Luận văn nghiên cứu điều khiển hệ thống đệm cách dao động cabin máy xây dựng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.59 MB, 89 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP
ĐỒN THANH BÌNH
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG ĐỆM CÁCH DAO ĐỘNG CABIN MÁY XÂY DỰNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Thái Nguyên - 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP
ĐỒN THANH BÌNH
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG ĐỆM CÁCH DAO ĐỘNG CABIN MÁY XÂY DỰNG
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 8520116
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
KHOA CHUYÊN MÔN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TRƯỞNG KHOA
PGS.TS. Lê Văn Quỳnh
PHÒNG ĐÀO TẠO
Thái Nguyên – 2020
i
LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên:
Đồn Thanh Bình
Học viên: Lớp cao học K20- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-Đại học
Thái Nguyên.
Nơi công tác: Cao đẳng nghề số 1 Bộ Quốc phòng (cơ quan trước đây)
Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu điều khiển hệ thống đệm cách dao
động cabin máy xây dựng.
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 8520116
Sau hơn hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa
chọn thực hiện đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu điều khiển hệ thống đệm cách
dao động cabin máy xây dựng. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của
thầy giáo PGS.TS. Lê Văn Quỳnh và sự nổ lực của bản thân, đề tài đã được
hoàn thành đáp được nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực.
Em xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số
liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong
bất kỳ một cơng trình nào khác trừ cơng bố của chính tác giả.
Thái Ngun, ngày….. tháng….. năm 2020
HỌC VIÊN
Đồn Thanh Bình
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã tiếp
nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý thầy cô
trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể giảng viên Nhà
trường, khoa Kỹ thuật Ơ tơ & MĐL, q thầy cơ giáo trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình và các đồng nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trường, Tổ đào tạo Sau
đại học -Phịng đào tạo, q thầy cơ giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hướng
dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS. Lê Văn Quỳnh
và tập thể cán bộ giáo viên khoa Kỹ thuật Ơ tơ & MĐL, hội đồng bảo vệ đề
cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch và nội
dung đề ra.
Trong quá trình, thời gian thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng song do
kiến thức và kinh nghiệm chun mơn cịn hạn chế nên luận văn khơng tránh
khỏi sai sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cơ và các bạn
đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn được hồn thiện
hơn.
Xin chân thành cảm ơn !
HỌC VIÊN
Đồn Thanh Bình
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................ vii
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................... ix
LỜI NĨI ĐẦU ................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .......................... 4
1.1. Tình hình phát triển máy xây dựng tại thị trường Việt Nam ..................... 4
1.2. Phân tích dao động của máy xây dựng ...................................................... 7
1.3. Đệm cách dao động cabin máy xây dựng .................................................. 8
1.3.1. Đệm cách dao động cao su ................................................................ 9
1.3.2. Đệm cách dao động cao su và thủy lực ............................................. 9
1.3.3. Đệm cách dao động bán chủ động ................................................... 11
1.3.4. Đệm cách dao động chủ động.......................................................... 12
1.4. Đệm cách dao động máy xây dựng .......................................................... 13
1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngồi ..................................... 14
1.5.1. Đối với nhà nghiên cứu Việt Nam ................................................... 14
1.5.2. Đối với nhà nghiên cứu trên thế giới ............................................... 16
1.6. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu[11, 12] ................................................. 17
1.6.1. Tần số và gia tốc dao động .............................................................. 18
1.6.2.Chỉ tiêu về độ êm dịu được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI ..................... 18
1.6.3. Đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn ISO ......................................... 22
1.7. Mục tiêu, ý nghĩa, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu ....... 24
1.8. Kết luận chương 1 .................................................................................... 25
iv
