Luận án tiến sĩ nghiên cứu dao động ô tô tải sản xuất lắp ráp ở việt nam khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN HỒNG QUANG NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG Ô TÔ TẢI SẢN XUẤT LẮP RÁP Ở VIỆT NAM KHI VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƢỜNG LÂM NGHIỆP Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Bang PGS TS Nguyễn Văn Quân Hà Nội, 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng chưa công bố cơng trình khác Các số liệu, kết đưa Luận án hoàn toàn trung thực TÁC GIẢ LUẬN ÁN Nguyễn Hồng Quang ii LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới tập thể thầy hướng dẫn PGS TS Nguyễn Văn Bang PGS TS Nguyễn Văn Qn tận tình giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Tôi xin trân trọng cảm ơn GS TS Vũ Đức Lập, TS Nguyễn Văn Bỉ, PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu giúp đỡ: Cung cấp tài liệu ý kiến quý báu cho Luận án Đồng thời xin cám ơn thầy trường Đại học Lâm nghiệp, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Đại học Giao thông vận tải, Học Viện Kỹ thuật Quân sự, Đại học Bách khoa Hà Nội, nhà khoa học đồng nghiệp nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện phương tiện, vật chất để tơi hồn thành Luận án Xin trân trọng cảm ơn Trung tâm Thí nghiệm Khoa Cơ điện Cơng trình Trường Đại học Lâm nghiệp giúp đỡ tạo điều kiện để tơi tiến hành thí nghiệm phục vụ Luận án Xin trân trọng cám ơn Phòng Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Lâm nghiệp quan công tác, người thân giúp đỡ động viên suốt trình thực Luận án iii MỤC LỤC Số trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .vi DANH MỤC CÁC BẢNG .ix DANH MỤC CÁC HÌNH x MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn .2 Điểm luận án .3 Cấu trúc luận án Chƣơng số TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan khai thác, vận chuyển gỗ rừng trồng .4 1.1.1 Rừng trồng quy cách gỗ rừng trồng 1.1.2 Công nghệ thiết bị vận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng 1.1.3 Đặc điểm đường ô tô lâm nghiệp 1.2 Những nghiên cứu biên dạng đƣờng vận chuyển 11 1.3 Tổng quan hệ thống treo ô tô vận tải 18 1.4 Các công trình nghiên cứu dao động tơ 20 1.4.1 Các cơng trình nghiên cứu dao động ô tô giới 20 1.4.2 Các cơng trình nghiên cứu dao động ô tô Việt Nam 21 1.5 Các tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ôtô 24 1.5.1 Tần số dao động riêng 24 1.5.2 Gia tốc dao động .25 1.5.3 Chỉ tiêu độ êm dịu .25 1.6 Các phƣơng pháp học nghiên cứu dao động ô tô 26 iv 1.6.1 Phương pháp sử dụng nguyên lý D’Alambert .26 1.6.2 Phương pháp sử dụng phương trình Lagranger loại II 26 1.6.3 Phương pháp học hệ nhiều vật 27 1.7 Các phần mềm ứng dụng nghiên cứu dao động .27 1.7.1 Phần mềm Mathematica 