Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu dao động ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:150

Thêm vào BST

Báo xấu

91
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm xây dựng mô hình và khảo sát dao động không gian của ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi chở gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp để có thêm căn cứ khoa học cho việc nghiên cứu độ bền xoắn khung xe, hoàn thiện thêm kết cấu bộ phận treo và chọn chế độ sử dụng hợp lý theo hướng nâng cao độ êm dịu chuyển động, độ bền khung xe, giảm tải trọng lên mặt đường khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu dao động ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN HỒNG QUANG NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG Ô TÔ TẢI SẢN XUẤT LẮP RÁP Ở VIỆT NAM KHI VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƢỜNG LÂM NGHIỆP Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Bang 2. PGS. TS. Nguyễn Văn Quân Hà Nội, 2018
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các số liệu, kết quả đưa ra trong Luận án là hoàn toàn trung thực. TÁC GIẢ LUẬN ÁN Nguyễn Hồng Quang
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể các thầy hướng dẫn PGS. TS. Nguyễn Văn Bang và PGS. TS. Nguyễn Văn Quân đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn GS. TS. Vũ Đức Lập, TS. Nguyễn Văn Bỉ, PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu đã giúp đỡ: Cung cấp các tài liệu và ý kiến quý báu cho Luận án. Đồng thời tôi xin cám ơn các thầy ở các trường Đại học Lâm nghiệp, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Đại học Giao thông vận tải, Học Viện Kỹ thuật Quân sự, Đại học Bách khoa Hà Nội, các nhà khoa học và các đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ tôi và tạo mọi điều kiện về phương tiện, vật chất để tôi hoàn thành Luận án. Xin trân trọng cảm ơn Trung tâm Thí nghiệm Khoa Cơ điện và Công trình Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi tiến hành thí nghiệm phục vụ Luận án. Xin trân trọng cám ơn Phòng Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Lâm nghiệp và các cơ quan tôi đã và đang công tác, người thân đã giúp đỡ động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận án.
iii MỤC LỤC Số trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...............................................vi DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................ix DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................... x MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của luận án................................................................................................1 2. Mục tiêu của luận án .........................................................................................................2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.........................................................................................2 4. Điểm mới của luận án .......................................................................................................3 5. Cấu trúc của luận án .........................................................................................................3 Chƣơng số 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................ 4 1.1. Tổng quan về khai thác, vận chuyển gỗ rừng trồng ...............................................4 1.1.1. Rừng trồng và quy cách gỗ rừng trồng ................................................................... 4 1.1.2. Công nghệ và thiết bị vận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng .................................. 5 1.1.3. Đặc điểm đường ô tô lâm nghiệp ............................................................................ 9 1.2. Những nghiên cứu về biên dạng đƣờng vận chuyển ............................................11 1.3. Tổng quan về hệ thống treo của ô tô vận tải ...........................................................18 1.4. Các công trình nghiên cứu về dao động ô tô...........................................................20 1.4.1. Các công trình nghiên cứu về dao động ô tô trên thế giới...................................20 1.4.2. Các công trình nghiên cứu về dao động ô tô ở Việt Nam ...................................21 1.5. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô..........................................24 1.5.1. Tần số dao động riêng ............................................................................................24 1.5.2. Gia tốc dao động .....................................................................................................25 1.5.3. Chỉ tiêu về độ êm dịu .............................................................................................25 1.6. Các phƣơng pháp cơ học trong nghiên cứu dao động ô tô..................................26
