Luận văn thạc sĩ nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp MTZ 80 khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HÀ VĂN LƯU NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP MTZ-80 KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN L

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

HÀ VĂN LƯU

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI

NGƯỜI LÁI TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP MTZ-80 KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

HÀ VĂN LƯU

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP MTZ-80 KHI SỬ DỤNG

TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP

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

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây cùng với sự đổi mới về cơ chế quản lý và sựtiến bộ về kỹ thuật, ngành lâm nghiệp đã sử dụng khá nhiều loại ôtô, máy kéovào việc cơ giới hoá trong sản xuất lâm nghiệp

Việc sử dụng đa dạng các loại thiết bị đang làm nẩy sinh nhu cầu nghiêncứu chế độ công nghệ hợp lý để chúng có thể phát huy được tác dụng, đồngthời đảm bảo được yêu cầu an toàn cho thiết bị và người lái Các chế độ sửdụng hợp lý chỉ có thể có sau khi xây dựng được những mô hình tính toánchính xác, hợp lý Vì vậy việc lập các mô hình tính toán cho mỗi loại liên hợpmáy và khảo sát chúng tương ứng với các khâu trong công nghệ sản xuất có ýnghĩa khoa học và thực tiễn rất thiết thực; là cơ sở cho thiết kế, cải tiến và sửdụng hợp lý thiết bị trong những điều kiện nhất định

Hiện nay để góp phần công nghiệp hoá và hiện đại hoá nông thôn, ngànhlâm nghiệp nước ta đang chủ trương đẩy nhanh tiến độ áp dụng cơ giới hoáđưa tiến bộ khoa học kỹ thuật vào các khâu công việc nói chung và đặc biệt là

sử dụng máy kéo chuyên dùng hoặc máy kéo nông nghiệp sau khi nghiên cứuthiết kế, cải tiến, chế tạo phục vụ cho các khâu công việc trong sản xuất nônglâm nghiệp

Để đáp ứng nhu cầu sản xuất, một số loại máy kéo công suất vừa và nhỏnhập khẩu vào nước ta đang được sử dụng khá phổ biến trong sản xuất nông,lâm nghiệp; trong đó có loại máy kéo MTZ-80

Do đặc điểm của đường vận xuất và vận chuyển lâm sản có địa hìnhphức tạp, mặt đường chất lượng thấp, có độ mấp mô lớn Nên khi máy kéo dichuyển sẽ chịu lực kích động mặt đường ảnh hưởng đến nhiều chỉ tiêu độnglực học như độ êm dịu, tính ổn định, độ bền lâu… Đặc biệt người điều khiểnmáy kéo sẽ phải chịu đựng các giá trị về biên độ và tần số rung lớn hơn chophép

Để nâng cao khả năng phục vụ của loại máy kéo nông nghiệp MTZ - 80cho phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp, nhất là điều kiện làm việc củangười điều khiển máy kéo khi di chuyển trên đường vận xuất và vận chuyểnlâm sản Tác giả thực hiện đề tài:

"Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo

nông nghiệp MTZ - 80 khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp”

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Khái quát về hình thức và thiết bị vận xuất, vận chuyển gỗ

Hiện nay ở nước ta công nghệ vận xuất gỗ thường được sử dụng cácloại hình như: Vận xuất bằng súc vật, vận xuất bằng máng lao, vận xuất bằngmáy kéo, vận xuất bằng đường cáp, vận xuất bằng đường thuỷ… Trong cáchình thức vận xuất nêu trên thì hình thức vận xuất bằng máy kéo là phổ biếnhơn cả Máy kéo dùng vận xuất gỗ có 2 loại: Máy kéo bánh xích và máy kéobánh hơi Trong máy kéo bánh hơi lại chia làm 2 loại: Máy kéo bánh hơichuyên dùng và máy kéo bánh hơi nông nghiệp có lắp thêm các thiết bịchuyên dùng để vận xuất gỗ và vận chuyển gỗ

