Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp MTZ-80 khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định các đặc trưng dao động của ghế ngồi người lái trên liên hợp máy kéo nông nghiệp MTZ - 80 có rơ-moóc chở gỗ khi di chuyển trên đường vận xuất và vận chuyển lâm sản. Từ đó đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến điều kiện làm việc của người lái. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp MTZ-80 khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HÀ VĂN LƯU NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP MTZ-80 KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội, 2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HÀ VĂN LƯU NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP MTZ-80 KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị cơ giới hoá Nông Lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn : TS. Nguyễn Văn Bỉ Hà Nội, 2010
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây cùng với sự đổi mới về cơ chế quản lý và sự tiến bộ về kỹ thuật, ngành lâm nghiệp đã sử dụng khá nhiều loại ôtô, máy kéo vào việc cơ giới hoá trong sản xuất lâm nghiệp. Việc sử dụng đa dạng các loại thiết bị đang làm nẩy sinh nhu cầu nghiên cứu chế độ công nghệ hợp lý để chúng có thể phát huy được tác dụng, đồng thời đảm bảo được yêu cầu an toàn cho thiết bị và người lái. Các chế độ sử dụng hợp lý chỉ có thể có sau khi xây dựng được những mô hình tính toán chính xác, hợp lý. Vì vậy việc lập các mô hình tính toán cho mỗi loại liên hợp máy và khảo sát chúng tương ứng với các khâu trong công nghệ sản xuất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất thiết thực; là cơ sở cho thiết kế, cải tiến và sử dụng hợp lý thiết bị trong những điều kiện nhất định. Hiện nay để góp phần công nghiệp hoá và hiện đại hoá nông thôn, ngành lâm nghiệp nước ta đang chủ trương đẩy nhanh tiến độ áp dụng cơ giới hoá đưa tiến bộ khoa học kỹ thuật vào các khâu công việc nói chung và đặc biệt là sử dụng máy kéo chuyên dùng hoặc máy kéo nông nghiệp sau khi nghiên cứu thiết kế, cải tiến, chế tạo phục vụ cho các khâu công việc trong sản xuất nông lâm nghiệp. Để đáp ứng nhu cầu sản xuất, một số loại máy kéo công suất vừa và nhỏ nhập khẩu vào nước ta đang được sử dụng khá phổ biến trong sản xuất nông, lâm nghiệp; trong đó có loại máy kéo MTZ-80. Do đặc điểm của đường vận xuất và vận chuyển lâm sản có địa hình phức tạp, mặt đường chất lượng thấp, có độ mấp mô lớn. Nên khi máy kéo di chuyển sẽ chịu lực kích động mặt đường ảnh hưởng đến nhiều chỉ tiêu động lực học như độ êm dịu, tính ổn định, độ bền lâu… 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.
2 Để nâng cao khả năng phục vụ của loại máy kéo nông nghiệp MTZ - 80 cho phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp, nhất là điều kiện làm việc của người điều khiển máy kéo khi di chuyển trên đường vận xuất và vận chuyển lâm sản. Tác giả thực hiện đề tài: "Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp MTZ - 80 khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp”
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Khái quát về hình thức và thiết bị vận xuất, vận chuyển gỗ Hiện nay ở nước ta công nghệ vận xuất gỗ thường được sử dụng các loại hình như: Vận xuất bằng súc vật, vận xuất bằng máng lao, vận xuất bằng máy kéo, vận xuất bằng đường cáp, vận xuất bằng đường thuỷ… Trong các hình thức vận xuất nêu trên thì hình thức vận xuất bằng máy kéo là phổ biến hơn cả. Máy kéo dùng vận xuất gỗ có 2 loại: Máy kéo bánh xích và máy kéo bánh hơi. Trong máy kéo bánh hơi lại chia làm 2 loại: Máy kéo bánh hơi chuyên dùng và máy kéo bánh hơi nông nghiệp có lắp thêm các thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ và vận chuyển gỗ. Khi sử dụng máy kéo bánh hơi chuyên dùng trong vận xuất gỗ cho năng suất rất cao và giảm nhiều chi phí vì máy kéo chuyên dùng có công suất lớn, tính ổn định và khả năng kéo bám cao, kết cấu phù hợp, làm việc linh hoạt. Tuy nhiên, loại máy kéo này thường có giá thành cao và chỉ phù hợp với qui mô sản xuất lớn, trữ lượng khu khai thác nhiều, kích thước sản phẩm gỗ lớn. 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 có công suất lớn. Các máy kéo dùng trong vận xuất gỗ rất đa dạng song có thể chia làm 2 nhóm: Máy kéo bánh xích và máy kéo bánh bơm. Các máy kéo bánh bơm có ưu điểm nội trội hơn so với máy kéo bánh xích cùng cỡ vì: Chúng có khối lượng nhỏ, tốc độ làm việc lớn hơn, chi phí nhiên liệu cho 1m3 gỗ vận xuất ít hơn và năng suất cao hơn. Mặt khác, máy kéo bánh bơm ít phá hại cây con, đất rừng. Do những ưu điểm như vậy mà máy kéo bánh bơm được sử dụng ngày càng rộng rãi hơn so với máy kéo bánh xích [21], [26], [32].
