Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết tiến hành xây dựng mô hình động lực học của hệ thống “Người điều khiển - máy khai thác - cơ cấu thực hiện - cây gỗ”. Mô hình toán học được xây dựng trên cơ sở của phương trình Lagranzha thế hệ thứ 2.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Nghiên cứu rung động người điều khiển máy khai thác lâm nghiệp chế độ tăng tốc từ vị trí khai thác Research of vibration effect to the operator of feller buncher in the mode of starting from the place Vũ Hải Quân*, Lê Hồng Quân, Nguyễn Tiến Hán Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội *Email: quanvh@haui.edu.vn Mobile: 0981-534-266 Tóm tắt Từ khóa: Máy khai thác gỗ; Mơ hình tốn học; Rung động; Ghế ngồi Bài báo tiến hành xây dựng mơ hình động lực học hệ thống “Người điều khiển - máy khai thác - cấu thực - gỗ” Mơ hình tốn học xây dựng sở phương trình Lagranzha hệ thứ Hệ phương trình vi phân thể mối liên kết đàn hồi ghế người điều khiển khung xe giải phương pháp Runge-Kutta, với trợ giúp chương trình tốn học MathCAD Tính tốn mơ mơ hình tốn tiến hành cho máy kéo LP-19A sản xuất Nga chế độ tăng tốc từ vị trí khai thác Kết mô cho thấy rung động người điều khiển máy khai thác vượt ngưỡng cho phép tiêu chuẩn từ 1,8 đến 3,5 lần Để giảm rung động tác động lên người điều khiển máy khai thác cần giới hạn gia tốc khởi động từ vị trí ban đầu đến giá trị 0,4 m/s2 Abstract Keywords: Feller-the packaging car (fellerbuncher machine); Mathematical models; Vibration; Seat Ngày nhận bài: 26/6/2018 Ngày nhận sửa: 09/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 In article the model of biodynamic system is developed “the operator - feller - the packaging car (feller - buncher machine) - an object of the labor - a tree” The mathematical description is worked out in the form of the equation of Lagranzha second number The system of the equations is solved concerning elastic deformation suspension seats of the operator by a method of Runge-Kutta, by engineering math software MathCAD Model approbation is carried out on an example of serially let out feller-packaging cars LP-19A in the dispersal mode at start-off from the place As a result of researches it is established: vibroloading operators of feller-packaging cars exceeds the sanitary code in 1.8 - 3.6 times For decrease vibroloading operators it is expedient to limit accelerations at start-off from the place to 0.4 m/s2 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong trình khai thác gỗ, đặc biệt thu dọn rừng sau chịu tác động gió bão trình khai thác chọn lọc, người điều khiển máy khác thác gỗ liên hợp thông thường lựa chọn phương án cắt bỏ thay đổi hướng di chuyển máy kéo để trách vật cản Quá trình làm việc máy khai thác gỗ liên hợp đặc trưng ba chế độ di chuyển [1]: vượt qua địa hình bất thường liên tục xuất xen kẽ địa hình khơng phẳng, với địa hình vi mơ ngẫu nhiên Trong số trường hợp cụ thể di chuyển để thực thao tác kỹ thuật di chuyển mặt đường phẳng Trong phạm vi báo này, xem xét trường hợp chuyển động máy khai thác gỗ liên hợp q trình cắt gỗ khỏi gốc, sau di chuyển dọc theo địa hình phẳng Trên hình số giới thiệu sơ đồ tính tốn động lực học hệ thống “người điều khiển máy kéo - máy khai thác - cấu chấp hành- gỗ” Hình Sơ đồ tính tốn động học hệ thống “người điều khiển - máy khai thác - gỗ” a, sơ đồ mơ hình tương đương; b, sơ đồ ban đầu XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN CỦA HỆ THỐNG “NGƯỜI ĐIỀU KHIỂN - MÁY KHAI THÁC - CÂY GỖ” Phương pháp nghiên cứu dựa việc xây dựng mô hình tốn học sau tiến hành phân tích giải với trợ giúp phần mềm toán học Mathcad Để tiến hành xây dựng phương trình ta thống số ký hiệu sau: m1, m2, m3, m0 - Các phần khối lượng tương ứng xe, cần quay với gầu cắt, gỗ người điều khiển X1, X2, X3, X0 - Tọa độ dịch chuyển phần khối lượng m1, m2, m3, m0 tương ứng c12, c23, cc - Độ cứng tương ứng cần quay, gỗ ghế ngồi người điều khiển máy khai thác P0 - Lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động; FB - Lực cản dịch chuyển gỗ HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Phương trình động hệ thống xác định sau: 1 1 + + + 2 2 Năng lượng tích trữ hệ thống xác định thơng qua phương trình: = 1 ( − ) + ( − ) + ( − ) 2 Biến đổi tương đương dạng phương trình Lagranra thệ ta có hệ phương trình П= sau: ̈ + | | | ( Ẍ + | | Ẍ + ; )+ − ( ( − )= = ( − Ẍ + | = )= − ( − ; ); ) (1) Nhân phương trình số hệ phương trình (1) với giá trị m1, phương trình số hai với m0 sau lấy tích phương trình thứ trừ tích phương trình thứ hai ta có: − Ẍ −Ẍ Hoặc ( − − Ẍ −Ẍ − ( − − + − )− ( − )=− ( )− − )= ( − − , )− Như vậy, cuối ta có phương trình: (Ẍ − Ẍ ) + ( + ) ( − )+ − ( )= (2) Tiếp theo, ta nhân phương trình số ba hệ phương trình (1) với m3, phương trình số bốn với m2 va sau tiến hành lấy tích phương trình ba trừ tích phương trình bốn ta có: (Ẍ − Ẍ ) + − ( )− − ( − = ( − )− ), Ẍ −Ẍ +( = ) + ( ( )+ − )= − (3) Tiến hành nhân phương trình số hai hệ phương trình số (1) với giá trị m2, phương trình số ba với giá trị m1, lấy tích phương trình hai trừ phương trình ba ta có: ̈ − ̈ ( + )+ − = ( − ( )− − − ( − )= ), viết: ̈ − ̈ + − ( ( − )+( − ) Từ hệ phương trình số (4) ta rút giá trị ( = − + ) ( ; ) ( ̈ − ̈ ) − )− (4) HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 ( − + ̈ − ̈ ( ) X −X ( ( ̈ − ̈ ) = Từ hệ phương trình số (2) ta có: ( ( ̈ − ̈ ( − Thay giá trị ( + ( ) ( + ) ( + ) ( + ) − )− )= − ( − )− ̈ − ̈ ( )+ − ( ̈ − ̈ + (X − X ) + − ( ), ) ) = − − ̈)+ ( (X − X ) − ̈ − ̈ )= − − ( ̈ − vào hệ phương trình số (3) ta có: Ẍ − Ẍ ( )+ ( ̈ − ̈ ) Ẍ − Ẍ + ) + − ; )+ ) + ) + ( )− − − ( ) − ( ( = + Thay giá trị ( ̈)+ ( ̈ − )= (5) = ( − )+ , ̈ − ̈ , ( ) − ) vào phương trình số (5) biến đổi ta − có: ( + ( ) + − + ( ] ( + − ) ( ̈ − ̈ − − ( )− − ( + ( )− + ( − ) + ) + ) ( + + ) ( + ) + ( + + )( ) + ( + ) ) + ) − − − (m + m )C m C (m + m )C P m m C (m + m )C (X − X ) − + − m C m C m C − ( + ) ( + ) + + HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Để đơn giản hóa ta thống ký hiệu sau: ( =[ … =[ … ) + +( + ) + ) ], + … ; + … (m + m )C m m (m + m )C + m (m + m )C (m + m )C m m m m m −m m C m m C ], ; m m m m (m + m ) C (m + m ) (m + m ) C … C (m + m )C − (m + m )C m m m m m C (m + m ) m ], ; m m m m − (m + m )C ( m m m m … =[ ( m m (m + m )C (m + m )C − m m C m C m m m m … =[ + + m m m m + ], m ) + + … … ; Khi ta có dạng phương trình vi phân cuối cùng: ( − ) + ( − )+ ̈ − ̈ + ( − )= (6) ÁP DỤNG MƠ HÌNH TỐN ĐỂ TÍNH TỐN CHO VÍ DỤ CỤ THỂ Áp dụng phương trình vi phân số (6) để tính tốn với thơng số kỹ thuật máy khai thác gỗ liên hợp LP -19A Liên Bang Nga sản xuất với thông số đầu vào sau: m1 = 25000 kg; m2 = 2140 kg; C12 = 420 kN/m; Cc = kN/m; V= 2,0 m3; (G = 20000 N; C12 = 65 kN/m); m3 = 1023 kg Xác định hệ số A, B, C phương trình vi phân số (6): A = 319,45; B = 33248; C = 1625,22.102 Giải phương trình vi phân số (6) phương pháp Runge–Kutta theo điều kiện ban đầu sau: = ̇ = = = = 0, Ӧ = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 m/s Kết tính tốn giới thiệu thơng qua hình số bảng HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Sơ đồ miêu tả rung động tác động lên người điều khiển máy khai thác gỗ liên hợp chế độ tăng tốc từ vị trí khai thác (Ӧ1= 0,2 rad/s2) Vn,2 - độ dịch chuyển người điều khiển ; Vn,3 - tốc độ rung ; Vn,2 - gia tốc rung động Phân tích kết nhận cho thấy rằng, trình tăng tốc từ vị trí khai tác máy khai thác gỗ liên hợp xuất kèm theo rung động mạnh tác động lên người điều khiển máy khai thác, giá trị thường vượt giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn bảo vệ sức khỏe người lao động từ 1,8 đến 3,6 lần Bảng Đặc tính rung động tác động lên người điều khiển máy khai thác gỗ liên hợp chế độ tăng tốc từ vị trí khai thác Đăc tính Ӧ1, m/s2 ,m ̇ , m/s 0,2 0,006 0,049 0,5 0,013 0,098 0,6 0,019 0,147 0,8 0,025 0,196 Ӧ , m/s2 0,539 1,078 1,617 2,156 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 KẾT LUẬN Rung động tác động lên người điều khiển máy khai thác gỗ liên hợp chế độ tăng tốc từ vị trí khai thác vượt giá trị giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn lớn Để giảm rung động tác động lên người điều khiển máy kéo chế độ tăng tốc cần thiết phải hạn chế tốc độ di chuyển máy khai thác Trong trường hợp thời gian tăng tốc nhỏ khoảng 0,4 - 0,6 s Mơ hình toán xây dựng cho phép xác định rung động tác động lên người điều khiển máy khai tác gỗ liên hợp Kết báo tài liệu tham khảo trình thiết kế chế tạo phương tiện phục vụ ngành nông lâm nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Gasymov G.Sh., Aleksandrov V.A Dinamika valochno-paketiruiushchikh machine SPb.: Izd-vo Politekhn, un-ta, 2014 244 p (In Russ) [2] Zhukov A.V Basis for the design of special forest machines with regard to their oscillations [Text] / A.Zhukov, L.I Kadolko - Minsk: Science and Technology, 1988, 264p [3] Aleksandrova V.B Increase in the efficiency of logging machines by reducing dynamic loads and vibration loading of operators [Text]: the abstract of the dis for the academic degree of Cand tech sciences / VB Aleksandrov - СПБ : ЛТА, 1988, 19p [4] Alexandrov V.A Dynamic loads in logging machines [Text] / In A Alexandrov - Л.: Publishing house ЛГУ, 1984, 152 p [5] Alexandrov V.A Modeling of technological processes of forest machines [Text] / In A Alexandrov - Moscow: Ecology, 1995, 256p ... miêu tả rung động tác động lên người điều khiển máy khai thác gỗ liên hợp chế độ tăng tốc từ vị trí khai thác (Ӧ1= 0,2 rad/s2) Vn,2 - độ dịch chuyển người điều khiển ; Vn,3 - tốc độ rung ; Vn,2... Rung động tác động lên người điều khiển máy khai thác gỗ liên hợp chế độ tăng tốc từ vị trí khai thác vượt giá trị giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn lớn Để giảm rung động tác động lên người điều. .. tiêu chuẩn bảo vệ sức khỏe người lao động từ 1,8 đến 3,6 lần Bảng Đặc tính rung động tác động lên người điều khiển máy khai thác gỗ liên hợp chế độ tăng tốc từ vị trí khai thác Đăc tính Ӧ1, m/s2