Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp MTZ-80 khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

HÀ VĂN LƯU

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI
NGƯỜI LÁI TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP MTZ-80
KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

HÀ VĂN LƯU

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI
NGƯỜI LÁI TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP MTZ-80
KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị cơ giới hố Nơng Lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn :
TS. Nguyễn Văn Bỉ

Hà Nội, 2010


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây cùng với sự đổi mới về cơ chế quản lý và sự
tiến bộ về kỹ thuật, ngành lâm nghiệp đã sử dụng khá nhiều loại ơtơ, máy kéo
vào việc cơ giới hố trong sản xuất lâm nghiệp.
Việc sử dụng đa dạng các loại thiết bị đang làm nẩy sinh nhu cầu nghiên
cứu chế độ cơng nghệ hợp lý để chúng có thể phát huy được tác dụng, đồng
thời đảm bảo được yêu cầu an toàn cho thiết bị và người lái. Các chế độ sử
dụng hợp lý chỉ có thể có sau khi xây dựng được những mơ hình tính tốn
chính xác, hợp lý. Vì vậy việc lập các mơ hình tính tốn cho mỗi loại liên hợp
máy và khảo sát chúng tương ứng với các khâu trong cơng nghệ sản xuất có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn rất thiết thực; là cơ sở cho thiết kế, cải tiến và sử
dụng hợp lý thiết bị trong những điều kiện nhất định.
Hiện nay để góp phần cơng nghiệp hố và hiện đại hố nông thôn, ngành
lâm nghiệp nước ta đang chủ trương đẩy nhanh tiến độ áp dụng cơ giới hoá
đưa tiến bộ khoa học kỹ thuật vào các khâu cơng việc nói chung và đặc biệt là
sử dụng máy kéo chuyên dùng hoặc máy kéo nông nghiệp sau khi nghiên cứu
thiết kế, cải tiến, chế tạo phục vụ cho các khâu công việc trong sản xuất nông
lâm nghiệp.
Để đáp ứng nhu cầu sản xuất, một số loại máy kéo công suất vừa và nhỏ
nhập khẩu vào nước ta đang được sử dụng khá phổ biến trong sản xuất nơng,

lâm nghiệp; trong đó có loại máy kéo MTZ-80.
Do đặc điểm của đường vận xuất và vận chuyển lâm sản có địa hình
phức tạp, mặt đường chất lượng thấp, có độ mấp mơ lớn. Nên khi máy kéo di
chuyển sẽ chịu lực kích động mặt đường ảnh hưởng đến nhiều chỉ tiêu động
lực học như 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.


2

Để nâng cao khả năng phục vụ của loại máy kéo nông nghiệp MTZ - 80
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. Tác giả thực hiện đề tài:
"Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông
nghiệp MTZ - 80 khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp”


3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Khái quát về hình thức và thiết bị vận xuất, vận chuyển gỗ
Hiện nay ở nước ta công nghệ vận xuất gỗ thường được sử dụng các
loại hình như: Vận xuất bằng súc 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 vận xuất gỗ có 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 nơng nghiệp có lắp thêm các thiết bị
chuyên dùng để vận xuất gỗ và vận chuyển gỗ.
Khi 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 triển
họ đã chế tạo và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo chuyên 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 hơn so với máy kéo bánh
xích [21], [26], [32].


4

Máy kéo bánh bơm trong vận xuất gỗ được chia làm 2 loại: Máy kéo
bánh bơm chuyên dùng và máy kéo bánh bơm nơng nghiệp có lắp thêm các
thiết bị chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ. Đặc điểm của máy kéo bánh
bơm chun dùng là có cơng suất lớn, kết cấu gọn, độ bền cao, làm việc linh
hoạt và cho năng suất rất cao. Tuy nhiên, loại này thường đắt tiền và chỉ phù
hợp với quy mô sản xuất lớn, trình độ cơ giới cao, cơ sở hạ tầng và dịch vụ kỹ
thuật tốt.
Bên cạnh loại máy kéo chuyên dùng, các nước còn sử dụng loại máy

