Nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên xe ô tô forland vận chuyển gỗ và giải pháp nâng cao độ êm dịu cho người lái

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------------

TRẦN VĂN LUYỆN

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA GHẾ NGỒI
TRÊN XE Ô TÔ FORLAND VẬN CHUYỂN GỖ VÀ GIẢI
PHÁP NÂNG CAO ĐỘ ÊM DỊU CHO NGƯỜI LÁI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------------

TRẦN VĂN LUYỆN

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA GHẾ NGỒI
TRÊN XE Ô TÔ FORLAND VẬN CHUYỂN GỖ VÀ GIẢI
PHÁP NÂNG CAO ĐỘ ÊM DỊU CHO NGƯỜI LÁI

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp
Mã Số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN NHẬT CHIÊU

Hà Nội - 2012


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Để thực hiện công cuộc CNH - HĐH đất nước, chúng ta cần phải đẩy
mạnh việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật, tăng nhanh tốc độ cơ giới
hóa cho các khâu sản xuất trên mọi lĩnh vực của nền kinh tế nói chung và
trong sản suất nông - lâm nghiệp nói riêng.
Trong những năm qua, ngành lâm nghiệp đã tiến hành cơ giới hóa
nhiều khâu của quá trình sản xuất. Một trong những khâu khá nặng nhọc,
quan trọng của dây chuyền công nghệ khai thác gỗ cần được cơ giới hóa đó là
khâu vận chuyển gỗ. Trước đây, khai thác gỗ được tiến hành chủ yếu đối với
rừng tự nhiên. Các ô tô được dùng vận chuyển gỗ trong thời gian này là
những loại xe có công suất lớn như: KAMAZ, ZIL130, MAZ... là hợp lý và
đã phát huy được hiệu quả.
Hiện nay rừng và đất rừng được giao cho các đơn vị, các hộ gia đình
quản lý và sử dụng lâu dài, do vậy đã xuất hiện những trang trại sản xuất
nông - lâm nghiệp với quy vừa và nhỏ. Đặc điểm của rừng trồng: Phân tán,
sản lượng khai thác thấp, mức đầu tư cho sản xuất không lớn. Mặt khác, kích
thước sản phẩm gỗ rừng trồng nhỏ, đường nhỏ hẹp, do vậy việc sử dụng ô tô

có công suất lớn như trước đây trong vận chuyển gỗ không còn phù hợp.
Một vấn đề đặt ra là cần phải có các loại xe ô tô phù hợp có hiệu quả
trong vận chuyển gỗ rừng trồng, vận chuyển cây con và phân bón .... Để có
được các loại ô tô phát huy hiệu quả cao hoặc là nhập các loại xe chuyên dùng
có công suất vừa và nhỏ từ nước ngoài, hoặc nghiên cứu đưa các loại ô tô đã
có sẵn trên thị trường vào sản xuất lâm nghiệp.
Xu hướng mới ở nước ta nói riêng là sử dụng ô tô có công suất vừa và
nhỏ vào sản xuất lâm nghiệp. Qua một số nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng
các ô tô này vào sản xuất nông - lâm nghiệp là phù hợp với quy mô sản xuất
hiện nay.


2

Một trong những loại ô tô đang được sử dụng khá phổ biến là xe ô tô
forland do Việt nam lắp ráp. Khảo sát thực tế cho thấy: Xe ô tô forland của
Việt nam lắp ráp có nguồn động lực và công suất đủ lớn có thể vận chuyển
gỗ, vận chuyển vật tư phân bón và cây giống cho trồng rừng là phù hợp.
Việc nghiên cứu sử dụng ô tô cỡ nhỏ nói chung và xe ô tô forland của
Việt nam lắp ráp nói riêng đang được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu.
Xe tô forland của Việt nam lắp ráp là loại xe thông dụng, phục vụ cho
các công việc chuyên chở hàng hóa, được tính toán thiết kế theo các điều kiện
làm việc với đường tương đối bằng phẳng. Vì vậy kết cấu của hệ thống treo
giảm chấn cho xe và người điều khiển đơn giản ( không có lò xo và giảm xóc
cho ghế ngồi người lái). Xe có một số đặc điểm: Kích thước cơ sở nhỏ, khối
lượng không lớn, ghế ngồi lái nối cứng với sàn xe không có bộ phận nối đàn
hồi và giảm sóc.
Với đặc điểm kết cấu như vậy, khi chạy trên mặt đất rừng và đường
lâm nghiệp, xe sẽ dao động và ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu: Độ êm dịu,
tính ổn định, độ bền lâu và sức khỏe người lái.