Khi sử dụng máy kéo bánh hơi chuyên dùng trong vận xuất gỗ cho năngsuất 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 côngsuất lớn

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

Các máy kéo bánh bơm có ưu điểm nội trội hơn so với máy kéo bánhxích cùng cỡ vì: Chúng có khối lượng nhỏ, tốc độ làm việc lớn hơn, chi phínhiên liệu cho 1m3 gỗ vận xuất ít hơn và năng suất cao hơn Mặt khác, máykéo bánh bơm ít phá hại cây con, đất rừng Do những ưu điểm như vậy màmáy kéo bánh bơm được sử dụng ngày càng rộng rãi hơn so với máy kéo bánhxích [21], [26], [32]

Máy kéo bánh bơm trong vận xuất gỗ được chia làm 2 loại: Máy kéobánh bơm chuyên dùng và máy kéo bánh bơm nông nghiệp có lắp thêm cácthiết bị chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ Đặc điểm của máy kéo bánhbơm chuyên dùng là có công suất lớn, kết cấu gọn, độ bền cao, làm việc linhhoạt và cho năng suất rất cao Tuy nhiên, loại này thường đắt tiền và chỉ phùhợp với quy mô sản xuất lớn, trình độ cơ giới cao, cơ sở hạ tầng và dịch vụ kỹthuật tốt

Bên cạnh loại máy kéo chuyên dùng, các nước còn sử dụng loại máykéo bánh bơm nông nghiệp được trang bị các thiết bị chuyên dùng để vậnxuất, vận chuyển gỗ và phục vụ cho các khâu trồng rừng Việc sử dụng máykéo nông nghiệp trong khai thác rừng làm tăng hiệu quả sử dụng máy và gópphần giải quyết công ăn, việc làm, tăng thu nhập cho người lao động [40]

Do đặc điểm đường, địa hình và loại hàng vận chuyển là gỗ và các lâmsản khác, điều kiện làm việc của thiết bị trong vùng đồi núi, có thể có nhiềucông trình tạm thời như đập tràn, cầu vượt, cống, khe suối cạn, các loại vậtcản… đòi hỏi ô tô-máy kéo phải có tính ổn định và phải có tính năng an toàncao khi chuyển động, có khả năng kéo bám tốt, chuyển động thuận lợi, antoàn

Trước tác động của cơ chế kinh tế nhiều thành phần, do việc giao đấtkhoán rừng cho các tổ chức tập thể, các hộ nông dân sử dụng lâu dài trên cácđịa bàn trung du, miền núi các trang trại sản xuất nông lâm nghiệp xuất hiện;kinh tế trang trại và các sản phẩm từ trang trại cũng đang là thị trường hấp dẫncho các dịch vụ cơ khí lâm nghiệp, đặc biệt là công tác vận chuyển Nhiềucông ty, lâm trường, hộ gia đình, các chủ trang trại đã mua máy kéo để thựchiện các dịch vụ trên Nhìn chung các loại máy kéo nông nghiệp này về đặctính sử dụng và kết cấu chưa được khai thác triệt để, nhiều chỉ tiêu chưa đượclàm rõ dẫn đến sử dụng còn nhiều hạn chế, kém hiệu quả và đặc biệt là chưađảm bảo an toàn lao động cho người và liên hợp máy Việc nghiên cứu cải tiến

1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy kéo trong lâm nghiệp trên thế giới

Vào những năm 1950 Tiệp Khắc (cũ) đã đưa vào sử dụng loại máy kéobánh hơi LKT - 80, máy được trang bị tời, thuỷ lực có thể gom gỗ từ xa và vậnxuất gỗ theo phương pháp nửa lết, đây là loại máy kéo khung gập 4 bánh chủđộng [21], [26]