kéo bánh bơm nông 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 cơng ăn, việc làm, tăng thu nhập cho người lao động [40].
Do đặc điểm đường, địa hình và loại hàng vận chuyển là gỗ và các lâm
sản khác, điều kiện làm việc của thiết bị trong vùng đồi núi, có thể có nhiều
cơng trình tạm thời như đập tràn, cầu vượt, cống, khe suối cạn, các loại vật
cản…. địi hỏi ơ tơ-máy kéo phải có tính ổn định và phải có tính năng an tồn
cao khi chuyển động, có khả năng kéo bám tốt, chuyển động thuận lợi, an
toàn.
Trước tác động của cơ chế kinh tế nhiều thành phần, do việc giao đất
khoán rừng cho các tổ chức tập thể, các hộ nông dân sử dụng lâu dài trên các
địa bàn trung du, miền núi các trang trại sản xuất nông lâm nghiệp xuất hiện;
kinh tế trang trại và các sản phẩm từ trang trại cũng đang là thị trường hấp
dẫn cho các dịch vụ cơ khí lâm nghiệp, đặc biệt là cơng tác vận chuyển. Nhiều
cơng ty, lâm trường, hộ gia đình, các chủ trang trại đã mua máy kéo để thực
hiện các dịch vụ trên. Nhìn chung các loại máy kéo nơng nghiệp này về đặc
tính sử dụng và kết cấu chưa được khai thác triệt để, nhiều chỉ tiêu chưa được
làm rõ dẫn đến sử dụng còn nhiều hạn chế, kém hiệu quả và đặc biệt là chưa
đảm bảo an toàn lao động cho người và liên hợp máy. Việc nghiên cứu cải tiến


5

để sử dụng hợp lý các loại máy kéo này trong sản xuất nông lâm nghiệp là rất
cần thiết.
Trong khi chúng ta chưa đủ khả năng để trang bị nhập các máy chuyên
dùng, việc nghiên cứu cải tiến để nâng cao tính năng kỹ thuật của máy kéo,
các bộ phận làm việc lắp trên máy kéo, các thông số kết cấu cho phù hợp với
điều kiện sử dụng trong lâm nghiệp sẽ có ý nghĩa khơng nhỏ cho sản xuất lâm

nghiệp tại những nơi đang dùng máy kéo bánh hơi nơng nghiệp phổ biến hiện
nay.
1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy kéo trong lâm nghiệp 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 [21], [26].
Ở Phần Lan, việc sử dụng máy kéo nông nghiệp cho cơng tác trồng,
chăm sóc rừng, vận xuất, vận chuyển 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.
Từ 1957, Liên Xô 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 [21], [26]. 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 [21], [26].


6

Trong khi máy kéo nông nghiệp được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi
trong lâm nghiệp ở các nước công nghiệp phát triển thì hầu hết các nước đang
phát triển lĩnh vực này cịn 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 cơng 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 [41]. 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 nông nghiệp có trang bị tời, rơ moóc cũng phù hợp và mang lại
hiệu quả kinh tế cao [32].
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 cho
thấy máy kéo nông 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 [43].
1.3. Nghiên cứu và sử dụng máy kéo trong lâm nghiệp ở Việt Nam
Từ những năm 1960 cho đến những năm 1980 đã nhập và đưa vào sử
dụng một loạt máy kéo do các nước Xã hội chủ nghĩa chế tạo, phục vụ cho sản
xuất nông lâm nghiệp: máy kéo TDT 40, TDT 55, DT 75, C 100, TT 4, LKT
80, LKT 120. Năm 1970 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. Sau giải phóng các lâm trường, xí nghiệp ở phía
Nam sử dụng phổ biến xe REO 7. Các loại máy này phần nào đã đáp ứng được
yêu cầu của sản xuất lâm nghiệp với quy mô sản xuất lúc bấy giờ.


