Nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo bông sen 20 với rơ mooc một trục vận chuyển gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN VĂN DƯƠNG

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO
BÔNG SEN-20 VỚI RƠ MOOC MỘT TRỤC VẬN CHUYỂN GỖ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN VĂN DƯƠNG

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO
BÔNG SEN-20 VỚI RƠ MOOC MỘT TRỤC VẬN CHUYỂN GỖ

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị cơ giới hố Nơng Lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Văn Bỉ

Hà Nội, 2011



1

Mở đầu
Ơtơ, máy kéo bánh hơi là những thiết bị vận chuyển quan trọng trong các
ngành kinh tế quốc dân, chúng cũng là những phương tiện chính để vận
chuyển hàng hố nói chung và lâm sản trong ngành lâm nghiệp hiện nay. Chỉ
tiêu quan trọng nhất để đánh giá khả năng và hiệu quả sử dụng các loại thiết
bị này là sự an tồn trong q trình chuyển động với năng suất hợp lý và được
đặc trưng bằng tính ổn định thông qua dao động của chúng; các dao động này
gây nên tải trọng động ảnh hưởng đáng kể đến q trình lưu thơng, gây rung
sóc, hư hỏng các cụm chi tiết, giảm năng suất vận chuyển, mất an toàn và hại
sức khoẻ cho người lái. Vì vậy việc nghiên cứu dao động của ôtô, máy kéo
bánh bơm và rơ mooc đã và đang được các nhà khoa học quan tâm thích đáng
trong nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sử dụng. Từ các đặc trưng dao động, các
nhà nghiên cứu có thể xác định được tải trọng động thơng qua hệ số đọng lực
học; là cơ sở để thiết kế các hệ thống phụ trợ như hệ thống treo, vỏ xe, rơ
mooc; các thông số kỹ thuật và công nghệ của thiết bị đồng thời cũng là cơ sở
xác lập phạm vi và khả năng sử dụng, thiết kế, cải tiến chúng một cách hợp
lý.
Hiện nay để góp phần cơng nghiệp hố và hiện đại hố nơng thơn, ngành
lâm nghiệp nước ta đang có chủ trương đẩy nhanh tiến độ áp dụng cơ giới hoá
đưa tiến bộ khoa học kỹ thuật vào các khâu cơng việc nói chung và đặc biệt là

công nghệ khai thác, vận chuyển gỗ và các lâm sản khác. Việc nghiên cứu xác
định hệ số tải trọng động thông qua dao động của ôtô, máy kéo trong quá
trình vận chuyển lâm sản cũng sẽ là một nội dung rất thiết thực có ý nghĩa
khoa học.
Mục tiêu nghiên cứu hệ số tải trọng động của ôtô, máy kéo là để xác định
mức độ ảnh hưởng trực tiếp của các tham số công nghệ như tải trọng, vận
tốc… đến phương tiện và hàng hoá đặc biệt là cho người điều khiển phương


2

tiện đó trong q trình di chuyển trên đường; từ đó có giải pháp giảm thiểu sự
cố do tải trọng động gây ra.
Với những lý luận trên đây tác giả thực hiện đề tài: “Nghiên cứu dao
động của liên hợp máy kéo Bông sen BS-20 với rơ mooc một trục vận
chuyển gỗ”


3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Khái quát về thiết bị vận xuất vận chuyển cự ly ngắn
1.1.1. Tình hình vận chuyển bằng máy kéo trên thế giới
Hiện nay việc sử dụng máy kéo vào công việc vận chuyển đã trở thành
phổ biến. ở các nước tiên tiến việc sử dụng máy kéo vào vận chuyển đã đạt ở
mức độ cao; đặc biệt trong sản xuất nơng nghiệp. Thí dụ ở Pháp: 90% công
việc; Mỹ 35%; Tây Đức 75%; Liên Xơ 60%. Như vậy vai trị của máy kéo
trong vận chuyển là rất lớn [30]
Theo các nhà nghiên cứu, việc sử dụng máy kéo vào cơng việc vận

chuyển có nhiều đặc điểm khác với sử dụng ơ tơ, đó là:
- Thực hiện các nguyên công vận chuyển liên quan một cách trực tiếp
đến công việc tại hiện trường.
- Sử dụng rơ moóc sau đầu máy kéo với vận tốc thấp, tính an tồn lái
cao (V < 33 Km/h)
- Nhiều kiểu máy kéo rất khác nhau về tính chất kéo (từ 2 - 60 KW); về
phạm vi vận tốc (4-33 km/h).
- Rơ mc máy kéo rất khác nhau về cơng dụng cũng như về cấu tạo.
Tuỳ theo công dụng vận chuyển, loại hàng hoá và chất lượng đường vận
chuyển để thiết kế rơ moóc cho phù hợp....
Để đáp ứng các yêu cầu trên, ở các nước công nghiệp phát triển đã chế
tạo và đưa vào sử dụng các loại máy kéo chuyên dùng cho vận xuất, vận
chuyển lâm sản đó là: LKT 80 - Tiệp Khắc sản xuất, Volvo - Thuỵ Điển;
Komatsu - Nhật Bản... Các máy kéo này có khả năng ổn định cao, công suất
lớn. Tuy nhiên các loại máy này thường có cấu tạo phức tạp, giá thành cao,
vốn đầu tư rất lớn, phụ tùng thay thế khó mua và nhiều tiền... Các loại máy