iv 1.6.1. Phương pháp sử dụng nguyên lý D’Alambert .....................................................26 1.6.2. Phương pháp sử dụng phương trình Lagranger loại II ........................................26 1.6.3. Phương pháp cơ học hệ nhiều vật .........................................................................27 1.7. Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động.........................................27 1.7.1. Phần mềm Mathematica ........................................................................................28 1.7.4. Phần mềm Matlab & Simulink..............................................................................28 1.8. Phƣơng pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động ............................................28 1.9. Xác định nhiệm vụ và phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................30 1.9.1. Nhiệm vụ của luận án.............................................................................................30 1.9.2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................31 Chƣơng số 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ TẢI SẢN XUẤT LẮP RÁP Ở VIỆT NAM KHI VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƢỜNG LÂM NGHIỆP ...........................................................................................................................33 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................................................33 2.2. Một số giả thiết chung..................................................................................................34 2.3. Mô hình dao động khi coi khung xe cứng tuyệt đối, dao động ở hai cầu phụ thuộc nhau .............................................................................................................................35 2.3.1. Mô hình dao động...................................................................................................35 2.3.2. Thiết lập hệ phương trình vi phân dao động ........................................................37 2.4. Mô hình dao động khi kể đến xoắn khung, dao động ở hai cầu độc lập nhau .................................................................................................................... 53 2.4.1. Thiết lập phương trình vi phân dao động của khối lượng được treo phân bố lên cầu trước và khối lượng không được treo cầu trước ................................ 56 2.4.2. Thiết lập phương trình vi phân dao động của khối lượng được treo phân bố lên cầu sau và khối lượng không được treo cầu sau ...................................... 58 2.4.3. Phương trình liên hệ khi kể tới độ cứng xoắn của khung xe...............................60 Chƣơng số 3 KHẢO SÁT DAO ĐỘNG Ô TÔ CHỞ GỖ ......................................61 3.1. Xác định các thông số đầu vào cho việc giải bài toán lý thuyết ..........................61 3.1.1. Xác định các thông số hình học của ô tô ..............................................................61 3.1.2. Xác định mô men quán tính của xe đối với các trục............................................61
v 3.1.4. Xác định biên dạng mấp mô mặt đường lâm nghiệp...........................................63 3.1.5. Xác định độ cứng chống xoắn của khung xe .......................................................63 3.2. Khảo sát dao động của ô tô chở gỗ ...........................................................................63 3.2.2. Khảo sát dao động của ô tô cho mô hình không gian, dao động của hai cầu độc lập nhau, kể đến xoắn khung............................................................................................66 Chƣơng số 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ......................................................77 4.1. Mục đích, đối tƣợng nghiên cứu thực nghiệm .......................................................77 4.1.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm .......................................................................77 4.1.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm ......................................................................77 4.2. Thực nghiệm để xác định các thông số đầu vào cho bài toán lý thuyết............77 4.2.1. Nghiên cứu thực nghiệm để xác định đặc trưng mấp mô mặt đường lâm nghiệp..77 4.2.2. Thực nghiệm để xác định các thông số hình học của ô tô ..................................80 4.2.3. Thực nghiệm để xác định mô men quán tính phần được treo của ô tô ...........82 4.2.4. Thực nghiệm để xác định độ cứng và hệ số cản ..................................................84 4.2.5. Thực nghiệm để xác định độ cứng xoắn của khung xe .......................................87 4.3. Thí nghiệm để minh họa và minh chứng cho kết quả nghiên cứu lý thuyết ...87 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA LUẬN ÁN....98 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..101 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................102 PHỤ LỤC
