Khảo sát ảnh hưởng độ dốc và mấp mô mặt đường

Bộ giáo dục và đào tạo

Trờng đại học nông nghiệp i
---------

---------

ĐàO HữU ĐOàN

Khảo sát ảnh hởng độ dốc và mấp mô
mặt đờng đến phản lực pháp tuyến
trên máy kéo SHIBAURA
3000A kéo
rơ moóc một trục

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngnh: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
Mã s: 60.52.14
Ngi hng dn khoa hc: PGS.TS Nông Văn Vìn

H NI - 2007


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận
văn này là trung thực và cha hề đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đ
đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đ đợc chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả

Đào Hữu Đoàn

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .i


Lời cảm ơn
Trong quá trình thực hiện đề tài này, tôi đ nhận đợc sự hớng dẫn, chỉ
bảo và giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ Điện và các thầy
cô trong trờng. Nhân dịp này, cho phép tôi đợc bày tỏ lòng biết ơn chân
thành và lời cảm ơn sâu sắc đến:
Thầy giáo PGS.TS Nông văn Vìn đ trực tiếp hớng dẫn, chỉ bảo và
giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này.
Tập thể cán bộ, giáo viên bộ môn Động Lực - Khoa Cơ Điện và toàn thể
các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Điện - Trờng Đại học Nông nghiệp I - Hà
Nội.
Các thầy cô giáo đ trực tiếp giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại
trờng và các thầy cô giáo Khoa Sau Đại Học - Trờng Đại học nông nghiệp
I- Hà Nội.
Và cho tôi chân thành cảm ơn các bạn đồng môn, các bạn đồng nghiệp
đ tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này.
Tác giả

Đào Hữu Đoàn

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .ii


Mục lục
Mở đầu ..............................................................................................................1

1. Đặt vấn đề .................................................................................................1
2. Mục tiêu của đề tài ....................................................................................2
Chơng: Tổng quan về tình hình cơ giới hoá các khâu vận chuyển và vận
xuất gỗ rừng trồng ...........................................................................................4
1.1. Tình hình cơ giới hoá lâm nghiệp..........................................................4
1.1.1. Tình hình cơ giới hoá vận chuyển vận xuất gỗ trên thế giới ...............4
1.1.2. Tình hình cơ giới hoá trong vận xuất gỗ ở Việt Nam..........................6
1.2. Hoạt động vận chuyển và điều kiện sử dụng liên hợp máy vận chuyển
lâm nghiệp .....................................................................................................8
1.2.1. Các hoạt động vận chuyển trong sản xuất lâm nghiệp ........................8
1.2.2. Điều kiện sử dụng liên hợp máy vận chuyển lâm nghiệp....................9
1.2.3. Dạng mặt đờng xác định..................................................................10
1.2.4. Dạng mặt đờng biến đổi ngẫu nhiên................................................12
1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................17
1.3.1.Mục tiêu của luận văn.........................................................................17
1.3.2. Nhiệm vụ của luận văn ......................................................................17
Chơng II: Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu....................................19
2.1. Đối tợng nghiên cứu ...........................................................................19
2.2. Phơng pháp nghiên cứu......................................................................21
2.2.1. Phơng pháp giải tích ........................................................................21
2.2.2. Phơng pháp mô hình hoá .................................................................21
2.2.3. Phơng pháp ma trận chuyển tiếp......................................................23
Chơng III: Xây dựng mô động lực học liên hợp máy Kéo liên hợp với rơ
mooc một cầu .................................................................................................26
3.1. Đặt vấn đề.............................................................................................26
Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .iii


3.2. Tính ổn định dọc liên hợp máy kéo liên hợp với rơ mooc một cầu......27
3.2.1. Xác định phản lực pháp tuyến của mặt đờng tác dụng lên cầu trớc

của máy kéo.................................................................................................27
3.2.2. Tính toán xác định tọa độ trọng tâm của moóc. ................................32
3.3. ảnh hởng mấp mô mặt đờng đến phản lực pháp tuyến trên máy kéo
kéo rơ-mooc một cầu ...................................................................................35
3.3.1. Xây dựng mô hình động lực học của liên hợp máy..........................35
3.3.1.1. Các giả thiết ....................................................................................35
3.3.1.2. Mô hình động lực học khi liên hợp máy chuyển động trên mặt
phẳng ngang.................................................................................................35
3.3.1.3. Lập các hàm động năng, hàm thế năng và hàm hao tán của cơ hệ:39
3.3.1.4. Lập phơng trình dao động theo hàm Lagrange loại II:.................43
3.3.1.5. Thuật giải ảnh hởng của mặt đờng mấp mô đến động lực học của
liên hợp máy kéo..........................................................................................48
3.4. Xây dựng lu đồ thuật giải trên máy tính...........................................58
3.5. Nhận xét chơng...................................................................................59
Chơng IV: Khảo sát ảnh hởng độ dốc và mấp mô mặt đờng đến phản
lực pháp tuyến trên MK SHIBAURA3000A kéo rơ moóc một cầu ......60
4.1. ảnh hởng của một số yếu tố đến tải trọng chuyên chở cho phép theo
điều kiện duy trì điều kiện lái......................................................................60
4.1.1 ảnh hởng hệ số bám ....................................................................60
4.1.2 ảnh hởng chiều dài gỗ Lg ...............................................................61
4.2. ảnh hởng của mấp mô mặt đờng đến phản lực phản lực pháp
tuyến .............................................................................................. 62
4.3. Nhận xét chơng...................................................................................68
Kết luận và kiến nghị ....................................................................................69
Kết luận........................................................................................................69
Kiến nghị .....................................................................................................70
Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .iv


