Luận văn Nghiên Cứu Dao Động Của Ghế Ngồi Người Lái Trên Máy Kéo Nông Nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LÊ XUÂN LƯU NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP JOHN DEERE-5310 KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP Chuyên ngành: Kỹ thuậ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LÊ XUÂN LƯU

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP JOHN DEERE-5310

KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị cơ giới hoá Nông Lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Nguyễn Văn Bỉ

Hà Nội, 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LÊ XUÂN LƯU

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP JOHN DEERE-5310

KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đất nước ta với hai phần ba diện tích là rừng và đất rừng, tỷ lệ người dân sinh sống dựa vào rừng và hiệu quả kinh doanh từ rừng trồng chiếm tỷ lệ khá cao Đảng và Nhà nước ta chủ trương đóng cửa khai thác rừng tự nhiên do rừng

tự nhiên bị khai thác ngày càng cạn kiệt, ảnh hưởng không nhỏ tới môi trường sinh thái, đồng thời có chủ trương đẩy mạnh công việc trồng rừng phủ xanh đất trống đồi núi trọc, theo chủ trương này, rừng và đất rừng được giao cho các đơn vị tập thể và các hộ gia đình quản lý và sử dụng lâu dài Tạo nên những đơn vị sản xuất nông – lâm nghiệp với qui mô vừa và nhỏ Vì vậy, rừng trồng phân tán, sản lượng khai thác thấp, mức đầu tư cho sản xuất không lớn

Mặt khác kích thước sản phẩn gỗ rừng trồng thường không lớn, hệ thống đường vận xuất, vận chuyển nhỏ hẹp, kho bãi gỗ qui mô nhỏ Do đó, việc sử dụng máy kéo chuyên dùng có công suất lớn trong kinh doanh rừng đem lại hiệu quả kinh tế không cao

Trong khi đó, các loại máy kéo công suất vừa và nhỏ nhập khẩu vào nước ta đang được sử dụng khá phổ biến trong sản xuất nông nghiệp Sản xuất nông nghiệp lại mang tính thời vụ cao nên vào lúc nông nhàn, máy kéo nông nghiệp rảnh rỗi nhiều Vì thế, nếu tận dụng máy kéo nông nghiệp phối kết hợp với việc khai thác các sản phẩm lâm nghiệp sẽ nâng cao hiệu quả vốn đầu tư, khai thác và phát huy tối đa năng lực của máy móc thiết bị, tạo thêm việc làm và thu nhập cho người lao động, nâng cao khả phục vụ của máy kéo nông nghiệp trong lâm nghiệp và mang lại hiệu quả kinh tế cao

Tuy nhiên, điều kiện sản xuất của nông nghiệp và lâm nghiệp có những đặc điểm khác nhau, có đối tượng lao động khác nhau Nên nếu đưa máy kéo nông nghiệp vào sản xuất lâm nghiệp thì máy cần phải nghiên cứu, cải tiến

cho phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp Những công trình khoa học

về các vấn đề này có ý nghĩa thực tiễn rất cao

Để đáp ứng được yêu cầu của việc khai thác rừng, các máy kéo nông nghiệp được nghiên cứu và cải tiến rất nhiều cho phù hợp với điều kiện vận xuất và vận chuyển của rừng trồng Việt Nam Các công trình nghiên cứu trước đây của các tác giả chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề về kéo, bám, ổn định động học và động lực học, lắp thêm các thiết bị vận xuất như tời, tay thuỷ lực…

Do đặc điểm của đường vận xuất và vận chuyển lâm sản có địa hình phức tạp, mặt đường có độ mấp mô lớn Nên khi máy kéo nông nghiệp di chuyển trên đó để khai thác lâm sản, các đặc trưng dao động của máy sẽ lớn hơn thiết kế ban đầu Nhất là các chỉ tiêu về: độ êm dịu, tính ổn định, độ bền lâu… Đặc biệt người điều khiển máy kéo sẽ phải chịu đựng các giá trị về biên

độ và tần số rung lớn hơn cho phép

Để nâng cao khả năng phục vụ của loại máy kéo nông nghiệp JOHN DEERE- 5310 cho phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp Nhất là điều kiện làm việc của người điều khiển máy kéo khi di chuyển trên đường vận xuất và vận chuyển lâm sản Tác giả thực hiện đề tài:

"Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp JOHN DEERE- 5310 khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp”

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát về vận xuất, vận chuyển gỗ bằng máy kéo

Công nghệ vận xuất, vận chuyển gỗ thường được sử dụng nhiều loại phương thức và phương tiện khác nhau; trong đó có vận xuất vận chuyển đường bộ bằng ô tô, máy kéo Loại hình này hiện nay được dùng khá phổ biến

ở các nông, lâm trường, công ty, các doanh nghiệp lâm nghiệp và phù hợp với sản xuất quy mô vừa, nhỏ, kinh tế trang trại… Máy kéo được chia làm 2 loại: Máy kéo bánh xích và máy kéo bánh hơi Trong máy kéo bánh hơi lại chia làm 2 loại: Máy kéo bánh hơi chuyên dùng và máy kéo bánh hơi nông nghiệp có lắp thêm các thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ và vận chuyển gỗ

