Nghiên cứu dao động ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN HỒNG QUANG

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG Ô TÔ TẢI
SẢN XUẤT LẮP RÁP Ở VIỆT NAM KHI VẬN CHUYỂN GỖ
TRÊN ĐƢỜNG LÂM NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9.52.01.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Nguyễn Văn Bang
2. PGS. TS. Nguyễn Văn Quân

Hà Nội, 2018


i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và chưa được
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Các số liệu, kết quả đưa ra trong Luận án là hoàn toàn trung thực.
TÁC GIẢ LUẬN ÁN

Nguyễn Hồng Quang


ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể các thầy hướng dẫn
PGS. TS. Nguyễn Văn Bang và PGS. TS. Nguyễn Văn Quân đã tận tình giúp đỡ
tôi trong quá trình nghiên cứu. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn GS. TS. Vũ Đức
Lập, TS. Nguyễn Văn Bỉ, PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu đã giúp đỡ: Cung cấp
các tài liệu và ý kiến quý báu cho Luận án. Đồng thời tôi xin cám ơn các thầy ở
các trường Đại học Lâm nghiệp, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Đại học Giao
thông vận tải, Học Viện Kỹ thuật Quân sự, Đại học Bách khoa Hà Nội, các nhà
khoa học và các đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ tôi và tạo mọi điều kiện về
phương tiện, vật chất để tôi hoàn thành Luận án. Xin trân trọng cảm ơn Trung
tâm Thí nghiệm Khoa Cơ điện và Công trình Trường Đại học Lâm nghiệp đã
giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi tiến hành thí nghiệm phục vụ Luận án. Xin trân
trọng cám ơn Phòng Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Lâm nghiệp và các cơ
quan tôi đã và đang công tác, người thân đã giúp đỡ động viên tôi trong suốt quá
trình thực hiện Luận án.


iii

MỤC LỤC
Số trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...............................................vi

DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................... x
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của luận án................................................................................................1
2. Mục tiêu của luận án .........................................................................................................2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.........................................................................................2
4. Điểm mới của luận án .......................................................................................................3
5. Cấu trúc của luận án .........................................................................................................3
Chƣơng số 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................ 4
1.1. Tổng quan về khai thác, vận chuyển gỗ rừng trồng ...............................................4
1.1.1. Rừng trồng và quy cách gỗ rừng trồng ................................................................... 4
1.1.2. Công nghệ và thiết bị vận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng .................................. 5
1.1.3. Đặc điểm đường ô tô lâm nghiệp ............................................................................ 9
1.2. Những nghiên cứu về biên dạng đƣờng vận chuyển ............................................11
1.3. Tổng quan về hệ thống treo của ô tô vận tải ...........................................................18
1.4. Các công trình nghiên cứu về dao động ô tô...........................................................20
1.4.1. Các công trình nghiên cứu về dao động ô tô trên thế giới...................................20
1.4.2. Các công trình nghiên cứu về dao động ô tô ở Việt Nam ...................................21
1.5. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô..........................................24
1.5.1. Tần số dao động riêng ............................................................................................24
1.5.2. Gia tốc dao động .....................................................................................................25
1.5.3. Chỉ tiêu về độ êm dịu .............................................................................................25
1.6. Các phƣơng pháp cơ học trong nghiên cứu dao động ô tô..................................26


iv
1.6.1. Phương pháp sử dụng nguyên lý D’Alambert .....................................................26
1.6.2. Phương pháp sử dụng phương trình Lagranger loại II ........................................26
1.6.3. Phương pháp cơ học hệ nhiều vật .........................................................................27
1.7. Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động.........................................27

1.7.1. Phần mềm Mathematica ........................................................................................28
1.7.4. Phần mềm Matlab & Simulink..............................................................................28
1.8. Phƣơng pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động ............................................28
1.9. Xác định nhiệm vụ và phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................30
1.9.1. Nhiệm vụ của luận án.............................................................................................30
1.9.2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................31
Chƣơng số 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ TẢI SẢN XUẤT
LẮP RÁP Ở VIỆT NAM KHI VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƢỜNG LÂM
NGHIỆP ...........................................................................................................................33
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................................................33
2.2. Một số giả thiết chung..................................................................................................34
2.3. Mô hình dao động khi coi khung xe cứng tuyệt đối, dao động ở hai cầu phụ
thuộc nhau .............................................................................................................................35
2.3.1. Mô hình dao động...................................................................................................35
2.3.2. Thiết lập hệ phương trình vi phân dao động ........................................................37
2.4. Mô hình dao động khi kể đến xoắn khung, dao động ở hai cầu độc lập
nhau .................................................................................................................... 53
2.4.1. Thiết lập phương trình vi phân dao động của khối lượng được treo phân
bố lên cầu trước và khối lượng không được treo cầu trước ................................ 56
2.4.2. Thiết lập phương trình vi phân dao động của khối lượng được treo phân
bố lên cầu sau và khối lượng không được treo cầu sau ...................................... 58
2.4.3. Phương trình liên hệ khi kể tới độ cứng xoắn của khung xe...............................60
Chƣơng số 3 KHẢO SÁT DAO ĐỘNG Ô TÔ CHỞ GỖ ......................................61
3.1. Xác định các thông số đầu vào cho việc giải bài toán lý thuyết ..........................61
3.1.1. Xác định các thông số hình học của ô tô ..............................................................61
3.1.2. Xác định mô men quán tính của xe đối với các trục............................................61


v
3.1.4. Xác định biên dạng mấp mô mặt đường lâm nghiệp...........................................63

