Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp Shibaura khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

BÙI TRUNG NGUYÊN

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI
TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP SHIBAURA
KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2008


1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đất nước ta với hai phần ba diện tích là rừng và đất rừng, tỷ lệ người dân
sinh sống dựa vào rừng và hiệu quả kinh doanh từ rừng trồng chiếm tỷ lệ khá
cao. Đảng và Nhà nước ta chủ trương đóng cửa khai thác rừng tự nhiên do rừng
tự nhiên bị khai thác ngày càng cạn kiệt, ảnh hưởng không nhỏ tới môi trường
sinh thái, đồng thời có chủ trương đẩy mạnh cơng việc trồng rừng phủ xanh đất
trống đồi núi trọc, theo chủ trương này, rừng và đất rừng được giao cho các đơn
vị tập thể và các hộ gia đình quản lý và sử dụng lâu dài. Tạo nên những đơn vị
sản xuất nông – lâm nghiệp với qui mơ vừa và nhỏ. Vì vậy, rừng trồng phân tán,
sản lượng khai thác thấp, mức đầu tư cho sản xuất khơng lớn.
Mặt khác kích thước sản phẩn gỗ rừng trồng thường không lớn, hệ

thống đường vận xuất, vận chuyển nhỏ hẹp, kho bãi gỗ qui mô nhỏ. Do đó,
việc sử dụng máy kéo chuyên dùng có công suất lớn trong kinh doanh rừng sẽ
đem lại hiệu quả kinh tế khơng cao.
Trong khi đó, các loại máy kéo công suất vừa và nhỏ nhập khẩu vào
nước ta đang được sử dụng khá phổ biến trong sản xuất nơng nghiệp. Sản
xuất nơng nghiệp lại mang tính thời vụ cao nên vào lúc nông nhàn, máy kéo
nông nghiệp rảnh rỗi nhiều. Vì thế, nếu tận dụng máy kéo nơng nghiệp phối
kết hợp với việc khai thác các sản phẩm lâm nghiệp sẽ nâng cao hiệu quả vốn
đầu tư, khai thác và phát huy tối đa năng lực của máy móc thiết bị, tạo thêm
việc làm và thu nhập cho người lao động, nâng cao khả năng phục vụ của máy
kéo nông nghiệp trong lâm nghiệp và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Tuy nhiên, điều kiện sản xuất của nơng nghiệp và lâm nghiệp có những
đặc điểm khác nhau, có đối tượng lao động khác nhau. Nên nếu đưa máy kéo
nơng nghiệp vào sản xuất lâm nghiệp thì máy cần phải nghiên cứu, cải tiến


2

cho phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp. Những cơng trình khoa học
về các vấn đề này có ý nghĩa thực tiễn rất cao.
Để đáp ứng được yêu cầu của việc khai thác rừng, các máy kéo nông
nghiệp được nghiên cứu và cải tiến rất nhiều cho phù hợp với điều kiện vận
xuất và vận chuyển của rừng trồng Việt Nam. Các cơng trình nghiên cứu
trước đây của các tác giả chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề về kéo,
bám, ổn định động học và động lực học, lắp thêm các thiết bị vận xuất như
tời, tay thuỷ lực…
Do đặc điểm của đường vận xuất và vận chuyển lâm sản có địa hình
phức tạp, mặt đường có độ mấp mơ lớn. Nên khi máy kéo nơng nghiệp di
chuyển trên đó để khai thác lâm sản, các đặc trưng dao động của máy sẽ lớn
hơn thiết kế ban đầu. Nhất là các chỉ tiêu về: độ êm dịu, tính ổn định, độ bền

lâu… Đặc biệt người điều khiển máy kéo sẽ phải chịu đựng các giá trị về biên
độ và tần số rung lớn hơn cho phép.
Xét kết quả nghiên cứu của đề tài cấp Nhà nước KC - 07-26 đã khẳng
định việc dùng máy kéo Shibaura để vận xuất và vận chuyển gỗ rừng trồng ở
Việt Nam là phù hợp. Đề tài đã chế tạo và khảo nghiệm rơmoóc một trục lắp
sau máy kéo này để vận xuất gỗ trong điều kiện sản xuất. Liên hợp máy này
được đánh giá là thiết bị mới có khả năng sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp
của nước ta.
Để nâng cao khả năng phục vụ của loại máy kéo nông nghiệp
SHIBAURA 3000A cho phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp. Nhất là
điều kiện làm việc của người điều khiển máy kéo khi di chuyển trên đường
vận xuất và vận chuyển lâm sản. Tôi thực hiện đề tài:
"Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông
nghiệp SHIBAURA khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp”


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Hình thức và thiết bị vận xuất gỗ
Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ từ nơi chặt hạ về kho gỗ I
hoặc bãi gỗ tập trung, từ đó cây gỗ được vận chuyển đến nơi tiêu thụ. Vận
xuất gỗ là công việc rất nặng nhọc, nguy hiểm và ảnh hưởng lớn đến môi
trường rừng. Trong tất cả các khâu của quá trình khai thác gỗ, khâu vận xuất
giữ vai trị hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng lớn đến năng suất, giá thành và
chi phí trong khai thác. Để giảm giá thành, tăng năng suất lao động, đồng thời
vẫn đảm bảo được các u cầu về mơi trường thì việc chọn một hình thức vận
xuất hợp lý là hết sức quan trọng.

