Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ngang của máy kéo tới khả năng ổn định khi làm việc trên đường vận xuất

Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ nông nghiệp và PTNT

Trường đại học lâm nghiệp

Trần văn giang

Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động
Ngang của máy kéo tới khả năng ổn
định khi làm việc trên đường vận xuất

Luận văn thạc sĩ kỹ thuËt

Hµ Néi, 2008


Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ nông nghiệp và PTNT

Trường đại học lâm nghiệp

Trần văn giang

Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động
Ngang của máy kéo tới khả năng ổn
định khi làm việc trên đường vận xuất
Chuyên nghành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá
Nông Lâm nghiêp.
MÃ số: 60. 52. 14

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Đậu Thế Nhu

Hà Nội, 2008



1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo điều tra mới nhất, hiện nay cả nước có 12.616.699 ha đất rừng,
chiếm 38,2% diện tích tự nhiên. Trong đó rừng tự nhiên chiếm 81,5% tương
đương 10,2 triệu ha, rừng trồng chiếm 18,5% tương đương 2,3 triệu ha [1].
Để phát triển lâm nghiệp theo hướng công nghiệp và bền vững, theo Chiến
lược phát triển lâm nghiệp Việt nam giai đoạn 2006 – 2020 đã đặt ra mục tiêu
trồng mới 1,0 triệu ha rừng đến năm 2010 và 1,5 triệu ha cho giai đoạn sau
[2], về cơ bản sẽ đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho ngành công nghệ bột giấy,
chế biến gỗ và phục vụ sản xuất khác. Do vậy, rừng đã được trồng ở nhiều nơi
và đang được khai thác với số lượng lớn để làm nguyên liệu giấy, ván dăm và
nhiều ngành sản xuất khác.
Trong những năm 1990 trở về trước khai thác rừng tự nhiên đã được áp
dụng cơ giới hoá nhiều khâu trong q trình sản xuất. Trong đó, những cơng
việc nặng nhọc trong khai thác gỗ đã được cơ giới hoá như vận xuất gỗ với
các thiết bị động lực là máy kéo chun dùng có cơng suất lớn như LKT- 80,
TDT- 75, TT-4, volvo ..v.v…
Ngày nay, công nghệ khai thác và vận xuất gỗ rừng tự nhiên trước đây
khơng cịn phù hợp để khai thác rừng trồng do trữ lượng gỗ thấp, khai thác ít,
rừng phân tán… Để nâng cao hiệu quả kinh tế và phát triển kinh tế theo

hướng kết hợp nơng lâm nghiệp đồng thời khắc phục những khó khăn trên,
một hướng mới đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi là sử dụng các loại
máy kéo nông nghiệp có cơng suất từ vừa và nhỏ để phục vụ sản xuất đem lại
hiệu quả kinh tế tương đối khả quan.
Tuy nhiên, các máy kéo nông nghiệp khi sử dụng trong sản xuất lâm
nghiệp muốn mang lại hiệu quả cao thì phải giải quyết được những vấn đề
như: khả năng kéo, bám, ổn định, khả năng điều khiển. Trong đó, khả năng ổn


2

định động lực học của máy kéo khi làm việc trên đường vận xuất là vô cùng
quan trọng .
Xuất phát từ những lý do trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Nghiên
cứu ảnh hưởng của dao động ngang của máy kéo tới khả năng ổn định khi
làm việc trên đường vận xuất”.
Với mục tiêu chính là:
Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ngang của máy kéo tới khả năng
ổn định một cách cụ thể và có hệ thống.
Bổ sung và cụ thể hoá một phương pháp nghiên cứu dao động máy kéo
mới.
Xác lập chế độ làm việc của máy kéo khi bị kích động bởi dao động
ngang, từ đó xác lập chế độ làm việc tối ưu của máy kéo khi làm việc trên
đường vận xuất trong trường hợp kéo nửa lết, một trong những phương pháp
hết sức phổ biến trong vận xuất gỗ.


3

Chương 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Để đáp ứng nhu cầu cơ giới hố lâm nghiệp, nhiều nước cơng nghiệp
phát triển đã chế tạo ra các loại máy kéo chuyên dùng có tính an tồn cao, khả
năng kéo bám tốt, nhờ đó nâng cao hiệu quả sử dụng trong sản xuất. Tuy
nhiên, các máy nhập ngoại thường rất đắt tiền chưa phù hợp với điều kiện
kinh tế - xã hội nhiều nước hiện nay, đặc biệt các nước đang phát triển. Vì
vậy, xu hướng cải tiến các máy kéo nơng nghiệp thông dụng để đáp ứng phần
nào công việc cơ giới hoá lâm nghiệp vẫn được nghiên cứu và áp dụng ở
nhiều nước trên thế giới.
Ở nước ta, do nền cơng nghiệp chế tạo máy nói chung và chế tạo máy
kéo nói riêng chưa phát triển, mặt khác do đầu tư của các lâm trường, chủ
trang trại còn hạn chế nên việc cải tiến máy kéo nông nghiệp thông dụng ở
đồng bằng để làm việc trên đất rừng lâm nghiệp là một phương án có tính khả
thi.
Tuy nhiên, đối với quy mơ sản xuất lớn các cơng việc mang tính
chun mơn cao thì vẫn phải dùng các máy chun dùng. Để giải quyết vấn
đề trên, trước hết phải có đầu tư nghiên cứu lựa chọn loại máy kéo nơng
nghiệp có thể cải tiến được. Sau đó cần nghiên cứu cơ sở khoa học để công
tác cải tiến đạt hiệu quả cao nhất, khơng địi hỏi chi phí q lớn và có thể thực
hiện được trong điều kiện chế tạo ở nước ta hiện nay.
1.1 Tổng quan về kết cấu máy
Công tác nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy kéo ở nước ta bắt đầu tương
đối sớm, từ năm 1962 đã nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm loại máy
kéo MTZ-7M. Tiếp theo, liên tục đã có nhiều chương trình khoa học cấp Nhà
nước về chế tạo máy kéo nhưng cho đến nay vẫn chưa có mẫu máy kéo lớn