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
CHO CABIN XE LU RUNG BÁNH KÉP .................................................. 26
2.1. Mơ hình dao động tương đương của xe lu rung bánh kép ....................... 26
2.1.1. Các giả thiết tương đương ............................................................... 26
2.1.2. Mơ hình dao động tương đương ...................................................... 27
2.1.3. Thiết lập phương trình vi phân miêu tả dao động xe lu rung .......... 28
2.1.4. Kích thích mặt đường trường hợp xe di chuyển đến công trường .. 36
2.2. Cơ sở về điều khiển tự động .................................................................... 40
2.3. Các phương pháp điều khiển hệ thống treo hoặc hệ thống đệm cách dao
động ................................................................................................................. 43
2.3.1. Phân tích các bộ điều khiển cổ điển ................................................ 44
2.3.2 Điều khiển thông minh và điều khiển tối ưu .................................... 49
2.4. Xây dựng bộ điều khiển mờ ..................................................................... 55
2.4.1. Kết cấu đệm cách dao động bán chủ động ...................................... 55
2.4.2.Biến vào bao gồm: ............................................................................ 56
2.4.3. Xác định tập mờ ............................................................................... 56
2.4.4.Tập luật điều khiển: .......................................................................... 58
2.4.5.Chọn thiết bị hợp thành: ................................................................... 59
2.5. Kết luận .................................................................................................... 60
CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA HỆ
THỐNG ĐỆM CÁCH DAO ĐỘNG CABIN BÁN CHỦ ĐỘNG ............. 61
3.1. Mô phỏng ................................................................................................. 61
3.1.1. Thông số mô phỏng ......................................................................... 61
3.1.2. Mô phỏng ......................................................................................... 62
3.2.3. Phân tích kết quả mơ phỏng ............................................................ 63
3.2. Phân tích đánh giá hiệu quả đệm cách dao động bán tích cực................. 67
3.2.1. Điều kiện 1: Xe di chuyển đến công trường làm việc ..................... 68
3.2.2. Điều kiện 2: Xe hoạt động trên công trường ................................... 70
v
3.4. Kết luận .................................................................................................... 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 74
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 77
KHỐI CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG 77
vi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Ký
hiệu
Đơn vị
ms
kg
Khối lượng ghế
mc
kg
Khối lượng của cabin
mb
kg
Khối lượng thân xe
md1,2
kg
Khối lượng bánh lu phía trước và phía sau
z
m
Các chuyển vị theo phương đứng
ks
N/m
Độ cứng hệ thống treo ghế ngồi người điều khiển
kcr
N/m
Độ cứng đệm cách dao động sau của cabin
kcf
N/m
Độ cứng đệm cách dao động trước của cabin
kd1,2
N/m
Độ cứng của hệ thống cách dao động bánh lu trước và
sau
cs
N.s/m
Hệ số cản hệ thống treo ghế ngồi người điều khiển
ccr
N.s/m
Hệ số cản đệm cách dao động sau của cabin
ccf
N.s/m
Hệ số cản đệm cách dao động trước của cabin
cd1,2
N.s/m
Hệ số cản của hệ thống cách dao động bánh lu
Fqt
N
Véc tơ lực quán tính tác dụng lên vật
F
N
Véc tơ lực ngoại lực
Ft
N
Tải trọng tĩnh tác dụng lên bánh xe
Hz
Tần số sóng mặt đường
S
m
Chiều dài sóng mặt đường
v
m/s
Giải nghĩa
Vận tốc xe
n
Chu kỳ/m Tấn số sóng mặt đường
n0
Chu kỳ/m Tần số mẫu
Sq(n)
m3 /chu kỳ
Rad
Mật độ phổ chiều cao mấp mô mặt đường
Hệ số tần số được miêu tả tần số mật độ phổ của mặt
đường
vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cabin và người điều khiển xe cơng trình .......................................... 7
Hình 1.2. Các vị trí tiếp xúc dao động của người điều khiển ........................... 8
Hình 1.3. Lịch sử phát triển hệ thống đệm cách dao động của động cơ ........... 8
Hình 1.4. Kết cấu đệm cao su cabin máy cơng trình ........................................ 9
Hình 1.5. Đệm cách dao động cao su thủy lực cabin ...................................... 10
Hình 1.6. Đệm cách dao động cao su, lò xo vàthủy lực cabin ........................ 10
Hình 1.7. Đệm cách dao động bán chủ động MR của cabin........................... 11
Hình 1.8. Đệm cách dao động điện từ chủ động ............................................. 12
Hình 1.9. Bố trí đệm cách dao động máy múc và ủi....................................... 13
Hình 1.10. Hệ thống đệm cách dao động xe lu rung bánh kép ....................... 13
