Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp shibaura khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp

Vì thế, nếu tận dụng máy kéo nông nghiệp phốikết hợp với việc khai thác các sản phẩm lâm nghiệp sẽ nâng cao hiệu quả vốnđầu tư, khai thác và phát huy tối đa năng lực của máy móc thiết bị

BÙI TRUNG NGUYÊN

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI

TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP SHIBAURA

KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2008

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đất nước ta với hai phần ba diện tích là rừng và đất rừng, tỷ lệ người dânsinh sống dựa vào rừng và hiệu quả kinh doanh từ rừng trồng chiếm tỷ lệ khácao Đảng và Nhà nước ta chủ trương đóng cửa khai thác rừng tự nhiên do rừng

tự nhiên bị khai thác ngày càng cạn kiệt, ảnh hưởng không nhỏ tới môi trườngsinh thái, đồng thời có chủ trương đẩy mạnh công việc trồng rừng phủ xanh đấttrống đồi núi trọc, theo chủ trương này, rừng và đất rừng được giao cho các đơn

vị tập thể và các hộ gia đình quản lý và sử dụng lâu dài Tạo nên những đơn vịsản xuất nông – lâm nghiệp với qui mô vừa và nhỏ Vì vậy, rừng trồng phân tán,sản lượng khai thác thấp, mức đầu tư cho sản xuất không lớn

Mặt khác kích thước sản phẩn gỗ rừng trồng thường không lớn, hệthống đường vận xuất, vận chuyển nhỏ hẹp, kho bãi gỗ qui mô nhỏ Do đó,việc sử dụng máy kéo chuyên dùng có công suất lớn trong kinh doanh rừng sẽđem lại hiệu quả kinh tế không cao

Trong khi đó, các loại máy kéo công suất vừa và nhỏ nhập khẩu vàonước ta đang được sử dụng khá phổ biến trong sản xuất nông nghiệp Sảnxuất nông nghiệp lại mang tính thời vụ cao nên vào lúc nông nhàn, máy kéonông nghiệp rảnh rỗi nhiều Vì thế, nếu tận dụng máy kéo nông nghiệp phốikết hợp với việc khai thác các sản phẩm lâm nghiệp sẽ nâng cao hiệu quả vốnđầu tư, khai thác và phát huy tối đa năng lực của máy móc thiết bị, tạo thêmviệc làm và thu nhập cho người lao động, nâng cao khả năng phục vụ của máykéo nông nghiệp trong lâm nghiệp và mang lại hiệu quả kinh tế cao

Tuy nhiên, điều kiện sản xuất của nông nghiệp và lâm nghiệp có nhữngđặc điểm khác nhau, có đối tượng lao động khác nhau Nên nếu đưa máy kéonông nghiệp vào sản xuất lâm nghiệp thì máy cần phải nghiên cứu, cải tiến

cho phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp Những công trình khoa học

về các vấn đề này có ý nghĩa thực tiễn rất cao

Để đáp ứng được yêu cầu của việc khai thác rừng, các máy kéo nôngnghiệp được nghiên cứu và cải tiến rất nhiều cho phù hợp với điều kiện vậnxuất và vận chuyển của rừng trồng Việt Nam Các công trình nghiên cứutrước đây của các tác giả chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề về kéo,bám, ổn định động học và động lực học, lắp thêm các thiết bị vận xuất nhưtời, tay thuỷ lực…

Do đặc điểm của đường vận xuất và vận chuyển lâm sản có địa hìnhphức tạp, mặt đường có độ mấp mô lớn Nên khi máy kéo nông nghiệp dichuyển trên đó để khai thác lâm sản, các đặc trưng dao động của máy sẽ lớnhơn thiết kế ban đầu Nhất là các chỉ tiêu về: độ êm dịu, tính ổn định, độ bềnlâu… Đặc biệt người điều khiển máy kéo sẽ phải chịu đựng các giá trị về biên

độ và tần số rung lớn hơn cho phép

Xét kết quả nghiên cứu của đề tài cấp Nhà nước KC - 07-26 đã khẳngđịnh việc dùng máy kéo Shibaura để vận xuất và vận chuyển gỗ rừng trồng ởViệt Nam là phù hợp Đề tài đã chế tạo và khảo nghiệm rơmoóc một trục lắpsau máy kéo này để vận xuất gỗ trong điều kiện sản xuất Liên hợp máy nàyđược đánh giá là thiết bị mới có khả năng sử dụng trong sản xuất lâm nghiệpcủa nước ta

Để nâng cao khả năng phục vụ của loại máy kéo nông nghiệpSHIBAURA 3000A cho phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp Nhất làđiều kiện làm việc của người điều khiển máy kéo khi di chuyển trên đườngvận xuất và vận chuyển lâm sản Tôi thực hiện đề tài:

"Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp SHIBAURA khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Hình thức và thiết bị vận xuất gỗ

Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ từ nơi chặt hạ về kho gỗ Ihoặc bãi gỗ tập trung, từ đó cây gỗ được vận chuyển đến nơi tiêu thụ Vậnxuất gỗ là công việc rất nặng nhọc, nguy hiểm và ảnh hưởng lớn đến môitrường rừng Trong tất cả các khâu của quá trình khai thác gỗ, khâu vận xuấtgiữ vai trò hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng lớn đến năng suất, giá thành vàchi phí trong khai thác Để giảm giá thành, tăng năng suất lao động, đồng thờivẫn đảm bảo được các yêu cầu về môi trường thì việc chọn một hình thức vậnxuất hợp lý là hết sức quan trọng

