Luận văn Nghiên Cứu Dao Động Của Xe Ô Tô Hyundai 3,5 Tấn Vận Chuyển Gỗ

Tuy nhiên khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp do đường có độ dốc, độ mấp mô lớn dẫn đến độ êm dịu chuyển động của xe bị hạn chế, ngoài ra các bộ phận của hệ thống treo thường xuyên b

-

ĐẶNG ĐÌNH TIỆU

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE ÔTÔ HYUNDAI 3,5 TẤN

VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Hà Nội - 2012

-

ĐẶNG ĐÌNH TIỆU

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE ÔTÔ HYUNDAI 3,5 TẤN

VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƯỜNG 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 KHOA HỌC KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp cao học tôi

đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân Hoàn thành

luận văn, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu xắc nhất

Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS TS Nguyễn Nhật Chiêu đã trực tiếp

tận tình hướng dẫn tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp trong suốt thời gian qua

Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng toàn thể cán bộ, giáo viên, công

nhân viên chức Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện

thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình đúng thời gian

và nội dung đảm bảo theo đúng yêu cầu

Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng toàn thể cán bộ, giáo viên, công

nhân viên chức Trường Cao đẳng nghề LILAMA-1 Ninh Bình, nơi tôi đang

công tác, đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành

tốt nhiệm vụ

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình cùng

bạn bè, đồng nghiệp đã thường xuyên động viên khích lệ, giúp đỡ tôi và tạo

mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời

gian qua

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi Những

kết quả trong luận văn này đã được tính toán chính xác, trung thực và chưa có

tác giả nào công bố, những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều

được chỉ rõ nguồn gốc Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận văn

Đặng Đình Tiệu

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các ký hiệu trong luận văn v

Danh mục các bảng vii

Danh mục các hình vii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển gỗ 3

1.1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển gỗ trên thế giới 3

1.1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển gỗ ở Việt Nam 4

1.2 Tổng quan về nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo 8

1.2.1 Tổng quan nghiên cứu về dao động ôtô, máy kéo trên thế giới 8

1.2.2 Tổng quan nghiên cứu về dao động ôtô, máy kéo ở Việt Nam 9

1.3 Tổng quan về hệ thống treo của ôt ô, máy kéo 13

1.3.1 Các bộ phận của hệ thống treo trên ôtô, máy kéo 13

1.3.2 Đặc trưng các phần tử đàn hồi của hê ̣ thống treo trên ôtô, máy kéo 20

1.4 Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ôtô, máy kéo 23

1.4.1 Tần số dao động riêng 24

1.4.2 Gia tốc dao động 24

1.4.3 Chỉ tiêu về độ êm dịu 24

1.5 Các phương pháp cơ học trong nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo 25

1.5.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 25

1.5.2 Phương pháp sử dụng nguyên lý Dalambe: 26

1.5.3 Phương pháp sử dụng phương trình Lagranger loại II 27

1.6 Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo 28

1.6.1 Phần mềm Mathematica 28

1.6.2 Phần mềm Maple 28

1.6.3 Phần mềm Mathcad 29

1.6.4 Phần mềm Matlab & Simulink 29

1.7 Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động 29

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 33

2.2 Đối tượng nghiên cứu 33

2.2.1 Xe ô tô Hyundai trọng tải 3,5 tấn 33

2.2.2 Biên dạng đường lâm nghiệp 34

2.3 Phạm vi nghiên cứu 36

2.4 Nội dung nghiên cứu: 36

2.4.1 Nghiên cứu lý thuyết 36

2.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 37

2.5 Phương pháp nghiên cứu 37

2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 37

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 38

Chương 3 NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE ÔTÔ HYUNDAI 3,5 TẤN VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP 39

3.1 Xây dựng mô hình dao động của xe Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp 39

3.1.1 Các giả thiết 39

3.1.2 Xây dựng mô hình dao động tổng quát của xe ôtô Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp 39

3.2 Lập hệ phương trình vi phân dao động của ôtô tải Hyunđai tải trọng 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp 41

3.3 Giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động của cơ hệ 46

3.3.1 Xác định các thông số đầu vào 46

3.3.2 Giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân và mô phỏng dao động của xe ôtô Hyunđai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp 51

3.4 Đề xuất các giải pháp nâng cao độ chuyển động êm dịu của xe Hyunđai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp 60

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 68

4.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 68

4.2 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm 68

4.3 Trang thiết bị thực nghiệm 69

4.3.1 Thiết bị đo Spider8 và phần mềm Catman 70

4.3.2 Đầu đo gia tốc 71

4.4 Tiến hành thực nghiệm 73

4.5 Kết quả thực nghiệm 75

4.6 So sánh kết quả lý thuyết với thực nghiệm 76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN

Ký

Đơn vị tính

Jy Mô men quán tính phần được treo của ôtô đối với trục nằm

ngang OY vuông góc với phương chuyển động đi qua trọng

tâm xe

Kg.m2

c1 Độ cứng quy đổi của giảm xóc trước xe ôtô N/m

c2 Độ cứng quy đổi của giảm xóc sau xe ôtô N/m

k1 Hệ số cản quy đổi của giảm xóc trước ôtô Ns/m

k2 Hệ số cản quy đổi của giảm xóc sau ôtô Ns/m

kL1 Hệ số cản quy đổi của giảm chấn lốp trước Ns/m

kL2 Hệ số cản quy đổi giảm chấn của lốp sau Ns/m

m Khối lượng được treo của xe đặt tại trọng tâm của xe ôtô Kg

l1 Khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm của xe tới tâm cầu

a Khoảng cách nằm ngang tính từ trọng tâm cầu trước đến

trọng tâm của ôtô

m

b Khoảng cách nằm ngang tính từ trọng tâm cầu sau đến

trọng tâm của ôtô,

m

Z Dịch chuyển theo phương thẳng đứng của trọng tâm ôtô, m

Z1 Dịch chuyển theo phương thẳng đứng của trọng tâm cầu

trước, cầu sau ôtô,

m

Z2 Dịch chuyển theo phương thẳng đứng của trọng tâm cầu

trước, cầu sau ôtô,

m

 Chuyển vị góc của thân xe trong mặt phẳng thẳng đứng dọc

tại vị trọng tâm xe,

rad

y1 Độ cao mấp mô mă ̣t đường ta ̣i vị trí tiếp xúc với bánh trước mm

y2 Độ cao mấp mô mă ̣t đường ta ̣i vi ̣ trí tiếp xúc với bánh sau mm

1.1 Vận chuyển gỗ bằng ôtô lâm nghiệp chuyên dùng 4

1.11 Hệ thống treo độc lập dùng lò xo và 2 đòn dọc 19 1.12 Hệ thống treo độc lập dùng lò xo và 2 đòn ngang 19 1.13 Hệ thống treo độc lập dùng lò xo và 2 đòn chéo 20

