Nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo MTZ 82 với thiết bị chuyê

Qua khảo sát thực tế cho thấy máy kéo MTZ – 82 có động cơ và công suất đủ lớn, ngoài việc phục vụ cho nông nghiệp khi được trang bị các thiết bị chuyên dùng có thể sử dụng trong rất nhiề

-

NGUYỄN HẢI QUÂN

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO MTZ - 82

VỚI THIẾT BỊ CHUYÊN DÙNG KHI VẬN XUẤT GỖ

BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÉO NỬA LẾT

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010

-

NGUYỄN HẢI QUÂN

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO MTZ - 82

VỚI THIẾT BỊ CHUYÊN DÙNG KHI VẬN XUẤT GỖ

BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÉO NỬA LẾT

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị Cơ giới hóa Nông - Lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU

Hà Nội, 2010

ĐẶT VẤN ĐỀ

Vận xuất gỗ là một trong những khâu quan trọng trong công nghệ khai thác rừng Việc áp dụng thiết bị cơ giới hóa vào công đoạn vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ đến nơi tập kết, bến bãi nhằm tăng năng suất khai thác và cải thiện sức lao động nặng nhọc cho người lao động là việc làm hết sức cần thiết và hữu ích

Ở các nước đang phát triển trên thể giới và khu vực có điều kiện gần giống nước ta đã chọn và áp dụng công nghệ thích hợp với việc áp dụng máy kéo bánh hơi nông nghiệp để khai thác rừng, nhờ đó mà nâng cao được tỷ lệ

cơ giới hóa vào khai thác rừng Trong khi đó ở nước ta từ trước cho đến nay cũng đã nhập và bắt đầu sản xuất nhiều loại máy kéo vừa và nhỏ Đáng chú ý trong thập niên từ năm 1960 – 1990 nước ta được Liên Xô trước đây viện trợ

và cung cấp cho một số loại máy kéo nông nghiệp trong đó có máy kéo bánh hơi MTZ – 82 Chúng được sử dụng tương đối phổ biến ở một số nông, lâm trường và trang trại phục vụ cho các công việc làm đất canh tác, vận chuyển nông, lâm sản Qua khảo sát thực tế cho thấy máy kéo MTZ – 82 có động cơ

và công suất đủ lớn, ngoài việc phục vụ cho nông nghiệp khi được trang bị các thiết bị chuyên dùng có thể sử dụng trong rất nhiều khâu công việc khác như vận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng…

Trong khi thực hiện đề tài nhánh cấp nhà nước KN 03-04 PGS TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng dạy Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thành công thiết bị vận xuất, bốc dỡ vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng, kiểu rơ moóc một trục lắp sau máy kéo MTZ-50 có thiết bị tời cáp và cơ cấu nâng gỗ thủy lực

để vừa gom gỗ từ xa, vừa tự bốc gỗ cho rơ moóc Thiết bị có thể áp dụng cho nhiều loại máy kéo tương tự trong đó có máy kéo MTZ-82 Sau khi đề tài KN 03-04 được nghiệm thu, dự án sản xuất thử đã tạo ra thiết bị vận xuất, bốc dỡ vận chuyển lắp sau máy kéo MTZ-82 để khai thác gỗ rừng trồng vùng Đông bắc Việt Nam

Việc sử dụng máy kéo bánh hơi MTZ - 82 với thiết bị chuyên dùng tời cáp vào công đoạn vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết là vận dụng một cách sáng tạo trong việc sử dụng máy kéo nông nghiệp vào công nghệ khai thác rừng có ý nghĩa lớn trong việc nâng cao tỷ lệ cơ giới hoá, cải thiện sức lao động và nâng cao năng suất khai thác rừng Tuy nhiên trong quá trình làm việc do địa hình không bằng phẳng, liên hợp máy thường di chuyển trên mặt đất rừng chịu nhiều tác động của mặt đường lồi, lõm gây ra những dao động ảnh hưởng lớn đến tính cơ động và ồn định của máy kéo, đến tải trọng

và khả năng kéo, bám đặc biệt ảnh hưởng đến sức khoẻ của người lái Những vấn đề nêu trên chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ

Để có sơ sở hoàn thiện thêm về mặt kết cấu và chọn chế độ sử dụng hợp

lý cần phải nghiên cứu thêm về dao động khi liên hợp máy làm việc trên đường vận xuất gỗ

Với những lý do trên, tôi tiến hành đề tài: "Nghiên cứu dao động của

liên hợp máy kéo MTZ – 82 với thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết"

* Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Xây dựng được mô hình dao động, lập và giải hệ phương trình vi phân của liên hợp máy kéo MTZ - 82 với thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết

* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở hoàn thiện kết cấu và chọn chế

độ sử dụng hợp lý cho liên hợp máy kéo MTZ-82 với thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1 1 Tổng quan về công nghệ và thiết bị vận xuất gỗ rừng trồng

1.1.1 Tổng quan về công nghệ và thiết bị vận xuất gỗ rừng trồng trên thế giới

Trong tất cả các khâu trong quá trình khai thác gỗ, khâu vận xuất giữ một vai trò hết sức quan trọng, ảnh hưởng lớn tới năng suất, giá thành và chi phí trong khai thác Chính do sự quan trọng như vậy mà lâu nay các nước trên thế giới đã không ngừng cải tiến công nghệ và thiết bị phục vụ cho khâu công việc này

Hiện nay trên thế giới thường áp dụng các hình thức công nghệ và thiết

bị vận xuất gỗ [10] sau đây: Vận xuất gỗ bằng thủ công; vận xuất gỗ bằng súc vật; vận xuất gỗ bằng máng lao; vận xuất gỗ bằng tời vận xuất gỗ bằng đường cáp trên không; vận xuất gỗ bằng máy kéo; vận xuất gỗ bằng kinh khí cầu hoặc máy bay trực thăng

Tuỳ theo điều kiện và hoàn cảnh của mỗi nước, mỗi khu vực mà áp dụng các loại hình công nghệ, thiết bị nào cho phù hợp Việc lựa chọn được công nghệ thích hợp trong vận xuất gỗ nói riêng và trong khai thác rừng nói chung phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như: việc cung cấp nhân lực và tiền công lao động, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khả năng đầu tư, tính sẵn có của trang thiết

bị phụ tùng máy móc thay thế, điều kiện rừng, điều kiện kinh tế xã hội và vấn

đề bảo vệ môi trường vùng khai thác

Ở các nước công nghiệp phát triển, các tập đoàn kinh tế mạnh thường áp dụng công nghệ và thiết bị tiên tiến vào các khâu vận xuất, vận chuyển gỗ hoặc sử dụng các thiết bị liên hợp để hoàn thành các khâu từ chặt hạ, vận xuất, bốc dỡ đến vận chuyển gỗ về nơi tiêu thụ Điển hình như ở Phần Lan, Thụy Điển và các nước Bắc âu từ những năm 1980 trở về trước, các loại hình

công nghệ trên đều được áp dụng trong khâu vận xuất gỗ rừng trồng Nhưng hiện nay nhờ những tiến bộ trong ngành chế tạo máy lâm nghiệp và đặc biệt

là hệ thống đường vận chuyển dày đặc với chất lượng tốt đã đến tận các khu rừng xa xôi

Hình 1.1: Vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết ở Phần Lan

Công nghệ vận xuất gỗ phổ biến như sau: việc hạ cây, cắt cành cắt khúc được thực hiện tại nơi khai thác nhờ sử dụng cưa xích hoặc máy liên hợp Sau

đó gỗ được vận xuất đến các bãi tập kết ven đường nhờ máy kéo bánh hơi chuyên dùng Những loại máy này làm việc tin cậy cho năng suất cao nhưng thường rất đắt tiền, chúng chỉ tỏ ra phù hợp với quy mô sản xuất lớn, trình độ

cơ giới hoá cao, địa hình bằng phẳng, cơ sở hạ tầng và dịch vụ kỹ thuật tốt

Ở Nga và các nước SNG tuỳ thuộc vào điều kiện tự nhiên và phương thức khai thác, người ta chủ yếu áp dụng phương thức vận xuất gỗ bằng máy liên hợp bánh xích chặt hạ, vận xuất