4 Máy kéo bánh bơm trong vận xuất gỗ được chia làm 2 loại: Máy kéo bánh bơm chuyên dùng và máy kéo bánh bơm nông nghiệp có lắp thêm các thiết bị chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ. Đặc điểm của máy kéo bánh bơm chuyên dùng là có công suất lớn, kết cấu gọn, độ bền cao, làm việc linh hoạt và cho năng suất rất cao. Tuy nhiên, loại này thường đắt tiền và chỉ phù hợp với quy mô sản xuất lớn, trình độ cơ giới cao, cơ sở hạ tầng và dịch vụ kỹ thuật tốt. Bên cạnh loại máy kéo chuyên dùng, các nước còn sử dụng loại máy kéo bánh bơm nông nghiệp được trang bị các thiết bị chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ và phục vụ cho các khâu trồng rừng. Việc sử dụng máy kéo nông nghiệp trong khai thác rừng làm tăng hiệu quả sử dụng máy và góp phần giải quyết công ăn, việc làm, tăng thu nhập cho người lao động [40]. Do đặc điểm đường, địa hình và loại hàng vận chuyển là gỗ và các lâm sản khác, điều kiện làm việc của thiết bị trong vùng đồi núi, có thể có nhiều công trình tạm thời như đập tràn, cầu vượt, cống, khe suối cạn, các loại vật cản…. đòi hỏi ô tô-máy kéo phải có tính ổn định và phải có tính năng an toàn cao khi chuyển động, có khả năng kéo bám tốt, chuyển động thuận lợi, an toàn. Trước tác động của cơ chế kinh tế nhiều thành phần, do việc giao đất khoán rừng cho các tổ chức tập thể, các hộ nông dân sử dụng lâu dài trên các địa bàn trung du, miền núi các trang trại sản xuất nông lâm nghiệp xuất hiện; kinh tế trang trại và các sản phẩm từ trang trại cũng đang là thị trường hấp dẫn cho các dịch vụ cơ khí lâm nghiệp, đặc biệt là công tác vận chuyển. Nhiều công ty, lâm trường, hộ gia đình, các chủ trang trại đã mua máy kéo để thực hiện các dịch vụ trên. Nhìn chung các loại máy kéo nông nghiệp này về đặc tính sử dụng và kết cấu chưa được khai thác triệt để, nhiều chỉ tiêu chưa được làm rõ dẫn đến sử dụng còn nhiều hạn chế, kém hiệu quả và đặc biệt là chưa đảm bảo an toàn lao động cho người và liên hợp máy. Việc nghiên cứu cải tiến
5 để sử dụng hợp lý các loại máy kéo này trong sản xuất nông lâm nghiệp là rất cần thiết. Trong khi chúng ta chưa đủ khả năng để trang bị nhập các máy chuyên dùng, việc nghiên cứu cải tiến để nâng cao tính năng kỹ thuật của máy kéo, các bộ phận làm việc lắp trên máy kéo, các thông số kết cấu cho phù hợp với điều kiện sử dụng trong lâm nghiệp sẽ có ý nghĩa không nhỏ cho sản xuất lâm nghiệp tại những nơi đang dùng máy kéo bánh hơi nông nghiệp phổ biến hiện nay. 1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy kéo trong lâm nghiệp trên thế giới Vào những năm 1950 Tiệp Khắc (cũ) đã đưa vào sử dụng loại máy kéo bánh hơi LKT - 80, máy được trang bị tời, thuỷ lực có thể gom gỗ từ xa và vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết, đây là loại máy kéo khung gập 4 bánh chủ động [21], [26]. Ở Phần Lan, việc sử dụng máy kéo nông nghiệp cho công tác trồng, chăm sóc rừng, vận xuất, vận chuyển gỗ được bắt 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 này được tăng nhanh. Từ 1957, Liên Xô 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 sử dụng máy kéo bánh hơi vận chuyển gỗ từ nơi chặt hạ ra bãi 2, giảm bớt được khâu trung gian trong dây truyền khai thác và vận xuất [21], [26]. Việc sử dụng 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 là trong trang trại quy mô vừa và nhỏ. Ở Canada từ năm 1963 đã sử dụng máy kéo Timberjack 201 để vận xuất gỗ trên địa hình dốc tương đối lớn rất phù hợp [21], [26].