4

nào được sản xuất chấp nhận. Nguyên nhân chính là chúng ta chưa có những

hệ thống máy móc thiết bị hiện đại nhằm đáp ứng được yêu cầu chế tạo các
loại máy có cấu tạo phức tạp, địi hỏi độ chính xác cao, chưa có cả cơng nghệ
hợp lý tiên tiến và chưa có cả kinh nghiệm thiết kế. Có thể nói sự phát triển
của ngành chế tạo máy kéo ở nước ta vẫn đang trong thời kỳ nghiên cứu chế
tạo và sản xuất thăm dò.
Thời kỳ bao cấp, miền Bắc chủ yếu nhập các loại máy kéo từ các nước
Liên Xô, Trung Quốc và các nước Đông Âu, trong đó lượng máy kéo nhập từ
Liên Xơ là nhiều nhất. Về chất lượng, qua thực tế sử dụng nhiều năm đã
khẳng định các loại máy kéo bánh MTZ-50/80 và loại máy kéo xích DT-75 do
Liên Xơ chế tạo là phù hợp với điều kiện sản xuất nước ta thời kỳ đó. Sau
nghị quyết 10 của Bộ Chính trị, ruộng đất được giao cho người nông dân sử
dụng lâu dài , kích thước ruộng bị thu hẹp, manh mún các máy kéo lớn không
phát huy được hiệu quả sử dụng. Thay vào đó là các máy kéo cơng suất nhỏ
nhập khẩu từ Trung Quốc, Nhật Bản hoặc chế tạo trong nước.
Các máy kéo được nhập ồ ạt từ nước ngồi khơng được quản lý về chất
lượng và cũng khơng có những chỉ dẫn cần thiết của các cơ quan khoa học.
Hậu quả của việc trang bị máy móc thiếu căn cứ khoa học cần thiết dẫn đến
nhiều xí nghiệp máy kéo bị phá sản hoặc hiệu quả sử dụng rất thấp, chưa thật
sự có tác dụng kích thích phát triển sản xuất nông nghiệp. Đây cũng là bài học
thực tế cho cả các nhà khoa học, nhà quản lý và người sử dụng máy.
Trong những năm gần đây, xu thế nhập khẩu các loại máy kéo có cơng
suất đa dạng và hiện đại hơn như: MTZ-80A(Nga); KOBUTA, SHIBAURA,
KOMATSU(Nhật Bản); CAT(Mỹ). Các loại máy kéo này bước đầu đã phát
huy hiệu quả tuy nhiên giá thành còn cao.
Mặc dù vậy, máy kéo vẫn được sử dụng rộng rãi trên toàn quốc phục
vụ cho cả nông nghiệp, lâm nghiệp và ranh giới phục vụ cho những ngành
này ngày càng thu hẹp. Theo Hoàng Quốc Đô[7] và báo cáo tổng kết, nghiên


5

cứu của Viện Cơ điện nông nghiệp[15], máy kéo phục vụ nơng nghiệp có thể
phục vụ cả lâm nghiệp thường là những máy kéo 4 bánh có vơ lăng điều khiển
công suất từ 10 đến 80 mã lực. Máy kéo có cơng suất từ 10 đến 80 kw, tuỳ
theo cơng nghệ chế tạo mỗi nước có thể dùng động cơ 1, 2 đến 4 xilanh lắp
trên máy kéo 4 bánh từ 1 cầu chủ động đến 2 cầu chủ động để phục vụ sản
xuất nông lâm nghiệp.
Các loại máy kéo công suất vừa và nhỏ đang được sử dụng rộng rãi ở
nước ta được nhập từ Trung quốc, Thuỵ điển, Nhật bản, Nga…và một phần
trong nước sản xuất. Các máy kéo bốn bánh có nhiều loại và có thơng số kỹ
thuật khác nhau, nhiều loại có trục thu cơng suất phía sau nên sử dụng rộng
rãi trong sản xuất. Do trình độ kỹ thuật sản xuất chung ngày càng được nâng
cao cho nên nơng dân thường trang bị cho mình loại máy kéo cơng suất vừa,

MTZ-5

T-40

MTZ50

MTZ80

Kg

3200

2660

2800

3200 1851

Mơmen qn tính khối Kg.cm2
lượng với trục ngang

43127

26000

-

-

-

Khối lượng dưới lị xo

-

140

140

140

116

246,5

215,5

236

237

-

150,0

152,5

161,2

-

-

600

266

-

-

255

450

525

320

358

260

565

610

309

432

260

Các thơng số
Khối lượng máy kéo

Kg

Khoảng cách giữa 2 Cm

Zetop4011

Đơn vị

bốn bánh và điều khiển bằng vô lăng rất tiện dụng.