Đối với các nước đang phát triển thường sử dụng công nghệ cổ điển hoặc công nghệ, thiết bị trung bình để khai thác gỗ

Trong các hình thức đã nêu, hình thức vận xuất bằng máy kéo là phổ biến

hơn cả Máy kéo dùng trong vận xuất gỗ lại chia ra làm hai loại: Máy kéo bánh xích và Máy kéo bánh hơi Trong máy kéo bánh hơi lại chia ra làm hai loại : Máy kéo bánh hơi chuyên dùng và máy kéo bánh hơi nông nghiệp có lắp các thiết bị chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ

Từ những năm 1950 và sau hội nghị quốc tế họp ở Giơnevơ năm 1963 về qui hoạch các dường vận chuyển, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng máy kéo bánh hơi vào vận xuất gỗ rừng tự nhiên và rừng trồng Điển hình là các nước ở Bắc âu, Cộng hoà liên bang Đức, Canađa, Mỹ, Tiệp khắc( cũ) vv…đã dùng máy kéo khung gập với tay bốc thuỷ lực và bộ phận chở gỗ chuyên dùng

để vận xuất gỗ Các hãng sản xuất máy kéo Valmet, TimberJack (Phần lan) Volvo (Thuỵ điển), JohnDeer (Mỹ), LKT (Tiệp khắc cũ) vv… đã sản xuất ra nhiều loại máy kéo chuyên dùng cho lâm nghiệp và đã được bán rộng rãi trên thị trường thể giới [31] [32] Những loại máy kéo của các hãng kể trên có kết cấu gọn, làm việc linh hoạt cho năng xuất cao, nhẹ nhàng trong thao tác,

dễ điều khiển Nhìn chung các loại máy kéo của các hãng trên thường đắt tiền, phù hợp với quy mô sản xuất lớn, trình độ cơ giới hoá cao, cơ sở hạ tầng và dịch vụ kỹ thuật tốt Ngoài những máy kéo chuyên dùng có công suất lớn xu hướng hiện nay các nước sử dụng máy kéo nông nghiệp để vận xuất, vận chuyển gỗ Các loại máy kéo nông nghiệp được sử dụng thường có công suất trên 35 kw [10], có trục thu công suất với số vòng quay trên 500 vòng/ phút, trên cơ sở đó lắp đặt các thiết bị chuyên dùng, các cơ cấu phụ trợ để vận xuất

gỗ Một số nước Phần Lan, Thuỵ Điển, Trung Quốc, Malaixia vv… đã sử dụng máy kéo công suất nhỏ kéo thêm rơ moóc để vận chuyển gỗ rừng trồng [30] Do không có các thiết bị tời cáp nên các khâu công việc lấy gỗ từ nơi chặt hạ ra tới máy đều phải sử dụng lao động thủ công hoặc các phương tiện vận xuất khác

1.1.2 Công nghệ và thiết bị vận xuất gỗ ở Việt Nam

Những năm trước đây ở nước ta chủ yếu khai thác rừng tự nhiên và

khai thác rừng trồng ở một số vùng nguyên liệu giấy sợi, gỗ trụ mỏ Gỗ rừng tự nhiên to, dài thường mọc trên các địa hình phức tạp, đòi hỏi phải

có những thiết bị công xuất lớn mới có thể lấy gỗ ra được Chúng ta đã nhập một số loại thiết bị máy móc của nước ngoài, những loại máy móc thiết bị được nhập thường đắt tiền, yêu cầu sử dụng lại hết sức chặt chẽ,

vì vậy việc áp dụng các máy móc công nghệ và thiết bị của nước ngoài vào khai thác rừng tự nhiên ở Việt Nam là rất hạn chế Trong quá trình khai thác gỗ ở nước ta, chúng ta đã thực hiện và áp dụng các hình thức vận xuất gỗ sau đây: Vận xuất gỗ bằng thủ công; Vận xuất gỗ bằng súc vật; Vận xuất gỗ bằng máng lao; Vận xuất gỗ bằng tời; Vận xuất gỗ bằng máy kéo; Vận xuất gỗ bằng đường cáp trên không

Trong số những công nghệ nêu trên, hình thức vận xuất gỗ bằng máy kéo là phổ biến hơn cả Từ những năm 1960 ở cả hai miền nam, bắc chúng ta đã nhập một số loại máy kéo bánh xích của Liên Xô cũ như TDT55, TT-4, ĐT-75, máy kéo bánh hơi LKT -80, LKT -120 của Tiệp Khắc chủ yếu để phục vụ cho khai thác rừng tự nhiên Ưu điểm của máy kéo bánh xích do Liên Xô chế tạo có công suất lớn, khả năng vượt dốc tốt, vận xuất được khối lượng gỗ lớn Nhược điểm là chi phí nhiên liệu khá cao, mức độ phá hoại đường và cây con lớn Các loại máy kéo LKT của Tiệp Khắc sản xuất là loại máy kéo bánh hơi khung gập có khả năng vận xuất được khối lượng gỗ lớn, bán kính quay vòng nhỏ nên di chuyển

đi lại được trong rừng dễ dàng Loại xe Reo-7 của Mỹ được trang bị thêm tời cáp và dàn khung trên xe nên có thể gom gỗ từ xa tới, tự bốc, vận chuyển và dỡ gỗ được Đối với loại này rất phù hợp với điều kiện khai thác gỗ ở địa hình tương đối bằng phẳng Các loại máy kéo bánh hơi Volvo của Thụy Điển được nhập vào nước ta từ những năm 1970 để phục vụ cho khai thác gỗ rừng trồng ở vùng nguyên liệu giấy Bãi Bằng Các loại máy kéo này đã phát huy tác dụng tốt ở vùng công nghiệp giấy

trong việc vận chuyển và bốc dỡ gỗ

Trong những năm gần đây một số lâm trường ở các tỉnh phía Bắc

đã sử dụng máy kéo nông nghiệp để vận xuất gỗ rừng trồng, phương pháp kéo chủ yếu là kéo lết gỗ hoặc chở gỗ trên các rơ moóc Sau năm

1992 thực hiện đề tài nhánh cấp nhà nước KN-03-04 đề tài do Viện khoa học Việt Nam phối hợp với Trường Đại học Lâm nghiệp nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ra một loại thiết bị lắp đặt trên máy kéo MTZ-50 để vận xuất vận chuyển gỗ rừng trồng [7] Thiết bị này sử dụng nguồn động lực của máy kéo, có khả năng gom gỗ từ xa, tự bốc dỡ gỗ lên rơ moóc đặt sau máy kéo Thành quả của đề tài đã được ứng dụng ở một số lâm trường vùng nguyên liệu giấy Bãi Bằng và vùng Đông Bắc Việt Nam

Hình 1.2 Liên hợp máy kéo MTZ-50 với thiết bị tời cáp, rơ moóc

1 trục và cơ cấu nâng gỗ thủy lực vận xuất gỗ rừng trồng

Ngoài ra chúng ta đã sử dụng đường cáp trên không để vận xuất gỗ một

số nơi như Hoà Bình, Chiêm Hoá, Bắc Giang, Tuyên Quang, Thanh Hoá,

Quảng Bình vv… Vận xuất gỗ bằng máng lao, vận xuất gỗ bằng tời có tồn tại một thời gian nhưng đến nay các loại hình thức này không còn được sử dụng

ở Việt Nam Các hình thức vận xuất gỗ bằng thủ công, bằng súc vật kéo vẫn còn tồn tại nhiều vùng trên đất nước ta sở dĩ như vậy là do đời sống kinh tế của nhiều vùng nông thôn miền núi nước ta còn nghèo, lao động dư thừa, thiếu việc làm dẫn tới hạn chế việc trang bị các loại phương tiện máy móc thiết bị đắt tiền để phục vụ cho các khâu sản xuất khai thác gỗ