Việc sử dụng máy kéo bánh hơi chuyên dùng trong vận xuất gỗ cho năng suất rất cao và giảm nhiều chi phí vì máy kéo chuyên dùng có công suất lớn, tính ổn định và khả năng kéo bám cao, kết cấu phù hợp, làm việc linh hoạt Tuy nhiên, loại máy kéo này thường có giá thành cao và chỉ phù hợp với qui mô sản xuất lớn, trữ lượng khu khai thác nhiều, kích thước sản phẩm gỗ lớn Hiện nay, trên thế giới một số nước có ngành sản xuất lâm nghiệp phát triển họ đã chế tạo và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo chuyên dùng có công suất lớn

Các máy kéo dùng trong vận xuất gỗ rất đa dạng song có thể chia làm 2 nhóm: Máy kéo bánh xích và máy kéo bánh bơm

Các máy kéo bánh bơm có ưu điểm nội trội hơn so với máy kéo bánh xích cùng cỡ vì: Chúng có khối lượng nhỏ, tốc độ làm việc lớn hơn, chi phí nhiên liệu cho 1m3 gỗ vận xuất ít hơn và năng suất cao hơn Mặt khác, máy kéo bánh bơm ít phá hại cây con, đất rừng Do những ưu điểm như vậy mà

máy kéo bánh bơm được sử dụng ngày càng rộng rãi so với máy kéo bánh xích [21], [26], [32]

Máy kéo bánh bơm trong vận xuất gỗ được chia làm 2 loại: Máy kéo bánh bơm chuyên dùng và máy kéo bánh bơm nông nghiệp có lắp thêm các thiết bị chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ Đặc điểm của máy kéo bánh bơm chuyên dùng là có công suất lớn, kết cấu gọn, độ bền cao, làm việc linh hoạt và cho năng suất rất cao Tuy nhiên, loại này thường đắt tiền và chỉ phù hợp với quy

mô sản xuất lớn, trình độ cơ giới cao, cơ sở hạ tầng và dịch vụ kỹ thuật tốt

Bên cạnh loại máy kéo chuyên dùng, các nước còn sử dụng loại máy kéo bánh bơm nông nghiệp được trang bị các thiết bị chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ và phục vụ cho các khâu trồng rừng; tận dụng được mùa

vụ, nâng cao thời gian tác nghiệp của máy, tăng hiệu quả sử dụng máy và góp phần cơ giới hoá nông thôn, tăng thu nhập cho người lao động [40]

1.2 Sử dụng máy kéo trong lâm nghiệp trên thế giới

Vào những năm 1950 Tiệp Khắc đã đưa vào sử dụng loại máy kéo bánh hơi LKT - 80, máy được trang bị tời, thuỷ lực có thể gom gỗ từ xa và vận xuất

gỗ theo phương pháp nửa lết, đây là loại máy kéo khung gập 4 bánh chủ động [21], [26]

Ở Phần Lan, việc sử dụng máy kéo nông nghiệp để vận xuất gỗ được bắt đầu từ những năm 1950 và cho thấy: Năng suất và hiệu quả kinh tế cao

Vì vậy sử dụng loại máy kéo này để vận xuất, vận chuyển gỗ tại các nước này được tăng nhanh

Từ 1957, Liên Xô (cũ) đã sử dụng các loại máy kéo bánh hơi TT - 1, T

- 210, K210, K703, T - 127 để vận xuất, vận chuyển gỗ và cho thấy có thể sử dụng máy kéo bánh hơi vận chuyển gỗ từ nơi chặt hạ ra bãi 2, giảm bớt được khâu trung gian trong dây truyền khai thác và vận xuất [21], [26] Việc sử

dụng máy kéo nông nghiệp bánh hơi để vận xuất gỗ được nhiều nước như: Thuỵ Điển, Na Uy, Italia, Australia, Newzealand… áp dụng rộng rãi, nhất là trong trang trại quy mô vừa và nhỏ

Ở Canada từ năm 1963 đã sử dụng máy kéo Timberjack 201 để vận xuất gỗ trên địa hình dốc tương đối lớn rất phù hợp [21], [26]

Trong khi máy kéo nông nghiệp được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong lâm nghiệp ở các nước công nghiệp phát triển thì hầu hết các nước đang phát triển lĩnh vực này còn hiểu biết rất ít Để khuyến cáo và đẩy mạnh việc

sử dụng máy kéo nông nghiệp trong hoạt động sản xuất lâm nghiệp ở các nước đang phát triển, tổ chức FAO đã thực hiện hàng loạt các nghiên cứu, chuyên đề ở các vùng khác nhau trên thế giới về lĩnh vực sử dụng máy kéo nông nghiệp trong khai thác gỗ rừng trồng

Năm 1986 tại Tanzania tổ chức FAO đã triển khai nghiên cứu và sử dụng máy kéo bánh hơi Valmet có công suất 50 Kw trong vận xuất gỗ, khẳng định máy kéo nông nghiệp có thể làm việc tốt trên địa hình rừng trồng tương đối bằng phẳng [41] Cùng năm 1986 tại Ethiopia, tổ chức FAO đã triển khai nghiên cứu, sử dụng máy kéo bánh hơi Volvo vận xuất gỗ rừng trồng, khẳng định máy kéo nông nghiệp có trang bị tời, rơ moóc cũng phù hợp và mang lại hiệu quả kinh tế cao [32]