28 1.7.4 Phần mềm Matlab & Simulink 28 1.8 Phƣơng pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động 28 1.9 Xác định nhiệm vụ phƣơng pháp nghiên cứu 30 1.9.1 Nhiệm vụ luận án 30 1.9.2 Phương pháp nghiên cứu .31 Chƣơng số XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ TẢI SẢN XUẤT LẮP RÁP Ở VIỆT NAM KHI VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƢỜNG LÂM NGHIỆP 33 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 33 2.2 Một số giả thiết chung 34 2.3 Mơ hình dao động coi khung xe cứng tuyệt đối, dao động hai cầu phụ thuộc .35 2.3.1 Mơ hình dao động 35 2.3.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân dao động 37 2.4 Mơ hình dao động kể đến xoắn khung, dao động hai cầu độc lập 53 2.4.1 Thiết lập phương trình vi phân dao động khối lượng treo phân bố lên cầu trước khối lượng không treo cầu trước 56 2.4.2 Thiết lập phương trình vi phân dao động khối lượng treo phân bố lên cầu sau khối lượng không treo cầu sau 58 2.4.3 Phương trình liên hệ kể tới độ cứng xoắn khung xe .60 Chƣơng số KHẢO SÁT DAO ĐỘNG Ô TÔ CHỞ GỖ 61 3.1 Xác định thông số đầu vào cho việc giải toán lý thuyết 61 3.1.1 Xác định thông số hình học tơ 61 3.1.2 Xác định mơ men qn tính xe trục 61 v 3.1.4 Xác định biên dạng mấp mô mặt đường lâm nghiệp 63 3.1.5 Xác định độ cứng chống xoắn khung xe .63 3.2 Khảo sát dao động ô tô chở gỗ 63 3.2.2 Khảo sát dao động tơ cho mơ hình khơng gian, dao động hai cầu độc lập nhau, kể đến xoắn khung 66 Chƣơng số NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 77 4.1 Mục đích, đối tƣợng nghiên cứu thực nghiệm .77 4.1.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm .77 4.1.2 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm 77 4.2 Thực nghiệm để xác định thơng số đầu vào cho tốn lý thuyết 77 4.2.1 Nghiên cứu thực nghiệm để xác định đặc trưng mấp mô mặt đường lâm nghiệp 77 4.2.2 Thực nghiệm để xác định thông số hình học tơ 80 4.2.3 Thực nghiệm để xác định mơ men qn tính phần treo ô tô 82 4.2.4 Thực nghiệm để xác định độ cứng hệ số cản 84 4.2.5 Thực nghiệm để xác định độ cứng xoắn khung xe .87 4.3 Thí nghiệm để minh họa minh chứng cho kết nghiên cứu lý thuyết 87 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA LUẬN ÁN 98 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị b m Khoảng cách ngang hai bánh xe b1 m Khoảng cách hai vết bánh xe trước b2 m Khoảng cách hai vết bánh xe sau cm N/m Độ cứng vấu cao su cn N/m Độ cứng nhíp cl N/m Độ cứng lốp h m Chiều cao trọng tâm ô tô hc m Khoảng cách từ điểm treo đến trọng tâm J ox Kg.m2 Mô men quán tính phần treo trục Ox J oy Kg.m2 Mơ men qn tính phần treo trục Oy K ni Ns/m Hệ số cản giảm xóc Ki Ns/m Hệ số cản lốp l m Chiều dài sở ô tô l1 m Khoảng cách ngang từ trọng tâm đến cầu trước