6 Trong khi máy kéo nông nghiệp được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong lâm nghiệp ở các nước công nghiệp phát triển thì hầu hết các nước đang phát 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 các nước 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 kéo nông nghiệp trong khai thác gỗ rừng trồng. Năm 1986 tại Tanzania tổ chức FAO đã triển khai nghiên cứu và sử dụng máy kéo bánh hơi Valmet có công suất 50 Kw trong vận xuất gỗ, khẳng định máy kéo nông nghiệp có thể làm việc tốt trên địa hình rừng trồng tương đối bằng phẳng [41]. Cùng năm 1986 tại Ethiopia, tổ chức FAO đã triển khai nghiên cứu, sử dụng máy kéo bánh hơi Volvo vận xuất gỗ rừng trồng, khẳng định máy kéo nông nghiệp có trang bị tời, rơ moóc cũng phù hợp và mang lại hiệu quả kinh tế cao [32]. Năm 1988 tại Zimbabwe tổ chức FAO cũng đã nghiên cứu sử dụng máy 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 động lực cho các máy cưa tại những nơi chưa có nguồn năng lượng điện [43]. 1.3. Nghiên cứu và sử dụng máy kéo trong lâm nghiệp ở Việt Nam Từ những năm 1960 cho đến những năm 1980 đã nhập và đưa vào sử dụng một loạt máy kéo do các nước Xã hội chủ nghĩa chế tạo, phục vụ cho sản xuất nông lâm nghiệp: máy kéo TDT 40, TDT 55, DT 75, C 100, TT 4, LKT 80, LKT 120. Năm 1970 máy kéo bánh hơi Volvo của Thuỵ Điển được nhập vào nước ta để phục vụ cho các khâu bốc dỡ và vận chuyển gỗ rừng trồng ở các khu nguyên liệu giấy. Sau giải phóng các lâm trường, xí nghiệp ở phía Nam sử dụng phổ biến xe REO 7. Các loại máy này phần nào đã đáp ứng được yêu cầu của sản xuất lâm nghiệp với quy mô sản xuất lúc bấy giờ.
7 Ở Việt nam đã nhập khẩu và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo, trong đó có máy kéo nông nghiệp. Để phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp, các máy kéo này đã và đang được nghiên cứu, thiết kế cải tiến. Dưới đây chúng tôi đưa ra một số công trình nghiên cứu đã được công bố: + Năm 1963 tập thể cán bộ Phòng cơ giới lâm trường Bắc Yên và Viện công 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 dạy trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo thành công máy kéo khung gập L35 với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ. + Năm 1985 tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và các đồng nghiệp ở Viện khoa học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo tời 1 trống dẫn động từ trục thu công suất và rơ moóc 1 trục lắp sau máy kéo Zeto để bốc gỗ và vận xuất gỗ [11]. + Năm 1994 PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu và một số cán bộ giảng dạy trường Đại học Lâm nghiệp đã thực hiện đề tài nghiên cứu : “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm, sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy gỗ nhỏ rừng trồng” có mã số KN 03 – 04 [39]. + Năm 1997 nhóm cán bộ giảng dạy Bộ môn máy Lâm nghiệp, trường Đại học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng: Tời cơ khí 1 trống và cần treo gỗ hình chữ A lắp cho máy kéo DFH - 180 để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng. + Tác giả Nguyễn Văn An trong công trình [1] đã nghiên cứu về 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. + Tác giả Phạm Minh Đức trong công trình [16], [17] đã nghiên cứu về khả năng kéo, bám của máy kéo DFH – 180, khả năng ổn định của máy kéo