Danh mục các bảng

Bảng 1.1. Trang bị thiết bị vận tải cho nông, lâm nghiệp (năm 1983)..............7
Bảng 1.2. Trang bị thiết bị vận tải cho nông, lâm nghiệp (năm 1995)..............7
Bảng 2.1. Thông số kĩ thuật máy kéo Shibaura-3000A..................................20
Bảng 2.2. Thông số kĩ thuật Rơ-mooc RMH-3000 .......................................20
Bảng 4.1. ảnh hởng hệ số bám đến góc dốc giới hạn khi Q=2000 kG........60
Bảng 4.2. ảnh hởng chiều dài gỗ đến tải trọng cho phép Qcp
khi góc dốc =100 và hệ số bám =0.7..........................................................62
Hình 4.2 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc trọng lợng gỗ cho phép ................62
với hệ số bám = 0.7, Lg=5m.........................................................................62
Bảng 4.3. Tổng hợp các kết quả khảo sát sự ảnh hởng của mấp mô mặt
đờng đến các phản lực pháp tuyến của liên hợp máy ....................................66

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .v


Mở đầu
1. Đặt vấn đề
Rừng nớc ta bị tàn phá nặng nề trong chiến tranh, sau chiến tranh do
quản lí nhà nớc còn nhiều bất cập, nên nạn lâm tặc hoành hành, cuộc sống du
canh du c của đờng bào dân tộc thiểu số và những dòng ngời di dân tự do
đ chặt cây đốt rừng làm nơng rẫy. Trong những năm đổi mới, rừng và đất
rừng cũng bị thu hẹp để trồng cây công nghiệp nh : cà phê, cao su.v.v.. Để
khắc phục tình trạng trên, trong nhiều thập niên Việt Nam chúng ta đ tích
cực trồng rừng, nhất là sau hai mơi năm đổi mới nớc ta đ từng bớc hoàn
chỉnh cơ chế rừng và đất rừng có chủ. Ngày nay trên cả nớc hầu hết diện tích
đất rừng là rừng trồng. Vì vậy vấn đề cơ giới hoá trong việc trồng, chăm sóc
và khai thác gỗ rừng trồng nhằm nâng cao năng suất là rất cần thiết.
Để phát triển kinh tế từ một nớc nông nghiệp lạc hậu trong thời kì đầu
chúng ta chủ trơng phát triển kinh tế nhiều thành phần trong đó có kinh tế hộ
gian đình, kinh tế tập thể. Trong lĩnh vực lâm nghiệp các máy móc lâm nghiệp

công suất nhỏ và vừa rất thích hợp đối với các thành phần kinh tế này.
Máy kéo Shibaura là loại công suất nhỏ rất thích hợp với nguồn vốn đầu
t của hộ gia đình, các trang trại có quy mô nhỏ và vừa, ngoài ra loại đầu kéo
này cũng tiện lợi đối với các đơn vị vận tải lớn khi bố trí loại máy này ở khâu
thu gom từ nơi khai thác đến vị trí đầu mối có đờng xá tốt cho các loại xe
vận tải hạng trung và hạng nặng. Máy kéo SHIBAURA3000A do Nhật sản
xuất, là loại máy kéo 2 cầu chủ động có công dụng chính để thực hiện cơ giới
hóa nông nghiệp ở khu vực đờng bằng. Đề tài cấp nhà nớc KC.0726 đ lựa
chọn loại máy này làm mẫu máy cải tiến để thực hiện cơ giới hóa lâm nghiệp
trên vùng đồi dốc, trong đó có khâu vận chuyển gỗ rừng trồng.

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .1


Để thực hiện khâu vận chuyển gỗ rừng trồng, đề tài KC.0726 đ thiết
kế, chế tạo một rơ mooc chuyên dùng RMH3000 liên hợp với máy kéo
SHIBAURA3000A. Đây là loại rơ mooc một trục chủ động, đợc dẫn động
hệ thống truyền động thủy lực từ trục thu công suất của máy kéo. Các kết quả
nghiên cứu ban đầu đ khẳng định tính u việt của loại liên hợp máy này khi
vận chuyển trên các đờng đồi dốc lâm nghiệp và có triển vọng áp dụng vào
thực tế sản xuất.
Tuy nhiên, để có thể đa loại liên hợp máy này vào thực tiễn sản xuất
trên vùng đồi dốc, cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện kết cấu và
công năng cho phù hợp với các điều kiện sử dụng khác nhau. Trong khai thác
gỗ rừng trồng đờng xá thờng là dốc và mấp mô không bằng phẳng, ảnh
hởng đến tính năng cơ động, tính ổn định và an toàn chuyển động của liên
hợp máy. Trong điều kiện này việc lái thờng không thuận lợi nhiều khi nguy
hiểm nên cần có nghiên cứu một cách khoa học về hệ thống di chuyển, hệ
thống treo để có thể khai thác thiết bị một cách an toàn và năng xuất nhất.
Với những lý do trên, tác giả lựa chọn đề tài luận văn:

Khảo sát ảnh hởng độ dốc và mấp mô mặt đờng đến phản lực pháp tuyến
trên máy kéo SHIBAURA3000A kéo rơ moóc một trục.
2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu phản lực pháp tuyến của mặt đờng tác dụng lên liên hợp
máy kéo Shibaura3000A liên hợp với rơ mooc một cầu RMH3000 nhằm
mục đích:
Đa ra cơ sở xác định khả năng duy trì điều khiển lái và chuyển động
ổn định, êm dịu của liên hiệp máy khi vận chuyển trên đờng lâm nghiệp.

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .2


Góp phần xây dựng cơ sở khoa học khai thác có hiệu quả loại liên hợp
máy máy này khi vận chuyển gỗ rừng trồng ;
Góp phần xây dựng cơ sở khoa học để tính toán tối u các thông số
kết cấu và chế độ làm việc của liên hợp máy vận chuyển gỗ.

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .3


Chơng i
Tổng quan về tình hình cơ giới hoá
các khâu vận chuyển và vận xuất gỗ
rừng trồng
1.1. Tình hình cơ giới hoá lâm nghiệp
1.1.1. Tình hình cơ giới hoá vận chuyển vận xuất gỗ trên thế giới
Cơ giới hoá lâm nghiệp trên thế giới phát triển dựa trên thành tựu của cơ
giới hoá là sự thay thế sức lao động của con ngời bằng máy móc để thực hiện
nhanh chóng, với năng suất và hiệu quả cao những công việc nặng nhọc. Hiệu
quả lao động của nó thể hiện ở chỗ, một ngời với tầm vóc và sức lực có hạn

của mình có thể vận hành đợc những cỗ máy có năng suất và hiệu quả bằng
nhiều ngời cộng lại, thời gian lao động và tăng năng suất lớn, tốc độ cao của
máy móc để giảm đợc thời gian lao động và tăng năng suất.
Đối với máy kéo nói chung, máy kéo lớn nói riêng đ đợc nhiều nhà
khoa học nghiên cứu và đợc công bố. Các công trình nghiên cứu này thờng
là xây dựng cơ sở lý thuyết về động lực học hoặc dạng mô hình toán. Các
công trình này mang đến những thành tựu to lớn cho lĩnh vực ôtô - máy kéo
làm cơ sở cho các cán bộ chuyên môn triển khai áp dụng. Tuy nhiên đối với
các loại máy kéo nhỏ thì lại ít đợc quan tâm, đặc biệt là các công trình
nghiên cứu mang đặc thù lâm nghiệp thì càng hạn chế.
Để thu gom gỗ từ nơi chặt hạ ra các b i tập chung, tuỳ theo điều kiện
của mỗi nớc và mỗi vùng sản xuất khác nhau mà có thể áp dụng các hình
thức vận xuất gỗ khác nhau sau đây [1]:
- Vận xuất bằng thủ công.

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .4


- Vận xuất gỗ bằng máng lao.
- Vận suất gỗ bằng tời.
- Vận xuất gỗ bằng đờng cáp trên không.
- Vận xuất gỗ bằng máy kéo.
- Vận xuất gỗ bằng khinh khí cầu hoặc máy bay trực thăng.
Các nớc công nghiệp phát triển thờng áp dụng công nghệ và thiết bị
tiên tiến để cơ giới hoá khâu vận xuất, bốc dỡ và vận chuyển gỗ ở những vùng
khai thác gỗ tập trung và có sản lợng cao. Các nớc đang phát triển thờng
áp dụng công nghệ cổ điển hoặc công nghệ trung bình để khai thác gỗ và vận
xuất gỗ. Tùy theo điều kiện của mỗi nớc, mỗi vùng khai thác mà có thể áp
dụng kết hợp những hình thức thủ công với hình thức cơ giới, giữa công nghệ
khai thác trung bình với công nghệ khai thác tiên tiến.

Hiện nay, cơ giới hoá trong sản xuất lâm nghiệp chiếm tỷ lệ rất cao,
phần lớn những công việc nặng nhọc mà con ngời phải đảm nhiệm trớc đây
thì bây giờ đ đợc thay thế bằng máy móc. Nhiều nớc trên thế giới, các hoạt
động sản xuất lâm nghiệp chủ yếu là sử dụng một lợng nhỏ lao động để điều
khiển các hệ thống máy móc và các thiết bị cơ giới hiện đại. Tỷ lệ lao động cơ
giới hóa cao trong sản suất lâm nghiệp ở các nớc tiên tiến chiếm hơn 50%.
Thí dụ ở Pháp là 90%, Mỹ là 35%, Tây Đức 75%, Liên Xô 60%...
Trong sản xuất lâm nghiệp, máy kéo đóng vai trò hết sức quan trọng bởi
vì chúng có những đặc điểm phù hợp với điều kiện sản xuất trong lâm nghiệp
nh:
+ Khả năng di chuyển linh hoạt trên mọi địa hình, đờng sá nhờ kích
thớc nhỏ gọn.
+ Khả năng kéo bám tốt nhờ kết cấu đặc biệt của các bánh chủ động.

