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 PTNT

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9520103

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

Nguyễn Hồng Quang


ii

LỜI CẢM ƠN
Tơi xin đƣợc bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới tập thể các thầy hƣớng dẫn
PGS. TS. Nguyễn Văn Bang và PGS. TS. Nguyễn Văn Quân đã tận tình giúp
đỡ tơi trong q trình nghiên cứu. Tơi 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 trƣờng 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 phƣơng tiện, vật chất để tơi hồn thành Luận án. Xin
trân trọng cảm ơn Trung tâm Thí nghiệm Khoa Cơ điện và Cơng trình Trƣờng
Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tơi tiến hành thí nghiệm
phục vụ Luận án. Xin trân trọng cám ơn Phòng Đào tạo Sau đại học Trƣờng
Đại học Lâm nghiệp và các cơ quan tôi đã và đang công tác, ngƣời thân đã
giúp đỡ động viên tơi trong suốt q trình thực hiện Luận án.


iii

MỤC LỤC
Số trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ ii
MỤC LỤC .....................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ x
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
Chƣơng 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 [23] ...................... 5
1.1.3. Đặc điểm đƣờng 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 tơ vận tải ...........................................................19
1.4. Các cơng trình nghiên cứu về dao động ơ tơ...........................................................22

1.4.1. Các cơng trình nghiên cứu về dao động ô tô trên thế giới .............................. 22
1.4.2. Các cơng trình nghiên cứu về dao động ơ tơ ở Việt Nam .............................. 24
1.5. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô...........................................27
1.5.1. Tần số dao động riêng........................................................................................ 27
1.5.2. Gia tốc dao động ................................................................................................ 27
1.5.3. Chỉ tiêu về độ êm dịu ......................................................................................... 28
1.6. Các phƣơng pháp cơ học trong nghiên cứu dao động ô tô....................................28
1.6.1. Phƣơng pháp sử dụng nguyên lý D’Alambert ................................................. 29
1.6.2. Phƣơng pháp sử dụng phƣơng trình Lagranger loại II.................................... 29
1.6.3. Phƣơng pháp cơ học hệ nhiều vật [17]............................................................. 30


iv

1.7. Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động...........................................30
1.7.1. Phần mềm Mathematica .................................................................................... 31
1.7.2. Phần mềm Matlab & Simulink ......................................................................... 31
1.8. Phƣơng pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động..............................................31
1.9. Xác định nhiệm vụ và phƣơng pháp nghiên cứu....................................................34
1.9.1. Nhiệm vụ của luận án ........................................................................................ 34
1.9.2. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................... 34
Chƣơng 2 X Y DỰNG M HÌNH DAO ĐỘNG

T TẢI SẢN XUẤT LẮP

RÁP Ở VIỆT NAM KHI V N CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƢỜNG L M NGHIỆP36
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................................36
2.2. Một số giả thiết chung ...............................................................................................37
2.3. Mô hình dao động khi coi khung xe cứng tuyệt đối, dao động ở hai cầu phụ
thuộc nhau ..........................................................................................................................38

2.3.1. Mơ hình dao động .............................................................................................. 38
2.3.2. Thiết lập hệ phƣơng trình vi phân dao động .................................................... 42
2.4. Mơ hình dao động khi kể đến xoắn khung, dao động ở hai cầu độc lập nhau . 59
2.4.1. Thiết lập phƣơng trình vi phân dao động của khối lƣợng đƣợc treo phân
bố lên cầu trƣớc và khối lƣợng không đƣợc treo cầu trƣớc ............................ 62
2.4.2. Thiết lập phƣơng trình vi phân dao động của khối lƣợng đƣợc treo phân
bố lên cầu sau và khối lƣợng khơng đƣợc treo cầu sau .................................. 64
2.4.3. Phƣơng trình liên hệ khi kể tới độ cứng xoắn của khung xe .......................... 67
Chƣơng 3 KHẢO SÁT DAO ĐỘNG