8 Shibaura 3000A khi sử dụng rơmoóc một trục để vận chuyển 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 gỗ theo công nghệ vận xuất gỗ dài. Các công trình trên chủ yếu tiến hành các nội dung: - Nghiên cứu thiết kế, cải tiến, chế tạo lắp đặt một số thiết bị nhằm nâng cao khả năng làm việc của máy kéo. - Nghiên cứu về ổn định của liên hợp máy trong điều kiện làm việc mới nhằm xác lập chế độ sử dụng hợp lý cho liên hợp máy. Các kết quả nghiên cứu đưa máy kéo nông nghiệp bánh hơi vào sản xuất lâm nghiệp còn khiêm tốn và chưa đạt hiệu quả cao. Tuy nhiên các kết quả này đã góp phần không nhỏ trong công tác đào tạo, nghiên cứu khoa học và thiết thực trong sản xuất. 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 trong điều 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. Do vậy ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọng của liên hợp máy như: Độ êm dịu, tính ổn định, độ bền lâu, sức khoẻ của người lái... Vì vậy nghiên cứu dao động của máy kéo là vấn đề cần thiết có ý nghĩa trong thực tế sử dụng máy, thiết kế chế tạo, cải tiến liên hợp máy, đảm bảo điều kiện về an toàn lao động cho người và thiết bị. Trong công trình [44] khi nghiên cứu tải trọng kích động lên người lái máy kéo lâm nghiệp có cần bốc tác giả đã sử dụng mô hình toán học để nghiên cứu động lực học hệ: Máy lâm nghiệp - đối tượng lao động để xác định kích động lên người điều khiển. Mô hình được nghiên cứu theo phương pháp hệ
9 nhiều khối lượng (môi trường - con người - máy - đối tượng lao động), mô hình được chia ra 2 hệ con: Máy - gỗ và hệ một khối lượng là người lái. Việc giải bài toán đặt ra 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Nghiên cứu dao động của hệ máy kéo - gỗ với mô hình tính toán dao động hệ nhiều bậc tự do chịu tác động của lực kích thích do độ mấp mô mặt đường, nhằm xác định các đặc trưng dao động của khung máy kéo tại vị trí đặt ghế ngồi. - Giai đoạn 2: Nghiên cứu dao động của ghế ngồi với mô hình dao động của hệ một bậc tự do, chịu tác động kích thích từ khung máy lên ghế ngồi. + Công trình của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang [24], công trình này đã đưa ra cơ sở lý thuyết cơ bản về phương trình vi phân chuyển 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 các cộng sự [10] cho thấy tính êm dịu trong chuyển động của ôtô, 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, ôtô, máy kéo dao động theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc (OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng nhiều đến người điều khiển và phương tiện, theo phương ngang, theo phương dọc ảnh hưởng không đáng kể [49], [50] . Đối với máy kéo bánh bơm làm việc trên các mặt đường gồ ghề, thân máy dao động với tần số là 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 tỉ 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.
10 + Trong công trình nghiên cứu [36], tác giả đã đưa ra mô hình tính toán giảm xóc nói chung và cho rằng: Hệ số truyền càng nhỏ, chất lượng bộ giảm xóc càng tốt, muốn vậy nên chọn tỉ số giữa tần số kích động và tần số riêng của vật cần bảo vệ 1,41, chọn như vậy vừa đảm bảo tránh cộng hưởng vừa 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 hai 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 ghế giảm rung [5], [38], đã dựa trên cơ sở các số liệu về dao động của 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. + Tác giả Nguyễn Văn Vệ trong công trình [40] đã nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ và giải pháp giảm xóc cho người lái. + Tác giả Nông Văn Vìn và các cộng sự trong công trình [8] đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo ghế ngồi cân bằng, loại ghế này có khả năng tự lựa khi LHM di chuyển trên đường có độ dốc ngang, tạo sự thoải mái và luôn giữ tư thế thẳng đứng 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 đạt được sự hoàn thiện cao về kết cấu và các thiết bị công nghệ. Song một vấn đề cần được quan tâm trong khi thiết kế, cải tiến máy kéo nói chung và máy kéo vận xuất gỗ nói riêng là nghiên cứu điều kiện làm việc của người điều khiển nhằm đảm bảo cho máy phát huy hết khả năng làm việc và công suất thiết kế. Công trình nghiên cứu [44] cho thấy: Cùng với sự nâng cao tốc độ làm việc của các liên hợp máy sẽ dẫn đến tăng đáng kể lực kích động lên người