Hình 1.11. Các đường cong cảm giác như nhau ở dao động điều hịa ........... 20
Hình 1.12. Sơ đồ xác định thực nghiệm hệ số độ êm dịu K ........................... 20
Hình 2.1. Mơ hình dao động của xe lu rung bánh kép .................................... 28
Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lượng ghế ngồi người điều khiển. ...... 30
Hình 2.3. Sơ đồ lực tác dụng lên cabin ........................................................... 31
Hình 2.4. Sơ đồ lực tác dụng lên thân xe ........................................................ 32
Hình 2.5. Sơ đồ lực tác dụng lên bánh lu ........................................................ 34
Hình 2.6. Hàm điều hồ của mấp mơ .............................................................. 37
Hình 2.7. Chiều cao mấp mơ mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường có
chất lượng trung bình) ..................................................................................... 40
Hình 2.8. Chiều cao mấp mơ mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường có
chất lượng rất xấu) .......................................................................................... 40
Hình 2.9. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động điển hình ......................... 41
Hình 2.10.Các quá trình quá độ điều chỉnh của quy luật PI ........................... 47
Hình 2.11. Cấu trúc bộ điều khiển .................................................................. 48
Hình 2.12. Sơ đồ bài tốn LQR....................................................................... 50
Hình 2.13. Phép xâu chuỗi mờ có thể dùng để rút ra các định tính nếu - thì 54
Hình 2.14. Mạng nơrơn nhân tạo (Artificial Neural Networks) ..................... 54
Hình 2.15. Kết cấu đệm cách dao động thủy lực bán chủ động ..................... 55
viii
Hình 2.16. Mơ hình điều khiển hệ số cản thủy lực ......................................... 56
Hình 2.17. Mơ hình hóa hệ đệm cách thủy lực điều khiển bán chủ động ...... 56
Hình 2.18. Khai báo biến vào ra bộ điều khiển mờ trong trong Matlab ......... 58
Hình 3.1. Sơ đồ mơ phỏng tổng thể Matlab/Simulink ................................... 62
Hình 3.2. Sơ đồ bộ điều khiển Fuzzy trong Matlab/Simulink ........................ 62
Hình 3.3. Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển ... 63
Hình 3.4. Gia tốc lắc dọc của cabin ................................................................ 63
Hình 3.5. Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển ở
trường hợp 1 với kích thích tần số f1=48Hz và f2=0 Hz ................................ 64
Hình 3.6.Gia tốc lắc dọc của cabin ở trường hợp 1 với kích thích tần số f1=48Hz
và f2=0 Hz ....................................................................................................... 65
Hình 3.7. Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển ở
trường hợp 1 với kích thích tần số f1=0Hz và f2=54 Hz ................................ 65
Hình 3.8. Gia tốc lắc dọc của cabin ở trường hợp 1 với kích thích tần số f1=0Hz
và f2=54 Hz ..................................................................................................... 66
Hình 3.9. Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển ở
trường hợp 2 với kích thích tần số f1=48Hz và f2=54 Hz .............................. 67
Hình 3.10. Gia tốc lắc dọc của cabin ở trường hợp 2 với kích thích tần số
f1=48Hz và f2=54 Hz...................................................................................... 67
Hình 3.11. So sánh gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều
khiển khi xe chuyển động trên mặt đường ISO loại C với vận tốc v=15
km/h ................................................................................................................. 69
Hình 3.12. So sánh gia tốc góc lắc dọc của xe khi xe chuyển động trên mặt
đường ISO loại C với vận tốc v=15 km/h ....................................................... 69
Hình 3.13. So sánh gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều
khiển ở trường hợp 2 với kích thích tần số f1=48Hz và f2=54 Hz ................. 71
Hình 3.14. So sánh gia tốc lắc dọc của cabin ở trường hợp 2 với kích thích tần
số f1=48Hz và f2=54 Hz ................................................................................. 71
ix
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1............... 23
Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068.. 39
Bảng 3.1. Bảng thông số mô phỏng xe lu rung bánh kép ............................ 61
Bảng 3.2. Kết quả so sánh ở điều kiện đường khác nhau ............................... 68
Bảng 3.3. Kết quả so sánh dưới các tần số kích thích bánh lu khác nhau ...... 70
1
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay thị trường máy xây dựng đã và đang phát triển rất mạnh mẽ, do
các hạng mục xây dựng đô thị cũng như xậy dựng giao thông ngày một phát
triển nhanh chóng để hồn thiện cơ sở hạ tầng của mỗi quốc gia trên thế giới.