Với cơ chế chính sách như hiện nay, quy mô sản suất trang trại, hộ kinh

tế gia đình đã ngày càng được nhân rộng ra khắp toàn quốc Ở các vùng trung

du miền núi mô hình sản xuất trang trại đã được hình thành và ngày càng phát triển Hoạt động sản xuất của các trang trại không chỉ có hoạt động sản xuất nông nghiệp mà còn hoạt động sản xuất lâm nghiệp và nhiều ngành nghề khác Một số trang trại đã sử dụng máy kéo bánh hơi cỡ vừa và nhỏ có trang

bị thêm các thiết bị phụ trợ để dùng vào nhiều khâu công việc khác nhau như làm đất, bơm nước, xay xát, vận chuyển các sản phẩm nông, lâm sản sau thu hoạch, trong đó có sử dụng vào việc khai thác gỗ rừng trồng với các thiết bị như: sử dụng rơ moóc một trục, thiết bị tời cáp… để vận xuất và vận chuyển

gỗ Các loại máy kéo này tỏ ra rất thích hợp với quy mô sản suất vừa và nhỏ của các trang trại đáp ứng làm được nhiều công việc trong trang trại, song những nghiên cứu để sử dụng chúng một cách có hiệu quả trong các hoạt động sản xuất lâm nghiệp, nhất là trong các khâu khai thác gỗ thì chưa được nhiều người quan tâm đến

1.2 Tổng quan về dao động của máy kéo bánh hơi

1.2.1 Các công trình nghiên cứu dao động máy kéo bánh hơi trên thế giới

Khi làm việc máy kéo dao động do nhiều nguyên nhân khác nhau: do hoạt động của động cơ, của các chi tiết chuyển động chưa được cân bằng trong bộ phận truyền lực, do ảnh hưởng của mặt đường không bằng phẳng, do sự thay đổi lực cản của máy canh tác, do thành phần lực động sinh ra của cả liên hợp

máy…Các dao động này ảnh hưởng đến tải trọng động lực học tác dụng lên các cum chi tiết, độ êm dịu chuyển động của máy kéo, chất lượng công việc

mà liên hợp máy đang thực hiện Do vậy khi nghiên cứu dao động của máy kéo cần thiết phải xác định các yếu tố ảnh hưởng đến dao động, quan tâm đến các tác động của mấp mô mặt đường, của bộ phận máy móc thiết bị, khối lượng, mô men quán tính của thân máy kéo đối với các trục quán tính chính trung tâm, khối lượng của các bánh trước, các thông số hình học như vị trí trọng tâm, khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước, cầu sau, khoảng cách giữa các bánh xe…

Hầu hết các máy kéo được áp dụng trong điều kiện sản xuất lâm nghiệp đều phải làm việc trong điều kiện đường xá lâm nghiệp có độ mấp mô mặt đường khá cao và độ dốc lớn… Về mặt dao động có thể nói chúng hoạt động trong điều kiện rất khó khăn, vì vậy ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọng của liên hợp máy như: năng suất, khả năng kéo, bám, độ êm dịu, độ ổn định, độ bền các chi tiết máy, đến sức khoẻ của người lái… Do vậy nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo khi vận xuất gỗ là vấn đề cần thiết

có ý nghĩa trong việc hoàn thiện thiết kế và chọn chế độ sử dụng hợp lý liên hợp máy

Từ trước đến nay các công trình nghiên cứu về độ ổn định, khả năng kéo bám khi tải trọng thay đổi, các đặc trưng động lực học, các vấn đề về dao động của máy kéo và các bộ phận làm việc của máy, liên hợp máy đã được nghiên cứu

Trong công trình [40], Muller đã đưa ra mô hình không gian mô tả tất

cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, tác giả đã bỏ qua các tác động của tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác Theo tác giả, một máy kéo có thể

có 7 bậc tự do: Dao động thẳng đứng, dao động xoay quanh trục ngang, dao động dọc, dao động xoay quanh trục dọc và dao động liên kết xoay quanh trục cân bằng

Tác giả Volgel [41] đã nghiên cứu tính chất động lực học của liên hợp máy cày, khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi,

cả của hệ truyền lực và bánh xe Công trình cho phép đánh giá một cách khái quát tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy khi cày đất, tuy nhiên chưa có thực nghiệm để chứng minh các giả thiết đưa ra

Trong công trình của Wendebon [42] bằng lý thuyết và thực nghiệm, tác giả đã xây dựng mô hình nghiên cứu tính chất động lực học của dao động thẳng đứng máy kéo, tác giả không quan tâm đến chuyển động quay và các chuyển động khác Do vậy công trình này chưa đánh giá và thể hiện được đầy

đủ các tính chất động lực học của máy cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển động của máy kéo nói riêng và liên hợp máy nói chung

Năm 1973 Barski I.B [2] nghiên cứu Động lực học máy kéo Tác giả đã nghiên cứu đầy đủ động lực học của máy kéo bánh hơi, máy kéo bánh xích và

độ êm dịu chuyển động của máy kéo

Năm 1979 Orlov S.F đã nghiên cứu lý thuyết phổ của bộ phận treo đỡ của máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng [38]

Năm 1983 Alexandrov V.A nghiên cứu tải trọng của máy kéo lâm nghiệp ở chế độ nhấc bó gỗ khỏi mặt đất [39]

Năm 1983 Đobrưnhin Iu.A [37] nghiên cứu động lực học thẳng đứng của máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ trong chặt, chăm sóc

Năm 1987 Zucov A.V [36] đã nghiên cứu những vấn đề dao động của máy kéo lâm nghiệp

Bên cạnh đó còn có một số công trình nghiên cứu về dao động thẳng đứng của máy kéo có kể đến các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện làm việc: Tải trọng, vận tốc, độ mấp mô của mặt đường

1.2.2 Các công trình nghiên cứu dao động máy kéo bánh hơi ở Việt Nam

Như đã nói ở trên việc sử dụng máy kéo ở nước ta vào các lĩnh vực sản

xuất nói chung và khai thác rừng nói riêng còn hạn chế do điều kiện kinh tế,

qui mô sản xuất nhỏ, cơ sở hạ tầng kỹ thuật còn nhiều yếu kém dẫn đến các công trình nghiên cứu khoa học về máy kéo nói chung và nghiên cứu về dao động của máy kéo nói riêng còn ít và hạn chế Tuy nhiên ở nước ta có một số công trình nghiên cứu về dao động của máy kéo nông, lâm nghiệp:

TS Lê Minh Lư nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi [20]

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 bốn bánh cỡ nhỏ 18-24 mã lực [13]

Thạc sỹ Nguyễn Văn Vệ đã nghiên cứu dao động thẳng đứng của nghế ngồi trên máy kéo DFH-180 khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết và giải pháp giảm xóc cho người lái [29], tác giả đã xây dựng được mô hình tính toán dao động thẳng đứng của liên hợp máy kéo, điểm đặt nghế ngồi, xác định thông số dao động riêng của liên hợp máy và ghế ngồi Từ đó xác định được vùng vận tốc an toàn khi sử dụng và đánh giá ảnh hưởng của nó đến người lái khi máy kéo vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết

Thạc sỹ Nguyễn Văn An đã nghiên cứu 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 [1]

Thạc sỹ Nguyễn Đức Sỹ đã nghiên cứu ổn định động lực học dọc liên hợp máy kéo cỡ nhỏ, vận xuất gỗ khi khởi hành theo hướng lên dốc [27]

Công trình nghiên cứu của GS.TS Nguyễn Hữu Cẩn và các cộng sự [4] cho thấy: Tính êm dịu trong chuyển động của ô tô 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, ô tô máy kéo dao động theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc máy (OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người; theo phương ngang, phương dọc ảnh hưởng không đáng kể, có thể bỏ qua Đối với

máy kéo bánh hơi làm việc trên các mặt đường gồ ghề thân máy dao động với tần

số 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 toán hệ thống treo cho ghế ngồi với dạng kích động động lực và cho rằng khi tính toán thiết kế hệ thống treo cho ghế nên chọn tỷ số giữa tần số kích động và tần số dao động riêng của ghế trong khoảng 0,5

- 0,6.Trong tính toán chưa kể đến thành phần cản

Th.S Nguyễn Hồng Quang [24] đã nghiên cứu dao động của máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết đã tính toán và mô phỏng dao động phương thẳng đứng, lắc ngang phương và góc lắc phương dọc, làm cơ sở cho việc hoàn thiện và chọn chế độ sử dụng hợp lý cho liên hợp máy kéo cỡ trung bình