Để sử dụng xe ô tô forland vào việc vận chuyển gỗ cần phải nghiên cứu
đầy đủ về dao động khi xe làm việc trên đường lâm nghiệp và đánh giá ảnh
hưởng của dao động ấy đến người lái. Trên cơ sở đó xác lập phương án cải
tiến ghế ngồi cho người điều khiển xe.
Với lý do trên, tôi tiến hành đề tài:
((

Nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên xe ô tô forland vận

chuyển gỗ và giải pháp nâng cao độ êm dịu cho người lái ))
* Ý nghĩa khoa học của đề tài:
- Khảo sát dao động của ô tô forland khi ghế ngồi người lái nối cứng và
nối đàn hồi với sàn xe làm cơ sở cho việc đề xuất cải tiến ghế ngồi người lái
theo hướng nâng cao độ êm dịu.


3

* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
- Kết quả nghiên cứu là cơ sở đánh giá tính êm dịu của xe hiện có và xe
sau khi cải tiến với việc lắp bộ phận đàn hồi và giảm chấn cho ghế ngồi người
lái.
- Ghế ngồi được cải tiến sẽ đảm bảo điều kiện an toàn, cải thiện tính êm
dịu cho người lái.


4

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô trong vận chuyển gỗ.
Trong khai thác rừng, việc vận chuyển gỗ đây là khâu khó khăn, nặng
nhọc, phức tạp nhất trong dây chuyền công nghệ khai thác gỗ, nó ảnh hưởng
trực tiếp đến năng suất lao động và giá thành sản phẩm của quá trình sản xuất,
mặt khác nó cũng tác động rất lớn đến việc bảo vệ cây con và đất rừng.
Căn cứ vào phương tiện vận chuyển và nguồn động lực, có các loại hình
vận chuyển gỗ: Vận chuyển bằng súc vật; Vận chuyển bằng máng lao; Vận
chuyển bằng máy kéo; Vận chuyển bằng đường cáp; Vận chuyển bằng ô
tô…Mỗi loại hình vận chuyển chỉ phù hợp với những điều kiện địa hình rừng
nhất định. Trong các loại hình vận chuyển nêu trên thì vận chuyển bằng ô tô
chiếm ưu thế.
Các ô tô dùng trong vận chuyển gỗ rất đa dạng, song có thể chia làm hai
nhóm: Nhóm ô tô tải trọng lớn và nhóm ô tô tải trọng vừa và nhỏ.
Ô tô tải trọng vừa và nhỏ có ưu điểm nổi trội hơn: Chúng có khối lượng
nhỏ, tốc độ làm việc rất phù hợp, chi phí nhiên liệu tiết kiệm. Ô tô tải trọng
nhỏ ít phá hoại cây con, đất rừng hơn, rất phù hợp với rừng trồng. Với những
ưu điểm như vậy nên ô tô tải trọng vừa và nhỏ được sử dụng ngày càng rộng
rãi và chiếm ưu thế hơn so với ô tô tải trọng lớn trong vận chuyển lâm nghiệp.
Hiện nay, với nhiều lý do về tài nguyên rừng của nước ta bị cạn kiệt [8]
[28] Đảng và Nhà nước ta đã có nhiều chủ trương, chính sách nhằm bảo vệ,
khôi phục và phát triển kinh doanh nghề rừng [7] Dự án đạt 5 triệu héc ta
rừng trồng tới năm 2020, chính sách giao đất, giao rừng đến từng hộ gia đình,
chính sách ưu đãi vay vốn cho sản xuất kinh doanh lâm nghiệp … Nhà nước
chủ trương đóng cửa rừng tự nhiên, chuyển cơ chế sản xuất lâm nghiệp sang
sản xuất kinh doanh rừng trồng là chính. Với cơ chế chính sách mới, rừng