Các hãng sản xuất máy xây dựng ln hồn thiết và tối ưu thiết kế sản phẩm
của mình theo hướng nâng cao hiệu quả của cơ cấu chấp hành cũng như nâng
cao độ êm dịu hoạt động của máy.
Máy xây dựng thường xuyên làm việc trong môi trường khắc nhiệt,
nguồn dao động của máy truyền lên cabin người điều khiển từ mặt nền biến
dạng, cơ cấu chấp hành và nguồn động lực. Nâng cao hiệu quả hệ thống đệm
cách dao động cabin người điều khiển máy xây dựng, các nhà nghiên cứu và
sản xuất khơng ngừng nghiên cứu hồn thiện và tối ưu thiết kế các sản phẩm
như hệ thống đệm cao su, hệ thống đệm thủy lực, hệ thống đệm điện tử bị động,
bán chủ động và chủ động.
Máy xây dựng hầu hết không được trang bị hệ thống treo nhằm liên kết
khung xe và cầu xe, hạn chế dao động truyền cabin người điều khiển chủ yếu
là do hệ thống đệm cách cabin đảm nhiệm giảm dao động truyền tới. Nghiên
cứu đặc tính hệ thống đệm cách dao động cabin phù hợp điều kiện khai thác
của máy xây dựng có tính cấp thiết, vì nâng cao độ êm dịu hoạt động của cabin
người điều khiền nhằm nâng cao hiệu quả lao động của người điều khiển và
giảm tác động xấu đến sức khỏe người điều khiển. Chính vì vậy, em chọn đề
tài “Nghiên cứu điều khiển hệ thống đệm cách dao động cabin máy xây
dựng” làm đề tài luận văn thạc sĩ của mình dưới sự hướng dẫn khoa học
PGS.TS. Lê Văn Quỳnh.
Mục đích của đề tài
- Xây dựng được mơ hình dao động tồn xe;
- Xây dựng được bộ điều khiển cho hệ thống đệm cách cabin bán chủ
động cho cabin máy xây dựng;
2
- Phân tích và đánh giá được hiệu quả của hệ thống đệm cách cabin bán
chủ động theo hướng đảm bảo êm dịu hoạt động.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nghiên cứu điều khiển hệ thống đệm cách cabin nhằm giảm các tác động
xâu cũng như nâng cao hiệu quả làm việc cho người điều khiển máy xây dựng
có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Đối tượng nghiên cứu
Máy xây dựng có nhiều chủng loại, trong luận văn này, xe lu rung bánh
kép, cabin và hệ thống đệm cách dao động cabin được chọn làm đối tượng
nghiên cứu, vì hội tụ các nguồn kích thích dao động từ động cơ, đường, cơ cấu
chấp hành là kích thích bánh lu và máy làm việc trong môi trường khắc nhiệt.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng và điều khiển hệ thống đệm cách dao động
cabin nhằm nâng cao độ êm dịu hoạt động của máy.
Phạm vi nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu
Trong phạm vi của đề tài, một mơ hình dao động của tồn xe và bộ điều
khiển được thiết lập để điều khiển hệ số cản của đệm cách dao động cabin nhằm
nâng cao độ êm dịu hoạt động của máy.
Xe lu rung bánh kép được chọn là đối tượng nghiên cứu.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung chính của luận văn gồm 03 chương và tập trung vào các vấn
đề dưới đây:
Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu;
Chương 2: Xây dựng mơ hình dao động tồn xe và bộ điều khiển;
Chương 3: Mô phỏng và phân tích hiệu quả của hệ thống đệm cách dao
động bán chủ động cabin;
Kết luận và kiến nghị.
3
Qua đây cho phép tơi được bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo
PGS. TS. Lê Văn Quỳnh người hướng dẫn khoa học trực tiếp tôi trong suốt thời
gian làm luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy trong khoa Kỹ thuật
Ơ tơ-MĐL, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái Nguyên và
các bạn bè cùng đồng nghiệp của tôi. Tuy nhiên, do điều kiện vừa nghiên cứu
vừa công tác cũng như hạn chế về mặt thời gian cũng như mặt kiến thức chắc
chắn luận văn không thể tránh khỏi sự thiếu xót, rất mong được sự đóng góp ý
bổ sung thêm của quý thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn. !
