Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ngang của máy kéo tới khả năng ổn định khi làm việc trên đường vận xuất

Trong đó, những côngviệc nặng nhọc trong khai thác gỗ đã được cơ giới hoá như vận xuất gỗ vớicác thiết bị động lực là máy kéo chuyên dùng có công suất lớn như LKT- 80,TDT- 75, TT-4, volv

Trần văn giang

Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động Ngang của máy kéo tới khả năng ổn

định khi làm việc trên đường vận xuất

Chuyên nghành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá

Nông – Lâm nghiêp.

Mã số: 60 52 14 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Người hướng dẫn khoa học:

TS Đậu Thế Nhu

Hà Nội, 2008

ĐẶT VẤN ĐỀ

Theo điều tra mới nhất, hiện nay cả nước có 12.616.699 ha đất rừng,

chiếm 38,2% diện tích tự nhiên Trong đó rừng tự nhiên chiếm 81,5% tương

đương 10,2 triệu ha, rừng trồng chiếm 18,5% tương đương 2,3 triệu ha [1]

Để phát triển lâm nghiệp theo hướng công nghiệp và bền vững, theo Chiếnlược phát triển lâm nghiệp Việt nam giai đoạn 2006 – 2020 đã đặt ra mục tiêu

trồng mới 1,0 triệu ha rừng đến năm 2010 và 1,5 triệu ha cho giai đoạn sau[2], về cơ bản sẽ đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho ngành công nghệ bột giấy,chế biến gỗ và phục vụ sản xuất khác Do vậy, rừng đã được trồng ở nhiều nơi

và đang được khai thác với số lượng lớn để làm nguyên liệu giấy, ván dăm và

nhiều ngành sản xuất khác

Trong những năm 1990 trở về trước khai thác rừng tự nhiên đã được ápdụng cơ giới hoá nhiều khâu trong quá trình sản xuất Trong đó, những côngviệc nặng nhọc trong khai thác gỗ đã được cơ giới hoá như vận xuất gỗ vớicác thiết bị động lực là máy kéo chuyên dùng có công suất lớn như LKT- 80,TDT- 75, TT-4, volvo v.v…

Ngày nay, công nghệ khai thác và vận xuất gỗ rừng tự nhiên trước đâykhông còn phù hợp để khai thác rừng trồng do trữ lượng gỗ thấp, khai thác ít,rừng phân tán… Để nâng cao hiệu quả kinh tế và phát triển kinh tế theo

hướng kết hợp nông lâm nghiệp đồng thời khắc phục những khó khăn trên,

một hướng mới đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi là sử dụng các loạimáy kéo nông nghiệp có công suất từ vừa và nhỏ để phục vụ sản xuất đem lạihiệu quả kinh tế tương đối khả quan

Tuy nhiên, các máy kéo nông nghiệp khi sử dụng trong sản xuất lâmnghiệp muốn mang lại hiệu quả cao thì phải giải quyết được những vấn đề

như: khả năng kéo, bám, ổn định, khả năng điều khiển Trong đó, khả năng ổn

định động lực học của máy kéo khi làm việc trên đường vận xuất là vô cùng

quan trọng

Xuất phát từ những lý do trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Nghiên

làm vi ệc trên đường vận xuất”.

đường vận xuất trong trường hợp kéo nửa lết, một trong những phương pháp

hết sức phổ biến trong vận xuất gỗ

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Để đáp ứng nhu cầu cơ giới hoá lâm nghiệp, nhiều nước công nghiệp

phát triển đã chế tạo ra các loại máy kéo chuyên dùng có tính an toàn cao, khả

năng kéo bám tốt, nhờ đó nâng cao hiệu quả sử dụng trong sản xuất Tuy

nhiên, các máy nhập ngoại thường rất đắt tiền chưa phù hợp với điều kiệnkinh tế - xã hội nhiều nước hiện nay, đặc biệt các nước đang phát triển Vìvậy, xu hướng cải tiến các máy kéo nông nghiệp thông dụng để đáp ứng phầnnào công việc cơ giới hoá lâm nghiệp vẫn được nghiên cứu và áp dụng ởnhiều nước trên thế giới

Ở nước ta, do nền công nghiệp chế tạo máy nói chung và chế tạo máykéo nói riêng chưa phát triển, mặt khác do đầu tư của các lâm trường, chủ

trang trại còn hạn chế nên việc cải tiến máy kéo nông nghiệp thông dụng ở

đồng bằng để làm việc trên đất rừng lâm nghiệp là một phương án có tính khả

thi

Tuy nhiên, đối với quy mô sản xuất lớn các công việc mang tínhchuyên môn cao thì vẫn phải dùng các máy chuyên dùng Để giải quyết vấn

đề trên, trước hết phải có đầu tư nghiên cứu lựa chọn loại máy kéo nông

nghiệp có thể cải tiến được Sau đó cần nghiên cứu cơ sở khoa học để côngtác cải tiến đạt hiệu quả cao nhất, không đòi hỏi chi phí quá lớn và có thể thựchiện được trong điều kiện chế tạo ở nước ta hiện nay

1.1 Tổng quan về kết cấu máy

Công tác nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy kéo ở nước ta bắt đầu tương

