:

TTL được thiết kế để tự bốc dỡ gỗ hoặc bốc dỡ gỗ cho phương tiện khác,tải trọng một chuyến tối đa là 3000N, tầm vươn là 3,8m, trọng lượng của TTL

là 2900N, TTL có 2 xylanh nâng hạ, 1 xylanh co duỗi và 1 xylanh ngoạm

được điều khiển bằng thuỷ lực, trụ được trang bị bộ phận xoay bằng động cơthuỷ lực qua bộ truyền xích và hộp giảm tốc, đầu máy được trang bị thêm haichân chống để tăng khả năng ổn định cho liên hợp máy, bộ phận điều khiểnthuỷ lực được đặt tại đầu trụ Trong thiết kế hệ số tải trọng ĐLH được chọn là

Kdl= 2,5, hệ số an toàn n = 2

Hình 2.2 : TTL ở vị trí có tầm vươn xa nhất

1 Càng ngoạm; 2 Xi lanh đóng mở ngoạm; 3 Đầu cần TTL; 4 ống nối ngoạm với

cẳng tay; 5 Cẳng tay; 6 Xi lanh co duỗi cẳng tay; 7 Cẳng tay;

8 Xi lanh nâng hạ cánh tay; 9 Trụ đỡ cần; 10 Đối trọng

Hoạt động của tay thuỷ lực:

TTL được trang bị cơ cấu quay để nó có thể quay sang hai phía một góc

trước máy kéo khi ở thế vận chuyển Cơ cấu quay gồm động cơ thuỷ lực các bộtruyền xích và hộp giảm tốc trục vít - bánh vít Trụ quay của TTL quay được

nhờ dẫn động từ động cơ thuỷ lực qua bộ truyền xích đơn, qua hộp giảm tốctrục vít - bánh vít, qua bộ truyền xích đôi Càng ngoạm 1 có thể đóng mở nhờ xilanh 2, cẳng tay 5 có thể co duỗi nhờ xi lanh 8, cánh tay 7 được nâng lên hoặchạ xuống nhờ xi lanh 8 Các xi lanh này được điều khiển thông qua hệ thống

điều khiển thuỷ lực Khớp cầu 3 cho phép ngoạm có thể quay quanh trục dọccủa nó một góc nào đó để lựa theo vị trí của cây gỗ trong quá trình làm việc

2.2.3 Đề xuất phương án lắp bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn giữa

Hình 2.3: Sơ đồ mô tả vị trí lắp bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn

1 Càng ngoạm; 2 Xi lanh đóng mở ngoạm; 3 Đầu cần TTL; 4 Bộ phận nối đàn hồi

có giảm chấn; 5 Cẳng tay; 6 Xi lanh co duỗi cẳng tay; 7 Cẳng tay;

8 Xi lanh nâng hạ cánh tay; 9 Trụ đỡ cần; 10 Đầu máy kéo

Mẫu được chọn để khảo sát trong luận văn này là bộ phận nối đàn hồi cógiảm chấn sẽ được lắp giữa đầu cần TTL và ngoạm gỗ lắp trên máy kéoShibaura SD 2843 (Hình 2.4).

Hình 2.4: Sơ đồ bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn

c độ cứng lò xo; k hệ số cản giảm chấn; F lực tác dụng

Cấu tạo chính của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn gồm phần tử đànhồi là lò xo trụ và giảm chấn thuỷ lực Nhờ sự biến dạng đàn hồi, khôngnhững bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn có khả năng đền bù các sai số trongchế tạo, lắp đặt của hai đầu trục mà còn có khả năng giảm va đập, chấn động,cộng hưởng do dao động gây nên

Bộ phận đàn hồi có giảm chấn được kết cấu bởi các phần tử như sau:

* Bộ phận đàn hồi:

Bộ phận đàn hồi có thể gồm một hay một số phần tử đàn hồi và chia raloại phần tử đàn hồi bằng kim loại và loại phần tử đàn hồi phi kim loại Bộphận đàn hồi được lựa chọn để khảo sát trong luận văn này là loại phần tử kimloại dạng lò xo trụ có tác dụng đàn hồi khi chịu lực nâng của TTL nhấc gỗ,

làm trễ pha dao động giữa máy kéo, TTL và bó gỗ Lò xo trụ được chế tạo từthanh thép có tiết diện tròn (Hình 2.5).