Thái Ngun, ngày
tháng
năm 2020
HỌC VIÊN
Đồn Thanh Bình
4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Phân tích tổng quan về xe máy cơng trình, ảnh hưởng của dao động ảnh
hưởng đến con người và đệm cách dao động cabin của máy cơng trình, phân
tích ảnh hưởng của dao động đến người điều khiển máy cơng trình cũng như
phân tích tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngồi trong những năm gần
đây. Từ đó phát triển hướng nghiên cứu trong đề tài này.
1.1. Tình hình phát triển máy xây dựng tại thị trường Việt Nam
Trong những năm gần đây, tình hình phát triển kinh tế xã hội của Việt
Nam thời gian qua tương đối ổn định và có nhiều dấu hiệu khởi sắc (tăng trưởng
GDP của Việt Nam năm 2019 tăng 7,02%, vượt mục tiêu đề ra 6,6% đến 6,8%.).
Cơ sở hạ tầng, đặc biệt là hạ tầng giao thông và hạ tầng đô thị đã được quan
tâm đầu tư, tới nay đã một phần đáp ứng nhu cầu phát triển hiện tại về kinh tế
– xã hội.
Vì vậy, việc cơ giới hóa và tự động hóa trong xây dựng là một khâu
không thể thiếu được trong quá trình sản xuất. Nó quyết định việc tăng năng
xuất lao động, hạ giá thành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động chân tay và trí óc
cho người lao động. Đồng thời góp phần rất quan trọng vào việc rút ngắn thời
gian thi cơng, nhanh chóng đưa cơng trình vào khai thác sử dụng, nâng cao hiệu
quả kinh tế, chất lượng và tính thẩm mỹ đẩy mạnh tốc độ tăng trưởng của nền
kinh tế quốc dân. Để thực hiện các công trình xây dựng, khơng thể thiếu được
các máy xây dựng. Trên thế giới đã chế tạo được những thiết bị chun dùng
trong xây dựng các cơng trình như: xây dựng nhà cao tầng, nhà công nghiệp,
dân dụng, xây dựng cầu đường, xây dựng các nhà máy thủy điện… Các thiết bị
xây dựng ngày càng được hiện đại hóa.
Trung bình mỗi năm Việt Nam phải chi 3 đến 4 tỷ USD để nhập khẩu
các loại máy xây dựng từ các nước trên thế giới. Cụ thể như nhập cần trục của
5
Pháp, máy đào máy ủi của Italia, Đức, Anh, máy làm gạch block của Tây Ban
Nha, máy xúc lật của Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản…
Năm 2013: Theo số liệu thống kê nhập khẩu máy xây dựng về nước ta
tính chung trong 5 tháng đầu năm 2013, nhập khẩu máy xây dựng về nước ta
ước đạt 6,106 chiếc, trị giá 93,22 triệu USD, tăng 29,67% về lượng nhưng giảm
14,56% về trị giá so với cùng kỳ năm 2012.
Tuy lượng máy xây dựng nhập khẩu về nước ta trong 5 tháng đầu năm 2013
tăng rất mạnh so với cùng kỳ năm 2012 nhưng xét về trị giá lại giảm mạnh là
do trong 4 tháng qua các doanh nghiệp đã nhập khẩu rất nhiều các loại máy
đầm (1.649 chiếc) với đơn giá thấp (chỉ vài chục USD/ chiếc). Nếu khơng tính
chủng loại máy xây dựng này mà chỉ tính riêng 3 chủng loại máy xây dựng
chính là máy xúc đào, máy ủi, và xe lu thì lượng nhập khẩu về trong 5 tháng
đầu năm 2013 chỉ tương đương so với cùng kỳ năm 2012 nhưng trị giá lại thấp
hơn khoảng 18 triệu USD.
Máy xúc đào: nhập khẩu chủng loại máy xúc đào về nước ta trong tháng
4/2013 đạt 803 chiếc với trị giá 17,46 triệu USD, tăng 22,41% về lượng và
23,32% về trị giá so với tháng trước; tăng 20,21% về lượng nhưng giảm 9,04%
về trị giá so với cùng kỳ năm 2012. Tính chung trong 4 tháng đầu năm 2013,
nhập khẩu chủng loại máy xúc đào đạt 2.586 chiếc với trị giá 55,77 triệu USD,
tăng 3,44% về lượng nhưng giảm 25,33% về trị giá so với cùng kỳ năm 2012.
