Luận văn Nghiên Cứu Giải Pháp Giảm Xóc Cho Người Lái Xe Tải Xích Cao Su MST

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

TÔ QUỐC HUY

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM XĨC CHO NGƯỜI
LÁI XE TẢI XÍCH CAO SU MST 600
KHI VẬN CHUYỂN GỖ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

TÔ QUỐC HUY

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM XĨC CHO NGƯỜI
LÁI XE TẢI XÍCH CAO SU MST 600
KHI VẬN CHUYỂN GỖ

Chuyên ngành: Máy và thiết bị cơ giới hố nơng - lâm nghiệp
Mã số: 60 52 14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Cán bộ hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu

Hà Nội, 2010


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong sản xuất lâm nghiệp, khâu vận chuyển gỗ được thực hiện trong
điều kiện cực kỳ khó khăn. Chính vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng cơ giới hóa
trong vận chuyển gỗ cần được quan tâm. Trước đây công việc vận chuyển gỗ
chủ yếu sử dụng những thiết bị tự chế như: Xe công nông, các loại máy kéo
bánh hơi kéo rơ moóc một trục, hai trục... Những loại xe vận chuyển trên đa
số có cơng suất nhỏ, khả năng kéo bám và ổn định thấp, không phù hợp với
việc vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp ở nước ta.
Đã có một số đề tài nghiên cứu tạo ra một số mẫu máy dùng cho việc
vận chuyển gỗ trên đất rừng và đường lâm nghiệp, nhưng việc áp dụng vào
sản xuất còn hạn chế.
Hiện nay, trên thị trường nước ta xuất hiện loại xe tải xích cao su MST
600 của Nhật Bản, với những ưu điểm vượt trội như: Kết cấu nhỏ gọn, khả
năng quay vòng tốt, di chuyển linh hoạt, đặc biệt là loại xe này có sức bám và
tính ổn định cao nên có thể di chuyển được trên địa hình đất rừng và đường
lâm nghiệp. Ngồi ra xe MST 600 cịn có thùng xe tự đổ được dẫn động bằng
thuỷ lực rất thuận tiện cho công tác bốc dỡ, vận chuyển. Tuy nhiên xe tải xích

cao su MST 600 có ghế ngồi của người lái nối cứng với khung xe, nếu sử
dụng để chở gỗ trên đường lâm nghiệp với tốc độ lớn hơn sẽ gây ra dao động
mạnh, ảnh hưởng tới chuyển động của xe cũng như sức khoẻ của người điều
khiển. Để sử dụng xe tải xích cao su MST 600 vào vận chuyển gỗ cần có
nghiên cứu thiết kế, cải tiến ghế ngồi cho người lái theo hướng lắp thêm bộ
phận đàn hồi có giảm chấn để giảm xóc. Để giải quyết vấn đề trên tôi thực
hiện Đề tài: “Nghiên cứu giải pháp giảm xóc cho người lái xe tải xích cao
su MST 600 khi vận chuyển gỗ”


2

Ý nghĩa khoa học là của đề tài này là xây dựng được mơ hình dao động
của xe tải xích cao su MST600 trước và sau khi được trang bị bộ phận đàn hồi
và giảm chấn cho ghế ngồi. Lập, giải và mơ phỏng hệ phương trình vi phân
dao động của xe trước và sau khi lắp ghế ngồi đã được thiết kế cải tiến, làm
cơ sở cho việc chọn các thông số của bộ phận treo của ghế ngồi người lái.
Kết quả nghiên cứu của đề tài mang ý nghĩa thực tiễn cho việc chọn các
thông số của bộ phận đàn hồi, giảm chấn của ghế ngồi người lái. Đồng thời,
làm căn cứ cho việc lựa chọn chế độ sử dụng xe hợp lý khi vận chuyển gỗ
trên mặt đất rừng và đường lâm nghiệp.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về thiết bị vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp
1.1.1. Thiết bị vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp trên thế giới
Hiện nay trên thế giới vận chuyển gỗ lâm sản trên đường lâm nghiệp

chủ yếu bằng ô tô hoặc máy kéo kéo rơ mooc vì vận chuyển theo hình thức
này khá cơ động.
Trên thế giới ở một số nước đang phát triển và kém phát triển như
Ethiopia, Tanzania, Zimbabwe, Philipine... chủ yếu sử dụng máy kéo nông
nghiệp được lắp đặt thêm rơ moóc, cần bốc, hệ thống tời cáp để vận xuất, bốc
dỡ và vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.
Những năm 1980 - 1995 Thụy Điển là một trong những nước sản xuất
nhiều loại phương tiện bốc dỡ, vận chuyển gỗ, đặc trưng nhất là hãng Volvo
với đủ các chủng loại. Ngồi ra cịn có hãng Allrouder và Hinght - HFT (Mỹ),
hãng Arbro - lift (Canada).
Nổi bật và sử dụng hiệu quả nhất trong vận chuyển gỗ cự ly ngắn trên
lâm nghiệp đó là máy kéo FMV 350-84 của Thụy Điển [19]. Là máy kéo
nông nghiệp, hai cầu chủ động kéo theo một rơ móoc có gắn cần bốc thủy lực.
Rơ moóc được truyền động thủy lực cả 4 bánh từ hệ thống bơm đặt trên máy
kéo hoặc rơ moóc. Rơ moóc có thể lái được bằng thủy lực, do vậy khả năng
kéo bám của máy rất cao.
Các nước phát triển ở châu Âu sử dụng nhiều các máy kéo bánh hơi có
trang bị cần thủy lực bốc gỗ đồng thời vận chuyển cự ly ngắn trên đường lâm
nghiệp như máy FMG OSA 280 (của Bồ Đào Nha) . Các máy kéo này có khả
năng kéo bám tốt, tải trọng từ 3-8 tấn/chuyến.