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký Đơn vị Giải nghĩa hiệu b m Khoảng cách ngang giữa hai bánh xe b1 m Khoảng cách giữa hai vết bánh xe trước b2 m Khoảng cách giữa hai vết bánh xe sau cm N/m Độ cứng của vấu cao su cn N/m Độ cứng của nhíp cl N/m Độ cứng của lốp h m Chiều cao trọng tâm ô tô hc m Khoảng cách từ điểm treo đến trọng tâm J ox Kg.m2 Mô men quán tính của phần được treo đối với trục Ox J oy Kg.m2 Mô men quán tính của phần được treo đối với trục Oy K ni Ns/m Hệ số cản của giảm xóc Ki Ns/m Hệ số cản của lốp l m Chiều dài cơ sở của ô tô l1 m Khoảng cách ngang từ trọng tâm đến cầu trước l2 m Khoảng cách ngang từ trọng tâm đến cầu sau m0 kg Khối lượng phần được treo của ô tô F N Lực nén Fn N Lực ép nhíp r m Bán kính bánh xe z0 m Chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm z1 m Chuyển dịch thẳng đứng của cầu trước z2 m Chuyển dịch thẳng đứng của cầu sau z1 p m Chuyển dịch thẳng đứng của bánh xe trước bên phải z1t m Chuyển dịch thẳng đứng của bánh xe trước bên trái
vii z2 p m Chuyển dịch thẳng đứng của bánh xe sau bên phải z2t m Chuyển dịch thẳng đứng của bánh xe sau bên trái  độ Góc lắc dọc của phần được treo 0 độ Góc lắc ngang của phần được treo 1 độ Góc lắc ngang của phần không được treo cầu trước 2 độ Góc lắc ngang của phần không được treo cầu sau i độ Góc nghiêng n mm Biến dạng của nhíp l mm Biến dạng của lốp  độ Góc xoắn khung T J Động năng T0 J Động năng khối lượng được treo T1 J Động năng của khối lượng không được treo cầu trước T2 J Động năng của khối lượng không được treo cầu sau  J Thế năng i J Thế năng của phần được treo và không được treo tương ứng các cầu xe  J Hàm hao tán i J Hàm hao tán ở phần tử thứ i J ix Kg.m2 Mô men quán tính của khối lượng thứ i đối với trục x J iy Kg.m2 Mô men quán tính của khối lượng thứ i đối với trục y Mx Nm Mô men xoắn khung G MN/m2 Mô đun trượt Zk1, βk1 m, rad Dịch chuyển thẳng đứng và góc lắc ngang của khối lượng được treo phân bố lên cầu trước Zk2, βk2 m, rad Dịch chuyển thẳng đứng và góc lắc ngang của khối lượng được treo phân bố lên cầu sau mk1 kg Khối lượng được treo phân bố lên cầu trước
viii 2 Jk1 kgm Mô men quán tính của khối lượng được treo phân bố lên cầu trước đối với trục đối xứng dọc mk2 kg Khối lượng được treo phân bố lên cầu sau Jk2 kgm2 Mô men quán tính của khối lượng được treo phân bố lên cầu sau đối với trục đối xứng dọc m1 kg Khối lượng không được treo cầu trước J1 kgm2 Mô men quán tính của khối lượng không được treo cầu trước đối với trục đối xứng dọc m2 kg Khối lượng không được treo cầu sau J2 kgm2 Mô men quán tính của khối lượng không được treo cầu sau đối với trục đối xứng dọc Ct ,Cs N/m Độ cứng chống lắc ngang của hệ thống treo cầu trước và cầu sau Cx Nm/rad Độ cứng xoắn của khung xe theo phương dọc xe e1, e2 m Khoảng cách giữa hai nhíp của hệ thống treo cầu trước và sau
ix DANH MỤC CÁC BẢNG THỨ TỰ TÊN BẢNG SỐ TRANG 1.1. Quy cách gỗ nguyên liệu ........................................................................ 4 1.2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của đường ô tô lâm nghiệp ............................ 10 3.1. Các thông số động lực học của ô tô chở gỗ ......................................... 62 4.1. Góc nghiêng thân xe và góc xoắn khung xe lớn nhất .......................... 96 4.2. So sánh lý thuyết và thực nghiệm ......................................................... 96
x DANH MỤC CÁC HÌNH THỨ TỰ TÊN HÌNH SỐ TRANG 1.1. Ô tô lâm nghiệp chuyên dụng chở gỗ dài ................................................. 7 1.2. Ô tô lâm nghiệp chuyên dụng chở gỗ ngắn .............................................. 7 1.3. Vận chuyển gỗ bằng xe REO......................................................................................... 8 1.4. Xe ô tô tải cỡ nhỏ vận chuyển chuyển gỗ rừng trồng............................... 8 1.5. Tuyến trục chính đường ô tô lâm nghiệp ..................................................................... 9 1.6. Tuyến trục phụ đường ô tô lâm nghiệp ...................................................................... 10 1.7. Làm trơn số liệu............................................................................................................. 13 1.8. Nhíp và vấu tì cao su..................................................................................................... 19 1.9. Cấu tạo bộ phận giảm chấn thường dùng trên ôtô tải ............................................. 19 1.10. Mô hình dao động ô tô của Iasenco ......................................................................... 20 1.11. Sơ đồ đo các đại lượng không điện bằng điện........................................................ 30 2.1. Xe tải Thaco K165 2,4 tấn dùng chở gỗ rừng trồng................................................ 33 2.2. Mô hình dao động không gian của ô tô khi coi khung xe cứng tuyệt đối, dao động ở hai cầu phụ thuộc nhau ........................................................................................................... 36 2.3. Mô hình dao động tương đương của xe trong mặt phẳng đối xứng dọc xOz ..38 2.4. Mô hình dao động của xe trong mặt phẳng thẳng đứng ngang yOz cho cầu trước và cầu sau ..................................................................................................................................... 40 2.5. Mô hình biến dạng của khung - sàn xe khi βk1 ≠ βk2 ............................................... 