1.15 Đường đặc tính lò xo khi tăng và giảm tải 22

3.1 Mô hình dao động tổng quát của xe ôtô Hyunđai 3,5 tấn 40

3.2 M-files khai báo thông số đầu vào của mô hình 51 3.3 Sơ đồ khối mô phỏng tổng quát hệ phương trình trên Matlab,

hàm kích thích là mấp mô đơn

Matlab, hàm kích thích là mấp mô đơn

58

3.14 Chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô Hyunđai 3,5 tấn 58 3.15 Gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô 59 3.16 Dịch chuyển góc của xe ôtô trong mặt phẳng dọc 59 3.17 Gia tốc dịch chuyển góc của ôtô trong mặt phẳng dọc 60 3.18 Mfiles khai báo thông số đầu vào của mô hình trong trườ ng

hợp có lắp thêm giảm xóc ở cầu sau xe

61

3.19 Sơ đồ khối mô phỏng tổng quát hệ phương trình trên Matlab,

hàm kích thích là mấp mô đơn

62

3.20 Sơ đồ khối mô phỏng tổng quát hệ phương trình trên Matlab,

dạng hàm sin

62

3.21 Dịch huyển thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô Hyunđai 3,5 tấn 63 3.22 Gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô 63 3.23 Dịch chuyển góc của xe ôtô trong mặt phẳng dọc 64 3.24 Gia tốc dịch chuyển góc của xe ôtô trong mặt phẳng dọc 64 3.25 Chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô Hyunđai 3,5 tấn 65 3.26 Gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của trọng tâm xe ôtô 65 3.27 Dịch chuyển góc của xe ôtô trong mặt phẳng dọc 66 3.28 Gia tốc dịch chuyển góc của ôtô trong mặt phẳng dọc 66 4.1 Xe ôtô Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp 68 4.2 Vị trí đầu đo gia tốc theo nguyên lý ten zô trên tro ̣ng tâm của xe 69 4.3 Thiết bị đo và vị trí treo đầu đo gia tốc thẳng đứng của ghế lái 70

4.5 Đầu đo gia tố c theo nguyên lý ten zô 71

4.8 Tiến hành đo gia tốc dao động thẳngđứ ng của xe ô tô Hyundai

ĐẶT VẤN ĐỀ

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

20 - 24 triệu m3/năm (trong đó có 1015 triệu m3 gỗ rừng trồng) [3], đáp ứng

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

Vận chuyển gỗ là công đoạn cuối cùng trong quá trình khai thác gỗ, đó

là sự di chuyển gỗ từ bãi gỗ về nhà máy sản xuất, đến nơi xuất khẩu và nơi sử dụng Đây là một khâu công việc được thực hiện chủ yếu trên đường lâm nghiệp có độ mấp mô, độ dốc lớn Những năm trước đây việc vận chuyển này chủ yếu dùng các phương tiện thô sơ, tự chế [7] Hiện nay kinh tế của Việt Nam đang trên đà tăng trưởng, cùng với việc ứng dụng khoa học công nghệ tiên tiến vào thực tiễn sản xuất Vì vậy, việc vận chuyển gỗ ở Việt nam nói chung, các tỉnh có rừng khai thác nói riêng được thực hiện chủ yếu nhờ các loại xe tải cỡ nhỏ hoặc trung bình tùy thuộc vào quy mô sản xuất, kinh doanh

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

Xe tải Hyundai 3,5 tấn sản xuất lắp ráp, đóng mới tại Việt Nam đã và đang được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực kinh tế ở nước ta, vì giá thành thấp, phụ tùng thay thế nhiều phù hợp với các hộ kinh doanh, các nhà

máy, đơn vị sản xuất vừa và nhỏ Đó là các lâm trường, công ty khai thác gỗ,

hộ sản xuất kinh doanh rừng đã và đang sử dụng loại xe này vào việc vận chuyển gỗ rừng trồng rất phổ biến, đem lại những hiệu quả bước đầu là rất tốt

Tuy nhiên khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp do đường có độ dốc, độ mấp mô lớn dẫn đến độ êm dịu chuyển động của xe bị hạn chế, ngoài

ra các bộ phận của hệ thống treo thường xuyên bị hư hỏng ảnh hưởng tới độ

êm dịu chuyển động và gây hư hỏng một số bộ phận khác của xe Việc nghiên cứu đánh giá độ êm dịu và cải tiến một phần của bộ phận treo của các xe tải

cỡ nhỏ và cỡ trung bình được đóng mới tại Việt Nam nói chung và xe tải Hyundai tải trọng 3,5 tấn nói riêng được đưa vào sử dụng vận chuyển gỗ là rất cần thiết Để làm cơ sở cho việc nghiên cứu hoàn thiện thêm hệ thống treo và chọn chế độ sử dụng hợp lý theo hướng nâng cao độ êm dịu chuyển động khi

sử dụng loại xe tải Hyundai 3,5 tấn vào việc vận chuyển gỗ trên đường lâm

nghiệp, tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu dao động của xe ôtô Hyundai tải trọng 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp”

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

* Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Xây dựng mô hình dao động của ô tô tải HYUNDAI tải trọng 3,5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp từ đó đánh giá ảnh hưởng của mấp

mô mặt đường đến một số chỉ tiêu êm dịu chuyển động của ô tô

* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện thêm hệ thống treo,

đồng thời phục vụ cho việc chọn chế độ sử dụng hợp lý khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển gỗ