Năm 1988 tại Zimbabwe tổ chức FAO cũng đã nghiên cứu sử dụng máy kéo nông nghiệp Valmet vận xuất gỗ kết hợp chế biến gỗ tại cửa rừng cho thấy máy kéo nông nghiệp ngoài vận xuất gỗ, máy có thể làm nguồn động lực cho các máy cưa tại những nơi chưa có nguồn năng lượng điện [43]

1.3 Nghiên cứu và sử dụng máy kéo trong lâm nghiệp ở Việt Nam

Sau hoà bình lập lại, từ những năm 1960 đã nhập và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo của Liên Xô, Tiệp khắc, Mỹ… phục vụ vào các khâu

công việc của sản xuất lâm nghiệp như: TDT 40, TDT 55, DT 75, C 100, xe REO 7 Sau năm 1970 nhập và đưa vào sử dụng máy kéo TT 4, LKT 80, LKT

120 Các loại máy này đã phù hợp với đặc điểm rừng tự nhiên với quy mô sản xuất lúc bấy giờ Trong những năm 1980 máy kéo bánh hơi Volvo của Thuỵ Điển được nhập vào nước ta để phục vụ cho các khâu bốc dỡ và vận chuyển

gỗ rừng trồng ở các khu nguyên liệu giấy

Hiện nay nước ta đã nhập khẩu và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo, trong đó có cả những máy kéo nông nghiệp cho việc cơ giới hoá một lâm nghiệp trong rừng tự nhiên và rừng trồng vùng nguyên liệu giấy sợi, gỗ trụ

mỏ … Để phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp, các máy kéo này đã và đang được nghiên cứu, thiết kế cải tiến, từng bước nâng cao hiệu quả tác nghiệp của máy kéo nông nghiệp bánh hơi phù hợp cho sản xuất lâm nghiệp

Một số công trình nghiên cứu trong nước

+ Năm 1975 TS.Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ giảng dạy Trường đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo thành công máy kéo khung gập L35 với thiết bị tời cáp dùng trong vận xuất gỗ

+ Năm 1985 tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và các cộng sự -Viện khoa học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo tời 1 trống dẫn động từ trục thu công suất

và rơ moóc 1 trục lắp sau máy kéo Zeto tự bốc gỗ và vận xuất gỗ [11]

+ Năm 1994 PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu và tập thể cán bộ giảng dạy trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm, sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy gỗ nhỏ rừng trồng” thuộc đề tài KN 03 - 04 [39]

+ Tác giả Nguyễn Văn An trong công trình [1] đã nghiên cứu về ảnh hưởng của độ mấp mô mặt đất và tốc độ chuyển động đến phản lực pháp tuyến lên cầu trước của máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ rừng trồng

+ Tác giả Phạm Minh Đức trong công trình [16], [17] đã nghiên cứu về khả năng kéo, bám của máy kéo DFH - 180; ổn định hướng chuyển động của máy kéo Shibaura 3000A khi sử dụng rơmoóc một trục để vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng

+Tác giả Nguyễn Tiến Đạt trong công trình nghiên cứu [14] đã xây dựng mô hình và tính toán dao động của máy kéo công suất nhỏ khi vận xuất

gỗ theo công nghệ vận xuất gỗ dài

Các nghiên cứu chủ yếu đi vào 2 hướng:

- Nghiên cứu cải tiến, chế tạo lắp đặt thêm một số thiết bị nhằm nâng cao khả năng làm việc của máy kéo

- Nghiên cứu về ổn định của liên hợp máy trong điều kiện làm việc mới nhằm xác lập chế độ sử dụng hợp lý cho liên hợp máy

1.4 Một số kết quả nghiên cứu về dao động của máy kéo và ghế ngồi cho người lái

Các máy kéo sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp thường làm việc trong điều kiện không có đường hoặc trên các tuyến đường lâm nghiệp có độ mấp

mô mặt đường lớn, nghĩa là hoạt động trong điều kiện không thuận lợi Do vậy ảnh hưởng xấu của điều kiện mặt đường đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọng của liên hợp máy như: Độ êm dịu, độ ổn định, độ bền lâu, sức khoẻ của người lái Vì vậy nghiên cứu dao động của máy kéo là vấn đề cần thiết có ý nghĩa trong thực tế sử dụng máy, thiết kế chế tạo, cải tiến liên hợp máy, đảm bảo điều kiện về an toàn lao động cho người và thiết bị

Trong công trình [44] khi nghiên cứu tải trọng kích động lên người lái máy kéo lâm nghiệp có cần bốc tác giả đã sử dụng mô hình toán học để nghiên cứu động lực học hệ: Máy lâm nghiệp - đối tượng lao động để xác định kích động lên người điều khiển Mô hình được nghiên cứu theo phương

pháp hệ nhiều khối lượng (môi trường - con người - máy - đối tượng lao động), mô hình được chia ra 2 hệ con: máy - gỗ và hệ một khối lượng là người lái Việc giải bài toán đặt ra 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Nghiên cứu dao động của hệ máy kéo - gỗ với mô hình tính toán dao động hệ nhiều bậc tự do chịu tác động của lực kích thích do độ mấp mô mặt đường, nhằm xác định các đặc trưng dao động của khung máy kéo tại vị trí đặt ghế ngồi