7

Ở Việt nam đã nhập khẩu và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo,
trong đó có máy kéo nông nghiệp. Để phù hợp với điều kiện sản xuất lâm
nghiệp, các máy kéo này đã và đang được nghiên cứu, thiết kế cải tiến. Dưới
đây chúng tôi đưa ra một số cơng trình nghiên cứu đã được cơng bố:

+ 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.
+ 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 cơng
suất và rơ mc 1 trục lắp sau máy kéo Zeto để bốc gỗ và vận xuất gỗ [11].
+ Năm 1994 PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu và một số cán bộ giảng dạy
trường Đại học Lâm nghiệp đã thực hiện đề tài nghiên cứu : “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” có mã số KN 03 – 04 [39].
+ Năm 1997 nhóm cán bộ giảng dạy Bộ mơn 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], [17] đã nghiên cứu về
khả năng kéo, bám của máy kéo DFH – 180, khả năng ổn định của máy kéo


8

Shibaura 3000A 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 cơng suất nhỏ khi vận xuất

gỗ theo công nghệ vận xuất gỗ dài.
Các cơng trình trên chủ yếu tiến hành các nội dung:
- Nghiên cứu thiết kế, cải tiến, chế tạo lắp đặt một số thiết bị nhằm nâng
cao khả năng làm việc của máy kéo.
- Nghiên cứu về ổn định của liên hợp máy trong điều kiện làm việc mới
nhằm xác lập chế độ sử dụng hợp lý cho liên hợp máy.
Các kết quả nghiên cứu đưa máy kéo nông nghiệp bánh hơi vào sản xuất
lâm nghiệp còn khiêm tốn và chưa đạt hiệu quả cao. Tuy nhiên các kết quả
này đã góp phần khơng nhỏ trong cơng tác đào tạo, nghiên cứu khoa học và
thiết thực trong sản xuất.
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. Do vậy
ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọng của liên hợp máy như:
Độ êm dịu, tính 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 [44] 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


9

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 mơ 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.
+ Cơng trình của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang [24], 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 nhiều đến người điều
khiển và phương tiện, theo phương ngang, theo phương dọc ảnh hưởng không
đáng kể [49], [50] . 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 cho người lái. Tác giả cũng đưa ra
sơ đồ tính tốn hệ thống treo cho ghế ngồi với dạng kích động động lực và cho
rằng khi tính tốn, thiết kế hệ 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.


10

+ Trong cơng trình nghiên cứu [36], 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 xóc 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 công trình nghiên cứu, thiết kế ghế giảm rung [5], [38], đã dựa trên cơ sở
các số liệu về dao động của con người, chọn sơ bộ các thông số chủ yếu: Khối
lượng người - ghế, độ cứng lò xo, hệ số cản nhớt và tính tốn theo điều kiện
cho phép về biên độ dịch chuyển.
+ Tác giả Nguyễn Văn Vệ trong cơng trình [40] đã nghiên cứu dao động
thẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ và giải pháp
giảm xóc cho người lái.
+ Tác giả Nơng Văn Vìn và các cộng sự trong cơng trình [8] đã nghiên
cứu thiết kế, chế tạo ghế ngồi cân bằng, loại ghế này có khả năng tự lựa khi
LHM di chuyển trên đường có độ dốc ngang, tạo sự thoải mái và luôn giữ tư
thế thẳng đứng 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 cơng suất thiết kế.
Cơng trình nghiên cứu [44] cho thấy: 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


11

điều khiển và cao hơn mức cho phép. Người điều khiển máy không thể sử
dụng được tối đa tốc độ của máy trong miền giới hạn của nó, nghĩa là không
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.
Tác động của dao động đến 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 [44] 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 [44].
Ở Việt Nam qua một số nghiên cứu cho thấy đối với các máy nhập từ
nước ngồi, hệ thống giảm xóc cho ghế đã được tính tốn từ khi thiết kế, tuy
nhiên các thơng 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