l2 m Khoảng cách ngang từ trọng tâm đến cầu sau m0 kg Khối lượng phần treo ô tơ F N Lực nén Fn N Lực ép nhíp r m Bán kính bánh xe z0 m Chuyển dịch thẳng đứng trọng tâm z1 m Chuyển dịch thẳng đứng cầu trước z2 m Chuyển dịch thẳng đứng cầu sau z1 p m Chuyển dịch thẳng đứng bánh xe trước bên phải z1t m Chuyển dịch thẳng đứng bánh xe trước bên trái Giải nghĩa vii z2 p m Chuyển dịch thẳng đứng bánh xe sau bên phải z2t m Chuyển dịch thẳng đứng bánh xe sau bên trái  độ Góc lắc dọc phần treo 0 độ Góc lắc ngang phần treo 1 độ Góc lắc ngang phần khơng treo cầu trước 2 độ Góc lắc ngang phần không treo cầu sau i độ Góc nghiêng n mm Biến dạng nhíp l mm Biến dạng lốp  độ Góc xoắn khung T J Động T0 J Động khối lượng treo T1 J Động khối lượng không treo cầu trước T2 J Động khối lượng không treo cầu sau  J Thế i J Thế phần treo không treo tương ứng cầu xe  J Hàm hao tán i J Hàm hao tán phần tử thứ i J ix Kg.m2 Mơ men qn tính khối lượng thứ i trục x J iy Kg.m2 Mơ men qn tính khối lượng thứ i trục y Mx Nm G Zk1, βk1 Mô men xoắn khung MN/m2 Mô đun trượt m, rad Dịch chuyển thẳng đứng góc lắc ngang khối lượng treo phân bố lên cầu trước Zk2, βk2 m, rad Dịch chuyển thẳng đứng góc lắc ngang khối lượng treo phân bố lên cầu sau mk1 kg Khối lượng treo phân bố lên cầu trước viii Jk1 kgm Mơ men qn tính khối lượng treo phân bố lên cầu trước trục đối xứng dọc mk2 kg Jk2 kgm2 Khối lượng treo phân bố lên cầu sau Mơ men qn tính khối lượng treo phân bố lên cầu sau trục đối xứng dọc m1 kg J1 kgm2 Khối lượng không treo cầu trước Mô men quán tính khối lượng khơng treo cầu trước trục đối xứng dọc m2 kg J2 kgm2 Khối lượng khơng treo cầu sau Mơ men qn tính khối lượng không treo cầu sau trục đối xứng dọc Ct ,Cs N/m Độ cứng chống lắc ngang hệ thống treo cầu trước cầu sau Cx e1, e2 Nm/rad Độ cứng xoắn khung xe theo phương dọc xe m Khoảng cách hai nhíp hệ thống treo cầu trước sau ix DANH MỤC CÁC BẢNG THỨ TỰ TÊN BẢNG SỐ TRANG 1.1 Quy cách gỗ nguyên liệu 1.2 Một số tiêu kỹ thuật đường ô tô lâm nghiệp 10 3.1 Các thông số động lực học ô tô chở gỗ 62 4.1 Góc nghiêng thân xe góc xoắn khung xe lớn 96 4.2 So sánh lý thuyết thực nghiệm 96 xlabel('f(Hz)'); ylabel('z_1/ht'); legend('Khung xe 203260 N.m/rad','Khung xe tuyet doi cung'); grid on; % Dich chuyen khoi luong khong duoc treo truoc figure; plot(f0,z2_x_std,f0,z2_std,' ','LineWidth',2); xlabel('f(Hz)'); ylabel('z_2/ht'); legend('Khung xe 203260 N.m/rad','Khung xe tuyet doi cung'); grid on; % Goc lac cua khoi luong khong duoc treo truoc figure; plot(f0,beta1_x_std,f0,beta1_std,' ','LineWidth',2); xlabel('f(Hz)'); ylabel('beta_1/ht'); legend('Khung xe 203260 N.m/rad','Khung xe tuyet doi cung'); grid on; % Goc lac cua khoi luong khong duoc treo sau