Luận văn thạc sĩ nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hóa khai thác gỗ rừng trồng trên độ

1

Lời cảm ơn
Để hoàn thành được bản luận văn này, trong suốt thời gian vừa qua tôi đÃ
nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể và cá nhân.
Nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới
Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS: Nguyễn Nhật Chiêu đà dành nhiều
thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị.
Cho phép tôi được gửi lời cảm ơn tới Thư viện Quốc gia và Thư viện
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đà tạo điều kiện cho tôi được tham khảo tài
liệu trong quá trình làm đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo cùng các bạn bè đồng nghiệp
đà đóng góp ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thành tốt bản luận văn này.
Qua đây cho phép tôi được cảm ơn tới Bố, Mẹ cùng gia đình đà động viên
và hËu thuÉn cho t«i trong suèt thêi gian võa qua./.


2

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết quả
trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công
bố; những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đà được chỉ rõ nguồn
gốc.

Tác giả luận văn

Trần Lý Tưởng

3

Mục lục
Trang

Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các hình

Danh mục các ký hiệu sử dụng trong luận văn
Đặt vấn đề

1

Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

3

1.1

Tình hình và chiến lược phát triển tài nguyên rừng ở Việt Nam

3

1.2

Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ và việc sử dụng TTL

Chương 1

trong khai thác gỗ rừng trồng
1.3
Chương 2

Tình hình nghiên cứu về TTL và ĐLH của các máy nâng chuyển.
Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung và
phương pháp nghiên cứu

4
8
13

2.1

Mục tiêu

13

2.2

Đối tượng nghiên cứu

13

2.3

Phạm vi nghiên cứu

14

2.4

Nội dung nghiên cứu

14

2.4.1

Nghiên cứu lý thuyết

14

2.4.2

Nghiên cứu thực nghiệm

15

2.5

Phương pháp nghiên cứu

15

2.5.1

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

15

2.5.2

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

19

Chương 3

Nghiên cứu xây dựng mô hình ĐLH của TTL khi
bốc dỡ gỗ

3.1

Mô hình động lực học

3.1.1

Quy đổi các khối lượng tập trung chuyển động

3.1.1.1 Quy đổi khối lượng của đầu m¸y vỊ trơc quay AZ

21

21
21


4

3.1.1.2 Quy đổi khối lượng của TTL về trục quay OZ

22

3.1.2

24

Tính các độ cứng quy đổi

3.1.2.1 Tính độ cứng quy đổi giữa ngoạm và gỗ

24

3.1.2.2 Tính độ cứng quy đổi của TTL

24

3.1.3

Xây dựng mô hình tổng quát

26

3.1.4

Xây dựng mô hình ĐLH khi TTL nhấc tải

27

3.2

Xây dựng phương trình vi phân dao động của TTL khi bốc dỡ gỗ

30

3.2.1

Đặt giả thiết cho bài toán

30

3.2.2

Thiết lập PTVP cho giai đoạn khắc phục khe hở ()

31

3.2.3

Thiết lập PTVP cho giai đoạn trung gian

35

3.2.4

Thiết lập PTVP cho giai đoạn nâng tải

39

3.3

Giải và Mô phỏng các phương trình vi phân dao động của TTL khi
bốc dỡ gỗ

45

3.3.1

Giải và mô phỏng PTVP cho giai đoạn đầu

45

3.3.2

Giải và mô phỏng PTVP cho giai đoạn nâng tải

48

Chương 4

Phương pháp Nghiên cứu thực nghiệm xác định
tải trọng ĐLH tác dụng lên TTL khi bốc dỡ gỗ

62

4.1

Mục đích

62

4.2

Phương pháp thực nghiệm xác định gia tốc nâng gỗ

62

4.3

Phương pháp đo biến dạng của TTL khi nâng tải

63

Kết luận và đề nghị

65

Kết luận

65

Đề nghị

65

Tài liệu tham khảo chính
Phụ lục 01: Bảng các thông số cơ bản dùng trong tính toán
Phụ lục 02: Bảng trích kết quả từ các mô hình Simulink
Phụ lục 02.a

Phô lôc 02.b


5

Danh mục các hình

TT
1.1

Tên hình
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Alecxangdrov V.A về sự
ảnh hưởng của khối lượng nâng tới hệ số tải trọng ĐLH

1.2

Sơ đồ xác định dao động góc của đầu máy dưới tác động của gió
khi bốc dỡ gỗ bằng TTL

1.3

Sơ đồ xác định tải trọng của máy khai thác có trang bị TTL khi đi
trên địa hình gồ ghề

Trang
6
8
9

2.1

TTL lắp trên máy kéo Shibaura SD2843

14

3.1

Mô hình tính toán m0

21

3.2

Mô hình tính toán m2

23

3.3

Mô hình tính toán cc và cp

25

3.4

Mô hình ĐLH tổng quát

26

3.5

Mô hình ĐLH của TTL khi nhấc tải

27

3.6

Mô hình ĐLH ở các giai đoạn của TTL khi nhấc tải

29

3.7

Mô hình mô phỏng sự biến dạng và gia tốc của TTL ở trường hợp
không tải

3.8

Mô hình mô phỏng sự biến thiên của hệ số tải trọng ĐLH theo
thời gian ở trường hợp không tải

47
47

3.9

Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của hệ số Kdl theo thời gian

48

3.10

Mô hình tìm nghiệm thực của phương trình đặc trưng

50

3.11

Mô hình mô phỏng sự biến dạng và gia tốc của TTL khi nâng tải

53

3.12

Mô hình mô phỏng sự biến thiên của hệ số tải trọng ĐLH theo
thời gian khi TTL nâng tải

3.13

Đồ thị kiểm tra tính vô nghiệm của phương trình đặc trưng

3.14

Đồ thị biểu diễn sự biến dạng và gia tốc của TTL khi nâng tải
(nhìn từ Workspace)

3.15

Đồ thị biểu diễn sự biến dạng và gia tốc của TTL khi nâng tải
(nhìn từ khối Scope)

54
55
56
56


6

3.16

Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của Kdl theo thời gian

3.17

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của khối lượng nâng tới hệ số tải
trọng ĐLH ở ba mức tốc độ

3.18

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của vận tốc nâng tới hệ số tải
trọng ĐLH ở các thời điểm khác nhau

3.19

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của độ cứng quy đổi c0 tới hệ số
tải trọng ĐLH ở ba mức tốc độ