4

Hình 1.1: Máy kéo FMG OSA 280 (Bồ Đào Nha) bốc dỡ vận chuyển gỗ
Tại các nước Đông Âu vào thập kỷ 90 sử dụng rất phổ biến các phương
tiện tự bốc dỡ và vận chuyển gỗ cự ly trung bình. Trong đó loại máy kéo
FMG 910 LOKOMO của Phần Lan, đây là loại máy kéo vận tải chuyên dùng
để vận chuyển gỗ nhỏ, ngắn với trọng tải 10 tấn, máy có phần thùng xe chứa
được gỗ và cần bốc thủy lực, lực kéo khỏe, ổn định và phù hợp cho khai thác

chọn. Ngồi ra cịn có nhiều hãng máy kéo có rơ moóc chuyên dùng cho vận
chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp tại các nước tiên tiến. Ví dụ như:
PONSSE.S.15, FISKARS F70 S, F900Z, F1200 (Phần Lan).
Tại Châu á như: Myanma, Indonesia, Nhật Bản sử dụng chủ yếu loại
PRAMI-TRAC (Nhật Bản). Tất cả các thiết bị trên có cơng suất 35 - 145 kw
trọng tải từ 6 - 15 tấn với hệ thống gồm một máy kéo bánh xích kéo theo một
rơ moóc nhỏ có gắn cần bốc thủy lực [19]. Với phương tiện này có ưu điểm
tính năng việt dã cao, làm việc được trong điều kiện địa hình cũng như thời
tiết khắc nhiệt.


5

Hình 1.2: Xe PONSSE.S.15 (Phần Lan) bốc dỡ và vận chuyển gỗ khúc
Nói chung trên thế giới với những nước tiên tiến việc khai thác vận
chuyển lâm sản được quy hoạch trên quy mô lớn, tập trung, thiết bị khai thác
vận chuyển hiện đại, năng suất cao.
1.1.2. Thiết bị vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp ở Việt Nam
Ở Việt Nam, với số liệu thống kê năm 1990 thì ngành lâm nghiệp có giá
trị tổng sản phẩm xã hội chiếm 3,5% cả nước, hàng năm ngành được nhà
nước đầu tư xây dựng cơ bản với số vốn chiếm 6,6% vốn đầu tư trong cả
nước. Mỗi năm ngành lâm nghiệp khai thác trung bình 1,2 triệu m 3 gỗ trịn và
nhiều lâm sản khác. Ngành lâm nghiệp nước ta vào thời điểm này chủ yếu
hoạt động theo hai thành phần chính là quốc doanh và ngoài quốc doanh.
Sản xuất lâm nghiệp cần có những máy móc thiết bị cần thiết, mà ngành
cơ khí chế tạo của nước ta cịn rất yếu, chỉ sản xuất được một số thiết bị chế
biến gỗ chất lượng thấp, các loại máy móc thiết bị khai thác vận chuyển lâm
sản phần lớn là nhập ngoại từ các nước xã hội chủ nghĩa [4]. Ngồi ra cịn có
một số loại máy tư bản được nhập vào qua đường viện trợ hợp tác khu nguyên
liệu giấy Vĩnh Phú.

6

Đa số các máy móc thiết bị nhập ngoại đã qua sử dụng 10 năm như:
(TDT 55, ô tô MA3 509 A...)
Ở nước ta phương tiện vận chuyển gỗ lâm sản theo đường bộ gồm các
loại ô tô và máy kéo bánh bơm.
Trước đây, công việc vận chuyển gỗ từ rừng về nhà máy giấy Bãi Bằng
hiện chủ yếu sử dụng máy kéo Volvo (Thụy Điển) có trang bị thêm rơ moóc
chở gỗ chuyên dùng có tay thủy lực để tự bốc dỡ gỗ.

Hình 1.3: Máy kéo Volvo bốc dỡ và vận chuyển gỗ cự ly ngắn
Hiện nay, ngoài các loại máy cịn sử dụng đã nêu trên, các xí nghiệp sản
xuất lâm nghiệp đã sử dụng các loại xe Reo 7 (Mỹ), xe Bò Vàng (Pháp) và xe
zin 157 K (Liên Xô cũ) cải tiến như xe Reo 7 để vận xuất, vận chuyển, [6].
Các loại xe này len lỏi trong rừng, dùng cáp gom gỗ kéo lên xe và chở về các
bãi gỗ. Đối với địa hình bằng phẳng, các loại xe trên vận xuất gỗ rất năng
suất. Đồng thời người ta cũng dùng chúng để vận chuyển gỗ về các xí nghiệp
chế biến.
Sản phẩm gỗ lâm sản, các loại cây trồng, vật tư nguyên vật liệu... của sản
xuất nông lâm nghiệp được vận chuyển chủ yếu nhờ các loại phương tiện máy
kéo có rơ mc và ơ tô.