figure; plot(f0,beta2_x_std,f0,beta2_std,' ','LineWidth',2); xlabel('f(Hz)'); ylabel('beta_2/ht'); legend('Khung xe 203260 N.m/rad','Khung xe tuyet doi cung'); grid on; % Goc xoan cua khung xe figure; plot(f0,beta0_x_std,'LineWidth',2); xlabel('f(Hz)'); ylabel('beta_0/ht'); legend('Khung xe 203260 N.m/rad'); grid on; % Luc tuong tac banh xe va mat duong F1t figure; plot(f0,F1t_x_std,f0,F1t_std,' ','LineWidth',2); xlabel('f(Hz)'); ylabel('F_1_t/ht'); legend('Khung xe 203260 N.m/rad','Khung xe tuyet doi cung'); grid on; % Luc tuong tac banh xe va mat duong F1p figure; plot(f0,F1p_x_std,f0,F1p_std,' ','LineWidth',2); xlabel('f(Hz)'); ylabel('F_1_p/ht'); legend('Khung xe 203260 N.m/rad','Khung xe tuyet doi cung'); grid on; % Luc tuong tac banh xe va mat duong F2t figure; plot(f0,F2t_x_std,f0,F2t_std,' ','LineWidth',2); xlabel('f(Hz)'); ylabel('F_2_t/ht'); legend('Khung xe 203260 N.m/rad','Khung xe tuyet doi cung'); grid on; % Luc tuong tac banh xe va mat duong F2p figure; plot(f0,F2p_x_std,f0,F2p_std,' ','LineWidth',2); xlabel('f(Hz)'); ylabel('F_2_p/ht'); legend('Khung xe 203260 N.m/rad','Khung xe tuyet doi cung'); grid on; disp 'xong' PHỤ LỤC 08 CHƢƠNG TRÌNH XỬ LÝ MẤP MƠ BIÊN DẠNG ĐƢỜNG LÂM NGHIỆP 5 0 -2 -5 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 Y /C t r t0 ms 5E -5 0E -5 5E -5 0E -5 5E -5 0E -5 -0 5E -5 -1 0E -5 -1 5E -5 -2 0E -5 -2 5E -5 Y /C t r t0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 ms PHỤ LỤC 09 XỬ LÝ CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRÊN ĐƢỜNG Chương trình đọc xử lý kết đo: KẾT QUẢ ĐO LẦN Gia tốc dao động thẳng đứng điểm đo: GA I TOC CAC D E IM 5 0 -2 -5 0 25 50 75 Y /C t r t0 100 125 150 Y /C t r t1 175 200 225 250 275 300 325 Y /C t r t2 350 ms Chuyển dịch điểm đo: CHUYEN D C I H CAC D E IM 4E -5 3E -5 2E -5 1E -5 0E -5 -1E -5 -2E -5 -3E -5 -4E -5 -5E -5 25 Y /C t r t0 50 75 100 Y /C t r t1 125 150 175 200 Y /C t r t2 225 250 275 300 325 350 ms Góc nghiêng ngang thân xe GOC NGH E I NG NGANG 5E -5 0E -5 5E -5 0E -5 5E -5 0E -5 -0 5E -5 -1 0E -5 -1 5E -5 -2 0E -5 -2 5E -5 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 ms 325 350 Y /C t r t0 KẾT QUẢ ĐO LẦN Gia tốc dao động thẳng đứng điểm đo: GA I TOC CAC D E IM 5 0 -2 -5 0 25 50 75 Y /C t r t0 100 125 150 Y /C t r t1 175 200 225 250 275 300 Y /C t r t2 ms Chuyển dịch điểm đo CHUYEN D C I H CAC D E IM 4E -5 3E -5 2E -5 1E -5 0E -5 -1E -5 -2E -5 -3E -5 25 Y /C t r t0 50 75 100 Y /C t r t1 125 150 175 200 Y /C t r t2 225 250 275 300 325 350 ms Góc nghiêng ngang thân xe GOC NGH E I NG NGANG 5E -5 0E -5 5E -5 0E -5 -0 5E -5 -1 0E -5 -1 5E -5 -2 0E -5 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 Y /C t r t0 350 ms KẾT QUẢ ĐO LẦN Gia tốc điểm đo GA I TOC CAC D E IM 5 0 -2 -5 0 25 50 75 