Các công trình nghiên cứu dao động của máy kéo ở nước ta chưa nhiều

và xuất hiện trong những năm gần đây [1], [20], [29] Các công trình này là nghiên cứu trong phạm vi hẹp nhằm xác định ảnh hưởng của rung xóc tới sức khỏe của công nhân lái và bước đầu đặt ra một số biện pháp chống rung cho người lái máy như cải tiến ghế chống rung Tuy nhiên các tác giả mới xem xét dao động của máy kéo trong một số điều kiện cụ thể khi xem hệ là tuyến tính, một bậc tự do chịu tác động của mặt đường dạng hàm xác định

Trong công trình nghiên cứu [29], tác giả đã đưa ra mô hình tính toán cho giảm xóc nói chung và cho rằng nên chọn tỷ số giữa tần số kích động và tần số riêng của vật cần bảo vệ lớn hơn 1,41, chọn như vậy vừa đảm bảo tránh cộng hưởng và 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 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 giảm rung [5], [21] đã dựa trên

cơ sở các số liệu về dao động con người, chọn sơ bộ các thông số chủ yếu: Khối lượng người - ghế, độ cứng lò xo, hệ số cản nhớt và tính toán theo điều kiện cho phép về biên độ dịch chuyển

Dao động của ô tô và máy kéo bánh hơi nói chung đã được nghiên cứu khá nhiều cả về lý thuyết và thực nghiệm, song dao động của máy kéo nông nghiệp trong vận xuất gỗ còn ít được nghiên cứu Dao động của liên hợp máy gây nên tải trọng động đáng kể lên các cụm chi tiết, ảnh hưởng đến khả năng

ổn định chống lật, khả năng điều khiển, khả năng kéo bám Lực tác động lên

cơ cấu máy sẽ biến đổi theo chu kỳ gây ra hiện tượng mỏi, giảm tuổi thọ của các chi tiết, đặc biệt có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng phá hỏng các chi tiết máy

Đối với sản xuất lâm nghiệp, các hoạt động khai thác thường diễn ra trong rừng Đối tượng khai thác là gỗ, các phương tiện vận xuất gỗ chủ yếu là máy kéo chuyên dùng hoặc máy kéo nông nghiệp sử dụng rơ moóc hoặc lắp đặt các thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ thì ngoài lực tác động lên máy kéo ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của máy còn không an toàn cho người và thiết bị Vấn đề này cần phải được quan tâm nghiên cứu và đánh giá một cách cụ thể khi sử dụng một loại máy kéo nông nghiệp nào đó vào việc vận xuất gỗ ở điều kiện rừng Việt Nam

Đối với máy kéo MTZ-82 là loại máy kéo bánh hơi nông nghiệp của Liên Xô cũ trước đây sản xuất và viện trợ cho Việt Nam vào những năm cuối thập niên 1980 là loại máy kéo làm việc có độ ổn định cao, có cơ cấu treo thủy lực và trục thu công suất bố trí ở phía sau máy kéo Ngoài việc sử dụng cho sản xuất nông nghiệp có thể sử dụng vào sản xuất khai thác rừng khi được trang bị thêm các thiết bị chuyên dùng như rơ moóc, thiết bị tời cáp để vận xuất, vận chuyển gỗ Tuy nhiên để sử dụng một cách có hiệu quả phát huy hết tính năng của máy kéo cần phải được nghiên cứu thêm nhất là về tải trọng động lực học, các dao động của liên hợp máy trong quá trình làm việc để đánh giá ảnh hưởng của

các dao động đó đến khả năng kéo, bám, ổn định và điều khiển là rất cần thiết

1.3 Tổng quan về liên hợp máy kéo MTZ-82 với thiết bị chuyên dùng tời

cáp để vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết

1.3.1 Cấu tạo, đặc tính kỹ thuật của máy kéo MTZ -82

Máy kéo MTZ-82 do Berarut một nước cộng hoà của Liên Xô (cũ) trước đây sản suất, là loại máy kéo nông nghiệp cỡ vừa đã được xuất sang Việt Nam cuối những năm 1980 được sử dụng phổ biến phục vụ chủ yếu cho sản xuất nông nghiệp

như: làm đất canh tác và vận chuyển nông, lâm sản

Để nghiên cứu dao động của Liên hợp máy kéo MTZ-82 với thiết bị chuyên dùng tời cáp vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết cần phải hiểu rõ cấu tạo, đặc tính kỹ thuật, đặc biệt các thông số kỹ thuật của máy kéo để tính toán tải trọng động lực học những dao động của máy và liên hợp máy khi làm việc và đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến khả năng kéo, bám, ổn định và điều khiển

1.3.1.1 Cấu tạo chung của máy kéo MTZ - 82

Hình 1.3: Vị trí của các cơ cấu chính trên máy kéo 1- Phần di động; 2- Hệ thống truyền lực; 3- Hệ thống treo;

4- Cơ cấu điều khiển;5- Động cơ

Máy kéo MTZ - 82 gồm 5 phần chính: Động cơ 5, Hệ thống truyền lực 2, phần di động 1, cơ cấu điều khiển 4 và trang bị làm việc (hình1.3)

Động cơ biến nhiệt năng thành cơ năng Nó là nguồn lực để cho máy kéo di động

Truyền lực là tổng hợp các cơ cấu để truyền mô men quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của máy kéo Truyền lực bao gồm ly hợp chính, khớp nối, hộp số và cầu sau

Bộ ly hợp có nhiệm vụ tách chuyển động quay của trục khuỷu động cơ khỏi hộp số trong thời gian ngắn khi cần ngắt truyền động và nối lại một cách

êm dịu khi máy kéo khởi hành hoặc thay đổi tốc độ trong quá trình di chuyển Khớp nối là những phần tử đàn hồi cho phép nối trục ly hợp với hộp số với

độ lệch trục không lớn

Hộp số cho phép thay đổi lực kéo, hướng chuyển động ở bánh chủ động máy kéo khi lực cản chuyển động tăng hay giảm bằng cách gài các cặp bánh răng hộp số để thay đổi vận tốc và mô men quay cho phù hợp với tải trọng và khả năng kéo, bám hoặc lùi lại khi làm việc, tách nguồn lực từ động

cơ đến bánh chủ động khi chạy không tải

Cơ cấu tăng mô men quay cầu sau cho phép truyền thẳng mô men quay đến bánh chủ động

Phần di động gồm nửa khung, trục và bánh lốp hơi để gá lắp, nâng đỡ toàn bộ trọng lượng của máy kéo và di chuyển khi máy kéo làm việc

Cơ cấu điều khiển làm nhiệm vụ giữ hoặc thay đổi hướng chuyển động của máy kéo bằng cách xoay vòng các bánh trước Cơ cấu lái gồm vô lăng, cơ cấu trục vít, bánh vít có trợ lực lái bằng thủy lực để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái, giảm rung động từ bánh xe đến vành tay lái Trang bị làm việc của máy kéo được sử dụng để hoàn thành những công việc đồng áng Trang bị làm việc bao gồm trục trích công suất, cơ cấu móc, hệ thống treo thủy lực, puli truyền động Ngoài ra còn được trang bị thêm rơ moóc hai trục để vận chuyển công

cụ sản xuất, nông sản…

1.3.1.2 Đặc tính kỹ thuật của máy kéo MTZ -82

Máy kéo MTZ-82 sử dụng động cơ Diezel 4 kỳ 4 xi lanh, công suất 80 mã lực, tiêu thụ nhiên liệu mức trung bình có trục thu công suất và hệ thống treo thuỷ lực phía sau Máy có kết cấu hợp lý, có khả năng kéo bám tốt thích hợp với mọi loại đất: Ruộng khô, ruộng nước, vườn cây ăn quả, vườn rừng, trang trại Máy có thể sử dụng với nhiều mục đích khác nhau có thể lắp cày treo, cày chảo, máy phay, rơ moóc để làm đất canh tác và vận chuyển, đặc biệt có thể lắp thêm các thiết bị chuyên dùng như thiết bị tời cáp để vận xuất, vận chuyển gỗ trong khai thác rừng Máy kéo có khả năng làm việc được trên địa bàn dốc dưới 200.