3.20

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của độ cứng quy đổi c12 tới hệ số
tải trọng ĐLH ở ba mức tốc độ

3.21

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của độ cứng quy đổi cn tới hệ số
tải trọng ĐLH ở ba mức tốc độ

4.1

Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định gia tốc nâng tải

4.2

Hình dáng và sơ đồ cấu tạo của đầu đo gia tốc theo nguyên lý
điện cảm

57
58
59
60
60
61
62
63

4.3

Phương pháp đo biến dạng của TTL khi nâng tải

63

4.4

Sơ đồ cầu đủ điện trở dùng ®Ĩ ®o biÕn d¹ng TTL

64


7

Danh mục các ký hiệu sử dụng trong luận văn

Ký hiệu

Tên gọi

Đơn vị

GC

Trọng lượng cánh tay

KN

GP

Trọng lượng cẳng tay

KN

Gk

Trọng lượng của TTL(cẳng tay, cánh tay và ngoạm)

KN

Gng

Trọng lượng ngoạm

KN

G

Tải trọng cho phép

KN

G0

Trọng lượng đầu máy

KN

m0

Khối lượng đầu máy

Kg

m2

Khối lượng TTL quy đổi

Kg

m3

Khối lượng gỗ

Kg

l2

Khoảng cách từ trọng tâm đến chân chống

m

ht

Toạ độ trọng tâm của đầu máy theo chiều cao

m

ln

Khoảng cách từ cần đến chân chống

m

h1

Chiều cao của trụ

m

h

Khoảng cách từ đầu trụ (0) đến chân chống (điểm A)

m

r0

Khoảng cách từ chân chống (A) đến đầu cần(tâm m2)

m

r

Khoảng cách từ đầu trụ(điểm 0) đến xylanh ở cánh tay

m

L

Tầm vươn của TTL

m

Lx

Khoảng cách từ chân chống đến đầu cần theo phương dọi

m

lC

Chiều dài cánh tay

m

lP

Chiều dài cẳng tay

m

L3

Khoảng cách từ đầu trụ đến đầu cần (tâm m2)

m



Vận tốc góc của m0 đối với trục AZ

s-1

v0

Vận tốc nâng hạ tải

m/s

ak

Khoảng cách từ trọng tâm của đầu máy đến trục AZ

IZ

Mô men quán tính của G0 đối với trục AZ

Kg.m2

Mô men quán tính của cánh tay và cẳng tay đối với trục OZ

Kg.m2

IZC, IZP

m


8

c12

Độ cứng quy đổi của TTL

KN/m

cn

Độ cứng quy đổi giữa ngoạm với gỗ

KN/m

c12, c12

Độ cứng quy đổi của cánh tay và cẳng tay với xylanh

KN/m

c1, c2

Độ cứng quy đổi của lốp trước và lốp sau ở đầu máy

KN/m

k1, k2
c3 , c4
k3, k4

Hệ số giảm chấn (cản dao động) của cặp bánh trước và
bánh sau ở đầu máy
Độ cứng quy đổi của xylanh ở cánh tay và cẳng tay
Hệ số giảm chấn (cản dao động) của xylanh ở cánh tay

và cẳng tay

KN.s/m
KN/m
KN.s/m

c5 , c6

Độ cứng quy đổi của ngoạm và độ cứng quy đổi của gỗ

KN/m

cc , cp

Độ cứng quy đổi của cánh tay, cẳng tay

KN/m

Độ cứng quy đổi của các lốp xe

KN/m

Độ cứng khi uốn ở hai đầu cây (bó) gỗ

KN/m

Độ cứng quy đổi của đầu máy

KN/m

c'n
cg, cg
c0


Khe hở tương đối giữa các khớp nối của TTL, giữa gỗ
và ngoạm

Z0

Chuyển dịch của m0 khi chuyển về đầu cần (=Z0.r0/h)

cm

Z0

Chuyển dịch của m0 tại đầu trụ

cm

Z1 , Z2 , Z3
Z1
Z11, Z1∏2,
Z1∏3
Z01, Z21, Z31
Z02, Z22, Z32
Z03, Z23, Z33
Z11: Z12: Z13

Chun dÞch của điểm không khối lượng 1, của m2 và

của m3 ở mô hình chung
Chuyển dịch của điểm không khối lượng 1 khi chuyển
về đầu cần
Chuyển dịch của điểm không khối lượng 1 ở 3 giai
đoạn khi chuyển về đầu cần
Chuyển dịch của các khối lượng m0, m2, m3 ở giai đoạn đầu

Chuyển dịch của các khối lượng m0, m2, m3 ở giai đoạn
trung gian
Chuyển dịch của các khối lượng m0, m2, m3 ở giai đoạn
nâng tải
Chuyển dịch của điểm không khối lượng 1 ở 3 giai đoạn

cm
cm
cm
cm
cm
cm
cm


9

P1, P2, P3
T, , 
q ij
q ij

Lùc ®Èy cđa xylanh cánh tay ở 3 giai đoạn

Các hàm (biểu thức) động năng, thế năng và hàm năng
lượng phân tán (hao tán) của hệ
Toạ độ tổng quát (suy rộng) của từng khối lượng (i)
trong từng trường hợp (j)
Vận tốc tổng quát (suy rộng) của từng khối lượng (i)
trong từng trường hợp (j)

Qi

Ngoại lực tác động vào hệ (lực suy rộng)