Trong công nghệ vận xuất gỗ thường được sử dụng các loại hình như:Vận xuất bằng xúc vật, vận xuất bằng máng lao, vận xuất bằng máy kéo, vậnxuất bằng đường cáp, vận xuất bằng đường thuỷ… Trong các hình thức vậnxuất nêu trên thì hình thức vận xuất bằng máy kéo là phổ biến hơn cả Máykéo dùng trong vận xuất gỗ được chia làm 2 loại: Máy kéo bánh xích và máykéo bánh hơi Trong máy kéo bánh hơi lại chia làm 2 loại: Máy kéo bánh hơichuyên dùng và máy kéo bánh hơi nông nghiệp có lắp thêm các thiết bịchuyên dùng để vận xuất gỗ và vận chuyển gỗ

Việc sử dụng máy kéo bánh hơi chuyên dùng trong vận xuất gỗ chonăng suất rất cao và giảm nhiều chi phí vì máy kéo chuyên dùng có công suấtlớn, tính ổn định và khả năng kéo bám cao, kết cấu phù hợp, làm việc linhhoạt Tuy nhiên, loại máy kéo này thường có giá thành cao và chỉ phù hợp vớiqui mô sản xuất lớn, trữ lượng khu khai thác nhiều, kích thước sản phẩm gỗlớn Hiện nay, trên thế giới một số nước có ngành sản xuất lâm nghiệp phát

triển họ đã chế tạo và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo chuyên dùng cócông suất lớn.

Các máy kéo dùng trong vận xuất gỗ rất đa dạng song có thể chia làm 2nhóm: Máy kéo bánh xích và máy kéo bánh bơm

Các máy kéo bánh bơm có ưu điểm nội trội hơn so với máy kéo bánhxích cùng cỡ vì: Chúng có khối lượng nhỏ, tốc độ làm việc lớn hơn, chi phínhiên liệu cho 1m3 gỗ vận xuất ít hơn và năng suất cao hơn Mặt khác, máykéo bánh bơm ít phá hại cây con, đất rừng Do những ưu điểm như vậy màmáy kéo bánh bơm được sử dụng ngày càng rộng rãi so với máy kéo bánhxích

Bên cạnh loại máy kéo chuyên dùng, các nước còn sử dụng loại máykéo bánh bơm nông nghiệp được trang bị các thiết bị chuyên dùng để vậnxuất, vận chuyển gỗ và phục vụ cho các khâu trồng rừng Việc sử dụng máykéo nông nghiệp trong khai thác rừng làm tăng hiệu quả sử dụng máy và gópphần giải quyết công ăn, việc làm, tăng thu nhập cho người lao động [40]

1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy kéo vận xuất gỗ trên thế giới

Vào những năm 1950 Tiệp Khắc (cũ) đã đưa vào sử dụng loại máy kéobánh hơi LKT - 80, máy được trang bị tời, thuỷ lực có thể gom gỗ từ xa vàvận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết, đây là loại máy kéo khung gập 4 bánhchủ động [22], [27]

Ở Phần Lan, việc sử dụng máy kéo nông nghiệp để vận xuất gỗ đượcbắt đầu từ những năm 1950 và cho thấy: Năng suất và hiệu quả kinh tế cao

Vì vậy sử dụng loại máy kéo này để vận xuất, vận chuyển gỗ tại các nước nàyđược tăng nhanh

Từ 1957, Liên Xô (cũ) đã sử dụng các loại máy kéo bánh hơi TT - 1, T

- 210, K210, K703, T - 127 để vận xuất, vận chuyển gỗ và cho thấy có thể sửdụng máy kéo bánh hơi vận chuyển gỗ từ nơi chặt hạ ra bãi 2, giảm bớt đượckhâu trung gian trong dây truyền khai thác và vận xuất [22], [27] Việc sửdụng máy kéo nông nghiệp bánh hơi để vận xuất gỗ được nhiều nước như:Thuỵ Điển, Na Uy, Italia, Australia, Newzealand… áp dụng rộng rãi, nhất làtrong trang trại quy mô vừa và nhỏ

Ở Canada từ năm 1963 đã sử dụng máy kéo Timberjack 201 để vậnxuất gỗ trên địa hình dốc tương đối lớn rất phù hợp [22], [27]

Trong khi máy kéo nông nghiệp được nghiên cứu và sử dụng rộng rãitrong lâm nghiệp ở các nước công nghiệp phát triển thì hầu hết các nước đangphát triển lĩnh vực này còn hiểu biết rất ít Để khuyến cáo và đẩy mạnh việc

sử dụng máy kéo nông nghiệp trong hoạt động sản xuất lâm nghiệp ở cácnước đang phát triển, tổ chức FAO đã thực hiện hàng loạt các nghiên cứu,chuyên đề ở các vùng khác nhau trên thế giới về lĩnh vực sử dụng máy kéonông nghiệp trong khai thác gỗ rừng trồng

Năm 1986 tại Tanzania tổ chức FAO đã triển khai nghiên cứu và sửdụng máy kéo bánh hơi Valmet có công suất 50 Kw trong vận xuất gỗ, khẳngđịnh máy kéo nông nghiệp có thể làm việc tốt trên địa hình rừng trồng tươngđối bằng phẳng [43] Cùng năm 1986 tại Ethiopia, tổ chức FAO đã triển khainghiên cứu, sử dụng máy kéo bánh hơi Volvo vận xuất gỗ rừng trồng, khẳngđịnh máy kéo nông nghiệp có trang bị tời, rơmoóc cũng phù hợp và mang lạihiệu quả kinh tế cao [33]

Năm 1988 tại Zimbabwe tổ chức FAO cũng đã nghiên cứu sử dụngmáy kéo nông nghiệp Valmet vận xuất gỗ kết hợp chế biến gỗ tại cửa rừng

cho thấy máy kéo nông nghiệp ngoài vận xuất gỗ, máy có thể làm nguồn độnglực cho các máy cưa tại những nơi chưa có nguồn năng lượng điện [44].