7

Đối với các nông hộ, trang trại người ta sử dụng chủ yếu là máy kéo
nhỏ 2 bánh và máy kéo nhỏ 4 bánh kèm theo rơmooc để vận chuyển, mỗi
chuyến có khả năng kéo được tải trọng từ 1 đến 3 tấn. Các loại máy kéo này

liên hợp với các loại máy cơng tác khác có khả năng làm được nhiều việc
trong sản xuất nơng nghiệp.
Nước ta có hai đơn vị lớn nghiên cứu về lĩnh vực cơ giới hóa lâm nghiệp
đó là Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam và Trường Đại học Lâm nghiệp.
Nghiên cứu tập trung vào một số công việc như khảo nghiệm các thiết bị nhập
ngoại và nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một số thiết bị chuyên dùng để phục vụ
cơ giới hóa trong sản xuất lâm nghiệp.
Đối với khâu vận chuyển gỗ rừng trồng có một số cơng trình nghiên cứu
và đạt được một số kết quả nhất định như:
- Giai đoạn 1992-1996, Đề tài cấp nhà nước KN-03-04 do PGS. TS
Nguyễn Nhật Chiêu đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo một loại hình thiết bị để
vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển gỗ nguyên liệu giấy. Thiết bị chủ yếu phục vụ
vận chuyển cự ly ngắn trên đường lâm nghiệp. Theo hình (1.4) sau:

Hình 1.4: Liên hợp máy MTZ 50 kéo rơ moóc bốc và vận chuyển gỗ


8

Thiết bị này là Liên hợp máy với động lực là máy kéo MTZ 50, kéo rơ
moóc một trục, tời cơ học và cơ cấu nâng đầu gỗ dẫn động bằng thuỷ lực
Kết qủa nghiên cứu đã tạo ra một liên hợp máy bốc gỗ nhỏ theo phương
dọc trục của liên hợp máy bằng hệ thống tời cáp kết hợp với cơ cấu nâng gỗ
thuỷ lực.
- Gần đây đề tài cấp nhà nước KC 07. 26 do TS. Lê Tấn Quỳnh [16] chủ
trì. Trong đó, PGS. TS. Nơng Văn Vìn đã trực tiếp nghiên cứu thiết kế, chế tạo
và khảo nghiệm rơ moóc chủ động lắp sau máy kéo Shibaura để vận chuyển gỗ
rừng trồng (hình 1.5).

Hình 1.5: Liên hợp máy kéo Shibaura kéo rơ moóc vận chuyển gỗ

Kết quả nghiên cứu tạo rơ moóc có hệ thống truyền động thủy lực cho
cầu moóc hoạt động tốt, tự động gài cầu khi có hiện tượng tới mức giới hạn.
Mặt khác rơ moóc lắp sau máy kéo Shibaura cải tiến có lắp bánh lồng có thể
hoạt động tốt để vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp, có khả
năng vượt qua độ dốc 180 với tải trọng 3 tấn trong điều kiện mặt đường đất tự
nhiên khô ráo [16].
1.2. Tổng quan về xe tải xích cao su MST 600
MST 600 là loại xe tải bánh xích cao su do hãng Morooka của Nhật
Bản sản xuất, xe có cấu tạo như hình 1.6 sau:


9

2

2150

1
350

3

370

4

8
2240
7
6

5

1700

3790

Hình 1.6. Cấu tạo của xe tải xích cao su MST 600
1: Thùng xe; 2: Cabin; 3: Thanh ngang; 4: Bánh sao chủ động; 5: Con
lăn xích; 6: Dải xích cao su; 7: Xylanh thuỷ lực, 8: Bánh sao dẫn hướng
Bộ phận chuyển động của xe là hai dải xích cao su được dẫn động bằng
hai bánh sao chủ động ở hai bên và hoạt động nhờ hai động cơ thuỷ lực đặt
hai bên bán trục. Động cơ thuỷ lực làm việc nhờ dầu thủy lực có áp suất cao
do bơm thuỷ lực cỡ lớn đặt phía dưới vị trí giữa thùng xe và cabin cung cấp
đến. Động cơ của xe truyền động tới bơm thuỷ lực hoạt động là động cơ xăng.
Bơm hoạt động sẽ bơm dầu lên hệ thống van phân phối thuỷ lực và dầu từ
phân phối thuỷ lực đến các động cơ thuỷ lực và xylanh thuỷ lực.
Cabin và thùng xe được thiết kế tựa trên hai thanh dầm dọc có tiết diện
chữ nhật 100  150mm. Khoảng cách giữa đường trục dọc của hai thanh là
860mm, khoảng cách giữa cabin và thùng xe là 400mm.


10

Nhìn chung xe tải xích cao su MST600 mới nhập về Việt Nam nên việc
đưa vào sử dụng là chưa phổ biến. Qua khảo sát thực tế và tìm hiểu các tài
liệu về xe này tơi thấy rằng xe thích hợp cho công việc vận chuyển gỗ cắt
khúc trên các địa hình gồ ghề, hiện trường có độ dốc phức tạp trong sản xuất
lâm nghiệp.
1.3. Các cơng trình nghiên cứu về dao động của ô tô máy kéo

Nghiên cứu chế tạo các loại ô tô, máy kéo để đưa vào sử dụng thì nghiên
cứu vấn đề dao động của ơ tô máy kéo là công việc quan trọng và cần thiết để
đảm bảo cho ô tô máy kéo hoạt động êm dịu, ổn định, đặc biệt là đảm bảo an
toàn sức khỏe cho người điều khiển.
1.3.1. Các cơng trình nghiên cứu về dao động của ô tô, máy kéo trên thế giới
Trên thế giới đã có rất nhiều các cơng trình nghiên cứu về dao động của
các chủng loại ơ tơ, máy kéo trong đó nghiên cứu cơ bản xây dựng cơ sở lý
thuyết ôtô, máy kéo. Những người đi đầu trong nghiên cứu về lĩnh vực này là
của viện sĩ E.V. Chudacôp và giáo sư Lơvôp, tiếp theo là cơng trình nghiên
cứu của B.S. Fankevich, D.A. Chudacơp, G.V. Dimechep, V.N. Divacôp…
những vấn đề cơ bản chung về lý thuyết ôtô, máy kéo đã được thể hiện trong
các công trình nghiên cứu này. Tiếp theo là các nhà nghiên cứu như: S.F.
Oclôp, D.M. Gontbery, V.B. Prochonôp, A.V. Giucôp [34],[36], đã đi sâu
nghiên cứu về những cơ sở lý thuyết cho ôtô, máy kéo lâm nghiệp chuyên
dùng trong công trình nghiên cứu này thường được sử dụng các mơ hình tốn
với dao động nhiều bậc tự do.
Những nghiên cứu về dao động của máy kéo bánh bơm được công bố
trong các cơng trình của Muller [27], trong cơng trình này tác giả đã đưa ra
mơ hình khơng gian mơ tả tất cả các loại dao động của máy kéo, tác giả đã bỏ
qua các tác động của tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác. Trong công