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .5


+ Việc điều chỉnh tốc độ dễ dàng trong phạm vi lớn nhờ có hệ thống
truyền lực đợc thiết kế với nhiều cấp truyền khác nhau, dải tốc độ nằm trong
khoảng từ 4 - 33 km/h.
+ Các loại máy kéo có nhiều loại với công suất khác nhau, thờng nằm
trong khoảng từ 7 - 80 m lực [6].
+ Việc điều khiển máy kéo và các bộ phận khác cũng khá dễ dàng.
+ Chăm sóc, bảo dỡng thuận tiện, đơn giản.
Để đáp ứng các yêu cầu vận chuyển gỗ, ở các nớc công nghiệp phát
triển đ chế tạo và đa vào sử dụng các loại máy kéo chuyên dùng đặc trng
cho vận xuất, vận chuyển lâm sản nh: LKT 80 do Tiệp Khắc sản xuất,
VOLVO - Thuỵ Điển, KOMATSU - Nhật Bản.v.v.. Các loại máy kéo này có
khả năng bám rất tốt nhờ hệ thống di chuyển kiểu d i xích. Ngoài việc vận
chuyển chúng còn có các chức năng gom gỗ, xếp gỗ và bốc dỡ gỗ. Tuy nhiên,

chúng có cấu tạo phức tạp, phụ tùng thay thế khó khăn, vốn đầu t lớn và giá
thành khá cao. Chúng chỉ phù hợp với những cơ sở lâm nghiệp quy mô lớn và
thích ứng với các khu khai thác gỗ và lâm sản tập trung có khối lợng lớn, cự
ly vận chuyển không dài..
1.1.2. Tình hình cơ giới hoá trong vận xuất gỗ ở Việt Nam
Máy móc cơ khí hoá nông lâm nghiệp đợc du nhập vào nớc ta khá
muộn, khoảng cuối những năm 50 đầu những năm 60 của thế kỷ 20, và chủ
yếu đợc tập trung ở miền Bắc vì miền Nam còn bị chia cắt. Sau năm 1975 khi
đất nớc hoàn toàn thống nhất, cơ khí hoá nông lâm nghiệp đợc đẩy mạnh
trên toàn quốc nhng đến giữa và cuối những năm 80, cơ khí hoá nông nghiệp
có phần bị giảm sút do điều kiện sản xuất và trình độ khoa học kỹ thuật của ta
còn hạn chế [6]. Tính từ năm 1955 đến 1975 đ trang bị đợc số lợng máy
kéo là: 7000 máy kéo lớn, 2500 máy kéo cỡ trung và khoảng 15000 máy kéo
nhỏ.

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .6


Từ năm 1976 đến 1985, đây là giai đoạn sau khi đất nớc hoàn toàn
thống nhất, cơ giới hoá nông nghiệp đợc Đảng và nhà nớc chú trọng phát
triển trên phạm vi toàn quốc. Trong giai đoạn này, máy móc cơ giới hoá vẫn
chủ yếu tập trung vào các lĩnh vực trong sản xuất nông nghiệp và đ sử dụng
máy móc để phục vụ khâu vận chuyển. Các loại máy móc trong giai đoạn này
là máy kéo, ôtô, động cơ nổ, động cơ điện... cụ thể số lợng máy móc cơ giới
hoá đợc trang bị trên toàn quốc [6] là:
Trong giai đoạn này (1983) các đơn vị khai thác gỗ quốc doanh thờng
sử dụng một số loại máy kéo, ô tô nhập ngoại để vận chuyển gỗ nhng mức
độ còn rất hạn chế.
Bảng 1.1. Trang bị thiết bị vận tải cho nông, lâm nghiệp (năm 1983)
TT

Loại máy

Đơn vị

Cả nớc

Miền Bắc

Miền Nam

1

Máy kéo lớn

chiếc

18.224

6.820

11.404

2

Máy kéo nhỏ

chiếc

16.696

6.261

10.435

3

Ô tô tải

chiếc

2.020

993

1.027

Bảng (1.2) thống kê số lợng thiết bị vận tải trang bị chung cho ngành
nông, lâm nghiệp (năm 1995)
Bảng 1.2. Trang bị thiết bị vận tải cho nông, lâm nghiệp (năm 1995)
TT

Loại máy

Đơn vị

Số lợng

Tổng công suất (m lực)