Xe lu, máy lu: là chủng loại tăng mạnh nhất trong 3 chủng loại máy xây
dựng chính được nhập khẩu về nước ta trong tháng 4 vừa qua. Theo thống kê,
nhập khẩu các loại máy lu, xe lu về nước ta trong tháng 4/2013 đạt 74 chiếc với
trị giá 2,23% về lượng và 184,70% về trị giá so với cùng kỳ năm 2012.
Máy ủi: là chủng loại máy xây dựng được nhập khẩu ít nhất về nước ta
trong tháng 4/2013, và cũng là chủng loại duy nhất giảm nhập khẩu. Thống kê
cho thấy, tháng 4/2013, nhập khẩu máy ủi đạt 34 chiếc với trị giá 1,03 triệu
6
USD, giảm 30,61% về lượng và 39,97% về trị giá so với cùng kỳ năm 2012.
Tính chung trong 4 tháng đầu năm 2013, nhập khẩu chủng loại máy ủi đạt 175
chiếc với trị giá 4,93 triệu USD, giảm 44,44% về lượng và 31,78% về trị giá so
với cùng kỳ năm 2012.
Năm 2014: nhập khẩu 3 chủng loại máy xây dựng chính về nước ta là máy
xúc đào, máy ủi và xe lu đều tăng so với năm 2013; trong đó, tăng mạnh nhất
là chủng loại xe lu.
Máy xúc đào: Theo thống kê, nhập khẩu chủng loại xúc đào trong năm
2014 đạt 12049 chiếc với trị giá 250,64 triệu USD, tăng 23,20% về lượng và
16,62% về trị giá so với năm 2013. Những nhãn hiệu máy xúc đào được nhập
nhiều về nước ta trong năm qua vẫn là những nhãn hiệu quen thuộc như
Komatsu, Kobelco, Hitachi, DOOSAN, Sumitomo, Hyundai, Daewoo,
Caterpillar...
Xe lu, máy lu: Theo thống kê, năm 2014, nhập khẩu chủng loại xe lu, máy
lu về nước ta 2080 chiếc với trị giá 62,26 triệu USD, tăng 114,43% về lượng
và 115,43% về trị giá so với năm 2013. Nếu như năm 2013 chỉ có 2 nhãn hiệu
xe lu, máy lu về nước ta đạt trên 100 chiếc thì năm 2014, nhập khẩu nhiều
nhãn hiệu xe lu tăng mạnh và đã có 5 nhãn hiệu đạt trên 100 chiếc là Sakai,
Dynapac, HAMM, Bomag, Liugong.
Máy ủi: Theo thống kê, nhập khẩu máy ủi về nước ta trong năm 2014 đạt
763 chiếc với trị giá 17,94 triệu USD, tăng 30,65% về lượng và 30,60% về trị
giá so với năm 2013.
Hiện nay, máy xây dựng ngồi các u cầu về hiệu suất cơng việc, tiết
kiệm nhiên liệu, bảo vệ mơi trường… thì vấn đề đảm bảo điều kiện tốt nhất cho
người lao động, đảm bảo sức khỏe cho người vận hành máy xây dựng tránh các
bệnh nghề nghiệp đang được các nhà nghiên cứu khoa học tập trung nghiên
cứu, phát triển.
7
1.2. Phân tích dao động của máy xây dựng
Máy xây dựng luôn làm việc trong môi trường khắc nhiệt, thiết bị di
chuyển của máy luôn tiếp xúc mặt đường off-road và biến dạng. Mặt khác, giữa
cầu xe và khung xe thường không liên kết đàn hồi thông qua hệ thống treo. Do
đó, các nguồn dao động truyền lên người điều khiển máy chủ yếu thơng qua
cabin và ghế ngồi. Hình 1.1 thể hiện Cabin và người điều khiển xe công trình.
Hình 1.1. Cabin và người điều khiển xe cơng trình
Nguồn sinh ra dao động của máy xây dựng truyền lên cabin người điều
khiển chủ yếu từ mặt đường, động cơ và cơ cấu cấp hành của máy.