5

trồng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường sinh thái đồng

thời cung cấp gỗ củi cho nền kinh tế quốc dân [29]. Đặc điểm của rừng trồng
là phân tán, trữ lượng không lớn, quy mô khai thác không tập trung, điều kiện
đường xá nhỏ hẹp do vậy việc sử dụng ô tô tải trọng lớn như trước đây là
không còn phù hợp, kém hiệu quả.
Một vấn đề đặt ra là cần phải có loại ô tô phù hợp, sử dụng có hiệu quả
trong vận chuyển gỗ rừng trồng. Để từng bước giải quyết vấn đề này các nhà
khoa học đã đi sâu nghiên cứu để đưa ô tô tải trọng nhỏ vào sản xuất lâm
nghiệp.
Năm 1994, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu và một số cán bộ giảng dạy
trường đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công đề tài KN03-04: (( Thiết
kế, chế tạo và khảo nghiệm sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ vận chuyển để
khai thác vùng nguyên liệu giấy gỗ nhỏ rừng trồng)) [30].
Năm 1994, nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu [5] về thiết bị
chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng. được đăng trên tạp
chí Lâm nghiệp số 1/1994.
Năm 2000, nghiên cứu của Nguyễn Tiến Đạt [6], những tiến bộ trong
khâu vận xuất, vận chuyển gỗ. Viện khoa học Lâm nghiệp Việt nam.
1.2. Tổng quan về nghiên cứu dao động của ô tô và máy kéo.
Các ô tô sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp thường làm việc trong điều
kiện không có đường hoặc trên tuyến đường lâm nghiệp có độ mấp mô mặt
đường lớn, nghĩa là hoạt động trong điều kiện không thuận lợi xét về mặt dao
động. Do vậy ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọng của liên
hợp máy như: Độ êm dịu, độ ổn định, độ bền lâu, sức khoẻ của người lái... Vì
vậy nghiên cứu dao động của ô tô là vấn đề cần thiết có ý nghĩa trong thực tế
sử dụng, thiết kế cải tiến liên hợp máy nhằm bảo đảm điều kiện an toàn, cải
thiện điều làm việc cho người điều khiển.


6

1.2.1. Tình hình nghiên cứu về dao động của ô tô - máy kéo trên thế giới.
Nghiên cứu cơ bản xây dựng cơ sở lý thuyết của ô tô - máy kéo: Công
trình nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực này là Viện sỹ E.V. Chudacop và
giáo sư Lơvôp, tiếp theo là các công trình nghiên cứu của D.A. Chdacôp, B.S.
Fankevich, G.V. Dimechep, V.N. Divacôp... Các công trình này đã nghiên
cứu những vấn đề cơ bản về lý thuyết ô tô - máy kéo chung. Kế tiếp là những
công trình đi sâu nghiên cứu về cơ sở lý thuyết cho ô tô - máy kéo lâm nghiệp
chuyên dùng của S.F. Oclôp và được hoàn thiện với những công trình tiếp
theo cũng của S.F.Olôp , D.M. Gontbery, V.B. Prochonôp, A.V. Giucôp các
công trình nghiên cứu thường sử dụng các mô hình tính toán với dao động
nhiều bậc tự do.
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ô tô
và máy kéo, có thể kể ra một số công trình tiêu biểu sau:
Trong công trình [35], tất cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi,
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.
Tác giả Volgel [33], 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 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 [34], 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 tới chuyển động quay và các
chuyển động khác.
Năm 1973 Barski [36], nghiên cứu động lực học máy kéo. Tác giả đã