Trong công nghệ vận xuất gỗ thường được sử dụng các loại hình như:
Vận xuất bằng xúc vật, vận xuất bằng máng lao, vận xuất bằng máy kéo, vận
xuất bằng đường cáp, vận xuất bằng đường thuỷ… Trong các hình thức vận
xuất nêu trên thì hình thức vận xuất bằng máy kéo là phổ biến hơn cả. Máy
kéo dùng trong vận xuất gỗ được chia làm 2 loại: Máy kéo bánh xích và máy
kéo bánh hơi. Trong máy kéo bánh hơi lại chia làm 2 loại: Máy kéo bánh hơi
chuyên dùng và máy kéo bánh hơi nông nghiệp có lắp thêm các thiết bị
chuyên dùng để vận xuất gỗ và vận chuyển gỗ.
Việc sử dụng máy kéo bánh hơi chuyên dùng trong vận xuất gỗ cho
năng suất rất cao và giảm nhiều chi phí vì máy kéo chun dùng có cơng suất
lớn, tính ổn định và khả năng kéo bám cao, kết cấu phù hợp, làm việc linh
hoạt. Tuy nhiên, loại máy kéo này thường có giá thành cao và chỉ phù hợp với
qui mô sản xuất lớn, trữ lượng khu khai thác nhiều, kích thước sản phẩm gỗ
lớn. Hiện nay, trên thế giới một số nước có ngành sản xuất lâm nghiệp phát


4

triển họ đã chế tạo và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo chun dùng có
cơng suất lớn.
Các máy kéo dùng trong vận xuất gỗ rất đa dạng song có thể chia làm 2
nhóm: Máy kéo bánh xích và máy kéo bánh bơm.
Các máy kéo bánh bơm có ưu điểm nội trội hơn so với máy kéo bánh
xích cùng cỡ vì: Chúng có khối lượng nhỏ, tốc độ làm việc lớn hơn, chi phí
nhiên liệu cho 1m3 gỗ vận xuất ít hơn và năng suất cao hơn. Mặt khác, máy
kéo bánh bơm ít phá hại cây con, đất rừng. Do những ưu điểm như vậy mà
máy kéo bánh bơm được sử dụng ngày càng rộng rãi so với máy kéo bánh
xích.
Bên cạnh loại máy kéo chuyên dùng, các nước cịn sử dụng loại máy
kéo bánh bơm nơng nghiệp được trang bị các thiết bị chuyên dùng để vận

xuất, vận chuyển gỗ và phục vụ cho các khâu trồng rừng. Việc sử dụng máy
kéo nông nghiệp trong khai thác rừng làm tăng hiệu quả sử dụng máy và góp
phần giải quyết công ăn, việc làm, tăng thu nhập cho người lao động [40].
1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy kéo vận xuất gỗ trên thế giới
Vào những năm 1950 Tiệp Khắc (cũ) đã đưa vào sử dụng loại máy kéo
bánh hơi LKT - 80, máy được trang bị tời, thuỷ lực có thể gom gỗ từ xa và
vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết, đây là loại máy kéo khung gập 4 bánh
chủ động [22], [27].
Ở Phần Lan, việc sử dụng máy kéo nông nghiệp để vận xuất gỗ được
bắt đầu từ những năm 1950 và cho thấy: Năng suất và hiệu quả kinh tế cao.
Vì vậy sử dụng loại máy kéo này để vận xuất, vận chuyển gỗ tại các nước này
được tăng nhanh.


5

Từ 1957, Liên Xô (cũ) đã sử dụng các loại máy kéo bánh hơi TT - 1, T
- 210, K210, K703, T - 127 để vận xuất, vận chuyển gỗ và cho thấy có thể sử
dụng máy kéo bánh hơi vận chuyển gỗ từ nơi chặt hạ ra bãi 2, giảm bớt được
khâu trung gian trong dây truyền khai thác và vận xuất [22], [27]. Việc sử
dụng máy kéo nông nghiệp bánh hơi để vận xuất gỗ được nhiều nước như:
Thuỵ Điển, Na Uy, Italia, Australia, Newzealand… áp dụng rộng rãi, nhất là
trong trang trại quy mô vừa và nhỏ.
Ở Canada từ năm 1963 đã sử dụng máy kéo Timberjack 201 để vận
xuất gỗ trên địa hình dốc tương đối lớn rất phù hợp [22], [27].
Trong khi máy kéo nông nghiệp được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi
trong lâm nghiệp ở các nước cơng nghiệp phát triển thì hầu hết các nước đang
phát triển lĩnh vực này còn hiểu biết rất ít. Để khuyến cáo và đẩy mạnh việc
sử dụng máy kéo nông nghiệp trong hoạt động sản xuất lâm nghiệp ở các
nước đang phát triển, tổ chức FAO đã thực hiện hàng loạt các nghiên cứu,