- Giai đoạn 2: Nghiên cứu dao động của ghế ngồi với mô hình dao động của hệ một bậc tự do, chịu tác động kích thích từ khung máy lên ghế ngồi

Ở trong nước, nghiên cứu dao động của các cơ hệ nói chung được công

bố trong các công trình của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang [24], công trình này đã đưa ra cơ sở lý thuyết cơ bản về phương trình vi phân chuyển động và các phương pháp tính toán dao động của các cơ hệ

Công trình nghiên cứu của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Hữu Cẩn và các cộng sự [10] cho thấy tính êm dịu trong chuyển động của ôtô, máy kéo được đánh giá qua các chỉ tiêu: Tần số dao động thích hợp, gia tốc dao động thích hợp, thời gian tác động của dao động Trong chuyển động, ôtô, máy kéo dao động theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc (OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người, theo phương ngang, theo phương dọc ảnh hưởng không đáng kể nên có thể bỏ qua Đối với máy kéo bánh bơm làm việc trên các mặt đường gồ ghề, thân máy dao động với tần số là 160 - 240 dao động/ phút, vượt quá mức độ chịu đựng của con người, đối với máy kéo phải chú ý giải quyết vấn đề treo cho ghế ngồi để đảm bảo điều kiện cho người lái Tác giả cũng đưa ra sơ đồ tính toán hệ thống treo cho ghế ngồi với dạng kích động động lực và cho rằng khi tính toán, thiết kế hệ thống treo cho ghế nên chọn tỉ số giữa tần số kích động

và tần số dao động riêng của ghế trong khoảng 0,5 - 0,6 Trong tính toán chưa

kể đến thành phần cản

Trong công trình nghiên cứu [36], tác giả đã đưa ra mô hình tính toán giảm xóc nói chung và cho rằng: Hệ số truyền càng nhỏ, chất lượng bộ giảm xóc càng tốt, muốn vậy nên chọn tỉ số giữa tần số kích động và tần số riêng của vật cần bảo vệ 1,41, chọn như vậy vừa đảm bảo tránh cộng hưởng vừa giảm được biên độ dao động cho người lái, hiệu quả giảm xóc tốt hơn Đề tài 58A - 02 - 04 tác giả đã nghiên cứu chế tạo thành công hai mẫu ghế ngồi lái giảm rung áp dụng cho loại máy kéo MTZ - 50 và máy kéo BS - 12 khi vận chuyển Hệ giảm sóc của các ghế này là hệ đàn hồi hỗn hợp gồm hệ thống lò

xo và vật liệu hấp thụ rung (đệm mút), hiệu quả giảm rung đạt 67 - 82%) Một

số công trình nghiên cứu, thiết kế ghế giảm rung [5], [38], đã dựa trên cơ sở các số liệu về dao động của con người, chọn sơ bộ các thông số chủ yếu: Khối lượng người - ghế, độ cứng lò xo, hệ số cản nhớt và tính toán theo điều kiện cho phép về biên độ dịch chuyển

Tác giả Nguyễn Văn Vệ trong công trình [40] đã nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ và giải pháp giảm sóc cho người lái

Tác giả Nông Văn Vìn và các cộng sự [8] đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo ghế ngồi cân bằng cho người điều khiển lắp trên máy kéo chở gỗ Shibaura 3000A ; cải thiện đáng kể cho điều kiện làm việc của người lái; đã được chế tạo và khảo nghiệm trong thực tế sản xuất

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

Cho đến nay việc tăng năng suất làm việc của máy kéo cơ bản đã đạt được sự hoàn thiện cao về kết cấu và các thiết bị công nghệ Song một vấn đề cần được quan tâm trong khi thiết kế, cải tiến máy kéo nói chung và máy kéo

vận xuất gỗ nói riêng là nghiên cứu điều kiện làm việc của người điều khiển nhằm đảm bảo cho máy phát huy hết khả năng làm việc và công suất thiết kế

Cùng với sự nâng cao tốc độ làm việc của các liên hợp máy sẽ dẫn đến tăng đáng kể lực kích động lên người điều khiển và cao hơn mức chịu đựng của con người Công trình nghiên cứu [44] cho thấy: Người điều khiển máy không thể sử dụng được tối đa tốc độ của máy trong miền giới hạn của nó, nghĩa là không phát huy được hết công suất theo thiết kế, một trong những nguyên nhân chính là do mức độ kích động tác động đáng kể lên ghế ngồi của người lái Ở Mỹ trên 85% người lái máy kéo do ảnh hưởng của lực kích động chỉ sử dụng được 65% công suất của máy