1.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy kéo vận xuất gỗ ở nước ta

Đối với nước ta, từ những năm 1960 đã nhập và đưa vào sử dụng một

số loại máy kéo của nước ngoài phục vụ vào khâu vận xuất gỗ TDT 40, TDT

55, DT 75 Sau năm 1970 nhập và đưa vào sử dụng máy kéo TT 4, LKT 80,LKT 120 Các loại máy này đã phù hợp với đặc điểm khai thác rừng tự nhiênvới quy mô sản xuất lúc bấy giờ

Vào những năm 1980 máy kéo bánh hơi Volvo của Thuỵ Điển đượcnhập vào nước ta để phục vụ cho các khâu bốc dỡ và vận chuyển gỗ rừngtrồng ở các khu nguyên liệu giấy, do không có thiết bị tời cáp để gom gỗ nênmáy chỉ sử dụng trong công tác bốc dỡ, vận chuyển là chính

Để khai thác gỗ rừng tự nhiên và khai thác gỗ rừng trồng ở một số vùngnguyên liệu giấy sợi, gỗ trụ mỏ, chúng ta đã nhập khẩu và đưa vào sử dụngmột số loại máy kéo, trong đó có cả những máy kéo nông nghiệp Để phù hợpvới điều kiện khai thác lâm nghiệp, các máy kéo này đã và đang được nghiêncứu, thiết kế cải tiến Tuy nhiên, việc nghiên cứu đưa máy kéo nông nghiệpbánh hơi vào sản xuất lâm nghiệp chưa nhiều

Năm 1963 tập thể cán bộ Phòng cơ giới lâm trường Bắc Yên và ViệnCông nghiệp rừng, đã nghiên cứu chế tạo tời 2 trống lắp trên máy kéo Krabat

để vận xuất gỗ

Năm 1972 tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ giảng dạyTrường đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo thành công máy kéokhung gập L35 với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ

Năm 1985 tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và các đồng nghiệp ở Viện khoahọc Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo tời 1 trống dẫn động từ trục thu côngsuất và rơ moóc 1 trục lắp sau máy kéo Zeto để bốc gỗ và vận xuất gỗ theokiểu xe REO [11].

Năm 1994 PGS - TS Nguyễn Nhật Chiêu và một số cán bộ giảng dạyTrường đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công đề tài KN 03 - 04:

“Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm, sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vậnchuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy gỗ nhỏ rừng trồng” [40]

Năm 1997 nhóm cán bộ giảng dạy Bộ môn máy Lâm nghiệp, Trườngđại học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng: Tời cơ khí 1trống và cần treo gỗ hình chữ A lắp cho máy kéo DFH - 180 để vận xuất gỗnhỏ rừng trồng

Tác giả Nguyễn Văn An trong công trình [1] đã nghiên cứu về ảnhhưởng của độ mấp mô mặt đất và tốc độ chuyển động đến phản lực pháptuyến lên cầu trước của máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ rừng trồng

Tác giả Phạm Minh Đức trong công trình [16] đã nghiên cứu về khảnăng kéo, bám của máy kéo DFH - 180 khi sử dụng rơmoóc một trục để vậnchuyển gỗ nhỏ rừng trồng

Tác giả Nguyễn Tiến Đạt trong công trình nghiên cứu [14] đã xây dựng

mô hình và tính toán dao động của máy kéo công suất nhỏ khi vận xuất gỗtheo công nghệ vận xuất gỗ dài

Các nghiên cứu chủ yếu đi vào 2 hướng:

- Nghiên cứu cải tiến, chế tạo lắp đặt thêm một số thiết bị nhằm nângcao khả năng làm việc của máy kéo

- Nghiên cứu về ổn định của liên hợp máy trong điều kiện làm việc mớinhằm xác lập chế độ sử dụng hợp lý cho liên hợp máy.

1.4 Tình hình nghiên cứu về dao động của máy kéo và ghế ngồi lái

Các máy kéo sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp thường làm việc trongđiều kiện không có đường hoặc trên các tuyến đường lâm nghiệp có độ mấp

mô mặt đường lớn, nghĩa là hoạt động trong điều kiện không thuận lợi xét vềmặt dao động Do vậy ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọngcủa liên hợp máy như: Độ êm dịu, độ ổn định, độ bền lâu, sức khoẻ của ngườilái Vì vậy nghiên cứu dao động của máy kéo là vấn đề cần thiết có ý nghĩatrong thực tế sử dụng máy, thiết kế chế tạo, cải tiến liên hợp máy, đảm bảođiều kiện về an toàn lao động cho người và thiết bị