3.1.5. Xác định độ cứng chống xoắn của khung xe .......................................................63
3.2. Khảo sát dao động của ô tô chở gỗ ...........................................................................63
3.2.2. Khảo sát dao động của ô tô cho mô hình không gian, dao động của hai cầu độc
lập nhau, kể đến xoắn khung............................................................................................66
Chƣơng số 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ......................................................77
4.1. Mục đích, đối tƣợng nghiên cứu thực nghiệm .......................................................77
4.1.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm .......................................................................77
4.1.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm ......................................................................77
4.2. Thực nghiệm để xác định các thông số đầu vào cho bài toán lý thuyết............77
4.2.1. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định đặc trưng mấp mô mặt đường lâm nghiệp..77
4.2.2. Thực nghiệm để xác định các thông số hình học của ô tô ..................................80
4.2.3. Thực nghiệm để xác định mô men quán tính phần được treo của ô tô ...........82
4.2.4. Thực nghiệm để xác định độ cứng và hệ số cản ..................................................84
4.2.5. Thực nghiệm để xác định độ cứng xoắn của khung xe .......................................87
4.3. Thí nghiệm để minh họa và minh chứng cho kết quả nghiên cứu lý thuyết ...87
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA LUẬN ÁN....98
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..101
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................102
PHỤ LỤC


vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký
hiệu

Đơn vị

b

m

Khoảng cách ngang giữa hai bánh xe

b1

m

Khoảng cách giữa hai vết bánh xe trước

b2

m

Khoảng cách giữa hai vết bánh xe sau

cm

N/m

Độ cứng của vấu cao su

cn

N/m

Độ cứng của nhíp

cl

N/m

Độ cứng của lốp

h

m

Chiều cao trọng tâm ô tô

hc

m

Khoảng cách từ điểm treo đến trọng tâm

J ox

Kg.m2

Mô men quán tính của phần được treo đối với trục Ox

J oy

Kg.m2

Mô men quán tính của phần được treo đối với trục Oy

K ni

Ns/m

Hệ số cản của giảm xóc

Ki

Ns/m

Hệ số cản của lốp

l

m

Chiều dài cơ sở của ô tô

l1

m

Khoảng cách ngang từ trọng tâm đến cầu trước

l2

m

Khoảng cách ngang từ trọng tâm đến cầu sau

m0

kg

Khối lượng phần được treo của ô tô

F

N

Lực nén

Fn

N

Lực ép nhíp

r

m

Bán kính bánh xe

z0

m

Chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm

z1

m

Chuyển dịch thẳng đứng của cầu trước

z2

m

Chuyển dịch thẳng đứng của cầu sau

z1 p

m

Chuyển dịch thẳng đứng của bánh xe trước bên phải

z1t

m

Chuyển dịch thẳng đứng của bánh xe trước bên trái

Giải nghĩa


vii
z2 p

m

Chuyển dịch thẳng đứng của bánh xe sau bên phải

z2t

m

Chuyển dịch thẳng đứng của bánh xe sau bên trái



độ

Góc lắc dọc của phần được treo

0

độ

Góc lắc ngang của phần được treo

1

độ

Góc lắc ngang của phần không được treo cầu trước

2

độ

Góc lắc ngang của phần không được treo cầu sau

i

độ

Góc nghiêng

n

mm

Biến dạng của nhíp

l

mm

Biến dạng của lốp



độ

Góc xoắn khung

T

J

Động năng

T0

J

Động năng khối lượng được treo

T1

J

Động năng của khối lượng không được treo cầu trước

T2

J

Động năng của khối lượng không được treo cầu sau



J

Thế năng

i

J

Thế năng của phần được treo và không được treo tương ứng
các cầu xe



J

Hàm hao tán

i

J

Hàm hao tán ở phần tử thứ i

J ix

Kg.m2

Mô men quán tính của khối lượng thứ i đối với trục x

J iy

Kg.m2

Mô men quán tính của khối lượng thứ i đối với trục y

Mx

Nm

G

Zk1, βk1

Mô men xoắn khung

MN/m2 Mô đun trượt
m, rad

Dịch chuyển thẳng đứng và góc lắc ngang của khối lượng
được treo phân bố lên cầu trước

Zk2, βk2

m, rad

Dịch chuyển thẳng đứng và góc lắc ngang của khối lượng
được treo phân bố lên cầu sau

mk1

kg

Khối lượng được treo phân bố lên cầu trước


viii
Jk1

2

kgm

Mô men quán tính của khối lượng được treo phân bố lên cầu
trước đối với trục đối xứng dọc

mk2

kg

Jk2

kgm2

Khối lượng được treo phân bố lên cầu sau
Mô men quán tính của khối lượng được treo phân bố lên cầu
sau đối với trục đối xứng dọc

m1

kg

J1

kgm2

Khối lượng không được treo cầu trước
Mô men quán tính của khối lượng không được treo cầu trước
đối với trục đối xứng dọc

m2

kg

J2

kgm2

Khối lượng không được treo cầu sau
Mô men quán tính của khối lượng không được treo cầu sau
đối với trục đối xứng dọc