Ở Phần Lan, việc sử dụng máy kéo nông nghiệp cho công tác trồng,chăm sóc rừng, vận xuất, vận chuyển gỗ được bắt đầu từ những năm 1950 vàcho 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 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 dụngmáy kéo bánh hơi vận chuyển gỗ từ nơi chặt hạ ra bãi 2, giảm bớt được khâutrung gian trong dây truyền khai thác và vận xuất [21], [26] Việc sử dụng máykéo 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 trangtrại 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 rãitrong lâm nghiệp ở các nước công nghiệp phát triển thì hầu hết các nước đangphát triển lĩnh vực này còn hiểu biết rất ít Để khuyến cáo và đẩy mạnh việc sửdụng máy kéo nông nghiệp trong hoạt động sản xuất lâm nghiệp ở các nướcđang 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 nôngnghiệp trong khai thác gỗ rừng trồng

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

Năm 1988 tại Zimbabwe tổ chức FAO cũng đã nghiên cứu sử dụng máykéo nông nghiệp Valmet vận xuất gỗ kết hợp chế biến gỗ tại cửa rừng cho thấymáy kéo nông nghiệp ngoài vận xuất gỗ, máy có thể làm nguồn động lực chocác 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

Từ những năm 1960 cho đến những năm 1980 đã nhập và đưa vào sửdụng một loạt máy kéo do các nước Xã hội chủ nghĩa chế tạo, phục vụ cho sảnxuất nông lâm nghiệp: máy kéo TDT 40, TDT 55, DT 75, C 100, TT 4, LKT

80, LKT 120 Năm 1970 máy kéo bánh hơi Volvo của Thuỵ Điển được nhậpvào nước ta để phục vụ cho các khâu bốc dỡ và vận chuyển gỗ rừng trồng ởcác khu nguyên liệu giấy Sau giải phóng các lâm trường, xí nghiệp ở phíaNam sử dụng phổ biến xe REO 7 Các loại máy này phần nào đã đáp ứngđược yêu cầu của sản xuất lâm nghiệp với quy mô sản xuất lúc bấy giờ

Ở Việt nam đã nhập khẩu và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo,trong đó có máy kéo nông nghiệp Để phù hợp với điều kiện sản xuất lâmnghiệp, các máy kéo này đã và đang được nghiên cứu, thiết kế cải tiến Dướiđây chúng tôi đưa ra một số công trình nghiên cứu đã được công bố:

+ Năm 1963 tập thể cán bộ Phòng cơ giới lâm trường Bắc Yên và Việncông nghiệp rừng, đã nghiên cứu chế tạo tời 2 trống lắp trên máy kéo Krabat

để vận xuất gỗ

+ Năm 1972 tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ giảng dạytrường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo thành công máy kéo khunggập L35 với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ

+ Năm 1985 tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và các đồng nghiệp ở Viện khoahọc Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo tời 1 trống dẫn động từ trục thu côngsuất và rơ moóc 1 trục lắp sau máy kéo Zeto để bốc gỗ và vận xuất gỗ [11]

+ Năm 1994 PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu và một số cán bộ giảng dạytrường Đại học Lâm nghiệp đã thực hiện đề tài nghiên cứu : “Thiết kế, chế tạo

và khảo nghiệm, sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để khai thácvùng nguyên liệu giấy gỗ nhỏ rừng trồng” có mã số KN 03 – 04 [39]

+ Năm 1997 nhóm cán bộ giảng dạy Bộ môn máy Lâm nghiệp, trườngĐại học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng: Tời cơ khí 1trống và cần treo gỗ hình chữ A lắp cho máy kéo DFH - 180 để vận xuất gỗnhỏ rừng trồng

+ Tác giả Nguyễn Văn An trong công trình [1] đã nghiên cứu về ảnhhưởng của độ mấp mô mặt đất và tốc độ chuyển động đến phản lực pháp tuyếnlên 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 vềkhả năng kéo, bám của máy kéo DFH – 180, khả năng ổn định của máy kéo

gỗ theo công nghệ vận xuất gỗ dài.