qH

Lưu lượng của bơm thuỷ lực

H, U
kH, kU, kv

KN

cm
cm/s

cm3/vòng

Hiệu suất của bộ phận phân phối và của xylanh
Các hệ số tỷ lệ

pj

áp suất đơn vị của hệ thống thuỷ lực trong từng trường hợp

fn

Tiết diện ngang của piston xylanh ở cánh tay

cm2



Góc lệch phương giữa Z0 với phương thẳng đứng

rad

,

Các hệ số phần thực của nghiệm phương trình đặc trưng

k, n

Các hệ số phần ảo của nghiệm phương trình đặc trưng

C1, C2, C3, C4

KN/cm2

Các hệ số của nghiệm phương trình vi phân ở giai đoạn
nâng tải

Kdl

Hệ số ĐLH trong trường hợp không tải

Kdl

Hệ số ĐLH trong trường hợp nâng tải

y1

Biến dạng của TTL trong trường hợp không tải

cm

y

Biến dạng của TTL trong trường hợp nâng tải

cm

yd

Biến dạng của TTL do lực động học khi nâng tải

cm

yt

Biến dạng của TTL do lực tĩnh gây nên khi nâng tải

cm

1

đặt vấn đề
Ngày nay, khi rừng tự nhiên ngày càng cạn kiệt thì xu hướng trồng rừng nguyên
liệu là hướng đi đúng đắn, được Đảng và Chính phủ ta hết sức quan tâm, hàng loạt
các chương trình, dự án và những chính sách ưu đÃi hợp lý nhằm khôi phục, mở
rộng và làm giàu nhanh chóng tài nguyên rừng để kịp thời phục vụ cho nhu cầu ngày
càng lớn của con người. Đi đôi với việc trồng rừng thì vấn đề công nghệ và thiết bị
trong khai thác rừng cũng phải được quan tâm đúng mức.
Mặc dù ở nước ta rừng trồng có nhiều điểm thuận lợi để cơ giới hoá các khâu sản
xuất nhưng trên thực tế việc khai thác vẫn chủ yếu bằng thủ công nặng nhọc, năng
suất lao động thấp. Việc nghiên cứu công nghệ và thiết bị khai thác rừng trồng nhằm
đưa ra những đề xuất có cơ sở khoa học cho việc chế tạo và áp dụng vào thực tiễn ở
Việt Nam trong giai đoạn hiện nay- giai đoạn đầu của sự hội nhập WTO, giai đoạn
của sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nói chung và của ngành Lâm
nghiệp nói riêng là nhiệm vụ cấp thiết cần được quan tâm và đầu tư thoả đáng.
Từ yêu cầu trong thực tế của sản xuất, rất nhiều đề tài của nhiều tác giả trong và
ngoài nước đà nghiên cứu, chế tạo và khảo nghiệm các thiết bị Tay thuỷ lực (TTL)
để bốc dỡ gỗ, qua nghiên cứu thực nghiệm cho thấy động lực học (ĐLH) có ảnh
hưởng quan trọng đến TTL trong quá trình bốc dỡ gỗ, tuy nhiên về mặt lý thuyết nó
ảnh hưởng như thế nào đang là câu hỏi cần được giải đáp. ở Việt Nam có rất nhiều
đề tài liên quan đến TTL, trong quá trình tính toán chế tạo thiết bị người ta thường
đưa vào hệ số tải trọng ĐLH (Kdl), tuy nhiên việc lựa chọn giá trị của hệ số này
chưa sát với thực tế. Như vậy, việc nghiên cứu ĐLH là để xác định các tải trọng
ĐLH trong các cơ cấu, bộ phận, chi tiết của TTL trong bốc dỡ gỗ, nhằm phục vụ cho
việc hoàn thiện thiết kế cấu trúc cơ khí tối ưu và đánh giá sự ổn định của liên hợp
máy, ngoài ra còn làm cơ sở cho việc thay đổi kết cấu của liên hợp máy và chọn các
chế độ sử dụng hợp lý

Trong thời gian vừa qua đề tài cấp nhà n­íc, m· sè: KC 07-26-05 vỊ viƯc
“Nghiªn cøu lùa chän công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hoá khai thác gỗ
rừng trồng trên độ dốc 10-200, do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì cùng một số
cán bộ trong Khoa Công nghiệp- trường Đại học Lâm nghiệp, trong đó bản thân tôi
tham gia phần tính toán. Một trong những sản phẩm của đề tài là Tay bốc thuỷ lực
lắp trên máy kéo Shibaura để bốc dỡ gỗ rừng trồng. Tuy đây mới là mẫu máy khảo


2

nghiệm nhưng nó đà được đánh giá là hướng đi rất phù hợp, cần được hoàn thiện và
nhân rộng để áp dụng vào thực tiễn của sản xuất. Việc nghiên cứu ĐLH của TTL
cũng sẽ góp phần kiểm chứng lại hệ số ĐLH, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tải
trọng ĐLH, từ đó đưa ra được các chế độ vận hành và sử dụng hợp lý. Vì những lý
do trên tôi đà tiến hành đề tài: Nghiên cứu tải trọng động lực học tác dụng lên
tay thủy lực lắp trên máy kéo bánh hơi khi bốc dỡ gỗ .
ý nghĩa khoa học của đề tài:
- Xây dựng được mô hình ĐLH của TTL khi nâng gỗ và xác định được các thông
số trên mô hình;
- Lập và giải được các phương trình vi phân (PTVP) ở các giai đoạn của TTL khi
nâng gỗ;
- Mô phỏng và phân tích được các phương trình bằng Matlab-Simulink.
ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
- Cho phép xác định các tải trọng ĐLH trong các cơ cấu, bộ phận, chi tiết của
TTL trong nâng gỗ, nhằm phục vụ cho việc hoàn thiện thiết kế cấu trúc cơ khí tối
ưu, đánh giá sự ổn định của liên hợp máy, ngoài ra còn làm cơ sở cho việc thay đổi
kết cấu của liên hợp máy và chọn các chế độ sử dụng hợp lý;
- Kết quả nghiên cứu cho phép kiểm chứng lại hệ số tải trọng ĐLH(Kdl) của TTL
lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 trong quá trình bốc dỡ gỗ, phân tích được các
yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng ĐLH, từ đó đưa ra được các chế độ vận hành và sử

dụng hợp lý.