4

kéo này chỉ phù hợp cho những cơ sở lâm nghiệp quy mơ lớn và thích ứng với
các khu vực khai thác gỗ và lâm sản tập trung có khối lượng lớn, cự ly vận
chuyển ngắn (<15 km) - Ngoài việc vận chuyển chúng cịn có các chức năng
gom gỗ, xếp gỗ, bốc dỡ gỗ.
1.1.2. Tình hình vận chuyển gỗ bằng máy kéo ở Việt Nam
Ở nước ta do nền nông nghiệp, đặc biệt là công nghiệp chế tạo máy
chưa phát triển, vốn đầu tư còn rất hạn chế nên chưa thể chế tạo được các loại
máy kéo chuyên dùng, cũng rất hạn chế nhập được các loại máy chuyên dùng
có tính năng kỹ thuật cao, tồn năng vào các khâu cơng việc phục vụ cơ giới
hố vận xuất, vận chuyển gỗ vùng đồi núi. Mặt khác rừng Việt Nam trữ lượng

gỗ thấp, khai thác chủ yếu là khai thác chọn, việc chọn phương tiện vận
chuyển thích hợp cũng là những vấn đề cần nghiên cứu.
Hiện nay do tác động của cơ chế kinh tế nhiều thành phần, do việc giao
đất khốn rừng cho các hộ nơng dân sử dụng lâu dài trên các địa bàn trung du,
miền núi [9], [10]. Các trang trại sản xuất nông lâm nghiệp xuất hiện; kinh tế
trang trại và các sản phẩm từ trang trại cũng đang là thị trường hấp dẫn cho
các dịch vụ cơ khí lâm nghiệp, đặc biệt là cơng tác vận chuyển. Nhiều hộ gia
đình, các chủ trang trại đã mua máy kéo để thực hiện các dịch vụ trên; các
loại máy kéo này chủ yếu là máy kéo cỡ nhỏ và cỡ trung. Nhìn chung các loại
máy kéo nơng nghiệp này về đặc tính sử dụng và kết cấu chưa được khai thác
triệt để, nhiều chỉ tiêu chưa được làm rõ dẫn đến sử dụng còn nhiều hạn chế,
kém hiệu quả [12], [31]. Việc nghiên cứu cải tiến để sử dụng hợp lý loại máy
kéo này trong lâm nghiệp là rất cần thiết
Trong khi chúng ta chưa đủ khả năng để trang bị nhập các máy chuyên
dùng, việc nghiên cứu cải tiến để nâng cao tính năng kỹ thuật của máy kéo thông
thường cho phù hợp với điều kiện sử dụng ở vùng đồi núi sẽ có ý nghĩa không
nhỏ đặc biệt cho các trang trại, các đội sản xuất lâm nghiệp và các lâm trường có
vốn đầu tư nhỏ đang dùng máy kéo bánh hơi cỡ nhỏ phổ biến hiện nay.


5

- Đối với máy kéo nói chung, máy kéo lớn nói riêng đã được nhiều nhà
khoa học nghiên cứu và được công bố [39],[44], [45], [40], [42] [2], [11],
[6].... Các cơng trình nghiên cứu này thường là xây dựng cơ cở lý thuyết động
lực học hoặc dạng các mơ hình tốn. Các cơng trình này là thành tựu to lớn
cho phát triển lĩnh vực ô tô - máy kéo, làm cơ sở cho các cán bộ chuyên môn
triển khai áp dụng. Tuy nhiên các cơng trình nghiên cứu tải trọng động của
LHM khi vận chuyển gỗ chưa thấy công bố đặc biệt là LHM có rơ mooc một
trục chở gỗ vùng đồi dốc chưa được đề cập.

Nghiên cứu máy kéo nơng nghiệp dùng trong lâm nghiệp: Ngồi máy
kéo chun dùng trong lâm nghiệp các máy kéo thông thường được sử dụng
trong một số khâu công việc của lâm nghiệp là máy kéo nông nghiệp [3], [4],
[20], [8].... Các loại máy kéo này thường sử dụng để thực hiện tổng hợp các
nguyên công cần thiết. Thực tế nếu sử dụng máy kéo loại này trong khâu vận
xuất, vận chuyển lâm sản thì cần phải nghiên cứu cho phù hợp, đặc biệt nếu
không nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng trước khi sử dụng sẽ khơng an tồn,
kém hiệu quả, tuổi thọ của máy thiết bị sẽ giảm.
Thành tựu nghiên cứu về cơ giới hoá lâm nghiệp thể hiện qua kết quả
một số đề tài nghiên cứu, các báo cáo khoa học; các tác giả đều tiến hành
nghiên cứu, thiết kế cải tiến các thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo nông
nghiệp dùng trong vận xuất, vận chuyển gỗ thể hiện trong một số đề tài tiêu
biểu sau:
- Thiết kế, chế tạo, thử nghiệm rơ moóc chuyên dùng được trang bị tời
cáp để bốc dỡ vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng, động lực là máy kéo Zetor do
Viện nghiên cứu Lâm nghiệp tiến hành. Tuy nhiên cơng trình này cịn nặng
về thiết kế, ít quan tâm tới các nhân tố ảnh hưởng động lực học ổn định hướng
chuyển động của máy kéo; ý nghĩa thực tiễn chưa cao (chưa được áp dụng
trong thực tiễn sản xuất).