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

Tác động của dao động của con người phụ thuộc vào tần số, thời gian, hướng và cường độ tác động Sự kích thích nguy hiểm nhất ở giải tần số dao động riêng của cơ thể con người Cũng theo [44] thì tần số từ 6 - 11 Hz sẽ dẫn đến cộng hưởng ở một số bộ phận của cơ thể riêng biệt của con người, dải tần

số từ 11 - 45Hz có thể dẫn đến sự phân tán các chức năng của hàng loạt bộ phận bên trong, làm giảm tầm nhìn, giảm tính linh hoạt trong các hoạt động điều khiển máy Nếu dao động tác động lên người lái trong thời gian 1 ngày

và liên tục từ năm này sang năm khác thì không chỉ làm giảm năng suất lao động mà còn làm xuất hiện các bệnh nghề nghiệp

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

cả trong những năm trước đây khi sản xuất máy kéo hàng loạt người ta cũng không chú ý và chỉ dẫn gì về việc giảm kích động lên người lái [44]

Ở Việt Nam qua một số nghiên cứu cho thấy đối với các máy nhập từ nước ngoài, hệ thống giảm xóc cho ghế đã được tính toán từ khi thiết kế, tuy nhiên các thông số thiết kế được tính toán theo tiêu chuẩn của người nước ngoài Do có sự khác nhau về hằng số nhân trắc, chỉ tiêu tâm sinh lý giữa người Việt Nam và người nước ngoài, nên khi sử dụng hiệu quả giảm rung thực tế bị thay đổi, không còn phù hợp và đáp ứng được yêu cầu đối với người Việt Nam [5], [38] Đối với một số máy, khi thay đổi điều kiện làm việc thì tác động kích động lên người lái cũng sẽ thay đổi, vì vậy vần phải khảo nghiệm tính toán cải tiến hệ thống giảm xóc cho ghế ngồi lái theo từng điều kiện làm việc cụ thể

Một số nghiên cứu về chống rung đối với người Việt Nam đã được công bố trong công trình của Triệu Quốc Lộc [28]; Nguyễn Văn Khang, Đỗ Sanh [25] về dao động trong bảo hộ lao động; Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Khang [7] về ngăn chặn rung động trên đường lan truyền đối với công nhân lái máy kéo và công nhân của các gian chế biến lâm sản

Nhìn chung các công trình nghiên cứu về chống rung theo 3 hướng: Nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu thực nghiệm, nghiên cứu ứng dụng Các công trình nghiên cứu đã đưa ra cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chống rung, các phương pháp đo đạc, tính toán, đánh giá Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm, người ta đã tiến hành xây dựng các tiêu chuẩn, định mức rung cho phép đối với cơ thể con người.(phụ lục 01)

Trong công trình nghiên cứu của trung tâm giám định máy móc, thiết bị

cơ điện nông nghiệp về hệ thống các tiêu chuẩn khảo nghiệm, giám định chất lượng máy kéo, máy canh tác dùng trong sản xuất nông - lâm nghiệp [40], đã

đưa ra phương pháp khảo nghiệm xác định dao động của ghế ngồi lái máy kéo

và chỉ tiêu an toàn đối với điều kiện làm việc của người lái máy kéo là gia tốc dao động, vận tốc dao động ứng với các tần số dao động của ghế đối với người lái theo tiêu chuẩn quốc gia (TCVN)

Các công trình nghiên cứu trên đây bước đầu đã đạt được những kết quả

về lý thuyết, thực nghiệm và thực tế, góp phần đáng kể trong sự nghiệp đào tạo, công nghiệp hoá nông thôn miền núi ở nước ta

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Giảm thiểu tác động xấu do dao động của máy kéo tới người lái nhằm đảm bảo tính êm dịu của người lái

Mô hình dao động của máy kéo nhằm xác định được dao động vị trí ghế ngồi người lái

Xác định các thông số của hệ số giảm xóc cho ghế ngồi người lái trên

máy kéo nông nghiệp JOHN DEERE- 5310 để đảm bảo các chỉ tiêu an toàn

cho người điều khiển máy kéo theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5126 - 90)

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là liên hợp máy kéo nông nghiệp JOHN DEERE- 5310 có rơ moóc một trục chở gỗ

- Dạng đường vận xuất

Theo kết quả khảo sát ở một số địa bàn, TS Nguyễn Tiến Đạt [14] đã đưa ra dạng mặt đường vận xuất gỗ có dạng 2 dạng chính: dạng mặt đường xác định có thể biểu diễn bằng các hàm tuần hoàn và dạng mặt đường biến đổi ngẫu nhiên do tác động của nhiều yếu tố

Khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo này, chúng tôi lựa chọn loại đường vận xuất có dạng mấp mô điều hoà với chiều cao mấp mô trung bình h0 = 0,1 m và bước sóng trung bình S0 = 1.6 m

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu kế thừa mô hình tính toán và PTVP dao động của liên hợp

máy kéo nông nghiệp [17] có rơmoóc chở gỗ lâm nghiệp có tính đến ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường cho đối tượng LHM