1.3.2 Thiết bị chuyên dùng tời cáp cần chữ A

Thiết bị chuyên dùng tời cáp, cần chữ A là sản phẩm đề tài cấp nhà nước KN –

03 – 04 thiết kế và chế tạo, lắp trên máy kéo MTZ - 82 để vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết

1.3.2.1 Cấu tạo thiết bị chuyên dùng tời cáp cần chữ A

Sơ đồ cấu tạo của thiết bị tời cáp cần chữ A lắp trên máy kéo MTZ-82 được

được trình bày trên hình 1.5:

1

2 3 4 5 6

Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo LHM MTZ-82 với thiết bị tời cáp cần chữ A kéo gỗ nửa lết 1- Máy kéo; 2- Trục thu công suất; 3- Bộ truyền xích; 4- Trục tời;

5- Cóc hãm; 6- Trống tời; 7- pu ly đầu cần chữ A; 8- Cáp kéo gỗ;

9- Cần chữ A 10- Puly chuyển hướng;

Thiết bị tời cáp được lắp sau máy kéo bao gồm:

Cần chữ A 9 được chế tạo bằng thép, được bắt chặt với càng sau máy kéo bằng các bu lông, tại vị trí đầu lắp pu ly 7 dẫn động cho cáp kéo 8, phía trong tại điểm giữa thanh ngang có lắp pu ly chuyển hướng 10 dẫn động cáp cho trống tời Trống tời 6 được bắt chặt với bệ phía sau máy kéo bằng mặt bích và

bu lông đai ốc, đầu trục tời phía trong có lắp bộ truyền động xích kết nối với trục thu công suất của máy kéo, phía ngoài đầu trục lắp cóc hãm Việc truyền động cho tời được thực hiện từ trục thu công suất máy kéo qua bộ truyền động xích

1.3.2.2 Nguyên lý hoạt động của liên hợp máy khi vận xuất gỗ:

Trường hợp kéo lết gỗ: Cho máy kéo đứng yên, thả cáp đến nơi chặt hạ, buộc chặt gỗ lại, người lái đóng cơ cấu gài trục thu công suất, làm cho trục thu công suất quay, cáp được quấn lại và kéo gỗ về phía máy kéo, khi gỗ được kéo đến vị trí đã định người lái ngắt chuyển động trục thu công suất Trường hợp kéo gỗ nửa lết: Người lái xả cáp buộc chặt cây gỗ (hoặc bó gỗ), đóng cơ cấu gài trục thu công suất, gỗ được nâng lên khỏi mặt đất Khi

đã đến độ cao nhất định người lái ngắt cơ cấu gài trục thu công suất, nhờ cóc hãm nên cáp không bị xả ra Người lái cho máy kéo chạy, bó gỗ được kéo theo máy kéo

Với thiết bị tời cáp và cần chữ A, được lắp sau máy kéo MTZ-82 tạo nên một liên hợp máy kéo gỗ theo phương pháp kéo nửa lết đem lại hiệu quả kinh tế trong khai thác rừng trồng, giảm được sức lao động nặng nhọc cho người lao động Điều này đã được chứng minh qua khảo nghiệm và đưa vào sản xuất thử khi thực hiện đề tài KN-03-04 Tuy nhiên đề tài chỉ dừng ở mức nghiên cứu thiết kế, chế tạo, vận hành và xây dựng định mức kinh tế kỹ thuật, đánh giá hiệu quả kinh tế chứ chưa có điều kiện để nghiên cứu các đặc tính động lực học của liên hợp máy khi vận xuất gỗ, nhất là các dao động gây ra trong quá trình làm việc do địa hình không bằng phẳng, liên hợp máy thường

di chuyển trên mặt đất rừng chịu nhiều tác động của mặt đường lồi, lõm gây

ra những dao động ảnh hưởng lớn đến tính cơ động và ổn định của máy kéo, đến khả năng kéo, bám đặc biệt ảnh hưởng đến sức khoẻ của người lái

Để có sơ sở hoàn thiện thêm về mặt kết cấu và chọn chế độ sử dụng hợp

lý cần phải nghiên cứu thêm về dao động khi liên hợp máy làm việc trên đường vận xuất gỗ

Chương 2

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu

Xây dựng được mô hình và hệ phương trình vi phân dao động của liên hợp máy kéo MTZ – 82 với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết, làm cơ sở hoàn thiện kết cấu và chọn chế độ sử dụng hợp lý

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng để xây dựng mô hình lý thuyết về dao động và nghiên cứu

thực nghiệm là liên hợp máy kéo MTZ-82 do Liên Xô cũ trước đây chế tạo với trang bị chuyên dùng kiểu tời cáp và cần chữ A do đề tài KN-03-04 thiết

kế và chế tạo để vận xuất gỗ rừng trồng theo phương pháp kéo nửa lết

Một số đặc tính kỹ thuật cơ bản của liên hợp máy

+ Máy kéo MTZ-82 theo [19] có các thông số kỹ thuật cơ bản sau:

Công suất định mức: 80 mã lực;

Cầu chủ động: 01;

Kích thước: Dài 3930 mm, rộng 1970mm, cao 2450mm;

Chiều dài cơ sở: 2320 mm;

Tổng khối lượng: 3450 kg;

Bánh xe với lốp hơi áp suất thấp;

Kích thước lốp: Bánh trước 210-58(8,3/8-20);

Bánh sau 330-965 (13,6/12-38)

Áp suất không khí trong lốp:

Lốp trước 1,4 ÷ 2,5 KG/cm2 (phụ thuộc vào tải trọng);

Lốp sau 0,8 ÷ 1,4 KG/cm2 (phụ thuộc vào tải trọng)

+ Thiết bị tời cáp, cần treo gỗ chữ A có các thông số kỹ thuật cơ bản sau:

- Loại tời: dẫn động cơ khí từ trục thu công suất của máy kéo

- Lực kéo lớn nhất: 3940 N

- Tốc độ cáp lớn nhất: 1,13 m/s

- Dung lượng cáp: 100 m

- Đường kính cáp: 8,3 mm

- Khối lượng tổng cộng thiết bị tời cáp (cả khung chữ A): 105 kg

Liên hợp máy có khả năng gom gỗ từ xa trên cự ly tối đa 90 m vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết

+ Dạng đường vận xuất:

Đường vận xuất gỗ thường là các tuyến đường tạm thời không được tiêu chuẩn hóa, hoặc được hình thành trên cơ sở mặt đất rừng tự nhiên, nên có các thông số đặc trưng độ mấp mô phức tạp, các số liệu thống kê chưa đầy đủ, mặt khác ảnh hưởng của độ mấp mô mặt đường đến dao động của máy là đáng kể chỉ khi bước sóng của mấp mô nhỏ hơn hoặc bằng chiều dài cơ sở của máy Theo [39], mặt đường vận xuất gỗ có quy luật thay đổi dạng hàm điều hòa, chiều cao mấp mô trong khoảng từ 3cm đến 20 cm, thì mới ảnh hưởng đến dao động của máy

Khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy ta không thể tính toán cho tất cả các dạng mặt đường, mà cần chọn dạng mặt đường thường gặp với các thông số đặc trưng có giá trị trung bình để nghiên cứu

Căn cứ vào chiều dài cơ sở của máy kéo L =2320 mm, chiều cao mấp

mô theo [39] và qua khảo sát thực tế, ta chọn dạng mặt đường nghiên cứu có các thông số sau :

Chiều cao mấp mô trung bình: h = 150 mm

Chiều dài bước sóng trung bình của mặt đường: S0= 800mm

2.3 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi của đề tài là: Nghiên cứu dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của liên hợp máy kéo MTZ-82 với thiết bị tời cáp và cần chữ A để vận xuất gỗ rừng trồng theo phương pháp kéo nửa lết trên đường vận xuất