Các công trình trên chủ yếu tiến hành các nội dung:

- Nghiên cứu thiết kế, cải tiến, chế tạo lắp đặt 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

Các kết quả nghiên cứu đưa máy kéo nông nghiệp bánh hơi vào sản xuấtlâm nghiệp còn khiêm tốn và chưa đạt hiệu quả cao Tuy nhiên các kết quả này

đã góp phần không nhỏ trong công tác đào tạo, nghiên cứu khoa học và thiếtthực trong sản xuất

1.4 Tình hình nghiên cứu về dao động của máy kéo và ghế ngồi lái

Các máy kéo sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp thường làm việc trongđiều 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 Dovậy ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọng của liên hợp máynhư: Độ êm dịu, tính ổn định, độ bền lâu, sức khoẻ của người lái Vì vậynghiên 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 antoàn lao động cho người và thiết bị

Trong công trình [44] khi nghiên cứu tải trọng kích động lên người láimáy kéo lâm nghiệp có cần bốc tác giả đã sử dụng mô hình toán học để nghiêncứu động lực học hệ: Máy lâm nghiệp - đối tượng lao động để xác định kíchđộng 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), môhình được chia ra 2 hệ con: Máy - gỗ và hệ một khối lượng là người lái Việcgiải bài toán đặt ra 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Nghiên cứu dao động của hệ máy kéo - gỗ với mô hìnhtính toán dao động hệ nhiều bậc tự do chịu tác động của lực kích thích do độmấp mô mặt đường, nhằm xác định các đặc trưng dao động của khung máykéo 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

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

+ Công trình nghiên cứu của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Hữu Cẩn và cáccộng sự [10] cho thấy tính êm dịu trong chuyển động của ôtô, máy kéo đượcđánh giá qua các chỉ tiêu: Tần số dao động thích hợp, gia tốc dao động thíchhợp, thời gian tác động của dao động Trong chuyển động, ôtô, máy kéo daođộng theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc(OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng nhiều đến người điềukhiển và phương tiện, theo phương ngang, theo phương dọc ảnh hưởng khôngđáng kể [49], [50] 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 quámức 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 chorằng khi tính toán, thiết kế hệ thống treo cho ghế nên chọn tỉ số giữa tần sốkích động và tần số dao động riêng của ghế trong khoảng 0,5 - 0,6 Trong tínhtoán chưa kể đến thành phần cản

+ Trong công trình nghiên cứu [36], tác giả đã đưa ra mô hình tính toángiảm xóc nói chung và cho rằng: Hệ số truyền càng nhỏ, chất lượng bộ giảmxóc càng tốt, muốn vậy nên chọn tỉ số giữa tần số kích động và tần số riêngcủa vật cần bảo vệ 1,41, chọn như vậy vừa đảm bảo tránh cộng hưởng vừagiảm được biên độ dao động cho người lái, hiệu quả giảm xóc tốt hơn Đề tài58A - 02 - 04 tác giả đã nghiên cứu chế tạo thành công hai mẫu ghế ngồi láigiảm rung áp dụng cho loại máy kéo MTZ - 50 và máy kéo BS - 12 khi vậnchuyển Hệ giảm xóc 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 sởcác số liệu về dao động của con người, chọn sơ bộ các thông số chủ yếu: Khốilượng người - ghế, độ cứng lò xo, hệ số cản nhớt và tính toán theo điều kiệncho phép về biên độ dịch chuyển

+ Tác giả Nguyễn Văn Vệ trong công trình [40] đã nghiên cứu dao độngthẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ và giải phápgiảm xóc cho người lái

+ Tác giả Nông Văn Vìn và các cộng sự trong công trình [8] đã nghiêncứu thiết kế, chế tạo ghế ngồi cân bằng, loại ghế này có khả năng tự lựa khiLHM di chuyển trên đường có độ dốc ngang, tạo sự thoải mái và luôn giữ tưthế thẳng đứng cho người điều khiển

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 đạtđược sự hoàn thiện cao về kết cấu và các thiết bị công nghệ Song một vấn đềcần được quan tâm trong khi thiết kế, cải tiến máy kéo nói chung và máy kéovận xuất gỗ nói riêng là nghiên cứu điều kiện làm việc của người điều khiểnnhằm đảm bảo cho máy phát huy hết khả năng làm việc và công suất thiết kế