1

Máy kéo lớn

chiếc

28.630

1.307.630

2

Máy kéo nhỏ

chiếc

72.286

788.680

3

Ô tô tải

chiếc

20.163

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .7

Sang giai đoạn này (1995), vận chuyển lâm nghiệp đợc phát triển
mạnh mẽ.
Đất lâm nghiệp nớc ta với tổng diện tích khoảng 11,575 triệu ha, trong
đó rừng tự nhiên chiếm 90,8% và rừng trồng là 9,2%. Ngoài diện tích của các
lâm trờng quốc doanh, một lợng không nhỏ đất rừng do các hộ gia đình
quản lý. Các hộ gia đình sản xuất lâm nghiệp thờng ít sử dụng máy móc do
điều kiện kinh tế còn thấp mà giá cả của các thiết bị máy móc lại cao, việc cơ
giới hóa chỉ tập trung ở một số lâm trờng quốc doanh [6].
Đến năm 1998 các lâm trờng đ trang bị máy khai thác vận chuyển gỗ
số lợng ôtô-máy kéo là khoảng 4.700 chiếc.
Đến nay (năm 2007) tình hình cơ giới hoá ngành nông nghiệp nói
chung và lâm nghiệp nói riêng của ta đ phát triển vợt bậc, các loại thiết bị
vận tải sản suất trong nớc cũng nh nhập ngoại rất phong phú và giá cả
không cao, vì vậy hầu nh toàn bộ khâu vận xuất gỗ đ đợc cơ giới hoá.
1.2. Hoạt động vận chuyển và điều kiện sử dụng liên
hợp máy vận chuyển lâm nghiệp
1.2.1. Các hoạt động vận chuyển trong sản xuất lâm nghiệp
Việc vận chuyển lâm sản ở nớc ta hiện nay chủ yếu sử dụng hai hình
thức vận chuyển là vận chuyển bằng đờng bộ và đờng thủy. Vận chuyển gỗ
nói riêng và vận chuyển lâm sản bằng đờng thủy nói chung ở nớc ta có
nhiều thuận lợi, hệ thống sông ngòi phân bố rộng khắp với mật độ dày đặc tạo
thành một mạng lới đờng vận chuyển trong phạm vi toàn quốc. Ngoài ra
còn có trên 2000 km đờng bờ biển và rất nhiều bến cảng để xuất nhập khẩu
hàng hoá bằng đờng thủy.
Các loại sản phẩm nh gỗ và tre nứa có thể đợc vận chuyển bằng cách
đóng bè và cho di chuyển dọc theo các con sông và kênh mơng. Vận chuyển
theo kiểu lợi dụng năng lợng của dòng chảy có giá thành rất rẻ nhng thời gian
Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .8

vận chuyển lại kéo dài. Hiện nay vận chuyển bằng đờng thủy đang sử dụng các
loại tàu thuyền có tải trọng lớn để di chuyển trên các con sông và biển. Với số
lợng phơng tiện rất lớn thì lợng hàng hoá đợc vận chuyển bằng đờng thuỷ
là đáng kể, chiếm một phần lớn khối lợng hàng hoá cần vận chuyển.
Nhờ tính chất cơ động các phơng tiện vận chuyển của đờng bộ nên
nó rất thích hợp cho việc vận chuyển gỗ và lâm sản. Các phơng tiện vận
chuyển đờng bộ ngày càng đi sâu vào các vùng rừng núi hiểm trở nhờ có các
loại đờng cấp 2, cấp 3 đợc xây dựng với chi phí thấp hơn rất nhiều so với
các tuyến đờng quốc gia. Vì vậy, vận chuyển bằng đờng bộ ngày một chiếm
u thế hơn.
Vào những năm cuối thế kỷ trớc sản xuất lâm nghiệp, các hoạt động
vận chuyển đ rất phong phú. Các loại ôtô với công suất lớn nhỏ đợc sử dụng
rất nhiều. Các loại phơng tiện này thờng đợc thiết kế để vận chuyển trên
đờng tơng đối bằng phẳng, kích thớc của chúng cũng tơng đối lớn, giá
thành khá cao nên giá thành vận chuyển rất cao. Khi đa vào hoạt động trong
điều kiện địa hình rất phức tạp, các con đờng nhỏ nên chúng không phát huy
đợc hiệu quả và có nhiều trờng hợp không làm việc đợc.
Vận chuyển gỗ lâm nghiệp đ ngày càng hiện đại. Ngày nay đ có nhiều
loại phơng tiện vận tải đợc sản xuất chế tạo lắp ráp trong nớc kết hợp nhập
khẩu với số lợng tăng gấp nhiều lần so với những năm cuối của thế kỷ trớc.
Liên hợp máy kéo Shibaura-3000A, rơ moóc RMH-3000 cũng thuộc loại
này.
1.2.2. Điều kiện sử dụng liên hợp máy vận chuyển lâm nghiệp
Tuỳ theo quy mô sản xuất, địa hình đờng xá, đối tợng vận chuyển là
các loại gỗ có kích thớc nh thế nào mà trang bị các loại thiết bị vận tải cho
phù hợp, nơi có đờng xá cần khai thác khối lợng lớn có thể dùng ôtô, địa
hình khó khăn có thể dùng máy kéo bánh xích kết hợp với tời kéo...