T CHỞ GỖ ........................................... 68

3.1. Xác định các thông số đầu vào cho việc giải bài toán lý thuyết ...........................68
3.1.1. Xác định các thơng số hình học của ơ tơ.......................................................... 68
3.1.2. Xác định mơ men qn tính của xe đối với các trục ....................................... 68
3.1.3. Xác định độ cứng các phần tử đàn hồi và hệ số cản của các phần tử dập tắt
dao động ........................................................................................................................ 69


v

3.1.4. Xác định biên dạng mấp mô mặt đƣờng lâm nghiệp ...................................... 70
3.1.5. Xác định độ cứng chống xoắn của khung xe ................................................... 70
3.2. Khảo sát dao động của ô tô chở gỗ ..........................................................................70
3.2.2. Khảo sát dao động của ô tơ cho mơ hình khơng gian, dao động của hai cầu
độc lập nhau, kể đến xoắn khung ................................................................................ 74
Chƣơng 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................................... 86
4.1. Mục đích, đối tƣợng nghiên cứu thực nghiệm........................................................86
4.1.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm ................................................................... 86
4.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu thực nghiệm.................................................................. 86

4.2. Thực nghiệm để xác định các thông số đầu vào cho bài toán lý thuyết...............86
4.2.1. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định đặc trƣng mấp mô mặt đƣờng lâm
nghiệp ............................................................................................................................ 86
4.2.2. Thực nghiệm để xác định các thơng số hình học của ô tô .............................. 89
4.2.3. Thực nghiệm để xác định mơ men qn tính phần đƣợc treo của ơ tơ ...... 92
4.2.4. Thực nghiệm để xác định độ cứng và hệ số cản.............................................. 93
4.2.5. Thực nghiệm để xác định độ cứng xoắn của khung xe .................................. 97
4.3. Thí nghiệm để minh họa và minh chứng cho kết quả nghiên cứu lý thuyết .......97
KẾT LU N CHUNG................................................................................................109
VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA LU N ÁN..........................................109
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ C NG BỐ ......................................................112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................113
PHỤ LỤC


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

b

Đơn
vị
m

b1

m

Khoảng cách giữa hai vết bánh xe trƣớc

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 ơ tơ

hc

m

Khoảng cách từ điểm treo đến trọng tâm

Ký
hiệu

Giải nghĩa
Khoảng cách ngang giữa hai bánh xe

J ox

Kg.m2 Mơ men qn tính của phần đƣợc treo đối với trục Ox

J oy

Kg.m2 Mô men quán tính của phần đƣợc 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 trƣớc

l2

m

Khoảng cách ngang từ trọng tâm đến cầu sau

m0

kg

Khối lƣợng phần đƣợc 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 trƣớc

z2

m

Chuyển dịch thẳng đứng của cầu sau


vii

z1 p

m

Chuyển dịch thẳng đứng của bánh xe trƣớc bên phải

z1t

m

Chuyển dịch thẳng đứng của bánh xe trƣớc bên trái

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 đƣợc treo

0

độ

Góc lắc ngang của phần đƣợc treo

1

độ

Góc lắc ngang của phần khơng đƣợc treo cầu trƣớc

2

độ

Góc lắc ngang của phần khơng đƣợc 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 lƣợng đƣợc treo

T1

J

Động năng của khối lƣợng không đƣợc treo cầu trƣớc

T2

J

Động năng của khối lƣợng không đƣợc treo cầu sau



J

Thế năng

i

J



J

Hàm hao tán

i

J

Hàm hao tán ở phần tử thứ i

Thế năng của phần đƣợc treo và không đƣợc treo tƣơng ứng
các cầu xe

J ix

Kg.m2 Mơ men qn tính của khối lƣợng thứ i đối với trục x

J iy

Kg.m2 Mơ men qn tính của khối lƣợng thứ i đối với trục y

Mx

G

Nm

Mô men xoắn khung

MN/m2 Mô đun trƣợt


viii

Zk1, 
βk1

Zk2, 
βk2

m, rad

m, rad

mk1

kg

Jk1

kgm2

mk2

kg

Jk2

kgm2

m1

kg

J1

kgm2

m2

kg

J2

kgm2

Ct
,Cs
Cx
e1, e2

N/m

Dịch chuyển thẳng đứng và góc lắc ngang của khối lƣợng
đƣợc treo phân bố lên cầu trƣớc
Dịch chuyển thẳng đứng và góc lắc ngang của khối lƣợng
đƣợc treo phân bố lên cầu sau
Khối lƣợng đƣợc treo phân bố lên cầu trƣớc
Mơ men qn tính của khối lƣợng đƣợc treo phân bố lên cầu
trƣớc đối với trục đối xứng dọc
Khối lƣợng đƣợc treo phân bố lên cầu sau
Mơ men qn tính của khối lƣợng đƣợc treo phân bố lên cầu
sau đối với trục đối xứng dọc
Khối lƣợng khơng đƣợc treo cầu trƣớc
Mơ men qn tính của khối lƣợng không đƣợc treo cầu trƣớc
đối với trục đối xứng dọc
Khối lƣợng không đƣợc treo cầu sau