Ct ,Cs

N/m

Độ cứng chống lắc ngang của hệ thống treo cầu trước và cầu
sau

Cx
e1, e2

Nm/rad Độ cứng xoắn của khung xe theo phương dọc xe
m

Khoảng cách giữa hai nhíp của hệ thống treo cầu trước và sau


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
THỨ TỰ

TÊN BẢNG

SỐ TRANG

1.1. Quy cách gỗ nguyên liệu ........................................................................ 4
1.2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của đường ô tô lâm nghiệp ............................ 10
3.1. Các thông số động lực học của ô tô chở gỗ ......................................... 62
4.1. Góc nghiêng thân xe và góc xoắn khung xe lớn nhất .......................... 96
4.2. So sánh lý thuyết và thực nghiệm ......................................................... 96


x
DANH MỤC CÁC HÌNH
THỨ TỰ

TÊN HÌNH

SỐ TRANG

1.1. Ô tô lâm nghiệp chuyên dụng chở gỗ dài ................................................. 7
1.2. Ô tô lâm nghiệp chuyên dụng chở gỗ ngắn .............................................. 7
1.3. Vận chuyển gỗ bằng xe REO......................................................................................... 8
1.4. Xe ô tô tải cỡ nhỏ vận chuyển chuyển gỗ rừng trồng............................... 8
1.5. Tuyến trục chính đường ô tô lâm nghiệp ..................................................................... 9
1.6. Tuyến trục phụ đường ô tô lâm nghiệp ...................................................................... 10
1.7. Làm trơn số liệu............................................................................................................. 13
1.8. Nhíp và vấu tì cao su..................................................................................................... 19

1.9. Cấu tạo bộ phận giảm chấn thường dùng trên ôtô tải ............................................. 19
1.10. Mô hình dao động ô tô của Iasenco ......................................................................... 20
1.11. Sơ đồ đo các đại lượng không điện bằng điện........................................................ 30
2.1. Xe tải Thaco K165 2,4 tấn dùng chở gỗ rừng trồng................................................ 33
2.2. Mô hình dao động không gian của ô tô khi coi khung xe cứng tuyệt đối, dao động
ở hai cầu phụ thuộc nhau ........................................................................................................... 36
2.3. Mô hình dao động tương đương của xe trong mặt phẳng đối xứng dọc xOz ..38
2.4. Mô hình dao động của xe trong mặt phẳng thẳng đứng ngang yOz cho cầu trước
và cầu sau ..................................................................................................................................... 40
2.5. Mô hình biến dạng của khung - sàn xe khi βk1 ≠ βk2 ............................................... 42
2.6. Mô hình dao động ô tô có kể đến xoắn khung, dao động hai cầu độc lập nhau . 54
2.7. Mô hình dao động của khối lượng được treo phân bố lên cầu trước và khối lượng
không được treo cầu trước ......................................................................................................... 56
2.8. Mô hình dao động của khối lượng được treo phân bố lên cầu sau và khối lượng
không được treo cầu sau............................................................................................................. 56
3.1. Chương trình khảo sát dao động ô tô chở gỗ, dao động hai cầu phụ thuộc nhau,
chưa kể đến xoắn khung ............................................................................................................. 64
3.2. Các dao động của xe khi gặp mấp mô đơn ............................................................... 64
3.3. Các dao động thẳng và dao động góc của xe khi đi trên đường có dạng hàm
điều hòa ...................................................................................................................................65
3.4. Các dao động thẳng đứng và dao động góc của xe khi bánh xe bên trái và bên
phải gặp biên dạng đường hàm điều hòa nhưng có biên độ khác nhau, cùng tần số nhưng
lệch pha ......................................................................................................................................... 66


xi
3.5. Chương trình khảo sát dao động ô tô có kể đến xoắn khung, dao động hai cầu
độc lập nhau. ................................................................................................................................ 67
3.6. Biên dạng mặt đường của bánh xe trước bên trái .................................................... 67
3.7. Dịch chuyển thẳng đứng của thân xe tại trọng tâm.................................................. 67

3.8. Góc lắc ngang của thân xe tại trọng tâm................................................................... 67
3.9 . Dịch chuyển của khối lương không đươc treo cầu trươc ....................................... 67
3.10. Dịch chuyển của khối lương không đươc treo cầu sau.......................................... 68
3.11. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu trước .................................. 68
3.12. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu sau...................................... 68
3.13. Góc xoắn của khung xe .............................................................................................. 68
3.14. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên trái và mặt đường .................................... 68
3.15. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên phải và mặt đường................................... 68
3.16. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên trái và mặt đường........................................ 68
3.17. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên phải và mặt đường ...................................... 68
3.18. Biên dạng mặt đường của bánh xe trước bên trái và bánh xe sau bên phải 69
3.19. Dịch chuyển thân xe tại trọng tâm ô tô .................................................................... 69
3.20. Góc lắc ngang của trọng tâm ô tô ............................................................................ 69
3.21. Dịch chuyển của khối lượng không được treo cầu trước ...................................... 69
3.22. Dịch chuyển của khối lượng không được treo cầu sau.......................................... 69
3.23. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu trước .................................. 70
3.24. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu sau...................................... 70
3.25. Góc xoắn của khung xe .............................................................................................. 70
3.26. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên trái và mặt đường .................................... 70
3.27. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên phải và mặt đường................................... 70
3.28. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên trái và mặt đường........................................ 70
3.29. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên phải và mặt đường ...................................... 70
3.30. Biên dạng mặt đường ................................................................................................. 71
3.31. Biên dạng mặt đường của bánh xe trước bên trái và bánh xe sau bên trái 73
3.32. Gia tốc thẳng đứng của thân xe tại trọng tâm ........................................................ 73
3.33. Gia tốc lắc ngang của thân xe tại trọng tâm ........................................................... 73
3.34. Dịch chuyển thân xe tại trọng tâm ô tô .................................................................... 73
3.35. Góc lắc ngang của trọng tâm ô tô ............................................................................ 73
3.36. Dịch chuyển của khối lượng không được treo cầu trước ...................................... 74