Trong công trình [45] khi nghiên cứu tải trọng kích động lên người láimáy kéo lâm nghiệp có cần bốc tác giả đã sử dụng mô hình toán học đểnghiên cứu động lực học hệ: Máy lâm nghiệp - đối tượng lao động để xácđịnh kích động lên người điều khiển Mô hình được nghiên cứu theo phươngpháp hệ nhiều khối lượng (môi trường - con người - máy - đối tượng laođộng), mô hình được chia ra 2 hệ con: Máy - gỗ và hệ một khối lượng làngười lái Việc giải bài toán đặt ra 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Nghiên cứu dao động của hệ máy kéo - gỗ với mô hìnhtính toán dao động hệ nhiều bậc tự do chịu tác động của lực kích thích do độmấp mô mặt đường, nhằm xác định các đặc trưng dao động của khung máykéo tại vị trí đặt ghế ngồi

- Giai đoạn 2: Nghiên cứu dao động của ghế ngồi với mô hình dao độngcủa hệ một bậc tự do, chịu tác động kích thích từ khung máy lên ghế ngồi

Ở trong nước, nghiên cứu dao động của các cơ hệ nói chung được công

bố trong các công trình của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang [25], [26],

công trình này đã đưa ra cơ sở lý thuyết cơ bản về phương trình vi phânchuyển động và các phương pháp tính toán dao động của các cơ hệ.

Công trình nghiên cứu của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Hữu Cẩn và cáccộng sự [10] cho thấy tính êm dịu trong chuyển động của ôtô, máy kéo đượcđánh giá qua các chỉ tiêu: Tần số dao động thích hợp, gia tốc dao động thíchhợp, thời gian tác động của dao động Trong chuyển động, ôtô, máy kéo daođộng theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc(OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người,theo phương ngang, theo phương dọc ảnh hưởng không đáng kế nên có thể bỏqua Đối với máy kéo bánh bơm làm việc trên các mặt đường gồ ghề, thânmáy dao động với tần số là 160 - 240 dao động/ phút, vượt quá mức độ chịuđựng của con người, đối với máy kéo phải chú ý giải quyết vấn đề treo choghế ngồi để đảm bảo điều kiện an toàn 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 chorằng khi tính toán, thiết kế hệ thống treo cho ghế nên chọn tỉ số giữa tần sốkích động và tần số dao động riêng của ghế trong khoảng 0,5 - 0,6 Trong tínhtoán chưa kể đến thành phần cản

Trong công trình nghiên cứu [37], tác giả đã đưa ra mô hình tính toángiảm xóc nói chung và cho rằng: Hệ số truyền càng nhỏ, chất lượng bộ giảmxóc càng tốt, muốn vậy nên chọn tỉ số giữa tần số kích động và tần số riêngcủa vật cần bảo vệ 1,41, chọn như vậy vừa đảm bảo tránh cộng hưởng vừagiảm được biên độ dao động cho người lái, hiệu quả giảm xóc tốt hơn Đề tài58A - 02 - 04 tác giả đã nghiên cứu chế tạo thành công hai mẫu ghế ngồi láigiảm rung áp dụng cho loại máy kéo MTZ - 50 và máy kéo BS - 12 khi vậnchuyển Hệ giảm sóc của các ghế này là hệ đàn hồi hỗn hợp gồm hệ thống lò

xo và vật liệu hấp thụ rung (đệm mút), hiệu quả giảm rung đạt 67 - 82%) Một

số công trình nghiên cứu, thiết kế ghế giảm rung [5], [39], đã dựa trên cơ sở

các số liệu về dao động của con người, chọn sơ bộ các thông số chủ yếu: Khốilượng người - ghế, độ cứng lò xo, hệ số cản nhớt và tính toán theo điều kiệncho phép về biên độ dịch chuyển.

Tác giả Nguyễn Văn Vệ trong công trình [41] đã nghiên cứu dao độngthẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ và giảipháp giảm óc cho người lái

Tác giả Nông Văn Vìn trong công trình [8] đã nghiên cứu thiết kế, chếtạo ghế ngồi cân bằng cho người điều khiển

1.5 Tình hình nghiên cứu về chống rung cho người điều khiển máy

Cho đến nay việc tăng năng suất làm việc của máy kéo cơ bản đã đạtđược sự hoàn thiện cao về kết cấu và các thiết bị công nghệ Song một vấn đềcần được quan tâm trong khi thiết kế, cải tiến máy kéo nói chung và máy kéovận xuất gỗ nói riêng là nghiên cứu điều kiện làm việc của người điều khiểnnhằm đảm bảo cho máy phát huy hết khả năng làm việc và công suất thiết kế

Cùng với sự nâng cao tốc độ làm việc của các liên hợp máy sẽ dẫn đếntăng đáng kể lực kích động lên người điều khiển và cao hơn mức chịu đựngcủa con người Công trình nghiên cứu [45] cho thấy: Người điều khiển máykhông thể sử dụng được tối đa tốc độ của máy trong miền giới hạn của nó,nghĩa là không phát huy được hết công suất theo thiết kế, một trong nhữngnguyên nhân chính là do mức độ kích động tác động đáng kể lên ghế ngồi củangười lái Ở Mỹ trên 85% người lái máy kéo do ảnh hưởng của lực kích độngchỉ sử dụng được 65% công suất của máy

Dao động của cơ thể con người hoặc một bộ phận của cơ thể là nhữngtác động sinh học phức tạp chúng có thể gây ra một loạt các thay đổi trong cơthể và ảnh đến sức khoẻ của người lái, gây ra các bệnh lý