Người điều khiển tiếp xúc nguồn dao động thông qua ghế ngồi, tay và
chân vận hành máy. Hình 1.2 thể hiện các vị trí tiếp xúc dao động của người
điều khiển trên máy xây dựng.
Từ kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng con người mẫn cảm với dải tần số 28 Hz đối với phương đứng và 1-2Hz đối với phương ngang.
Để nâng cao độ êm dịu cabin và giảm các tác động xấu gây ra đối với
người điều khiển máy xây dựng, các giải pháp kết cấu của đệm cách dao động
cabin máy xây dựng sẽ tiếp tục trình bày phần dưới đây.
8
Hình 1.2. Các vị trí tiếp xúc dao động của người điều khiển
1.3. Đệm cách dao động cabin máy xây dựng
Đệm cách dao động có vai trị cách ly nguồn dao động, lịch sử phát triển
đệm cách dao động được áp dụng hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt
trong (Engine Mounting Sytem) được thể hiện trên hình 1.3. Đệm cách dao
động cabin của máy xây dựng cũng có lịch sử hoàn thiện kết cấu tương tự như
hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong. Đặc tính kết cấu đệm cách dao
động cabin của máy xây dựng tiếp tục được phân tích dưới dây.
Hình 1.3. Lịch sử phát triển hệ thống đệm cách dao động của động cơ
9
1.3.1. Đệm cách dao động cao su
Đệm cách dao động cao su được áp dụng rất sớm, với các đặc tính vượt
trội giảm dao động ở tần số kích thích cao và giảm ồn. Đặc điểm kết cấu gồm
cáo đề đệm bằng thép hợp kim và cao su. Kết cấu đệm cao su cabin máy cơng
trình được thể hiện hình 1.4.
Hình 1.4. Kết cấu đệm cao su cabin máy cơng trình
* Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản và dễ chế tạo;
+ Giảm hiệu quả được tiếng ồn và dao động khi tần số kích thích cao;
* Nhược điểm: hệ số cản của đệm nhỏ vì hệ số nội ma sát của cao su nhỏ. Chính vì
vậy, nó khó giảm được dao động kích thích tần số thấp. Chính vì nhược điểm này
các nhà nghiên cứu đã đề xuất đệm cách dao động cabin kết hợp cao su và thủy lực
sẽ tiếp tục được trình bày dưới đây.
1.3.2. Đệm cách dao động cao su và thủy lực
Để tăng hiệu quả đệm cách dao động cabin khi tần số kích thích dao động
ở dải tần số thấp, các nhà nghiên cứu và thiết kế đã kết hợp đệm cách dao động
cao su với thủy lực. Kết cấu đệm cách dao động cao su kết hợp thủy lực được
thể hiện hình 1.5. Đệm cách dao động cao su, lò xo vàthủy lực cabin được thể
hiện trên hình 1.6.
10
Hình 1.5. Đệm cách dao động cao su thủy lực cabin
Hình 1.6. Đệm cách dao động cao su, lị xo vàthủy lực cabin
* Ưu điểm: Giảm hiệu quả được dao động khi tần số kích thích thấp do nâng
cao giá trị hệ số cản của đệm.
* Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp;
+ Mặc dù đã cải thiện đáng kế đặc tính cản của hệ thống so với hệ thơng
cao su thuần túy sử dụng ma sát sinh ra hệ số cản, tuy nhiên đây vẫn là đệm bị
động. Chính vì vậy, nhược điểm này các nhà nghiên cứu đã đề xuất đệm cách
cabin cao su và thủy lực có điều khiển hệ số cản thủy lực sẽ tiếp tục được trình
bày dưới đây.
11
1.3.3. Đệm cách dao động bán chủ động
Xu hướng phát triển hệ thống đệm cách dao động dao động cao thủy lực
bán chủ động cabin xe cơng trình được thể hiện trên hình 1.7. Để điều khiển
thơng minh hệ số cản của hệ thống đệm cách dao động của động cơ, hiện nay
nhà nghiên cứu và nhà thiết kế đã đưa ra nhiều lý thuyết điều khiển khác nhau
nhằm điều khiển hệ số cản phù hợp với các điều kiện làm việc của máy cơng
trình.