đối sớm, từ năm 1962 đã nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm loại máy

kéo MTZ-7M Tiếp theo, liên tục đã có nhiều chương trình khoa học cấp Nhà

nước về chế tạo máy kéo nhưng cho đến nay vẫn chưa có mẫu máy kéo lớn

nào được sản xuất chấp nhận Nguyên nhân chính là chúng ta chưa có những

hệ thống máy móc thiết bị hiện đại nhằm đáp ứng được yêu cầu chế tạo cácloại máy có cấu tạo phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, chưa có cả công nghệhợp lý tiên tiến và chưa có cả kinh nghiệm thiết kế Có thể nói sự phát triểncủa ngành chế tạo máy kéo ở nước ta vẫn đang trong thời kỳ nghiên cứu chếtạo và sản xuất thăm dò

Thời kỳ bao cấp, miền Bắc chủ yếu nhập các loại máy kéo từ các nướcLiên Xô, Trung Quốc và các nước Đông Âu, trong đó lượng máy kéo nhập từLiên Xô là nhiều nhất Về chất lượng, qua thực tế sử dụng nhiều năm đãkhẳng định các loại máy kéo bánh MTZ-50/80 và loại máy kéo xích DT-75 doLiên Xô chế tạo là phù hợp với điều kiện sản xuất nước ta thời kỳ đó Saunghị quyết 10 của Bộ Chính trị, ruộng đất được giao cho người nông dân sửdụng lâu dài , kích thước ruộng bị thu hẹp, manh mún các máy kéo lớn không

phát huy được hiệu quả sử dụng Thay vào đó là các máy kéo công suất nhỏ

nhập khẩu từ Trung Quốc, Nhật Bản hoặc chế tạo trong nước

Các máy kéo được nhập ồ ạt từ nước ngoài không được quản lý về chất

lượng và cũng không có những chỉ dẫn cần thiết của các cơ quan khoa học

Hậu quả của việc trang bị máy móc thiếu căn cứ khoa học cần thiết dẫn đếnnhiều xí nghiệp máy kéo bị phá sản hoặc hiệu quả sử dụng rất thấp, chưa thật

sự có tác dụng kích thích phát triển sản xuất nông nghiệp Đây cũng là bài họcthực tế cho cả các nhà khoa học, nhà quản lý và người sử dụng máy

Trong những năm gần đây, xu thế nhập khẩu các loại máy kéo có côngsuất đa dạng và hiện đại hơn như: MTZ-80A(Nga); KOBUTA, SHIBAURA,KOMATSU(Nhật Bản); CAT(Mỹ) Các loại máy kéo này bước đầu đã pháthuy hiệu quả tuy nhiên giá thành còn cao

Mặc dù vậy, máy kéo vẫn được sử dụng rộng rãi trên toàn quốc phục

vụ cho cả nông nghiệp, lâm nghiệp và ranh giới phục vụ cho những ngànhnày ngày càng thu hẹp Theo Hoàng Quốc Đô[7] và báo cáo tổng kết, nghiên

cứu của Viện Cơ điện nông nghiệp[15], máy kéo phục vụ nông nghiệp có thểphục vụ cả lâm nghiệp thường là những máy kéo 4 bánh có vô lăng điều khiểncông suất từ 10 đến 80 mã lực Máy kéo có công suất từ 10 đến 80 kw, tuỳtheo công nghệ chế tạo mỗi nước có thể dùng động cơ 1, 2 đến 4 xilanh lắptrên máy kéo 4 bánh từ 1 cầu chủ động đến 2 cầu chủ động để phục vụ sảnxuất nông lâm nghiệp.

Các loại máy kéo công suất vừa và nhỏ đang được sử dụng rộng rãi ở

nước ta được nhập từ Trung quốc, Thuỵ điển, Nhật bản, Nga…và một phầntrong nước sản xuất Các máy kéo bốn bánh có nhiều loại và có thông số kỹ

thuật khác nhau, nhiều loại có trục thu công suất phía sau nên sử dụng rộngrãi trong sản xuất Do trình độ kỹ thuật sản xuất chung ngày càng được nâng

cao cho nên nông dân thường trang bị cho mình loại máy kéo công suất vừa,

bốn bánh và điều khiển bằng vô lăng rất tiện dụng

Khối lượng máy kéo Kg 3200 2660 2800 3200 1851

Mômen quán tính khối

lượng với trục ngang

Máy kéo công suất vừa và nhỏ là nguồn động lực quan trọng trong sảnxuất cũng như trong đời sống xã hội Nhiều năm qua các nhà khoa học trong

nước đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm đưa máy kéo vào sử dụng các

mục đích khác nhau để nâng cao năng suất sản xuất nông nghiệp nước nhà

Nhưng để máy kéo nông nghiệp phát huy hiệu quả trong vận xuất gỗ

lâm nghiệp theo các nghiên cứu đã chỉ ra rằng máy kéo nông nghiệp phải cócông suất động cơ trên 35kw trở lên, có trục thu công suất với số vòng quaykhoảng 500v/ph

1.2 Tổng quan về mấp mô mặt đường của đường vận xuất

1.2.1 Đường vận xuất gỗ

Rừng ở Việt nam có địa hình thường là dạng đồi bát úp, mái dông 1chiều hoặc dạng thung lũng Để vận xuất gỗ bằng máy kéo, các cơ sở sản suấtlâm nghiệp phải tiến hành làm đường vận xuất, tuỳ theo sơ đồ mạng lưới