12

thực tế bị thay đổi, khơng cịn phù hợp và đáp ứng được yêu cầu đối với người
Việt Nam [5], [38]. 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.
Các tác giả Triệu Quốc Lộc [28]; Nguyễn Văn Khang, Đỗ Sanh [25] đã
nghiên cứu về dao động trong bảo hộ lao động. Cơng trình của Đỗ Sanh,
Nguyễn Văn Khang [7] về ngăn chặn rung động trên đường lan truyền đối với
công nhân lái máy kéo và công nhân của các gian chế biến lâm sản đã được
cơng bố.
Các cơng trình nghiên cứu về chống rung được nghiên cứu khá đầy đủ:
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 A)
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 [40], 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).
Hiện nay các cơng trình nghiên cứu về động lực học ô tô, máy kéo; thiết
kế cải tiến 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 MTZ - 80 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 MTZ - 80 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 nơng nghiệp MTZ - 80 có
rơmc khi di chuyển trên đường vận xuất.
- 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 hồn 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 nơng nghiệp MTZ - 80 có
rơmc di chuyển trên đường vận xuất. Chúng tôi lựa chọn loại đường vận
xuất có dạng mấp mơ điều hồ với chiều cao mấp mơ trung bình h0 = 0,1 m và
bước sóng trung bình S0 = 1,6 m.
2.3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu kế thừa mơ hình tính tốn và PTVP dao động của liên hợp
máy kéo nơng nghiệp [17] có rơmc chở gỗ lâm nghiệp có tính đến ảnh

14

hưởng của sự mấp mô mặt đường cho đối tượng MTZ 80 và rơ moóc một
trục.
- Giải hệ PTVP dao động của LHM theo trọng tâm của LHM và điểm
đặt ghế ngồi.
- Khảo sát các yếu tố động học: dao động trọng tâm máy kéo, dao động
của điểm đặt ghế ngồi, dao động của vận tốc và gia tốc ghế ngồi; xây dựng và
vẽ các đồ thị tương ứng.
- Xác định các giá trị Zmax,Zghemax,Z’ghemax, Z’’ghemax làm cơ sở đánh giá
ảnh hưởng của dao động đó đến người lái và đề xuất phương án thiết kế, cải
tiến ghế ngồi (xác định các thơng số của hệ giảm xóc lắp cho ghế).
- Xây dựng mơ hình và PTVP dao động của ghế ngồi người lái.
- Xác định các thông số của hệ giảm xóc
2.4. Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng kết quả nghiên cứu về dao động của liên hợp máy gồm máy
kéo nơng nghiệp và rơmc chở gỗ có tính đến ảnh hưởng của sự mấp mô mặt
đường lâm nghiệp của tác giả Phạm Minh Đức [17].
- Sử dụng phần mềm tốn học Mathematica 5.1 để giải hệ phương trình
vi phân dao động của liên hợp máy.
- Sử dụng phương pháp cơ học giải tích để xây dựng mơ hình ghế ngồi
và phương trình vi phân dao động của ghế.
- Dùng tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5126 - 90 "Rung giá trị cho phép tại
chỗ làm việc" lầm cơ sở tính tốn, thiết kế ghế ngồi thơng qua độ cứng của lò
xo.


15

Chương 3

KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA MÁY KÉO MTZ-80 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
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 mơ 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
Nghiên cứu dao động của ôtô, máy kéo bánh hơi đã được nhiều tác giả
quan tâm và có rất nhiều kết quả nghiên cứu ở hầu hết các dạng dao động,
trong số đó dao động thẳng đứng giữa khung xe với mặt đường là chủ yếu.
Kết quả nghiên cứu dao động của liên hợp máy gồm máy kéo bánh hơi
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 tính tốn dao
động của hệ như hình 3.1. Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là LHM gồm
máy kéo MTZ-80 và rơmc một trục chở gỗ có mơ hình tính tốn tương tự;
Sơ đồ tính tốn dao động của LHM như hình 3.1.
Trên hình 3.1:
m1 + m2 = mmk,
m1: khối lượng của cầu trước (gồm cả trục và các bánh xe);
m2: khối lượng của thân máy kéo; m3: khối lượng của rơmoóc có gỗ;