Hình 1.7. Đệm cách dao động bán chủ động MR của cabin
* Ưu điểm: Giảm được dao động với mọi điều kiện làm việc khác nhau
do điều khiển giá trị hệ số cản của hệ thống treo (đệm cách dao động) một cách
tiện nghi.
* Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp và giá thành đắt;
+ Mặc dù giảm đáng kể dao động cũng như tiếng ồn của động cơ đốt
trong gây ra, tuy nhiên vẫn chưa điều khiển được độ cứng của hệ thống. Chính
vì vậy hệ thống đệm cách dao động điện từ ra đời sẽ tiếp tiếp tục được trình bày
dưới đây.
12
1.3.4. Đệm cách dao động chủ động
Xu hướng phát triển và hoàn thiện đệm cách dao động dao động chủ
động cabin. Để điều khiển thông minh cả hai thông số độ cứng và hệ số cản của
đệm cách dao động của cabin với các điều kiện làm việc của xe, kết cấu đệm
cách dao động điện từ ra đời, một đệm cách dao đông cao điện từ chủ động
được thể hiện trên hình 1.8.
Hình 1.8. Đệm cách dao động điện từ chủ động
* Ưu điểm: Giảm được dao động với mọi điều kiện làm việc khác nhau
do điều khiển giá trị cả giá trị độ cứng và hệ số cản của đệm một cách tiện nghi
theo chế độ làm việc. Do vậy, đệm cách dao động chủ động điện điện từ có ưu
điểm hơn đệm cách dao động cao thủy lực bán chủ động.
* Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp và giá thành đắt;
+ Giảm dao động cũng như tiếng ồn gây ra tốt hơn đệm cách dao động
bán chủ động.
13
1.4. Đệm cách dao động máy xây dựng
Bố trí các hệ thống đệm cách dao động cho động cơ, cabin,… của máy
múc và máy ủy được thể hiện trên hình 1.9.
Hình 1.9. Bố trí đệm cách dao động máy múc và ủi
Hình 1.10. Hệ thống đệm cách dao động xe lu rung bánh kép
14
Bố trí Hệ thống đệm cách dao động xe lu rung bánh kép được thể hiện
trên hình 1.10.
Hiện nay, để nâng cao độ êm dịu của máy xây dựng, các nhà thiết kế và
nghiên cứu tập trung cải tiến hệ thống đệm cách dao động cabin và hệ thống
treo của ghế ngồi người điều khiển theo hướng tích cực. Xu hướng phát triển
là tăng hệ số cản và điều khiển đặc tính của đệm cách dao động theo hướng bán
chủ động và chủ động.
1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài
Theo thống kê các báo cáo, tài liệu khoa học công bố nghiên cứu về lĩnh
vực nghiên cứu ta có các cơng trình nghiên cứu trong nước và ngoài nước.
1.5.1. Đối với nhà nghiên cứu Việt Nam
Đối với Việt Nam theo thống kê của các công bộ khoa học, thì độ êm dịu
cabin xe ơ tơ nói chung và cabin máy xây dựng nói riêng đã và đang được
nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên các nghiên cứu về máy
xây dựng đang còn hạn chế, đây vẫn đang là hướng nghiên cứu mở cho các nhà
khoa học. Dưới đây là một số kết quả nghiên cứu của nhà khoa học trong nước
những năm gần đây:
Công trình nghiên cứu của Lê Văn Quỳnh và các cơng sự[17] đề xuất
một phương án thiết kế và tối ưu thống đệm cách dao động phụ cho cabin xe lu
rung bánh đơn sử dụng mơ hình và phương pháp CAE.
Cơng trình nghiên cứu Lê Văn Quỳnh và Nguyễn Khắc Tuân[7] đề xuất
được một phương pháp thí nghiệm đáng giá độ êm dịu của xe lu rung bánh đơn.
Độ êm dịu hoạt động của xe lu rung được đo thông qua tín hiệu gia tốc khi xe
hoạt động ở các điều kiện khác nhau. Kết quả đo được phân tích dựa vào tiêu
chuẩn ISO 2631-1(1997) và kết quả này cơ sở về mặt thực nghiệm cho việc
thiết kế tối ưu hệ thống đệm cách dao động cabin xe lu rung. Phân tích kết quả