chuyên đề ở các vùng khác nhau trên thế giới về lĩnh vực sử dụng máy kéo
nông nghiệp trong khai thác gỗ rừng trồng.
Năm 1986 tại Tanzania tổ chức FAO đã triển khai nghiên cứu và sử
dụng máy kéo bánh hơi Valmet có công suất 50 Kw trong vận xuất gỗ, khẳng
định máy kéo nơng nghiệp có thể làm việc tốt trên địa hình rừng trồng tương
đối bằng phẳng [43]. Cùng năm 1986 tại Ethiopia, tổ chức FAO đã triển khai
nghiên cứu, sử dụng máy kéo bánh hơi Volvo vận xuất gỗ rừng trồng, khẳng
định máy kéo nơng nghiệp có trang bị tời, rơmoóc cũng phù hợp và mang lại
hiệu quả kinh tế cao [33].
Năm 1988 tại Zimbabwe tổ chức FAO cũng đã nghiên cứu sử dụng
máy kéo nông nghiệp Valmet vận xuất gỗ kết hợp chế biến gỗ tại cửa rừng


6

cho thấy máy kéo nơng nghiệp ngồi vận xuất gỗ, máy có thể làm nguồn động
lực cho các máy cưa tại những nơi chưa có nguồn năng lượng điện [44].
1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy kéo vận xuất gỗ ở nước ta
Đối với nước ta, từ những năm 1960 đã nhập và đưa vào sử dụng một
số loại máy kéo của nước ngoài phục vụ vào khâu vận xuất gỗ TDT 40, TDT
55, DT 75. Sau năm 1970 nhập và đưa vào sử dụng máy kéo TT 4, LKT 80,
LKT 120. Các loại máy này đã phù hợp với đặc điểm khai thác rừng tự nhiên
với quy mô sản xuất lúc bấy giờ.
Vào những năm 1980 máy kéo bánh hơi Volvo của Thuỵ Điển được
nhập vào nước ta để phục vụ cho các khâu bốc dỡ và vận chuyển gỗ rừng
trồng ở các khu nguyên liệu giấy, do khơng có thiết bị tời cáp để gom gỗ nên
máy chỉ sử dụng trong công tác bốc dỡ, vận chuyển là chính.
Để khai thác gỗ rừng tự nhiên và khai thác gỗ rừng trồng ở một số vùng
nguyên liệu giấy sợi, gỗ trụ mỏ, chúng ta đã nhập khẩu và đưa vào sử dụng
một số loại máy kéo, trong đó có cả những máy kéo nơng nghiệp. Để phù hợp

với điều kiện khai thác lâm nghiệp, các máy kéo này đã và đang được nghiên
cứu, thiết kế cải tiến. Tuy nhiên, việc nghiên cứu đưa máy kéo nông nghiệp
bánh hơi vào sản xuất lâm nghiệp chưa nhiều.
Năm 1963 tập thể cán bộ Phòng cơ giới lâm trường Bắc Yên và Viện
Công nghiệp rừng, đã nghiên cứu chế tạo tời 2 trống lắp trên máy kéo Krabat
để vận xuất gỗ.
Năm 1972 tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ giảng dạy
Trường đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo thành công máy kéo
khung gập L35 với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ.


7

Năm 1985 tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và các đồng nghiệp ở Viện khoa
học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo tời 1 trống dẫn động từ trục thu công
suất và rơ moóc 1 trục lắp sau máy kéo Zeto để bốc gỗ và vận xuất gỗ theo
kiểu xe REO [11].
Năm 1994 PGS - TS Nguyễn Nhật Chiêu và một số cán bộ giảng dạy
Trường đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công đề tài KN 03 - 04:
“Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm, sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận
chuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy gỗ nhỏ rừng trồng” [40].
Năm 1997 nhóm cán bộ giảng dạy Bộ môn máy Lâm nghiệp, Trường
đại học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng: Tời cơ khí 1
trống và cần treo gỗ hình chữ A lắp cho máy kéo DFH - 180 để vận xuất gỗ
nhỏ rừng trồng.
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 [16] 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 [14] 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.


8

- 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.
1.4. Tình hình nghiên cứu về dao động của máy kéo và ghế ngồi lái
Các máy kéo sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp thường làm việc trong
điều kiện khơng có đường hoặc trên các tuyến đường lâm nghiệp có độ mấp
mơ mặt đường lớn, nghĩa là hoạt động trong điều kiện không thuận lợi xét về
mặt dao động. Do vậy ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọng
của liên hợp máy như: Độ êm dịu, độ ổn định, độ bền lâu, sức khoẻ của người
lái... Vì vậy nghiên cứu dao động của máy kéo là vấn đề cần thiết có ý nghĩa
trong thực tế sử dụng máy, thiết kế chế tạo, cải tiến liên hợp máy, đảm bảo
điều kiện về an toàn lao động cho người và thiết bị.
Trong cơng trình [45] khi nghiên cứu tải trọng kích động lên người lái
máy kéo lâm nghiệp có cần bốc tác giả đã sử dụng mơ hình tốn học để
nghiên cứu động lực học hệ: Máy lâm nghiệp - đối tượng lao động để xác
định kích động lên người điều khiển. Mơ hình được nghiên cứu theo phương
pháp hệ nhiều khối lượng (môi trường - con người - máy - đối tượng lao
động), mơ hình được chia ra 2 hệ con: Máy - gỗ và hệ một khối lượng là
người lái. Việc giải bài toán đặt ra 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Nghiên cứu dao động của hệ máy kéo - gỗ với mơ hình