- Giải hệ PTVP dao động của LHM theo trọng tâm của LHM và điểm đặt ghế ngồi

- Khảo sát các yếu tố động học: dao động trọng tâm máy kéo, dao động của điểm đặt ghế ngồi, dao động của vận tốc và gia tốc ghế ngồi; xây dựng và

vẽ các đồ thị tương ứng

- Xác định các giá trị Zmax,Zghemax,Z’ghemax, Z’’ghemax làm cơ sở đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến người lái và đề xuất phương án thiết kế, cải tiến ghế ngồi (xác định các thông số của hệ giảm xóc lắp cho ghế)

-Xây dựng mô hình và PTVP dao động của ghế ngồi lái

- Xác định các thông số của hệ giảm xóc và dạng ghế ngồi của máy kéo Jonh Deere 5310

2.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu phương pháp dao động của máy, giải bài toán dao động

Chương 3 KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA MÁY KÉO JOHN DEERE- 5310

VÀ GHẾ NGỒI KHI KÉO RƠMOÓC CHỞ GỖ TRÊN ĐƯỜNG

VẬN CHUYỂN LÂM NGHIỆP

Mức độ an toàn và ổn định của ôtô, máy kéo bánh bơm không chỉ được đánh giá thông qua khả năng chống lật, chống trượt, khả năng điều khiển lái, quá trình phanh mà còn thể hiện qua độ êm hay sự dao động của chuyển động Hiện tượng dao động khi ôtô máy kéo chuyển động trên đường đặc biệt

là với chất lượng đường xấu có ảnh hưởng rất lớn đến tính ổn định của xe, đến sức khoẻ của người điều khiển phương tiện, độ bền của các cụm chi tiết, chất lượng hàng hoá, chi phí nhiên liệu… hay nói khác đi nó có ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và hiệu quả làm việc của phương tiện và an toàn cho người lái

Nghiên cứu dao động của ôtô, máy kéo bánh hơi đã được nhiều tác giả quan tâm và có rất nhiều kết quả nghiên cứu ở hầu hết các dạng dao động,

trong số đó dao động thẳng đứng giữa khung xe với mặt đường là chủ yếu

Với mục tiêu của đề tài này là xác định dao động của máy kéo chở gỗ trong điều kiện đường lâm nghiệp; đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến điều kiện làm việc của người lái Dao động này phát sinh do sự kích động của mấp mô mặt đường, qua khung máy kéo và ghế ngồi, tác dụng liên tục lên người điều khiển máy kéo trong quá trình tác nghiệp Dao động này nếu có tần số và thời gian tác động quá giới hạn cho phép sẽ rất có hại cho sức khoẻ của người điều khiển và là một trong những nguyên nhân gây nên những bệnh nghề nghiệp cho người điều khiển

3.1.Mô hình dao động của liên hợp máy gồm máy kéo John Deere-5310

và rơmoóc một trục chở gỗ

Khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy (LHM), gồm máy kéo bánh hơi và rơmoóc 1 trục chở gỗ, do ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường vận chuyển lâm nghiệp, tác giả Phạm Minh Đức [17] đã xây dựng mô hình tính toán dao động của hệ cho LHM gồm máy kéo bánh hơi nông nghiệp và rơ moóc một trục chở gỗ như hình 3.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là LHM gồm máy kéo John Deere -5310 và rơmoóc một trục chở gỗ có mô hình tính toán tương tự như sau:

Hình 3.1b Sơ đồ tính toán dao động của LHM

Hình 3.1a: Mô hình máy kéo và rơ mooc một trục chở gỗ

1 Cầu trước máy kéo; 2 Thân và cầu sau máy kéo 3.Khớp nối mooc; 4.Rơ mooc

2

1

3

4

Trong đó:

m1: khối lượng của cầu trước (gồm cả trục và các bánh xe);

m2: khối lượng của thân máy kéo;

m1 + m2 = mmk,

m3: khối lượng của rơmoóc có gỗ;

Om, OM: vị trí trọng tâm của máy kéo và rơmoóc có gỗ;

z1, z, z4: chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm cầu trước, thân máy kéo và rơmoóc;

1 2 3 1 2 3

α , α , α , β , β , β : chuyển vị góc của 3 phần quanh các trục (x) và (y);

z1t, z1p, z2t, z2p, z5t, z5p: chuyển vị thẳng đứng của tâm các bánh xe bên trái, bên phải trục trước, trục sau và trục rơmoóc;

q1, q2, q5: độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe trước sau, bánh xe sau và bánh xe rơmoóc;

1 , , 1 1

   : độ chênh mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe bên phải và trái của các cặp tương ứng;

Jix, Jiy: mô men quán tính của các phần trong hệ đối với các trục x, y;

li (i =1, 2, 3, 4, 5): khoảng cách theo các phương ngang giữa các điểm;

d, dM: khoảng các giữa bánh xe trái và phải của máy kéo và của rơmoóc

+ Thông số của LHM: các thông số của LHM gồm máy kéo John Deere

5310 và rơmoóc chở gỗ được thống kê trong các bảng (3.1):

Bảng 3.1 : Các thông số chính của máy kéo JOHN DEERE-5310

37

900

Chiều dài cơ sở

Bán kính quay vòng tới thiểu

N 16,9-28

1100

22

23

24

Chiều dài đoạn nối móc

Trọng lượng (m3) không tải & tải 2t

Trọng tâm:

- Dọc, cách trục bánh mooc (ao=l5)

Khi có tải 1 tấn (a1=l5)

Khi có tải 2 tấn (a2=l5)

-Đứng, (hg) không tải/tải 1t/ tải 2t

- Khoảng cách l4 (không tải/tải 2t)

700

460

370

- - 2394/2724

+ Tham số động lực học của LHM

Việc xác định các tham số động lực học của LHM tiÕn hµnh b»ng thùc nghiÖm trực tiếp trên máy kéo và rơmoóc [17] hoặc tra bảng tõ kết quả nghiên cứu đã được công bố Kết quả cụ thể được trình bày trong bảng 3.2 3.3

- Mô men quán tính (MMQT) đối với các trục OXYZ

Bảng 3.2: Mô men quán tính đối với các trục của m/k John Deere-5310

MMQT Shibaurra 3000A John Deere Rơmooc 1 trục

Bánh lốp romooc

1219.2 355.6

3.2 Phương trình vi phân dao động của liên hiệp máy

Phương trình vi phân dao động (3.1) của hệ gồm máy kéo và rơmoóc một trục đã được tác giả Phạm Minh Đức xây dựng [17] Chúng tôi ứng dụng phương trình này để giải quyết cho bài toán dao động của ghế ngồi

α2, α3 - góc lệch của khung máy kéo và rơmoóc đối với trục ngang Oy (lắc dọc );

k D

3 3 2 3 2 2 2 1 1 1 10

) (

) ( 2

q l l k q l k q l k D

z z

z

z z

z

B 11 =c 3z (l 4 +l 5 )(2q 3 + Δ 3 ) D11k3z(l4l5)( 2q3 3)

B 12 = 2(l 2 +l 3 )(l 4 +l 5 ).c 3z D 12 =2(l 2 +l 3 )(l 4 +l 5 ).k 3z

B 13 = c 1z 1

2 

d

1 1

3.3 Khảo sát các dao động của liên hiệp máy

3.3.1 Dạng mặt đường và một số trường hợp khảo sát

Hệ phương trình vi phân (PTVP) (3-1) là hệ các PTVP tuyến tính có hệ

số phụ thuộc vào các thông số của LHM và dạng mấp mô mặt đường Đó là

hệ PTVP biểu diễn dao động theo phương thẳng đứng và các dao động quay quanh hai trục x và y của máy kéo và rơmoóc chở gỗ do tác động động học của mấp mô mặt đường lâm nghiệp

Trong đó để khảo sát dao động của LHM chúng tôi xét trạng thái chuyển động trên những đường có mấp mô dạng hình sin [14 ]:

s

v h

s

s h

q sin2 .  sin2 .  0sin 

0 0

0 0





, (3.3)

h0, s0 - biên độ và chiều dài bước sóng mặt đường (m);

s – chiều dài đoạn đường cần xét Khi xe chuyển động với vận tốc v = const thì s = v.t ;

Ω- tần số của sóng mặt đường (rad/s): Ω= 2πv/s0

Để khảo sát dao động của LHM khi di chuyển trên đường vận chuyển lâm nghiệp ta xét hai trường hợp thường gặp:

-Khi LHM chuyển động trên những đoạn đường có độ mấp mô bên trái

và bên phải mỗi cặp bánh lệch nhau một góc là π (rad), hay một nửa chu kỳ bước sóng mặt đường;

- Khi LHM chuyển động trên những đoạn đường có độ mấp mô bên trái và bên phải mỗi cặp bánh như nhau (hay còn gọi là đồng pha)

t h

q1 0sin 12 0sin

)sin(

2)

2)

0

3 h t  

q

3.3.2 Giải hệ phương trình vi phân

Việc giải hệ PTVP (3-1) được nhập số liệu và giải trên phần mềm toán học Mathematica Chương trình tính toán được ghi trong các phụ lục

Bi và kết quả như sau:

- Khảo sát trường hợp 1: Điểm tiếp xúc của bánh xe bên phải và bên trái mỗi cặp bánh lệch nhau 1/2 chu kỳ bước sóng mặt đường

Chương trình tính toán như trong các phụ lục B1..Kết quả như sau:

Hình 3.2.Đồ thị dao động trọng tâm máy kéo khi lệch pha

+ Đồ thị dao động lắc dọc khung máy kéo (α 2 ) là

Do thi dao dong anpha2 voi h=0.1,v=10,anpha=0,m=1245

+ Đồ thị dao động lắc ngang khung máy kéo (β 2 )khi lệch pha

Do thi dao dong b2 voi h=0.1,v=10,anpha=0,m=1245

+ Biểu đồ dao động của β2:

Do thi dao dong Beta2 voi h=0.1,v=20,anpha=0,m=1245

Hình 3.5 Đồ thị dao động lắc ngang khung máy kéo (β 2 )với v = 20 km/h

Qua kết quả trên trường hợp lệch pha không phải trường hợp nguy hiểm

- Khảo sát trường hợp 2: Điểm tiếp xúc của bánh xe bên phải và bên trái mỗi cặp bánh đồng pha trên sóng mặt đường