6

- Đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước mã số 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, vùng gỗ nhỏ rừng trồng” [3]. Trước yêu cầu về khai
thác, vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng ở vùng nguyên liệu giấy, các tác giả đã đề
xuất phương án thiết kế, chế tạo loại thiết bị vận xuất, vận chuyển trên máy
kéo bánh hơi nông nghiệp nhập ngoại từ Liên Xô đang được sử dụng rộng rãi
ở Việt Nam, máy kéo MTZ50 với rơ moóc 1 trục có trang bị thiết bị tời cáp

để gom và bốc gỗ. Thiết bị đã được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khảo nghiệm
và chuyển giao công nghệ áp dụng bước đầu vào sản xuất và kết quả có tính
khả quan. Đây là cơng trình có cơ sở khoa học và thực tiễn. Tuy nhiên cơng
trình phần nào cịn được nghiên cứu tiếp để hồn thiện thơng qua các tác động
biến đổi tải trọng trên rơ mc, các thơng số ảnh hưởng khác... tác dụng trên
máy kéo ảnh hưởng đến động lực học của LHM trong điều kiện vận chuyển
gỗ vùng đồi núi Việt Nam cho phù hợp.
+ Đề tài trọng điểm cấp Nhà nước mã số KC 07-26: “Nghiên cứu lựa
chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hố các khâu làm đất, trồng, chăm
sóc rừng trồng và khai thác gỗ” [20]. Đề tài đã được Bộ khoa học nghiệm thu
năm 2006. Một trong những kết quả của đề tài là nghiên cứu thành công việc
thiết kế, cải tiến máy kéo nông nghiệp (Shibaura) phục vụ cho một số công
việc lâm nghiệp, làm việc trên vùng đồi dốc; đặc biệt là sử dụng máy kéo
trong cơ giới hoá các khâu làm đất, vận xuất, vận chuyển gỗ. Tuy nhiên đề tài
này đi sâu vào nghiên cứu thiết kế cải tiến ra sản phẩm khoa học, chưa quan
tâm nghiên cứu về an toàn chuyển động, đặc biệt là hệ số động lực học của
LHM khi vận chuyển lâm sản do chất lượng đường xấu gây ra. Để có cơ sở
khoa học cho việc đề xuất những phương án vận chuyển có lợi nhất, sử dụng
máy kéo hợp lý có hiệu quả và an tồn, chúng tơi tiến hành nghiên cứu hệ số
động lực học của LHM ở các chế độ tải trọng, vận tốc, gia tốc thay đổi nhằm
đưa ra một số giải pháp hợp lý theo điều kiện an toàn, kỹ thuật cho cả người


7

lái, thiết bị và hàng hố khi vận chuyển, góp phần hoàn thiện kết cấu và nâng
cao chất lượng làm việc
Qua nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu một loạt các cơng trình nghiên cứu ở
trên, về điều kiện vận chuyển lâm sản vùng đồi núi Việt nam, tác giả đưa ra
một số kết luận sau:

Trên thế giới việc sử dụng máy kéo trong công tác vận chuyển gỗ chiếm
tỷ lệ cao, mang lại hiệu quả kinh tế xã hội, đang được sử dụng rộng đặc biệt
là ở các nước phát triển (máy kéo vạn năng).
Vấn đề cơ giới hoá lâm nghiệp ở Việt Nam còn nhiều hạn chế cần phải
đầu tư nghiên cứu thoả đáng góp phần cơng nghiệp hố nông thôn hiện tại và
trong tương lai.
Máy kéo cỡ nhỏ, vốn đầu tư nhỏ, thích hợp với điều kiện địa hình và kinh
tế nơng thơn miền núi [8], [20] phù hợp với tính năng sử dụng phục vụ cho
khu vực hàng hố phân tán; khối lượng trung bình. Việc đầu tư nghiên cứu
loại máy kéo này là cần thiết góp phần hoàn thiện kết cấu và tăng khả năng sử
dụng có hiệu quả trong điều kiện sản xuất lâm nghiệp.
1.2. Khái quát về nghiên cứu dao động của ô tô, máy kéo
Khi ô tô, máy kéo chuyển động trên đường không bằng phẳng thường
chịu những tải trọng dao động do mấp mô mặt đường sinh ra. Những dao
động này ảnh hưởng xấu đến hoạt động của người lái, hàng hoá và thiết bị.
Theo thống kê cho thấy, khi phương tiện vận tải chạy trên đường xấu ghồ ghề,
so với cùng loại chạy trên đường tốt bằng phẳng thì vận tốc trung bình giảm
40 - 50%. Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động ô tô tới cơ thể
con người đều đi tới kết luận là nếu con người phải chịu đựng lâu trong môi
trường dao động của ô tô sẽ mắc các bệnh về thần kinh và não. Vì vậy tính êm
dịu chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của xe. [2]
Những vấn đề nêu trên cho thấy, nghiên cứu dao động ô tô khơng chỉ
có ý nghĩa về mặt khoa học mà cịn có ý nghĩa thực tiễn rất cao.


8

1.2.1. Nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo trên thế giới
Việc nghiên cứu dao động ô tô - máy kéo bắt đầu rất sớm, ngay cả khi
chúng còn rất đơn giản. Một trong những tác giả với nhiều đóng góp có thể kể