trục
Khoảng cách từ trọng Cm
tâm tới trục trước
Độ cứng lò xo trục kG/cm
trước
Độ cứng bánh lốp kG/cm
trước
Độ cứng bánh lốp sau

kG/cm

Bảng 1.1 Một số loại máy kéo được sử dụng ở Việt nam


6

Máy kéo công suất vừa và nhỏ là nguồn động lực quan trọng trong sản
xuất cũng như trong đời sống xã hội. Nhiều năm qua các nhà khoa học trong
nước đã có nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm đưa máy kéo vào sử dụng các
mục đích khác nhau để nâng cao năng suất sản xuất nông nghiệp nước nhà.
Nhưng để máy kéo nông nghiệp phát huy hiệu quả trong vận xuất gỗ
lâm nghiệp theo các nghiên cứu đã chỉ ra rằng máy kéo nơng nghiệp phải có
cơng suất động cơ trên 35kw trở lên, có trục thu cơng suất với số vịng quay
khoảng 500v/ph.
1.2. Tổng quan về mấp mơ mặt đường của đường vận xuất
1.2.1 Đường vận xuất gỗ
Rừng ở Việt nam có địa hình thường là dạng đồi bát úp, mái dông 1
chiều hoặc dạng thung lũng. Để vận xuất gỗ bằng máy kéo, các cơ sở sản suất
lâm nghiệp phải tiến hành làm đường vận xuất, tuỳ theo sơ đồ mạng lưới
đường vận xuất chính mà đường vận xuất gỗ có đầy đủ đường trục chính và

đường trục phụ. Đường vận xuất chính là những tuyến đường nối tiếp với
những đường ôtô đi vào trung tâm lô khai thác, còn đường vận xuất phụ là các
đường băng khai thác. Tại nơi tiếp giáp giữa đường vận xuất chính và đường
ơtơ người ta bố trí các điểm tập trung gỗ. Đường vận xuất chính được thiết kế
xây dựng theo tiêu chuẩn đường cấp 3 Lâm nghiệp[12].
Đường vận xuất phụ là đường đi qua lô khai thác, toả ra từ các đường
vận xuất chính theo hình xương cá. Chiều rộng mặt đường vận xuất phụ tuỳ
thuộc vào phương tiện vận xuất gỗ và chiều dài cây gỗ, trên hành lang đường
vận xuất phụ các chướng ngại vật như gốc cây, đá, mô đất, các hố được san
phẳng. Khi dùng máy kéo bánh hơi để vận xuất gỗ thì yêu cầu nền đường phải
cứng, độ dốc dọc cho phép nhỏ hơn 25%. Mặt đường vận xuất thường khơng
có dốc ngang để đảm bảo an toàn khi kéo gỗ.


7

Cự ly vận xuất có thể từ 100 m đến 1-2 nghìn m tuỳ thuộc địa hình, nơi
tiếp giáp đường ôtô và phương tiện vận xuất gỗ. Việc bố trí các đường vận
xuất gỗ phụ thuộc vào dạng địa hình( Hình 1.2).
Đường vận xuất
Máy kéo

Hình 1.1a

1

Hình 1.1b

2

Hình 1.1c

Hình 1.1 Các dạng địa hình
Hình 1.1a là sơ đồ vận xuất làm theo đường xoáy ốc đi từ chân núi lên
đỉnh núi. Máy kéo khi vận xuất gỗ đi theo đường xoáy ốc và dừng lại ở từng
chỗ có gỗ chặt hạ.
Hình 1.1b là sơ đồ vận xuất ở địa hình dốc thoải có dạng hình chữ S.
Máy kéo vận xuất gỗ khi gỗ được gom thành đống.
Hình 1.1c là sơ đồ vận xuất ở địa hình dạng thung lũng. Máy kéo vận
xuất gỗ ra bãi gỗ tiếp giáp khe suối.


8

Dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật và sơ đồ bố trí mạng lưới đường vận xuất
như đã trình bày ở trên, nhiều cơ sở đã áp dụng để xây dựng mạng lưới vận
xuất rừng trồng. Để thực hiện nghiên cứu, chúng tôi chọn một số đoạn đường
thuộc khu rừng trồng có dạng tương tự như đã nêu ở trên làm đối tượng
nghiên cứu.
1.2.2 Một số dạng mặt đường
Tuỳ theo điều kiện địa hình của các loại rừng, thiết bị và công nghệ
khai thác gỗ mà quyết định thiết kế xây dựng mạng lưới đường vận xuất gỗ.
Theo quy phạm kỹ thuật được ban hành 1983, đường vận xuất chính dùng
cho các loại máy kéo bánh hơi được xây dựng theo tiêu chuẩn cấp 3 đường
lâm nghiệp, các đường vận xuất phụ cũng phải đảm bảo các điều kiện kỹ
thuật cho phép. Các đường vận xuất gỗ thường sử dụng tạm thời trong mùa
khô ráo, nền đường vận xuất dùng cho các loại máy kéo phải đảm bảo độ
cứng, độ dốc dọc cho phép theo chiều có tải khơng q 25%, mặt đường phải
được san ủi gạt bỏ những chướng ngại vật [12]….
Do kích động động học của mấp mơ mặt đường lên bánh xe máy kéo và

đi bó gỗ gây lên dao động của cả hệ thống làm ảnh hưởng tới khả năng kéo
bám, chống lật, ổn định của các chi tiết cũng như toàn bộ máy kéo và sức
khoẻ người điều khiển. Vì vậy việc kiểm tra khảo sát, phân loại các dạng mặt
đường mà máy kéo qua lại khi vận xuất gỗ là vấn đề cần thiết. Mấp mô mặt
đường là các yếu tố đầu vào khi nghiên cứu dao động của máy kéo vận xuất
gỗ theo phương pháp nửa lết.
Kết quả khảo sát sơ bộ một số đường vận xuất gỗ ở khu nguyên liệu
giấy, đường vận xuất gỗ rừng trồng ở tỉnh Đắc Lắc và một số đường khu vực
núi luốt Hà tây, sơ bộ có thể phân loại mấp mơ mặt đường thành hai dạng
chính sau:
+ Dạng mặt đường xác định;
+ Dạng mặt đường ngẫu nhiên.