tính tốn dao động hệ nhiều bậc tự do chịu tác động của lực kích thích do độ
mấp mô mặt đường, nhằm xác định các đặc trưng dao động của khung máy
kéo tại vị trí đặt ghế ngồi.
- Giai đoạn 2: Nghiên cứu dao động của ghế ngồi với mơ hình dao động
của hệ một bậc tự do, chịu tác động kích thích từ khung máy lên ghế ngồi.
Ở trong nước, nghiên cứu dao động của các cơ hệ nói chung được cơng
bố trong các cơng trình của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang [25], [26],


9

cơng trình này 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.
Cơng trình nghiên cứu của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Hữu Cẩn và các
cộng sự [10] cho thấy tính êm dịu trong chuyển động của ôtô, máy kéo được
đánh giá qua các chỉ tiêu: Tần số dao động thích hợp, gia tốc dao động thích
hợp, thời gian tác động của dao động. 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. Đối với máy kéo bánh bơm làm việc trên các mặt đường gồ ghề, thân
máy dao động với tần số là 160 - 240 dao động/ phút, vượt quá mức độ chịu
đựng của con người, đối với máy kéo phải chú ý giải quyết vấn đề treo cho
ghế ngồi để đảm bảo điều kiện an toàn 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 toán, thiết kế hệ 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 cơng trình nghiên cứu [37], 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. Đề tài
58A - 02 - 04 tác giả đã nghiên cứu chế tạo thành công hai mẫu ghế ngồi lái
giảm rung áp dụng cho loại máy kéo MTZ - 50 và máy kéo BS - 12 khi vận
chuyển. Hệ giảm sóc của các ghế này là hệ đàn hồi hỗn hợp gồm hệ thống lò
xo và vật liệu hấp thụ rung (đệm mút), hiệu quả giảm rung đạt 67 - 82%). Một
số cơng trình nghiên cứu, thiết kế ghế giảm rung [5], [39], đã dựa trên cơ sở


10

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 [41] đã nghiên cứu dao động
thẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ và giải
pháp giảm óc cho người lái.
Tác giả Nơng Văn Vìn trong cơng trình [8] đã nghiên cứu thiết kế, chế
tạo ghế ngồi cân bằng cho người điều khiển.
1.5. Tình hình nghiên cứu về chống rung cho người điều khiển máy
Cho đến nay việc tăng năng suất làm việc của máy kéo cơ bản đã đạt
được sự hoàn thiện cao về kết cấu và các thiết bị công nghệ. Song một vấn đề
cần được quan tâm trong khi thiết kế, cải tiến máy kéo nói chung và máy kéo
vận xuất gỗ nói riêng là nghiên cứu điều kiện làm việc của người điều khiển
nhằm đảm bảo cho máy phát huy hết khả năng làm việc và công suất thiết kế.
Cùng với sự nâng cao tốc độ làm việc của các liên hợp máy sẽ dẫn đến
tăng đáng kể lực kích động lên người điều khiển và cao hơn mức chịu đựng
của con người. Cơng trình nghiên cứu [45] cho thấy: Người điều khiển máy
không thể sử dụng được tối đa tốc độ của máy trong miền giới hạn của nó,

nghĩa là khơng phát huy được hết công suất theo thiết kế, một trong những
nguyên nhân chính là do mức độ kích động tác động đáng kể lên ghế ngồi của
người lái. Ở Mỹ trên 85% người lái máy kéo do ảnh hưởng của lực kích động
chỉ sử dụng được 65% cơng suất của máy.
Dao động của cơ thể con người hoặc một bộ phận của cơ thể là những
tác động sinh học phức tạp chúng có thể gây ra một loạt các thay đổi trong cơ
thể và ảnh đến sức khoẻ của người lái, gây ra các bệnh lý.