11

trình của Volgel [28], tác giả 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, tính cản của hệ truyền lực vào bánh xe. Cơng 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 thuyết đưa ra.
Một số cơng trình nghiên cứu về dao động thẳng đứng của máy kéo có kể đến

các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện làm việc như: Tải trọng, vận tốc, độ mấp
mơ của mặt đường [32],[33].
Những cơng trình nghiên cứu về động lực học xác định cơ sở lý thuyết
cho việc bố trí các thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo cho việc vận xuất gỗ
của Oclôp và các đồng nghiệp [34],[35],[36]. Điển hình nhất là cơng trình
nghiên cứu của I.B. Barski, B.I. Anilovich, G.M. Kuchkov [31], các tác giả đã
đưa ra cơ sở lý thuyết tính tốn động lực học trong việc thiết kế, chế tạo máy
kéo, trong đó có tính tốn về dao động của ghế ngồi lái. Quan điểm của các
tác giả cho rằng vị trí đặt ghế trên khung máy ảnh hưởng lớn đến dao động
của ghế ngồi lái và kết luận: Với máy kéo có một cầu chủ động, ghế ngồi cần
có giảm chấn và đặt ở phía trên cầu sau, đối với máy kéo có 2 cầu chủ động
hoặc bánh trước có giảm chấn là cầu chủ động thì ghế ngồi có thể không cần
giảm chấn nhưng phải đặt gần cầu trước.
Những công trình nghiên cứu về dao động của máy kéo xích được
Hoogterp F.B., Saxon N.L., Schih P.J [26] Nghiên cứu giảm chấn bán tích
cực lắp trên xe xích (M1A1 Abrams và M2 Bradley). Kết quả cho thấy giá trị
bình phương trung bình của vận tốc giảm 20%, của biên độ dao động góc
giảm 19% so với hệ thống treo bị động.
S.B. Choi, M.S. Suh, DW.Park và M.J.Shin [25] nghiên cứu hệ thống treo
bán tích cực trên xe xích, sử dụng giảm chấn điện hóa được được điều khiển


12

bằng nơ ron mờ cho cơ cấu treo. Kết quả nghiên cứu thấy được sự cải thiện về
đỉnh cộng hưởng của gia tốc thẳng đứng giảm 35%, gia tốc góc giảm 40%.
1.3.2. Các cơng trình nghiên cứu về dao động của ô tô, máy kéo ở Việt Nam
Ở Việt Nam, nghiên cứu dao động của các cơ hệ nói chung đã đưa ra cơ
sở lý thuyết cơ bản về phương trình vi phân chuyển động và các phương pháp
tính tốn dao động của các cơ hệ đã được Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Văn

Khang [9] nghiên cứu và công bố kết quả.
Cơng trình nghiên cứu của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc
Thịnh và các cộng sự [3] cho thấy tính êm dịu trong chuyển động của ôtô, máy
kéo được đánh giá qua các chỉ tiêu: thời gian tác động của dao động, Tần số dao
động và gia tốc dao động thích hợp. Trong chuyển động, ôtô, máy kéo dao động
theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc (OY),
các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người, theo
phương ngang, theo phương dọc ảnh hưởng khơng đáng kế nên có thể bỏ qua.

Hình 1.7. Sơ đồ dao động tương đương của máy kéo xích
của GS.TS Nguyễn Hữu Cẩn
Đối với máy kéo phải chú ý giải quyết vấn đề treo cho ghế ngồi để đảm bảo
điều kiện cho người lái. Tác giả cũng đưa ra sơ đồ tính tốn hệ thống treo cho
ghế ngồi với dạng kích động động lực và cho rằng khi tính tốn, thiết kế hệ


13

thống treo cho ghế nên chọn tỉ số giữa tần số kích động và tần số dao động riêng
của ghế trong khoảng 0,5 - 0,6. Trong tính tốn chưa kể đến thành phần cản.
Trong những năm gần đây một số cơng trình đã đề cập giải quyết mơ
hình dao động phi tuyến ngẫu nhiên khi coi tác động của mặt đường là các
hàm ngẫu nhiên dừng, ecgodich và không quán tính.
Giáo sư Đặng Thế Huy với cơng trình [8], đã xây dựng mơ hình dao
động phi tuyến ngẫu nhiên của cầu sau máy kéo. Tác giả đã sử dụng phương
pháp tuyến tính hóa thống kê đưa mơ hình dao động phi tuyến thành mơ hình
dao động tuyến tính hóa tương đương và sử dụng lý thuyết hàm tương quan
để nghiên cứu hệ thống đã được tuyến tính hóa, lời giải gần đúng bằng đồ thị.
Nghiên cứu về dao động trên máy kéo xích ở nước ta khơng được nhiều.
Trong đó cơng trình của PGS.TS Lê Kỳ Nam đã nghiên cứu tương đối nhiều về

dao động của máy kéo xích, xe nhiều cầu [14]. Tác giả đã xây dựng chương
trình tính tốn hệ thống treo xe xích chiến đấu. Mơ hình theo hình (1.8)

Hình:1.8. Mơ hình khảo sát dao động của xe nhiều trục bằng hàm truyền
của tác giả Phan Nguyên Di và Lê Kỳ Nam
Cơng trình [14] tác giả đã dùng phương pháp hàm truyền để khảo sát dao
động của xe có bánh nhiều trục và kết quả nhận định rằng "phương pháp hàm