Mô men quán tính của khối lƣợng khơng đƣợc treo cầu sau
đối với trục đối xứng dọc
Độ cứng chống lắc ngang của hệ thống treo cầu trƣớc và cầu
sau

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

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


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
THỨ TỰ

TÊN BẢNG

SỐ TRANG

Bảng 1.1. Quy cách gỗ nguyên liệu .................................................................. 4
Bảng 1.2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của đƣờng ô tô lâm nghiệp ...................... 11
Bảng 3.1 Các thông số động lực học của ô tô chở gỗ ..................................... 69
Bảng 4.1. Góc nghiêng thân xe và góc xoắn khung xe lớn nhất................... 107
Bảng 4.2. So sánh lý thuyết và thực nghiệm ................................................. 107


x

DANH MỤC CÁC HÌNH

THỨ TỰ

TÊN HÌNH

SỐ TRANG

Hình 1.1.

tơ lâm nghiệp chun dụng chở gỗ dài ................................................... 7

Hình 1.2.

tơ lâm nghiệp chuyên dụng chở gỗ ngắn ................................................ 7

Hình 1.3. Vận chuyển gỗ bằng xe REO....................................................................... 8
Hình 1.4. Xe ơ tơ tải cỡ nhỏ vận chuyển chuyển gỗ rừng trồng ................................ 9
Hình 1.5. Tuyến trục chính đƣờng ơ tơ lâm nghiệp .................................................. 10
Hình 1.6. Tuyến trục phụ đƣờng ơ tơ lâm nghiệp ..................................................... 10
Hình 1.7. Làm trơn số liệu........................................................................................... 14
Hình 1.8. Nhíp và vấu tì cao su ................................................................................... 20
Hình 1.9. Cấu tạo bộ phận giảm chấn thƣờng dùng trên ôtô tải .............................. 21
Hình 1.10. Mơ hình dao động ơ tơ của Iasenco......................................................... 22
Hình 2.1. Xe tải Thaco K165 2,4 tấn dùng chở gỗ rừng trồng ............................... 36
Hình 2.2. Mơ hình dao động không gian của ô tô khi coi khung xe cứng tuyệt đối,
dao động ở hai cầu phụ thuộc nhau ............................................................................ 40
Hình 2.3. Mơ hình dao động tƣơng đƣơng của xe trong mặt phẳng đối xứng dọc
xOz................................................................................................................................. 43
Hình 2.4. Mơ hình dao động của xe trong mặt phẳng thẳng đứng ngang yOz cho
cầu trƣớc và cầu sau ..................................................................................................... 44
Hình 2.5. Mơ hình biến dạng của khung - sàn xe khi βk1 ≠ βk2.............................. 47

Hình 2.6. Mơ hình dao động ơ tơ có kể đến xoắn khung, dao động hai cầu độc lập
nhau ............................................................................................................................... 60
Hình 2.7. Mơ hình dao động của khối lƣợng đƣợc treo phân bố lên cầu trƣớc và
khối lƣợng khơng đƣợc treo cầu trƣớc ....................................................................... 62
Hình 2.8. Mơ hình dao động của khối lƣợng đƣợc treo phân bố lên cầu sau và
khối lƣợng không đƣợc treo cầu sau .......................................................................... 65
Hình 3.1. Chƣơng trình khảo sát dao động ơ tơ chở gỗ, dao động hai cầu phụ
thuộc nhau, chƣa kể đến xoắn khung ......................................................................... 71
Hình 3.2. Các dao động của xe khi gặp mấp mô đơn cao 0,1 m ............................. 72


xi

Hình 3.3. Các dao động thẳng và dao động góc của xe khi đi trên đƣờng có dạng
hàm điều hịa................................................................................................................. 73
Hình 3.4. Các dao động thẳng đứng và dao động góc của xe khi bánh xe bên trái
và bên phải gặp biên dạng đƣờng hàm điều hịa nhƣng có biên độ khác nhau, cùng
tần số nhƣng lệch pha .................................................................................................. 74
Hình 3.5. Chƣơng trình khảo sát dao động ơ tơ có kể đến xoắn khung, dao động
hai cầu độc lập nhau ..................................................................................................... 75
Hình 3.6. Biên dạng mặt đƣờng của bánh xe trƣớc bên trái .................................... 75
Hình 3.7. Dịch chuyển thẳng đứng của thân xe tại trọng tâm.................................. 75
Hình 3.8. Góc lắc ngang của thân xe tại trọng tâm .................................................. 76
Hình 3.9. Dịch chuyển của khối lƣợng không đƣợc treo cầu trƣớc ....................... 76
Hình 3.10. Dịch chuyển của khối lƣợng lƣợng khơng đƣợc treo cầu sau