11

Tác động của dao động của con người phụ thuộc vào tần số, thời gian,
hướng và cường độ tác động. Sự kích thích nguy hiểm nhất ở giải tần số dao
động riêng của cơ thể con người. Cũng theo [45] thì tần số từ 6 - 11 Hz sẽ dẫn
đến cộng hưởng ở một số bộ phận của cơ thể riêng biệt của con người, dải tần
số từ 11 - 45Hz có thể dẫn đến sự phân tán các chức năng của hàng loạt bộ
phận bên trong, làm giảm tầm nhìn, giảm tính linh hoạt trong các hoạt động
điều khiển máy. Nếu dao động tác động lên người lái trong thời gian 1 ngày
và liên tục từ năm này sang năm khác thì khơng chỉ làm giảm năng suất lao
động mà còn làm xuất hiện các bệnh nghề nghiệp.
Mức độ ảnh hưởng của dao động đến cơ thể con người lần đầu tiên
được nghiên cứu với quan điểm về sự thoải mái và thuận tiện cho người điều
khiển tàu hoả và ôtô. Vấn đề này được nghiên cứu chậm hơn ở máy kéo, ngay
cả trong những năm trước đây khi sản xuất máy kéo hàng loạt người ta cũng
không chú ý và chỉ dẫn gì về việc giảm kích động lên người lái [45].
Ở Việt Nam qua một số nghiên cứu cho thấy đối với các máy nhập từ
nước ngoài, hệ thống giảm xóc cho ghế đã được tính tốn từ khi thiết kế, tuy
nhiên các thông số thiết kế được tính tốn theo tiêu chuẩn của người nước
ngồi. Do có sự khác nhau về hằng số nhân trắc, chỉ tiêu tâm sinh lý giữa
người Việt Nam và người nước ngoài, nên khi sử dụng hiệu quả giảm rung

thực tế bị thay đổi, khơng cịn phù hợp và đáp ứng được yêu cầu đối với
người Việt Nam [5], [39]. Đối với một số máy, khi thay đổi điều kiện làm
việc thì tác động kích động lên người lái cũng sẽ thay đổi, vì vậy vần phải
khảo nghiệm tính tốn cải tiến hệ thống giảm xóc cho ghế ngồi lái theo từng
điều kiện làm việc cụ thể.
Một số nghiên cứu về chống rung đối với người Việt Nam đã được
công bố trong cơng trình của Triệu Quốc Lộc [29]; Nguyễn Văn Khang, Đỗ


12

Sanh [26] về dao động trong bảo hộ lao động; Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Khang
[7] về ngăn chặn rung động trên đường lan truyền đối với công nhân lái máy
kéo và cơng nhân của các gian chế biến lâm sản.
Nhìn chung các cơng trình nghiên cứu về chống rung theo 3 hướng:
Nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu thực nghiệm, nghiên cứu ứng dụng. Các cơng
trình nghiên cứu đã đưa ra cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chống rung, các
phương pháp đo đạc, tính tốn, đánh giá. Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm,
người ta đã tiến hành xây dựng các tiêu chuẩn, định mức rung cho phép đối
với cơ thể con người.(phụ lục 01)
Trong cơng trình nghiên cứu của trung tâm giám định máy móc, thiết bị
cơ điện nơng nghiệp về hệ thống các tiêu chuẩn khảo nghiệm, giám định chất
lượng máy kéo, máy canh tác dùng trong sản xuất nông - lâm nghiệp, đã đưa
ra phương pháp khảo nghiệm xác định dao động của ghế ngồi lái máy kéo và
chỉ tiêu an toàn đối với điều kiện làm việc của người lái máy kéo là gia tốc
dao động, vận tốc dao động ứng với các tần số dao động của ghế đối với
người lái theo tiêu chuẩn quốc gia (TCVN).
Nhìn chung các cơng trình nghiên cứu chưa nhiều, nhưng kết quả
nghiên cứu có ý nghĩa rất lớn đối với một số ngành sản xuất ở nước ta.

13

CHƯƠNG 2
ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định các đặc trưng dao động của ghế ngồi người lái trên liên hợp
máy kéo nơng nghiệp Shibaura có rơmc chở gỗ khi di chuyển trên đường
vận xuất và vận chuyển lâm sản. Từ đó đánh giá ảnh hưởng của dao động đó
đến điều kiện làm việc của người lái.
Xác định các thông số của hệ số giảm xóc cho ghế ngồi người lái trên
máy kéo nông nghiệp Shibaura 3000A để đảm bảo các chỉ tiêu an toàn cho
người điều khiển máy kéo theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5126 - 90).
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là liên hợp máy kéo nông nghiệp Shibaura
3000A có rơmoóc khi di chuyển trên đường vận xuất.
* Các thông số kỹ thuật cơ bản của liên hợp máy (LHM) được ghi ở
bảng 2.1.
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cơ bản của máy kéo Shibaura 3000A
TT

Thông số

1

Số cầu chủ động

2

Số xi-lanh

3

Công suất động cơ cực đại (ở 2628 vịng/phút)

4

Mơ men quay cực đại (ở 1500 vịng/phút)

5

Số vịng quay định mức của động cơ

Đơn vị đo

Giá trị

cầu

2

xi-lanh

4

CV

28.4

KGm

10,07

vòng/phút

2500


14

6

Số vịng quay của trục thu cơng suất ở số 1

vịng/phút

400-600

7

Số vịng quay của trục thu cơng suất ở số 2

vịng/phút

600-1000

8

Số vịng quay của trục thu cơng suất ở số 3

vịng/phút

1000-1300

9

Kích thước lốp trướng (DxB)