Hình 2.5: Lò xo trụ Hình 2.6: Đặc tính và độ cứng của lò xo tròn

Lò xo đại diện cho mối liên kết đàn hồi, khi lò xo bị nén lại hoặc kéodãn ra sẽ phát sinh lực hồi vị (muốn đưa vật về vị trí cũ) Trị số của lực này làhàm số của độ nhún (chuyển vị)

Trong bài toán cụ thể này độ cứng lò xo của bộ phận nối đàn hồi cógiảm chấn là độ cứng chống kéo nén (lò xo bị kéo dãn khi TTL nâng gỗ) Bộphận nối đàn hồi có giảm chấn chưa được thiết kế chế tạo nên độ cứng này sẽ

* Bộ phận giảm chấn

Giảm chấn dùng để dập tắt các dao động của ngoạm gỗ, bó gỗ và TTLkhi bắt đầu nhấc tải bằng cách chuyển cơ năng của các dao động thành nhiệtnăng Giảm chấn được lựa chọn trong bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn này

là loại giảm chấn thuỷ lực dạng ống Đây là loại bộ phận giảm chấn đượcdùng phổ biến trong các hệ thống treo của ô tô (Hình 2.7)

Hình 2.7: Bộ phận giảm chấn Hình 2.8: Đặc tính và hệ số cản thuỷ

lực dạng ống của giảm chấn thuỷ lực

Đồ thị biểu diễn quan hệ của lực cản với tốc độ gọi là đặc tính của giảm chấn:

0



k1= tg = constconst

v

k1= tg = const (Ns/m) (2.6)Phần tử giảm chấn chúng ta nghiên cứu trong luận văn này với hệ số cảngiảm chấn sẽ được chọn trước để nghiên cứu ảnh hưởng của nó khi TTL nhấctải Bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn được lắp giữa đầu cần TTL và ngoạm

Trên hình 2.9 mô tả bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn được đề xuất lắpgiữa đầu cần TTL và ngoạm gỗ Cấu tạo chung của bộ phận nối đàn hồi cógiảm chấn gồm 1 lò xo trụ và một giảm chấn thuỷ lực Lò xo trụ có đườngkính tiết diện dây là 8 mm, đường kính ngoài của lò xo là 80 mm Lò xo có 2móc để liên kết, móc trên 1 được móc vào đĩa có rãnh để lắp vào đầu cần củaTTL Móc dưới 2 cũng được móc vào đĩa có rãnh để lắp với ngoạm gỗ Hai

đầu của giảm chấn thuỷ lực được nối với 2 đầu của lò xo

2.3 Phạm vi nghiên cứu

LHM thường mất ổn định ở giai đoạn làm việc quá độ như: khi chúng ta

mở van điều khiển để cho dòng thuỷ lực đi tới các xi lanh nâng hạ hoặc coduỗi cần, khi TTL quay tới các vị trí dốc dỡ gỗ và dừng lại, khi TTL hạ tải…Các giai đoạn này do dòng thuỷ lực bị mở hoặc ngắt đột ngột sẽ làm cho cáccơ cấu chấp hành hoạt động hoặc dừng hoạt động vì vậy sinh ra lực quán tínhlàm cho LHM mất ổn đinh Trong phạm vi đề tài này chỉ nghiên cứu ảnhhưởng của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn được lắp giữa ngoạm gỗ và đầucần TTL đến khả năng ổn định chống lật dọc của máy kéo Shibaura SD 2843khi TTL bốc gỗ ở giai đoạn nhấc tải

2.4 Nội dung nghiên cứu

Để thực hiện được mục tiêu đặt ra, tôi tiến hành nghiên cứu với các nộidung cơ bản như sau:

2.4.1 Nghiên cứu lý thuyết

+) Tính toán ổn định chống lật dọc của máy kéo với TTL bốc gỗ trongtrường hợp ngoạm gỗ được nối cứng với đầu cần của TTL

+) Đề xuất giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật dọc của máykéo và TTL bốc gỗ trong trường hợp ngoạm gỗ được nối đàn hồi có giảm chấnvới đầu cần của TTL

+) Xây dựng mô hình ĐLH của LHM kéo với TTL ở giai đoạn quá độkhi bắt đầu nhấc gỗ

+) Thành lập các phương trình vi phân dao động của hệ, rút ra đượcphương trình dao động chung của LHM ở giai đoạn quá độ khi bắt đầu nâng gỗ;+) Giải và mô phỏng các phương trình vi phân ở các giai đoạn quá độ khiTTL bắt đầu nâng gỗ;

2.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Nghiên cứu xác định gia tốc khi TTL nhấc gỗ

- Nghiên cứu xác định lực tác dụng vào TTL khi nhấc gỗ

- Nghiên cứu phản lực tác dụng lên cầu trước của máy kéo

- Đo và xác định một số thông số của LHM

2.5 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện được các nội dung trên tôi sử dụng các phương pháp chủyếu sau:

2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

+) Sử dụng phương pháp Lagranger loại II để thành lập các phương trình

vi phân dao động của LHM với TTL khi nâng gỗ:

Trên quan điểm của tính toán ĐLH, các máy nâng chuyển là một hệ độnglực bao gồm đầu máy được cấu thành từ các kết cấu kim loại mang tải, TTL vàphần đất nền mà máy di chuyển trên đó, nếu tính đến tất cả các tác động tương

hỗ của các bộ phận thì trong tính toán ĐLH sẽ gặp rất nhiều khó khăn Thực tế,

từ máy cụ thể chuyển về sơ đồ tính toán ĐLH người ta thường lược bỏ các yếu

tố vật lý mà đối với chế độ làm việc cụ thể các yếu tố này không tồn tại hoặc

có trị số nhỏ, ảnh hưởng không đáng kể đến kết quả nghiên cứu [15]

Trong trường hợp tổng quát, khi thiết lập các sơ đồ tính toán ĐLH cho cácmáy nâng chuyển người ta thường tiến hành xác định các yếu tố như: các khốilượng tập trung (quy đổi); khối lượng phân bố theo chiều dài của các bộ phận

chịu lực; tính đàn hồi của các chi tiết, bộ phận (độ cứng); tương quan của cáclực động; sự thay đổi lực hãm theo thời gian cùng với sự biến đổi của các khốilượng quy đổi của các chi tiết, bộ phận tương ứng, sự phụ thuộc của các lực masát vào vận tốc… ở mỗi trường hợp cụ thể thì các thông số hay đại lượng xác

định có ý nghĩa và tầm quan trọng tương ứng với mục đích đặt ra [15]

Mô hình ĐLH cần phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản như: phải có đơn vị

đo rõ ràng tương ứng như hệ thực và khả năng phản ánh xác thực cao các tínhchất vật lý cơ bản của hệ thực; mô hình không quá phức tạp để giảm sự khókhăn cho việc giải bài toán ĐLH, mặt khác việc đơn giản hoá mô hình phải

đảm bảo không được dẫn tới sai lệch quá trình vật lý của hệ thực

Lựa chọn các phương pháp để thiết lập các phương trình vi phân (PTVP)của hệ nhiều bậc tự do phụ thuộc vào mô hình cơ học của máy Đối với các cơcấu đàn hồi người ta sử dụng phương pháp lực, phương pháp biến dạng,phương pháp phần tử hữu hạn; đối với các hệ phức tạp người ta sử dụng cácphương pháp hệ con (phương pháp tách cấu trúc); đối với các hệ gồm các chất

điểm, các chất rắn, các phần tử lò xo, các phần tử cản người ta thường dùngphương trình Lagranger loại II [10], dạng tổng quát của phương trìnhLagranger loại II như sau:

từng khối lượng i (i-cũng là bậc tự do của hệ) trong từng trường hợp j;