........ 76

Hình 3.11. Góc lắc ngang của khối khơng đƣợc treo cầu trƣớc ............................. 76
Hình 3.12. Góc lắc ngang của khối lƣợng không đƣợc treo cầu sau ...................... 76

Hình 3.13. Góc xoắn của khung xe ........................................................................... 76
Hình 3.14. Lực tƣơng tác giữa bánh xe xe trƣớc trƣớc bên trái và mặt đƣờng
Hình 3.15. Lực tƣơng tác giữa bánh bên phải và mặt đƣờng................................... 76
Hình 3.16. Lực tƣơng tác giữa bánh xe sau bên trái và mặt đƣờng ........................ 77
Hình 3.17. Lực tƣơng tác giữa bánh xe sau bên phải và mặt đƣờng ....................... 77
Hình 3.18. Biên dạng mặt đƣờng của bánh xe trƣớc trái và bánh xe sau phải ....... 77
Hình 3.19. Dịch chuyển thân xe tại trọng tâm ơ tơ ............................................ 77
Hình 3.20 . Góc lắc ngang của trọng tâm ơ tơ ........................................................... 77
Hình 3.21. Dịch chuyển của khối lƣợng không đƣợc treo cầu trƣớc ..................... 78
Hình 3.22. Dịch chuyển của khối lƣợng khơng đƣợc treo cầu sau ......................... 78
Hình 3.23. Góc lắc ngang của khối lƣợng khơng đƣợc treo cầu trƣớc ................. 78
Hình 3.24. Góc lắc ngang của khối lƣợng không đƣợc treo cầu sau ...................... 78
Hình 3.25. Góc xoắn của khung xe ............................................................................ 78
Hình 3.26. Lực tƣơng tác giữa bánh xe trƣớc bên trái và mặt đƣờng ..................... 78
Hình 3.27. Lực tƣơng tác giữa bánh xe trƣớc bên phải và mặt đƣờng

............... 78


xii

Hình 3.28. Lực tƣơng tác giữa bánh xe sau bên trái và mặt đƣờng ........................ 78
Hình 3.29. Lực tƣơng tác giữa bánh xe sau bên phải và mặt đƣờng ....................... 79
Hình 3.30. Biên dạng mặt đƣờng................................................................................ 79
Hình 3.31. Biên dạng mặt đƣờng của bánh xe trƣớc bên trái và bánh xe sau bên
trái .................................................................................................................................. 81
Hình 3.32. Gia tốc thẳng đứng của thân xe tại trọng tâm......................................... 82
Hình 3.33. Gia tốc lắc ngang của thân xe tại trọng tâm............................................ 82
Hình 3.34. Dịch chuyển thân xe tại trọng tâm ô tô ............................................. 82
Hình 3.35. Góc lắc ngang của trọng tâm ơ tơ ............................................................ 82

Hình 3.36. Dịch chuyển của khối lƣợng khơng đƣợc treo cầu trƣớc ..................... 82
Hình 3.37. Dịch chuyển của khối lƣợng khơng đƣợc treo cầu sau ........................ 82
Hình 3.38. Góc lắc ngang của khối lƣợng Không đƣợc treo cầu trƣớc .................. 82
Hình 3.39. Góc lắc ngang của khối lƣợng khơng đƣợc treo cầu sau ...................... 82
Hình 3.40. Góc xoắn của khung xe ............................................................................ 83
Hình 3.41. Lực tƣơng tác giữa bánh xe trƣớc bên trái và mặt đƣờng .................... 83
Hình 3.42. Lực tƣơng tác giữa bánh trƣớc bên phải và mặt đƣờng ........................ 83
Hình 3.43. Lực tƣơng tác giữa bánh xe bên trái và mặt đƣờng ............................... 83
Hình 3.44. Lực tƣơng tác giữa bánh xe sau bên phải và mặt đƣờng ....................... 83
Hình 4.1. Bánh xe lăn và cảm biến đo gia tốc ........................................................... 86
Hình 4.2. Chƣơng trình xử lý kết quả đo mấp mơ mặt đƣờng................................ 87
Hình 4.3. Gia tốc dao động thẳng đứng đo đƣợc ở trục bánh xe thú 5 ................. 87
Hình 4.4. Biến dạng mấp mơ mặt đƣờng.................................................................. 88
Hình 4.5. Thí nghiệm xác định tọa độ trọng tâm theo chiều dọc ............................ 90
Hình 4.6. Thí nghiệm xác định tọa độ trọng tâm theo chiều ngang ........................ 90
Hình 4.7. Thí nghiệm để xác định tọa độ trọng tâm theo chiều cao........................ 91
Hình 4.8. Thí nghiệm để xác định mơ men qn tính của phần đƣợc treo ơ tơ đối
với trục Ox..................................................................................................................... 92
Hình 4.9. Thí nghiệm để xác định mơ men qn tinh của phần đƣợc treo............. 93
Hình 4.10. Đo độ cứng của nhíp ................................................................................. 94