đường vận xuất chính mà đường vận xuất gỗ có đầy đủ đường trục chính vàđường trục phụ Đường vận xuất chính là những tuyến đường nối tiếp với

những đường ôtô đi vào trung tâm lô khai thác, còn đường vận xuất phụ là các

đường băng khai thác Tại nơi tiếp giáp giữa đường vận xuất chính và đườngôtô người ta bố trí các điểm tập trung gỗ Đường vận xuất chính được thiết kế

xây dựng theo tiêu chuẩn đường cấp 3 Lâm nghiệp[12]

Đường vận xuất phụ là đường đi qua lô khai thác, toả ra từ các đường

vận xuất chính theo hình xương cá Chiều rộng mặt đường vận xuất phụ tuỳthuộc vào phương tiện vận xuất gỗ và chiều dài cây gỗ, trên hành lang đườngvận xuất phụ các chướng ngại vật như gốc cây, đá, mô đất, các hố được sanphẳng Khi dùng máy kéo bánh hơi để vận xuất gỗ thì yêu cầu nền đường phảicứng, độ dốc dọc cho phép nhỏ hơn 25% Mặt đường vận xuất thường không

có dốc ngang để đảm bảo an toàn khi kéo gỗ

Cự ly vận xuất có thể từ 100 m đến 1-2 nghìn m tuỳ thuộc địa hình, nơitiếp giáp đường ôtô và phương tiện vận xuất gỗ Việc bố trí các đường vậnxuất gỗ phụ thuộc vào dạng địa hình( Hình 1.2).

Hình 1.1a là sơ đồ vận xuất làm theo đường xoáy ốc đi từ chân núi lên

đỉnh núi Máy kéo khi vận xuất gỗ đi theo đường xoáy ốc và dừng lại ở từng

Dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật và sơ đồ bố trí mạng lưới đường vận xuất

như đã trình bày ở trên, nhiều cơ sở đã áp dụng để xây dựng mạng lưới vận

xuất rừng trồng Để thực hiện nghiên cứu, chúng tôi chọn một số đoạn đườngthuộc khu rừng trồng có dạng tương tự như đã nêu ở trên làm đối tượngnghiên cứu

1.2.2 M ột số dạng mặt đường

Tuỳ theo điều kiện địa hình của các loại rừng, thiết bị và công nghệkhai thác gỗ mà quyết định thiết kế xây dựng mạng lưới đường vận xuất gỗ.Theo quy phạm kỹ thuật được ban hành 1983, đường vận xuất chính dùngcho các loại máy kéo bánh hơi được xây dựng theo tiêu chuẩn cấp 3 đườnglâm nghiệp, các đường vận xuất phụ cũng phải đảm bảo các điều kiện kỹthuật cho phép Các đường vận xuất gỗ thường sử dụng tạm thời trong mùakhô ráo, nền đường vận xuất dùng cho các loại máy kéo phải đảm bảo độcứng, độ dốc dọc cho phép theo chiều có tải không quá 25%, mặt đường phải

được san ủi gạt bỏ những chướng ngại vật [12]…

Do kích động động học của mấp mô mặt đường lên bánh xe máy kéo vàđuôi bó gỗ gây lên dao động của cả hệ thống làm ảnh hưởng tới khả năng kéo

bám, chống lật, ổn định của các chi tiết cũng như toàn bộ máy kéo và sứckhoẻ người điều khiển Vì vậy việc kiểm tra khảo sát, phân loại các dạng mặt

đường mà máy kéo qua lại khi vận xuất gỗ là vấn đề cần thiết Mấp mô mặtđường là các yếu tố đầu vào khi nghiên cứu dao động của máy kéo vận xuất

gỗ theo phương pháp nửa lết

Kết quả khảo sát sơ bộ một số đường vận xuất gỗ ở khu nguyên liệugiấy, đường vận xuất gỗ rừng trồng ở tỉnh Đắc Lắc và một số đường khu vựcnúi luốt Hà tây, sơ bộ có thể phân loại mấp mô mặt đường thành hai dạngchính sau:

+ Dạng mặt đường xác định;

+ Dạng mặt đường ngẫu nhiên

1.2.2.1 Dạng mặt đường vận xuất gỗ xác định

Theo yêu cầu thiết kế kỹ thuật và xây dựng các loại đường cho các loại

máy kéo bánh hơi vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết, mặt đường và nềnđường trục chính và phụ được san ủi phẳng Mặt đường chỉ còn lại gợn sóng

dọc theo mặt đất tự nhiên, có thể mô tả trắc diện dọc của mấp mô dạng đườngxác định bằng các hàm tuần hoàn[6]

Trên hình 1.2 trình bày một số dạng mặt đường vận xuất gỗ xác định

thường gặp:

Hình 1.2d

Hình 1.2e

Hình 1.2 Một số dạng mặt đường vận xuất gỗ

Hình 1.2e là trắc diện dọc một số mặt đường xác định

Trắc diện dọc mặt đường (hình 1.2d) có dạng hàm điều hoà:

S

S .