42 2.6. Mô hình dao động ô tô có kể đến xoắn khung, dao động hai cầu độc lập nhau . 54 2.7. Mô hình dao động của khối lượng được treo phân bố lên cầu trước và khối lượng không được treo cầu trước ......................................................................................................... 56 2.8. Mô hình dao động của khối lượng được treo phân bố lên cầu sau và khối lượng không được treo cầu sau............................................................................................................. 56 3.1. Chương trình khảo sát dao động ô tô chở gỗ, dao động hai cầu phụ thuộc nhau, chưa kể đến xoắn khung ............................................................................................................. 64 3.2. Các dao động của xe khi gặp mấp mô đơn ............................................................... 64 3.3. Các dao động thẳng và dao động góc của xe khi đi trên đường có dạng hàm điều hòa ...................................................................................................................................65 3.4. Các dao động thẳng đứng và dao động góc của xe khi bánh xe bên trái và bên phải gặp biên dạng đường hàm điều hòa nhưng có biên độ khác nhau, cùng tần số nhưng lệch pha ......................................................................................................................................... 66
xi 3.5. Chương trình khảo sát dao động ô tô có kể đến xoắn khung, dao động hai cầu độc lập nhau. ................................................................................................................................ 67 3.6. Biên dạng mặt đường của bánh xe trước bên trái .................................................... 67 3.7. Dịch chuyển thẳng đứng của thân xe tại trọng tâm.................................................. 67 3.8. Góc lắc ngang của thân xe tại trọng tâm................................................................... 67 3.9 . Dịch chuyển của khối lương không đươc treo cầu trươc ....................................... 67 3.10. Dịch chuyển của khối lương không đươc treo cầu sau.......................................... 68 3.11. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu trước .................................. 68 3.12. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu sau...................................... 68 3.13. Góc xoắn của khung xe .............................................................................................. 68 3.14. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên trái và mặt đường .................................... 68 3.15. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên phải và mặt đường................................... 68 3.16. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên trái và mặt đường........................................ 68 3.17. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên phải và mặt đường ...................................... 68 3.18. Biên dạng mặt đường của bánh xe trước bên trái và bánh xe sau bên phải 69 3.19. Dịch chuyển thân xe tại trọng tâm ô tô .................................................................... 69 3.20. Góc lắc ngang của trọng tâm ô tô ............................................................................ 69 3.21. Dịch chuyển của khối lượng không được treo cầu trước ...................................... 69 3.22. Dịch chuyển của khối lượng không được treo cầu sau.......................................... 69 3.23. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu trước .................................. 70 3.24. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu sau...................................... 70 3.25. Góc xoắn của khung xe .............................................................................................. 70 3.26. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên trái và mặt đường .................................... 70 3.27. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên phải và mặt đường................................... 70 3.28. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên trái và mặt đường........................................ 70 3.29. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên phải và mặt đường ...................................... 70 3.30. Biên dạng mặt đường ................................................................................................. 71 3.31. Biên dạng mặt đường của bánh xe trước bên trái và bánh xe sau bên trái 73 3.32. Gia tốc thẳng đứng của thân xe tại trọng tâm ........................................................ 73 3.33. Gia tốc lắc ngang của thân xe tại trọng tâm ........................................................... 73 3.34. Dịch chuyển thân xe tại trọng tâm ô tô .................................................................... 73 3.35. Góc lắc ngang của trọng tâm ô tô ............................................................................ 73 3.36. Dịch chuyển của khối lượng không được treo cầu trước ...................................... 74