+) Sử dụng phần mềm toán số Matlab- Simulink để mô phỏng:

Matlab là một phần mềm lớn của lĩnh vực toán số, phần cốt lõi củachương trình bao gồm một hàm số toán, các chức năng nhập/xuất cũng nhưcác khả năng điều khiển chu trình, ngoài ra cho phép người dùng tạo thêmhoặc mua bổ sung các bộ công cụ chuyên dụng mà người sử dụng cần

Simulink là phần chương trình mở rộng của matlab nhằm mục đích môhình hoá, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học Giao diện đồ hoạ trênmàn hình của Simulink cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệuvới các khối chức năng quen thuộc Simulink cung cấp cho người sử dụng mộtthư viện rất phong phú các khối chức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến vàgián đoạn Hơn thế, người sử dụng cũng có thể tự tạo các khối riêng cho mình

Sau khi đã xây dựng mô hình của hệ thống bằng cách ghép các khối cầnthiết thành sơ đồ cấu trúc của hệ, ta có thể khởi động quá trình mô phỏng.Trong quá trình mô phỏng ta có thể trích tín hiệu tại vị trí bất kỳ của sơ đồ vàhiển thị đặc tính đó lên màn hình hoặc lưu trữ số liệu vào bộ nhớ, việc nhậphoặc thay đổi các tham số của tất cả các khối rất đơn giản bằng cách trực tiếphoặc thông qua Matlab

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Để xác định tải trọng ĐLH tác dụng lên TTL khi bắt đầu nhấc gỗ ta sửdụng phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện Các đại lượng đượctiến hành đo như: đo gia tốc nhấc gỗ, đo lực tác dụng lên TTL, đo phản lực tácdụng lên cầu trước của máy kéo Hiện nay có rất nhiều phương pháp để đo các

đại lượng không điện nói chung nhưng phổ biến nhất là nguyên tắc biến đổicác đại lượng không điện thành đại lượng điện trung gian nhờ các cảm biếntiêu chuẩn nối ghép với thiết bị đo DMC Plus điều khiển bằng phần mềmDMC Laplus Phương pháp xử lý số liệu bằng các phần mềm Catman 3.1 vàDMC Laplus (Phương pháp này được trình bày cụ thể ở chương 4)

Chương 3 Nghiên cứu khả năng ổn định chống lật

của máy kéo khi tay thuỷ lực bốc gỗ

3.1 Nghiên cứu ổn định chống lật dọc của LHM khi chưa lắp bộ phận tăng ổn định chống lật (Chân chống)

Khi tính toán ổn định của ô tô, máy kéo thông thường người ta tính toán

ổn định ngang, ổn định dọc của máy đồng thời nghiên cứu ổn định khi máylàm việc trên độ dốc dọc hoặc dốc ngang Đối với máy kéo có trang bị TTL thìviệc nghiên cứu ổn định cũng tương tự như trên Thực tế cho thấy máy kéomất ổn định nhất trong trường hợp máy đỗ theo hướng lên dốc và TTL bốc gỗ

ở phía chân dốc, tầm vươn của TTL là lớn nhất và nâng tải lớn nhất

Để nghiên cứu mối quan hệ giữa tầm vươn của TTL với tải trọng tối đaxuất phát từ điều kiện ổn định nên phạm vi đề tài này tôi chỉ tiến hành nghiêncứu ổn định của máy kéo trong trường hợp máy làm việc trên mặt phẳngngang không có độ dốc dọc và dốc ngang, TTL bốc gỗ ở phía sau máy trùngvới trục dọc của máy kéo, các giả thiết dược đặt ra đó là các lốp của máy kéo

là cứng không biến dạng, bỏ qua lực tác dụng do gió gây nên, TTL là vật thểcứng không biến dạng Khoảng cách giữa bó gỗ và mặt đất khi gỗ được nhấclên khỏi mặt đất là nhỏ

Trường hợp dưới đây sẽ nghiên cứu ổn định chống lật dọc của LHM cótính đến các thành phần lực động tác dụng vào TTL và bó gỗ khi nhấc gỗ,LHM chưa được lắp chân chống, đầu cần TTL và ngoạm gỗ được nối cứng