Công trình nghiên cứu [44] cho thấy: Cùng với sự nâng cao tốc độ làmviệc của các liên hợp máy sẽ dẫn đến tăng đáng kể lực kích động lên người

điều khiển và cao hơn mức cho phép Người điều khiển máy không thể sửdụng được tối đa tốc độ của máy trong miền giới hạn của nó, nghĩa là khôngphát 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 Mỹtrên 85% người lái máy kéo do ảnh hưởng của lực kích động chỉ sử dụng được65% công suất của máy

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

Tác động của dao động đến 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 daođộng riêng của cơ thể con người Cũng theo [44] thì tần số từ 6 - 11 Hz sẽ dẫnđến 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 bộphận bên trong, làm giảm tầm nhìn, giảm tính linh hoạt trong các hoạt độngđiều khiển máy Nếu dao động tác động lên người lái trong thời gian 1 ngày vàliên 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 tiênđược nghiên cứu với quan điểm về sự thoải mái và thuận tiện cho người điềukhiển 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 cũngkhông 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 từnước ngoài, hệ thống giảm xóc cho ghế đã được tính toán từ khi thiết kế, tuynhiên các thông số thiết kế được tính toán theo tiêu chuẩn của người nướcngoài Do có sự khác nhau về hằng số nhân trắc, chỉ tiêu tâm sinh lý giữangười 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 ngườiViệt Nam [5], [38] Đối với một số máy, khi thay đổi điều kiện làm việc thì tácđộng kích động lên người lái cũng sẽ thay đổi, vì vậy vần phải khảo nghiệmtính toán cải tiến hệ thống giảm xóc cho ghế ngồi lái theo từng điều kiện làmviệc cụ thể

Các tác giả Triệu Quốc Lộc [28]; Nguyễn Văn Khang, Đỗ Sanh [25] đãnghiên cứu về dao động trong bảo hộ lao động Công trình của Đỗ Sanh,Nguyễn Văn Khang [7] về ngăn chặn rung động trên đường lan truyền đối vớicông nhân lái máy kéo và công nhân của các gian chế biến lâm sản đã đượccông bố

Các công trình nghiên cứu về chống rung được nghiên cứu khá đầy đủ:Nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu thực nghiệm, nghiên cứu ứng dụng Các côngtrình nghiên cứu đã đưa ra cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chống rung, cácphương 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 đốivới cơ thể con người.(phụ lục A)

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 chấtlượng máy kéo, máy canh tác dùng trong sản xuất nông - lâm nghiệp [40], đãđưa 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 tốcdao động, vận tốc dao động ứng với các tần số dao động của ghế đối với ngườilái theo tiêu chuẩn quốc gia (TCVN)

Hiện nay các công trình nghiên cứu về động lực học ô tô, máy kéo; thiết

kế cải tiến chưa nhiều, nhưng kết quả nghiên cứu có ý nghĩa rất lớn đối vớimột số ngành sản xuất ở nước ta

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định các đặc trưng dao động của ghế ngồi người lái trên liên hợpmáy kéo nông nghiệp MTZ - 80 có rơmoóc chở gỗ khi di chuyển trên đườngvận xuất và vận chuyển lâm sản Từ đó đánh giá ảnh hưởng của dao động đóđến điều kiện làm việc của người lái

Xác định các thông số của hệ số giảm xóc cho ghế ngồi người lái trênmáy kéo nông nghiệp MTZ - 80 để đảm bảo các chỉ tiêu an toàn cho ngườiđiều 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 MTZ - 80 córơmoóc khi di chuyển trên đường vận xuất

- Dạng đường vận xuất

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

Khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo nông nghiệp MTZ - 80 córơmoóc di chuyển trên đường vận xuất Chúng tôi lựa chọn loại đường vậnxuất có dạng mấp mô điều hoà với chiều cao mấp mô trung bình h0 = 0,1 m vàbước 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 hợpmáy kéo nông nghiệp [17] có rơmoóc chở gỗ lâm nghiệp có tính đến ảnh

hưởng của sự mấp mô mặt đường cho đối tượng MTZ 80 và rơ moóc một trục

- 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 độngcủa 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 đánhgiá 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 người lái