11 điều khiển và cao hơn mức cho phép. Người điều khiển máy không 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 những nguyên nhân chính là do mức độ kích động tác động đáng kể lên ghế ngồi của người lái. Ở Mỹ trên 85% người lái máy kéo do ảnh hưởng của lực kích động chỉ sử dụng được 65% công suất của máy. Dao động của cơ thể con người hoặc một bộ phận của cơ thể là những tác động sinh học phức tạp chúng có thể gây ra một loạt các thay đổi trong cơ thể và ảnh đến sức khoẻ của người lái, gây ra các bệnh lý. Tác động của dao động đến 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 dao động riêng của cơ thể con người. Cũng theo [44] thì tần số từ 6 - 11 Hz sẽ dẫn đến 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 bộ phận bên trong, làm giảm tầm nhìn, giảm tính linh hoạt trong các hoạt động điều 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 lao động mà còn làm xuất hiện các bệnh nghề nghiệp. Mức độ ảnh hưởng của dao động đến cơ thể con người lần đầu tiên được nghiên cứu với quan điểm về sự thoải mái và thuận tiện cho người điều khiển 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 cũng không chú ý và chỉ dẫn gì về việc giảm kích động lên người lái [44]. Ở Việt Nam qua một số nghiên cứu cho thấy đối với các máy nhập từ nước ngoài, hệ thống giảm xóc cho ghế đã được tính toán từ khi thiết kế, tuy nhiên các thông số thiết kế được tính toán theo tiêu chuẩn của người nước ngoài. Do có sự khác nhau về hằng số nhân trắc, chỉ tiêu tâm sinh lý giữa người Việt Nam và người nước ngoài, nên khi sử dụng hiệu quả giảm rung
12 thực tế bị thay đổi, không còn phù hợp và đáp ứng được yêu cầu đối với người Việt Nam [5], [38]. Đối với một số máy, khi thay đổi điều kiện làm việc thì tác động kích động lên người lái cũng sẽ thay đổi, vì vậy vần phải khảo nghiệm tính toán cải tiến hệ thống giảm xóc cho ghế ngồi lái theo từng điều kiện làm việc cụ thể. Các tác giả Triệu Quốc Lộc [28]; Nguyễn Văn Khang, Đỗ Sanh [25] đã nghiên cứu về dao động trong bảo hộ lao động. Công trình của Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Khang [7] về ngăn chặn rung động trên đường lan truyền đối với công nhân lái máy kéo và công nhân của các gian chế biến lâm sản đã được công bố. Các công trình nghiên cứu về chống rung được nghiên cứu khá đầy đủ: Nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu thực nghiệm, nghiên cứu ứng dụng. Các công trình nghiên cứu đã đưa ra cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chống rung, các phương 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 đối với cơ thể con người.(phụ lục A) 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 chất lượng máy kéo, máy canh tác dùng trong sản xuất nông - lâm nghiệp [40], đã đưa ra phương pháp khảo nghiệm xác định dao động của ghế ngồi lái máy kéo và chỉ tiêu an toàn đối với điều kiện làm việc của người lái máy kéo là gia tốc dao động, vận tốc dao động ứng với các tần số dao động của ghế đối với người lái theo tiêu chuẩn quốc gia (TCVN). Hiện nay các công trình nghiên cứu về động lực học ô tô, máy kéo; thiết kế cải tiến chưa nhiều, nhưng kết quả nghiên cứu có ý nghĩa rất lớn đối với một số ngành sản xuất ở nước ta.