đến là Mitschke, Schiehlen. Năm 1970 Mitschke đã tập trung vào tác phẩm
nổi tiếng "Dynamik der Kraftfahrzeuge" tập hợp tất cả các cơng trình nghiên
cứu trước đó, bao gồm 200 trích dẫn. Nội dung chính là dao động xe con, mơ
hình là mơ hình 1/4 và được xem xét ở các yếu tố kết cấu có ảnh hưởng đến dao
động và tối ưu hệ treo. Sau đó, tác giả đề cập chỉ tiêu đánh giá dao động ơtơ.
Những năm sau này, 1980, Schiehlen trình bày phương pháp hệ nhiều vật.
Ông đã sử dụng sự trợ giúp của máy tính để nghiên cứu sâu hơn về hệ thống
treo, bánh xe; tuy nhiên các nghiên cứu đó vẫn tập trung chủ yếu vào xe con.
Năm 1973 Barski I.B [42] nghiên cứu Động lực học máy kéo. Tác giả
đã nghiên cứu đầy đủ động lực học của máy kéo bánh hơi, máy kéo bánh xích
và độ êm dịu chuyển động của máy kéo.
Năm 1983 Dobrưnhin Iu.A [50] nghiên cứu động lực học thẳng đứng
của máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ trong chặt chăm sóc.
Năm 1987 Zucov A.V [49] đã nghiên cứu những vấn đề dao động của
máy kéo lâm nghiệp.
Năm 1992 Kozmin S.F [48] đã nghiên cứu quá trình dao động thẳng
đứng của máy kéo bánh hơi lâm nghiệp cỡ 6 kN.
Năm 1995 Alêchxăngđrôp [39] đã nghiên cứu dao động của máy kéo
và các thiết bị nâng dùng trong khai thác, bốc dỡ vận chuyển gỗ. Đây là một
cơng trình có ý nghĩa thực tiễn cao; được ứng dụng trong đào tạo, nghiên cứu
khoa học và thực tiễn sản xuất.
Trong cơng trình [36], Muller đã đưa ra mơ hình khơng gian mơ tả tất
cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, tác giả đã bỏ qua các tác động của
tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác. Theo tác giả, một máy kéo có thể
có 7 bậc tự do: dao động thẳng đứng, dao động xoay quanh trục ngang, dao động
dọc, dao động xoay quanh trục dọc và dao động liên kết xoay quanh trục cân bằng.


9

Tác giả Volgel [37] đã nghiên cứu tính chất động lực học của liên hợp
máy cày, khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi,
cả của hệ truyền lực và bánh xe. Công trình cho phép đánh giá một cách khái
quát tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy khi cày đất, tuy
nhiên chưa có thực nghiệm để chứng minh các giả thiết đưa ra.
Trong cơng trình của Wendebon [38] bằng lý thuyết và thực nghiệm,
tác giả đã xây dựng mơ hình nghiên cứu tính chất động lực học của dao động
thẳng đứng máy kéo, tác giả không quan tâm đến chuyển động quay và các
chuyển động khác. Do vậy cơng trình này chưa đánh giá và thể hiện được đầy
đủ các tính chất động lực học của máy cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến sự
chuyển động của máy kéo nói riêng và liên hợp máy nói chung.
Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được
nhiều thành tựu đáng kể. Dao động 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 phịng thí nghiệm, xây dựng các khu thử nghiệm để
nghiên cứu dao động của ô tô, trong đó có kể đến biên dạng thực tế của mặt
đường và khả năng của con người chịu tác động của dao động.
Việc nghiên cứu hệ thống tổng thể theo mơ hình “Đường-Xe-Người”
được chia thành 3 hướng:
- Nghiên cứu về biên dạng mặt đường (nguồn gây ra dao động).
- Nghiên cứu hệ dao động ô tô (hệ thống treo khi ôtô chuyển động trên
đường phức tạp...).
- Nghiên cứu tâm sinh lý của con người và sự an toàn hàng hố, thiết bị.
1.2.2. Nghiên cứu dao động của ơ tơ máy kéo ở Việt Nam
Mức độ an tồn và ổn định của ôtô, máy kéo bánh bơm không chỉ được
đánh giá thông qua khả năng chống lật, chống trượt, khả năng điều khiển lái,
q trình phanh mà cịn thể hiện qua độ êm hay sự dao động của chuyển
động. Hiện tượng dao động khi ôtô máy kéo chuyển động trên đường đặc biệt

10

là với chất lượng đường xấu có ảnh hưởng rất lớn đến tính ổn định của xe, nó
biểu hiện qua: trạng thái sức khoẻ của người điều khiển phương tiện, độ bền
của các cụm chi tiết, chất lượng hàng hoá, chi phí nhiên liệu… hay nói khác đi
nó có ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và hiệu quả làm việc của phương tiện.
Nghiên cứu dao động của ôtô, máy kéo bánh hơi đã được nhiều tác giả
quan tâm và có rất nhiều kết quả nghiên cứu ở hầu hết các dạng dao động, trong
số đó dao động thẳng đứng giữa khung xe với mặt đường là chủ yếu [2],[11],
Việc nghiên cứu dao động của khung xe được mơ hình bằng hệ cơ học
tương đương có 2 bậc tự do với các liên kết đàn hồi có độ cứng thay đổi như
hình 1.1 hoặc hình 1.2.

Hình 1.1: Sơ đồ dao động tương đương của ơtơ, máy kéo 4 bánh

v

z1

A
’A1

B1

T

φ

B’

Z2

MZ

A

B
c2z2

c1z1

a
L

b

Hình 1.2: Sơ đồ dao động đơn giản của ôtô, máy kéo 4 bánh


11

Phương trình vi phân dao động thẳng đứng lập được có dạng [2]:

c1L2
ab   2 
Z1  2 2 . Z 2 
.Z1  0
 b
M (  2  b2 )


c2 L2
ab   2 
Z 2  2 2 . Z1 
.Z2  0
 a
M ( 2  a2 )