- Xác định các thông số của hệ giảm xóc

2.4 Phương pháp nghiên cứu

- Sử dụng kết quả nghiên cứu về dao động của liên hợp máy gồm máykéo nông nghiệp và rơmoóc chở gỗ có tính đến ảnh hưởng của sự mấp mô mặtđường lâm nghiệp của tác giả Phạm Minh Đức [17]

- Sử dụng phần mềm toán học Mathematica 5.1 để giải hệ phương trình

vi phân dao động của liên hợp máy

- Sử dụng phương pháp cơ học giải tích để xây dựng mô hình ghế ngồi

và phương trình vi phân dao động của ghế

- Dùng tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5126 - 90 "Rung giá trị cho phép tạichỗ làm việc" lầm cơ sở tính toán, thiết kế ghế ngồi thông qua độ cứng của lòxo

Chương 3 KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA MÁY KÉO MTZ-80 KHI KÉO RƠMOÓC CHỞ GỖ TRÊN ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN LÂM NGHIỆP

Để thực hiện mục tiêu của đề tài là xác định dao động của máy kéo vàđánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến điều kiện làm việc của người lái tacần khảo sát dao động của máy kéo trong trường hợp kéo rơmoóc chở gỗ trênđường lâm nghiệp Dao động này phát sinh do sự kích động của mấp mô mặtđường, qua khung máy kéo và ghế ngồi lái tác dụng liên tục lên người điềukhiển máy kéo trong suốt thời gian di chuyển, cả hướng có tải và không tải.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 nhângây nên những bệnh nghề nghiệp cho người điều khiển

3.1 Mô hình dao động của liên hợp máy

Nghiên cứu dao động của ôtô, máy kéo bánh hơi đã được nhiều tác giảquan 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

Kết quả nghiên cứu dao động của liên hợp máy gồm máy kéo bánh hơi

và rơmoóc 1 trục chở gỗ, do ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường vận chuyểnlâm nghiệp, tác giả Phạm Minh Đức [17] đã xây dựng mô hình tính toán daođộng của hệ như hình 3.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là LHM gồmmáy kéo MTZ-80 và rơmoóc một trục chở gỗ có mô hình tính toán tương tự;

Sơ đồ tính toán dao động của LHM như hình 3.1

Trên hình 3.1:

m1 + m2 = mmk,

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

m2: khối lượng của thân máy kéo; m3: khối lượng của rơmoóc có gỗ;

Hình 3.1a: Mô hình máy kéo v à rơ moóc một trục chở gỗ

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

Hình 3.1b Sơ đồ tính toán dao động của LHM

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;

α 1 , α 2 , α 3 , β 1 , β 2 , β 3: 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 MTZ-80

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

Bảng 3.1 : Các thông số chính của máy kéo MTZ-80

TT

21 Chiều dài đoạn nối moóc

22 Trọng lượng (m3) không tải & tải 2t

23 Trọng tâm:

- Dọc, cách trục bánh mooc (x

- Đứng, (hg)

+ 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 LHM

Jy (kgm2)

Jz (kgm2)

3.2 Phương trình vi phân dao động của liên hiệp máy

Việc lập phương trình vi phân dao động của hệ được nghiên cứu sinhPhạm Minh Đức áp dụng theo phương trình Lagranger loại II Sau khi thiếtlập các biểu thức tính động năng, thế năng và hàm hao tán tác giả đã thiết lậplên phương trình vi phân tương ứng với các dịch chuyển:

+ z - theo phương thẳng đứng của trọng tâm máy kéo;

+ α 2 , α 3 -góc lệch của khung máy kéo và rơmoóc đối với trục ngang Oy(lắc dọc α2);