2 sin h

h

0 0

S0là bước sóng mặt đường

1.2.2.2 Dạng mặt đường biến đổi ngẫu nhiên

Dưới tác động của nhiều yếu tố ngẫu nhiên, nên trắc dọc của mặt

đường biến đổi một cách ngẫu nhiên và được coi như một quá trình ngẫu

nhiên Các quá trình ngẫu nhiên được chia làm 2 loại dừng và không dừng

Về mặt toán học cả 2 quá trình này đều được khảo sát khá đầy đủ, song chỉ có

lý thuyết của quá trình trình ngẫu nhiên dừng là có ứng dụng rộng rãi trong kỹthuật[10] Để giải bài toán các quá trình ngẫu nhiên không dừng rất khó khănphức tạp Để đơn giản trong việc tính toán chúng tôi coi trắc diện dọc của mặt

đường vận xuất gỗ là những hàm ngẫu nhiên dừng và ecgôdich Đặc trưng

thống kê của trắc dọc của mặt đường vận xuất cần phải xác định là kỳ vọngtoán học mh, phương sai Dh, hàm tương quan Rh(s) và hàm mật độ phổ Sh()

Hàm ngẫu nhiên dừng và ecgôdich kỳ vọng toán học mh, phương sai Dhlà cáchằng số, hàm tương quan Rh(s) hội tụ tiến đến không khi thời gian tiến tới vôcùng Các đặc trưng thống kê của trắc diện dọc được diễn tả bằng các biểuthức:



0 0

).

(

1 lim

( ) (

1 lim

0

).

( ).

(

1 lim

h(s) là hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đường;

h0(s) là hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đường đã trung tâm hoá:

h0(s) = h(s) – mh ;

s là chiều dài quãng đường quan sát;

s0là quãng đường giữa 2 lần quan sát

1.3 Tổng quan dao động của máy kéo

1.3.1 Dao động của máy kéo do mấp mô mặt đường

Dao động của máy kéo do mấp mô mặt đường vận xuất gây ra là nhữngdao động có dải tần số thấp và là một trong những ảnh hưởng chính tới độ êm

dịu, tới độ bền của các chi tiết trong máy kéo đặc biệt là tới chất lượng côngviệc mà máy kéo đang thực hiện

Điều kiện đường vận xuất khi sử dụng máy kéo trong quá trình sản xuất

lâm nghiệp là phức tạp, đa dạng Sự ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên như khíhậu và quá trình sản xuất của con người là hoàn toàn ngẫu nhiên có thể biểudiễn chúng bằng các hàm ngẫu nhiên Khi nghiên cứu dao động máy kéotrong những trường hợp này cần được tiến hành theo các phương pháp khácnhau của dao động xác định và ngẫu nhiên

Hiện nay, việc phân loại đường lâm nghiệp[12] đã có nhưng không cònphù hợp với tình hình mới do đó không phù hợp cho việc nghiên cứu dao

động máy kéo Do đặc điểm của sản xuất lâm nghiệp ở Việt Nam là nhỏ,

không tập trung, trữ lượng ít, chưa mang tính thâm canh cao nên việc đầu tưxây dựng đường vận xuất vận chuyển gỗ còn rất thấp cho nên đường vận xuất

thường nhỏ hẹp, chất lượng thấp gây bất lợi cho quá trình làm việc của máy

kéo cũng như độ êm dịu của máy kéo Hơn nữa các thông số về đường vậnxuất cần thiết cho quá trình tính toán dao động chưa được đầu tư nghiên cứu,khảo sát cụ thể Vì vậy cần thiết phải có những công trình nghiên cứu, khảosát, phân loại mặt đường nơi máy kéo làm việc theo hướng các bài toán dao

động đặt ra

Mặt khác, tính chất dao động của máy kéo chịu ảnh hưởng kích độngcủa mặt đường vận xuất là dao động phi tuyến, do tính chất phi tuyến của cácphần tử đàn hồi( bánh xe, lò xo…) trong máy kéo và do liên kết một chiềugiữa bánh xe và mặt đường Những đặc điểm này cần được quan tâm trongquá trình nghiên cứu dao động của máy kéo.

1.3.2 Ổn định của máy kéo trên đường vận xuất

Tính ổn định của máy kéo là khả năng đảm bảo giữ được quỹ đạochuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau Trongnhững điều kiện chuyển động phức tạp như vậy, máy kéo phải giữ được quỹ

đạo chuyển động của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trượt Nghiên cứu

tính ổn định của máy kéo để đảm bảo khả năng không bị lật đổ hoặc bị trượttrong mọi điều kiện làm việc

Máy kéo nông nghiệp khi làm việc trên đồng ruộng, chỉ tiêu khả năng

kéo bám được xem là quan trọng nhất thì với máy kéo bánh dùng để vận xuất

gỗ, ngoài chỉ tiêu trên còn phải quan tâm đến tính ổn định của máy Tính ổn

định của máy kéo là khả năng đảm bảo giữ được quỹ đạo chuyển động theo

yêu cầu trong mọi chuyển động khác nhau

Tuỳ thuộc vào điều kiện sử dụng, máy kéo có thể đứng yên, chuyển

động trên đường vận xuất( mấp mô, nghiêng), có thể quay vòng hoặc phanh

lại trên đường khác nhau Trong những điều kiện chuyển động phức tạp nhưvậy, máy kéo cần có sự ổn định tốt nhất để không bị lật đổ, không bị trượthoặc chỉ bị xoay lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảo chúng chuyển động

an toàn

Tính ổn định dọc tĩnh của máy kéo bánh hơi là khả năng đảm bảo cho

xe không bị lật hoặc bị trượt khi đứng yên trên đường dốc dọc[5]