xii 3.37. Dịch chuyển của khối lượng không được treo cầu sau.......................................... 74 3.42. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu trước .................................. 74 3.43. Góc lắc ngang của khối lượng không được treo cầu sau...................................... 74 3.44. Góc xoắn của khung xe .............................................................................................. 75 3.45. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên trái và mặt đường .................................... 75 3.46. Lực tương tác giữa bánh xe trước bên phải và mặt đường................................... 75 3.47. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên trái và mặt đường........................................ 75 3.48. Lực tương tác giữa bánh xe sau bên phải và mặt đường ...................................... 75 4.1. Bánh xe lăn và cảm biến đo gia tốc ............................................................................ 77 4.2. Chương trình xử lý kết quả đo mấp mô mặt đường................................................. 78 4.3. Gia tốc dao động thẳng đứng đo được ở trục bánh xe thú 5 ................................. 78 4.4. Biến dạng mấp mô mặt đường .................................................................................... 78 4.5. Thí nghiệm xác định tọa độ trọng tâm theo chiều dọc ............................................. 80 4.6. Thí nghiệm xác định tọa độ trọng tâm theo chiều ngang ........................................ 81 4.7. Thí nghiệm để xác định tọa độ trọng tâm theo chiều cao........................................ 82 4.8. Thí nghiệm để xác định mô men quán tính của phần được treo ô tô đối với trục Ox .......................................................................................................................................... 83 4.9. Thí nghiệm để xác định mô men quán tinh của phần được treo ô tô ..................... 83 4.10. Đo độ cứng của nhíp. ................................................................................................. 84 4.11. Cảm biến đo lực và cảm biến đo chuyển dịch......................................................... 84 4.12. Đo độ cứng và hệ số cản của lốp theo phương pháp tuyến .................................. 85 4.13. Cảm biến đo gia tốc. .................................................................................................. .86 4.14. Cảm biến đo góc lắc .................................................................................................. .88 4.15. Cảm biến đo góc nghiêng ngang của khung ô tô .................................................. .89 4.16. Ôtô thí nghiệm chở gỗ rừng trồng. ........................................................................... 89 4.17. Thí nghiệm ô tô chở gỗ trên đường lâm nghiệp...................................................... 89 4.18. Bố trí cảm biến đo gia tốc và cảm biến đo góc nghiêng ngang............................ 90 4.19. Bố trí cảm biến đo góc nghiêng khung xe............................................................... .90 4.20. DMC Plus nối ghép máy tính .................................................................................... 91 4.21. Gia tốc dao động thắng đứng của trọng tâm xe ..................................................... 91 4.22. Góc nghiêng ngang của thân xe................................................................................ 92 4.23. Góc xoắn của khung xe .............................................................................................. 92 4.24. Chương trình tính góc xoắn khung........................................................................... 92
xiii 4.25. Góc nghiêng ở mặt khung phía trước ...................................................................... 92 4.26. Góc nghiêng ở mặt khung phía sau.......................................................................... 93 4.27. Góc xoắn khung xe...................................................................................................... 93 4.28. Thí nghiệm đo xoắn khung xe khi xe trèo qua mấp mô đơn................................. 94 4.29. Chương trình đọc và xử lý kết quả đo ...................................................................... 94 4.30. Gia tốc thẳng đứng ở các điểm ................................................................................. 94 4.31. Chuyển vị thẳng đứng ở các điểm ............................................................................ 95 4.32. Góc nghiêng ngang của thân xe tại mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với phương chuyển động đi qua trọng tâm................................................................................... 95 4.33. Góc xoắn khung xe khi trèo qua mấp mô đơn ........................................................ 96