mm

750x220

10 Khoảng cách vết bánh trước

mm

1200

11 Khoảng sáng cầu trước

mm

330

12 Độ chụm bánh trước

mm

22

13 Kích thước lốp sau (DxB)

mm

1227x325

14 Khoảng cách vết bánh sau

mm

1200

15 Khoảng sáng cầu sau

mm

393

16 Trọng lượng máy kéo

N

14770

17 Trọng lượng trên cầu trước

N

6500

18 Trọng lượng trên cầu sau

N

8270

19 Toạ độ trọng tâm theo chiều dọc (đến cầu sau)

mm

799

20 Toạ độ trọng tâm theo chiều ngang (sang trái)

mm

10

21 Toạ độ trọng tâm theo chiều cao (so với mặt đất)

mm

552

22 Chiều dài cơ sở

mm

1815

23 Khoảng cách giữa trục bánh trước và bánh sau

mm

1500

24 Khoảng cách từ trục sau đến vị trí nối rơmc

mm

280

25 Chiều cao móc kể từ mặt đất lên

mm

400

26 Chiều dài rơmoóc

mm

4000

27 Chiều rộng rơmoóc

mm

1700

28 Chiều cao rơmoóc

mm

1400

29 Chiều dài thùng rơmoóc

mm

3035

30 Chiều rộng thùng rơmoóc

mm

1700

31 Chiều cao thùng rơmoóc

mm

720


15

* Dạng đường vận xuất.

Theo kết quả khảo sát ở một số địa bàn, TS. Nguyễn Tiến Đạt [14] đã
đưa ra dạng mặt đường vận xuất gỗ có dạng 2 dạng chính: dạng mặt đường
xác định có thể biểu diễn bằng các hàm tuần hoàn và dạng mặt đường biến
đổi ngẫu nhiên do tác động của nhiều yếu tố.
Khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo nông nghiệp Shibaura
3000A có rơmoóc di chuyển trên đường vận xuất. Chúng tơi lựa chọn loại
đường vận xuất có dạng mấp mơ điều hồ với chiều cao mấp mơ trung bình
h0 = 0,08 m và bước sóng trung bình s0 = 1 m.

2.3. Nội dung nghiên cứu
2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết
Xây dựng mơ hình tính tốn dao động của ghế ngồi người lái trên liên
hợp máy kéo nơng nghiệp Shibaura 3000A có rơmoóc chở gỗ khi di chuyển
trên đường vận xuất có tính đến ảnh hưởng của sự mấp mơ mặt đường.
Xây dựng phương trình vi phân dao động của ghế ngồi người lái và
đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến người lái. Từ đó xác định các thơng
số của hệ giảm xóc lắp cho ghế.
2.3.2. Mơ hình hố và mơ phỏng ghế ngồi bằng phần mềm ADAMS
Mơ hình hóa cơ hệ gồm: "Ghế - Lò xo, giảm chấn - Khung máy kéo",
với điều kiện đầu vào là kết quả tính tốn lý thuyết. (quy luật dao động của
khung máy kéo, độ cứng lò xo và hệ số giảm chấn)
Kết quả của q trình mơ phỏng là đồ thị biểu diễn vận tốc và gia tốc
rung của mơ hình ghế ngồi theo thời gian.


16

2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Sử dụng kết quả nghiên cứu về dao động của liên hợp máy gồm máy kéo

nông nghiệp Shibaura 3000A và rơmc chở gỗ có tính đến ảnh hưởng của sự
mấp mô mặt đường lâm nghiệp của nghiên cứu sinh Phạm Minh Đức [17].
Sử dụng phương pháp cơ học giải tích để xây dựng mơ hình ghế ngồi và
phương trình vi phân dao động của ghế. Việc giải phương trình vi phân dao
động của ghế được tiến hành bằng phương pháp giải tích kết hợp với phần
mềm Maple 10.
Sử dụng phần mềm toán học Maple 10 kết hợp với phần mềm TCWin
để giải hệ phương trình vi phân dao động của liên hợp máy.
Trên cơ sở tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5126 - 90 "Rung giá trị cho
phép tại chỗ làm việc", thiết lập biểu thức toán học xác định các thơng số về
độ cứng lị xo và hệ số giảm chấn thuỷ lực của ghế ngồi.
2.4.2. Phương pháp mơ hình hố và mơ phỏng
Sử dụng phần mềm ADAMS xây dựng cơ hệ gồm:"Ghế - Lò xo, giảm
chấn - Khung máy kéo", với các thơng số đầu vào như tính tốn lý thuyết. Sau
đó chạy mơ phỏng và lấy ra kết quả là các đồ thị biểu diễn vận tốc rung và gia
tốc rung của mơ hình ghế ngồi và so sánh với tiêu chuẩn TCVN 5126- 90.