Máy kéo chuyển động với tốc độ thấp, các kích động động học của mấp

mô mặt đường lên liên hợp máy thay đổi không lớn Liên hợp máy làm việc ở vùng tải trọng, độ dốc, vận tốc cho phép, sẽ không có hiện tượng mất liên kết giữa bánh xe, đuôi gỗ với mặt đường

2.4 Nội dung, phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Nội dung và phương pháp nghiên cứu lý thuyết

2.4.1.1 Nội dung nghiên cứu lý thuyết

+ Xây dựng mô hình tính toán dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của liên hợp máy kéo MTZ-82 với thiết bị tời cáp và cần treo gỗ chữ A khi vận xuất gỗ rừng trồng theo phương pháp kéo nửa lết;

+ Lập và giải hệ phương trình vi phân dao động của cơ hệ trong mặt phẳng thẳng đứng dọc đi qua trọng tâm của liên hợp máy;

+ Mô phỏng tìm các đặc tính động lực học các dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc đi qua trọng tâm của liên hợp máy

2.4.1.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Để nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo MTZ-82 với thiết bị tời cáp và cần chữ A khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết, chúng tôi tiến hành xây dựng mô hình tính toán dao động trên cơ sở của cơ học giải tích Phương pháp giải tích có ý nghĩa rất lớn trong việc giải quyết các bài toán dao động tuyến tính đơn giản, giúp cho người nghiên cứu có thể phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu và tối ưu hoá các thông số của hệ thống tuyến tính

Các phương trình vi phân để mô tả dao động của hệ thống máy xung quanh vị trí cân bằng được xây dựng dựa theo phương trình Lagranger loại II dạng:

i i i i

T q

T dt

T - Động năng của cơ hệ,

 - Thế năng của cơ hệ,

 - Hàm hao tán của cơ hệ,

Việc giải hệ phương trình vi phân tuyến tính lập được để xác định các đặc trưng động lực học của hệ được tiến hành theo phương pháp giải tích và sự trợ giúp của máy tính điện tử nhờ phần mềm Matlab-Silmulink

Từ các thông số kỹ thuật của máy kéo MTZ-82, thiết bị tời cáp cần chữ A, khối lượng gỗ và mấp mô mặt đường, làm cơ sở cho việc khảo sát tìm các đặc tính động lực học của dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc đi qua trọng tâm máy kéo

2.4.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

2.4.2.1 Nội dung nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm để minh hoạ cho một phần của nghiên cứu lý thuyết về dao động thẳng đứng của liên hợp máy kéo MTZ-82 với thiết bị chuyên dùng tời cáp cần chữ A vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết

2.4.2.2.Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Trong nghiên cứu thực nghiệm chúng tôi sử dụng phương pháp thử nghiệm trên máy thực: Liên hợp máy gồm máy kéo MTZ-82 trang bị thiết bị tời cáp cần chữ A kéo gỗ rừng trồng theo phương pháp kéo nửa lết trên những

đoạn đường đã được khảo sát Đo gia tốc dao động thẳng đứng, với việc ứng dụng phương pháp đo các đại lượng không điện nhờ các cảm biến tiêu chuẩn nối ghép với thiết bị đo Spider8 điều khiển bằng phần mềm Catman Phương pháp sử lý số liệu bằng các phần mềm Catman 3.1 và DMC Laplus (sẽ trình bày cụ thể ở trong chương 4)

3.1 Đặc trưng của các phần tử đàn hồi trên máy kéo

Khi nghiên cứu sự chuyển động êm dịu của ô tô máy kéo… người ta phân biệt các phần sau đây xét về mặt cấu trúc:

Phần trên lò xo: tất cả các cụm máy, chi tiết máy có trọng lượng tác dụng lên lò xo được thay thế bằng một khối lượng và các mô men quán tính của khối lượng đối với các trục quán tính chính trung tâm

Phần dưới lò xo: tất cả các cum máy, chi tiết có trọng lượng không tác dụng lên lò xo, được thay thế bằng một khối lượng tập trung

Bộ phận treo là bộ phận để truyền lực và các kích động mấp mô mặt đường lên phần lò xo nhằm hạn chế tác dụng động lực học đối với phần trên

lò xo

Bánh xe là bộ phận đàn hồi bảo đảm cho xe máy tiếp tục ổn định với mặt đường và giảm bớt tác động động lực học của các mấp mô mặt đường đến liên hợp máy

Đối với máy kéo bánh hơi, bánh sau của máy kéo được liên kết thẳng với thân máy thông qua cầu sau mà không có hệ thống treo Vì vậy ở cầu sau chỉ có bộ phận đàn hồi duy nhất là các bánh lốp sau Ở cầu trước, do máy kéo

phải làm việc ở điều kiện địa hình phức tạp, độ chênh mặt đường giữa hai bánh trước bên trái và bên phải lớn, nên để đảm bảo tính năng ổn định khi di chuyển cầu trước máy kéo phải được liên kết với thân máy thông qua một khớp quay đảm bảo cho cầu trước có thể quay quanh trục dọc Mặt khác, trong những máy kéo hiện đại bánh trước còn được liên kết với cầu trước thông qua một lo xo xoắn trụ Bởi vậy đối với máy kéo bánh hơi phần trên lò

xo bao gồm khung máy, động cơ, buồng lái, hộp số, cầu sau, máy nông nghiệp treo ( ở thế vận chuyển nếu có…) và cả bánh chủ động lắp trên cầu sau Trong đó sơ đồ tính toán khối lượng của cầu trước cũng được tính vào khối lượng của thân máy kéo Phần dưới lò xo máy kéo bao gồm bánh lốp trước, trục bánh trước và trụ giữ lò xo giảm xóc cầu trước

Trong thực tế, bản thân mỗi bộ phận cũng không phải là vật thể tuyệt đối cứng, tuy nhiên các biến dạng đàn hồi của chúng có ảnh hưởng tới dộ chạy êm của xe, so với ảnh hưởng các phần tử đàn hồi lò xo trong hệ thống treo, đàn hồi của bánh xe là không đáng kể Vì vậy trong nghiên cứu lý thuyết

và thực nghiệm phần trên của lò xo được xem như là một vật thể tuyệt đối cứng Các đặc trưng cơ bản của nó là khối lượng, các mô men quán tính của khối lượng đối với các trục quán tính chính trung tâm Các chuyển vị là chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm, chuyển vị góc của nó quay quanh các trục quán tính chính trung tâm

Khi nghiên cứu về độ chạy êm của xe, qui ước bỏ qua các biến dạng

và liên kết giữa các phần tử của phần dưới lò xo, bỏ qua mô men quán tính khối lượng phần dưới lò xo và coi phần dưới lò xo như một chất điểm( khối lượng tập trung ở một điểm) tập trung ở bánh xe Như vậy chuyển vị của phần dưới lò xo sẽ tương ứng với chuyển vị thẳng đứng của tâm trục bánh xe Các tác động cơ học do các mấp mô mặt đường gây ra tác động lên phần trên lò xo thông qua hệ thống Hệ thống này gồm phần tử đàn hồi (lò xo), bộ dập tắt dao động (bộ giảm chấn) và bộ phận dẫn hướng

Các bánh hơi của của máy kéo có tính đàn hồi theo các phương khác nhau, song chỉ có tính đàn hồi của lốp theo phương bán kính là ảnh hưởng chủ yếu đến độ chạy êm Vì vậy trong nghiên cứu dao động của máy kéo nhất thiết phải kể đến độ đàn hồi của bánh hơi theo phương này

Tính đến độ đàn hồi của bánh lốp máy kéo khi thành lập sơ đồ tính toán dao động cũng giống như tính toán một lò xo bất kỳ nào

Mọi thông số (có thể và không thể điều chính) ảnh hưởng đến độ chạy

êm của máy kéo được gọi là các đặc trưng của hệ thống treo

Phần tử cơ bản trong hệ thống treo là phần tử đàn hồi dùng để giảm tác động động lực học do mấp mô mặt đường gây ra cho phần trên lò xo Đặc tính cơ bản của phần tử đàn hồi là hệ thức giữa lực và biến dạng của nó do lực