Sử dụng phần mềm Mathematica và với các số liệu đầu vào trong các bảng 3.1-3.3, khảo sát cho các trường hợp:

Chương trình tính toán như trong các phụ lục B2 và B3..Kết quả như sau:

- Khảo sát dao động của trọng tâm máy kéo

Do thi dao dong trong tam may keo

Dao dong trong tam may keo voi v = 5km/h

Dao dong trong tam may keo voi v = 10km/h

Dao dong trong tam may keo voi v = 15km/h

Dao dong trong tam may keo voi v = 20km/h

- Khảo sát dao động của điểm đặt ghế

Do thi dao dong diem dat ghe ngoi

Dao dong ghe ngoi voi van toc LHM v=5km/h

Dao dong ghe ngoi voi van toc LHM v=10km/h

Dao dong ghe ngoi voi van toc LHM v=15km/h

Dao dong ghe ngoi voi van toc LHM v=20km/h

Hình 3.8 Đồ thị vận tốc ghế ngồi khi không lệch pha

với v= 5, 10, 15, 20 km/h, m 3 = 1245kg

Dao dong van toc ghe ngoi voi van toc LHM v=5km/h

Dao dong van toc ghe ngoi voi van toc LHM v=10km/h

Dao dong van toc ghe ngoi voi van toc LHM v=15km/h

Dao dong van toc ghe ngoi voi van toc LHM v=20km/h

 Khảo sát gia tốc điểm đặt ghế

Do thi dao dong gia toc ghe

- Khảo sát dao động của điểm đặt ghế khi tải trọng m 3 = 2245kg:

Do thi dao dong cua trong tam may keo voi

Hình 3.10 Đồ thị dao động trọng tâm máy kéo khi không lệch pha, m 3 = 2245kg

Hình 3.9 Đồ thị gia tốc ghế ngồi khi không lệch pha

với v= 5, 10, 15, 20 km/h, m 3 = 1245kg

Dao dong gia toc ghe ngoi voi van toc LHM v =5km/h

Dao dong gia toc ghe ngoi voi van toc LHM v =10km/h

Dao dong gia toc ghe ngoi voi van toc LHM v =15km/h

Dao dong gia toc ghe ngoi voi van toc LHM v =20km/h

Do thi dao dong a2 voi h=0.1,v=10,anpha=0,m=2245

Do thi dao dong z' ghe voi h=0.1,v=10,anpha=0,m=2245

3.3.3 Dao động của khung máy kéo tại vị trí đặt ghế ngồi

Từ các kết quả giải hệ PTVP (3-1) được thể hiện qua các đồ thị, chúng tôi nhận thấy quy luật dao động của khung máy kéo John Deere-5310 trong liên hợp máy kéo nông nghiệp John Deere-5310 và rơmoóc chở gỗ khi di chuyển trên đường vận chuyển lâm sản cả khi có tải và không tải dưới tác dụng của kích động mấp mô mặt đường dạng hình Sin (3.3) các giá trị Z, 2,

 đều tuõn theo quy luật biến thiờn của hàm số điều hũa

- Đối với thành phần lắc ngang 2: dưới tỏc dụng của mặt đường mấp

mụ dạng hinh Sin, gúc 2 cú biờn độ dao động rất nhỏ Mặt khỏc, mỏy kộo John Deere 5310 cú ghế ngồi người lỏi được đặt ở trờn trục dọc tại vị trớ cầu sau Do đú lắc ngang 2 khụng ảnh hưởng đến rung động của ghế Vỡ vậy, cú thể bỏ qua dao động này khi xột ảnh hưởng của dao động tỏc động đến người lỏi Điều này cũng phự hợp với kết luận của một số tỏc giả đó nghiờn cứu về tớnh ờm dịu của ghế ngồi người lỏi mỏy kộo [40]

Như vậy, trong cỏc thành phần kớch động của khung mỏy kộo đến ghế ngồi người lỏi chỉ cũn thành phần dao động thẳng đứng và thành phần lắc dọc

2

 Theo mụ hỡnh của LHM John Deere - 5310 và rơmoúc chở gỗ (hỡnh 3.1)

ta cú dao động tại vị trớ đặt ghế:

   2 0 l22 (3-5) Trong đú: 0 và 2cú dạng biểu đồ hỡnh (3-7) , (3.8) với cỏc hệ số ghi trong bảng 3.1 và l2= 0.697 m Chúng đều là những hàm điều hòa dạng hình sinΩt

* Đối với thành phần dao động thẳng đứng Z và lắc dọc 2 cú tỏc động nhiều nhất đến ghế ngồi khi LHM di chuyển trờn đường cú độ mấp mụ bờn trỏi và bờn phải cỏc cặp bỏnh xe như nhau (trường hợp 2)

Từ đồ thị hỡnh (3.7) – (3.15) ta thấy tại vị trớ đặt ghế ngồi cú cỏc đại lượng đặc trưng của dao động được liệt kờ trong bảng 3.5 Dao động này cũng

là hàm điều hòa đ-ợc biểu diễn dạng hình sin(Ω t):

Z2 = a sin(Ω t), (3.6)

Trong đó: a = z2max , Ω - tần số tổng hợp của các tần số dao động