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

Khai thác gỗ được định nghĩa là toàn bộ các thao tác, các công đoạn để biến cây đứng thành sản phẩm gỗ tròn theo qui cách xác định rồi chuyển chúng từ rừng đến một điểm tiêu thụ nào đó Nó là cầu nối giữa nguồn tài nguyên rừng và các ngành công nghiệp sử dụng gỗ làm nguyên liệu như công nghệ chế biến gỗ, công nghiệp giấy, khai thác than, xây dựng… Việc khai thác đều phải tuân thủ theo những công nghệ nhất định Công nghệ khai thác

gỗ có thể là công nghệ thủ công, công nghệ tiên tiến Mỗi loại công nghệ chỉ

có thể thích hợp với các điều kiện nhất định Công nghệ thích hợp, hiệu quả

là công nghệ phù hợp với các điều kiện kinh tế - xã hội phổ biến có tính địa phương và phù hợp với điều kiện môi trường Do vậy công nghệ khai thác gỗ phải giảm mức tối đa các chi phí sản xuất cũng như tác động xấu đến môi trường Một nghiên cứu mới đây cho thấy chi phí vận chuyển gỗ có thể lên tới trên 45% trong toàn bộ chi phí khai thác gỗ

Việc vận chuyển gỗ từ các bãi gỗ đến nơi tiêu thụ ở Brazil được thực hiện chủ yếu bằng các xe vận tải chuyên dùng theo nhiều kiểu khác nhau [40]: Xe tải không rơ moóc, xe tải và một sơ mi rơ moóc, xe tải kéo theo một hoặc hai rơ moóc Việc bốc dỡ trên các kho gỗ hầu như được cơ giới hóa bằng việc sử dụng các cầu trục thủy lực cố định chuyên dùng Việc bốc dỡ

gỗ, củi ở những nơi có sản lượng khai thác nhỏ vẫn phổ biến bằng lao động thủ công

Ở phần Lan và các nước Bắc Âu [40], từ những năm 80 trở về trước,

dụng các xe vận tải cỡ lớn có thể kéo một hoặc hai rơ moóc Ngoài ra việc vận chuyển gỗ cũng được thực hiện bằng đường thủy và đường sắt nhưng xu thế hiện nay ngày càng giảm

Ở Malaisia [42] trước đây người ta kết hợp máy kéo xích và máy kéo bánh hơi lâm nghiệp để vận chuyển gỗ nhưng qua sử dụng cho thấy; do di chuyển nhiều trong rừng nên trong bề mặt đất rừng bị phá hoại nghiêm trọng ảnh hưỏng xấu đến quá trình tái sinh rừng và làm cho quá trình xói mòn đất tăng lên Hiện nay việc vận chuyển gỗ từ rừng về nhà máy chủ yếu bằng ôtô, khâu bốc dỡ gỗ về cơ bản đã được cơ giới hóa tối đa

1.1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển gỗ ở Việt Nam

Ở nước ta, phần lớn gỗ được khai thác, sản xuất và tiêu thụ trong nội địa chiếm 98% gỗ tròn, 92% gỗ xẻ và 80% sản phẩm giấy Một phần gỗ và các lâm sản đặc sản như quế, dầu hồi, hạt điều, cánh kiến được được xuất khẩu sang các nước như: Nhật Bản, Hồng Kông, Singapore, Thái Lan

Vận chuyển đường dài: việc vận chuyển gỗ từ các bãi trung chuyển về nhà máy giấy được thực hiện bằng đường sông và đường bộ, phương tiện vận chuyển là các xe ôtô chuyên dụng (hình 1.1), tàu thuỷ, thuyền

Hình 1.1 Vận chuyển gỗ bằng ô tô lâm nghiệp chuyên dùng

Vận chuyển đường ngắn: việc vận chuyển gỗ từ địa điểm khai thác tới các bãi gỗ, các nhà máy, các xưởng chế biến gỗ…phương tiện vận chuyển trước đây là xe Reo 7, xe Volvo, Jil 157K, xe IFA, xe công nông Nhưng hiện nay các hộ kinh doanh rừng, các doanh nghiệp, nhà máy chế biến gỗ thường sử dụng các loại xe tải cở trung bình và lớn để vận chuyển gỗ, (hình 1.2)

Hình 1.2 Vận chuyển gỗ bằng ôtô tải cỡ trung bình

Hình thức vận chuyển bằng đường ôtô có ưu điểm cơ bản là có thể áp dụng được trên các dạng địa hình với các phương thức khai thác khác nhau

Tuy nhiên, loại hình vận chuyển gỗ bằng đường ôtô có một số hạn chế nhất định:

- Chi phí cho xây dựng hệ thống đường ôtô lâm nghiệp từ đường trục đến đường nhánh tương đối lớn

- Việc thiết kế và thi công đường ôtô không đúng sẽ ảnh hưởng xấu tới môi trường: rừng, đất rừng, động thực vật sống trong rừng, ảnh hưởng đến các dòng chảy trong khu vực, cộng đồng dân cư sống xung quanh

- Chi phí vận chuyển gỗ có thể lên tới trên 45% trong toàn bộ chi phí khai thác gỗ

- Xe vận chuyển có tải trọng lớn tạo ra áp lực lớn giữa bánh xe và mặt đường làm cho nền đường và áo đường bị biến dạng nhanh giảm khả năng vận chuyển của đường Vì vậy công tác chăm sóc và bảo quản đường phải được tiến hành thường xuyên

- Đối với các tuyến đường chất lượng thấp (đường trục phụ và nhánh) do không xây dựng áo đường, về mùa mưa mặt đường lầy lội, khó có thể thực hiện công tác vận chuyển

- Trong quá trình vận chuyển, khí thải và nhiên liệu thải ra từ các thiết bị bốc,

dỡ, vận chuyển gây ô nhiễm không khí và nếu không quản lý tốt sẽ gây ra ô nhiễm nguồn nước, các dòng chảy