7

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.
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 mặt đường.
Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được
nhiều thành tựu đáng kể. Dao động của ô tô 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 ô tô, trong đó kể đến biến dạng thực tế của mặt
đường và khả năng của con người chịu tác động của dao động.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu về dao động của ô tô - máy kéo ở Việt nam
Ở nước ta các công trình nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu dao động
của ô tô- máy kéo, có ít các công trình nghiên cứu để cải tiến các bộ phận trên
ô tô máy kéo. 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 ô
tô, 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 ô tô
máy kéo ở nước ta như sau:
Nghiên cứu của Nguyễn Văn An [1] về ảnh hưởng của độ mấp mô mặt
đất và tốc độ chuyển động đến phản lực pháp tuyến lên cầu trước của máy kéo
DFH-180 khi vận chuyển gỗ rừng trồng.
Công trình nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Hữu Cẩn và các cộng sự

[4], cho thấy: Tính êm dịu trong chuyển động của ô tô - 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. Tác giả cũng đưa ra sơ đồ tính toán hệ thống


8

treo cho ghế ngồi với dạng kích động lực và cho rằng khi tính toán thiết kế hệ
thống treo cho ghế nên chọn tỷ số giữa tần số kích động và tần số dao động
riêng của ghế trong khoảng 0,5 - 0,6.
TS. Võ Văn Hường [10], đã nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát
dao động ô tô tải nhiều cầu. Tác giả xây dựng và đã mô phỏng được ô tô tải
nhiều cầu khi chạy trên địa hình khác nhau.
Ths. Lưu Văn Hưng [11], 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 [25], các công trình này nghiên cứu
trong phạm vi hẹp nhằm xác định ảnh hưởng của rung xóc tới sức khoẻ của
công nhân lái máy và bước đầu đặt ra một số biện pháp chống rung cho người
lái máy như cải tiến ghế chống rung, gang tay bảo hộ lao động. 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.
Một số công trình nghiên cứu thiết kế giảm rung [21] [22], 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.
Ths.Trịnh Minh Hoàng [12], nghiên cứu khảo sát dao động của xe tải
hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường. Tác giả đã trình bày một mô

hình dao động xe tải hai cầu ( không gian) và mô phỏng bằng Matlap
Simulinhk 5.3. Phần mô hình và tính toán khá hoàn chỉnh, đã trình bày một
phần dao động dưới kích động ngẫu nhiên của mặt đường.
Luận án TS của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu (( Nghiên cứu ảnh hưởng của


9

dao động lên khung xương ô tô khi chuyển động trên đường)) đã chú trọng
nghiên cứu ảnh hưởng của đường xá và xác định các hàm ngoại lực cho bài
toán tính khung - xương.
Ths. Huỳnh Quốc Hội [13], đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang, lắc
dọc của ô tô ở vận tốc cao.
Ths. Hoàng Gia Thắng [26], 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 [24], đã nghiên cứu dao động của máy kéo
bánh hơi có tính đến 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 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 di chuyển trong trường hợp kéo tải.
Năm 2010 TS. Đặng Việt Hà [9], 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. Tác giả đã xây dựng được mô hình phù hợp để khảo sát và thiết lập hệ
phương trình vi phân cấp II đồng thời giải bằng phần mền mô phỏng Matlap
Simulinhk. Tuy nhiên tác giả chưa khảo sát ảnh hưởng của dao động trong
mặt phẳng ngang đến người lái và hành khách.
Ths. Lê Minh Vượng [31], 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.
Năm 2010 Ths. Nguyễn Văn Huệ [15], bằng lý thuyết và thực nghiệm
đã nghiên cứu giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động của máy kéo


10

MTZ- 82 khi kéo rơ moóc chở gỗ.
Các công trình nhiên cứu trên đã đóng góp tích cực cho nghiên cứu cải
tiến nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô máy kéo. 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 ô tô 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 cải tiến các bộ phận hoặc các hệ
thống của ô tô máy kéo được nhập từ nước ngoài vào Việt nam.
Nhìn chung các công trình nghiên cứu về êm dịu chuyển động của ô tô
máy kéo bánh hơi 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 ô tô máy kéo bánh hơi.
1.2.3.Tình hình nghiên cứu về chống rung cho người điều khiển máy.
Cho đến nay việc tăng năng suất làm việc của máy cơ bản đã đạt ở mức
cao nhờ sự hoàn thiện về kết cấu và các thiết bị công nghệ. Song một vấn đề
cần được quan tâm trong khi thiết kế, là nghiên cứu điều kiện làm việc của
người điều khiển máy nhằm đảm bảo cho máy phát huy hết khả năng làm việc
và công suất thiết kế.
Cùng với sự nâng cao tốc độ làm việc của liên hợp máy, sẽ dẫn đến việc
tăng đáng kể lực kích động lên người điều khiển và cao hơn nữa khả năng
chịu đựng của con người. Công trình nghiên cứu [16], cho thấy: Người điều