Tác động của dao động của con người phụ thuộc vào tần số, thời gian,hướng và cường độ tác động Sự kích thích nguy hiểm nhất ở giải tần số daođộng riêng của cơ thể con người Cũng theo [45] thì tần số từ 6 - 11 Hz sẽ dẫnđến cộng hưởng ở một số bộ phận của cơ thể riêng biệt của con người, dải tần

số từ 11 - 45Hz có thể dẫn đến sự phân tán các chức năng của hàng loạt bộphận bên trong, làm giảm tầm nhìn, giảm tính linh hoạt trong các hoạt độngđiều khiển máy Nếu dao động tác động lên người lái trong thời gian 1 ngày

và liên tục từ năm này sang năm khác thì không chỉ làm giảm năng suất laođộng mà còn làm xuất hiện các bệnh nghề nghiệp

Mức độ ảnh hưởng của dao động đến cơ thể con người lần đầu tiênđược nghiên cứu với quan điểm về sự thoải mái và thuận tiện cho người điềukhiển tàu hoả và ôtô Vấn đề này được nghiên cứu chậm hơn ở máy kéo, ngay

cả trong những năm trước đây khi sản xuất máy kéo hàng loạt người ta cũngkhông chú ý và chỉ dẫn gì về việc giảm kích động lên người lái [45]

Ở Việt Nam qua một số nghiên cứu cho thấy đối với các máy nhập từnước ngoài, hệ thống giảm xóc cho ghế đã được tính toán từ khi thiết kế, tuynhiên các thông số thiết kế được tính toán theo tiêu chuẩn của người nướcngoài Do có sự khác nhau về hằng số nhân trắc, chỉ tiêu tâm sinh lý giữangười Việt Nam và người nước ngoài, nên khi sử dụng hiệu quả giảm rungthực tế bị thay đổi, không còn phù hợp và đáp ứng được yêu cầu đối vớingười Việt Nam [5], [39] Đối với một số máy, khi thay đổi điều kiện làmviệc thì tác động kích động lên người lái cũng sẽ thay đổi, vì vậy vần phảikhảo nghiệm tính toán cải tiến hệ thống giảm xóc cho ghế ngồi lái theo từngđiều kiện làm việc cụ thể

Một số nghiên cứu về chống rung đối với người Việt Nam đã đượccông bố trong công trình của Triệu Quốc Lộc [29]; Nguyễn Văn Khang, Đỗ

Sanh [26] về dao động trong bảo hộ lao động; Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Khang[7] về ngăn chặn rung động trên đường lan truyền đối với công nhân lái máykéo và công nhân của các gian chế biến lâm sản.

Nhìn chung các công trình nghiên cứu về chống rung theo 3 hướng:Nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu thực nghiệm, nghiên cứu ứng dụng Các côngtrình nghiên cứu đã đưa ra cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chống rung, cácphương pháp đo đạc, tính toán, đánh giá Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm,người ta đã tiến hành xây dựng các tiêu chuẩn, định mức rung cho phép đốivới cơ thể con người.(phụ lục 01)

Trong công trình nghiên cứu của trung tâm giám định máy móc, thiết bị

cơ điện nông nghiệp về hệ thống các tiêu chuẩn khảo nghiệm, giám định chấtlượng máy kéo, máy canh tác dùng trong sản xuất nông - lâm nghiệp, đã đưa

ra phương pháp khảo nghiệm xác định dao động của ghế ngồi lái máy kéo vàchỉ tiêu an toàn đối với điều kiện làm việc của người lái máy kéo là gia tốcdao động, vận tốc dao động ứng với các tần số dao động của ghế đối vớingười lái theo tiêu chuẩn quốc gia (TCVN)

Nhìn chung các công trình nghiên cứu chưa nhiều, nhưng kết quảnghiên cứu có ý nghĩa rất lớn đối với một số ngành sản xuất ở nước ta

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định các đặc trưng dao động của ghế ngồi người lái trên liên hợpmáy kéo nông nghiệp Shibaura có rơmoóc chở gỗ khi di chuyển trên đườngvận xuất và vận chuyển lâm sản Từ đó đánh giá ảnh hưởng của dao động đóđến điều kiện làm việc của người lái

Xác định các thông số của hệ số giảm xóc cho ghế ngồi người lái trênmáy kéo nông nghiệp Shibaura 3000A để đảm bảo các chỉ tiêu an toàn chongười điều khiển máy kéo theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5126 - 90)

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là liên hợp máy kéo nông nghiệp Shibaura3000A có rơmoóc khi di chuyển trên đường vận xuất

* Các thông số kỹ thuật cơ bản của liên hợp máy (LHM) được ghi ởbảng 2.1

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cơ bản của máy kéo Shibaura 3000A

3 Công suất động cơ cực đại (ở 2628 vòng/phút) CV 28.4

4 Mô men quay cực đại (ở 1500 vòng/phút) KGm 10,07

5 Số vòng quay định mức của động cơ vòng/phút 2500

6 Số vòng quay của trục thu công suất ở số 1 vòng/phút 400-600

7 Số vòng quay của trục thu công suất ở số 2 vòng/phút 600-1000

8 Số vòng quay của trục thu công suất ở số 3 vòng/phút 1000-1300

19 Toạ độ trọng tâm theo chiều dọc (đến cầu sau) mm 799

20 Toạ độ trọng tâm theo chiều ngang (sang trái) mm 10

21 Toạ độ trọng tâm theo chiều cao (so với mặt đất) mm 552

23 Khoảng cách giữa trục bánh trước và bánh sau mm 1500

24 Khoảng cách từ trục sau đến vị trí nối rơmoóc mm 280

* Dạng đường vận xuất.