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .9

Rừng tự nhiên và rừng trồng nớc ta chủ yếu ở đồi núi có địa hình địa chất rất
phức tạp chủ yếu là dốc cao, sông, suối và sỏi đá vì vậy phơng tiện vận xuất gỗ
cũng phải đa đạng và hầu hết phải là các liên hợp máy có nhiều tính năng vận tải
để đáp ứng các điều kiện tự nhiên rất khắc nghiệt của nớc ta.
Liên hợp máy kéo Shibaura-3000A, rơ moóc RMH-3000 cũng nh các
loại máy liên hợp tơng tự có nhiều khả năng vận tải phù hợp với các vùng đồi
núi có độ dốc vừa phải, bề mặt có độ mấp mô nhỏ, nền tơng đối ổn định cần
đợc nghiên cứu toàn diện để chủ động khai thác các loại liên hợp này có hiệu
quả nhất.
1.2.3. Dạng mặt đờng xác định
1/Dạng mặt đờng có chớng ngại vật đơn chiếc
Trong khi di chuyển, liên hợp máy nhiều khi phải vợt qua chớng ngại
vật. Khi đó các quá trình chuyển tiếp động lực học biến đổi khá lớn, có khả
năng bật bánh xe khỏi mặt đờng làm mất ổn định của liên hợp máy gây rung
động cho ngời lái máy.
q
q0

q
q0

0

0

S0

S

a,

S0

b,
q
q0

q0
0

S

S
S0

0
S

c,
d,
Hình 1.1 .Một số chớng ngại vật thờng gặp
a. Mô đất;

b.Bờ ruộng; c. Đờng cày của máy kéo;

d. Vật cản

Trên hình 1.1 trình bầy một số trớng ngại vật đơn chiếc thờng gặp,

các thông số cần xác định là chiều cao vật cản q0, chiều dài của vật cản S0 và
quy luật biến đổi chiều cao của vật cản. Có thể biểu diễn các sơ đồ này bằng
các hàm số xác định.
Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .10


Vật trớng ngại là mô đất (hình 1.2.a):

2
q0
s ) Khi 0 S S 0
(1 cos
s0
q= 2
0 KhiS > S
0


(1.1)

Trong đó: q0 = 0,1 ữ 0,3 m ; S0 = 0,5 ữ 1,5 m
Vật trớng ngại giữa hai bờ ruộng (hình 1.4.b):

2

S ), KhiS < 0
q0 (1 cos
S0
q=
q KhiS > 0

0

(1.2)

Vật trớng ngại là đờng lên bờ của máy kéo (hình 1.4.c):

2
q0
S ) Khi 0 S S 0
(1 cos
S0
q=2
q KhiS > S
0
0

(1.3)

Trong đó: q0 = 0,3 ữ 0,6 m ; S0 = 1,6 ữ 2 m
Vật trớng ngại là vật cản dạng bậc (hình 1.4.d):

0khiS < 0
q=
q0 khiS 0

(1.4)

Trong đó q0 = 0,1 ữ 0,2 m.
Trong các công thức (1.1), (1.2), (1.3), (1.4) ta có:
S chiều dài mặt đờng.

S0 bớc sóng mấp mô mặt đờng.
H0 biên đô mấp mô mặt đờng.
2/ Dạng mặt đờng biến đổi tuần hoàn
Theo yêu cầu kỹ thuật nông học thì trong quá trình khai thác đờng
phải đợc san phẳng, các hố đất phải đợc lấp đầy. Mặc dù có những biến đổi
bề mặt do tác động của ma gió Song tính chất chu kỳ vẫn rõ rệt, có thể
diễn tả bằng các hàm tuần hoàn thờng gặp:
Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .11


q
q0

q
q0

q
q0

0

S

0

0
S0

S0

S
S0

S

a,
b,
c,
Hình 1.2: Một số trắc diện mặt đờng, mặt đờng có biến đổi tuần hoàn
a,b:luống cây trồng cạn;

c: luống có bề rộng lớn

Mặt đờng là các r nh ( hình1.2.a)

q = q0 sin

2
S
S0

Khi S 0

( 1.5)

Khi S 0

( 1.6)

Hoặc (hình 1.2.b)

q=

q0
2
(1 cos
S)
2
S0

Khi liên hợp máy làm việc trên đờng có bề rộng lớn (hình 1.2.c), trắc
diện mặt đờng trong trờng hợp này có dạng điều hoà:

q0 n
2
2
q = + qs1 sin i
S + qc1 cos i
2 i =1
S0
S0


S ;


(1.7)

Trong đó:
q là hàm số mấp mô của mặt đờng;

S qu ng đờng;
q0 độ cao của mấp mô; theo [13] q0 = 0,2 ữ 0,35 m.
S0 bớc của mấp mô, có thể lấy S0 = 0,85 ữ 1,5 m;
qs1, qc1 là các hằng số tuỳ thuộc vào trắc diện mặt đờng.
1.2.4. Dạng mặt đờng biến đổi ngẫu nhiên
Do tác động của khí hậu thời tiết, cấu trúc của vật liệu làm đờng, tác
dụng lực tơng hỗ giữa các bánh xe và bộ phận làm việc của liên hợp máy và