Từ hệ phương trình (1.1) ta thấy rằng dao động của ôtô thông qua 2 điểm
A, B tương ứng với dao động của các khối lượng được treo phân ra cầu trước,
cầu sau có ảnh hưởng lẫn nhau nghĩa là trong quá trình chuyển động khi cầu
trước gặp mấp mô hay chướng ngại vật dao động xuất hiện ở cầu trước cũng
sẽ gây ra dao động ở cầu sau và ngược lại. ảnh hưởng dao động qua lại của 2
cầu xe được đặc trưng bằng hệ số liên kết .

ab  f 2
ab  f 2
1  2
; 2  2
2
 b
  a2

(1.2)

Trong (1.2) nếu:
1 = 2 = 0 các cầu có dao động độc lập với nhau (trường hợp này rất hiếm
khi xảy ra), thường 1  2
1  2 : các cầu có dao động ảnh hưởng lẫn nhau 1  2  0  2  0

 ta có  2 = ab. ; : hệ số ảnh hưởng đến dao động nằm trong
khoảng 0,8  1,2
Tần số dao động riêng của các khối lượng được treo phân ra cầu trước và cầu
sau được tính như sau:

c1L2
c2 L2
2
1 
; 2 
M (  2  b2 )
M (  2  a2 )
2

(1.3)

1: tần số dao động đặc trưng cho dao động của khối lượng được treo tại điểm
A khi điểm B cố định.
2: tần số dao động đặc trưng cho dao động của khối lượng được treo tại điểm
B khi điểm A cố định.
: Bán kính quán tính của khối lượng được treo đối với trục Y đi qua trọng tâm T


12

Từ 1.3 và 1.2 thay vào 1.1 ta có:

z1  1 z2  12 z1  0
z2  2 z1  22 z2  0

(1.4)

Nghiệm tổng quát của (1.4) đã xác định được như sau:

Z 1  A. sin 1 t  B. sin  2 t
Z 2  C. sin 1 t  D. sin  2 t
1, 2: tần số dao động liên kết; A, B, C, D: hằng số
Trên đây là cơ sở lý thuyết để nghiên cứu ảnh hưởng dao động của ôtô,
máy kéo bánh hơi 4 bánh (chưa kể đến kích động của mấp mơ mặt đường gây
ra khi xe chuyển động, chưa kể đến khối lượng không được treo, bỏ qua lực
cản của các bộ phận cản)[2].
Hiện nay khi nghiên cứu dao động có tác giả đã nghiên cứu dao động của
máy kéo có kể đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi [17]. Cụ thể tác
giả đã nghiên cứu dao động của ôtô máy kéo bánh hơi khi chịu lực kích động
mấp mơ mặt đường [8], [17], [27].Tác giả đã nghiên cứu dao động ngẫu nhiên
theo hướng bài toán tổng hợp hệ thống cho cầu trước, cầu sau và ghế ngồi
nhằm xác định các thông số tối ưu của hệ thống, đã xác định được hàm mục
tiêu là hạn chế tới mức thấp nhất xác suất mất liên kết giữa bánh xe với mặt
đường, đã xác định gia tốc dao động cực đại của ghế ngồi, hệ số cản lăn của bộ
phận treo ghế… làm cơ sở thiết kế, cải tiến ghế ngồi phù hợp với yêu cầu chạy
êm của xe. Tuy nhiên nếu nghiên cứu dao động ngẫu nhiên của máy kéo theo
mơ hình khơng gian phi tuyến với cả dao động xác định và dao động ngẫu
nhiên sẽ đầy đủ hơn, chưa nghiên cứu tới dao động của máy kéo trong quá trình
chuyển tiếp khi vận tốc chuyển động của máy kéo thay đổi. Khi nghiên cứu dao
động tác giả chưa đề cập đến ảnh hưởng sự thay đổi lực cản, đặc biệt là chưa
chú ý đến ảnh hưởng của điều kiện địa hình (vùng đồi núi).Vấn đề là khi máy
kéo 4 bánh có kéo theo rơ mooc một trục thì dao động và ảnh hưởng của chúng
như thế nào là nội dung cần nghiên cứu trong luận văn này.

13

Trong lâm nghiệp việc nghiên cứu dao động của ôtô máy kéo bánh hơi
khi vận xuất, vận chuyển gỗ đã được một số tác giả thực hiện [25], [7 ], [1]….
Nhìn chung các tác giả đều tập trung giải quyết bài toán về dao động theo
phương thẳng đứng của cơ hệ gồm máy kéo và rơ moóc (gỗ), chúng được liên
kết bằng khớp bản lề (hình 1.3)

H. 1-3a

H. 1-3b

H. 1-3c

Hình 1.3: Sơ đồ tính tốn dao động của máy kéo khi kéo gỗ
a. Tải trọng gỗ phân tán (tập trung 5 khối lượng) [25].
b. Tải trọng gỗ tập trung [7].
c. Tính tải trọng gỗ theo độ thon thân cây [1].


14

Dao động thẳng đứng của cơ hệ được khảo sát khi ôtô máy kéo hoạt
động trên đường gồ ghề (sự mấp mơ mặt đường). Sự khác nhau trong các
cơng trình đã cơng bố đó là một số tác giả khi nghiên cứu giả thiết sự mấp mô
mặt đường theo quy luật điều hoà [7], [1], … ; một số tác động khác [25],
[17] thì nghiên cứu dao động theo quy luật ngẫu nhiên.
Với mc [8], bó gỗ, gỗ được mơ hình hố thành các khối lượng phân
tán [Vũ]- phân tán thành 5 khối lượng tập trung; vận xuất theo bó [7]; theo
cây [1], khối lượng thu gọn [39].