3

Chương 1
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
1.1- Tình hình và chiến lược phát triển tài nguyên rừng ở Việt Nam.
Trước đây để cung cấp gỗ cho các ngành kinh tế quốc dân, việc khai thác rừng
chủ yếu tập trung vào đối tượng rừng tự nhiên. Do hậu quả của chiến tranh kéo dài,
nạn du canh, du cư, nạn đốt rừng làm nương rẫy, thêm vào đó là nạn cháy rừng, khai
thác rừng bừa bÃi đà làm cho diện tích rừng tự nhiên ở nước ở ta ngày càng bị thu
hẹp, tài nguyên rừng ngày càng kiệt quệ tới mức báo động nghiêm trọng cả về số
lượng và chất lượng, rừng giàu còn lại rất ít, chủ yếu phân tán trong các thung lũng
có địa hình hiểm trở. Những điều đó đà gây ra những hậu quả xấu tới môi trường
sinh thái, tới sản xuất và đời sống của con người.
Trước thực trạng đó, để bảo vệ diện tích rừng tự nhiên còn lại, Chính phủ đà ra
lệnh từng bước đóng cửa rừng trong khi nhu cầu về gỗ của con người nói chung và
của các ngành kinh tế quốc dân (như công nghiệp giấy, công nghiệp chế biến gỗ,
khai thác than...) nói riêng ngày càng gia tăng. Để giải quyết mâu thuẫn này Chính
phủ đà phải đẩy mạnh các chương trình, dự án trồng rừng và những chính sách ưu
đÃi sao cho rừng trồng thay thế dần rừng tự nhiên trong việc cung cấp nguyên liệu
gỗ cho các ngành kinh tế quốc dân. Trên thực tế, ở các tỉnh phía Bắc đà hình thành
hai vùng chuyên canh nguyên liệu lớn, đó là vùng chuyên canh gỗ trụ mỏ và vùng
chuyên canh gỗ nguyên liệu giấy. Hiện nay chỉ tính riêng các tỉnh phía Bắc hàng
năm có tới hàng ngàn ha rừng trồng được khai thác để cung cấp gỗ cho nền kinh tế
quốc dân và làm chất đốt cho cư dân địa phương.
Căn cứ vào tốc độ tăng dân số, nhịp độ tăng trưởng kinh tế và xu hướng thay
đổi thị hiếu của người tiêu dùng, dự báo nhu cầu sử dụng gỗ, củi hàng năm trong
giai đoạn 2006- 2010 là khoảng 16,4 triệu m3(gỗ trụ mỏ, nguyên liệu giấy, ván nhân

tạo, hàng mỹ nghệ, mộc cao cấp, xây dựng cơ bản, gỗ gia dụng) và khoảng 19
triệu ster củi [12].
Nguồn cung cấp gỗ, củi chủ yếu dựa vào rừng trồng và cây phân tán, dự báo
đến năm 2010 khả năng khai thác hàng năm khoảng 16,1 triệu m3 gỗ và 19,7 triệu


4

ster củi, ngoài ra để đáp ứng nhu cầu trong nước, dự báo chúng ta phải nhập khẩu
bình quân hàng năm trong giai đoạn 2006-2010 khoảng 500.000m3 gỗ các loại,
trong khi đó thị trường gỗ trong khu vực Châu á khá căng thẳng do nguồn cung cấp
có hạn. Do vậy, việc đẩy nhanh trồng rừng sản xuất, tăng cường mọi biện pháp để
chuyển dịch cơ cấu kinh tế Lâm nghiệp, để đến năm 2010 có đủ khả năng cung cấp
lâm sản ổn định và lâu dài cho nền kinh tế quốc dân [12].
Đến năm 2010 tổng diện tích quy hoạch cho rừng sản xuất trên toàn quốc là 7
triệu ha, tiến hành xây dựng các vùng rừng nguyên liệu gồm: gỗ trụ mỏ (600.000
ha), rừng nguyên liệu giấy (900.000 ha), rừng nguyên liệu ván nhân tạo (400.000
ha), rừng gỗ gia dụng (400.000 ha), rừng đặc sản, thông nhựa, hồi, trẩu(200.000
ha). Việc phát triển kinh tế Lâm nghiệp phải dựa trên cơ sở áp dụng khoa học và
công nghệ tiên tiến vào sản xuất, khoa học và công nghệ phải được xác định là yếu
tố quyết định đến hiệu quả sản xuất [12].
Tóm lại, việc trồng rừng sản xuất là xu hướng tất yếu để dần thay thế rừng tự
nhiên trong việc đáp ứng nhu cầu của nền kinh tế quốc dân, đi đôi với xu hướng đó
thì công nghiệp khai thác và chế biến đóng vai trò hết sức quan trọng, nhằm phát
triển ngành kinh tế Lâm nghiệp một cách bền vững, sẵn sàng hợp tác và giao thương
với các nước khác trên thế giới về lĩnh vực này, nhất là trong giai đoạn hậu gia nhập
WTO.
1.2- Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ và việc sử dụng TTL trong khai
thác gỗ rừng trồng.
Trong việc khai thác rừng trồng người ta thường áp dụng các loại hình công

nghệ chủ yếu sau [7].
- Loại hình công nghệ khai thác gỗ nguyên cây (Full- tree method): cây gỗ sau
khi hạ được giữ nguyên cả cành và tán rồi được kéo ra bÃi gỗ. Tại đây chúng được
cắt cành, cắt khúc theo quy cách sản phẩm sau đó được bốc lên phương tiện vận
chuyển đến nơi tiêu thụ.
- Loại hình công nghệ khai thác gỗ dài (Tree- leng method): cây gỗ sau khi hạ
được cắt cành, ngọn tại nơi chặt hạ rồi được kéo ra ven đường vận chuyển hoặc bÃi
gỗ. Tại đây chúng được cắt khúc theo quy cách sản phẩm rồi bốc lên phương tiện
vận chuyển đến nơi tiêu thụ.


5

- Loại hình công nghệ khai thác gỗ ngắn (Short wood method/ Cut-to-leng
method): toàn bộ các thao tác hạ cây, cắt cành ngọn và cắt khúc đều được thực hiện
ở nơi chặt hạ, sau đó các khúc gỗ được đưa đến bÃi gỗ hoặc ven đường rồi bốc lên
phương tiện vận chuyển về nhà máy hoặc một điểm sử dụng khác.
Việc áp dụng loại hình công nghệ này hay loại hình công nghệ kia cũng như
việc lựa chọn được một công nghệ thích hợp trong khai thác rừng phụ thuộc vào
hàng loạt các yếu tố như: việc cung cấp nhân lực và tiền công lao động, cơ sở hạ
tầng kỹ thuật, khả năng đầu tư, tính sẵn có của trang thiết bị, máy móc và phụ tùng
thay thế, điều kiện rừng, điều kiện kinh tế- xà hội và vấn đề bảo vệ môi trường ở
vùng khai thác.
ở Brazil [15], người ta áp dụng cả ba loại hình nêu trên trong việc khai thác
gỗ rừng trồng. Loại hình khai thác gỗ ngắn được áp dụng chủ yếu trong khai thác
rừng bạch đàn. Để tăng năng suất, giảm giá thành trong khâu chặt hạ người ta tổ
chức nhóm làm việc hai người: một người hạ cây và cắt khúc bằng cưa xích, người
kia dùng búa để chặt cành. Việc tập trung gỗ từ nơi chặt hạ về các bÃi gỗ nhỏ ven
đường hoặc kho gỗ được thực hiện bằng máy kéo bánh hơi lâm nghiệp hoặc máy
kéo bánh hơi nông nghiệp được trang bị thêm rơ moóc chở gỗ, tay thuỷ lực và các