xii
3.37. Dịch chuyển của khối lượng không được treo cầu sau.......................................... 74
3.42. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu trước .................................. 74
3.43. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu sau...................................... 74
3.44. Góc xoắn của khung xe .............................................................................................. 75
3.45. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên trái và mặt đường .................................... 75
3.46. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên phải và mặt đường................................... 75
3.47. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên trái và mặt đường........................................ 75
3.48. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên phải và mặt đường ...................................... 75
4.1. Bánh xe lăn và cảm biến đo gia tốc ............................................................................ 77
4.2. Chương trình xử lý kết quả đo mấp mô mặt đường................................................. 78
4.3. Gia tốc dao động thẳng đứng đo được ở trục bánh xe thú 5 ................................. 78
4.4. Biến dạng mấp mô mặt đường .................................................................................... 78
4.5. Thí nghiệm xác định tọa độ trọng tâm theo chiều dọc ............................................. 80
4.6. Thí nghiệm xác định tọa độ trọng tâm theo chiều ngang ........................................ 81
4.7. Thí nghiệm để xác định tọa độ trọng tâm theo chiều cao........................................ 82
4.8. Thí nghiệm để xác định mô men quán tính của phần được treo ô tô đối với
trục Ox .......................................................................................................................................... 83
4.9. Thí nghiệm để xác định mô men quán tinh của phần được treo ô tô ..................... 83
4.10. Đo độ cứng của nhíp. ................................................................................................. 84
4.11. Cảm biến đo lực và cảm biến đo chuyển dịch......................................................... 84
4.12. Đo độ cứng và hệ số cản của lốp theo phương pháp tuyến .................................. 85
4.13. Cảm biến đo gia tốc. .................................................................................................. .86
4.14. Cảm biến đo góc lắc .................................................................................................. .88
4.15. Cảm biến đo góc nghiêng ngang của khung ô tô .................................................. .89
4.16. Ôtô thí nghiệm chở gỗ rừng trồng. ........................................................................... 89
4.17. Thí nghiệm ô tô chở gỗ trên đường lâm nghiệp...................................................... 89
4.18. Bố trí cảm biến đo gia tốc và cảm biến đo góc nghiêng ngang............................ 90
4.19. Bố trí cảm biến đo góc nghiêng khung xe............................................................... .90

4.20. DMC Plus nối ghép máy tính .................................................................................... 91
4.21. Gia tốc dao động thắng đứng của trọng tâm xe ..................................................... 91
4.22. Góc nghiêng ngang của thân xe................................................................................ 92
4.23. Góc xoắn của khung xe .............................................................................................. 92
4.24. Chương trình tính góc xoắn khung........................................................................... 92


xiii
4.25. Góc nghiêng ở mặt khung phía trước ...................................................................... 92
4.26. Góc nghiêng ở mặt khung phía sau.......................................................................... 93
4.27. Góc xoắn khung xe...................................................................................................... 93
4.28. Thí nghiệm đo xoắn khung xe khi xe trèo qua mấp mô đơn................................. 94
4.29. Chương trình đọc và xử lý kết quả đo ...................................................................... 94
4.30. Gia tốc thẳng đứng ở các điểm ................................................................................. 94
4.31. Chuyển vị thẳng đứng ở các điểm ............................................................................ 95
4.32. Góc nghiêng ngang của thân xe tại mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với
phương chuyển động đi qua trọng tâm................................................................................... 95
4.33. Góc xoắn khung xe khi trèo qua mấp mô đơn ........................................................ 96


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Ô tô là phương tiện vận tải có vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế
quốc dân, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực kinh tế và
đời sống. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, ngành công
nghiệp ô tô trên thế giới nói chung, ở Việt Nam nói riêng đã và đang phát triển
với yêu cầu ngày càng cao, ngành này đã cho ra đời nhiều loại ô tô hiện đại phục
vụ cho các nhu cầu vận chuyển. Việc nghiên cứu đánh giá chất lượng làm việc
và hoàn thiện thêm thiết kế cho phù hợp với từng điều kiện sử dụng đang được

quan tâm nghiên cứu.
Các loại xe ô tô tải cỡ nhỏ và trung bình là các dòng xe vận tải thông
dụng, thu hút nhiều cơ sở trong nước liên doanh với nước ngoài sản xuất lắp ráp
và đang được sử dụng rộng rãi ở nước ta. Trong ngành lâm nghiệp đã có rất
nhiều công ty lâm nghiệp, hộ sản xuất kinh doanh rừng sử dụng loại xe này vào
việc vận chuyển các sản phẩm từ rừng, đặc biệt là vận chuyển gỗ nhỏ rừng
trồng. Do xe có kích thước nhỏ, có thể đi được trên đường hẹp vào tận các khu
rừng trồng, mặt khác gỗ rừng trồng nước ta khai thác chủ yếu làm nguyên liệu
giấy, làm trụ mỏ, có kích thước không lớn, phân tán, trữ lượng thấp. Vì vậy, việc
sử dụng các loại xe này tỏ ra phù hợp, không phải chi phí cho việc làm đường
rộng vào các khu rừng trồng, giá mua các loại xe này không cao, phù hợp với
nguồn vốn kinh doanh của các cơ sở sản xuất kinh doanh rừng.
Vận chuyển gỗ là một khâu trong dây chuyền khai thác gỗ, được thực
hiện bằng các phương tiện vận tải khác nhau. Ở Việt Nam việc vận chuyển gỗ
rừng tự nhiên trước đây được thực hiện nhờ các loại xe ô tô tải cỡ lớn, có khả
năng di động cao. Hiện nay khi rừng tự nhiên đã cạn kiệt, Chính phủ đã quyết
định cấm khai thác rừng tự nhiên, đối tượng vận chuyển chủ yếu là gỗ nhỏ rừng
trồng, nhiều cơ sở sản xuất sử dụng ô tô tải cỡ nhỏ hoặc trung bình cho việc vận
chuyển gỗ rừng trồng, tùy thuộc vào quy mô sản xuất kinh doanh, địa hình khai
thác. Đường vận chuyển gỗ thường là đường cấp thấp, chất lượng mặt đường
không cao, thường gặp mấp mô và có độ dốc lớn. Khi vận chuyển gỗ trên đường