Theo kết quả khảo sát ở một số địa bàn, TS Nguyễn Tiến Đạt [14] đãđưa ra dạng mặt đường vận xuất gỗ có dạng 2 dạng chính: dạng mặt đườngxác định có thể biểu diễn bằng các hàm tuần hoàn và dạng mặt đường biếnđổi ngẫu nhiên do tác động của nhiều yếu tố

Khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo nông nghiệp Shibaura3000A có rơmoóc di chuyển trên đường vận xuất Chúng tôi lựa chọn loạiđường vận xuất có dạng mấp mô điều hoà với chiều cao mấp mô trung bình

0

h = 0,08 m và bước sóng trung bình s0 = 1 m

2.3 Nội dung nghiên cứu

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết

Xây dựng mô hình tính toán dao động của ghế ngồi người lái trên liênhợp máy kéo nông nghiệp Shibaura 3000A có rơmoóc chở gỗ khi di chuyểntrên đường vận xuất có tính đến ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường

Xây dựng phương trình vi phân dao động của ghế ngồi người lái vàđánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến người lái Từ đó xác định các thông

số của hệ giảm xóc lắp cho ghế

2.3.2 Mô hình hoá và mô phỏng ghế ngồi bằng phần mềm ADAMS

Mô hình hóa cơ hệ gồm: "Ghế - Lò xo, giảm chấn - Khung máy kéo",với điều kiện đầu vào là kết quả tính toán lý thuyết (quy luật dao động củakhung máy kéo, độ cứng lò xo và hệ số giảm chấn)

Kết quả của quá trình mô phỏng là đồ thị biểu diễn vận tốc và gia tốcrung của mô hình ghế ngồi theo thời gian

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Sử dụng kết quả nghiên cứu về dao động của liên hợp máy gồm máy kéonông nghiệp Shibaura 3000A và rơmoóc chở gỗ có tính đến ảnh hưởng của sựmấp mô mặt đường lâm nghiệp của nghiên cứu sinh Phạm Minh Đức [17]

Sử dụng phương pháp cơ học giải tích để xây dựng mô hình ghế ngồi vàphương trình vi phân dao động của ghế Việc giải phương trình vi phân daođộng của ghế được tiến hành bằng phương pháp giải tích kết hợp với phầnmềm Maple 10

Sử dụng phần mềm toán học Maple 10 kết hợp với phần mềm TCWin

để giải hệ phương trình vi phân dao động của liên hợp máy

Trên cơ sở tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5126 - 90 "Rung giá trị chophép tại chỗ làm việc", thiết lập biểu thức toán học xác định các thông số về

độ cứng lò xo và hệ số giảm chấn thuỷ lực của ghế ngồi

2.4.2 Phương pháp mô hình hoá và mô phỏng

Sử dụng phần mềm ADAMS xây dựng cơ hệ gồm:"Ghế - Lò xo, giảmchấn - Khung máy kéo", với các thông số đầu vào như tính toán lý thuyết Sau

đó chạy mô phỏng và lấy ra kết quả là các đồ thị biểu diễn vận tốc rung và giatốc rung của mô hình ghế ngồi và so sánh với tiêu chuẩn TCVN 5126- 90

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA MÁY KÉO SHIBAURA KHI KÉO RƠMOÓC CHỞ GỖ TRÊN ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN LÂM NGHIỆP

Để thực hiện mục tiêu của đề tài là xác định dao động của máy kéo và

để đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến điều kiện làm việc của người lái

ta cần khảo sát dao động của máy kéo trong trường hợp kéo rơmoóc chở gỗtrên đường lâm nghiệp Dao động này phát sinh do sự kích động của mấp mômặt đường, qua khung máy kéo và ghế ngồi lái tác dụng liên tục lên ngườiđiều khiển máy kéo trong suốt thời gian di chuyển, cả hướng có tải và khôngtải Dao động này nếu có tần số và thời gian tác động quá giới hạn cho phép

sẽ rất có hại cho sức khoẻ của người điều khiển và là một trong những nguyênnhân gây nên những bệnh nghề nghiệp cho người điều khiển

3.1 Mô hình dao động của liên hợp máy gồm máy kéo shibaura 3000A và rơmoóc chở gỗ

Khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy (LHM) gồm máy kéoShibaura 3000A và rơmoóc 1 trục chở gỗ do ảnh hưởng của sự mấp mô mặtđường vận chuyển lâm nghiệp, tác giả Phạm Minh Đức [17] đã xây dựng môhình của hệ gồm 3 phần khối lượng như hình 3.1 và sơ đồ tính toán dao độngtương ứng như hình 3.2

Hình 3.1 Mô hình liên hợp máy kéo và rơ moóc vận chuyển gỗ có tính đến

ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường

Hình 3.2 Sơ đồ tính toán dao động của LHMTrong đó:

m1: khối lượng của cầu trước (gồm cả trục và các bánh xe);

m2: khối lượng của thân máy kéo;

m1t, m1p: khối lượng bánh xe trước bên trái và bên phải

m3: khối lượng của rơmoóc có gỗ;

Om, OM: vị trí trọng tâm của máy kéo và rơmoóc có gỗ;

z1, z, z4: chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm cầu trước, thân máy kéo

giữa bánh trái và bánh phải của các cặp bánh tương ứng;

Jix, Jiy: mô men quán tính của các phần trong hệ đối với các trục x, y (i

3.2 Phương trình vi phân dao động của liên hiệp máy

Các phương trình vi phân dao động của LHM được nghiên cứu sinhPhạm Minh Đức thiết lập bằng phương pháp cơ học giải tích theo phươngtrình Lagranger loại II [17] Sau khi xác định các biểu thức tính động năng,thế năng và hàm hao tán tác giả đã thiết lập lên phương trình vi phân tươngứng với các dịch chuyển:

+ z - theo phương thẳng đứng của trọng tâm máy kéo;

+ α , α2 3 - góc lệch của khung máy kéo và rơmoóc đối với trục ngang

3.3 Khảo sát các dao động của liên hiệp máy

3.3.1 Xác định các hệ số của hệ phương trình vi phân (3-1)

Hệ phương trình vi phân (PTVP) (3-1) là hệ các PTVP tuyến tính có hệ

số phụ thuộc vào các thông số của LHM và dạng mấp mô mặt đường Đó là

hệ PTVP biểu diễn dao động theo phương thẳng đứng và các dao động quayquanh hai trục x và y của máy kéo và rơmoóc chở gỗ do tác động động họccủa mấp mô mặt đường lâm nghiệp

Từ hệ PTVP lập được ta nhận thấy các dao động thẳng đứng của máykéo và dao động quanh trục nằm ngang (Ox) của thân máy kéo và rơmoócliên quan chặt chẽ với nhau, thể hiện qua 3 phương trình đầu trong hệ (3-1).Các dao động quanh trục dọc (Oy) cua thân máy kéo hoàn toàn độc lập vớinhau và chúng chỉ tồn tại khi có độ chênh lệch chiều cao mấp mô mặt đườnggiữa các bánh xe bên trái và bên phải ( i 0)

Để giải hệ phương trình (3.1) chúng tôi đã tiến hành xác định các thông

số về độ cứng của các bánh lốp, mô men quán tính của LHM đối với các trục

Ox, Oy, Oz Kết qủa ghi ở phụ lục số 8, [17]

Trên cơ sở các thông số đó chúng tôi tính được hệ số trong hệ phươngtrình (3-1) Kết quả ghi trong các bảng sau:

3.3.2 Gi ải hệ phương trình vi phân.

Để giải hệ PTVP (3-1), các số liệu cho từng trường hợp làm việc củaLHM được nhập và giải trên phần mềm toán học Maple 10 Kết quả tínhtoán được ghi trong các phụ lục số 02, 03, 04, 05, 06 và 07

* Đối với 3 phương trình đầu của hệ PTVP (3-1).

Các nghiệm đại số từ Maple của các đại lượng lắc dọc của khung máykéo 2, lắc dọc của khung rơmoóc 3, dao động thẳng đứng của khung máykéo  và 2 (phụ lục số 01, 02, 03) được nhập sang phần mềm TCWin, rồi

dùng ứng dụng TableCurve trong TCWin để tìm hàm tương quan tương ứng.

Kết quả được thể hiện trong các hình (3.3), (3.4), (3.5), (3.6), (3.7) và (3.8)

Trường hợp 1: Không tải với M = 1.200 Kg

a Đồ thị dao động theo phương thẳng đứng (Z) của khung máy kéo là:

Hình 3.3 Dao động theo phương thẳng đứng ( Z) của khung máy kéo

b Đồ thị dao động của khung máy kéo quanh trục ngang (góc 2) là:

Hình 3.4 Dao động lắc dọc của khung máy kéo (2)

Trường hợp 2: Có tải trọng 2 tấn với M = 3.200 Kg

a Đồ thị dao động theo phương thẳng đứng (Z) của khung máy kéo là:

Hình 3.5 Dao động theo phương thẳng đứng (Z) của khung máy kéo

b Đồ thị dao động của khung máy kéo quanh trục ngang (góc 2) là:

Hình 3.6 Dao động lắc dọc của khung máy kéo (2)

Trường hợp 3: Có tải trọng 3 tấn với M = 4.200 Kg

a Đồ thị dao động theo phương thẳng đứng (Z) của khung máy kéo là:

Hình 3.7 Dao động theo phương thẳng đứng (Z) của khung máy kéo

b Đồ thị dao động của khung máy kéo quanh trục ngang (góc 2) là:

Hình 3.8 Dao động lắc dọc của khung máy kéo (2)

* Đối với 3 phương trình sau của PTVP (3-1)

Chúng tôi đã giải 3 phương trình sau trên phần mềm toán học Maple đểtìm quy luật dao động của lắc ngang của cầu trước máy kéo 1, lắc ngang củakhung máy kéo 2 và lắc ngang của khung rơmoóc 3 Các quy luật này được

thể hiện bằng đồ thị và các hàm dao động biến thiên theo thời gian (t) Các kết

quả tính toán này được thể hiện trong các phụ lục số 05, 06, 07

Để xét dao động tác động lên người điều khiển trong quá trình vận xuất

và vận chuyển lâm sản thì thành phần dao động của khung máy kéo chính lànguồn kích động Trong đó có thành phần dao động lắc ngang 2 Các hình(3.9), (3.10) và (3.11) dưới đây là đồ thị biểu diễn quy luật dao động lắcngang của khung máy kéo (góc ):

Hình 3.9 Dao động lắc ngang của khung máy kéo (2) khi không tải.

Hình 3.10 Dao động lắc ngang của khung máy kéo (2) khi mang tải 2 tấn

Hình 3.11 Dao động lắc ngang của khung máy kéo (2) khi mang tải 3 tấn.