Từ mơ hình tính tốn trong từng trường hợp, bằng các phương pháp toán
học các tác giả đã xác định được các phương trình vi phân thể hiện sự dao
động. Khảo sát các hệ phương trình vi phân đó của cơ hệ các tác giả đều
khẳng định ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường đến các đặc trưng động lực
học của máy kéo, sự an tồn của thiết bị, hàng hố và người điều khiển; từ đó
làm cơ sở xác định một số thơng số kết cấu, cải tiến, hồn thiện góp phần
nâng cao năng lực và an toàn máy khi sử dụng.
Rất nhiều cơng trình nghiên cứu về dao động của ô tô, máy kéo bánh
hơi ở Việt Nam, tuỳ theo mục tiêu đề ra để nghiên cứu ảnh hưởng do dao
động. Việc nghiên cứu hệ số động lực học (tải trọng động) cho LHM cũng là
một trong những nội dung quan trọng cần nghiên cứu. Những kết quả nghiên
cứu đó có ý nghĩa lớn cho việc thiết kế cải tiến và chọn ra chế độ sử dụng hợp
lý cho ô tô, máy kéo.
Đường vận chuyển gỗ, lâm sản là loại đường nhánh và đường cấp III,
hoạt động của máy kéo phần nhiều trên đường đất, vịng, có độ dốc. Với loại
hàng hoá là gỗ rừng trồng, khối lượng phân tán, cự ly vận chuyển ngắn (5-15
km). Việc chọn, sử dụng máy kéo cỡ nhỏ cải tiến, áp dụng vào công tác vận
chuyển gỗ là phù hợp. Cần nghiên cứu đến tác động của tải trọng động gây ra
cho LHM khi vận chuyển làm cơ sở cho thiết kế, tính tốn, cải tiến hồn thiện
thiết bị và có giải pháp giảm thiểu tác động do ngoại cảnh gây ra, góp phần
đảm bảo an toàn, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị.


15

Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu:
Nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo Bơng sen BS-20 với rơ

mc một trục vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp làm cơ sở đề xuất giải
pháp giảm thích ứng giá trị của chúng và cải tiến hợp lý thiết bị.
2.2. Đối tượng nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu là liên hợp máy kéo nơng nghiệp BS-20 có rơ
mc một trục chở gỗ RMH 3000.
2.2.1. Đặc trưng kỹ thuật
Bảng 2.1 : Các thông số chính của máy kéo BS-20.
Các thơng số

TT

Đơn vị

Giá trị

--

D.50

ĐỘNG CƠ
1

Loại động cơ:

2

Cơng suất

Kw

18-32

3

Số vịng quay danh nghĩa

v/ph

1000

4

Số vịng quay khi mômen cực đại

v/ph

1600

5

Nhiên liệu

---

Gart

MÁY KÉO
6

Chiều dài cơ sở

mm

1440

7

Chiều rộng

mm

1205

8

Chiều cao đến ống xả

mm

2065

9

Chiều cao khơng tính ống xả

mm

1370

10

Chiều cao gầm

mm

450

11

Tâm 2 bánh

mm

2360

12

Bề rộng cầu trước

mm

1200


16

13

B rộng cầu sau

14

mm

1300

Bán kính quay vịng tối thiểu

m

3.6

15

Trọng lượng: Cấu tạo

kg

1060

16

Trọng lượng sử dụng

kg

1150

17

Trọng lượng phụ

kg

90

18

Tọa độ trọng tâm:
-Dọc (so với cầu sau & cầu trước)

mm

525/915

-Ngang (lệch trái)

mm

10

- cao

mm

783

6.2-20

--

N

1100

12,-38

--

N

3600

19

Bánh lốp trước:- số hiệu
-Tải trọng cho phép 2 bánh

20

Bánh lốp sau: - số hiệu
-Tải trọng cho phép 2 bánh
RƠ MOOC MỘT TRỤC

21

Chiều dài thùng mooc (L0)

mm

3060

22

Chiều rộng (B)

mm

1780

23

Chiều cao (hm)

mm

1320

24

Chiều dài đoạn nối móc

mm

900

25

Trọng lượng (m3) khơng tải & tải 2t

kg

1200/3200

26

Trọng tâm:
- Dọc, cách trục bánh mooc (ao=l5)

mm

700

Khi có tải 1 tấn (a1=l5)

mm

460

Khi có tải 2 tấn (a2=l5)

mm

370

- Đứng, (hg) không tải/tải 1t/ tải 2t

mm

- Khoảng cách l4 (không tải/tải 2t)

mm

- 2394/2724

Các tham số động lực học của LHM được tiến hành trực tiếp thơng qua
thí nghiệm từ đó tính toán xác định các tham số cần thiết phục vụ cho khảo
sát mơ hình lý thuyết, hoặc theo phương pháp tra bảng (từ kết quả nghiên cứu
của một số tác giả đã được cơng bố). Để có thơng số trên trong luận văn này


17

chúng tôi sử dụng các số liệu kế thừa và tra bảng từ các tài liệu của Nga [8], [40],
[41], [42], [44] .
2.2.2.Mơ men qn tính (MMQT) đối với các trục OXYZ
Xét cấu tạo của m/k Shibaurra 3000A và máy kéo BS-20, ta thấy chúng
có kết cấu giống nhau, chỉ khác nhau về trọng lượng. Do đó có thể sử dụng
phép biến đổi tỷ lệ giữa MMQT của 2 loại m/k này như sau:
Từ

J1x= m1ρ2 . J2x= m2 ρ2

Hay

J2x= J1xm2/m1

(1)