16

2

4
3

1

Hình 3.1a: Mơ hình máy kéo và rơ mc một trục chở gỗ

1. Cầu trước máy kéo; 2. Thân và cầu sau máy kéo
3.Khớp nối mc;

4.Rơ mc

Hình 3.1b. Sơ đồ tính tốn dao động của LHM
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, α2 , α3 , β1, β2 , β3 : chuyển vị góc của 3 phần quanh các trục (x) và (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 trục rơmoóc;


17

q1, q2, q5: độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe trước sau,
bánh xe sau và bánh xe rơmoóc;
1, 1, 1 : độ chênh mấp mơ mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe bên phải

và trái của các cặp tương ứng;

Jix, Jiy: mơ men qn tính của các phần trong hệ đối với các trục x, y;
li (i =1, 2, 3, 4, 5): khoảng cách theo các phương ngang giữa các điểm;
d, dM: khoảng các giữa bánh xe trái và phải của máy kéo và của rơmc.
+ Thơng số của LHM: các thơng số của LHM gồm máy kéo MTZ-80
và rơmc chở gỗ được thống kê trong các bảng (3.1):
Bảng 3.1 : Các thơng số chính của máy kéo MTZ-80

TT

Các thơng số

Đơn vị

Giá trị

--Kw
v/ph
v/ph
lít

D.240
60-64
2000
1000
Điêzen

mm
mm
mm
mm

mm
mm
mm
m
kg
kg
kg

3815
1970
2485
2370
1200-1800
1300-1800
650
3,6
3200
3350
44/88

Động cơ
1
2
3
4
5

Loại động cơ
Cơng suất
Số vịng quay danh nghĩa

Số vịng quay khi mơmen cực đại
Nhiên liệu
Máykéo

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Chiều dài
Chiều rộng
Chiều cao
Tâm 2 bánh
Bề rộng cơ sở:- cầu trước
- cầu sau
Chiều cao gầm
Bán kính quay vịng tới thiểu
Trọng lượng: - cấu tạo
- Sử dụng
Trọng lượng phụ (trước & sau)
Tọa độ trọng tâm:


18

16
17

18
19
20
21
22
23

-Dọc (so với cầu sau & cầu trước)
-Ngang (lệch trái)
- cao
Bánh lốp trước:- số hiệu
-Tải trọng cho phép
Bánh lốp sau: - số hiệu
-Tải trọng cho phép

mm
mm
mm
7.5-20
N
15,0-30
N

87/150
20
783

-9900
-20500

mm
mm
mm
mm
kg

3060
1780
1320
90
1200/3200

mm
mm

200
350

Rơ mooc 1 trục chở gỗ
Chiều dài thùng moóc (L0)
Chiều rộng (B)
Chiều cao (hm)
Chiều dài đoạn nối mc
Trọng lượng (m3) khơng tải & tải 2t
Trọng tâm:
- Dọc, cách trục bánh mooc (xg)
- Đứng, (hg)

+ Tham số động lực học của LHM
Việc xác định các tham số động lực học của LHM tiÕn hµnh b»ng thùc
nghiƯm trực tiếp trên máy kéo và rơmoóc [17] hoặc tra bảng tõ kết quả
nghiên cứu đã được công bố. Kết quả cụ thể được trình bày trong bảng 3.2, 3.3
Mơ men quán tính (MMQT) đối với các trục OXYZ
Bảng 3.2: Mơ men qn tính đối với các trục của LHM

MTZ-80

Rơmc 1 trục

3590

1245

84

--

Jx ( kgm2)

660

218

Jy (kgm2)

1973

1040

Jz (kgm2)

3232

1050

MMQT
m (kg)
Jix (kgm2)
(cầu trước m/k)

Ghi chú


19

Độ cứng các bánh lốp.
Theo số liệu khảo sát độ cứng của một số loại bánh lốp của (Nga) trong
tài liệu [46], [47] cho máy kéo MTZ-80, và kết quả nghiên cứu thực nghiệm
về moóc [17]:
Bảng 3.3: Hệ số độ cứng của các bánh lốp máy kéo MTZ-80 và rơ mooc

Đặc trưng

Bánh lốp

Bánh lốp

Bánh lốp

trước

sau

romooc

Mã hiệu

7.5-20

15.0-30

900-20

cz, (kN/m)