2
lâm nghiệp, xe bị rung xóc, làm giảm độ êm dịu chuyển động, sinh ra tải trọng
động, gây hư hỏng một số chi tiết và phá hỏng mặt đường. Khi chở gỗ trên
đường lâm nghiệp khung xe bị xoắn nhiều hơn, ảnh hưởng đến dao động, lực
động tác dụng lên mặt đường; những vấn đề này cần được nghiên cứu.
Việc nghiên cứu đánh giá dao động của loại xe này khi vận chuyển gỗ
rừng trồng trên đường lâm nghiệp ở nước ta trong thời gian qua chưa được

nghiên cứu một cách đầy đủ.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, nghiên cứu sinh tiến hành Luận
án“Nghiên cứu dao động ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi vận chuyển
gỗ trên đường lâm nghiệp”.
2. Mục tiêu của luận án
Xây dựng mô hình và khảo sát dao động không gian của ô tô tải sản xuất
lắp ráp ở Việt Nam khi chở gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp để có thêm căn
cứ khoa học cho việc nghiên cứu độ bền xoắn khung xe, hoàn thiện thêm kết cấu
bộ phận treo và chọn chế độ sử dụng hợp lý theo hướng nâng cao độ êm dịu
chuyển động, độ bền khung xe, giảm tải trọng lên mặt đường khi vận chuyển gỗ
trên đường lâm nghiệp.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Xây dựng mô hình không gian của ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam
khi vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp, có kể đến xoắn khung xe
và cản dao động của các bánh lốp, khảo sát dao động của xe; bằng thực nghiệm
xác định được các thông số đầu vào cho bài toán dao động, xác định được các
dao động thẳng đứng và dao động góc, góc xoắn khung xe khi chở gỗ trên
đường lâm nghiệp, minh chứng cho mô hình lý thuyết; đánh giá ảnh hưởng của
kết cấu và điều kiện đường sá đến dao động, góc xoắn khung xe, lực động tác
dụng lên mặt đường. Kết quả nghiên cứu của luận án có thêm căn cứ cho việc
nghiên cứu độ bền xoắn khung xe, hoàn thiện thêm kết cấu để nâng cao độ bền,
độ êm dịu chuyển động, giảm tải trọng động tác dụng lên mặt đường, đồng thời
phục vụ cho việc chọn chế độ sử dụng.


3
4. Điểm mới của luận án
Xây dựng được mô hình không gian của ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt
Nam khi vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp có kể đến xoắn
khung xe và cản dao động của các bánh lốp, khảo sát dao động của xe trên miền

thời gian và miền tần số; bằng thực nghiệm xác định các thông số đầu vào cho
bài toán dao động, đo được các dao động thẳng đứng, dao động góc, góc xoắn
khung xe khi chở gỗ trên đường lâm nghiệp với mấp mô mặt đường ngẫu nhiên,
đã minh chứng cho mô hình lý thuyết khi ô tô chở gỗ đi qua mấp mô đơn hình
sin; đã thiết kế, chế tạo 03 cảm biến đo góc nghiêng và khung thí nghiệm đo độ
cứng của nhíp, độ cứng và hệ số cản dao động của bánh lốp.
5. Cấu trúc của luận án
Luận án có 108 trang bao gồm phần mở đầu (03 trang); Chương 1: Tổng
quan vấn đề nghiên cứu (29 trang); Chương 2: Xây dựng mô hình dao động ô tô
tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp (28
trang); Chương 3: Khảo sát dao động ô tô chở gỗ (16 trang); Chương 4: Nghiên
cứu thực nghiệm (21 trang); Kết luận và hướng phát triển (02 trang); Tài liệu
tham khảo (54 tài liệu); Danh mục công trình đã công bố của luận án (04 công
trình); 99 hình vẽ và đồ thị, 12 phụ lục.


4
Chƣơng số 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về khai thác, vận chuyển gỗ rừng trồng
1.1.1. Rừng trồng và quy cách gỗ rừng trồng
Hiện nay cả nước có khoảng 2 triệu ha rừng trồng. Rừng trồng ở nước ta
chủ yếu là rừng thuần loài với các loài cây trồng chủ yếu là các loại keo, bạch
đàn, bồ đề, mỡ, thông và một số loài cây khác, chúng sinh trưởng nhanh, thân
thẳng, ít cành nhánh. Tuổi khai thác từ 5 - 7 năm cho đường kính 10 - 25 cm,
chiều cao bình quân 10-15m; mật độ trung bình 700 - 1200 cây/1ha; sản lượng
khai thác bình quân 60 - 90 m3/1ha. Địa hình rừng trồng không quá phức tạp, độ
dốc trung bình phổ biến từ 10 - 200, cá biệt có những nơi lên tới 45 - 500.
Để đáp ứng nhu cầu về nguyên liệu cho công nghiệp chế biến gỗ, sản xuất
giấy, xây dựng, khai thác than…, hàng năm ở nước ta cần khai thác trên 10 triệu

m3 gỗ rừng trồng và nhu cầu này ngày càng tăng. Quy cách một số loại gỗ rừng
trồng làm nguyên liệu trình bày ở bảng 1.1 [25].