G.b.cos1– G.hg.sin.1= 0 (1.6)

Khi xe quay đầu xuống dốc: tg’

1là góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc.Các phương trình trên bỏ qua mô men cản lăn nhằm tăng tính ổn địnhtĩnh của xe

Qua các biểu thức(1.6), (1.7), (1.8) trên ta thấy rằng góc dốc giới hạnlật đổ tĩnh chỉ phụ thuộc vào toạ độ trọng tâm của xe Một số trị số của gócdốc giới hạn ở một số loại ôtô-máy kéo khi đứng trên dốc

Máy kéo bánh hơi khi đầy tải: αl= 35÷400; α’l≥ 600

Sự mất ổn định dọc tĩnh của máy kéo không chỉ do sự lật đổ dọc màcòn do sự trượt trên dốc do không đủ lực phanh hoặc bám không tốt giữabánh xe và đường Trong trường hợp này, để tránh cho xe khỏi trượt lănxuống dốc, người ta thường bố trí phanh ở các bánh xe Khi lực phanh lớnnhất đạt đến giới hạn bám, xe có thể bị trượt xuống dốc, góc dốc giới hạn khi

xe bị trượt được xác định như sau:

Trong đó:

ppmax - lực phanh lớn nhất đặt ở bánh xe sau;

φ - hệ số bám dọc của bánh xe với đường

Z2 - hợp lực của các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lênbánh xe sau

Để đảm bảo an toàn khi xe đứng trên dốc người ta thường để điều kiện

xe bị trượt trước khi bị lật đổ, điều đó được xác định bằng biểu thức sau:

.h - L

(1.10)

Qua các trường hợp trên, ta có nhận xét rằng góc giới hạn khi máy kéo

đứng trên dốc bị trượt hoặc bị lật đổ chỉ phụ thuộc vào toạ độ trọng tâm của

P P sin G ( ) r f a ( s c G Z

L

h P h ).

P P sin G ( ) r f b ( s c G Z

m m g j

b 2

m m g j

b 1

Bị lật đổ qua điểm tiếp xúc bánh xe sau và bị trượt dọc khi lực kéo tiếptuyến ở bánh xe chủ động đạt đén giới hạn bám

Coi Pm= Gmsin và bỏ qua thành phần cản lăn của rơ móc:

) h L ( G ) h L ( G

G a tg

m m

Nhận xét: Vận tốc nguy hiểm mà xe chuyển động bị mất ổn định phụ thuộc

vào trọng tâm, sự mất ổn định của chúng phụ thuộc vào các thông số như toạ

độ trọng tâm của máy kéo và rơ móc, vị trí đặt móc kéo, hệ số bám

Tính ổn định ngang của máy kéo bánh xe khi chuyển động trên đườngnghiêng ngang: Máy kéo nông nghiệp khi làm việc trên đồng đồi có độnghiêng ngang rất lớn vì vậy phải nghiên cứu ổn định ngang một cách cẩnthận, chi tiết để áp dụng vào sản xuất nhưng máy kéo nông nghiệp sau khi cải

tiến vận xuất gỗ trên đường vận xuất chỉ chịu ổn định dọc động và ổn địnhdọc tĩnh Vì đường vận xuất không có góc nghiêng ngang lớn mà chỉ có độviara của đường và độ nghiêng thoát nước, chúng rất nhỏ không ảnh hưởngvận xuất, do đó có thể bỏ qua ổn định trên đườn nghiêng ngang[12].

Trong sản xuất lâm nghiệp, khi vận xuất gỗ ngoài các yếu tố trên thìcác yếu tố như độ dốc tuyến đường, đuôi bó gỗ vẫy gây lên dao động…cànglàm cho máy kéo giảm tính ổn định và cần nghiên cứu

1.3.3 Khái quát tình hình nghiên c ứu dao động của máy kéo

Dao động của máy kéo có nhiều điểm chung với dao động ôtô Nghiên

cứu dao động của máy kéo có thể dựa trên lý thuyết dao động của ôtô, kết hợpvới những đặc điểm riêng về kết cấu cũng như phần tử đàn hồi và điều kiệnlàm việc của máy kéo

Lý thuyết dao động của ôtô và máy kéo[5] đã ra đời từ những năm 30của thế kỷ 20, từ những nghiên cứu cơ bản với những mô hình nghiên cứu