kết cấu phụ trợ đảm bảo an toàn cho người và thiết bị khi làm việc trong rừng. Đối
với địa hình dốc, người ta sử dụng đường cáp lưu động với nguồn động lực là máy
kéo nông nghiệp để đưa gỗ từ nơi chặt hạ về chỗ tập trung.
Hình thức khai thác gỗ dài và gỗ nguyên cây ở Brazil được áp dụng trong
khai thác rừng thông. ở hình thức khai thác gỗ dài, việc hạ cây, cắt cành ngọn được
thực hiện ở nơi chặt hạ bằng việc sử dụng cưa xích, sau đó các thân cây được kéo
tập trung về kho gỗ hoặc các bÃi gỗ nhỏ ven đường bằng máy kéo nông nghiệp có
trang bị thêm TTL hoặc bộ phận treo gỗ. Còn ở hình thức khai thác gỗ nguyên cây,
sau khi các cây được hạ bằng các máy hạ cây chuyên dùng (Feller- Buncher) chúng
được kéo về kho gỗ cùng với cả cành và tán bằng máy kéo vận xuất chuyên dùng
theo phương pháp nửa lết. Đến bÃi gỗ bó cây này được tiếp tục kéo qua cổng chặt
cành, tại đây nhờ các kết cấu cắt vận hành một cách hợp lý, các cành nhánh được


6

cắt ra khỏi thân cây. Sau đó bó gỗ đà sạch cành nhánh tiếp tục được chuyển đến vị
trí cắt khúc. Việc cắt khúc ở bÃi gỗ được thực hiện bằng cưa xích.
Việc vận chuyển gỗ từ các bÃi gỗ đến nơi tiêu thụ ở Brazil được thực hiện chủ
yếu bằng các xe vận tải chuyên dùng theo nhiều dạng khác nhau: xe tải không rơ
moóc, xe tải và một sơ mi rơ moóc, xe tải kéo theo một hoặc hai rơ moóc. Việc bốc
dỡ trên các kho gỗ hầu như được cơ giới hoá bằng việc sử dụng các cần trục thuỷ lực
cố định chuyên dùng.
ở Phần Lan và các nước Bắc Âu [16], từ những năm 80 của thế kỷ XX trở về
trước, cả ba loại hình công nghệ trên cũng đều được áp dụng trong khai thác gỗ rừng
trồng. Hiện nay nhờ những tiến bộ trong ngành chế tạo máy lâm nghiệp và đặc biệt
là hệ thống đường vận chuyển dày đặc với chất lượng tốt đà đến tận các khu rừng xa
xôi nên hình thức khai thác gỗ ngắn được sử dụng là chính. Việc hạ cây, cắt cành,
cắt khúc được thực hiện tại nơi khai thác nhờ sử dụng cưa xích, máy hạ cây chuyên
dùng (Fller-Buncher) và máy khai thác liên hợp (Harvester). Sau đó các khúc gỗ

được chuyển đến các bÃi nhỏ ven đường nhờ sử dụng các máy kéo vận xuất bánh hơi
chuyên dùng (Forwarder) hoặc máy kéo nông nghiệp được trang bị tay thuỷ lực và
rơ moóc chở gỗ. Việc vận chuyển gỗ từ rừng đến nơi tiêu thụ chủ yếu bằng đường
bộ nhờ sử dụng các xe vận tải cỡ lớn có thể kéo theo một hoặc hai rơ moóc. Việc
bốc dỡ gỗ đà được cơ giới hoá hoàn toàn nhờ các cần trục thuỷ lực đặt trên các bÃi
gỗ hoặc đặt ngay trên các xe vận tải.
ở một số nước đang phát triển như Ethiopia, Tanzania, Zimbabwe [7], công
nghệ khai thác rừng trồng phổ biến là công nghệ trung bình với đặc trưng là dùng
máy kéo nông nghiệp được lắp đặt thêm các trang bị chuyên dùng như TTL, cơ cấu
treo gỗ, tời cáp... để bốc dỡ và vận chuyển gỗ cự ly ngắn.
ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam như Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Tuyên Quang, Hà
Giang, Yên Bái...[7] là những vùng rừng chuyên canh nguyên liệu giấy cho Nhà
máy giấy BÃi Bằng. ở những vùng này người ta áp dụng loại hình khai thác gỗ ngắn
là chủ yếu. Việc đưa gỗ từ các bÃi gỗ nhỏ ven đường vËn xt ra ®­êng vËn chun


7

hoặc các bÃi gỗ ven sông với cự ly trung bình 10- 15 km người ta sử dụng máy kéo
bánh hơi nông nghiệp Volvo được trang bị thêm rơ moóc chở gỗ chuyên dùng có
TTL để tự bốc dỡ gỗ. Việc vận chuyển gỗ từ khu nguyên liệu về nhà máy chủ yếu
bằng đường sông và đường bộ, ở đường bộ phần lớn gỗ được Volvo bốc lên xe tải
hạng nặng để vận chuyển đường dài đến nhà máy, còn ở những cự ly vận chuyển
ngắn (<15km), gỗ cong keo và trữ lượng ít người ta thường bốc thủ công lên xe cải
tiến hoặc dùng Volvo tự bốc để vận chuyển thẳng về nhà máy.
Từ năm 1991 trở về trước, được sự tài trợ của Chính phủ Thụy Điển, hàng loạt
máy kéo Volvo được sử dụng trong bốc dỡ gỗ, chúng làm việc rất tin cậy và cho
năng suất cao. Hiện nay, khi nguồn viện trợ không còn và trong một nền kinh tế thị
trường có tính cạnh tranh toàn cầu thì việc sử dụng loại máy này ngày càng bị thu
hẹp và dần không còn sử dụng do những nguyên nhân chủ yếu sau:

Thứ nhất: Volvo là thiết bị có khả năng cơ giới hóa cao, dùng để sản xuất với
quy mô lớn nên giá thành của thiết bị rất cao, đòi hỏi vốn đầu tư lớn, điều này không
phù hợp với quy mô và khả năng tài chính cđa c¸c doanh nghiƯp trong n­íc ;
Thø hai: Phơ tïng để thay thế rất khan hiếm và đắt tiền nên gây khó khăn
trong việc bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị.
Chính vì vậy nên xu hướng nghiên cứu chế tạo TTL cỡ nhỏ để dần thay thế loại
máy Volvo là điều tất yếu và cần được quan tâm thoả đáng.
Tóm lại, việc sử dụng TTL trong bốc dỡ gỗ được ¸p dơng phỉ biÕn ë c¸c n­íc
cã nỊn c«ng nghiƯp tiên tiến trên thế giới, riêng ở nước ta mặc dù so với rừng tự
nhiên, rừng trồng có nhiều điểm thuận lợi hơn để cơ giới hoá các khâu sản xuất
nhưng trên thực tế hiện nay việc khai thác rừng trồng chủ yếu vẫn bằng thủ công
nặng nhọc, năng suất lao động thấp do những nguyên nhân trên. Điều này có thể
thấy cả ở trong các doanh nghiệp nhà nước và tư nhân. Thực sự chúng ta vẫn chưa có
những công nghệ và thiết bị khai thác rừng trồng phù hợp với điều kiện rừng, điều
kiện kinh tế- xà hội và trình độ sản xuất lâm nghiệp, đặc biệt là trong khâu chặt hạ,
vận xuất, bốc dỡ là những khâu khó khăn, nặng nhọc và nguy hiểm trong quá trình
khai thác gỗ.


8

1.3- Tình hình nghiên cứu về TTL và ĐLH của các máy nâng chuyển.
TTL được ứng dụng rất rộng rÃi trong nhiều lĩnh vực sản suất để bốc dỡ hàng
hoá. Như đà đề cập ở trên, trong lâm nghiệp TTL được sử dụng rất phổ biến ở các
nước có nền công nghiệp phát triển và có quy mô sản xuất lớn, còn ở những nước
đang hoặc chưa phát triển thì việc áp dụng loại thiết bị này còn rất hạn chế. Vì
những lý do trên nên phần lớn những nghiên cứu về TTL cũng đều tập trung vào các
nước có nền công nghiệp tiên tiến. Đi đầu trong lĩnh vực này là những nhà khoa học
người Nga (Liên Xô cũ), có thể kể ra một số công trình tiêu biểu như sau:
Trong tạp chí lâm nghiệp 6/1983 của tác giả Alecxangdrov V.A (người Nga)

đà đánh giá về sự chịu tải của máy móc lâm nghiệp ở các quá trình quá độ [29], theo
đó tác giả đà nhận định rằng tải trọng ĐLH ảnh hưởng đáng kể đến máy móc thiết bị
ở các giai đoạn quá độ như lúc mở máy, phanh hÃm, lấy đà , bằng thực nghiệm
trên một số máy khai thác có TTL tác giả thấy rằng khi khối lượng gỗ càng tăng thì
hệ số tải trọng ĐLH càng giảm, ngược lại khi vận tốc nâng càng tăng thì hệ số tải
trọng ĐLH càng tăng (Hình1.1)

Hình 1.1: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Alecxangdrov V.A
về sự ảnh hưởng của khối lượng nâng tới hệ số tải trọng §LH
(1- v0=0.18 m/s; 2- v0=0.12 m/s; 3- v0= 0.05 m/s)
Còng tác giả Alecxangdrov V.A ở tài liệu [30] đà nghiên cứu về dao động góc
của đầu máy dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL(hình 1.2), theo đó tác
giả đà đưa ra được phương trình vi phân dao động góc của đầu máy (1) như sau:


9

I1, I2 -là mô men quán tính của đầu máy và cây gỗ đối với trục quay;
c'n - là độ cứng quy đổi của lốp;
c- là độ cứng quy đổi của cây gỗ;
G- Trọng lượng của cây gỗ;
M(B)(t)- mô men do tác dụng gió (ngoại lực);
Tác giả đà phân tích và rút ra được sự ảnh hưởng của các yếu tố như tầm
vươn của TTL(l1), khoảng cách giữa 2 cầu(l2), chiều cao trọng tâm cây gỗ(hT), lực
của gió tới chuyển dịch góc 1.

P

Hình 1.2: Sơ đồ xác định dao động góc của đầu máy
dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL

10

Sự mấp mô của mặt đường ảnh hưởng đến tải trọng của các phương tiện đi trên
nó, nhất là các máy khai thác, chúng làm việc trên những địa hình có độ mấp mô lớn
thì vấn đề này rất được quan tâm. Tác giả Alecxangdrov V.A đà có công trình
nghiên cứu về tải trọng của máy khai thác có trang bị TTL khi đi trên đường có độ
mấp mô, sơ đồ tính toán được tác giả đưa ra như hình 1.3, trong trường hợp đơn
giản nhất là các máy khai thác chưa mang tải thì sơ đồ tính toán được thể hiện như
hình 1.3.a và PTVP có dạng như sau:





 c M Z  c  c M Z  c Z p  0;
m0Z
0
12
2
0
12
0
0 0
  c M Z  Z   0.
m2Z
2
12
2

0

Trong tr­êng hỵp TTL mang tải thì sơ đồ tính toán được thể hiện ở hình 1.3.b,
PTVP có dạng như sau:


Z



c M Z  c  c M Z  c Z p ;
m0Z
0
12
2
0
12
0
0 0



  c M  c
m2Z
2
12


2

M
 c12
Z 0  c  Z 3 ;

  Z  Z c 0.
m3Z
3
3
2


c0- độ cứng quy đổi của đầu máy
M
- độ cøng quy ®ỉi cđa TTL
c12

c  - ®é cøng quy đổi giữa ngoạm và gỗ

Z0, Z2, Z3- các chuyển dịch của các khối lượng m0, m2 và m3

Hình 1.3: Sơ đồ xác định tải trọng của máy khai thác có trang bị TTL
khi đi trên địa hình gồ ghề