3.3.3 Dao động của khung máy kéo tại vị trí đặt ghế ngồi

Từ các kết quả giải hệ PTVP (3-1) được thể hiện qua các đồ thị và cáchàm số biến thiên theo thời gian Chúng tôi nhận thấy quy luật dao động củakhung máy kéo Shibaura 3000A trong liên hợp máy kéo nông nghiệpShibaura và rơmoóc chở gỗ khi di chuyển trên đường vận xuất và vận chuyểnlâm sản cả khi có tải và không tải dưới tác dụng của kích động mặt đườngmấp mô điều hoà dạng hình Sin (3.3) các giá trị Z, 2, 2 đều tuân theo quyluật biến thiên của hàm số điều hòa

* Đối với thành phần lắc ngang 2: Từ hình 3.9, 3.10 và 3.11 ta thấydưới tác dụng của mặt đường mấp mô dạng hình Sin, góc 2 có biên độ daođộng rất nhỏ, trung bình khoảng 10-4 rad Mặt khác, máy kéo Shibaura 3000A

có ghế ngồi người lái được đặt ở trên trục dọc tại vị trí cầu sau Do đó lắcngang 2 không ảnh hưởng đến rung động của ghế Vì vậy, có thể bỏ qua daođộng này khi xét ảnh hưởng của dao động tác động đến ghế ngồi người lái

Điều này cũng phù hợp với kết luận của một số tác giả đã nghiên cứu về tính

êm dịu của ghế ngồi người lái máy kéo [10], [41]

* Đối với thành phần dao động thẳng đứng Z và lắc dọc 2quy luật daođộng được biểu diễn dưới dạng tổng quát bằng hàm số:

y = a + bsin( 2 t /d + c) (3-4)Giá trị các hệ số trong phương trình dao động (3-4) ứng với mỗi chế độtải trọng của rơmoóc được tổng hợp trong bảng 3.4

Bảng 3.4 Giá trị các hệ số trong phương trình dao động (3-4)

Hệ số Chế độ tải trọng của rơmoóc

Không tải Tải 2 tấn Tải 3 tấn

Tần số dao động thích hợp đối với người sử dụng và điều khiển thiết bịnằm trong khoảng 60 - 85 lần/ phút tương đương với 1,08 - 1,41 lần/ giây.Trong thực tế thiết kế hệ thống treo người ta thường lấy giá trị tần số daođộng từ 85 - 120 dao động/ phút đối với xe tải, tương đương với 1,41 - 2 daođộng/ giây.

Theo [29] về mặt phản ứng của cơ thể người với các dao động cơ họcthì cơ thể là một hệ cơ học có tần số dao động riêng (ở tư thế đứng và ngồi)nằm trong khoảng từ 4 - 6; 10 - 12; 20 - 25 Hz Nếu toàn thân dao động vớitần số dưới 1Hz thì các cơ quan nội tại không xê dịch tương đối với thânngười Tuy có khó chịu nhưng không gây ra bệnh do rung động Khi rungđộng toàn thân có tần số ở vùng 1 - 20 Hz gây ra hiện tượng cộng hưởng daođộng Khi tần số rung động xấp xỉ tần số dao động riêng của thân người haycủa một số cơ quan nội tại thì các cảm giác khó chịu tăng lên rõ rệt

Để đảm bảo sức khoẻ cho người điều khiển phương tiện căn cứ vàođặc điểm về chỉ tiêu tâm, sinh lý của người Việt Nam, nhà nước đã banhành tiêu chuẩn TCVN 5126 - 90 "Rung - giá trị cho phép tại chỗ làmviệc (Phụ lục số 01).

Tiêu chuẩn TCVN 5126 - 90 áp dụng cho rung tác động lên cơ thể conngười tại chỗ làm việc, trong dải tần từ 0,7 đến 90 Hz và qui định giá trị rungcho phép Tiêu chuẩn này không áp dụng cho rung tác động lên cơ thể conngười trong các phương tiện vận tải đường sắt, đường thuỷ, đường không Giátrị rung cho phép trong tiêu chuẩn TCVN 5126 - 90 được quy định theo 3phương của hệ trục toạ độ vuông góc X,Y, Z gắn liền với cơ thể con người,quy ước như sau:

Z: Trục thẳng đứng, vuông góc với mặt đất và hướng từ chân lên đầu;X: Trục nằm ngang, hướng từ lưng ra ngực;

Y: Trục nằm ngang, hướng từ vai phải sang vai trái

Các dao động theo các phương trên đều ảnh hưởng đến con người, songmức độ ảnh hưởng có khác nhau Nhiều thí nghiệm cho thấy các dao độngtheo phương Z gây ra nhiều phản ứng trong cơ thể con người, dao động theophương X, Y có tác động không đáng kể nên có thể bỏ qua [10]

Thời gian tác động của dao động lên cơ thể con người, đặc biệt là ngườilái, ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ và năng suất lao động Qua nghiên cứuTCVN 5126 - 90 chúng tôi thấy: đối với người điều khiển liên hợp máy trênđường vận xuất và vận chuyển lâm sản được phân loại là rung loại 1 Trong

đó, giá trị rung cho phép của rung loại 1 với thời gian tác động 480 phút khidùng nguyên tắc phân tích tần số theo bảng 3.5

Bảng 3.5 Giá trị cho phép của rung loại 1 với thời gian tác động 480 phút

Tần số trung

bình nhân

của dải, Hz

Giá trị cho phép của thông số chuẩn

Theo gia tốc m/s2 Theo vận tốc m/s.10-2Phương Z Phương X, Y Phương Z Phương X, Y

U : Mức rung đối với thời gian 480 phút;

T : Thời gian tiếp xúc với rung trong ngày (phút).

Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của liên hợp máy đến người điều khiểntrong quá trình vận xuất và vận chuyển gỗ cần phải xác định được tần số dao