đơn giản tới những nghiên cứu sâu rộng, đầy đủ hơn Cùng với sự phát triển

của khoa học, lý thuyết dao động của ôtô và máy kéo ngày càng phản ánh đầy

đủ hơn điều kiện làm việc thực của máy và có những đóng góp nhất định

trong việc nâng cao chất lượng, cải thiện làm việc của người sử dụng

Tuy nhiên, còn nhiều vấn đề cần bổ sung nhằm hoàn thiện mô hìnhnghiên cứu nhằm đáp ứng những mục tiêu cụ thể trong cải tiến và hoàn thiệnliên hợp máy Đặc biệt là những bài toán tổng hợp hệ thống còn ít được quantâm do những khó khăn về xây dựng thuật toán cũng như phải thực hiện khối

lượng tính toán lớn Ngày nay với sự hỗ trợ của máy tính điện tử người ta có

thể dần dần giải quyết vấn đề này Mô hình nghiên cứu dao động ôtô, máykéo chịu kích động động học của mấp mô mặt đường vận xuất được xây dựng

trên cơ sở qua lại giữa các thông số vào, ra thông qua các thông số của hệ

thống dưới đây:

Trong đó:

- Các thông số vào là các kích động động học của mấp mô mặt đường

- Các thông số của hệ thống bao gồm khối lượng, mômen quán tính khối

lượng của thân máy kéo với trục quán tính trung tâm, đặc tính của các

phần tử đàn hồi, các thông số kết cấu của hệ thống

- Các thông số ra: bao gồm chuyển vị, vận tốc, gia tốc của các điểm trênthân máy kéo, lực đàn hồi, lực cản đất

Khi nghiên cứu dao động của máy kéo, cần thiết phải xác định cácthông số ảnh hưởng đến dao động Các thông số này bao gồm khối lượngmômen quán tính, khối lượng của thân máy kéo với trục quán tính chính trungtâm, khối lượng của các bánh xe, lò xo, các thông số hình học như vị trí trọngtâm, khoảng cách từ trọng tâm tới các bánh xe, khoảng cách giữa bánh xe…một số thông số được lấy từ các catalog của xe máy

Tuy nhiên một số thông số như mômen quán tính, khối lượng của thânmáy kéo với các trục máy kéo lại không được cho trong catalog máy hoặctrong các thiết kế máy khi máy mang theo các bộ phận công tác, vì vậy cầnthiết phải xác định các thông số này Phương pháp xác định các mômen quántính khối lượng là sử dụng các phép đo trực tiếp trên các máy kéo cụ thể Cácthông số của một số máy kéo cụ thể thông dụng đã được nhiều tác giả quan

tâm xác định

Các phần tử đàn hồi của ôtô, máy kéo là các bộ phận nhận kích độngcủa mặt đường truyền lên thân xe máy Các đặc tính của những phần tử này

có ảnh hưởng quyết định đến dạng, mức độ dao động của thân xe máy và khả

năng chuyển động êm dịu của chúng

Đặc trưng cơ bản của các phần tử đàn hồi là quan hệ giữa lực tác dụng

P và biến dạng tương ứng của phần tử đàn hồi:

Các thông số vào

Các thông sốcủa hệ thống Các thông số ra

P = f() (1.13)Trong các nghiên cứu cơ bản đã chỉ ra rằng các phần tử đàn hồi là thép

P = A.2

Trong đó A, B là các hệ số tỷ lệ

Một đặc tính nữa của các phần tử đàn hồi là tính chất cản dao động do

ma sát nội tại với các bộ phận liên kết Đặc tính cản dao động của các phần tử

đàn hồi khá phức tạp, với các phần tử bằng thép có thể xem là các phần tử ma

sát khô, các phần tử còn lại được xem là ma sát ướt, lực cản tỷ lệ bậc nhất vớitốc độ biến dạng

Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tính đàn hồi của các phần tử đàn hồicòn phụ thuộc vào biến dạng, khi tốc độ biến dạng tăng cao thì tính chất phituyến càng rõ rệt Vì vậy khi nghiên cứu người ta cũng phân biệt đường đặctính tĩnh và đường đặc tính động lực học. Đối với máy kéo bánh lốp hiện nay,

các phần tử đàn hồi bao gồm các lò xo giảm xóc cầu trước, lò xo ghế ngồi,

các bánh hơi trước và bánh hơi sau

Các máy kéo được sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp đều phải làmviệc trong những điều kiện hết sức khó khăn của thời tiết, địa hình, đường sálâm nghiệp có độ dốc cao, mấp mô lớn Về mặt dao động, chúng làm việctrong những điều kiện khó khăn, do vậy ảnh hưởng xấu đến độ bền các bộphận chi tiết máy và sức khoẻ của người lao động Do vậy, nghiên cứu dao

động[9] cụ thể là dao động của LHM kéo khi vận xuất gỗ là cần thiết và có ý

nghĩa lớn trong sản xuất và đời sống Dao động của máy kéo đã được nhiều

nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu, ở trong nước có một số côngtrình nghiên cứu về dao động của máy kéo khi vận xuất gỗ:

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 4bánh cỡ nhỏ(18-24) mã lực[12]

Th.S Nguyễn Văn Vệ nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồitrên máy kéo DFH-180 khi vận xuất gỗ[14]

Th.S Nguyễn Văn An đã nghiên cứu ảnh hưởng của 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[1]

Th.S Nguyễn Hồng Quang nghiên cứu dao của máy kéo SHIBAURAvới thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết[13]