Điều kiện để máy kéo ổn định khi đã tính đến các thành phần lực động tácdụng lên TTL và bó gỗ là:

1, 4

g od l

M k

Khi máy kéo và TTL bốc gỗ sẽ có các lực tác dụng vào như sau: Trọng

lắp thêm đối trọng phía trước để tăng khả năng ổn định, trọng lượng của đối

và đối trọng lắp phía dưới ghế ngồi là Qn và Q3 đặt tại G3 TTL lắp trên máy

hiện như trên hình vẽ Các giá trị dùng để tính toán được khảo sát bằng thựcnghiệm

Bảng 1: Các thông số cơ bản dùng cho tính toán ổn định chống lật dọc của LHM trong trường hợp chưa lắp chân chống

3.83

2

0100020003000400050006000

hv (m) Qmax (N)

1

1,41,4

m ta vẽ được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng bốc và tầm vươn củaTTL khi chưa lắp chân chống như sau (Hình 3.2)

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng bốc và tầm vươn của TTL khi chưa lắp chân chống

Như vậy tính toán ổn định chống lật dọc khi máy kéo và TTL bốc gỗ trongtrường hợp TTL và ngoạm nối cứng, máy kéo chưa được lắp thêm chân chống và

có tính đến các lực động thì tải trọng tối đa mà máy có thể bốc được tính theocông thức (3.7), tải trọng này phụ thuộc vào tầm vươn của TTL Vượt quá tảitrọng này máy sẽ bị lật dọc quanh vị trí điểm B.

3.2 Nghiên cứu ổn định chống lật dọc của LHM khi lắp thêm chân chống

Khi máy kéo được lắp thêm chân chống thì vị trí mà máy bị lật dọc khimất ổn định là tại điểm A Các lực tác dụng lên LHM và các kích thước được

Hình 3.3: Sơ đồ xác định các lực tác dụng lên máy kéo với TTL

khi đã lắp thêm chân chống

Điều kiện ổn định của máy kéo khi đã tính đến các thành phần lực động là:

1, 4

g od l

M k

Mô men giữ máy được tính theo công thức:

n v

3.83

2.5

050001000015000200002500030000350004000045000

hv (m)

Qmax (N)

mối quan hệ giữa tải trọng bốc và tầm vươn của TTL khi đã lắp thêm chânchống như sau (Hình 3.4)

Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng bốc

và tầm vươn của TTL khi đã lắp thêm chân chống

So sánh đồ thị hình 3.2 và 3.4 ta thấy tải trọng bốc của LHM phụ thuộcvào tầm vươn của TTL, tầm vươn càng lớn tải trọng bốc càng giảm Qua tínhtoán cho thấy khi lắp thêm chân chống để tăng ổn định thì LHM có thể bốc

được tải trọng lớn hơn rất nhiều

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn

đến ổn định của LHM

Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng tải trọng ĐLH chỉ xuất hiện

đáng kể vào 0,25s đầu, hay nói cách khác khi nâng tải trong vòng 0,25s đầungười lái có cảm giác bị giật mạnh Đó chính là lực quán tính sinh ra khi các

khối lượng chuyển động có gia tốc Lực quán tính này sẽ gây nên mất ổn địnhcho LHM khi bốc gỗ với tải trọng tối đa.

Như đã đề cập ở chương 2 của luận văn này, chúng tôi đã đề xuất phương

án nâng cao khả năng ổn định chống lật dọc cho máy kéo Shibaura khi TTLbốc gỗ đó là nối giữa đầu cần TTL và goạm gỗ bằng bộ phận nối đàn hồi cógiảm chấn Để nghiên cứu ảnh hưởng của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn

đến LHM khi TTL nhấc tải ta đi xây dựng mô hình ĐLH cho hệ

3.3.1 Xây dựng mô hình động lực học của LHM

3.3.1.1 Xây dựng mô hình tổng quát

Phần này nhằm đưa ra được mô hình tổng quát những yếu tố tác động lênTTL khi nhấc gỗ Dựa vào kết cấu của thiết bị và qua tham khảo một số tàiliệu [35],[13],[15] tôi tiến hành xây dựng mô hình chung như sau (hình 3.5):