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .12


đất, tác dụng của con ngời nên trắc diện mặt đờng có tính chất biến đổi
ngẫu nhiên và đợc coi là đại lợng ngẫu nhiên. Để bài toán không quá phức
tạp, với mức độ chính xác đủ và cũng không mất đi tính tổng quát, các kích
động tổng hợp của mấp mô mặt đờng, đợc xem là đồng nhất về mặt thống
kê, nghĩa là coi chúng là những hàm ngẫu nhiên.
Các đặc trng thống kê của mặt đờng, cần xác định của trắc diện mặt
đờng, có dạng là hàm ngẫu nhiên là kỳ vọng toán mq, phơng sai Dq, hàm
tơng quan Kq(s*). Với các hàm ngẫu nhiên, kỳ vọng toán mq, phơng sai Dq
là các hằng số, còn hàm tơng quan chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai
điểm quan sát.
Việc xác định đặc trng thống kê của một số trắc diện mặt đờng nơi
máy kéo thờng qua lại thuộc vùng đồi núi đ đợc một số tac giả nghiên cứu
và đ thu đợc một số kết quả nhất định .
Các đặc trng thống kê của mặt đờng, mặt đờng đợc diễn tả bởi biểu
thức sau:

1
S s
0

q ( s ) ds;

(1.8)

1
S s
0

[q (s)] ds;

(1.9)

mq = lim

Dq = lim

s0

0

s0

0

1
S s
0

K q ( s*) = lim

2

0



s0

0

q 0 ( s)q 0 ( s + s*)ds;

(1.10)

Trong đó:
S0 qu ng đờng khảo sát;
q(s) hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đờng;
q0(s)hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đờng, mặt đờng đ trung tâm hoá;
q0(s)=q(s) mq;
s là chiều dài qu ng đờng của điểm quan sát;
s* - qu ng đờng giữa hai lần quan sát.
Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .13


Nếu trong qu ng đờng giới nội đủ lớn, các tích phân trên đợc thay thế
bằng các tổng hữu hạn có dạng:
v

mq = P(q j )q j

(1.11)

j =0

v

[ ]

Dq = P(q 0j ) q 0j ;
2

(1.12)

j =0

1
Kq (à ) =
N à

N à

q q
n =1

0 0
n n+à

;

(1.13)

v số khoảng chia độ cao trớng ngại qj;
qj giá trị biên độ mấp mô mặt đờng;
P(qj)- tần suất xuất hiện độ cao qj trong phép đo;
P(q0j)- tần suất xuất hiện độ cao qj0 trong phép đo;
à = 1,2,., à0; với à0 = S*/;
n = 1,2,., à0; với n0 = S0/;
N khoảng chia; với N = S0/;
- chiều dài khoảng đo (bớc tính).
Trong tính toán thí nghiệm chiều dài qu ng đờng khảo sát đợc quy
định tối thiểu S0 = 10.Smax;
Smax - là bớc sóng lớn nhất của các mấp mô nghĩa là khoảng cách
lớn nhất giữa hai điểm có cùng tung độ không liên tiếp;
Bớc tính đợc chọn từ công thức

=

S min
;
20

Smin bớc sóng nhỏ nhất của các mấp mô;
Chiều dài khoảng đo đợc xác định trực tiếp trong quá trình đo đạc sao
cho trên mỗi bớc tính hàm số biến đổi ít nhất;
qn0, q 0n + à - hàm mấp mô mặt đờng trung tâm hoá tại vị trí n. và (n+à). .
Trong thí nghiệm với mặt đờng đ lựa chọn qu ng đờng cần khảo sát:

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .14


+ Với mặt ruộng lúa sau thu hoạch: S0 = 100m;
+ Bớc tính = 10 cm
Với hàm tơng quan theo (1.12) và (1.13) khi S * = 0 có giá trị lớn nhất
và đó chính là phơng sai Dq=Kq(0) của hàm mấp mô mặt đờng. Từ đó ta xác
định hàm tơng quan chuẩn hoá:

(S ) =
*

K q (S * )
K q (0)

=

K q (S * )
Dq

;

(1.14)

Để giải quyết các bài toán dao động ngẫu nhiên, các hàm tơng quan
thu đợc từ thực nghiệm cần đợc diễn tả gần đúng bằng các hàm giải tích
thích hợp. Các hàm tơng quan chuẩn hoá đợc biểu diễn dới dạng:
n

( S ) = Ai e

*

i S *

i =1

Cos i S +
*

m

Ae

i = n +1

i

i S *

Sin i S * ; (1.15)

Trong đó: Ai,i,i: là các hệ số.
Trong trờng hợp mặt đờng nông thôn và mặt đờng đồi núi sử dụng hai
dạng đơn giản sau đây của hàm tơng quan chuẩn hoá [14] :

(S ) = e
*

(S ) = e
*

i S*

(1.16)

;

i S *

Cos s;

(1.17)

ở đây , là các hệ số tơng quan và đợc xác định theo phơng pháp
*

bình phơng bé nhất. Gọi S1 là chu kỳ trung bình của hàm tơng quan chuẩn
hoá khi đi qua mức không theo biến S * , ta có:

1 ( S * ) = ( S1* ) = 1 ; 0 = (0);

=

1
0
ln
*
1
S1

=

(1.18)

2
*
S1

(1.19)

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .15


Trong các tính toán dao động của máy kéo, giả thiết liên hợp máy
làmviệc với vận tốc không đổi (v=const), ngời ta thờng biểu diễn hàm tơng
quan theo biến thời gian (t=S/v):

K q ( ) = Dq e



K q ( ) = Dq e



;

(1.20)

Cos ;

(1.21)

Trong đó: là khoảng thới gian giữa hai lần quan sát.
ảnh hởng của vận tốc tiến máy kéo đến các hệ số tơng quan đợc
xem là tuyến tính, có dạng:
=1.v;
Với

=1.v;

1 , 1 là các hệ số tơng quan khi v =1m/s.