9

1.2.2.1 Dạng mặt đường vận xuất gỗ xác định
Theo yêu cầu thiết kế kỹ thuật và xây dựng các loại đường cho các loại
máy kéo bánh hơi vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết, mặt đường và nền
đường trục chính và phụ được san ủi phẳng. Mặt đường chỉ cịn lại gợn sóng
dọc theo mặt đất tự nhiên, có thể mô tả trắc diện dọc của mấp mô dạng đường
xác định bằng các hàm tuần hồn[6].
Trên hình 1.2 trình bày một số dạng mặt đường vận xuất gỗ xác định
thường gặp:
h
h0

S
S0
Hình 1.2d

h
h0
S0

S
Hình 1.2e
Hình 1.2 Một số dạng mặt đường vận xuất gỗ

Hình 1.2e là trắc diện dọc một số mặt đường xác định.
Trắc diện dọc mặt đường (hình 1.2d) có dạng hàm điều hồ:
h  h 0 sin

2.
.S
S0

Khi S ≥ 0

(1.1 )

Trắc diện dọc mặt đường (hình 1.2e) có dạng biến đổi tuần hoàn:
h

h0
1 - cos 2. .S
2
S0



Trong biểu thức (1.1), (1.2) thì:
S là chiều dài mặt đường,

Khi S ≥ 0

(1.2 )


10

S0 là bước sóng mặt đường
h0 là biên độ của mấp mô mặt đường.
1.2.2.2 Dạng mặt đường biến đổi ngẫu nhiên
Dưới tác động của nhiều yếu tố ngẫu nhiên, nên trắc dọc của mặt
đường biến đổi một cách ngẫu nhiên và được coi như một quá trình ngẫu
nhiên. Các quá trình ngẫu nhiên được chia làm 2 loại dừng và khơng dừng.
Về mặt tốn học cả 2 q trình này đều được khảo sát khá đầy đủ, song chỉ có
lý thuyết của q trình trình ngẫu nhiên dừng là có ứng dụng rộng rãi trong kỹ
thuật[10]. Để giải bài toán các q trình ngẫu nhiên khơng dừng rất khó khăn
phức tạp. Để đơn giản trong việc tính tốn chúng tơi coi trắc diện dọc của mặt
đường vận xuất gỗ là những hàm ngẫu nhiên dừng và ecgôdich. Đặc trưng
thống kê của trắc dọc của mặt đường vận xuất cần phải xác định là kỳ vọng
toán học mh, phương sai Dh, hàm tương quan Rh(s) và hàm mật độ phổ Sh().
Hàm ngẫu nhiên dừng và ecgơdich kỳ vọng tốn học mh, phương sai Dh là các
hằng số, hàm tương quan Rh(s) hội tụ tiến đến không khi thời gian tiến tới vô
cùng. Các đặc trưng thống kê của trắc diện dọc được diễn tả bằng các biểu
thức:
1
mh  lim

S0

S0

 h(s).ds

(1.3 )

0

s
S

0
1
2
Dh  lim h( s )  h( s )  mh  .ds
S0
0

(1.4 )

s

Rh  lim

1
S0

S0

h

0

( s ).h 0 ( s  s 0 ).ds

0

s

Trong biểu thức:(1.3), (1.5), (1.6) thì:

(1.5 )


11

h(s) là hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đường;
h0(s) là hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đường đã trung tâm hoá:
h0(s) = h(s) – mh ;
s là chiều dài quãng đường quan sát;
s0 là quãng đường giữa 2 lần quan sát.
1.3. Tổng quan dao động của máy kéo
1.3.1 Dao động của máy kéo do mấp mô mặt đường
Dao động của máy kéo do mấp mô mặt đường vận xuất gây ra là những
dao động có dải tần số thấp và là một trong những ảnh hưởng chính tới độ êm
dịu, tới độ bền của các chi tiết trong máy kéo đặc biệt là tới chất lượng công
việc mà máy kéo đang thực hiện.
Điều kiện đường vận xuất khi sử dụng máy kéo trong quá trình sản xuất

lâm nghiệp là phức tạp, đa dạng. Sự ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên như khí
hậu và q trình sản xuất của con người là hồn tồn ngẫu nhiên có thể biểu
diễn chúng bằng các hàm ngẫu nhiên. Khi nghiên cứu dao động máy kéo
trong những trường hợp này cần được tiến hành theo các phương pháp khác
nhau của dao động xác định và ngẫu nhiên.
Hiện nay, việc phân loại đường lâm nghiệp[12] đã có nhưng khơng cịn
phù hợp với tình hình mới do đó khơng phù hợp cho việc nghiên cứu dao
động máy kéo. Do đặc điểm của sản xuất lâm nghiệp ở Việt Nam là nhỏ,
khơng tập trung, trữ lượng ít, chưa mang tính thâm canh cao nên việc đầu tư
xây dựng đường vận xuất vận chuyển gỗ còn rất thấp cho nên đường vận xuất
thường nhỏ hẹp, chất lượng thấp gây bất lợi cho quá trình làm việc của máy
kéo cũng như độ êm dịu của máy kéo. Hơn nữa các thông số về đường vận
xuất cần thiết cho quá trình tính tốn dao động chưa được đầu tư nghiên cứu,
khảo sát cụ thể. Vì vậy cần thiết phải có những cơng trình nghiên cứu, khảo
sát, phân loại mặt đường nơi máy kéo làm việc theo hướng các bài toán dao
động đặt ra.