Trong đó: J1x, J2x – m2qt của đối vớị trục ox của shibaura 3000A [8] và của

máy kéo BS-20 (bảng 1.1). Thay các số liệu từ bảng các thông số kỹ thuật
của 2 loại máy kéo nói trên vào (1) ta có :
Bảng 2.2: Mơ men qn tính đối với các trục của m/k BS-20.
Shibaurra 3000A

BS-20

Rơmooc 1 trục

1477

1150

1200

84

84

--

Jx ( kgm2)

305

237.5

218

Jy (kgm2)

911

709.3

1040

Jz (kgm2)

1492

1161.7

1050

MMQT
m (kg)
Jix (kgm2)
(cầu trước m/k)

Ghi chú:
Trục trước

m1=232kg; d=1,2m.

m1=230kg;

Jix=84(kgm2)

d=1,2(m),

(tháo riêng tính

Jx=84(kgm2)

được)
2.2.3.Độ cứng các bánh lốp.
Độ cứng của các bánh lốp được lấy theo số liệu của các tác giả nghiên
cứu thông qua thực nghiệm. Cụ thể: độ cứng của các bánh lốp rơ mooc theo
số liệu đã công bố của TS.Phạm Minh Đức [8], độ cứng của các bánh lốp máy


18

kéo lấy theo số liệu khảo sát độ cứng của một số loại bánh lốp của Nga trong
tài liệu [40], [41], [42], [44] thì với máy kéo BS-20 có:
Bảng 2.3: Hệ số độ cứng của các bánh lốp máy kéo BS-20 và Rơ mooc chở gỗ
Đặc trưng

Bánh lốp

Bánh lốp sau

trước

Bánh lốp

Ghi chú

romooc

Mã hiệu

6.5-20

16.9-28

900-20

D (mm)

736.6

1219.2

1000

B (mm)

165,1

355.6

220

cz, (kN/m)

272

523

636.0

tr. 238,[42]

kz, (kNs/m)

1.05

2.0

2.96

tr.238, [42]

cy , (kN/m)

120

372

372.0

tr.45, [44]

tr.38, [40]

- Dạng đường vận xuất.
Theo kết quả khảo sát ở một số địa bàn, TS. Nguyễn Tiến Đạt [7] đã
đưa ra dạng mặt đường vận xuất gỗ có dạng 2 dạng chính: dạng mặt đường

xác định có thể biểu diễn bằng các hàm tuần hoàn và dạng mặt đường biến
đổi ngẫu nhiên do tác động của nhiều yếu tố.
Khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo nơng nghiệp BS-20 có rơ
mooc di chuyển trên đường vận chuyển. Chúng tơi lựa chọn loại đường vận
xuất có dạng mấp mơ điều hồ với chiều cao mấp mơ trung bình h0 = 0,1 m và
bước sóng trung bình S0 = 1,6 m.
2.3. Nội dung nghiên cứu.
2.3.1. Nghiên cứu động lực học của LHM
- Xây dựng mơ hình tính tốn dao động liên hợp máy kéo nơng nghiệp
BS-20 có rơmc chở gỗ khi di chuyển trên đường vận xuất, vận chuyển có
tính đến ảnh hưởng của sự mấp mơ mặt đường.
- Xây dựng phương trình vi phân dao động của LHM
- Khảo sát dao động của LHM vận chuyển gỗ


19

2.3.2. Giải pháp giảm hệ số tải trọng động cho LHM
- Xác định các hệ số động lực học
- Giải pháp làm giảm hệ số động lực học cho máy kéo Bông sen-20
+ Phương pháp giảm hệ số động lực học
+Xác định vị trí đặt nhíp và thơng số đàn hồi của nhíp lắp trên máy kéo
Bơng sen – 20 dùng cho vận chuyển gỗ
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp sử dụng phương trình Lagranger loại II:
Để lập mơ hình chuyển động cho cơ hệ và hệ PTVP chuyển động trong
luận văn tác giả theo phương pháp Lagranger.
Phương trình Lagranger hạng II có dạng tổng quát như sau:

d T T

 

 Qi 

dt q i q i
q i q i

(2-1)

Trong đó:
T - Hàm động năng của hệ;
Π - Hàm thế năng của hệ;
Ф - Hàm hao tán của hệ;
Qi - Lực suy rộng của hệ;
qi - Các tọa 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
hạng II ta sẽ nhận được một hệ phương trình vi phân. Số lượng phương trình
vi phân trong hệ tỷ lệ thuận với số lượng của các khối lượng qui đổi trong mơ
hình. Bằng phương pháp giải tích, một hệ phương trình vi phân ln ln 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
mơ hình cơ học của cơ hệ. Trong đó, đối với các cơ hệ hơlơnơm, giữ và dừng
(là cơ hệ có các điều kiện ràng buộc được mơ tả bằng những phương trình liên