xiii

Hình 4.11. Cảm biến đo lực và cảm biến đo chuyển dịch........................................ 94
Hình 4.12. Đo độ cứng và hệ số cản của lốp theo phƣơng pháp tuyến................... 95
Hình 4.13. Cảm biến đo gia tốc. ................................................................................. 96
Hình 4.14. Cảm biến đo góc lắc.................................................................................. 98
Hình 4.15. Cảm biến đo góc nghiêng ngang của khung ơ tơ ................................... 99
Hình 4.16. tơ thí nghiệm chở gỗ rừng trồng. .......................................................... 99

Hình 4.17. Thí nghiệm ơ tơ chở gỗ trên đƣờng lâm nghiệp ...................................100
Hình 4.19. Bố trí cảm biến đo góc nghiêng khung xe. ...........................................101
Hình 4.20. DMC Plus nối ghép máy tính ................................................................101
Hình 4.21. Gia tốc dao động thắng đứng của trọng tâm xe ...................................101
Hình 4.22. Góc nghiêng ngang của thân xe.............................................................102
Hình 4.23. Góc xoắn của khung xe ..........................................................................102
Hình 4.24. Chƣơng trình tính góc xoắn khung........................................................103
Hình 4.25. Góc nghiêng ở mặt khung phía trƣớc....................................................103
Hình 4.26. Góc nghiêng ở mặt khung phía sau .......................................................103
Hình 4.27. Góc xoắn khung xe .................................................................................104
Hình 4.28. Thí nghiệm đo xoắn khung xe khi xe trèo qua mấp mơ đơn .............105
Hình 4.29. Chƣơng trình đọc và xử lý kết quả đo ...................................................105
Hình 4.30. Gia tốc thẳng đứng ở các điểm ..............................................................105
Hình 4.31. Góc nghiêng ngang của thân xe tại mặt phẳng thẳng đứng vng góc
với phƣơng chuyển động đi qua trọng tâm ..............................................................106
Hình 4.32. Góc xoắn khung xe khi trèo qua mấp mơ đơn .....................................106


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
tơ là phƣơng tiện vận tải có vai trị hết sức quan trọng trong nền kinh
tế quốc dân, hiện đang đƣợc 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
lƣợng làm việc và hoàn thiện thêm thiết kế cho phù hợp với từng điều kiện sử
dụng đang đƣợc quan tâm nghiên cứu.

Các loại xe ô tô tải cỡ nhỏ và trung bình là các dịng xe vận tải thông
dụng, thu hút nhiều cơ sở trong nƣớc liên doanh với nƣớc ngoài sản xuất lắp
ráp và đang đƣợc sử dụng rộng rãi ở nƣớc ta. Trong ngành lâm nghiệp đã có
rất nhiều cơng 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 thƣớc nhỏ, có thể đi đƣợc trên đƣờng hẹp vào tận
các khu rừng trồng, mặt khác gỗ rừng trồng nƣớc ta khai thác chủ yếu làm
nguyên liệu giấy, làm trụ mỏ, có kích thƣớc khơng lớn, phân tán, trữ lƣợng
thấp. Vì vậy, việc sử dụng các loại xe này tỏ ra phù hợp, khơng phải chi phí
cho việc làm đƣờng 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, đƣợc thực
hiện bằng các phƣơng tiện vận tải khác nhau. Ở Việt Nam việc vận chuyển gỗ
rừng tự nhiên trƣớc đây đƣợc 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 tƣợng vận chuyển chủ yếu là gỗ nhỏ