đó gây ra theo phương nghiên cứu

Đồ thị diễn tả sự liên hệ giữa lực đàn hồi (Pđh) và biến dạng  gọi

là đường đặc tính của phần tử đàn hồi (lò xo) Tốc độ gia tăng của Pđh khi biến dạng tăng được gọi là độ cứng của lò xo Cx [8](Hình 3.1)

c dh

Do những hao tổn bên trong (ma sát trong, hao tổn nhiệt ) đường đặc tính đàn hồi của lò xo Pđh () khi tải tăng và giảm tải là không trùng nhau và tạo thành một đường công trễ khép kín ( hình 3.2) Khi đó độ độ cứng của lò

xo được xác định từ đường trung bình giữa đường cong tăng tải và giảm tải ( đường nét đứt)

Đường đặc tính của một số phần tử đàn hồi ( khí hay thuỷ khí) phụ thuộc rõ rệt vào tốc độ biến dạng Do đó người ta còn phân biệt các đặc tính tĩnh và động lực học Đường đặc tính tĩnh được xây dựng khi tốc độ biến dạng dưới 50 mm/phút Đường đặc tính động lực học thu được khi tốc độ biến dạng lớn hơn mức đó Khi tốc độ biến dạng lớn, nhiệt lượng xuất hiện không kịp tỏa ra môi trường xung quanh do đó độ cứng động lực học lớn hơn độ cứng tĩnh

Người ta phân biệt độ cứng của phần tử đàn hồi theo hai dạng tuyến tĩnh và phi tuyến Phần tử đàn hồi có độ cứng không đổi có đặc trưng tuyến tĩnh Nếu độ cứng của nó phụ thuộc vào giá trị của biến dạng thì đó là phần tử

đàn hồi có đặc trưng phi tuyến

Vật liệu chế tạo các phần tử đàn hồi có nhiều loại khác nhau: kim loại (lò

xo lá, lò xo xoắn ốc trụ ), cao su, khí Đường đặc tính của phần tử đàn hồi là kim loại gần đúng với đường thẳng hơn (tuyến tính) Các loại còn lại có đường đặc tính thường là đường cong (đặc trưng phi tuyến)

3.2 Đặc trưng của phần tử đàn hồi bánh xe

Đặc tính đàn hồi của bánh xe biểu thị qua đồ thị liên hệ giữa lực thẳng đứng và biến dạng theo hướng xuyên tâm của bánh xe Đặc tính đàn hồi của bánh xe khi tăng tải và giảm tải cũng khác nhau và tạo thành đường cong trễ khép kín Trong nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi, độ cứng đàn hồi của bánh xe được lấy theo đường trung bình giữa đường tăng tải và giảm tải Lực đàn hồi của bánh xe phụ thuộc chủ yếu vào áp suất khí bên trong bánh xe

và loại lốp sử dụng Trên hình 3.3 cho các đường đặc tính đàn hồi của bánh xe máy kéo khi tăng tải và giảm tải với các áp lực hơi trong bánh xe và với các loại lốp khác nhau

Khi tính toán dao động của máy kéo bánh hơi, qui ước tính toán độ cứng của bánh xe và áp lực hơi danh nghĩa [20 ] Trên hình 3.3 cho thấy, quan hệ giữa lực đàn hồi và biến dạng là đường cong (hàm số phi tuyến), trong tính toán gần đúng có thể coi là đường cong bậc hai, có dạng :

Pdh = A 2+ B ; (3.1) Trong đó :

A, B: Các hằng số tuỳ thuộc vào từng loại bánh hơi,

Biến dạng đàn hồi của bánh hơi,

Pdh: Lực đàn hồi của bánh hơi

Hình 3.3 Đường đặc tính đàn hồi bánh xe máy kéo bánh hơi

1: lốp 11-38 khi áp lực hơi p = 8 N/cm2 ; 2: lốp 11-38 khi áp lực hơi

P = 12 N/cm2

; 3 : lốp 6,5-16 khi áp lực hơi p = 20 N/cm2

đường tới bánh xe và thân máy kéo Lực cản dao động trong bánh xe được xem tỷ lệ bậc nhất với tốc độ của biến dạng:

 : Tốc độ biến dạng của bánh hơi

Khi xe máy di chuyển, chịu tác động của các kích động động học mặt đường, liên kết giữa bánh xe và mặt đường là một chiều Có trường hợp bánh

xe tách khỏi mặt đường, trong trường hợp đó lực đàn hồi và lực cản dao động trong bánh xe đều triệt tiêu Đường đặc tính của lực đàn hồi và lực cản dao động khi kể đến liên kết một chiều giữa bánh xe và mặt đường có dạng (Hình 3.4)

3.3 Hàm số kích động mặt đường:

Dao động của liên hợp máy do rất nhiều yếu tố gây nên trong đó kích động của mấp mô mặt đường lên các bánh xe máy kéo trong khi di chuyển, là yếu tố cơ bản và quyết định tới quá trình làm việc của liên hợp máy Vì vậy mấp mô mặt đường là yếu tố đầu vào hết sức quan trọng khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy theo phương pháp kéo nửa lết Để nghiên cứu dao động của liên hợp máy, việc điều tra khảo sát, phân loại các dạng mặt đường

mà liên hợp máy làm việc là vấn đề cần thiết và đó là các thông số đầu vào của các bài toán dao động

Khi xét đến dao động của máy kéo MTZ-82 kéo gỗ nửa lết, điều kiện đường sá là vấn đề rất phức tạp và đa dạng, đặc biệt là đường sá vùng đồi núi lâm nghiệp Trong nghiên cứu, người ta chia mặt đường ra các nhóm chính [13] sau:

+ Điều kiện nền đường nhóm 1: gồm đường nhựa (asphalt) và bê tông nhựa (bê tông asphalt), đường xi măng và đường bê tông;

+ Điều kiện nền đường nhóm 2: gồm đường nhựa và đường bê tông với tình trạng mặt đường xấu, đường lát mặt (đá cuội, đá tảng, đá ghép), đường sỏi, đá dăm, rải xỉ, đường vệt ghép bằng các tấm bê tông hay ghi thép;

+ Điều kiện nền đường nhóm 3: gồm đường đất cấp phối với lớp phủ mặt nhân tạo chất lượng thấp, đường cấp phối (san, gạt), các đường đất tự nhiên (do các loại xe khác nhau chạy trực tiếp trên địa hình tạo thành), các đường đặc tuyến (đường chạy thử, bãi tập lái), các đường bản chất thuộc điều kiện nền đường nhóm 1, 2 đã bị phá hỏng nặng

+ Điều kiện nền đường nhóm 4: gồm địa hình tự nhiên xe đã chạy mòn, địa hình đã có xe chạy và đường trận địa trên địa hình chưa trở thành đường đất, địa hình và đường đất khó đi qua (đường lầy lội mùa mưa, tuyết dày trên

20 cm)

Đường vận xuất gỗ thường là đường tạm thời được sử dụng trong mùa khô ráo, nền đường vận xuất dùng cho các loại máy kéo là mặt đất rừng được san ủi gạt bỏ những chướng ngại vật, có độ dốc cho phép Như vậy đường vận xuất thuộc điều kiện nền đường nhóm 3,4

Theo [13] các tác động kích thích bên ngoài lên máy kéo khi chuyển động trên các điều kiện nền đường khác nhau, được tính đến qua hàm phân bố

độ cao mấp mô trên đường Các hàm này nhận được qua kết quả đo đạc độ cao các mấp mô của biên dạng vi mô trên địa hình Đối với máy kéo bánh hơi

di chuyển trên điều kiện nền đường nhóm 3,4, các mấp mô có độ cao h < 3

cm ảnh hưởng không đáng kể đến độ êm dịu chuyển động của máy kéo nên các đoạn đường mấp mô như vậy được coi như bằng phẳng Đối với điều kiện nền đường nhóm 3,4, căn cứ vào các số liệu điều tra thực nghiệm, [12] đã xác định được khoảng cách mấp mô trên đoạn đường thực nghiệm có ảnh hưởng tới độ êm dịu chuyển động của máy kéo bánh hơi cỡ trung là 20 – 30 cm