11

Sự ảnh hưởng các thông số động học của cơ cấu nâng đến tải trọng của TTL
lắp trên máy kéo xích cỡ lớn dùng trong bốc dỡ gỗ được tác giả người Nga Pitcunôp
A.S đà khảo nghiệm và đăng trong tạp chí lâm nghiệp 1985 [28].
ĐLH của các máy nâng chuyển trong công nghiệp rừng cũng được đề cập

nhiều trong các công trình của Skobei V.V, Mozaev D.V, Popovich P.V, Ivaftkevich
P.I, Rakhmanin G.A, Muftui V.ph… [11], tuy nhiªn vÉn ch­a có công trình nào
nghiên cứu về ĐLH của TTL lắp trên máy kéo bánh hơi khi bốc dỡ gỗ.
Năm 1973 tại học viện kỹ thuật lâm nghiệp Lêningrad, nhà khoa học người
Nga Liamin I.V đà có công trình nghiên cứu về quá trình gom gỗ khi chặt chọn
bằng TTL [23], sau đó 2 năm tác giả đà công bố tiếp công trình Phân tích lực của
TTL máy kéo có kết cấu đặc biệt [24]. Với 2 công trình này tác giả đà chọn ra được
TTL kiểu mới cho việc gom gỗ trong khai thác chọn và cách phân tích lực cho TTL.
Năm 1977 Giáo sư Barinốp K.N đà phân tích được quy luật chuyển động các
bộ phận của máy lâm nghiệp với TTL khi làm việc [20]. Từ đó đưa ra cơ sở lý thuyết
cho việc bố trí các chi tiết và thiết bị công tác trên máy kéo lâm nghiệp.
Năm 1978 hai tác giả Venlicốc G.M và Kusliaev V.F đà tiến hành nghiên cứu
và đưa ra cơ sở để áp dụng máy khai thác gỗ kiểu TTL ở trên các khu khai thác [21].
Năm 1981 phó giáo sư Artamônốp V.G đà nghiên cứu thiết kế và tính toán
TTL lắp trên máy kéo lâm nghiệp để bốc dỡ gỗ [19]. Cũng vào năm này tác giả
Kusliaev V.F đà có nghiên cứu về tổng quan các loại máy khai thác gỗ kiểu TTL
[22].
Tầm vươn của TTL ảnh hưởng lớn đến năng suất của máy khai thác, khi TTL
có tầm vươn xa thì năng suất bốc dỡ sẽ tăng và ngược lại, cụ thể về vấn đề này được
tác giả Mensikop rất quan tâm và đà có kết quả nghiên cứu vào năm 1982 tại Học
viện Kỹ thuật Lâm nghiệp Lêningrad [25].
Bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, năm 1982 tác giả Antômônốp đÃ
xác định được những thông số cơ bản của hệ thống máy kéo bánh hơi với TTL [26].
Vấn đề ổn định của máy là yếu tố rất quan trọng, nó quyết định tới khả năng
làm việc của máy và sự an toàn trong lao động. Với những máy có trang bị TTL thì


12

vấn đề ổn định được nhiều nhà khoa học quan tâm, trong đó có tác giả người Nga

Ciunhep V.C với đề tài: Phương pháp đánh giá ổn định của máy kéo bánh hơi
khung gập với TTL [27].
Tại học viện kỹ thuật lâm nghiệp Lêningrad năm 1983, luận án tiến sĩ của
Nguyễn Nhật Chiêu đà nghiên cứu tải trọng của máy kéo bánh hơi khung gập với
TTL khi gom và vận xuất gỗ trên sườn dốc [18].
Qua tính toán lý thuyết và thực tế sử dụng người ta đà kết ln r»ng: cã tíi
80% sù cè h­ háng cđa c¸c máy nâng chuyển về cơ bản có liên quan đến các tải
trọng động, các tải trọng động làm tăng sự hao mòn của các bộ phận làm việc, phá
huỷ mỏi các kết cấu kim loại và các chi tiết của cơ cấu, làm xuất hiện biến dạng dư
không cho phép[11]. Điều này chứng minh về tầm quan trọng của việc tính toán
ĐLH, thiếu các tính toán này sẽ không thể chế tạo các máy có các chỉ tiêu kinh tế
kỹ thuật tối ưu.
Tóm lại, những vấn đề liên quan đến TTL dùng trong bốc dỡ gỗ và ĐLH của
các máy nâng chuyển trong công nghiệp rừng được rất nhiều tác giả trong và ngoài
nước quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên vấn đề về tải trọng ĐLH tác dụng lên TTL cỡ
nhỏ lắp trên máy kéo bánh hơi khi bốc dỡ gỗ rừng trồng chưa được đề cập đúng
mức. Vì những lý do trên tôi tiến hành đề tài: Nghiên cứu tải trọng động lực học
tác dụng lên tay thủy lực lắp trên máy kéo bánh hơi khi bốc dỡ gỗ .


13

Chương 2
Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung
và phương pháp nghiên cứu

2.1- Mục tiêu.
Nhằm xác định tải trọng ĐLH trong các cơ cấu, bộ phận của TTL khi bốc dỡ gỗ,
nhằm phục vụ cho việc hoàn thiện thiết kế cấu trúc cơ khí tối ưu và đánh giá sự ổn
định của liên hợp máy, ngoài ra còn làm cơ sở cho việc thay đổi kết cấu của liên hợp

máy và chọn các chế độ sử dụng hợp lý.
2.2- Đối tượng nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là TTL lắp trên máy kéo bánh hơi dùng trong
bốc dỡ gỗ rừng trồng. Mẫu được chọn để khảo sát là TTL lắp trên máy kéo Shibaura
SD2843 của Trường Đại học Lâm nghiệp (hình 2.1), là sản phẩm của đề tài cấp nhà
nước, mà số: KC-07-26-05 Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để
cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 10-200, do PGS.TS Nguyễn Nhật
Chiêu chủ trì cùng một số cán bộ ở Khoa Công nghiệp và phát triển nông thôntrường Đại học Lâm nghiệp trong đó bản thân tôi có tham gia phần tính toán.
TTL được thiết kế để tự bốc dỡ gỗ hoặc bốc dỡ gỗ cho phương tiện khác, tải
trọng một chuyến tối đa là 3000N, tầm vươn là 3,2m, trọng lượng của TTL là
2900N, TTL có 2 xylanh nâng hạ, 1 xylanh co duỗi và 1 xylanh ngoạm được điều
khiển bằng thuỷ lực, trụ được trang bị bộ phận xoay bằng động cơ thuỷ lực qua bộ
truyền xích và hộp giảm tốc, đầu máy được trang bị thêm hai chân chống để tăng
khả năng ổn định cho liên hợp máy, bộ phận điều khiển thuỷ lực được đặt tại đầu
trụ. Trong thiết kế hệ số tải trọng ĐLH được chọn là Kdl=2,5, hệ số an toàn n=2, tuy
nhiên việc chọn giá trị của Kdl chưa sát với thực tế, vì vậy đề tài này cũng có nhiệm
vụ kiểm chứng lại hệ số ĐLH nói trên.