17

CHƯƠNG 3
KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA MÁY KÉO SHIBAURA KHI KÉO
RƠMOÓC CHỞ GỖ TRÊN ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN LÂM NGHIỆP

Để thực hiện mục tiêu của đề tài là xác định dao động của máy kéo và
để đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến điều kiện làm việc của người lái
ta cần khảo sát dao động của máy kéo trong trường hợp kéo rơmoóc chở gỗ
trên đường lâm nghiệp. Dao động này phát sinh do sự kích động của mấp mô
mặt đường, qua khung máy kéo và ghế ngồi lái tác dụng liên tục lên người
điều khiển máy kéo trong suốt thời gian di chuyển, cả hướng có tải và khơng

tải. Dao động này nếu có tần số và thời gian tác động quá giới hạn cho phép
sẽ rất có hại cho sức khoẻ của người điều khiển và là một trong những nguyên
nhân gây nên những bệnh nghề nghiệp cho người điều khiển.
3.1. Mơ hình dao động của liên hợp máy gồm máy kéo shibaura 3000A và
rơmoóc chở gỗ
Khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy (LHM) gồm máy kéo
Shibaura 3000A và rơmoóc 1 trục chở gỗ do ảnh hưởng của sự mấp mô mặt
đường vận chuyển lâm nghiệp, tác giả Phạm Minh Đức [17] đã xây dựng mơ
hình của hệ gồm 3 phần khối lượng như hình 3.1 và sơ đồ tính tốn dao động
tương ứng như hình 3.2.


18

b
a
Pj

C2

C

2

Qcos h
2
h2
Pk
Lm

h1

1
Gcos

Pfm

Zm

Pj

1

c

Zk

Pfk

Zn

Pfn

L

Hình 3.1. Mơ hình liên hợp máy kéo và rơ mc vận chuyển gỗ có tính đến
ảnh hưởng của sự mấp mơ mặt đường

Hình 3.2. Sơ đồ tính tốn dao động của LHM
Trong đó:

m1: khối lượng của cầu trước (gồm cả trục và các bánh xe);
m2: khối lượng của thân máy kéo;
m1t, m1p: khối lượng bánh xe trước bên trái và bên phải.
m1 + m2 = mmk,


19

m3: khối lượng của rơmc có gỗ;
Om, OM: vị trí trọng tâm của máy kéo và rơmoóc có gỗ;
z1, z, z4: chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm cầu trước, thân máy kéo
và rơmoóc;
α1 , α 2 , α 3 , β1 , β 2 , β 3 : các chuyển vị góc của 3 phần quan trục nằm ngang

(x) và trục dọc (y);
z1t, z1p, z2t, z2p, z5t, z5p: chuyển vị thẳng đứng của tâm các bánh xe bên
trái, bên phải trục trước, trục sau và rơmoóc;
q1, q2, q5: độ cao mấp mơ mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe
trước, bánh xe sau và bánh xe rơmoóc;
1 ,  2 ,  5 : độ chênh mấp mơ mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe

giữa bánh trái và bánh phải của các cặp bánh tương ứng;
Jix, Jiy: mơ men qn tính của các phần trong hệ đối với các trục x, y (i
= 1, 2, 5);
li (i = 1, 2, 3, 4, 5): khoảng cách theo các phương ngang giữa các điểm
1, 2,..., 5;
2d, 2dM: khoảng các giữa bánh xe trái và phải của máy kéo và của
rơmc.
3.2. Phương trình vi phân dao động của liên hiệp máy
Các phương trình vi phân dao động của LHM được nghiên cứu sinh

Phạm Minh Đức thiết lập bằng phương pháp cơ học giải tích theo phương
trình Lagranger loại II [17]. Sau khi xác định các biểu thức tính động năng,
thế năng và hàm hao tán tác giả đã thiết lập lên phương trình vi phân tương
ứng với các dịch chuyển:
+ z - theo phương thẳng đứng của trọng tâm máy kéo;


20

+ α 2 , α3 - góc lệch của khung máy kéo và rơmoóc đối với trục ngang
Ox (lắc dọc  );
+ β1 , β 2 , β3 - góc lệch của cặp bánh trước, khung máy kéo và rơmoóc đối
với trục Oy (lắc ngang β ).

(3-1)

 A1Z  A22  A33  2 D1Z  D71  D83  2 B1Z  D7 2  B8 3  B9  D9
 
 A2 Z  A52  A43  D7 Z  2 D2 2  D123  B7 Z  2 B2 2  B12 3  B10  D10
 A Z  A   A   D Z  D   2 D   B Z  D   2 B   B  D
 3
4 2
6 3
8
12 2
3 3
8
12 2
3 3
11

11
 

 A7 1  2 D4 1  2 B4 1   B13  D13
 A   2 D   2 B    B  D
5 2
5 2
14
14
 8 2
 A9 3  2 D6 3  2 B6 3   B15  D15

3.3. Khảo sát các dao động của liên hiệp máy
3.3.1. Xác định các hệ số của hệ phương trình vi phân (3-1)
Hệ phương trình vi phân (PTVP) (3-1) là hệ các PTVP tuyến tính có hệ
số phụ thuộc vào các thông số của LHM và dạng mấp mô mặt đường. Đó là
hệ PTVP biểu diễn dao động theo phương thẳng đứng và các dao động quay
quanh hai trục x và y của máy kéo và rơmoóc chở gỗ do tác động động học
của mấp mô mặt đường lâm nghiệp.
Từ hệ PTVP lập được ta nhận thấy các dao động thẳng đứng của máy
kéo và dao động quanh trục nằm ngang (Ox) của thân máy kéo và rơmoóc
liên quan chặt chẽ với nhau, thể hiện qua 3 phương trình đầu trong hệ (3-1).
Các dao động quanh trục dọc (Oy) cua thân máy kéo hoàn toàn độc lập với
nhau và chúng chỉ tồn tại khi có độ chênh lệch chiều cao mấp mô mặt đường
giữa các bánh xe bên trái và bên phải ( i  0 ).
Để giải hệ phương trình (3.1) chúng tôi đã tiến hành xác định các thông
số về độ cứng của các bánh lốp, mô men quán tính của LHM đối với các trục
Ox, Oy, Oz. Kết qủa ghi ở phụ lục số 8, [17].