khiển máy không thể sử dụng được tối đa tốc độ của máy trong miền giới hạn
của nó, nghĩa là không phát huy được hết công suất thiết kế, một trong những
nguyên nhân chính là do mức độ kích động đáng kể lên ghế ngồi của người
lái. Theo thống kê ở Mỹ cho thấy trên 85% người vận hành máy ảnh hưởng
của lực kích động do vậy chỉ sử dụng được khoảng 65% công suất của máy.


11

Dao động của cơ thể con người hoặc bộ phận của cơ thể là những tác
động sinh học phức tạp có thể gây ra một loạt sự thay đổi trong cơ thể và ảnh
hưởng đến sức khoẻ của người lái và gây ra một số bệnh lý.
Tác động của dao động lên con người phụ thuộc vào tần số , thời gian,
hướng và cường độ tác động. Sự kích thích nguy hiểm nhất ở dải tần số dao
động riêng ở cơ thể con người. Cũng theo [16] thì với tần số 6 - 11Hz sẽ dẫn
đến cộng hưởng ở một số bộ phận riêng biệt của con người, trong dải tần số
11- 45Hz có thể dẫn đến sự phân tán các chức năng của hàng loạt bộ phận bên
trong, làm giảm tầm nhìn, giảm tính linh hoạt trong các hoạt động điều khiển
máy. Nếu dao động tác động lên người lái trong thời gian một ngày và liên
tục từ năm này sang năm khác thì không chỉ làm giảm năng suất lao động mà
còn xuất hiện bệnh nghề nghiệp.Theo điều tra ở Liên xô cũ cho thấy 32%
công nhân vận hành máy mắc bệnh đau lưng, 52% mắc chứng đau thắt lưng
và từ đó dẫn đến đau xương khớp trên và dưới cột sống [16].
Mức độ ảnh hưởng của dao động đến cơ thể con người lần đầu tiên
được nghiên cứu với quan điểm về sự thoải mái và thuận tiện cho người điều
khiển tàu hoả và ô tô. Vấn đề này được nghiên cứu chậm hơn máy kéo, ngay
cả trong những năm trước đây khi sản xuất máy kéo hàng loạt người ta cũng
không chú ý chỉ dẫn về việc giảm kích động lên người lái.
Ở Việt nam qua một số nghiên cứu cho thấy đối với các máy nhập từ
nước ngoài hệ thống giảm sóc cho ghế đã được tính toán từ khi thiết kế, tuy

nhiên các thông số thiết kế được tính toán theo tiêu chuẩn của người nước
ngoài. Do có sự khác nhau về hằng số nhân trắc, chỉ tiêu tâm sinh lý giữa
người Việt nam và người nước ngoài, nên khi sử dụng hiệu quả giảm rung
thực tế bị thay đổi, không còn phù hợp và đáp ứng được yêu cầu đối với
người Việt nam [ 27 ]. Đối với một số máy, khi thay đổi điều kiện làm việc
thì tác động kích động lên người lái sẽ thay đổi, vì vậy cần phải khảo