Yêu cầu kỹ thuật trong vận chuyển gỗ bằng đường ôtô

- Các xe vận chuyển gỗ chỉ được chở đúng tải trọng đã được quy định đối với từng loại xe vừa đảm bảo an toàn cho xe vừa tránh cho mặt đường khỏi bị phá hoại do áp lực tác động từ bánh xe xuống mặt đường

- Chỉ nên sử dụng các loại xe có sức bám và vượt lớn trong các trường hợp cần thiết như khi đường quá xấu, quá lầy lội để hạn chế sự phá hoại mặt đường do bánh xe gây ra

- Các xe vận chuyển gỗ nên sử dụng là các loại xe chuyên dùng với các trang thiết bị chuyên dùng của nó Các trang bị chuyên dùng phải đầy đủ và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật như cọc ke phải thẳng đứng, cáp buộc và xích phải chắc chắn đảm bảo an toàn cho xe và người trong quá trình chuyển động trên đường lâm nghiệp cũng như đường công cộng

- Trong trường hợp đường quá trơn và lầy lội, xe chở gỗ cần có các trang thiết bị trợ giúp như tời chống trượt, xích chống trượt

- Gỗ xếp trên ôtô phải phân bố hợp lý về tải trọng, phải được giàng buộc cẩn thận tránh xô ngang và trượt về sau xe trong khi chuyển động

- Các loại xe vận chuyển bốc, dỡ gỗ phải được kiểm tra thường xuyên trước khi sử dụng; được bảo dưỡng, sửa chữa theo định kỳ

- Khi sửa chữa, nhiên liệu và các chất thải ra phải thu gom vào những nơi quy định, không làm ảnh hưởng và gây ô nhiễm đối với nước mặt, sông suối, nước ngầm

- Tốc độ xe chạy trên đường không được vượt quá tốc độ quy định trong bảng dưới đây cho từng loại đường

Tốc độ xe chạy cho phép trên các loại đường

I II III IV Tốc độ thiết kế (km/h)

Năm 1994, PGS TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng dạy Trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công đề mục thuộc đề tài cấp Nhà nước KN-03-04, đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy, vùng gỗ nhỏ rừng trồng kiểu rơ moóc một trục lắp sau máy kéo MTZ – 50 có thiết bị tời cáp và cơ cấu nâng gỗ thuỷ lực vừa gom gỗ từ xa vừa tự bốc cho

rơ moóc [8]

Năm 2002, Th.S Phạm Minh Đức nghiên cứu khả năng kéo bám của máy kéo DFH -180 kéo rơ moóc một trục khi vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng [14]

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

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

1.2 Tổng quan về nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo

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

Trong công trình [48], Muller đã đưa ra mô hình không gian mô tả tất

cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, tác giả đã bỏ qua các tác động của tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác Theo tác giả, một máy kéo có thể

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

Tác giả Volgel [49], đã nghiên cứu tính chất động lực học của liên hợp máy cày, khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi,

cả của hệ truyền lực và bánh xe Công trình cho phép đánh giá một cách khái quát tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy khi cày đất, tuy nhiên chưa có thực nghiệm để chứng minh các giả thiết đưa ra

Trong công trình của Wendebon [50], bằng lý thuyết và thực nghiệm, tác giả đã xây dựng mô hình nghiên cứu tính chất động lực học của dao động thẳng đứng máy kéo, tác giả không quan tâm đến chuyển động quay và các

chuyển động khác Do vậy công trình này chưa đánh giá và thể hiện được đầy

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

Năm 1973 Barski I.B [1], nghiên cứu Động lực học máy kéo Tác giả

đã nghiên cứu đầy đủ động lực học của máy kéo bánh hơi, máy kéo bánh xích

và độ êm dịu chuyển động của máy kéo

Năm 1983 Đobrưnhin Iu.A [46], nghiên cứu động lực học thẳng đứng của máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ

Năm 1987 Zucov A.B [45], đã nghiên cứu những vấn đề dao động của máy kéo lâm nghiệp Bên cạnh đó còn có một số công trình nghiên cứu về dao động thẳng đứng của máy kéo có kể đến các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện làm việc: Tải trọng, vận tốc, độ mấp mô của mặt đường

Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ôtô đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể Dao động ôtô được nghiên cứu trong tổng thể hệ thống “Đường-Xe-Người” Để nghiên cứu riêng biệt và tổng thể mối quan hệ vừa nêu, các hãng sản xuất ô tô và các cơ quan chuyên môn hàng đầu trên thế giới đã thiết lập các phòng thí nghiệm, xây dựng các bãi thử để nghiên cứu dao động của ôtô, trong đó có kể đến biến dạng thực tế của mặt đường và khả năng của con người chịu tác động của dao động

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

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

có lắp đặt các thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ Ở nước ta thường sử dụng các loại máy kéo được nhập từ nước ngoài để khai thác gỗ vận chuyển gỗ là các loại xe tải cở trung bình, cở lớn các xe chuyên dùng Các công trình nghiên cứu chỉ tập trung vào xây dựng hệ thống định mức kinh tế kỹ thuật đối

với các loại máy, có ít các công trình nghiên cứu về các đặc tính động lực học của các loại ôtô tải cỡ trung bình được đóng mới tại Việt Nam Các nghiên cứu về độ ổn định, khả năng kéo bám khi tải trọng ngoài thay đổi, các đặc trưng động lực học… của các bộ phận làm việc của ôtô, máy kéo hoạt động trên các địa hình và các điều kiện làm việc khác nhau chưa được đề cập nhiều

Có thể kể ra một số công trình nghiên cứu về dao động ôtô, máy kéo ở nước

hệ thống truyền lực Công trình trên mới chỉ xem xét các tác động của các yếu

tố tới hệ thống truyền lực, chưa quan tâm một cách đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng tới sự chuyển động của liên hợp máy nói chung

Công trình nghiên cứu của GS.TS Nguyễn Hữu Cẩn và các cộng sự [4], 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 máy (OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người; theo phương ngang, phương dọc ảnh hưởng không đáng kể, có thể bỏ qua

Th.S Nguyễn Hồng Quang [29], đã nghiên cứu dao động của máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết

Th.S Lưu Văn Hưng [20], đã nghiên cứu dao động của rơ moóc một trục chở gỗ khi lắp thêm bộ phận đàn hồi có giảm chấn giữa khung và trục bánh xe

Các công trình nghiên cứu dao động của máy kéo ở nước ta chưa nhiều

và xuất hiện trong những năm gần đây [2], [27] Các công trình này là nghiên cứu trong phạm vi hẹp nhằm xác định ảnh hưởng của rung xóc tới sức khỏe của người lái và bước đầu đặt ra một số biện pháp chống rung cho người lái như cải tiến ghế chống rung Tuy nhiên các tác giả mới xem xét dao động của máy kéo trong một số điều kiện cụ thể khi xem hệ là tuyến tính, một bậc tự do chịu tác động của mặt đường dạng hàm xác định

Năm 2010, Tô Quố c Huy thực hiện đề tài Nghiên cứ u giải pháp giảm

só c cho người lái xe tải xích cao xu MST – 600 vào vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp [19]

Một số công trình nghiên cứu thiết kế giảm rung [25], [27] đã dựa trên

cơ sở các số liệu về dao động con người, chọn sơ bộ các thông số chủ yếu: Khối lượng người - ghế, độ cứng lò xo, hệ số cản và tính toán theo điều kiện cho phép về biên độ dịch chuyển

Th.S Huỳnh Quốc Hội [22] đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang, lắc dọc của ô tô ở vận tốc cao

Th.S Hoàng Gia Thắng [31] đã nghiên cứu dao động trong mặt phẳng thẳng đứng của toa xe khách bốn trục hai hệ lò xo khi qua mối nối ray

Năm 2002 TS Lê Minh Lư [26] nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi Tác giả đã xây dựng mô hình, hệ phương trình vi phân và các điều kiện biên mô tả dao động thẳng đứng của máy kéo, của cầu trước, cầu sau và ghế ngồi có tính đến những đặc điểm riêng của hệ như liên kết một chiều giữa bánh xe và mặt đường, đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi Công trình đã nghiên cứu một cách khá đầy đủ các dạng dao động của máy kéo có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi trong trường hợp kích động mặt đường là các hàm ngẫu nhiên và xác định Tuy nhiên công trình

mới chỉ nghiên cứu trong trường hợp máy kéo di chuyển độc lập mà chưa tính đến dao động của máy kéo trong trường hợp kéo tải

Năm 2010 TS.Trần Việt Hà [15] đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ êm dịu chuyển động của ô tô khách được đóng mới ở Việt Nam Luận án đã xây dựng được mô hình dao động phù hợp, khảo sát được

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

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

Th.S Lê Thị Minh Vượng [34], bằng lý thuyết và thực nghiệm đã nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi chuyển động trên đường lâm nghiệp Tuy nhiên công trình này mới chỉ đưa ra mô hình dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của xe, chưa kể đến dao động của nước trong thùng chứa trong trường hợp di chuyển trên đường lâm nghiệp Tác giả chưa đề cập tới mô hình dao động của xe khi đang thực hiện nhiệm vụ chữa cháy

Th.S Nguyễn Văn Huệ [18], đã nghiên cứu giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động của máy kéo MTZ – 82 khi kéo rơ moóc chở gỗ

Th.S Dương Đình Phú [28] nghiên cứu cải tiến bộ phâ ̣n treo của xe UAZ để nâng cao đô ̣ êm di ̣u chuyển đô ̣ng trên đường lâm nghiệp

Các công trình nghiên cứu trên đã góp phần đóng góp rất tích cực cho các hoạt động sản xuất nông nghiệp ở nước ta Đồng thời làm cơ sở cho việc xây dựng các mô hình nghiên cứu các lĩnh vực cơ khí khác

Bên cạnh những công trình nghiên cứu nhằm sử dụng các loại ôtô, máy kéo hoặc liên hợp máy phục vụ cho sản xuất ở trong nước, các nhà khoa học

nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu để cải tiến các bộ phận hoặc các hệ thống của máy kéo được nhập từ nước ngoài vào Việt nam

Đối với sản xuất lâm nghiệp, các hoạt động khai thác thường diễn ra trong rừng Đối tượng khai thác là gỗ, các phương tiện vận xuất gỗ chủ yếu là máy kéo chuyên dùng hoặc máy kéo nông nghiệp có lắp đặt các thiết bị chuyên dùng các phương tiện vận chuyển gỗ trước kia là các loại xe công nông, xe Reo, xe Vonvol, xe IFA Hiện nay các loại xe này đã bị cấm hoặc hết hạn sử dụng, sử dụng không kinh tế Thay vào đó để vận chuyển gỗ rừng trồng người ta thường sử dụng các loại xe tải trung bình, xe tải lớn như HYUNDAI, THACO, HINO… đặc biệt là các loại xe tải cỡ trung bình được nhập khẩu từ Hàn quốc và các hãng liên doanh nước ngoài và được đóng mới tại Việt Nam như Hyundai, Thaco, Trường Hải, Đông Phong, Cửu Long… phần nào đã đáp ứng được nhu cầu sử dụng trong việc vận chuyển hàng hoá nói chung và vận chuyển gỗ nói riêng

Nhìn chung các công trình nghiên cứu về êm dịu chuyển động của ôtô, máy kéo trong vận xuất và vận chuyển gỗ ở Việt Nam chưa nhiều, nhưng những kết quả nghiên cứu đó có ý nghĩa lớn cho việc hoàn thiện thêm kết cấu

và chọn ra chế độ sử dụng hợp lý cho ôtô, máy kéo

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

1.3.1 Các bộ phận của hệ thống treo trên ôtô, máy kéo

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

xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung

xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn có khác của bánh xe như lắc ngang, lắc dọc và truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng

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

êm dịu và có khả năng dập tắt nhanh dao động đặc biệt là những dao động có

biên độ lớn Tính năng hệ thống treo của mỗi loại xe bao giờ cũng là kết quả dung hoà giữa hai lựa chọn Độ an toàn và độ êm dịu của ôtô, máy kéo

Cấu tạo chung của hệ thống treo thường dùng trên ôtô, máy kéo có các

bô phận sau:

* Bộ phận đàn hồi: Trong hệ thống treo, bộ phận đàn hồi thường dùng lò xo

xoắn, bó nhíp, túi khí nén, đệm cao su

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

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

độ

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

Lò xo dùng cho các loại xe ôtô du lịch, xe tải nhỏ, xe khách có các loại

lò xo như lò xo trụ, lò xo côn, (hình 1.3)

Hình 1.3: Lò xo trụ dùng trong hệ thống treo Loại nhíp: Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn

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

độ và sự ổn định khi xe chuyển động, mặt khác vết bánh sẽ thay đổi khi một

bánh bị nâng lên làm phát sinh lực ngang và tính chất bám đường kém và dễ

bị trượt ngang Loại bó nhíp (hình 1.4) và đệm cao su (hình 1.5) được dùng hầu hết trên các loại ôtô, máy kéo

Hình 1.4: Bó nhíp Hình 1.5: Đệm cao su

Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa trên nguyên tắc không khí có tính đàn hồi khi bị nén Hệ thống treo loại khí (hình 1.6) được sử dụng tốt ở các ôtô

Hình 1.6: Bộ phận đàn hồi loại khí được dùng trên các xe ôtô hiện đại

có trọng lượng phần lớn được thay đổi khá lớn như ở ôtô trở khách, ô tô vận tải và đoàn xe Loại này có thể tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất không khí bên trong phần tử đàn hồi Giảm độ cứng của hệ thống treo sẽ làm cho độ êm dịu chuyển động tốt hơn

* Bộ phận giảm chấn: Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích

sau:

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

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

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

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

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

Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều ở cấu trúc hai lớp, (hình 1.7)

Hình 1.7: Cấu tạo bộ phận giảm chấn thường dùng trên ôtô, máy kéo

Loại ống nhún giảm chấn thuỷ - khí (hình 1.8) được dùng trên một số

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

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

với nhau bởi 1 đường ống thủy lực

Hình 1.8: Cấu tạo bộ phận giảm chấn thuỷ - khí dùng trên ôtô hiện đại

* Bộ phận ổn định và dẫn hướng

Hình 1.9: Thanh ổn định và các đòn dẫn hướng trong cơ cấu treo

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

nối này dùng ổ đỡ bằng cao su,( hình 1.5)

Bộ phận dẫn hướng: có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và các mômen từ bánh xe lên khung hoặc thân xe, (hình 1.9)

* Một số kiểu bố trí hệ thống treo trong ôtô, máy kéo

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

Hệ thống treo phụ thuộc (hình 1.10) các bánh xe được đặt trên một dầm cầu liền, bộ phận giảm chấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền đó Do đó sự dịch chuyển của một bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ gây nên chuyển vị nào đó của bánh xe phía bên kia

Hình 1.10: Hệ thống treo phụ thuộc dùng lá nhíp

Hệ treo độc lập hai đòn dọc là hệ treo mà mỗi bên có một đòn dọc (hình 1.11) Các đòn dọc thường được bố trí song song sát hai bên bánh xe Một đầu của đòn dọc được gắn cố định với moayơ bánh xe, đầu còn lại liên kết bản lề

với khung hoặc dầm ôtô Lò xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung Đòn dọc vừa là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọc, và là bộ phận dẫn hướng Do phải chịu tải trọng lớn nên nó thường được làm có độ cứng vững tốt

Hình 1.11: Hệ thống treo độc lập dùng lò xo và 2 đòn dọc

Hệ treo độc lập hai đòn ngang: Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang (hình 1.12) bao gồm 1 đòn ngang trên, một đòn ngang dưới Mỗi đòn không phải chỉ là 1 thanh mà thường có cấu tạo hình tam giác (chữ A) hoặc hình thang Cấu tạo như vậy cho phép các đòn ngang làm được chức năng của bộ phận hướng, kết cấu chắc chắn đảm bảo truyền lực tốt

Hình 1.12: Hệ thống treo độc lập dùng lò xo và 2 đòn ngang

Hệ thống treo độc lập dùng lò xo và 2 đòn chéo (hình 1.13) là cấu trúc

mang tính trung gian giữa hệ treo đòn ngang và hệ treo đòn dọc

1-Dầm cầu; 2- Đòn chéo; 3-truyền lực chính

Hình 1.13: Hệ thống treo độc lập dùng lò xo và 2 đòn chéo

Bởi vậy sử dụng hệ treo này cho ta tận dụng được ưu điểm của hai hệ

treo trên và khắc phục được một số nhược điểm của chúng Đặc điểm của hệ

treo này là đòn đỡ bánh xe quay trên đường trục chéo và tạo nên đòn chéo

trên bánh xe

1.3.2 Đặc trưng các phần tử đàn hồi của hê ̣ thống treo trên ôtô, máy kéo

Khi nghiên cứu sự chuyển động êm dịu của ôtô người ta phân biệt các

phần tử sau đây xét về mặt cấu trúc:

- Phần trên lò xo: Tất cả các cụm máy, chi tiết máy có trọng lượng tác

dụng lên lò xo, được thay thế bằng một khối lượng và các mô men quán tính

của khối lượng đối với các trục quán tính trung tâm

- Phần dưới lò xo: Tất cả các cụm máy, chi tiết máy có trọng lượng

không tác dụng lên lò xo, được thay thế bằng một khối lượng tập trung

- Bộ phận treo là bộ phận để truyền lực và các kích động của mấp mô

mặt đường lên phần trên lò xo nhằm hạn chế tác dụng động lực học đối với

phần trên lò xo

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

Trong thực tế, bản thân mỗi bộ phận cũng không phải là vật thể tuyệt đối cứng, tuy nhiên các biến dạng đàn hồi của chúng ảnh hưởng tới độ emm dịu của xe ôtô so với ảnh hưởng của các phần tử đàn hồi lò xo trong hệ thống treo, đàn hồi của bánh xe là không đáng kể Vì vậy trong nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm phần trên của lò xo được xem như một vật thể cứng tuyệt đối Các đặc trưng cơ bản của nó là khối lượng, các mô men quán tính của khối lượng đối với các trục quán tính chính trung tâm Các chuyển vị là chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm, chuyển vị góc của nó quanh các trục quán tính chính trung tâm