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Ô tô là phương tiện vận tải có vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực kinh tế và đời sống. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, ngành công nghiệp ô tô trên thế giới nói chung, ở Việt Nam nói riêng đã và đang phát triển với yêu cầu ngày càng cao, ngành này đã cho ra đời nhiều loại ô tô hiện đại phục vụ cho các nhu cầu vận chuyển. Việc nghiên cứu đánh giá chất lượng làm việc và hoàn thiện thêm thiết kế cho phù hợp với từng điều kiện sử dụng đang được quan tâm nghiên cứu. Các loại xe ô tô tải cỡ nhỏ và trung bình là các dòng xe vận tải thông dụng, thu hút nhiều cơ sở trong nước liên doanh với nước ngoài sản xuất lắp ráp và đang được sử dụng rộng rãi ở nước ta. Trong ngành lâm nghiệp đã có rất nhiều công ty lâm nghiệp, hộ sản xuất kinh doanh rừng sử dụng loại xe này vào việc vận chuyển các sản phẩm từ rừng, đặc biệt là vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng. Do xe có kích thước nhỏ, có thể đi được trên đường hẹp vào tận các khu rừng trồng, mặt khác gỗ rừng trồng nước ta khai thác chủ yếu làm nguyên liệu giấy, làm trụ mỏ, có kích thước không lớn, phân tán, trữ lượng thấp. Vì vậy, việc sử dụng các loại xe này tỏ ra phù hợp, không phải chi phí cho việc làm đường rộng vào các khu rừng trồng, giá mua các loại xe này không cao, phù hợp với nguồn vốn kinh doanh của các cơ sở sản xuất kinh doanh rừng. Vận chuyển gỗ là một khâu trong dây chuyền khai thác gỗ, được thực hiện bằng các phương tiện vận tải khác nhau. Ở Việt Nam việc vận chuyển gỗ rừng tự nhiên trước đây được thực hiện nhờ các loại xe ô tô tải cỡ lớn, có khả năng di động cao. Hiện nay khi rừng tự nhiên đã cạn kiệt, Chính phủ đã quyết định cấm khai thác rừng tự nhiên, đối tượng vận chuyển chủ yếu là gỗ nhỏ rừng trồng, nhiều cơ sở sản xuất sử dụng ô tô tải cỡ nhỏ hoặc trung bình cho việc vận chuyển gỗ rừng trồng, tùy thuộc vào quy mô sản xuất kinh doanh, địa hình khai thác. Đường vận chuyển gỗ thường là đường cấp thấp, chất lượng mặt đường không cao, thường gặp mấp mô và có độ dốc lớn. Khi vận chuyển gỗ trên đường
2 lâm nghiệp, xe bị rung xóc, làm giảm độ êm dịu chuyển động, sinh ra tải trọng động, gây hư hỏng một số chi tiết và phá hỏng mặt đường. Khi chở gỗ trên đường lâm nghiệp khung xe bị xoắn nhiều hơn, ảnh hưởng đến dao động, lực động tác dụng lên mặt đường; những vấn đề này cần được nghiên cứu. Việc nghiên cứu đánh giá dao động của loại xe này khi vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp ở nước ta trong thời gian qua chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, nghiên cứu sinh tiến hành Luận án“Nghiên cứu dao động ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp”. 2. Mục tiêu của luận án Xây dựng mô hình và khảo sát dao động không gian của ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi chở gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp để có thêm căn cứ khoa học cho việc nghiên cứu độ bền xoắn khung xe, hoàn thiện thêm kết cấu bộ phận treo và chọn chế độ sử dụng hợp lý theo hướng nâng cao độ êm dịu chuyển động, độ bền khung xe, giảm tải trọng lên mặt đường khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Xây dựng mô hình không gian của ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp, có kể đến xoắn khung xe và cản dao động của các bánh lốp, khảo sát dao động của xe; bằng thực nghiệm xác định được các thông số đầu vào cho bài toán dao động, xác định được các dao động thẳng đứng và dao động góc, góc xoắn khung xe khi chở gỗ trên đường lâm nghiệp, minh chứng cho mô hình lý thuyết; đánh giá ảnh hưởng của kết cấu và điều kiện đường sá đến dao động, góc xoắn khung xe, lực động tác dụng lên mặt đường. Kết quả nghiên cứu của luận án có thêm căn cứ cho việc nghiên cứu độ bền xoắn khung xe, hoàn thiện thêm kết cấu để nâng cao độ bền, độ êm dịu chuyển động, giảm tải trọng động tác dụng lên mặt đường, đồng thời phục vụ cho việc chọn chế độ sử dụng.
3 4. Điểm mới của luận án Xây dựng được mô hình không gian của ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi vận chuyển gỗ rừng trồng trên đường lâm nghiệp có kể đến xoắn khung xe và cản dao động của các bánh lốp, khảo sát dao động của xe trên miền thời gian và miền tần số; bằng thực nghiệm xác định các thông số đầu vào cho bài toán dao động, đo được các dao động thẳng đứng, dao động góc, góc xoắn khung xe khi chở gỗ trên đường lâm nghiệp với mấp mô mặt đường ngẫu nhiên, đã minh chứng cho mô hình lý thuyết khi ô tô chở gỗ đi qua mấp mô đơn hình sin; đã thiết kế, chế tạo 03 cảm biến đo góc nghiêng và khung thí nghiệm đo độ cứng của nhíp, độ cứng và hệ số cản dao động của bánh lốp. 5. Cấu trúc của luận án Luận án có 108 trang bao gồm phần mở đầu (03 trang); Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu (29 trang); Chương 2: Xây dựng mô hình dao động ô tô tải sản xuất lắp ráp ở Việt Nam khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp (28 trang); Chương 3: Khảo sát dao động ô tô chở gỗ (16 trang); Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm (21 trang); Kết luận và hướng phát triển (02 trang); Tài liệu tham khảo (54 tài liệu); Danh mục công trình đã công bố của luận án (04 công trình); 99 hình vẽ và đồ thị, 12 phụ lục.