2

rừng trồng, nhiều cơ sở sản xuất sử dụng ô tơ 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. Đƣờng vận chuyển gỗ thƣờng là đƣờng cấp thấp, chất
lƣợng mặt đƣờng không cao, thƣờng gặp mấp mơ và có độ dốc lớn. Khi vận
chuyển gỗ trên đƣờng lâm nghiệp, xe bị rung xóc, làm giảm độ êm dịu chuyển
động, sinh ra tải trọng động, gây hƣ hỏng một số chi tiết và phá hỏng mặt
đƣờng. Khi chở gỗ trên đƣờng lâm nghiệp khung xe bị xoắn nhiều hơn, ảnh
hƣởng đến dao động, lực động tác dụng lên mặt đƣờng; những vấn đề này cần
đƣợc nghiên cứu.

Việc nghiên cứu đánh giá dao động của loại xe này khi vận chuyển gỗ
rừng trồng trên đƣờng lâm nghiệp ở nƣớc ta trong thời gian qua chƣa đƣợc
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 mơ 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 đƣờng 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 hƣớng nâng
cao độ êm dịu chuyển động, độ bền khung xe, giảm tải trọng lên mặt đƣờng
khi vận chuyển gỗ trên đƣờng lâm nghiệp.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Xây dựng mơ hình khơng gian của ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam
khi vận chuyển gỗ rừng trồng trên đƣờng 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 đƣợc các thông số đầu vào cho bài toán dao động, xác định


3

đƣợc các dao động thẳng đứng và dao động góc, góc xoắn khung xe khi chở
gỗ trên đƣờng lâm nghiệp, minh chứng cho mơ hình lý thuyết; đánh giá ảnh
hƣởng của kết cấu và điều kiện đƣờng sá đến dao động, góc xoắn khung xe,
lực động tác dụng lên mặt đƣờng. 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 đƣờng, đồng thời phục vụ cho việc chọn chế độ sử dụng.
4. Điểm mới của luận án

Xây dựng đƣợc mơ hình khơng gian của ơ tơ tải sản xuất lắp ráp ở Việt
Nam khi vận chuyển gỗ rừng trồng trên đƣờng 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 đƣợc các dao động thẳng đứng, dao động góc,
góc xoắn khung xe khi chở gỗ trên đƣờng lâm nghiệp với mấp mô mặt đƣờng
ngẫu nhiên, đã minh chứng cho mơ hình lý thuyết khi ơ tơ chở gỗ đi qua mấp
mơ 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); Chƣơng 1:
Tổng quan vấn đề nghiên cứu (30 trang); Chƣơng 2: Xây dựng mơ hình dao
động ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi vận chuyển gỗ trên đƣờng lâm
nghiệp (28 trang); Chƣơng 3: Khảo sát dao động ô tô chở gỗ (16 trang);
Chƣơng 4: Nghiên cứu thực nghiệm (21 trang); Kết luận và hƣớng phát triển
(02 trang); Tài liệu tham khảo (54 tài liệu); Danh mục cơng trình đã cơng bố
của luận án (04 cơng trình); 99 hình vẽ và đồ thị, 12 phụ lục.


4

Chƣơng 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 nƣớc có khoảng 2 triệu ha rừng trồng. Rừng trồng ở nƣớc ta
chủ yếu là rừng thuần loài với các loài cây trồng chủ yếu là các loại keo, bạch
đàn, bồ đề, mỡ, thơng và một số lồi cây khác, chúng sinh trƣởng nhanh, thân
thẳng, ít cành nhánh. Tuổi khai thác từ 5 - 7 năm cho đƣờng kính 10 - 25 cm,
chiều cao bình quân 10-15m; mật độ trung bình 700 - 1200 cây/1ha; sản lƣợng

khai thác bình quân 60 - 90 m3/1ha. Địa hình rừng trồng khơng q 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 nƣớc 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].