1

Bảng 1.1. Quy cách gỗ nguyên liệu
Đƣờng
Chiều dài
Chủng loại
kính
(m)
(cm)
Gỗ trụ mỏ
13÷23 2,2 ÷ 4

2

Gỗ làm nguyên liệu giấy

6÷20

3

Gỗ làm ván dán

>20

4

Gỗ làm ván dăm

8 ÷ 18

5

Gỗ làm ván sợi MDF

8 ÷ 18

6

Gỗ làm diêm

15 ÷ 25

TT

Loài cây

bạch đàn, thông,
mỡ
4 hoặc 2
bồ đề, bạch đàn,
thông trắng, mỡ,
keo, tre, nứa
1,3 hoặc 1,6 trám, vạng, trẩu,
gạo, ràng ràng, quế
Chiều dài tùy bồ đề, keo, bạch
thộc
vào đàn

phương tiện
vận chuyển
Chiều dài tùy bồ đề, keo, bạch
thộc
vào đàn
phương tiện
vận chuyển
bồ đề, tếch


5
Do chiều dài các khúc gỗ không lớn vì thế sự chênh lệch về đường kính
giữa hai đầu khúc gỗ là không đáng kể. Nghĩa là, gần đúng có thể coi trọng tâm
khúc gỗ đặt tại điểm giữa khúc gỗ.
1.1.2. Công nghệ và thiết bị vận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng [23]
- Loại hình công nghệ chủ yếu được áp dụng trong khai thác rừng trồng ở
nước ta hiện nay là công nghệ khai thác gỗ ngắn, với 2 dạng: Vận xuất gỗ ngắn
– Vận chuyển gỗ ngắn; Vận xuất gỗ dài – Vận chuyển gỗ ngắn.
+ Vận xuất gỗ ngắn - Vận chuyển gỗ ngắn:
Cây sau khi hạ đổ được cắt cành, cắt khúc ngay tại gốc cây; sau đó, các
khúc gỗ được vận xuất ra bãi gỗ tạm thời (hoặc kho gỗ I) rồi được vận chuyển
về kho gỗ II hoặc nơi tiêu thụ.
Loại hình công nghệ này có ưu điểm là dễ áp dụng, phù hợp với những
doanh nghiệp có vốn đầu tư không lớn, quy mô khai thác nhỏ, không tập trung,
khối lượng ít. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là năng suất lao động thấp, tỷ lệ lợi
dụng gỗ thấp.
+ Vận xuất gỗ dài - Vận chuyển gỗ ngắn:
Cây sau khi hạ đổ người ta tiến hành cắt cành, ngọn rồi đưa cả thân cây
dài ra bãi gỗ tạm thời (hoặc kho gỗ I). Tại đây, các thân cây được cắt khúc theo
quy cách sản phẩm, sau đó được vận chuyển tới kho gỗ II hoặc nơi tiêu thụ.

So với loại hình công nghệ trên, ở loại hình này do khâu cắt khúc được
tiến hành tại bãi gỗ nên năng suất lao động cao hơn, tăng được tỷ lệ tận dụng gỗ,
đồng thời cải thiện được điều kiện làm việc của công nhân. Tuy nhiên, loại hình
công nghệ này đòi hỏi phải có máy móc thiết bị vận xuất phù hợp.
- Về thiết bị:
+ Khâu vận chuyển gỗ từ rừng về kho gỗ II hoặc nơi tiêu thụ có thể bằng
ô tô hoặc bằng đường thủy. Trong đó, vận chuyển gỗ bằng ô tô là hình thức vận
chuyển phổ biến nhất hiện nay vì có nhiều ưu điểm:
Ô tô là thiết bị vận tải thông dụng, sẵn có ở các địa phương trong cả nước.
Hệ thống đường giao thông đường bộ từ thành phố lớn đến các vùng nguyên
liệu, các khu tài nguyên rừng đã được cải tạo, mở mới và nâng cấp. Xe ô tô có


6
thể len lỏi vào trong các khu khai thác để vận chuyển lâm sản với khối lượng
vận chuyển đa dạng, khối lượng vận chuyển ít thì sử dụng xe có tải trọng nhỏ,
khối lượng cần vận chuyển lớn thì sử dụng loại xe có tải trọng lớn, từ đó phù
hợp với điều kiện khai thác nhỏ lẻ, phân tán qui mô hộ gia đình, qui mô tập
trung của các công ty, các xí nghiệp.
Tuy nhiên, vận chuyển gỗ bằng ô tô có các nhược điểm: Khối lượng vận
chuyển phụ thuộc vào tải trọng của xe, đối với những nơi có điều kiện địa hình
phức tạp thì khối lượng vận chuyển cho mỗi chuyến xe nhỏ, từ đó làm cho giá
thành vận chuyển cao. Để thu gom hết gỗ nằm dải rác trong khu tài nguyên cần
phải mở thêm đường vận chuyển với chi phí rất lớn, từ đó ảnh hưởng đến giá
thành vận chuyển lâm sản. Đối với những khu tài nguyên rừng có điều kiện địa
hình phức tạp, núi cao thì việc vận chuyển bằng ô tô gặp nhiều khó khăn.
Xe ô tô vận chuyển lâm sản hoạt động trên đường ô tô lâm nghiệp cần có
có các đặc tính sau:
- Xe có khả năng di động cao, nhiều cầu chủ động để có thể đi được trên
đoạn đường xấu có độ dốc cao.