12

Mặt khác, tính chất dao động của máy kéo chịu ảnh hưởng kích động
của mặt đường vận xuất là dao động phi tuyến, do tính chất phi tuyến của các
phần tử đàn hồi( bánh xe, lò xo…) trong máy kéo và do liên kết một chiều
giữa bánh xe và mặt đường. Những đặc điểm này cần được quan tâm trong
quá trình nghiên cứu dao động của máy kéo.
1.3.2 Ổn định của máy kéo trên đường vận xuất
Tính ổn định của máy kéo là khả năng đảm bảo giữ được quỹ đạo
chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau. Trong
những điều kiện chuyển động phức tạp như vậy, máy kéo phải giữ được quỹ
đạo chuyển động của nó sao cho khơng bị lật đổ, khơng bị trượt. Nghiên cứu

tính ổn định của máy kéo để đảm bảo khả năng không bị lật đổ hoặc bị trượt
trong mọi điều kiện làm việc.
Máy kéo nông nghiệp khi làm việc trên đồng ruộng, chỉ tiêu khả năng
kéo bám được xem là quan trọng nhất thì với máy kéo bánh dùng để vận xuất
gỗ, ngồi chỉ tiêu trên cịn phải quan tâm đến tính ổn định của máy. Tính ổn
định của máy kéo là khả năng đảm bảo giữ được quỹ đạo chuyển động theo
yêu cầu trong mọi chuyển động khác nhau.
Tuỳ thuộc vào điều kiện sử dụng, máy kéo có thể đứng yên, chuyển
động trên đường vận xuất( mấp mơ, nghiêng), có thể quay vịng hoặc phanh
lại trên đường khác nhau. Trong những điều kiện chuyển động phức tạp như
vậy, máy kéo cần có sự ổn định tốt nhất để không bị lật đổ, không bị trượt
hoặc chỉ bị xoay lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảo chúng chuyển động
an tồn.
Tính ổn định dọc tĩnh của máy kéo bánh hơi là khả năng đảm bảo cho
xe không bị lật hoặc bị trượt khi đứng yên trên đường dốc dọc[5].
G.b.cos1 – G.hg.sin.1 = 0

(1.6)

tg1 = b/hg

(1.7)

Trong đó: 1 là góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc.


13

Khi xe quay đầu xuống dốc: tg’1 = a/hg

(1.8)

Trong đó: ’1 là góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc.
Các phương trình trên bỏ qua mơ men cản lăn nhằm tăng tính ổn định
tĩnh của xe
Qua các biểu thức(1.6), (1.7), (1.8) trên ta thấy rằng góc dốc giới hạn
lật đổ tĩnh chỉ phụ thuộc vào toạ độ trọng tâm của xe. Một số trị số của góc
dốc giới hạn ở một số loại ơtơ-máy kéo khi đứng trên dốc
Máy kéo bánh hơi khi đầy tải: αl = 35÷400; α’l ≥ 600
Sự mất ổn định dọc tĩnh của máy kéo không chỉ do sự lật đổ dọc mà
cịn do sự trượt trên dốc do khơng đủ lực phanh hoặc bám không tốt giữa
bánh xe và đường. Trong trường hợp này, để tránh cho xe khỏi trượt lăn
xuống dốc, người ta thường bố trí phanh ở các bánh xe. Khi lực phanh lớn
nhất đạt đến giới hạn bám, xe có thể bị trượt xuống dốc, góc dốc giới hạn khi
xe bị trượt được xác định như sau:
Ppmax = G.sinαl =  Z2

(1.9)

Trong đó:
ppmax - lực phanh lớn nhất đặt ở bánh xe sau;
φ

- hệ số bám dọc của bánh xe với đường

Z2

- hợp lực của các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên

bánh xe sau.

Để đảm bảo an toàn khi xe đứng trên dốc người ta thường để điều kiện
xe bị trượt trước khi bị lật đổ, điều đó được xác định bằng biểu thức sau:

tg  tg
t

l

;

 .a
b
 
L -  .h g hg 

b



hg

(1.10)


14

Qua các trường hợp trên, ta có nhận xét rằng góc giới hạn khi máy kéo
đứng trên dốc bị trượt hoặc bị lật đổ chỉ phụ thuộc vào toạ độ trọng tâm của
xe và chất lượng mặt đường.
Tính ổn của dọc động của máy kéo khi máy kéo chuyển động trên

dường dốc có thể bị mất ổn định (khi bị lật đổ hoặc bị trượt) dưới tác dụng lực
và mô men hoặc bị lật đổ khi máy kéo chuyển động ở tốc độ cao trên đường
bằng. Ở đây ta chỉ xét khả năng xe bị lật đổ, còn khả năng dẫn hướng sẽ được
nghiên cứu sau.
Trường hợp tổng quát:
G.cs(b  f .rb )  (G. sin   Pj  P ).h g  Pm .h m