Trong các công trình nghiên cứu ở trên, đã có công trình nghiên cứu vềdao động của máy kéo khi vận xuất gỗ nhưng chỉ là trên mô hình phẳng haykhông gian Các nghiên cứu này [1], [12], [14]chỉ xem trọng tâm của máy kéo

được thực hiện giao động theo phương đứng OZ mà bỏ qua lắc ngang theo

phương Oy Tuy nhiên khi chiều cao của trọng tâm khá lớn (tới 0.8 m) thì

điều này khá xa thực tế vì thế các mô hình này chỉ thích hợp cho nghiên cứu

dao động khi mấp mô mặt đường nhỏ, (Hình 1.3), (Hình 1.4)

Hình 1.4 Mô hình dao động ngang

Có những mô hình dao động đã nghiên cứu dao động dọc và dao độngxoay theo chiều ngang[13] nhưng trọng tâm của máy kéo và cầu trước đượcxem như chỉ dao động thẳng đứng mà không tính đến lắc ngang quanh vị trítrọng tâm đó, (Hình 1.5)

Hình 1.5 Mô hình dao động

Trong thực tế, khi vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết, máy kéo bịnhiều dao động tác động, trong đó phải tính đến dao động khi trọng tâm cóthể lắc ngang: y0 = (h0 + z0).sin, Vì vậy khi tính toán trên mô hình dao động

phải tính đến lắc ngang của trọng tâm máy kéo, (Hình 1.6)

1

Z1

y

12d2

Hình 1.6 Mô hình dao động có tính đến lắc ngang của trọng tâm Nhận xét: Dao động của máy kéo bánh nói chung đã được nghiên cứu khá

nhiều về cả lý thuyết và thực nghiệm nhưng dao động của máy kéo nôngnghiệp được sử dụng để kéo gỗ theo phương pháp kéo nửa lết còn ít đượcnghiên cứu đặc biệt là nghiên cứu về dao động theo phương ngang của máykéo khi kéo gỗ theo phương pháp kéo nửa lết chưa được đề cập đến

Khi sử dụng, cải tiến máy kéo nông nghiệp vào công việc vận xuất gỗthì ngoài lực tác dụng từ mấp mô đường vận xuất còn có lực tác động từ phía

bó gỗ tác động lên máy kéo làm ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việccủa máy, không an toàn cho người và thiết bị Vì vậy nghiên cứu ảnh hưởngcủa dao động ngang của máy kéo Shibaura-3000A tới khả năng ổn định trên

đường vận xuất là hết sức cần thiết

Đây là những vấn đề đề tài sẽ đề cập đến nhằm bổ sung thêm vào lý

thuyết ổn định của máy kéo khi làm việc

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ngang của máy kéo đến khả năng

ổn định khi làm việc trên đường vận xuất từ đó xác định được một số thông số

cơ bản để từ đó làm cơ sở chọn chế độ sử dụng hợp lý máy kéo nông nghiệp

phục vụ sản xuất lâm nghiệp

Xác lập chế độ làm việc của máy kéo khi bị kích động bởi dao độngtheo phương ngang, từ đó xác lập chế độ làm việc tối ưu của máy kéo khi làmviệc trên đường vận xuất trong trường hợp kéo nửa lết, một trong nhữngphương pháp hết sức phổ biến trong vận xuất gỗ

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Trên cơ sở là các máy kéo nông nghiệp 4 bánh cỡ nhỏ đang được sử

dụng rộng rãi trong sản xuất, tôi chọn máy kéo nông nghiệp Sibaura-300A cólắp đặt thiết bị tời cáp vận xuất gỗ để nghiên cứu

Qua nghiên cứu và khảo nghiệm thực tế về các loại máy kéo đang được

sử dụng tại nước ta thì máy kéo SHIBAURA-3000A là loại máy có chi phíthấp cả về đầu tư và chi phí nhiên liệu, lại có kết cấu phù hợp cho việc nghiêncứu ứng dụng vận xuất gỗ lâm nghiệp

Dựa vào Catalo của máy kéo SHIBAURA-300A ta có bảng thông số sau:

Khoảng sáng cầu trước( h2) 393 mm

Bảng 2.1 Thông số máy kéo SIBAURA-3000A

Công suất động cơ: 35 Mã lực

Trục thu công suất: Được bố trí đằng sau máy, chúng có 4 tốc độ tuỳ theo tỷ

số truyền và số vòng quay của động cơ

Cơ cấu treo: Được bố trí đằng sau máy

Hệ thống thuỷ lực: Chỉ dùng cho cơ cấu nâng hạ phía sau máy

Một số thông số hệ thống thuỷ lực:

- Bơm thuỷ lực: Công suất N = 15 Kw

Số vòng quay: 500 hoặc 1000 v/pTruyền động từ trục thu công suất

- Động cơ thuỷ lực(mô tơ thuỷ lực): Công suất: 14 Kw

Số vòng quay 500 v/p

- Xi lanh thuỷ lực: Hành trình S = 400-500mm

Hoạt động của xilanh nhờ van điều tiết tốc độ dichuyển pít ttông trong quá trình hoạt động