21

Trên cơ sở các thơng số đó chúng tơi tính được hệ số trong hệ phương
trình (3-1). Kết quả ghi trong các bảng sau:

Bảng 3.1. Hệ số Ai (i = 1, 2, …, 9)
m3 m3.0 = 1200 kg

Ai

( không tải)

m3.2 = 3200 kg

m3.3 = 4200 kg

A1 ( Kg)

2670

4670

5670

A2 ( Kgm)

- 1204,29

- 3604,29

- 4804,29

A3 ( Kgm2)

3036,0

8096,0

10626,0

A4 ( Kgm2)

3643,2

9715,2

12751,7

A5 ( Kgm2)

2878,5

5758,5

7198,5

A6 ( Kgm2)

8721,68

26108,68

35390,6

A7 ( Kgm2)

42,3

42,3

42,3

A8 ( Kgm2)

350,0

350,0

350,0

A9 ( Kgm2)

218,0

630,08

1150,92

Bảng 3.2. Hệ số Bi (i = 1, 2, …, 8)
Hệ số B

Giá trị

Hệ số B

Giá trị

B1

737880,00 N/m

B5

78675,48 Nm

B2

814561,89 Nm

B6

2692609,29 Nm

B3

3612671,95 Nm

B7

800959,16 (N)

B4

64585,44 Nm

B8

2216363,16 (N)


22

Bảng 3.3. Hệ số Bi và Di (i=9, 10 ,..., 15)
Bi

Di

B9  5460, 45sin t  11646, 2cost(N)

D9  1211, 73sin t  1226, 03cost(N)

B10  41168sin t  7576,5cost(Nm)

D10  1299, 21sin t  2412,84cost(Nm)
D11  0

B11  0

D12  11559,96( Nsm)

B12  2659635, 792( Nm)

D13  1973,51cos t ( Nm)

B13  17222, 78sin t ( Nm)
B14  8434, 01sin t  31994, 69cost(Nm)
B15  47777,17 sin t  7745, 02cost(Nm)

Trong đó:

D14  1651,97 sin t  718, 25cost(Nm)
D15  293,54sin t  1810,80cost(Nm)

  17, 44(rad / s )

Các bảng này được xây dựng trên cơ sở xét dao động của LHM khi
chuyển động trên các đoạn đường có sự mấp mơ điều hồ với chiều cao mấp
mơ trung bình h0 = 0,08 m; s0 = 1 m. Do đó, hàm kích động của mặt đường
vận xuất đối với các cặp bánh xe của liên hợp máy là:
qi  h0 sin(

2 v
t )  h0 sin  t
s0

với  

2 v
s0

(3-3)

Khi máy kéo chạy với vận tốc trung bình: v = 10km/h = 2.77m/s thì
  17, 45 m/s và các thông số Ai, Bi, Di trong phương trình (3-1) có giá trị

tương ứng như được ghi trong bảng trên.(3.1), (3.2), (3.3).


23

3.3.2. Giải hệ phương trình vi phân.
Để giải hệ PTVP (3-1), các số liệu cho từng trường hợp làm việc của
LHM được nhập và giải trên phần mềm toán học Maple 10. Kết quả tính
tốn được ghi trong các phụ lục số 02, 03, 04, 05, 06 và 07.
* Đối với 3 phương trình đầu của hệ PTVP (3-1).
Các nghiệm đại số từ Maple của các đại lượng lắc dọc của khung máy
kéo  2 , lắc dọc của khung rơmoóc  3 , dao động thẳng đứng của khung máy
kéo  và  2 (phụ lục số 01, 02, 03) được nhập sang phần mềm TCWin, rồi
dùng ứng dụng TableCurve trong TCWin để tìm hàm tương quan tương ứng.
Kết quả được thể hiện trong các hình (3.3), (3.4), (3.5), (3.6), (3.7) và (3.8).
Trường hợp 1: Không tải với M = 1.200 Kg
a. Đồ thị dao động theo phương thẳng đứng (Z) của khung máy kéo là:

Hình 3.3. Dao động theo phương thẳng đứng ( Z) của khung máy kéo.


24

b. Đồ thị dao động của khung máy kéo quanh trục ngang (góc  2 ) là:

Hình 3.4. Dao động lắc dọc của khung máy kéo (  2 ).
Trường hợp 2: Có tải trọng 2 tấn với M = 3.200 Kg
a. Đồ thị dao động theo phương thẳng đứng (Z) của khung máy kéo là:

Hình 3.5. Dao động theo phương thẳng đứng (Z) của khung máy kéo.