Khi nghiên cứu về độ chạy êm của xe ôtô, qui ước bỏ qua các biến dạng và liên kết giữa các phần tử của phần dưới lò so và coi phần dưới lò so

là một chất điểm (Khối lượng tập trung ở một điểm) tập trung ở tâm bánh xe Như vậy chuyển vị của phần dưới lò xo sẽ tương ứng với chuyển vị thảng đứng của tâm trục bánh xe

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

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

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

êm của ôtô được gọi là các đặc trưng của hệ thống treo

Phần tử cơ bản trong hệ thống treo là phần tử đàn hồi dùng để giảm các tác động động lực học do mấp mô mặt đường gây ra cho phần trên lò xo Đặc tính cơ bản của phần tử đàn hồi (lò xo) là hệ thức giữa lực và biến dạng của nó do lực đó gây ra theo phương nghiên cứu

Đồ thị diễn tả sự liên hệ giữa lực đàn hồi (Pđh) và biến dạng  gọi là đường đặc tính của phần tử đàn hồi (lò xo) Tốc độ gia tăng của Pđh khi biến dạng tăng được gọi là độ cứng của của lò xo Cx , hình (1-14)

Hình 1-14: Đường đặc tính đàn hồi của lò xo

Hình 1.15: Đường đặc tính lò xo khi tăng và giảm tải

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

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

Do những hao tổn bên trong (ma sát trong, tổn hao nhiệt….) đường đặc tính đàn hồi của lò xo Pđh () khi tăng tải và giảm tải là không trùng nhau

và tạo thành một đường cong trễ khép kín (hình 1-15) Khi đó độ cứng lò xo được xác định từ đường trung bình giữa đường cong tăng tải và giảm tải (đường nét đứt)

Đường đặc tính của một số phần tử đàn hồi (khí hay thủy khí) phụ thuộc rõ rệt vào tốc độ biến dạng Do đó người ta còn phân biệt các đặc tính tĩnh và động lực học Đường đặc tính tĩnh được xây dựng khi tốc độ biến dạng lớn, nhiệt lượng xuất hiện không kịp tỏa ra môi trường xung quanh do

đó độ cứng động lực học lớn hơn độ cứng tĩnh

Người ta phân biệt độ cứng của phần tử đàn hồi theo hai dạng tuyến tính và phi tuyến Phần tử đàn hồi có độ cứng không đổi có đặc trưng tuyến tính Nếu độ cứng của nó phụ thuộc vào giá trị của biến dạng thì đó là phần

tử đàn hồi có đặc trưng phi tuyến

Vật liệu chế tạo các phần tử đàn hồi có nhiều loại khác nhau: Kim loại (lò xo lá, lò xo xoắn ốc trụ….), cao su, khí…đường đặc tính của phần tử đàn hồi là kim loại gần đúng với đường thẳng hơn (tuyến tính) Các loại còn lại

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

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

Tính êm dịu chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của ô

tô, máy kéo Tính êm dịu chuyển động phụ thuộc vào kết cấu xe và trước hết

là hệ thống treo, phụ thuộc vào cường độ kích động và cuối cùng là kỹ thuật

lái xe

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

1.4.1 Tần số dao động riêng

Tần số dao động riêng của một hệ dao động (bao gồm 01 khối lượng đặt trên 01 lò xo) được hiểu là số dao động của hệ trong một phút (dao động/phút), hoặc trong một giây (1/s tương ứng với 01Hz)

M - Khối lượng được đặt trên hệ

Tần số dao động riêng chỉ phụ thuộc vào các thông số kết cấu của hệ thống dao động (khối lượng, độ cứng, lực cản) mà không phụ thuộc vào kích thích dao động

1.4.2 Gia tốc dao động

Gia tốc dao động riêng là một chỉ tiêu quan trọng, nó kể đến ảnh hưởng đồng thời của biên độ và tần số dao động Chúng ta biết rằng dao động tự do tắt dần chỉ tồn tại trong một chu kỳ, do vậy việc xác định gia tốc dao động sẽ có ý nghĩa lớn khi nghiên cứu dao động cưỡng bức với sự kích thích của mặt đường

1.4.3 Chỉ tiêu về độ êm dịu

Hệ số êm dịu K được đưa ra do tập thể các kỹ sư Đức (VDI), tác giả cho rằng cảm giác con người khi chịu dao động phụ thuộc vào hệ số độ êm dịu chuyển động K Nếu K = const thì cảm giác khi chịu dao động sẽ không thay đổi Hệ số K phụ thuộc vào tần số dao động , gia tốc dao động (khi 

 5Hz) hoặc theo vận tốc dao động (khi   15 Hz) và phụ thuộc vào hướng dao động đối với trục thân con người (theo phương thẳng đứng và phương ngang) và phụ thuộc vào thời gian tác động của chúng lên cơ thể

Hệ số K xác định theo trị số của biên độ gia tốc z hoặc theo gia tốc bình phương trung bình z theo công thức sau đây [4]:

c c

v v

Z K z n

z n

01 , 0 1

18 01

, 0 1

5 , 12

25 - 63 [4]

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

Ta có thể hiểu phương pháp nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo chính

là phương pháp lập và xử lý mô hình toán mô tả dao động của các khối lượng trong cơ hệ

Thông thường người ta lập mô hình toán mô tả dịch chuyển của cơ hệ dưới dạng các phương trình vi phân Có nhiều phương pháp lập phương trình

vi phân cho cơ hệ như: Phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp Dalambe, phương pháp áp dụng phương trình Lagranger loại II

1.5.1 Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn [32] (Finite Element Method - FEM) là một phương pháp gần đúng để giải một số lớp bài toán biên Theo phương pháp phần tử hữu hạn, trong cơ học, vật thể được chia thành những phần tử nhỏ có kích thước hữu hạn, liên kết với nhau tại một số hữu hạn các điểm trên biên (gọi là các điểm nút) Các đại lượng cần tìm ở nút sẽ là ẩn số của

bài toán (gọi là các ẩn số nút) Tải trọng trên các phần tử cũng được đưa về các nút