20

kết và trong phương trình liên kết khơng chứa các yếu tố vận tốc và thời gian

người ta thường sử dụng phương pháp áp dụng phương trình Lagranger loại II).
Trong luận văn này tác giả áp dụng phương pháp kế thừa: sử dụng kết
quả nghiên cứu về dao động của liên hợp máy gồm máy kéo nơng nghiệp và
rơmc một trục chở gỗ có tính đến ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường
lâm nghiệp của tác giả đã nghiên cứu và công bố [7], [8].
2.4.2. Phương pháp sử dụng phần mềm - Giải và khảo sát hệ PTVP
Nội dung của việc xử lý mơ hình tốn là việc giải và khảo sát các phương
trình vi phân đã lập được. Trong những trường hợp phương trình vi phân khơng
q phức tạp, người ta thường ưu tiên sử dụng phương pháp giải tích để giải các
phương trình vi phân và khảo sát các kết quả nghiệm của PTVP.
Tuy nhiên, nếu lập mơ hình cơ học của hệ dưới dạng càng nhiều các
khối lượng qui đổi, sẽ đồng nghĩa với việc nhận được một phương trình vi
phân có số bậc càng cao; dẫn đến, việc giải và khảo phương trình vi phân sẽ
trở lên khó khăn. Ngày này, với sự trợ giúp của máy tính điện tử thơng qua
các phần mềm đã giải quyết được hàng loạt các bài toán phức tạp; mặt khác
khảo sát các nghiệm hay sự biểu hiện của dao động trở nên thuận lợi hơn rất
nhiều. Trong khoá luận này chúng tơi sử dụng chương trình phần mềm
Mathematica 5.1 để giải và khảo sát hệ phương trình vi phân dao động của
máy kéo bông sen BS - 20 và rơ mooc một trục chở gỗ. Kết quả được trình
bày trong chương 3.
Phần mềm Mathematica
Tác giả của Mathematica là Stephen Wolfram, người được xem là nhà sáng
tạo quan trọng nhất trong lĩnh vực tính tốn khoa học và kỹ thuật ngày nay.
Mathematica lần đầu tiên được hãng Wolfram Research phát hành vào
năm 1988, là một hệ thống nhằm thực hiện các tính tốn tốn học trên máy
tính điện tử, Mathematica rất mạnh về tính tốn lý thuyết, xử lý các biểu thức.
Nó là một tổ hợp các tính tốn bằng ký hiệu, tính tốn bằng số, vẽ đồ thị và là


21

ngơn ngữ lập trình tinh vi. Lần đầu tiên khi version 1 của Mathematica được
phát hành, mục đích chính của phần mềm này là đưa vào sử dụng cho các
ngành khoa học vật lý, khoa học cơng nghệ và tốn 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, khoa học cơng nghệ mà nó đã trở thành một phần mềm
quan trọng của các ngành khoa học xã hội cũng như kinh tế; Mathematica
cũng là một trong các cơng cụ quan trọng trong khoa học máy tính, phát triển
phần mềm. Tuy phần quan trọng của Mathematica nằm trong lĩnh vực khoa
học kỹ thuật nhưng nó cũng là một công cụ mạnh trong lĩnh vực giáo dục đào
tạo. Trong số hơn 100.000 người sử dụng Mathematica có 28% là các kỹ sư,
21% các nhà khoa học, 20% các nhà vật lý, 12% các nhà toán học, 12% các
nhà doanh nghiệp, các nhà khoa học xã hội và nhân văn. Theo số liệu gần đây
tất cả các công ty có trong Fortune 50, hầu hết 15 bộ chủ chốt của chính phủ
Hoa Kỳ và 50 trường đại học lớn nhất thế giới sử dụng Mathematica. Có
nhiều xuất bản định kỳ và khoảng 200 quyển sách liên quan đến Mathematica
đã được công bố [52].
Ưu điểm của phần mềm Mathematica:
- Mathematica là phần mềm dễ sử dụng;
- Trong khi các phần mềm khác chỉ tính tốn số thì Mathematica có thể
tính toán với cả số, đại số và cả ký hiệu mà khơng cần lệnh bổ sung;
- Mathematica có thể thực hiện tất cả các tính tốn số và ma trận với
tốc độ tính tốn nhanh hơn rất nhiều so với các phần mềm khác.
- Mơ hình dữ liệu cơ bản của Mathematica với số chiều tùy ý;
- Nhiều chức năng của Mathematica chuyển tự động giữa các thuật toán
khác nhau khơng phải chọn thuật tốn cho các chức năng đó.
- Để giải một phương trình vi phân trong phần mềm khác ví dụ như
Matlab, ta phải tự tuyến tính hóa thành hệ phương trình vi phân tuyến tính cấp

22

một trước khi giải. Mathematica có thể giải trực tiếp một phương trình vi
phân hoặc hệ phương trình vi phân cấp bất kỳ.
- Mathematica cho phép làm việc với n-chiều, n bất kỳ.
- Mathematica cho phép lập trình hướng đối tượng rất mạnh mẽ, ta có
thể sử dụng thủ tục, hàm, hướng đối tượng, …
- Mathematica có giao diện văn bản, giao diện tài liệu (có thể in trực
tiếp cơng thức), các cơng cụ hỗ trợ đồ họa (GUI), ….
Có thể nói, Mathematica là một hệ thống tính tốn cao cấp, hồn chỉnh
giúp ta có thể thực hiện các phép tính mà con người cần thực hiện trong thời
gian ngắn nhất.
Trong luận văn này chúng tôi sử dụng phần mềm “MATEMATICA
5.1” để giải và khảo sát dao động của cơ hệ:
Giải trực tiếp PTVP chuyển động của LHM để tìm ra biểu thức nghiệm
của hệ. Phương pháp này có ưu điểm cho ta cơng thức nghiệm của hệ phương
trình vi phân, vẽ được đồ thị dao động để đánh giá, khảo sát một cách trực
quan và tường minh ảnh hưởng của các thành phần dịch chuyển của cơ hệ.
Tuy nhiên phương pháp này địi hỏi một khối lượng tính tốn lớn.
2.4.3. Một số phương pháp khác
Áp dụng lý thuyết toán học, cơ học, cơ học ứng dụng, lý thuyết ô tô,
máy kéo…để đề xuất giải pháp làm giảm hệ số động lực học thông qua kết
cấu bộ phận đàn hồi lắp trên LHM.