- Kích thước thùng xe phải đáp ứng được yêu cầu quy cách sản phẩm.
- Xe vận chuyển lâm sản phải có hệ thống an toàn như cọc chắn, dây
chằng…
- Công suất của xe đủ lớn để đáp ứng được yêu cầu về tải trọng hàng hóa
lâm sản, lực kéo của xe khi xe lên dốc.
Các xe ô tô chuyên dụng vận chuyển gỗ hiện nay rất đa dạng. Yêu cầu
trước hết đối với ô tô lâm nghiệp là phải có khả năng di động cao được đánh giá
bằng số cầu chủ động. Hiện nay người ta thường sử dụng xe vận tải gỗ có công
thức bánh sử dụng như sau:
- Xe vận tải sử dụng 2 trục 4 bánh trong đó có hai bánh chủ động (kí hiệu
4x2) hoặc cả 4 bánh đều là chủ động (kí hiệu 4x4), chở được 4 – 12 m3;
- Xe vận tải 3 cầu có công thức bánh 6x4 hoặc 6x6, trọng tải 10 - 15m3;
- Xe vận tải 2 cầu kéo theo sơmi rơ moóc 1 trục, trọng tải 20 - 25m3;
- Xe vận tải 3 cầu kéo theo sơmi rơ moóc 2 trục, trọng tải 30 - 35m3;


7
- Xe vận tải 3 cầu kéo theo sơmi rơ moóc 3 trục, trọng tải 35 - 40m3.
Các loại ô tô vận tải kéo theo sơ mi rơ moóc thường được dùng để vận
chuyển gỗ dài ở nước ngoài. Loại này chỉ thích hợp với quy mô khai thác lớn,
lượng gỗ tập trung và đặc biệt hệ thống đường vận chuyển phải đủ tiêu chuẩn để
thiết bị chuyển động được an toàn (hình 1.1).

Hình 1.1. Ô tô lâm nghiệp chuyên dụng chở gỗ dài
Các loại xe vận tải 3 trục kéo theo rơ moóc 3 trục được rất phổ biến ở
Thụy Điển, Phần Lan để vận chuyển gỗ ngắn rừng trồng (hình 1.2).

Hình 1.2. Ô tô lâm nghiệp chuyên dụng chở gỗ ngắn
Các loại ô tô vận tải không kéo rơ moóc thường thích hợp với quy mô sản
xuất nhỏ, chất lượng đường vận chuyển ở mức độ trung bình.

Ở Việt Nam, những năm 80 - 90 của thế kỷ XX, trong khai thác rừng tự
nhiên, các loại xe do Liên Xô (cũ) và các nước xã hội chủ nghĩa chế tạo như ZIL
-130, ZIL -157, MAZ -502, KRAZ – 214, Praga S5T, Praga V3s, Giải phóng...,
được sử dụng rất phổ biến để vận chuyển gỗ rừng tự nhiên.
Đối với khu khai thác có địa hình không quá dốc và hệ thống đường tốt,
như ở một số tỉnh phía Nam và Tây Nguyên trong khai thác gỗ lớn rừng tự
nhiên, cây gỗ sau khi được hạ đổ, cắt khúc xong, người ta sử dụng các phương


8
tiện vận chuyển có khả năng tự bốc dỡ (kiểu xe REO) vào tận nơi chặt hạ để
bốc gỗ rồi vận chuyển tới bãi II hoặc vận chuyển thẳng tới nơi tiêu thụ (hình 1.3).

Hình 1.3. Vận chuyển gỗ bằng xe REO
Ở vùng nguyên liệu giấy gồm 8 tỉnh phía Bắc, trước đây được sự tài trợ
của chính phủ Thụy Điển, các xe vận tải nhãn hiệu Scania được sử dụng phổ
biến để vận chuyển gỗ nguyên liệu giấy từ các lâm trường về nhà máy giấy Bãi
Bằng. Loại xe này phù hợp với điều kiện đường tốt và quy mô khai thác tập
trung ở khu nguyên liệu giấy ở một số tỉnh phía Bắc nước ta. Tuy nhiên, từ khi
hết nguồn tài trợ của Thụy Điển, loại xe này ít dần do không nhập thêm và thiếu
phụ tùng thay thế.
Hiện nay ở nước ta, do quy mô sản xuất còn nhỏ lẻ, phân tán, cơ sở hạ
tầng, dịch vụ kỹ thuật còn yếu kém, vốn đầu tư còn hạn chế nên mức độ cơ giới
hóa trong sản xuất lâm nghiệp còn thấp. Trong khâu vận chuyển gỗ rừng trồng
người ta sử dụng các loại xe tải công dụng chung để vận chuyển gỗ. Loại xe
được dùng phổ biến nhất là xe tải sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam (hình 1.4).

Hình 1.4. Xe ô tô tải cỡ nhỏ vận chuyển chuyển gỗ rừng trồng
Sử dụng các loại xe tải cỡ vừa và nhỏ sản xuất lắp ráp ở Việt Nam vào
việc vận chuyển gỗ rừng trồng tỏ ra phù hợp vì vốn đầu tư cho việc mua sắm

phương tiện không lớn, không đòi hỏi làm đường rộng đến các vùng rừng trồng.


9
Các loại xe này khá phù hợp, hiệu quả khi vận chuyển gỗ trên các tuyến trục
chính, độ dốc không quá lớn. Tuy nhiên do chất lượng mặt đường kém, xe bị
dao dộng, sinh ra tải trọng động tác dụng lên các chi tiết, khung xe bị xoắn nhiều
hơn thường sinh ra các vết nứt.
1.1.3. Đặc điểm đường ô tô lâm nghiệp
Đường ô tô lâm nghiệp có các đặc điểm sau [23], [39b]:
- Để khai thác, vận chuyển gỗ trên khu rừng trồng tập trung, đường ô tô
lâm nghiệp được xây dựng thành một mạng lưới gồm: Đường trục chính, đường
trục phụ và đường nhánh.
Đường trục chính phục vụ khai thác, vận chuyển gỗ cho một hoặc vài
công ty, xí nghiệp, được bố trí hai làn xe chạy, nối với đường giao thông công
cộng; chất lượng nền đường, mặt đường và các công trình vượt dòng trên tuyến
trục chính được xây dựng khá tốt (hình 1.5). Ngoài phục vụ việc vận chuyển lâm
sản, tuyến trục chính còn phục vụ công tác trồng rừng, chăm sóc, quản lý bảo vệ
rừng và phục vụ nhu cầu dân sinh, phát triển kinh tế xã hội của địa phương.