+ β 1 ,

với trục Ox

β , β 3-góc lệch của cặp bánh trước, khung máy kéo và rơmoóc đối2

(lắc ngang β2)

D1=k1z+k2z+k3z ;

D 2 =k 1z l 12+k 2z l 22+k 3z (l 2 +l 3 )2

D3= k3z(l4+l5)2

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 hệPTVP biểu diễn dao động theo phương thẳng đứng và các dao động quayquanh hai trục x và y của máy kéo và rơmoóc chở gỗ do tác động của mấp mômặt đường

Để giải hệ phương trình (3.1) chúng tôi đã tiến hành xác định các thông

số về độ cứng của các bánh lốp, mô men quán tính của LHM đối với các trục

Ox, Oy, Oz Kết qủa ghi ở phụ lục A

Trong đó để khảo sát tính êm dịu của LHM chúng tôi xét trạng tháichuyển động trên những đường có mấp mô dạng hình sin [14 ]:

ở đây: 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 tính êm dịu 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 kỷbước song 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 đồng pha

3.3.1.1 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,

Khi đó: qitr= h0sin Ωt , thì qiph= h0sin(Ωt+π)= - h0sin

3.3.1.2 Khảo sát trường hợp 2:Điểm tiếp xúc của bánh xe bên phải

và bên trái mỗi cặp bánh không lệch pha nhau.

Khi đó: qitr= qiph = h0sin Ωt , và i = 0 (i = 1, 2, 3)

q1 h0 sin t 2 0

(3.4b)

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

Hình 3.2 Dao động theo phương thẳng đứng ( Z) của trọng tâm

máy kéo khi lệch pha với v =10 km/h, m 3 = 1245kg.

- Đồ thị dao động của khung máy kéo quanh trục ngang (góc 2 ) là:

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

Nhận xét: trên đồ thị hình 3.2 và 3.3 khi LHM di chuyển trên đường lâm

nghiệp có mấp mô ở 2 bánh trái và phải lệch pha nhau 1 góc π/2 thì dao độngcủa trọng tâm máy và của điểm đặt ghế ngồi rất nhỏ gần bằng 0 từ đó không cần xét đến tính êm dịu của ghế ngồi

- Đồ thị dao động của khung máy kéo quanh trục dọc (góc 2 ) là:

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

Hình 3.4 Dao động của khung máy kéo quanh trục dọc (góc β 2 )khi lệch pha với

v =10 km/h, m 3 = 1245kg.

- Đồ thị dao động của điểm đặt ghế ngồi (trên trục sau máy kéo) là:

z2= z - l2α2 = 0

Do z = 0; đồng thời α2 = 0 nên z2= 0

b - Với vận tốc v = 20 km/h: Kết quả tương tự như v=10 km/h

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

3.3.2.2 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.

Ta xét LHM khi di chuyển trong 4 trạng thái vận tốc: v = 5 km/h; v =10km/h; v=15 km/h và v = 20 km/h; m3 = 1245kg; 1 trạng thái thay đổi tảitrọng (m3=1245 kg)

Chương trình tính toán và thuật giải được thể hiện trong phụ lục B2 Kếtquả như B3:

1) Đồ thị dao động theo phương OZ của trọng tâm máy kéo khi không lệch pha

2) Đồ thị dao động lắc ngang (β 2 ) của khung máy kéo

Hình 3.6 Dao động của khung máy kéo quanh trục dọc

( khi không lệch pha.

3) Đồ thị dao động của điểm đặt ghế ngồi khi không lệch pha

Hình 3.7 Đồ thị dao động điểm đặt ghế ngồi khi không lệch pha

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

5) Đồ thị gia tốc dao động của điểm đặt ghế ngồi

6) Trường hợp tải trọng moóc m 3 =2245 kg, v=10 km/h khi không lệch pha

Hình 3.10 Đồ thị dao động điểm đặt ghế ngồi với m 3 =2245kg

khi không lệch pha

1 0.5

Hình 3.12 Đồ thị gia tốc ghế ngồi với m 3 =2245kg

khi không lệch pha

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, chúngtôi nhận thấy quy luật dao động của khung máy kéo MTZ-80 trong liên hợpmáy kéo nông nghiệp MTZ và rơmoóc chở gỗ khi di chuyển trên đường vậnchuyển 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 , 2 đều tuân theo quy luậtbiến thiên của hàm số điều hòa