 Z1 
L

G
.
c

s

(
a

f
.
r
)

(
G
.
sin
  Pj  P ).h g  Pm h m
b

Z 
 2
L

(1.11)

Khi tăng góc dốc  đến giá trị giới hạn thì xe bị lật, ứng với Z1 = 0
Trong trường hợp máy kéo có rơ móc chuyển động với vận tốc nhỏ ổn
định Pj = 0, v nhỏ nên Pw = 0, Pf = 0 máy kéo có thể mất ổn định khi:
Bị lật đổ qua điểm tiếp xúc bánh xe sau và bị trượt dọc khi lực kéo tiếp
tuyến ở bánh xe chủ động đạt đén giới hạn bám.
Coi Pm = Gm sin và bỏ qua thành phần cản lăn của rơ móc:
tg  

.a.G
G (L  .h g )  G m (L  .h m )

(1.12)

Nhận xét: Vận tốc nguy hiểm mà xe chuyển động bị mất ổn định phụ thuộc
vào trọng tâm, sự mất ổn định của chúng phụ thuộc vào các thông số như toạ
độ trọng tâm của máy kéo và rơ móc, vị trí đặt móc kéo, hệ số bám.
Tính ổn định ngang của máy kéo bánh xe khi chuyển động trên đường
nghiêng ngang: Máy kéo nông nghiệp khi làm việc trên đồng đồi có độ
nghiêng ngang rất lớn vì vậy phải nghiên cứu ổn định ngang một cách cẩn
thận, chi tiết để áp dụng vào sản xuất nhưng máy kéo nông nghiệp sau khi cải


15

tiến vận xuất gỗ trên đường vận xuất chỉ chịu ổn định dọc động và ổn định
dọc tĩnh. Vì đường vận xuất khơng có góc nghiêng ngang lớn mà chỉ có độ
viara của đường và độ nghiêng thốt nước, chúng rất nhỏ khơng ảnh hưởng
vận xuất, do đó có thể bỏ qua ổn định trên đườn nghiêng ngang[12].
Trong sản xuất lâm nghiệp, khi vận xuất gỗ ngoài các yếu tố trên thì
các yếu tố như độ dốc tuyến đường, đi bó gỗ vẫy gây lên dao động…càng
làm cho máy kéo giảm tính ổn định và cần nghiên cứu.
1.3.3 Khái quát tình hình nghiên cứu dao động của máy kéo
Dao động của máy kéo có nhiều điểm chung với dao động ôtô. Nghiên
cứu dao động của máy kéo có thể dựa trên lý thuyết dao động của ôtô, kết hợp
với những đặc điểm riêng về kết cấu cũng như phần tử đàn hồi và điều kiện
làm việc của máy kéo.
Lý thuyết dao động của ôtô và máy kéo[5] đã ra đời từ những năm 30
của thế kỷ 20, từ những nghiên cứu cơ bản với những mơ hình nghiên cứu
đơn giản tới những nghiên cứu sâu rộng, đầy đủ hơn. Cùng với sự phát triển
của khoa học, lý thuyết dao động của ôtô và máy kéo ngày càng phản ánh đầy
đủ hơn điều kiện làm việc thực của máy và có những đóng góp nhất định
trong việc nâng cao chất lượng, cải thiện làm việc của người sử dụng.
Tuy nhiên, còn nhiều vấn đề cần bổ sung nhằm hồn thiện mơ hình
nghiên cứu nhằm đáp ứng những mục tiêu cụ thể trong cải tiến và hoàn thiện
liên hợp máy. Đặc biệt là những bài tốn tổng hợp hệ thống cịn ít được quan
tâm do những khó khăn về xây dựng thuật tốn cũng như phải thực hiện khối
lượng tính tốn lớn. Ngày nay với sự hỗ trợ của máy tính điện tử người ta có
thể dần dần giải quyết vấn đề này. Mơ hình nghiên cứu dao động ơtơ, máy
kéo chịu kích động động học của mấp mơ mặt đường vận xuất được xây dựng
trên cơ sở qua lại giữa các thông số vào, ra thông qua các thông số của hệ
thống dưới đây:


16

Các thông số vào

Các thông số
của hệ thống

Các thông số ra

Trong đó:
- Các thơng số vào là các kích động động học của mấp mô mặt đường.
- Các thông số của hệ thống bao gồm khối lượng, mơmen qn tính khối
lượng của thân máy kéo với trục quán tính trung tâm, đặc tính của các
phần tử đàn hồi, các thơng số kết cấu của hệ thống.
- Các thông số ra: bao gồm chuyển vị, vận tốc, gia tốc của các điểm trên
thân máy kéo, lực đàn hồi, lực cản đất.
Khi nghiên cứu dao động của máy kéo, cần thiết phải xác định các
thông số ảnh hưởng đến dao động. Các thơng số này bao gồm khối lượng
mơmen qn tính, khối lượng của thân máy kéo với trục quán tính chính trung
tâm, khối lượng của các bánh xe, lò xo, các thơng số hình học như vị trí trọng
tâm, khoảng cách từ trọng tâm tới các bánh xe, khoảng cách giữa bánh xe…
một số thông số được lấy từ các catalog của xe máy.
Tuy nhiên một số thông số như mômen quán tính, khối lượng của thân
máy kéo với các trục máy kéo lại không được cho trong catalog máy hoặc
trong các thiết kế máy khi máy mang theo các bộ phận cơng tác, vì vậy cần
thiết phải xác định các thơng số này. Phương pháp xác định các mơmen qn
tính khối lượng là sử dụng các phép đo trực tiếp trên các máy kéo cụ thể. Các
thông số của một số máy kéo cụ thể thông dụng đã được nhiều tác giả quan
tâm xác định.
Các phần tử đàn hồi của ôtô, máy kéo là các bộ phận nhận kích động
của mặt đường truyền lên thân xe máy. Các đặc tính của những phần tử này