14

truyền là phương pháp tiện dụng để khảo sát dao động của các hệ tuyến tính.
Nó cho phép xác định dễ dàng các đáp ứng ra của hệ dao động theo cả miền
thời gian và miền tần số, với hàm tác động tiền định và ngẫu nhiên."
TS. Nguyễn Chí Thanh [18] đã nghiên cứu sử dụng hệ thống treo có điều
khiển để nâng cao chất lượng dao động của xe xích chiến đấu. Cơng trình đã
mơ phỏng mơ hình dao động thân xe có hệ thống treo bán tích cực với thuật
tốn điều khiển xây dựng được bằng cơng cụ mơ phỏng Simulink.
Gần đây trong nước có một số cơng trình nghiên cứu nhằm xác định ảnh
hưởng của rung xóc tới sức khỏe của công nhân lái máy và bước đầu đưa ra
được một số phương án chống rung người điều khiển máy như cải tiến ghế
chống rung, găng tay bảo vệ lao động như [13]... Tuy nhiên các công trình mới
chỉ nghiên cứu dao động máy kéo trong một số điều kiện cụ thể khi xem hệ là
tuyến tính, một bậc tự do chịu tác động của mặt đường dạng hàm xác định.
Trong cơng trình nghiên cứu [17], tác giả đã đưa ra mơ hình tính tốn
giảm xóc nói chung và cho rằng: Hệ số truyền càng nhỏ, chất lượng bộ giảm
xóc càng tốt, muốn vậy nên chọn tỉ số giữa tần số kích động và tần số riêng
của vật cần bảo vệ 1,41, chọn như vậy vừa đảm bảo tránh cộng hưởng vừa
giảm được biên độ dao động cho người lái, hiệu quả giảm xóc tốt hơn.
Một số cơng trình nghiên cứu, thiết kế ghế giảm rung [21] đã dựa trên cơ

sở các số liệu về dao động của con người, chọn sơ bộ các thông số chủ yếu:
Khối lượng người - ghế, độ cứng lò xo, hệ số cản nhớt và tính tốn theo điều
kiện cho phép về biên độ dịch chuyển.
Tác giả Nguyễn Văn Vệ trong cơng trình [22] đã nghiên cứu dao động
thẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH 180 và giải pháp giảm xóc cho
người lái khi vận xuất gỗ. Cơng trình đạt được 2 kết quả chính đó là: đã đánh
giá được tác động của dao động máy kéo khi vận xuất gỗ trên đường lâm


15

nghiệp đến điều kiện làm việc của người lái và đã tìm ra phương án thiết kế
kết cấu ghế giảm xóc cho người lái.
Tác giả Nguyễn Văn An trong cơng trình [1] đã nghiên cứu về ảnh
hưởng của độ mấp mô mặt đất và tốc độ chuyển động đến phản lực pháp
tuyến lên cầu trước của máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ rừng trồng.
Tác giả Phạm Minh Đức trong cơng trình [7] đã nghiên cứu về khả năng
kéo, bám của máy kéo DFH - 180 khi sử dụng rơmoóc một trục để vận
chuyển gỗ nhỏ rừng trồng.
Tác giả Nguyễn Tiến Đạt trong cơng trình nghiên cứu [6] đã xây dựng
mơ hình và tính tốn dao động của máy kéo công suất nhỏ khi vận xuất gỗ
theo công nghệ vận xuất gỗ dài. Các nghiên cứu chủ yếu đi vào 2 hướng:
- Nghiên cứu cải tiến, chế tạo lắp đặt thêm một số thiết bị nhằm nâng cao
khả năng làm việc của máy kéo.
- Nghiên cứu về ổn định của liên hợp máy trong điều kiện làm việc mới
nhằm xác lập chế độ sử dụng hợp lý cho liên hợp máy.
Tất cả các cơng trình nghiên cứu trên chủ yếu nghiên cứu về dao động
của máy kéo bánh hơi, công suất nhỏ nhằm nâng cao khả năng sử dụng máy
và thiết bị máy nông nghiệp vào sản xuất lâm nghiệp.
Cho đến nay việc nghiên cứu về dao động máy kéo xích, đặc biệt là xe

tải xích cao su sử dụng cho việc vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp là hồn
tồn chưa có.
1.4. Các phương pháp để nghiên cứu dao động
1.4.1. Các phương pháp lý thuyết để nghiên cứu dao động
Nghiên cứu dao động của ô tô - máy kéo do các tác động động học của
mấp mô mặt đường gây ra, khi biểu diễn chúng là các hàm xác định hoặc các
hàm ngẫu nhiên, trước hết xây dựng mơ hình tính tốn và sử dụng các phương


16

pháp phù hợp để nghiên cứu dao động. Từ mô hình thích hợp đã được xây
dựng, lập phương trình vi phân dao động diễn tả mối liên hệ giữa các thơng số
vào và các đặc trưng của mơ hình. Để giải hệ thống các phương trình vi phân
cần phải có các phương pháp phù hợp tùy thuộc và các mô hình nghiên cứu,
vào thơng số đầu vào và mục đích nghiên cứu. Sau đây luận văn trình bày sơ
lược một số phương pháp thường được sử dụng để nghiên cứu dao động của ô
tô - máy kéo.
1.4.1.1 Phương pháp số.
Trong nghiên cứu về dao động, do đặc tính phi tuyến của các phần tử
đàn hồi, hệ phương trình vi phân diễn tả dao động của hệ thống là phương
trình vi phân tuyến tính chỉ có lời giải theo các phương pháp gần đúng.
Phương pháp số là một trong những phương pháp giải gần đúng được sử dụng
rộng rãi, ưu điểm của phương pháp này là có thể sử dụng cho nhiều lớp bài
toán khác nhau với các điều kiện giới hạn khác nhau.
Với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử hiện nay có nhiều loại
máy tính có bộ nhớ lớn, tốc độ tính tốn rất cao có thể thực hiện được các yêu
cầu phức tạp từ các bài tốn đặt ra. Vì vậy, phương pháp số được sử dụng phổ
biến để giải gần đúng các phương trình vi phân phi tuyến và các hệ phương
trình siêu việt.