Y /C t r t0 100 125 150 Y /C t r t1 175 200 225 250 275 300 325 350 Y /C t r t2 ms Chuyển dịch điểm đo CHUYEN D C I H CAC D E IM 5E -5 0E -5 5E -5 0E -5 5E -5 0E -5 -0 5E -5 -1 0E -5 -1 5E -5 -2 0E -5 -2 5E -5 Y /C t r t0 25 50 75 100 Y /C t r t1 125 150 175 200 Y /C t r t2 225 250 275 300 325 350 ms Góc nghiêng ngang thân xe GOC NGH E I NG NGANG 0E -5 5E -5 0E -5 5E -5 0E -5 -0 5E -5 -1 0E -5 -1 5E -5 -2 0E -5 Y /C t r t0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 ms PHỤ LỤC 10 KẾT QUẢ ĐO GIA TỐC VÀ GÓC XOẮN KHUNG TRÊN ĐƢỜNG LÂM NGHIỆP Chƣơng trình đọc xử lý lết đo góc xoắn khung: Các kết đo (sau lọc nhiễu): Lần đo Các kết đo góc nghiêng gia tốc thẳng đứng KETQUA DO 1 0 000 037 Y /C t r t0 [] 075 Y /C t r t1 [] Y /C t r t2 [] 112 150 Y /C t r t3 [] Kết đo góc xoắn khung GOC XOAN KHUNG 5 0 -2 -5 0 000 Y /C t r t0 d [o ] 038 075 113 150 Lần đo thứ Các kết đo góc nghiêng gia tốc thẳng đứng KETQUA DO -0 200 -0 225 -0 250 -0 275 -0 300 -0 325 000 Y /C t r t2 [] 037 075 112 150 Y /C t r t3 [] Kết đo góc xoắn khung GOC XOAN KHUNG 000 038 075 113 150 112 150 Y /C t r t0 d [o ] Lần đo Các kết đo góc nghiêng gia tốc thẳng đứng KETQUA DO 7 6 5 5 0 000 Y /C t r t0 [] 037 Y /C t r t1 [] 075 Y /C t r t2 [] Y /C t r t3 [] Kết đo góc xoắn khung GOC XOAN KHUNG 000 038 075 113 150 Y /C t r t0 d [o ] Lần đo Các kết đo góc nghiêng gia tốc thẳng đứng KETQUA DO 25 00 -0 25 -0 50 -0 75 -1 00 -1 25 -1 50 000 Y /C t r t0 [] 037 075 Y /C t r t1 [] Y /C t r t2 [] 112 150 Y /C t r t3 [] Kết đo góc xoắn khung GOC XOAN KHUNG 5 0 -2 -5 0 000 Y /C t r t0 d [o ] 038 075 113 150 PHỤ LỤC 11 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XE TRÈO QUA MẤP MƠ ĐƠN Chƣơng trình đọc xử lý kết đo: Kết đo: KẾT QUẢ ĐO Gia tốc hai bên GA I TOC HA IBEN 25 00 75 50 25 00 -0 25 -0 50 -0 75 -1 00 25 50 75 Y /C t r t0 m [ s /2 ] 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 ms 300 325 350 ms Y /C t r t1 m [ s /2 ] Góc nghiêng thân xe GOC NGH E I NG NGANG 0E -5 5E -5 0E -5 -2 5E -5 -5 0E -5 -7 5E -5 Y /C t r t0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 KẾT QỦA ĐO LẦN Gia tốc hai bên GA I TOC HA IBEN 25 20 15 10 05 00 -0 05 -0 10 -0 15 -0 20 -0 25 25 50 75 Y /C t r t0 m [ s /2 ] 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 ms 300 325 350 ms Y /C t r t1 m [ s /2 ] Góc nghiêng thân xe GOC NGH E I NG NGANG 12 5E -6 10 0E -6 5E -6 0E -6 5E -6 0E -6 -2 5E -6 -5 0E -6 -7 5E -6 Y /C t r t0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 PHỤ LỤC 12 MỘT SỐ HÌNH ẢNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Các loại cảm biến tự thiết kế chế tạo Thiết bị đo Gỗ rừng trồng dùng cho thí nghiệm Thí nghiệm xác định thơng số đầu vào Thí nghiệm qua mấp mơ đơn Thí nghiệm đường lâm nghiệp