có ảnh hưởng quyết định đến dạng, mức độ dao động của thân xe máy và khả
năng chuyển động êm dịu của chúng.
Đặc trưng cơ bản của các phần tử đàn hồi là quan hệ giữa lực tác dụng
P và biến dạng tương ứng  của phần tử đàn hồi:


17

P = f()

(1.13)

Trong các nghiên cứu cơ bản đã chỉ ra rằng các phần tử đàn hồi là thép
lò xo có đặc trưng tuyến tính:
P = C.

(1.14)

Trong đó C là độ cứng lị xo.
Các phần tử đàn hồi dạng khí, thuỷ khí thường có đặc trưng phi tuyến,
quan hệ giữa lực tác dụng và biến dạng tương ứng là một đường cong với
mức độ đủ chính xác có thể xem là đường cong bậc 2:
P = A.2 + B.

(1.15)

Trong đó A, B là các hệ số tỷ lệ.
Một đặc tính nữa của các phần tử đàn hồi là tính chất cản dao động do
ma sát nội tại với các bộ phận liên kết. Đặc tính cản dao động của các phần tử
đàn hồi khá phức tạp, với các phần tử bằng thép có thể xem là các phần tử ma

sát khơ, các phần tử cịn lại được xem là ma sát ướt, lực cản tỷ lệ bậc nhất với
tốc độ biến dạng.
Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tính đàn hồi của các phần tử đàn hồi
còn phụ thuộc vào biến dạng, khi tốc độ biến dạng tăng cao thì tính chất phi
tuyến càng rõ rệt. Vì vậy khi nghiên cứu người ta cũng phân biệt đường đặc
tính tĩnh và đường đặc tính động lực học. Đối với máy kéo bánh lốp hiện nay,
các phần tử đàn hồi bao gồm các lị xo giảm xóc cầu trước, lị xo ghế ngồi,
các bánh hơi trước và bánh hơi sau.
Các máy kéo được sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp đều phải làm
việc trong những điều kiện hết sức khó khăn của thời tiết, địa hình, đường sá
lâm nghiệp có độ dốc cao, mấp mô lớn. Về mặt dao động, chúng làm việc
trong những điều kiện khó khăn, do vậy ảnh hưởng xấu đến độ bền các bộ
phận chi tiết máy và sức khoẻ của người lao động. Do vậy, nghiên cứu dao
động[9] cụ thể là dao động của LHM kéo khi vận xuất gỗ là cần thiết và có ý
nghĩa lớn trong sản xuất và đời sống. Dao động của máy kéo đã được nhiều


18

nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu, ở trong nước có một số cơng
trình nghiên cứu về dao động của máy kéo khi vận xuất gỗ:
TS. Nguyễn Tiến Đạt đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả
năng vận xuất gỗ rừng trồng bằng phương pháp kéo nửa lết của máy kéo 4
bánh cỡ nhỏ(18-24) mã lực[12].
Th.S. Nguyễn Văn Vệ nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi
trên máy kéo DFH-180 khi vận xuất gỗ[14].
Th.S. Nguyễn Văn An đã nghiên cứu ảnh hưởng của 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[1].
Th.S. Nguyễn Hồng Quang nghiên cứu dao của máy kéo SHIBAURA

với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết[13].
Trong các cơng trình nghiên cứu ở trên, đã có cơng trình nghiên cứu về
dao động của máy kéo khi vận xuất gỗ nhưng chỉ là trên mơ hình phẳng hay
khơng gian. Các nghiên cứu này [1], [12], [14]chỉ xem trọng tâm của máy kéo
được thực hiện giao động theo phương đứng OZ mà bỏ qua lắc ngang theo
phương Oy. Tuy nhiên khi chiều cao của trọng tâm khá lớn (tới 0.8 m) thì
điều này khá xa thực tế vì thế các mơ hình này chỉ thích hợp cho nghiên cứu
dao động khi mấp mơ mặt đường nhỏ, (Hình 1.3), (Hình 1.4)
y1

Z1

Z0

l1

y

Z2

l2

y2

m
k1

k2

c1

h1

Hình 1.3 Mơ hình dao động dọc

L

c2
h2


19

Z

Zt

yt

Zp

l1

y

l2

yp

M,J,m
k11

k12

c11
h11

c12

L

h12

Hình 1.4 Mơ hình dao động ngang
Có những mơ hình dao động đã nghiên cứu dao động dọc và dao động
xoay theo chiều ngang[13] nhưng trọng tâm của máy kéo và cầu trước được
xem như chỉ dao động thẳng đứng mà khơng tính đến lắc ngang quanh vị trí
trọng tâm đó, (Hình 1.5)
l3
Z2
Z4