- Đối với thành phần lắc ngang 2 : Từ hình 3.5 và 3.9 ta thấy dưới tácdụng của mặt đường mấp mô dạng hinh Sin, góc 2 có biên độ dao động rấtnhỏ Mặt khác, máy kéo MTZ-80 có ghế ngồi người lái được đặt ở trên trụcdọc tại vị trí cầu sau Do đó lắc ngang 2 không ảnh hưởng đến rung động củaghế Vì vậy, có thể bỏ qua dao động này khi xét ảnh hưởng của dao động tácđộng đến người lái Điều này cũng phù hợp với kết luận của một số tác giả đãnghiên cứu về tính êm dịu của ghế ngồi người lái máy kéo [40]

Như vậy, trong các thành phần kích động của khung máy kéo đến ghếngồi người lái chỉ còn thành phần dao động thẳng đứng và thành phần lắc dọc

2 Theo mô hình của MTZ và rơmoóc chở gỗ (hình 3.1) ta có dao động tại vịtrí đặt ghế:

Từ đồ thị hỡnh (3.11) – (3.13) ta thấy tại vị trớ đặt ghế ngồi cú cỏc đại lượngđặc trưng của dao động được liệt kờ trong bảng 3.5 Dao động này cũng làhàm điều hòa đ-ợc biểu diễn dạng hình sin(Ω t):

tần số tổng hợp của các tần số dao động thẳng đứng Z và

Bảng 3.5: Giỏ trị cỏc đại lượng đặc trưng của dao động

điểm đặt ghế ngồi khi khụng tải

Ω =5.65f=1.80

Ω =11.3f=2.5

Ω =15.7f=3.4

Ω =21.36f=4.35

Ω =27.3

6

Khi t¶i: m3 =3245 kg7

Từ các số liệu trong bảng 3.5 ta thấy:

Khi không tải nếu tăng tốc độ chuyển động của máy kéo thì biên độ,vận tốc và gia tốc dao động của điểm đặt nghế ngồi đều tăng, nhưng với tốc độtrên 15 km/h thì các giá trị này lại có xu hướng giảm Quy luật này được biểuthị trên hình 3.3

140 120

100 80 60

40 20 0 0

Quan hệ giữa vận tốc điểm đặt ghế với v

8 7

Hỡnh 3.13: Quan hệ giữa cỏc đại lương đặc trung dao động điểm đặt

nghế ngồi với tốc độ mỏy kộo

- Khi tăng tải trọng trờn rơ moúc thỡ cỏc đặc trưng dao đụng của điểm

đặt ghế ngồi cú xu hướng giảm

Do đú để khảo sỏt tớnh ờm dịu và an toàn về rung cho người lỏi mỏy ta

chỉ cần xột chu kỳ LHM chuyển động khụng tải Từ hỡnh 3.3 cú thể khẳng

định rằng để cú điều kiện an tũan về rung nờn cho mỏy làm việc ở chế độ vận

tốc: v ≤ 12 km/h, hoặc v ≥ 25 km/h

3.4 Đỏnh giỏ ảnh hưởng của dao động đến người lỏi

3.4.1 Cơ sở để đỏnh giỏ

Theo [10] tớnh ờm dịu của ụ tụ, mỏy kộo trong quỏ trỡnh làm việc là một

trong những chỉ tiờu quan trọng của xe - mỏy Nú ảnh hưởng đến sức khoẻ của

người lỏi cũng như độ bền của cỏc chi tiết mỏy Độ ờm dịu chuyển động của

xe máy được đánh giá qua một số chỉ tiêu: Tần số dao động thích hợp, gia tốcdao động thích hợp và thời gian tác động của dao động.