Hiện nay các tiêu chuẩn phân loại đờng xá nhất là đờng nông thôn và
đồi núi không phù hợp cho việc nghiên cứu dao động của liên hợp máy. Do
đặc điểm của sản xuất nông nghiệp việt Nam, mức độ đầu t xây dựng cơ sở
hạ tầng còn thấp nên đờng xá nông thôn và đồi núi, mặt đờng chất lợng
còn xấu, nhỏ hẹpgây bất lợi cho sự làm việc ổn định của liên hợp máy. Hơn
nữa các thông số của đờng xá, mặt đờng cần thiết cho quá trình tính toán
động lực học cha đợc đầu t nghiên cứu, khảo sát cụ thể. Vì vậy cần thiết
phải có những khảo sát, nghiên cứu và phân loại các dạng mặt đờng, mặt
đờng nơi mà máy kéo thờng xuyên qua lại theo hớng các bài toán động
lực học đặt ra.
Một số nhận xét chơng:
Các công trình nghiên cứu động lực học của máy kéo ở nớc ta đ
xuất hiện nhiều trong những năm gần đây có thể nhận xét rằng : các chế độ
động lực học của của liên hợp máy nông nghiệp đ đợc nghiên cứu theo từng
phần với các vấn đề riêng biệt bằng lý thuyết hoặc thực nghiệm và đ đạt đợc

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .16

kết quả đáng kể, tuy nhiên các mô hình nghiên cứu cha mô tả đầy đủ các tính
chất hoạt động của LHM.
Liên hợp máy làm việc trong điều kiện mặt đờng có trắc diện lớn
thay đổi theo cả phơng chuyển động ngang và dọc. Để phù hợp với điều kiện
kết cấu làm việc của LHM phụ thuộc điều kiện kích động mặt đờng tới các
chỉ tiêu làm việc rất lớn, cần phải nghiên cứu bằng mô hình động lực học,
khảo sát mức độ ảnh hởng của các thông số khối lợng, trọng tâm của máy
rơ mooc , các kích thớc của rơ mooc, các tính chất mặt đờng tới các tính
chất của liên hợp máy vận chuyển.
1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
1.3.1.Mục tiêu của luận văn
Qua kết quả phân tích tổng quan đ trình bày ở trên mục đích của luận
văn là khảo sát một số tính chất động lực học của máy kéo Shibaura3000A
khi liên hợp với rơ mooc một trục nhằm mục đích:
Đa ra cơ sở xác định khả năng duy trì điều khiển lái và chuyển động
ổn định, êm dịu của liên hiệp máy khi vận chuyển trên đờng lâm nghiệp.
Góp phần xây dựng cơ sở khoa học khai thác có hiệu quả loại liên hợp
máy máy này khi vận chuyển gỗ rừng trồng ;
Góp phần xây dựng cơ sở khoa học để tính toán tối u các thông số
kết cấu và chế độ làm việc của liên hợp máy vận chuyển gỗ.
1.3.2. Nhiệm vụ của luận văn
Thực hiện mục tiêu trên, luận văn đ giải quyết các vấn đề sau:

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .17


Xây dựng mô hình nghiên cứu một số tính chất động lực học của liên
hợp máy máy kéo Shibaura3000A liên hợp với rơ mooc một cầu RMH3000

khi thực hiện vận chuyển gỗ rừng trồng.
Xây dựng thuật giải chơng trình tính toán một số thông số động lực
học theo mô hình đ xây dựng.
Khảo sát ảnh hởng của độ mấp mô mặt đờng, tốc độ chuyển động
của máy kéo, khối lợng vận chuyển, độ dốc mặt đờng đến tính chất động
lực học của liên hợp máy.

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .18


Chơng iI
đối tợng và phơng pháp nghiên cứu
2.1. đối tợng nghiên cứu
Đối tợng nghiên cứu của đề tài là máy kéo Shibaurra3000A do Nhật
Bản sản xuất liên kết với rơ mooc một cầu RH3000 do Đề tài KC072601
thiết kế chế tạo. ảnh chụp liên hợp máy thể hiện trên hình 2.1 và các thông số
kỹ thuật chính thể hiện trên bảng 2.1 và bảng 2.2.

Hình 2.1. Hình ảnh máy kéo Shibaura3000A và rơ mooc RMH3000
Máy kéo SHIBAURA3000A là loại máy kéo 2 cầu chủ động có công
dụng chính để thực hiện cơ giới hóa nông nghiệp ở khu vực đồng bằng.
RMH3000 là loại rơ mooc một trục chủ động, đợc dẫn động hệ thống
truyền động thủy lực từ trục thu công suất của máy kéo. Các kết quả nghiên
cứu ban đầu đ khẳng định tính u việt của loại liên hợp máy này khi vận
chuyển trên các đờng đồi dốc lâm nghiệp và có triển vọng áp dụng vào thực

Tr
ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s khoa h c K thu t .19