12

nghiệm tính toán cải tiến hệ thống giảm sóc cho ghế ngồi người lái theo điều
kiện làm việc cụ thể của máy.
Một số nghiên cứu chống rung đối với người Việt nam đã được công bố
trong công trình của Triệu Quốc Lộc [23]; Nguyễn Văn Khang; Đỗ Sanh [16]
về dao động trong bảo hộ lao động; Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Khang [3] về ngăn
chặn rung động trên đường lan truyền đối với công nhân lái máy và công
nhân của các gian chế biến lâm sản.
Nhìn chung các công trình nghiên cứu về chống rung theo ba hướng;
Nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu ứng dụng, nghiên cứu thực nghiệm. Các công
trình nghiên cứu đã đưa ra cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chống rung, các
phương pháp đo đạc tính toán, đánh giá. Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm
người ta đã tiến hành xây dựng các tiêu chuẩn, định mức rung cho phép đối
với cơ thể con người [32].
Trong công trình [10], đã đưa ra phương pháp khảo nghiệm xác định
dao động của ghế ngồi lái và chỉ tiêu an toàn đối với điều kiện làm việc của
người lái máy là gia tốc dao động, vận tốc dao động ứng với các tần số dao
động của ghế đối với người lái theo tiêu chuẩn quốc gia ( TCVN).
Nhìn chung các công trình nghiên cứu chưa nhiều, nhưng những kết quả
nghiên cứu có ý nghĩa rất lớn đối với một số ngành sản xuất ở nước ta.
1.3 Tổng quan về hệ thống treo của ô tô.

1.3.1. Hệ thống treo trên ô tô tải cỡ vừa và nhỏ.
Hệ thống treo trên ô tô có nhiều dạng kết cấu khác nhau. Nhưng thông
thường trên các xe tải cỡ vừa và nhỏ hệ thống treo được bố trí chung như
(Hình vẽ 1.1).


13

Hình 1.1: Khung và hệ thống treo trên xe ô tô forland
Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và
khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức
năng chính sau:
- 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.
- Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc
và lực bên.
Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải
mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực, quan hệ này được thể hiện
ở các yêu cầu chính sau đây:
+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ
thuật của xe;
+ Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính
của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không được


14

phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe;

+ Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường;
+ Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn;
+ Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ
xe tốt;
+ Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc
độ cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng;
Các bộ phận chính của hệ thống treo.Bao gồm:
* Bộ phận đàn hồi: Là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, làm
giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm
dịu cần thiết khi di chuyển nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ
thể con người (khoảng 60 - 80 lần/phút). Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác
nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương
thẳng đứng. Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là:
- Lá nhíp:
Lá nhíp thường được sử dụng trên hệ thống treo phụ thuộc. Bó nhíp
được làm từ các lá thép cong gọi là lá nhíp, các lá được sắp xếp lại với nhau
theo thứ tự từ ngắn đến dài. Các lá nhíp liên kết với nhau bằng bu lông xuyên
tâm hoặc các vấu định vị và ốp nhíp. Lá nhíp dài nhất được gọi là lá chính, lá
chính chịu tải trọng lớn nhất. Ở các loại xe tải do đặc điểm tải trọng khi xe có
hàng và khi không có hàng có độ chênh lệch lớn nên để đảm bảo độ êm dịu
thường có thêm bộ nhíp phụ.
Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác dụng lên nhíp thì biến
dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính.
Cơ cấu treo phụ thuộc dùng lá nhíp và các bó nhíp được thể hiện như
hình vẽ 1.2.


15

Hình 1.2: Cơ cấu treo phụ thuộc dùng lá nhíp

Trong hệ thống treo nó không chỉ có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động
mà còn đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và ma sát giữa các lá
nhíp góp phần làm tắt dao động.
Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản, rẻ tiền
dễ chăm sóc bảo dưỡng. Tuy vậy nhược điểm là khối lượng lớn, thùng xe ở
trên cao nên chiều cao trọng tâm của xe lớn sẽ ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn
định khi xe chuyển động, mặt khác vết bánh xe 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.
- Thanh xoắn:
Là thanh bằng thép lò xo. Một đầu thanh xoắn được ngàm vào khung
hay một dầm nào đó của xe, đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn của hệ
thống treo. Trên một số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động
người ta dùng thanh xoắn thường được gây tải trước ( có ứng suất dư) do đó
nó chỉ thích hợp cho một chiều làm việc. Trên các thanh xoắn ở hai phía đều
phải đánh dấu để tránh lắp lẫn khi lắp ráp.