1.4.1.2 Phương pháp giải tích.
Sau khi lựa chọn mơ hình tính tốn và các thơng số của hệ thống, dựa
vào các định luật cơ học nguời ta mô tả các chuyển động của các cơ hệ bằng
các phương trình vi phân dao động của hệ thống và các phương trình vi phân
này có thể được giải bằng phương pháp giải tích.
Trong dao động, đối với các mơ hình tuyến tính, việc giải các phương
trình vi phân bằng phương pháp giải tích theo nhiều cách khác nhau, lời giải
nhận được có độ chính xác tùy ý. Phương pháp này có ý nghĩa rất lớn trong


17

việc giải quyết các bài tốn dao động tuyến tính. Ví dụ như trường hợp liên
hợp máy chuyển động với vận tốc thấp, các tác động động học của mấp mơ
mặt đường thay đổi khơng lớn, khơng có hiện tượng mất liên kết giữa bánh xe
và mặt đường. Đồng thời các phương pháp này cũng có ưu điểm lớn trong
việc phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, tối ưu hóa các thơng số của
hệ thống tuyến tính.
1.4.1.3 Phương pháp tối ưu hóa.
Tất các các bài tốn tổng hợp hệ thống trong dao động có thể dẫn về bài
tốn tìm giá trị của các thơng số tổng hợp thỏa mãn được các điều kiện hạn
chế và hàm mục tiêu có giá trị cực trị.
Phương pháp tối ưu hóa được sử dụng để xác định các thông số ra từ
điều kiện cực trị của hàm mục tiêu và thỏa mãn các điều kiện hạn chế. Khối
lượng tính tốn sẽ rất lớn khi mà số lượng các thông số cần tối ưu hóa lớn.
Được sự trợ giúp của máy tính điện tử hiện nay thì các dạng bài tốn này
được sử dụng phổ biến. Theo phương pháp này, khi cần xác địng các thông số
ra theo điều kiện cực tiểu của hàm mục tiêu. Khi tìm giá trị ứng với hàm mục
tiêu cực đại, thì dùng nghịch đảo của hàm mục tiêu và bài toán trở về điều
kiện cực tiểu [8]

Trong phương pháp tối ưu hóa có thể sử dụng các phương pháp như:
tìm ngẫu nghiên (phương pháp Montê Cáclơ), phương pháp lặp, phương pháp
tìm theo định hướng. Mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm tùy thuộc vào
đặc điểm của bài tốn cần giải, mục đích nghiên cứu.
1.4.1.4 Phương pháp động lực học thống kê.
Trong cơ khí nơng lâm nghiệp có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới q trình
làm việc của máy móc nơng nghiệp được xem là những tác động mang tính
ngẫu nhiên như ảnh hưởng của mấp mơ mặt đường, ảnh hưởng của sự biến
đổi lực cản máy nông nghiệp đến dao động của máy kéo.


18

Thơng thường có thể chia các hệ thống động lực học tùy theo các đặc
điểm của chúng thành ba loại, đó là: tuyến tính, phi tuyến và thơng số.
Phương pháp động lực học thống kê khi nghiên cứu dao động tuyến tính
ngẫu nhiên của hệ thống sử dụng lý thuyết tương quan các hàm ngẫu nhiên [9].
Lý thuyết chỉ dựa vào hai mô men phân bố đầu tiên (giá trị trung bình và hàm
tương quan) để nghiên cứu hệ động lực học. Theo phương pháp này, đối với
những quá trình ngẫu nhiên có quy luật phân phối chuẩn các đặc trưng này là
hồn tồn đủ, vì nó cho phép xác định được kỳ vọng tốn, phương sai và mơ
men phân bố của các đại lượng ngẫu nhiên bất kỳ x1,...., xn của quá trình X(t)
tại những thời điểm t1,..., tn, từ đó xác định được hàm phân bố n chiều.
Sử dụng lý thuyết tương quan đối với hệ thống tuyến tính với những
thơng số khơng đổi rất thuận lợi vì nếu q trình ở cửa vào của hệ thống có qui
luật phân phối chuẩn thì quá trình ở cửa ra cũng có quy luật phân phối chuẩn.
Lý thuyết tương quan cũng được sử dụng để phân tích gần đúng các hệ
thống có thơng số biến đổi và hệ thống phi tuyến đã được tuyến tính hóa.
Lý thuyết tương quan chỉ dựa trên hai thơng số là kỳ vọng tốn và hàm
tương quan nên liên hệ giữa các biểu thức giải tích các thơng số này ở cửa vào

và cửa ra sẽ là những liên hệ cơ bản. Khi quá trình ngẫu nhiên là dừng, kỳ
vọng toán và phương sai là các hằng số, không phụ thuộc vào thời gian.
Phương pháp tuyến tính hóa thống kê là phương pháp gần đúng nghiên
cứu các động lực học. Phương pháp này dựa trên sự tuyến tính hóa các
phương trình ban đầu của hệ thống được xét, sau đó ứng dụng lý thuyết tương
quan cho các phương trình của hệ đã được tuyến tính hóa. Khi tính chất phi
tuyến của hệ là khơng lớn thì kết quả là khá chính xác.
Nội dung của phương pháp tuyến tính hóa thống kê là thay thế gần đúng
hàm số phi tuyến bằng một hàm số tuyến tính tương đương với nó về mặt
thống kê. Tiêu chuẩn tương đương thống kê của hệ phi tuyến và hệ tuyến tính