14

6
9

3

4
8

7

5
2

1

10

Hình 2.1: TTL lắp trên máy kéo Shibaura SD2843
1-Đầu máy Shibaura, 2-Trụ, 3-Bộ phận điều khiển thuỷ lực, 4-Cánh tay,5-Xylanh
nâng hạ, 6-Xy lanh co duỗi cẳng tay, 7- Cẳng tay, 8-Ngoạm, 9-Xylanh ngoạm, 10Bộ phận tăng khả năng ổn định (chân chống).
2.3- Phạm vi nghiên cứu.
Tải trọng ĐLH ảnh hưởng đáng kể đến TTL ở các giai đoạn làm việc quá độ
như lúc lấy đà, lúc phanh hÃm, lúc mở máy...do thời gian và kiến thức có hạn nên
trong khuôn khổ của đề tài tôi chỉ đi nghiên cứu tải trọng ĐLH tác dụng lên TTL khi
bắt đầu nâng gỗ.
2.4- Nội dung nghiên cứu.
Để thực hiện được mục tiêu đặt ra, tôi tiến hành nghiên cứu với các nội dung
cơ bản như sau:
2.4.1- Nghiên cứu lý thuyết.
+) Xây dựng mô hình ĐLH của TTL ở các giai đoạn quá độ khi bắt
đầu nhấc gỗ.
+) Thành lập các phương trình vi phân dao động của hệ, rút ra được
phương trình dao động chung của TTL ở các giai đoạn quá độ khi bắt đầu
nâng gỗ;


15

+) Giải và mô phỏng các phương trình vi phân ở các giai đoạn quá độ

khi TTL bắt đầu nâng gỗ;
2.4.2- Nghiên cứu thực nghiệm.
Đưa ra phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xác định tải trọng ĐLH tác
dụng lên TTL khi bắt đầu nhấc gỗ.
2.5- Phương pháp nghiên cứu.
Để thực hiện được các nội dung trên tôi sử dụng các phương pháp chủ yếu sau:
2.5.1- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.
+) Sử dụng phương pháp Lagranger loại 2 để xây dựng mô hình ĐLH
và thành lập các phương trình vi phân dao động của TTL khi nâng gỗ:
Trên quan điểm của tính toán ĐLH, các máy nâng chuyển là một hệ động lực
bao gồm đầu máy được cấu thành từ các kết cấu kim loại mang tải, TTL và phần đất
nền mà máy di chuyển trên đó, nếu tính đến tất cả các tác động tương hỗ của các bộ
phận thì trong tính toán ĐLH sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Thực tế, từ máy cụ thể
chuyển về sơ đồ tính toán ĐLH người ta thường lược bỏ các yếu tố vật lý mà đối với
chế độ làm việc cụ thể các yếu tố này không tồn tại hoặc có trị số nhỏ, ảnh hưởng
không đáng kể đến kết quả nghiên cứu [11].
Trong trường hợp tổng quát, khi thiết lập các sơ đồ tính toán ĐLH cho các
máy nâng chuyển người ta thường tiến hành xác định các yếu tố như: các khối lượng
tập trung (quy đổi); khối lượng phân bố theo chiều dài của các bộ phận chịu lực;
tính đàn hồi của các chi tiết, bộ phận (độ cứng); tương quan của các lực động; sự
thay đổi lực h·m theo thêi gian cïng víi sù biÕn ®ỉi cđa các khối lượng quy đổi của
các chi tiết, bộ phận tương ứng, sự phụ thuộc của các lực ma sát vào vận tốc ở
mỗi trường hợp cụ thể thì các thông số hay đại lượng xác định có ý nghĩa và tầm
quan trọng tương ứng với mục đích đặt ra [11].
Mô hình ĐLH cần phải thoả mÃn các yêu cầu cơ bản như: phải có đơn vị đo rõ
ràng tương ứng như hệ thực và khả năng phản ánh xác thùc cao c¸c tÝnh chÊt vËt lý


16

cơ bản của hệ thực; mô hình không quá phức tạp để giảm sự khó khăn cho việc giải
bài toán ĐLH, mặt khác việc đơn giản hoá mô hình phải đảm bảo không được dẫn
tới sai lệch quá trình vật lý của hệ thực.
Việc lựa chọn các phương pháp để thiết lập các phương trình vi phân (PTVP)
của hệ nhiều bậc tự do phụ thuộc vào mô hình cơ học của máy. Đối với các cơ cấu
đàn hồi người ta sử dụng phương pháp lực, phương pháp biến dạng, phương pháp
phần tử hữu hạn; đối với các hệ phức tạp người ta sử dụng các phương pháp hệ con
(phương pháp tách cấu trúc); đối với các hệ gồm các chất điểm, các chất rắn, các
phần tử lò xo, các phần tử cản người ta thường dùng phương trình Laranger loại II
[9], dạng tổng quát của phương trình Lagranger loại hai nh­ sau:
d T T
 

 Qi 

dt q ij q ij
q ij q ij

(2.1)

Trong đó:
T - Hàm động năng của hệ ;
- Hàm thế năng của hệ ;
- Hàm năng lượng phân tán của hệ (hàm hao tán);
q ij , q ij - Toạ độ tổng quát (suy rộng) và vận tốc tổng quát (suy rộng) của từng

khối lượng i (i-cịng lµ bËc tù do cđa hƯ) trong tõng trường hợp j;
Qi - Ngoại lực tác dụng vào hệ (lực suy rộng).
+) Sử dụng phương pháp giải tích để giải các phương trình vi phân dao
động của TTL khi nâng gỗ:

Sau khi xây dựng được PTVP ta tiến hành giải chúng theo phương pháp giải
tích, nội dung của phương pháp này khá phổ biến ở các tài liệu toán cao cấp nên tôi
không giới thiệu ở đây.
+) Sử dụng phần mềm toán số Matlab- Simulink để mô phỏng:
Matlab là một bộ chương trình phần mềm lớn của lĩnh vực toán số, phần cốt
lõi của chương trình bao gồm một hàm số toán, các chức năng nhập/xuất cũng như
các khả năng điều khiển chu trình, ngoài ra cho phép người dùng tạo thêm hoặc mua
bổ sung các bộ công cụ chuyên dụng mà người sử dụng cần.