16

Sử dụng thanh xoắn có đặc điểm sau:
+ Chiếm ít không gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe;
+ Trọng lượng nhỏ, đơn giản, giá thành rẻ, dễ thay thế;
+ Thanh xoắn không có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn
để dập tắt nhanh dao động.
- Các chi tiết phụ:
Trên xe các vấu cao su được đặt kết hợp trong vỏ của bộ phận đàn hồi,
giảm chấn vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình làm việc của bánh xe. Ngoài
ra còn có đệm cao su cũng có tác dụng giảm chấn. Các đệm cao su có cấu tạo
(hình vẽ 1.3)

Hình 1.3: Các đệm cao su
Vấu cao su có ưu điểm là có thể được làm dưới mọi hình dạng khác
nhau và không có tiếng ồn khi làm việc, không phải bôi trơn.
1.3.2. Phân loại hệ thống treo.
Có nhiều cách phân loại hệ thống treo.
- Phân loại theo bộ phận đàn hồi chia ra: Loại sử dụng bộ phận đàn hồi
bằng kim loại (lá nhíp, lò xo xoắn); loại thuỷ khí; loại thuỷ lực; cao su...
- Phân loại theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng chia ra: Cơ cấu treo phụ
thuộc với cầu liền; loại độc lập với cầu cắt
- Phân loại theo phương pháp dập tắt chấn động: Loại dùng giảm chấn


17

thuỷ lực; loại giảm chấn nhờ ma sát cơ. Nhưng khi phân loại người ta chủ yếu
dựa vào sơ đồ bộ phận dẫn hướng và chia ra hai nhóm chính là hệ thống treo
độc lập và hệ thống treo phụ thuộc ( Hình vẽ 1.4).

a. Hệ thống treo phụ thuộc

b, Hệ thống treo độc lập

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống treo
Hệ thống treo phụ thuộc: Trong hệ thống treo phụ thuộc (Hình 1.4a),
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 có sự dịch chuyển của một bánh xe
theo phương thẳng đứng sẽ gây nên chuyển vị nào đó của bánh xe phía bên
kia. Hệ thống treo phụ thuộc được thể hiện hình 1.5.

a. Lò xo lá

b. Lò xo trụ
Hình 1.5: Hệ thống treo phụ thuộc


18

Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm
cầu cứng. Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép
định hình, còn trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có
một phần của hệ thống truyền lực.
Trong hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là nhíp thì nó vừa là
phần tử đàn hồi đồng thời làm luôn bộ phận dẫn hướng. Vì vậy trong hệ thống
treo này sẽ không cần đến thanh giằng để truyền lực dọc hay lực ngang nữa.
Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng khá phổ biến vì có các ưu điểm
sau:
+ Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy không
xảy ra hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập;
+ Có khả năng tải lớn, tăng độ cứng vững cao cho xe và phù hợp với địa
hình xấu được dùng cho xe tải, xe việt dã...
+ Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành hạ.
Tuy vậy hệ thống treo phụ thuộc vẫn còn một số tồn tại:
+ Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động nên
khi xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên
va đập mạnh giữa phần không được treo và phần được treo làm giảm độ êm
dịu chuyển động;
+ Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn hơn cho dầm cầu có thể
thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm lớn;
+ Khi một bánh xe bị nâng lên, vết bánh thay đổi làm phát sinh lực

ngang làm khả năng bám đường kém đi, dễ bị trượt ngang, xe bị nghiêng.
Hệ thống treo độc lập: Đặc điểm của hệ thống treo này là:
- Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà lắp trên loại cầu rời, sự
dịch chuyển của hai bánh xe độc lập tương đối với nhau;
- Khối lượng phần không đựoc treo nhỏ nên mô men quán tính nhỏ, do


19

đó xe chuyển động êm dịu, khả năng bám đường cao;
- Hệ treo này không cần dầm ngang ( với kết cấu thân vỏ kiểu unibody)
nên khoảng không gian cho nó dịch chuyển chủ yếu là khoảng không gian hai
bên sườn xe, như vậy sẽ hạ thấp được trọng tâm của xe và nâng cao được vận
tốc của xe.
1.4. Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ô tô- 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 trên đường.
Để đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô- máy kéo người ta dùng
một số chỉ tiêu sau:
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)
=

Trong đó:

C

; Rad/s
M

C: Độ cứng của hệ dao động,
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 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.