4 Chƣơng số 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về khai thác, vận chuyển gỗ rừng trồng 1.1.1. Rừng trồng và quy cách gỗ rừng trồng Hiện nay cả nước có khoảng 2 triệu ha rừng trồng. Rừng trồng ở nước ta chủ yếu là rừng thuần loài với các loài cây trồng chủ yếu là các loại keo, bạch đàn, bồ đề, mỡ, thông và một số loài cây khác, chúng sinh trưởng nhanh, thân thẳng, ít cành nhánh. Tuổi khai thác từ 5 - 7 năm cho đường kính 10 - 25 cm, chiều cao bình quân 10-15m; mật độ trung bình 700 - 1200 cây/1ha; sản lượng khai thác bình quân 60 - 90 m3/1ha. Địa hình rừng trồng không quá phức tạp, độ dốc trung bình phổ biến từ 10 - 200, cá biệt có những nơi lên tới 45 - 500. Để đáp ứng nhu cầu về nguyên liệu cho công nghiệp chế biến gỗ, sản xuất giấy, xây dựng, khai thác than…, hàng năm ở nước ta cần khai thác trên 10 triệu m3 gỗ rừng trồng và nhu cầu này ngày càng tăng. Quy cách một số loại gỗ rừng trồng làm nguyên liệu trình bày ở bảng 1.1 [25]. Bảng 1.1. Quy cách gỗ nguyên liệu Đƣờng Chiều dài TT Chủng loại kính Loài cây (m) (cm) 1 Gỗ trụ mỏ 13÷23 2,2 ÷ 4 bạch đàn, thông, mỡ 2 Gỗ làm nguyên liệu giấy 6÷20 4 hoặc 2 bồ đề, bạch đàn, thông trắng, mỡ, keo, tre, nứa 3 Gỗ làm ván dán >20 1,3 hoặc 1,6 trám, vạng, trẩu, gạo, ràng ràng, quế 4 Gỗ làm ván dăm 8 ÷ 18 Chiều dài tùy bồ đề, keo, bạch thộc vào đàn phương tiện vận chuyển 5 Gỗ làm ván sợi MDF 8 ÷ 18 Chiều dài tùy bồ đề, keo, bạch thộc vào đàn phương tiện vận chuyển 6 Gỗ làm diêm 15 ÷ 25 bồ đề, tếch
5 Do chiều dài các khúc gỗ không lớn vì thế sự chênh lệch về đường kính giữa hai đầu khúc gỗ là không đáng kể. Nghĩa là, gần đúng có thể coi trọng tâm khúc gỗ đặt tại điểm giữa khúc gỗ. 1.1.2. Công nghệ và thiết bị vận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng [23] - Loại hình công nghệ chủ yếu được áp dụng trong khai thác rừng trồng ở nước ta hiện nay là công nghệ khai thác gỗ ngắn, với 2 dạng: Vận xuất gỗ ngắn – Vận chuyển gỗ ngắn; Vận xuất gỗ dài – Vận chuyển gỗ ngắn. + Vận xuất gỗ ngắn - Vận chuyển gỗ ngắn: Cây sau khi hạ đổ được cắt cành, cắt khúc ngay tại gốc cây; sau đó, các khúc gỗ được vận xuất ra bãi gỗ tạm thời (hoặc kho gỗ I) rồi được vận chuyển về kho gỗ II hoặc nơi tiêu thụ. Loại hình công nghệ này có ưu điểm là dễ áp dụng, phù hợp với những doanh nghiệp có vốn đầu tư không lớn, quy mô khai thác nhỏ, không tập trung, khối lượng ít. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là năng suất lao động thấp, tỷ lệ lợi dụng gỗ thấp. + Vận xuất gỗ dài - Vận chuyển gỗ ngắn: Cây sau khi hạ đổ người ta tiến hành cắt cành, ngọn rồi đưa cả thân cây dài ra bãi gỗ tạm thời (hoặc kho gỗ I). Tại đây, các thân cây được cắt khúc theo quy cách sản phẩm, sau đó được vận chuyển tới kho gỗ II hoặc nơi tiêu thụ. So với loại hình công nghệ trên, ở loại hình này do khâu cắt khúc được tiến hành tại bãi gỗ nên năng suất lao động cao hơn, tăng được tỷ lệ tận dụng gỗ, đồng thời cải thiện được điều kiện làm việc của công nhân. Tuy nhiên, loại hình công nghệ này đòi hỏi phải có máy móc thiết bị vận xuất phù hợp. - Về thiết bị: + Khâu vận chuyển gỗ từ rừng về kho gỗ II hoặc nơi tiêu thụ có thể bằng ô tô hoặc bằng đường thủy. Trong đó, vận chuyển gỗ bằng ô tô là hình thức vận chuyển phổ biến nhất hiện nay vì có nhiều ưu điểm: Ô tô là thiết bị vận tải thông dụng, sẵn có ở các địa phương trong cả nước. Hệ thống đường giao thông đường bộ từ thành phố lớn đến các vùng nguyên liệu, các khu tài nguyên rừng đã được cải tạo, mở mới và nâng cấp. Xe ô tô có
6 thể len lỏi vào trong các khu khai thác để vận chuyển lâm sản với khối lượng vận chuyển đa dạng, khối lượng vận chuyển ít thì sử dụng xe có tải trọng nhỏ, khối lượng cần vận chuyển lớn thì sử dụng loại xe có tải trọng lớn, từ đó phù hợp với điều kiện khai thác nhỏ lẻ, phân tán qui mô hộ gia đình, qui mô tập trung của các công ty, các xí nghiệp. Tuy nhiên, vận chuyển gỗ bằng ô tô có các nhược điểm: Khối lượng vận chuyển phụ thuộc vào tải trọng của xe, đối với những nơi có điều kiện địa hình phức tạp thì khối lượng vận chuyển cho mỗi chuyến xe nhỏ, từ đó làm cho giá thành vận chuyển cao. Để thu gom hết gỗ nằm dải rác trong khu tài nguyên cần phải mở thêm đường vận chuyển với chi phí rất lớn, từ đó ảnh hưởng đến giá thành vận chuyển lâm sản. Đối với những khu tài nguyên rừng có điều kiện địa hình phức tạp, núi cao thì việc vận chuyển bằng ô tô gặp nhiều khó khăn. Xe ô tô vận chuyển lâm sản hoạt động trên đường ô tô lâm nghiệp cần có có các đặc tính sau: - Xe có khả năng di động cao, nhiều cầu chủ động để có thể đi được trên đoạn đường xấu có độ dốc cao. - Kích thước thùng xe phải đáp ứng được yêu cầu quy cách sản phẩm. - Xe vận chuyển lâm sản phải có hệ thống an toàn như cọc chắn, dây chằng… - Công suất của xe đủ lớn để đáp ứng được yêu cầu về tải trọng hàng hóa lâm sản, lực kéo của xe khi xe lên dốc. Các xe ô tô chuyên dụng vận chuyển gỗ hiện nay rất đa dạng. Yêu cầu trước hết đối với ô tô lâm nghiệp là phải có khả năng di động cao được đánh giá bằng số cầu chủ động. Hiện nay người ta thường sử dụng xe vận tải gỗ có công thức bánh sử dụng như sau: - Xe vận tải sử dụng 2 trục 4 bánh trong đó có hai bánh chủ động (kí hiệu 4x2) hoặc cả 4 bánh đều là chủ động (kí hiệu 4x4), chở được 4 – 12 m3; - Xe vận tải 3 cầu có công thức bánh 6x4 hoặc 6x6, trọng tải 10 - 15m3; - Xe vận tải 2 cầu kéo theo sơmi rơ moóc 1 trục, trọng tải 20 - 25m3; - Xe vận tải 3 cầu kéo theo sơmi rơ moóc 2 trục, trọng tải 30 - 35m3;