Theo [28] khi nghiên cứu độ mấp mô mặt đường trong vận xuất gỗ của máy kéo bằng phương pháp kéo nửa lết, đã xây dựng cơ sở lý thuyết và tính toán quan hệ giữa độ cao mấp mô h và chiều dài quãng đường s bằng phương trình hồi quy có dạng:

,

0

7531 , 53 131653 ,

0 6418 , 235

209 , 0





(3.2b) Phương trình (3.2) có thể biến đổi như sau:

2 2 2

s s

2 2

2 2

7798 , 0 cos

Hình 3.5 Biểu đồ mối quan hệ giữa h và s

3.4 Xây dựng mô hình dao động của liên hợp máy kéo MTZ-82 với thiết

bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết

Trong quá trình nghiên cứu chỉ xét dao động của máy kéo và bó gỗ trong mặt phẳng thẳng đứng dọc;

Khối lượng của máy kéo và bó gỗ được quy đổi về trọng tâm của chúng

h (m)

s (m)

Liên kết giữa bó gỗ và máy kéo là liên kết bản lề;

Bó gỗ có độ cứng rất lớn nên có thể coi bó gỗ là một thanh rắn;

Dao động được xét quanh vị trí cân bằng tĩnh;

Bỏ qua lính chất đàn hồi và biến dạng của đất tại các vị trí tiếp xúc giữa mặt đường bánh xe và bó gỗ;

Máy kéo chuyển động thẳng có vận tốc không đổi;

Coi mấp mô mặt đường là nguồn kích thích dao động duy nhất;

Độ cao mấp mô mặt đường ở các bánh trước và bánh sau là như nhau,

do đó có thể thay mô hình không gian bằng mô hình phẳng;

3.4.2 Mô hình dao động của cơ hệ

Với các giả thiết trên chúng tôi xây dựng được mô hình dao động của

cơ hệ như sau:

Hình 3.6: Mô hình dao động của máy kéo MTZ-82 kéo gỗ nửa lết

Trong mô hình:

z: Chuyển dịch của trọng tâm máy kéo theo phương thẳng đứng, m;

z1: Chuyển dịch của trọng tâm cầu trước theo phương thẳng đứng, m;

z2: Chuyển dịch của trọng tâm cầu sau theo phương thẳng đứng, m;

zg: Chuyển dịch của trọng tâm bó gỗ theo phương thẳng đứng, m;

m : Khối lượng của máy kéo, tời cáp và cần treo gỗ qui đổi về trọng tâm của

máy kéo, kg;

m1: Khối lượng không được treo tương ứng ở cầu trước máy kéo kg;

m2: Khối lượng không được treo tương ứng ở cầu sau máy kéo kg ;

mg: Khối lượng của bó gỗ qui đổi về trọng tâm bó gỗ, kg;

m3: Khối lượng của thiết bị tời cáp và cần treo gỗ

mg/2: Khối lượng gỗ phân bố cho máy kéo

l1: Khoảng cách nằm ngang tính từ trọng tâm bánh trước tới trọng tâm

máy kéo, m;

l2: Khoảng cách nằm ngang tính từ trọng tâm bánh sau tới trọng tâm

máy kéo, m;

l3: Khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm bánh sau đến điểm treo gỗ, m;

l31: Khoảng cách nằm ngang từ tâm bánh sau đến trọng tâm tời cáp theo phương nằm ngang, m;

l32: Khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm tời cáp đến điểm treo gỗ theo phương nằm ngang, m;

l4: Khoảng cách nằm ngang từ tâm điểm treo gỗ đến trọng tâm bó gỗ, m;

l5: Khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm bó gỗ tới điểm gỗ tiếp xúc với mặt đất, m;

lg: Chiều dài của bó gỗ;

c1, c2: Độ cứng của lốp trước, sau máy kéo, N/m;

k1, k2: Hệ số cản giảm chấn của lốp trước, sau máy kéo, Ns/m;

h1, h2, h3: Độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh trước,

bánh sau máy kéo và bó gỗ, m;

: Chuyển vị góc của thân máy kéo trong mặt phẳng đứng dọc tại vị trí

trọng tâm máy kéo, rad;

: góc nghiêng của bó gỗ với mặt đường trong mặt phẳng đứng dọc tại

vị trí tâm điểm treo gỗ, rad;

J: Mô men quán tính của máy kéo đối với trọng tâm của hệ, kg.m 2 ;

Jg: Mô men quán tính của bó gỗ đối với trọng tâm của nó, kg.m 2 ;

i: Các biến dạng của phần tử đàn hồi, m

3.4.3 Xác định vị trí cân bằng tĩnh của trọng tâm máy kéo và bó gỗ

+ Xác định tọa độ trọng tâm liên hợp máy theo phương thẳng đứng OZ

Dựa vào mô hình nghiên cứu (3.6) để xác định chiều cao của các trọng tâm bánh trước, bánh sau, máy kéo và bó gỗ ở trạng thái cân bằng tĩnh, khi hệ chưa chuyển động so với đường trung bình của mấp mô mặt đường

Giả thiết: Khối lượng gỗ quy đổi tập trung ở điểm giữa chia đôi chiều dài bó gỗ Gọi trọng lượng máy kéo là m, phản lực theo phương thẳng đứng của đất tác động lên bánh trước là Fz1’ tác dụng lên bánh sau là Fz2’ trọng lượng của bó gỗ là mg phản lực thẳng đứng của đất tác dụng lên đuôi bó gỗ là

Rg bằng một nửa trọng lượng bó gỗ

Lập phương trình cân bằng mô men đối với điểm A, ta có:

0 ) (

2 / ) 2 / (

2 1

3 2 1 1

2

) (

2 / 1

l l

m l l l ml

c

F

2 2 1

3 2 1 1

) (

) (

2 / 1

c l l

m l l l

M BF z1(l1l2) m g(l3l g/ 2 ) ml2m g/ 2 (l3l g)  0 (3.7)

Biến đổi phương trình (3.7) ta có:

2 1

3 2

1

2 / 1

l l

l m ml





 (3.8) Chiều cao của trọng tâm bánh trước ở trạng thái cân bằng tĩnh là:

1 2 1

3 2

1

1 1

) (

2 / 1

c l l

l m ml

2

3 2 1 1

2 2 1

0

2 / 1 )

( 2 / 1 )

(

1

c

l m ml

c

m l l l ml

l l

g g

g



 (3.12) Trong đó : za; zg là chiều cao của đầu cần tời; trọng tâm bó gỗ theo phương thẳng đứng so với đường trung bình mấp mô mặt đường

+ Xác định tọa độ trọng tâm liên hợp máy theo phương dọc OX

Đối với máy kéo nguyên thủy ( khi không lắp bộ phận tời cáp, cần treo

gỗ và không vận xuất gỗ), tọa độ trọng tâm theo phương dọc OX và mô men

quán tính của máy được xác định qua Catalo về các thông số kỹ thuật của máy [19] Khi lắp thêm thiết bị tời cáp, cần treo gỗ và tiến hành vận xuất gỗ,

do có sự phân bố lại khối lượng nên trọng tâm của máy thay đổi (lùi về phía cầu sau), bán kính quán tính khối lượng thay đổi nên mô men quán tính thay đổi Vì vậy, cần phải xác định trọng tâm và mô men quán tính của máy kéo theo phương dọc OX khi nó tiến hành vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết

Tọa độ trọng tâm máy kéo theo chiều dọc máy, theo [3] tính theo công thức sau:

n

i i i

m

x m

1

1

. (3.13)

Trong đó:

X : Tọa độ trọng tâm của hệ

xi : Khoảng cách từ các khối lượng mi đến gốc tọa độ

Áp dụng công thức (3.13) dựa vào sơ đồ hình 3.6 biến đổi ta có:

l1 =

2 /

2 / ) ( ) (

3

3 31

3 2

g

g m m m

l l m l l m l m

và các khối lượng m, m2, m3, mg (ghi trong bảng thông số) ta có:

2 , 251 105 3450

85 , 1225 8

, 457

m kg.m2 (3.15) Trong đó:

mi: Khối lượng quán tính, kg

li: Khoảng cách của các khối lượng mi tới trọng tâm O, m