230

250

318

kz, (kNs/m)

1,850

2,00

1,47

cy , (kN/m)

225

140

186

Ghi chú
Một lốp

(Nguồn từ [17], [46], [48], [49])
3.2. Phương trình vi phân dao động của liên hiệp máy
Việc lập phương trình vi phân dao động của hệ được nghiên cứu sinh
Phạm Minh Đức áp dụng theo phương trình Lagranger loại II. Sau khi thiết lập
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;
+ α2 , α3 - góc lệch của khung máy kéo và rơmoóc đối với trục ngang Oy
(lắc dọc α2);
+ β1, β2 , β3 - góc lệch của cặp bánh trước, khung máy kéo và rơmoóc đối
với trục Ox (lắc ngang β2).


20



















A1z Z  A2z  2  A3z  3  2D1 Z  D7  2  D8  3  2B1z Z  B7z  2  B8z  3  B9z  D9










A2z Z  A5z 2  A4z 3  D7 Z2  2D2 2  D12 3  B7z Z  2B2z 2  B12z 3  B10z  D10








A3z Z -A4z 2  A6z 3  D8z Z  D12 2  2D3 3  B8z Z -B12z 2  2B3z 3  B11z  D11












A7z 1  2D4 1  2B4z1  B13z  D13

(3.1)

A8z 2  2D5 2  2B5z2  B14z  D14
A9z 3  2D6 3  2B6z3  B15z  D15

Các hệ số trong hệ PT (3.1) được tính theo các thông số kỹ thuật của
LHM như bảng 3.4 sau:
Bảng 3.4: Biểu thức các hệ số trong PTVP (3.1)

A1= m1+m2+m3 ;

B1=c1z+c2z+c3z ;

D1=k1z+k2z+k3z ;

A2= m1l1-m3(l2+l3)

B2=c1zl12+c2zl22 +c3z(l2+l3)2

D2=k1zl12+k2zl22 +k3z(l2+l3)2

A3= m3l4

B3= c3z(l4+l5)2

D3= k3z(l4+l5)2

A4= m3 l4 (l2+l3)

B4= c1z d 2

D4= k1z d 2

4

4

B5= c2z d 2

D5= k2z d 2

4

4

A5=m1l12
+m3(l2+l3)2 +J2y
A6=m3l42 +J3y

B6= c3z d M

2

D6= k3z d M

4

4

2

A7= J1x

B7=2[c1zl1-c2zl2 -c3z(l2+l3)]

D7=2[c1zl1-c2zl2 -c3z(l2+l3)]

A8= J2x

B8=2[c3z(l4+l5)]

D8=2[c3z(l4+l5)]

A9= J3x

B9=2(c1zq1+c2zq2+c3zq3)+

D9  2  k1z q1  k2 z q2  k3 z q3  

+c1zΔ1+c2zΔ2+c3zΔ3

k1z 1  k2 z 2  k3 z 3

B10=2[c1zl1q1-c2zl2q2c3z(l2+l3)q3]+c1zl1Δ1-c2z l2 Δ2

D10  2k1z l1q1  k2 z l2 q2  k3z (l2  l3 )q3 
 k1z l1 1  k2 z l 2  k3z (l2  l3 ) 3

- c3z(l2+l3)Δ3
B11=c3z(l4+l5).(2q3+ Δ3).

D11  k3z (l4  l5 )(2q3  3 )


21

B12= 2(l2+l3).(l4+l5).c3z

D12=2(l2+l3).(l4+l5).k3z

B13= c1z d 1

D13  k1z

d 
1
2

B14= c2z d  2

D14  k2 z

d 
2
2

B15= c3z d M  5

D15  k3z

dM 
3
2

2

2

2

3.3. Khảo sát các dao động của liên hiệp máy
3.3.1. Dạng mặt đường và một số trường hợp khảo sát
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 của mấp mơ
mặt đường.
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 A.
Trong đó để khảo sát tính êm dịu của LHM chúng tơi xét trạng thái
chuyển động trên những đường có mấp mơ dạng hình sin [14 ]:

q  h0 sin

2 .s
2 .v
 h0 sin
t  h0 sin t ,
s0
s0

(3.3)