- Hộp giảm tốc: có tỉ số truyền i=2,5 được lắp nối tiếp sau động cơ thuỷ lực

Máy kéo SIBAURA-3000A đã chọn trong đề tài cũng là đối tượngnghiên cứu của NCS Phạm Minh Đức, qua thực nghiệm đã xác định các kếtquả:’’ Xác định mô men quán tính, độ cứng và hệ số cản của bánh lốp ôtô-máy kéo bằng phương pháp thực nghiệm năm 2008’’ của thạc sỹ Phạm Mimh

Đức[8] đo, tính toán và cho kết quả

2.3 Nội dung nghiên cứu

2.3.1 Nghiên c ứu lý thuyết

- Xây dựng mô hình dao động của máy kéo có tính đến dao động theo chiềungang của trọng tâm máy kéo với mô hình máy kéo khi kéo gỗ nửa nết

- Xây dựng mô hình tính toán và khảo sát tính ổn định của máy kéo trên cơ

sở mô hình dao động đã lập

2.3.2 Đánh giá kết quả

Dựa vào mô hình dao động, các thuật toán đã lập để tìm ảnh hưởnggiữa các thông số vào và thông số ra

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Đo mô men quán tính của LHM

Để xác định mô men quán tính của các thành phần hệ động lực họcmáy kéo thường áp dụng phương pháp con lắc vật lý và treo đàn hồi Những

phương pháp này không đòi hỏi phải gắn vật nghiên cứu với thiết bị Đối với

trục mà qua đó ta nhận mô men quán tính cần phải xác định một cách nghiêmngặt, đảm bảo độ tin cậy cao Mô men quán tính của LHM được xác định theochu kỳ T của dao động tự do nhận được thông qua đo đồng bộ n đầy đủ các

Trong đó t là thời gian mà theo đó n thực hiện tác động

Phương pháp này có khác là sự tắt dần chậm, cho phép đo được thời

gian ứng với số lượng lớn các dao động từ đó đánh giá chính xác chu kỳ T

Để xác định mô men quán tính J, so với trục đi qua trọng tâm của các

chi tiết phụ thuộc vào các phương pháp xác định Mô men quán tính của

LHM được xác định theo phương pháp treo đàn hồi

Hình 2.1 Sơ đồ xác định mô men quán tính của LHM theo phương

pháp treo đàn hồi.

Trong đó: 1là máy kéo; 2 là lò xo thí nghiệm; 3 là điểm tựa

Thí nghiệm được xác định như (hình 2.1)LHM dao động trong mặtphẳng thẳng đứng dọc xOZ quanh trục OY Gọi  là góc lắc của LHM tại tâm

trục cầu sau máy kéo O, l1 là khoảng cách từ O đến trọng tâm LHM; L làkhoảng cách từ O đến lò xo đỡ LHM phía trước

y 2

1 J l

m 2

1

Thế năng của hệ là: 2 2

L C 2

2

Trong đó: m là khối lượng của LHM; C là độ cứng lò xo.

Jylà mô men quán tính quanh trục y của LHM;

Biến đổi và thay (2.2) và (2.3) vào phương trình Lagranger loại II tanhận được phương trình:

2 2

J l m

L C

2

2 2

J l m

L C T

2 2

4

T L C

Thí nghiệm xác định mô men quán tính của LHM như hình 2.1 Bằngthiết bị đếm dao động và thời gian ta nhận được t và n Tính T = t/n, sau đóthay T vào (2.8) ta nhận được mô men quán tính Jy của LHM theo phươngngang trục OY

- Kết quả

Dựa vào kết quả:’’ Xác định mô men quán tính, độ cứng và hệ số cảncủa bánh lốp ôtô-máy kéo bằng phương pháp thực nghiệm năm 2008’’ củathạc sỹ Phạm Mimh Đức[8] đo, tính toán và cho kết quả ở bảng:

Shibaura Mômen quán tính Jx Kgm2 305

Mômen quán tính Jy

Mô men quán tính Jz

Kgm2Kgm2

9111.4924.Bánh lốp cầu

trước máy kéo

Shibaura-2.4.2 Phương pháp nghiên cứu dao động tổng hợp của LHM

Để đảm bảo quá trình làm việc của LHM máy kéo khi vận xuất gỗ trênđường vận xuất, tính toán xác định hợp lý các thông số và chế độ làm việc của

máy Chúng tôi áp dụng phương pháp nghiên cứu dao động tổng hợp củaLHM Nội dung bao gồm các bước:

1 Thiết lập mô hình của LHm

2 Lập phương trình vi phân mô tả chuyển động của của cơ hệ

3 Giải hệ phương trình vi phân

4 Lập biểu thức của thông số ra

Để lập hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ thường

dựa vào phương trình Lagrange loại 2 có dạng tổng quát sau đây:

j

K

q q

Đối với hệ tuyến tính n bậc tự do thì:

j i ij n

1 j

2 1

j i ij n

1 j

2 1

j i ij n

1 j

2 1

Trong đó: mi j=mji;ci j=cji; ki j=kji

Các ma trận M, C, K là ma trận quán tính, ma trận độ cứng, ma trận

hao tán Đối với hệ dao động tuyến tính thì [M], [C], [K] là các ma trận với

thành phần là giá trị không đổi Phương trình dao động được viết dưới dạngtổng quát là:

- Xây dựng chương trình trên máy tính bằng ngôn ngữ Pascal

- Phương pháp xử lý số liệu bằng chương trình Exel