Zg

q2

1

z

x

Z


Z1

y
2

q4

q1

1

2


4

2d2

3

l4

l1

l2

2d1

q2+2
q1+1
Hình 1.5 Mơ hình dao động
Trong thực tế, khi vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết, máy kéo bị
nhiều dao động tác động, trong đó phải tính đến dao động khi trọng tâm có
thể lắc ngang: y0 = (h0 + z0).sin, Vì vậy khi tính tốn trên mơ hình dao động
phải tính đến lắc ngang của trọng tâm máy kéo, (Hình 1.6)


20

Z0
Z2

Z1
y0

h0+Z0

k2

c2

k1

c1

h2

2d

h1

Hình 1.6 Mơ hình dao động có tính đến lắc ngang của trọng tâm
Nhận xét: Dao động của máy kéo bánh nói chung đã được nghiên cứu khá
nhiều về cả lý thuyết và thực nghiệm nhưng dao động của máy kéo nông
nghiệp được sử dụng để kéo gỗ theo phương pháp kéo nửa lết cịn ít được
nghiên cứu đặc biệt là nghiên cứu về dao động theo phương ngang của máy
kéo khi kéo gỗ theo phương pháp kéo nửa lết chưa được đề cập đến.
Khi sử dụng, cải tiến máy kéo nơng nghiệp vào cơng việc vận xuất gỗ
thì ngồi lực tác dụng từ mấp mơ đường vận xuất cịn có lực tác động từ phía
bó gỗ tác động lên máy kéo làm ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc
của máy, khơng an tồn cho người và thiết bị. Vì vậy nghiên cứu ảnh hưởng
của dao động ngang của máy kéo Shibaura-3000A tới khả năng ổn định trên
đường vận xuất là hết sức cần thiết
Đây là những vấn đề đề tài sẽ đề cập đến nhằm bổ sung thêm vào lý
thuyết ổn định của máy kéo khi làm việc.


21

Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ngang của máy kéo đến khả năng
ổn định khi làm việc trên đường vận xuất từ đó xác định được một số thơng số
cơ bản để từ đó làm cơ sở chọn chế độ sử dụng hợp lý máy kéo nông nghiệp

phục vụ sản xuất lâm nghiệp.
Xác lập chế độ làm việc của máy kéo khi bị kích động bởi dao động
theo phương ngang, từ đó xác lập chế độ làm việc tối ưu của máy kéo khi làm
việc trên đường vận xuất trong trường hợp kéo nửa lết, một trong những
phương pháp hết sức phổ biến trong vận xuất gỗ.
2.2 Đối tượng nghiên cứu
Trên cơ sở là các máy kéo nông nghiệp 4 bánh cỡ nhỏ đang được sử
dụng rộng rãi trong sản xuất, tôi chọn máy kéo nơng nghiệp Sibaura-300A có
lắp đặt thiết bị tời cáp vận xuất gỗ để nghiên cứu.
Qua nghiên cứu và khảo nghiệm thực tế về các loại máy kéo đang được
sử dụng tại nước ta thì máy kéo SHIBAURA-3000A là loại máy có chi phí
thấp cả về đầu tư và chi phí nhiên liệu, lại có kết cấu phù hợp cho việc nghiên
cứu ứng dụng vận xuất gỗ lâm nghiệp.
Dựa vào Catalo của máy kéo SHIBAURA-300A ta có bảng thơng số sau:
Thơng số

Giá trị

Đơn vị

Cầu trước
Mã hiệu lốp

8-16

Đường kính bánh xe( D1)

1227

mm

Bề rộng bánh xe( b1)

325

Mm

Áp suất khơng khí( p1)

1-3,5

kG/cm2

Ghi chú


22

Độ chụm các bánh trước( A-B)

22

mm

Khoảng cách vết( B1)

1200

mm

Khoảng sáng cầu trước( h1)

330

mm

(1245-1223)mm

Cầu sau
Mã hiệu lốp

11-28

Đường kính bánh xe( D2)

750

mm

Bề rộng bánh xe( b2)

220

Mm

Áp suất khơng khí( p2)

1,6-3,5

kG/cm2

Khoảng cách vết( B2)

1200

mm

Khoảng sáng cầu trước( h2)

393

mm

Chiều dài cơ sở( L)

1815

mm

Trọng lượng( G)

1477

Kg

Chưa có người lái

- Trên cầu trước( G1)

650

Kg

Z1 = 6.380 N

- Trên cầu sau( G2)

827

Kg

Z2 = 8112 N

- Dọc ( x )

799,04

mm

Đến cầu sau

- Ngang ( y )

610

mm

Sang trái

- Cao ( h )

552

mm

So với mặt đất

Toạ độ trọng tâm:

Động cơ Diezel 4 kỳ 4 xilanh
Tỉ số truyền lực của hệ thống
Tầng nhanh

Số 1

Số 2

Số 3

Số 4

I

719,93

317,38

114,47

68,98

II

560,71

247,05

113,76

52,34

III

458,43

200,96

91,83

41,36

R

617,43

265,19

112,70

56,90

Tầng chậm

Tỉ số truyền hộp giảm tốc = 7,61

Trục TCS(PTO)

4,569

3,563

2,400

Ghi chú

1,896

Bảng 2.1 Thông số máy kéo SIBAURA-3000A
Công suất động cơ: 35 Mã lực
Trục thu công suất: Được bố trí đằng sau máy, chúng có 4 tốc độ tuỳ theo tỷ
số truyền và số vòng quay của động cơ.
Cơ cấu treo: Được bố trí đằng sau máy
Hệ thống thuỷ lực: Chỉ dùng cho cơ cấu nâng hạ phía sau máy.