ở đây: h0, s0 - biên độ và chiều dài bước sóng mặt đường (m);
s – chiều dài đoạn đường cần xét. Khi xe chuyển động với vận tốc v =
const thì s = v.t ;
Ω- tần số của sóng mặt đường (rad/s): Ω= 2πv/s0.
Để khảo sát tính êm dịu của LHM khi di chuyển trên đường vận chuyển

lâm nghiệp ta xét hai trường hợp thường gặp:


22

- Khi LHM chuyển động trên những đoạn đường có độ mấp mô bên trái
và bên phải mỗi cặp bánh lệch nhau một góc là π (rad), hay một nửa chu kỷ
bước song mặt đường;
- Khi LHM chuyển động trên những đoạn đường có độ mấp mơ bên trái
và bên phải mỗi cặp bánh như nhau, hay đồng pha.
3.3.1.1 Khảo sát trường hợp 1:Điểm tiếp xúc của bánh xe bên phải và
bên trái mỗi cặp bánh lệch nhau 1/2 chu kỳ bước sóng mặt đường,
Khi đó: qitr= h0sin Ωt , thì qiph= h0sin(Ωt+π)= - h0sin Ωt,
và Δi = - 2 h0sin Ωt. (i = 1, 2, 3).
Theo các thông số của máy kéo John Deere 5310 và rơ mooc chở gỗ
(bảng 3.1) ta có:

q1  h0 sin t  1  2h0 sin t

q2  h0 sin(t  2 )  2  2h0 sin(t  2 )

(3.4a)

q3  h0 sin(t  3 )  3  2h0 sin(t  3 )
Trong đó : 2 

l l l l l
l1  l2
; 3  1 2 3 4 5
v

v

Với LHM đang xét có: l1=1.5; l2=0.87; l3=0.7; l4 =2.39; l5=0.7 (m), được khảo
sát ở hai trạng thái chuyển động:
+ Khi LHM chuyển động với vận tốc v = 10 km/h = 2,778 m/s, và s0=1,6m.
+ Khi LHM chuyển động với vận tốc v = 20 km/h = 5,556 m/s, và s0=1,6m.
3.3.1.2 Khảo sát trường hợp 2:Điểm tiếp xúc của bánh xe bên phải và
bên trái mỗi cặp bánh không lệch pha nhau.
Khi đó: qitr= qiph = h0sin Ωt , và Δi = 0. (i = 1, 2, 3).

q1  h0 sin t  2  0
q2  h0 sin(t  2 )  2  0

(3.4b)

q3  h0 sin(t  3 )  3  0
3.3.2. Giải hệ phương trình vi phân
Việc giải hệ PTVP (3-1) được nhập số liệu và giải trên phần mềm
toán học Mathematica.


23

3.3.2.1 Khảo sát trường hợp 1:
Điểm tiếp xúc của bánh xe bên phải và bên trái mỗi cặp bánh lệch nhau
1/2 chu kỳ bước sóng mặt đường.
Chương trình tính tốn và thuật giải được thể hiện trong phụ lục B1. Kết
quả như sau:
a - Với vận tốc v = 10 km/h:
- Đồ thị dao động theo phương thẳng đứng (Z) của trọng tâm khung máy

kéo là:
Do thi z voi h=0.1,v=10,anpha=0,m=1245
1
0.5
2

4

6

8

10

-0.5
-1

Hình 3.2. Dao động theo phương thẳng đứng ( Z) của trọng tâm
máy kéo khi lệch pha với v =10 km/h, m3= 1245kg.

- Đồ thị dao động của khung máy kéo quanh trục ngang (góc  2 ) là:
Do thi anpha2 voi h=0.1,v=10,anpha=0,m=1245
1
0.5
2

4

6

8

10

-0.5
-1

Hình 3.3. Dao động của khung máy kéo quanh trục ngang (α2 ) khi lệch pha
với v =10 km/h, m3= 1245kg..