Hình 1.5. Tuyến trục chính đường ô tô lâm nghiệp
Tuyến trục phụ dùng để vận chuyển gỗ cho một vài khu khai thác, còn
đường nhánh chỉ phục vụ cho việc khai thác ở một vài lô, khoảnh. Tuyến trục
phụ và đường nhánh thường chỉ bố trí một làn xe. Sau khai thác, tuyến trục phụ
và đường nhánh thường được đóng lại, không sử dụng. Do thời gian phục vụ
ngắn nên người ta xây dựng nền đường, mặt đường và các công trình vượt dòng
với chất lượng không cao, có tính tạm thời để giảm chi phí đầu tư xây dựng
đường (hình 1.6).

10

Hình 1.6. Tuyến trục phụ đường ô tô lâm nghiệp
- Đường ô tô lâm nghiệp là loại đường có tải một chiều. Chiều có tải là
chiều từ phía rừng đi ra, chiều ngược lại thường là xe chạy không tải. Do vậy, để
giảm khối lượng đào đắp, giảm chi phí xây dựng đường người ta thiết kế độ dốc
của đường chiều không tải lớn hơn chiều có tải.
- Đường ô tô lâm nghiệp thường được xây dựng ở miền núi, địa hình phức
tạp nên đường có nhiều đoạn cong với bán kính nhỏ, độ dốc lớn; tầm nhìn bị hạn
chế bởi cây cối, mái ta luy; mặt đường chủ yếu là mặt đường đất, lại trong điều
kiện độ ẩm thường xuyên lớn nên chóng hư hỏng.
- So với đường giao thông công cộng, đường ô tô lâm nghiệp có bề rộng
nhỏ, chất lượng mặt đường thấp, độ dốc lớn, độ ẩm của tuyến đường đi qua cao,
tốc độ xe, mật độ xe chạy thấp. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của đường ô tô lâm
nghiệp trình bày ở bảng 1.2 [23], [39b].
Bảng 1.2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của đường ô tô lâm nghiệp
Cấp hạng
kỹ thuật
của đƣờng

Tốc độ
thiết kế
(km/h)
30

Bề rộng
mặt đƣờng
(m)
5,5

Bề rộng
nền đƣờng
(m)
7,5

Miền núi

20

5,0

7,0

Đồng bằng

20

5,0

7,0

Miền núi

15

3,0

5,0

Đồng bằng

15

2,5

4,0

Miền núi

10

2,5

4,0

Địa hình
Đồng bằng

Cấp I
Cấp II
Cấp III


11
1.2. Những nghiên cứu về biên dạng đƣờng vận chuyển
Mấp mô mặt đường là yếu tố quan trọng gây nên dao động cho ô tô. Để
nghiên cứu dao động ô tô người ta thường phải nghiên cứu đặc trưng mấp mô
biên dạng của đường trên đó ô tô chuyển động. Có hai phương pháp chính được
áp dụng để đo ghi mấp mô biên dạng đường là phương pháp trực tiếp và phương
pháp gián tiếp:

- Phương pháp trực tiếp là tiến hành đo ghi chiều cao mấp mô biên dạng
đường theo chiều dài đường [19].
- Phương pháp gián tiếp là đo ghi các thông số dao động của ô tô như một
hệ động lực với các tham số cấu trúc cho trước khi chuyển động trên đường
không bằng phẳng. Sau đó tiến hành tính toán dựng lại xác định mấp nhô của
đoạn đường đã đi.
Cả hai phương pháp đều có thể cho các kết quả ở dạng liên tục hoặc rời
rạc. Các kết quả đo phản ánh gần như thực tế ảnh hưởng qua lại của bánh xe với
nền đường và sau đó có thể xử lý trên máy tính bằng các phần mềm xử lý số liệu
thống kê.
Bản chất của phương pháp đo gián tiếp là xây dựng một hàm lọc biến đổi
có thể nhận được lại mô tả mấp mô biên dạng mặt đường từ các số liệu ghi được
là thông số dao động của ôtô thử nghiệm bằng phép biến đổi Fourie đơn giản.
Tín hiệu đầu ra gh(t) của các thông số dao động thường là dịch chuyển hoặc gia
tốc đo được bằng các cảm biến.
Hiện nay có rất nhiều loại thiết bị đo mấp mô mặt đường khác nhau, từ
thiết bị đơn giản như thước dài cho đến các thiết bị hiện đại như thiết bị đo
chuyên dụng có các đầu đọc laser sử dụng các phần mềm hiện đại để truy nhập
và xử lý số liệu. Các thiết bị đo có thể chia thành 2 nhóm chính sau:
- Nhóm thứ nhất là các thiết bị đo mặt cắt dọc;
- Nhóm thứ hai là các thiết bị đo theo kiểu phản ứng.
Loại thiết bị đo mặt cắt dọc gồm các thiết bị có khả năng đo tĩnh, tốc độ
đo thấp hoặc thiết bị đo động với tốc độ đo khá cao nhằm xác định chính xác
mặt cắt dọc của đường tương ứng với vệt bánh xe khi đo.