TT
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 ngun 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

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


5

Do chiều dài các khúc gỗ khơng lớn vì thế sự chênh lệch về đƣờng kính
giữa hai đầu khúc gỗ là khơng 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 cơng nghệ chủ yếu đƣợc áp dụng trong khai thác rừng trồng
ở nƣớc 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 đƣợc cắt cành, cắt khúc ngay tại gốc cây; sau đó, các
khúc gỗ đƣợc vận xuất ra bãi gỗ tạm thời (hoặc kho gỗ I) rồi đƣợc vận chuyển
về kho gỗ II hoặc nơi tiêu thụ.
Loại hình cơng nghệ này có ƣu điểm là dễ áp dụng, phù hợp với những
doanh nghiệp có vốn đầu tƣ khơng lớn, quy mơ khai thác nhỏ, khơng tập
trung, khối lƣợng ít. Tuy nhiên, nó có nhƣợc 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 ngƣời ta tiến hành cắt cành, ngọn rồi đƣa cả thân cây

dài ra bãi gỗ tạm thời (hoặc kho gỗ I). Tại đây, các thân cây đƣợc cắt khúc theo
quy cách sản phẩm, sau đó đƣợc vận chuyển tới kho gỗ II hoặc nơi tiêu thụ.
So với loại hình cơng nghệ trên, ở loại hình này do khâu cắt khúc đƣợc
tiến hành tại bãi gỗ nên năng suất lao động cao hơn, tăng đƣợc tỷ lệ tận dụng
gỗ, đồng thời cải thiện đƣợc điều kiện làm việc của công nhân. Tuy nhiên,
loại hình cơng nghệ này địi 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 ơ tơ hoặc bằng đƣờng thủy. Trong đó, vận chuyển gỗ bằng ơ tơ là hình
thức vận chuyển phổ biến nhất hiện nay vì có nhiều ƣu điểm:


6

tơ là thiết bị vận tải thơng dụng, sẵn có ở các địa phƣơng trong cả
nƣớc. Hệ thống đƣờng giao thông đƣờng bộ từ thành phố lớn đến các vùng
nguyên liệu, các khu tài nguyên rừng đã đƣợc cải tạo, mở mới và nâng cấp.
Xe ơ tơ có thể len lỏi vào trong các khu khai thác để vận chuyển lâm sản với
khối lƣợng vận chuyển đa dạng, khối lƣợng vận chuyển ít thì sử dụng xe có
tải trọng nhỏ, khối lƣợng 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 mơ tập trung của các cơng ty, các xí nghiệp.
Tuy nhiên, vận chuyển gỗ bằng ơ tơ có các nhƣợc điểm: Khối lƣợng
vận chuyển phụ thuộc vào tải trọng của xe, đối với những nơi có điều kiện địa
hình phức tạp thì khối lƣợng 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 đƣờng vận chuyển với chi phí rất lớn, từ đó ảnh
hƣởng 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 ơ tơ gặp
nhiều khó khăn.

Xe ơ tô vận chuyển lâm sản hoạt động trên đƣờng ô tơ lâm nghiệp cần
có có các đặc tính sau:
- Xe có khả năng di động cao, nhiều cầu chủ động để có thể đi đƣợc
trên đoạn đƣờng xấu có độ dốc cao.
- Kích thƣớc thùng xe phải đáp ứng đƣợc yêu cầu quy cách sản phẩm.
- Xe vận chuyển lâm sản phải có hệ thống an tồn nhƣ cọc chắn, dây
chằng…
- Công suất của xe đủ lớn để đáp ứng đƣợc 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
trƣớc hết đối với ô tô lâm nghiệp là phải có khả năng di động cao đƣợc đánh


7

giá bằng số cầu chủ động. Hiện nay ngƣời ta thƣờng sử dụng xe vận tải gỗ có
cơng thức bánh sử dụng nhƣ 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 đƣợc 4 – 12 m3;
- Xe vận tải 3 cầu có cơng 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;
- 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 thƣờng đƣợc dùng để vận
chuyển gỗ dài ở nƣớc ngoài. Loại này chỉ thích hợp với quy mơ khai thác lớn,
lƣợng gỗ tập trung và đặc biệt hệ thống đƣờng vận chuyển phải đủ tiêu chuẩn
để thiết bị chuyển động đƣợc an tồn (hình 1.1).

Hình 1.1. Ơ tơ lâm nghiệp chun dụng chở gỗ dài
Các loại xe vận tải 3 trục kéo theo rơ moóc 3 trục đƣợc rất phổ biến ở

Thụy Điển, Phần Lan để vận chuyển gỗ ngắn rừng trồng (hình 1.2).