20

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  ≤ 15Hz) 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.
 hoặc theo gia tốc bình
Hệ số K xác định theo trị số của biên độ gia tốc 
 c theo công thức sau [21]
phương trung bình 

K=

12,5
1  0,01n

2
v

 =
.

18
1  0,01nv2

 = Ky . Zc
.

Trong đó:
nv : Tần số dao động (Hz);
 : Gia tốc dao động ( m/s2);

 c: Gia tốc bình phương trung bình ( m/s2);


Ky : Hệ số hấp thụ.
 hoặc 
 c
Để xác định K cần xác định được 

Nếu con người chịu dao động ngang ở tư thế nằm thì hệ số K y giảm đi
một nửa. Hệ số K càng nhỏ thì càng dễ chịu đựng dao động và độ êm dịu của
ô tô máy kéo càng cao. Giá trị K = 0,1 tương ứng với ngưỡng kích thích. Khi
đi lâu trên xe, cho phép K = 10-25, còn khi đi ngắn hoặc trên xe tự hành K=
25-63 [32].
1.5. Các phương pháp cơ học nghiên cứu dao động của ô tô - máy kéo.
Ta có thể hiểu phương pháp nghiên cứu dao động ô tô 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


21

dưới dạng các phương trình vi phân.Có nhiều phương pháp lập phương trình
vi phân cho cơ hệ: Phương pháp lực, phương pháp phần tử hữu hạn, phương
pháp Dalambe, phương pháp áp dụng phương trình Lagranger loại II.
1.5.1. Phương pháp lực.
Phương pháp lực [13] hay được sử dụng để thiết lập các phương trình
dao động của các thanh có khối lượng tập trung. Phương pháp này được thực
hiện theo các bước sau:
- Bước 1: Viết định luật Hook rộng: q = D.f*
Trong đó:
q: Dịch chuyển của hệ;
D: Ma trận hệ số ảnh hưởng hay ma trận độ mềm;
f*: Ma trận lực quán tính ngoài và lực tác dụng vào hệ.
- Bước 2: Sử dụng quan hệ giữa lực và gia tốc: f*= Mq + f
Trong đó: M: Ma trận khối lượng
- Bước 3: Xây dựng được phương trình vi phân từ các mối quan hệ trên:
DMq  q  Df

Chú ý: Ma trận độ cứng C và ma trận độ mềm D của hệ có quan hệ: C-1=D
1.5.2. Phương pháp phần tử hữu hạn.
Phương pháp phần tử hữu hạn ( 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 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.
1.5.3. Phương pháp sử dụng nguyên lý Dalambe.
Theo nguyên lý Dalambe, bài toán động lực học hệ dao động sẽ đưa về


22

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 hoá mối quan hệ ảnh hưởng lên từng phần tử riêng biệt trong hệ dao
động. Phương pháp này được dùng khi dao động đơn giản.
1.5.4. Phương pháp sử dụng phương trình Lagranger loại II.
Phương trình Lagranger loại II có dạng tổng quát như sau:
d T
T  
( )



 Qi
dt q i
qi qi q i

Trong đó:
T: Hàm động năng của hệ;
 : Hàm thế năng của hệ;

 : Hàm hao tán của hệ;

Qi : Lực suy rộng của hệ;
qi : Các toạ độ suy rộng của hệ.
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
loại 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 quy 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


23

mô hình cơ học của cơ hệ. Trong đó, đối với các cơ hệ hôlômôn, giữ và dừng
( 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
[5] 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.
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 phương trình cơ học của hệ dưới dạng càng nhiều
các khối lượng quy 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 nay, 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, Matlab & Simulinhk.
1.6.1. Phần mềm Mathematic.
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. Ngày nay Mathematica không những được sử
dụng trong các ngành khoa học tự nhiên như vật lý , sinh học, toán học, hoá
học, công nghệ mà nó đã trở thành một phần mềm quan trọng của các ngành
khoa học xã hội cũng như kinh tế. Trong công nghệ ngày nay người ta đã sử