19

là các mô men hạng nhất và hạng hai của chúng phải bằng nhau nghĩa là hai
hàm có cùng qui luật phân phối, có giá trị trung bình và phương sai bằng nhau.
1.4.2. Các phần mềm ứng dụng để nghiên cứu dao động
Hiện nay có một số các phần mềm ứng dụng để nghiên cứu dao động
Đó là: Ansys, Pascan, Metermatical, Matlab Simulink.
Phần mềm ANSYS (Analysis Systems): là một gói phần mềm FEA
(Finite Element Analysis) hồn chỉnh dùng để mơ phỏng, tính tốn thiết kế
trong cơng nghiệp, ANSYS đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế
giới trong hầu hết các lĩnh vực như: kết cấu, nhiệt, dòng chảy, điện, điện từ,
tĩnh điện, tương tác giữa các môi trường và các hệ vật lý. Phần mềm ANSYS
có kết cấu bởi ba mơ đun chính là mơ đun tiền xử lý (Preprocessing); mô đun
giải (Solution); mô đun hậu xử lý (Postprocessing).
Phần mềm Pascan là phần mềm đã có từ rất sớm và có ứng dụng cho
nghiên cứu dao động nhưng đến nay xuất hiện nhiều phần mềm mới dễ sử
dụng và hỗ trợ cho nghiên cứu được hoàn thiện hơn, nên hầu hết hiện nay
phần mềm Pascan ít được sử dụng.

Trong luận văn sử dụng chủ yếu là phần mềm Matlap/Simulink. Đặc
điểm nổi bật nhất của ngôn ngữ Simulink là lập trình ở dạng sơ đồ cấu trúc
của hệ thống. Nghĩa là, khi mô phỏng động học một hệ thống được mơ tả tốn
ở dạng phương trình vi phân, phương trình trạng thái, hàm truyền hoặc sơ đồ
cấu trúc thì chúng ta cần xây dựng chương trình trong Sinulink dưới dạng sơ
đồ gồm các khối cơ bản khác nhau nối với nhau theo cấu trúc của hệ thống
cần khảo sát [15]. Khi dùng Simulink để khảo sát động học các hệ thống
tuyến tính hoặc phi tuyến thì dạng phổ biến là các hệ thống đó được mơ tả
dưới dạng hàm truyền đạt hoặc sơ đồ cấu trúc. Simulink có thể lập trình khảo
sát các hệ thống có mơ tả tốn dạng phương trình vi phân, phương trình trạng
thái, hàm truyền đạt hoặc sơ đồ khối.


20

Phần mềm này thể hiện tính linh động, thơng dụng và đa năng bởi vì các
phương án đều được Simulink chấp nhận. Với cách lập trình như vậy, người
nghiên cứu hệ thống sẽ thấy trực quan và dễ hiểu. Phần mềm này cho phép
người sử dụng vừa biết các tính chất động học của hệ thống, vừa biết đặc
điểm cấu trúc và tham số của nó. Simulink cịn cho phép phân tích được ảnh
hưởng của sự thay đổi cấu trúc hoặc tham số của hệ thống lên các tính chất
động học của hệ thống đó. Khi phân tích và tổng hợp các hệ thống điều khiển
một trong những vấn đề quan trọng là đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi các
tham số lên tính chất động học của hệ thống. Các tham số hệ thống như hệ số
khuyếch đại, hằng số thời gian được coi là không đổi. Nhưng sự thay đổi mơi
trường ngồi hoặc sự thay đổi bên trong của hệ thống sẽ ít nhiều gây ra sự
thay đổi các tham số của hệ thống. Trong các hệ thống hở những thay đổi đó
đều gây ra thay đổi ở đầu ra, làm đầu ra của hệ thống kém chính xác. Một hệ
thống kín cảm nhận được sự thay đổi của đầu ra và cố gắng điều chỉnh đầu ra.
Thông qua việc đánh giá hàm độ nhạy (hoặc hệ số độ nhậy) ta sẽ đánh giá

được sự ảnh hưởng của sự thay đổi tham số hệ thống lên chất lượng động học
của hệ thống đó. Phân tích độ nhạy của các hệ thống tối ưu là một công việc
phức tạp, nhất là đối với hệ thống khơng dừng, vì nó phụ thuộc vào lời giải
của một số lượng lớn các phương trình vi phân trong đó gồm các phương
trình vi phân ma trận phi tuyến Riccati [15]. Với hệ thống tối ưu dừng cơng
việc có thể đơn giản hơn và các phương trình được giải là các phương trình đại
số Riccati. Vì vậy, ta có thể nói Simulink thích hợp với các bài tốn mơ phỏng
động học các hệ thống điều khiển tự động, truyền động điện, cơ khí hay giải
hệ phương trình vi phân tuyến tính và phi tuyến, thông qua việc nối ghép các
thư viện con đã được tích hợp, đặt trong Simulink Bock Library theo cấu trúc
của hệ thống để phân tích các hệ thống đã có hoặc tổng hợp hệ thống mới.