Hình 3.5: Mô hình ĐLH tổng quát

1 Trụ; 2 Cánh tay, 3 Cẳng tay; 4 Chân chống; 5 Đầu máy;

6 Xylanh nâng hạ; 7 Xylanh co duỗi cẳng tay;

8 Bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn

Trên hình 3.5 trình bày tương đối đầy đủ các yếu tố tác động vào LHMkhi TTL nhấc gỗ Các lốp trước và sau của máy kéo được biểu diễn bởi phần

và máy kéo được coi như một vật rắn có độ cứng tuyệt đối Máy được đặt trênmặt đất cứng không biến dạng và phẳng Giả thiết các lốp của máy kéo làcứng không biến dạng Độ cứng quy đổi đến chỗ tựa quay của các kết cấu kim

8 nối giữa ngoạm gỗ và đầu cần TTL được biểu diễn bởi phần tử có độ cứng

cứng và có khối lượng quy đổi là m3 Khi TTL nhấc tải thì hệ trên sẽ dao

là chuyển dịch của điểm không khối lượng

Trên quan điểm tính toán ĐLH, các máy nâng chuyển là một hệ động lựchọc cấu thành từ các cơ cấu, kết cấu kim loại mang tải, các dẫn động và phần

đất nền mà máy làm việc trên đó Tính đến tất cả các tác động tương hỗ củacác bộ phận máy trong tính toán động lực học sẽ gặp phải phức tạp rất nhiều

có thể đơn giản hoá mô hình để giảm bớt sự phức tạp trong tính toán [15] Đốivới mô hình cụ thể này ta có thể bỏ qua các hệ số cản giảm chấn của cácxylanh nâng hạ và co duỗi TTL, gỗ bốc là ngắn có thể coi như là khối cứng

Để thuận tiện cho việc thiết lập mô hình tính toán dao động của máy kéovới TTL ta tiến hành quy đổi các khối lượng tập trung chuyển động, quy đổicác độ cứng của các phần tử trong hệ

3.3.1.2 Quy đổi các khối lượng tập trung chuyển động

Do các bộ phận, chi tiết của máy kéo và TTL được bố trí theo các trụctoạ độ khác nhau nên khi xét đến dao động sẽ gặp nhiều phức tạp trong tínhtoán Để thuận tiện cho việc nghiên cứu dao động của máy kéo và TTL ta tiếnhành quy đổi các khối lượng tập trung chuyển động về một trục toạ độ và xétchuyển vị của hệ là chuyển vị theo quỹ đạo là đường thẳng

Quy đổi các khối lượng tập trung chuyển động của một cơ cấu về mộttrục nào đó hay một phần tử chuyển động tịnh tiến được dựa trên quy luật bảotoàn động năng của cơ cấu trong hệ thực và hệ quy đổi, nếu có tính đến mấtmát (tổn hao) năng lượng do ma sát thì các lực ma sát này tỷ lệ thuận với các

Trong đó: Eqd, Ec- là động năng tương ứng ở hệ quy đổi và cơ cấu; Ams- làcông của các lực ma sát, các lực này tỷ lệ với các lực động trong các truyền

việc truyền năng lượng tiến hành từ trục mà trục tâm của nó là toạ độ đang xét

Trên cơ sở mô hình tổng quát dao động của LHM ta thấy hệ có 03 khốilượng tập trung chuyển động: Khối lượng của đầu máy, khối lượng TTL, khốilượng của ngoạm và gỗ

Quy đổi khối lượng của đầu máy về trục quay (AZ)

với mặt phẳng XAY đang xét (hình 3.6)

Hình 3.6: Mô hình tính toán m 1

xác định qua khảo nghiệm với các thông số: Toạ độ trọng tâm theo chiều cao

Theo nguyên lý bảo toàn động năng ta có:

- Động năng :

2

2

2 1 2

1

z

I v m

z

2 0