Hình 1.2. Ơ tơ lâm nghiệp chun dụng chở gỗ ngắn


8

Các loại ơ tơ vận tải khơng kéo rơ mc thƣờng thích hợp với quy mơ
sản xuất nhỏ, chất lƣợng đƣờng 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 nƣớc xã hội chủ nghĩa chế tạo nhƣ
ZIL -130, ZIL -157, MAZ -502, KRAZ – 214, Praga S5T, Praga V3s, Giải
phóng..., đƣợc sử dụng rất phổ biến để vận chuyển gỗ rừng tự nhiên.
Đối với khu khai thác có địa hình khơng q dốc và hệ thống đƣờng
tốt, nhƣ ở một số tỉnh phía Nam và Tây Nguyên trong khai thác gỗ lớn rừng
tự nhiên, cây gỗ sau khi đƣợc hạ đổ, cắt khúc xong, ngƣời ta sử dụng các
phƣơng 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, trƣớc đây đƣợc sự tài trợ
của chính phủ Thụy Điển, các xe vận tải nhãn hiệu Scania đƣợc sử dụng phổ
biến để vận chuyển gỗ nguyên liệu giấy từ các lâm trƣờng về nhà máy giấy
Bãi Bằng. Loại xe này phù hợp với điều kiện đƣờng tốt và quy mô khai thác
tập trung ở khu nguyên liệu giấy ở một số tỉnh phía Bắc nƣớc ta. Tuy nhiên,
từ khi hết nguồn tài trợ của Thụy Điển, loại xe này ít dần do khơng nhập thêm
và thiếu phụ tùng thay thế.

9

Hiện nay ở nƣớc ta, do quy mô sản xuất còn nhỏ lẻ, phân tán, cơ sở hạ
tầng, dịch vụ kỹ thuật còn yếu kém, vốn đầu tƣ còn hạn chế nên mức độ cơ giới
hóa trong sản xuất lâm nghiệp còn thấp. Trong khâu vận chuyển gỗ rừng trồng
ngƣời ta sử dụng các loại xe tải công dụng chung để vận chuyển gỗ. Loại xe
đƣợc dùng phổ biến nhất là xe tải sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam (hình 1.4).

Hình 1.4. Xe ơ tơ 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 tƣ cho việc mua sắm
phƣơng tiện khơng lớn, khơng địi hỏi làm đƣờng rộng đến các vùng rừng
trồng. 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 lƣợng mặt đƣờng
kém, xe bị dao dộng, sinh ra tải trọng động tác dụng lên các chi tiết, khung xe
bị xoắn nhiều hơn thƣờng sinh ra các vết nứt.
1.1.3. Đặc điểm đường ô tô lâm nghiệp
Đƣờng ô tô lâm nghiệp có các đặc điểm sau [23], [39b]:
- Để khai thác, vận chuyển gỗ trên khu rừng trồng tập trung, đƣờng ô tô
lâm nghiệp đƣợc xây dựng thành một mạng lƣới gồm: Đƣờng trục chính,
đƣờng trục phụ và đƣờng nhánh.
Đƣờng trục chính phục vụ khai thác, vận chuyển gỗ cho một hoặc vài
công ty, xí nghiệp, đƣợc bố trí hai làn xe chạy, nối với đƣờng giao thông công
cộng; chất lƣợng nền đƣờng, mặt đƣờng và các cơng trình vƣợt dịng trên tuyến


10

trục chính đƣợc xây dựng khá tốt (hình 1.5). Ngồi phục vụ việc vận chuyển lâm
sản, tuyến trục chính cịn phục vụ cơng 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 phƣơng.

Hình 1.5. Tuyến trục chính đường ơ tơ lâm nghiệp
Tuyến trục phụ dùng để vận chuyển gỗ cho một vài khu khai thác, còn
đƣờng nhánh chỉ phục vụ cho việc khai thác ở một vài lô, khoảnh. Tuyến trục
phụ và đƣờng nhánh thƣờng chỉ bố trí một làn xe. Sau khai thác, tuyến trục
phụ và đƣờng nhánh thƣờng đƣợc đóng lại, khơng sử dụng. Do thời gian phục
vụ ngắn nên ngƣời ta xây dựng nền đƣờng, mặt đƣờng và các cơng trình vƣợt
dịng với chất lƣợng khơng cao, có tính tạm thời để giảm chi phí đầu tƣ xây
dựng đƣờng (hình 1.6).

Hình 1.6. Tuyến trục phụ đường ô tô lâm nghiệp
- Đƣờng ô tơ lâm nghiệp là loại đƣờng có tải một chiều. Chiều có tải là
chiều từ phía rừng đi ra, chiều ngƣợc lại thƣờng là xe chạy không tải. Do vậy,
để giảm khối lƣợng đào đắp, giảm chi phí xây dựng đƣờng ngƣời ta thiết kế
độ dốc của đƣờng chiều không tải lớn hơn chiều có tải.