21

Một đặc điểm nữa của ngôn ngữ Simulink là: khi tiến hành mô phỏng,
môi trường Simulink thực hiện việc giải hệ phương trình vi phân mơ tả động
học hệ thống đó bằng các phương pháp như Ơle, Runge-Kutta3, RungeKutta5, Gear, Euler, LinSim,... vì vậy kết quả nhận được khi mơ phỏng động
học hệ thống có độ chính xác cao [15].
Việc lựa chọn các bước tính cho phù hợp được mơi trường thực hiện
một cách tự động trong khoảng các giá trị min và max do người sử dụng khai
báo. Từ trong mơi trường Simulink có thể tận dụng được các khả năng tính
tốn, phân tích dữ liệu, đồ họa 2D, 3D của MatLab và sử dụng các khả năng
của các Toolbox khác như Toolbox xử lý tín hiệu số, logic mờ và điều khiển
mờ, mạng nơron, nhận dạng... Simulink kết hợp với các Toolbox khác tạo
thành công cụ rất mạnh để khảo sát động học các hệ thống tuyến tính và phi
tuyến trong một môi trường thống nhất là MatLab. Tuy nhiên Simulink chỉ
khảo sát hệ thống trong miền thời gian, nó khơng cho biết những thơng tin
trong miền tần số.
1.4.3. Phương pháp nghiên cứu dao động bằng thực nghiệm

Phương pháp nghiên cứu dao động bằng thực nghiệm cho kết quả chính
xác đối với đối tượng nghiên cứu cụ thể. Sử dụng phương pháp này thường
mất chi phí lớn về thời gian, công sức và việc giải quyết các bài tốn tối ưu
theo mơ hình này là khơng tổng qt. Thông thường phương pháp nghiên cứu
dao động bằng thực nghiệm này chỉ được dùng ở giai đoạn cuối quá trình
nghiên cứu nhằm kiểm định lại các kết quả nhận được từ các phương pháp
nghiên cứu khác hoặc các hiện tượng phức tạp mà các mơ hình tốn học chưa
phản ánh được đầy đủ.
Nội dung của phương pháp là sử dụng các thiết bị và thông số đo nhằm
biến các đại lượng không điện như gia tốc, chuyển dịch, lực, momen xoắn...


22

thành những đại lượng để có thể đo, ghi được [5]. Đặc biệt sử dụng thiết bị ghi
và phần mềm xử lý tương ứng để biến các đại lượng đó dưới dạng mô phỏng số.
Trong phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm điều quan trọng là
xác định được các yếu tố đầu vào và đầu ra cũng như lựa chọn dụng cụ và
thiết bị đo phù hợp là những điều rất cần thiết. Nghiên cứu dao động trước
đây các cảm biến đo gia tốc thẳng đứng và các dụng cụ đo dao động góc dọc
thường được sử dụng. Hiện nay các phương tiện kỹ thuật hiện đại đã được
ứng dụng nhiều trong các thí nghiệm đo dao động nói chung.
Các bước tiến hành nghiên cứu dao động bằng thực nghiệm cần được
lập kế hoạch từ trước sao cho thật logíc mang tính khoa học để tránh những
thao tác trùng lặp, thao tác thừa.
Đầu tiên cần xác định mục đích của thí nghiệm, cần xác định cụ thể
thơng số cần đo, cần đánh giá. Tiếp sau đó cần lựa chọn điều kiện tiến hành
thí nghiệm, lựa chọn hiện trường thí nghiệm sao cho phù hợp với điều kiện,
hoàn cảnh phạm vi và mục đích nghiên cứu, nhưng vẫn đảm bảo được độ
trung thực và tính chính xác của thí nghiệm [5].

Xây dựng quy trình thí nghiệm là bước cơng việc tiếp theo, trong q
trình xây dựng quy trình thí nghiệm cần lựa chọn đối tượng, thiết bị thí
nghiệm và dụng cụ đo. Mỗi một yêu cầu nghiên cứu cần có một hệ thống thiết
bị, dụng cụ đo riêng theo mục đích nghiên cứu. Căn cứ vào đó mà ta sẽ bố trí
các thiết bị, xắp đặt các kết nối sao cho nghiên cứu thực nghiệm được thuận
lợi và chính xác nhất.
Tiến hành thí nghiệm: trong nghiên cứu cơng tác thí nghiệm là thời
điểm quan trọng nhất trong tồn bộ chương trình nghiên cứu. Khi tiến hành
nghiên cứu cần có sự tập trung cao độ và sự phối hợp linh hoạt giữa các bộ
phận thực hiện thí nghiệm.


23

Kết quả đo và xử lý số liệu là yếu tố quan trọng cuối cùng trong nghiên
cứu thực nghiệm. Hiện nay có nhiều phần mềm hỗ trợ trong việc thu thập kết
quả đo và xử lý số liệu. Lựa chọn phần mềm thu thập và xử lý số liệu phù hợp
với các dụng cụ đo và thông số đo là điều quan trọng. Hiện nay trong nghiên
cứu thực nghiệm về dao động thường dùng các thiết bị như Dewetron, Spider
8,.. [5], thiết bị này cho ta bộ dữ liệu thí nghiệm là bảng giá trị kết quả đo
mỗi lượt thử nghiệm. Ngoài ra các kết quả sau khi thu thập cần phải qua một
số phép tính tốn học để được thơng số cần thiết thì được hỗ trợ của các phần
mềm Catman hoặc phần mềm Dasylab.
Kết luận chương I
Nội dung của chương đã giới thiệu tổng quan một số thiết bị vận chuyển
gỗ trên đường lâm nghiệp của nước ta và trên thế giới;
Giới thiệu được xuất xứ, đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe
tải xích cao su MST 600 là đối tượng nghiên cứu của luận văn;
Đã tìm hiểu rõ các cơng trình nghiên cứu về dao động của ô tô, máy kéo
trên thế giới và Việt Nam. Đánh giá được kết quả của một số cơng trình

nghiên cứu nổi bật có nội dung sát với nội dung nghiên cứu của luận văn;
Nêu được các phương pháp nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực
nghiệm, các phần mềm ứng dụng cho nghiên cứu về dao động ô tô, máy kéo.