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

Người ta tìm nghiệm xấp xỉ của bài toán biên ban đầu trong một không gian hữu hạn chiều các hàm số thoả mãn điều kiện khả vi nhất định trên toàn miền W và hạn chế của chúng trên từng phần tử hữu hạn Wj là các đa thức

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

1.5.2 Phương pháp sử dụng nguyên lý Dalambe:

Theo nguyên lý Dalambe, bài toán động lực học hệ dao động sẽ đưa về bài toán tĩnh học trên cơ sở đưa lực quán tính vào cơ hệ, khi đó phương trình chuyển động sẽ được thiết lập trên cơ sở lấy tổng đại số các ngoại lực, phản lực và lực quán tính tác dụng lên hệ khảo sát Khi đó, các phần tử của hệ dao động sẽ được tách độc lập và đặt ngoại lực cân bằng ở trạng thái tĩnh Từ đó xây dựng các phương trình cho từng phần tử để giải hệ các phương trình đơn giản

Phương pháp này khá thông dụng để giải các bài toán động lực học và trực quan hóa mối quan hệ ảnh hưởng lên từng phần tử riêng biệt trong hệ dao động Phương pháp này được dùng khi hệ dao động đơn giản

1.5.3 Phương pháp sử dụng phương trình Lagranger loại II

Phương trình Lagranger hạng II có dạng tổng quát như sau:

i i i i i

Q q q q

T q

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

Sau khi tìm được các hàm động năng, thế năng, năng lượng hao tán và các lực suy rộng theo các toạ độ suy rộng, thay vào phương trình Lagranger hạng II ta sẽ nhận được một hệ phương trình vi phân Số lượng phương trình

vi phân trong hệ tỷ lệ thuận với số lượng của các khối lượng qui đổi trong

mô hình Bằng phương pháp giải tích, một hệ phương trình vi phân luôn luôn

có thể biến đổi được về một phương trình vi phân bậc cao với số bậc phụ thuộc vào số phương trình vi phân trong hệ

Việc lựa chọn phương pháp này hay phương pháp khác phụ thuộc vào

mô hình cơ học của cơ hệ Trong đó, đối với các cơ hệ hôlônôm, giữ và dừng (là cơ hệ có các điều kiện ràng buộc được mô tả bằng những phương trình liên kết và trong phương trình liên kết không chứa các yếu tố vận tốc và thời gian [12] người ta thường sử dụng phương pháp áp dụng phương trình Lagranger loại II)

1.6 Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo

Nội dung của việc xử lý mô hình toán là việc giải và mô phỏng các phương trình vi phân đã lập được Trong những trường hợp phương trình vi phân không quá phức tạp, người ta thường ưu tiên sử dụng phương pháp giải tích để giải các phương trình vi phân

Tuy nhiên, nếu lập mô hình cơ học của hệ dưới dạng càng nhiều các khối lượng qui đổi, sẽ đồng nghĩa với việc nhận được một phương trình vi phân có số bậc càng cao; dẫn đến, việc giải và mô phỏng phương trình vi phân sẽ trở lên khó khăn hơn rất nhiều Ngày này, với sự trợ giúp của máy tính điện tử đã khắc phục được vấn đề khó khăn nêu trên Các hệ chương trình trợ giúp đắc lực cho việc giải và mô phỏng phương trình vi phân có khá nhiều Có thể kể ra đây bốn chương trình tính toán đa năng được sử dụng phổ biến hơn cả là: Mathematica, Maple, Mathcad và Matlab & Simulink

1.6.1 Phần mềm Mathematica

Mathematica là một tổ hợp các tính toán bằng ký hiệu, tính toán bằng

số, vẽ đồ thị và là ngôn ngữ lập trình tinh vi Mục đích chính của phần mềm này là đưa vào sử dụng cho các ngành khoa học vật lý, công nghệ và toán học, nhưng cùng với thời gian Mathematica trở thành phần mềm quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác Trong công nghệ ngày nay người ta đã

sử dụng Mathematica trong công tác thiết kế [51]

1.6.2 Phần mềm Maple

Với Maple người dùng có thể nhập biểu thức toán học theo các ký hiệu toán học truyền thống Có thể dễ dàng tạo ra những giao diện người dùng tùy chọn Maple hỗ trợ cho cả tính toán số và tính toán hình thức, cũng như hiển thị Nhiều phép tính số học được thực hiện dựa trên thư viện số học NAG; trong Maple, các chương trình con NAG đã được mở rộng để cho phép độ chính xác ngẫu nhiên lớn Maple cũng có một ngôn ngữ lập trình cấp cao đầy đủ

Ưu điểm của Maple là giải phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng, vẽ đồ thị trong không gian 2 chiều, 3 chiều [13]

MATHCAD có thể thay thế cho các bảng tính EXCEL trong việc diễn đạt các bảng tính thiết kế đối tượng cơ khí hay xây dựng Mặt khác, phần đồ họa thể hiện rõ ràng và đa dạng hơn Đặc biệt những tính toán phức tạp như giải phương trình vi phân, các phép toán ma trận, giải các bài toán số phức, các bài toán tối ưu hóa đều rõ ràng [12]

1.6.4 Phần mềm Matlab & Simulink

Đối với việc giải và mô phỏng phương trình vi phân thì Matlab & Simulink là công cụ trợ giúp đắc lực và được sử dụng phổ biến hiện nay Matlab & Simulink là một chương trình lớn trong lĩnh vực toán số với thế mạnh là tính toán và mô phỏng hệ thống

Simulinhk là một phần chương trình mở rộng của Matlab, nhằm mục đích mô hình hóa, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học Mô hình đồ họa trên màn hình Simulinhk cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu và các khối chức năng quen thuộc [30]

1.7 Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động

Sau khi thu được những kết quả từ mô hình toán của nghiên cứu lý thuyết, để kiểm tra tính đúng đắn và độ tin cậy của mô hình người ta thường phải tiến hành thực nghiệm Trong thực nghiệm, người ta sẽ tiến hành các phép đo để xác định các thông số thực và qui luật biến đổi thực của chúng