13 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 hợp máy kéo nông nghiệp MTZ - 80 có rơmoóc chở gỗ khi di chuyển trên đường vận xuất và vận chuyển lâm sản. Từ đó đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến điều kiện làm việc của người lái. Xác định các thông số của hệ số giảm xóc cho ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp MTZ - 80 để đảm bảo các chỉ tiêu an toàn cho người 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 MTZ - 80 có rơmoóc khi di chuyển trên đường vận xuất. - Dạng đường vận xuất. Theo kết quả khảo sát ở một số địa bàn, TS. Nguyễn Tiến Đạt [14] đã đưa ra dạng mặt đường vận xuất gỗ có dạng 2 dạng chính: dạng mặt đường xác định có thể biểu diễn bằng các hàm tuần hoàn và dạng mặt đường biến đổi ngẫu nhiên do tác động của nhiều yếu tố. Khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo nông nghiệp MTZ - 80 có rơmoóc di chuyển trên đường vận xuất. Chúng tôi lựa chọn loại đường vận xuất có dạng mấp mô điều hoà với chiều cao mấp mô trung bình h0 = 0,1 m và bước sóng trung bình S0 = 1,6 m. 2.3. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu kế thừa mô hình tính toán và PTVP dao động của liên hợp máy kéo nông nghiệp [17] có rơmoóc chở gỗ lâm nghiệp có tính đến ảnh
14 hưởng của sự mấp mô mặt đường cho đối tượng MTZ 80 và rơ moóc một trục. - Giải hệ PTVP dao động của LHM theo trọng tâm của LHM và điểm đặt ghế ngồi. - Khảo sát các yếu tố động học: dao động trọng tâm máy kéo, dao động của điểm đặt ghế ngồi, dao động của vận tốc và gia tốc ghế ngồi; xây dựng và vẽ các đồ thị tương ứng. - Xác định các giá trị Zmax,Zghemax,Z’ghemax, Z’’ghemax làm cơ sở đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến người lái và đề xuất phương án thiết kế, cải tiến ghế ngồi (xác định các thông số của hệ giảm xóc lắp cho ghế). - Xây dựng mô hình và PTVP dao động của ghế ngồi người lái. - Xác định các thông số của hệ giảm xóc 2.4. Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng kết quả nghiên cứu về dao động của liên hợp máy gồm máy kéo nông nghiệp và rơmoóc chở gỗ có tính đến ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường lâm nghiệp của tác giả Phạm Minh Đức [17]. - Sử dụng phần mềm toán học Mathematica 5.1 để giải hệ phương trình vi phân dao động của liên hợp máy. - Sử dụng phương pháp cơ học giải tích để xây dựng mô hình ghế ngồi và phương trình vi phân dao động của ghế. - Dùng tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5126 - 90 "Rung giá trị cho phép tại chỗ làm việc" lầm cơ sở tính toán, thiết kế ghế ngồi thông qua độ cứng của lò xo.
15 Chương 3 KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA MÁY KÉO MTZ-80 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 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 gỗ trên đường lâm nghiệp. Dao động này phát sinh do sự kích động của mấp mô mặt đường, qua khung máy kéo và ghế ngồi lái tác dụng liên tục lên người điều khiển máy kéo trong suốt thời gian di chuyển, cả hướng có tải và không tải. 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 nguyên nhân gây nên những bệnh nghề nghiệp cho người điều khiển. 3.1. Mô hình dao động của liên hợp máy Nghiên cứu dao động của ôtô, máy kéo bánh hơi đã được nhiều tác giả quan tâm và có rất nhiều kết quả nghiên cứu ở hầu hết các dạng dao động, trong số đó dao động thẳng đứng giữa khung xe với mặt đường là chủ yếu. Kết quả nghiên cứu dao động của liên hợp máy gồm máy kéo bánh hơi và rơmoóc 1 trục chở gỗ, do ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường vận chuyển lâm nghiệp, tác giả Phạm Minh Đức [17] đã xây dựng mô hình tính toán dao động của hệ như hình 3.1. Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là LHM gồm máy kéo MTZ-80 và rơmoóc một trục chở gỗ có mô hình tính toán tương tự; Sơ đồ tính toán dao động của LHM như hình 3.1. Trên hình 3.1: m1 + m2 = mmk, m1: khối lượng của cầu trước (gồm cả trục và các bánh xe); m2: khối lượng của thân máy kéo; m3: khối lượng của rơmoóc có gỗ;
16 2 4 3 1 Hình 3.1a: Mô hình máy kéo và rơ moóc một trục chở gỗ 1. Cầu trước máy kéo; 2. Thân và cầu sau máy kéo 3.Khớp nối moóc; 4.Rơ moóc Hình 3.1b. Sơ đồ tính toán dao động của LHM 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 và rơmoóc; α1, α2 , α3 , β1, β2 , β3 : chuyển vị góc của 3 phần quanh các trục (x) và (y); z1t, z1p, z2t, z2p, z5t, z5p: chuyển vị thẳng đứng của tâm các bánh xe bên trái, bên phải trục trước, trục sau và trục rơmoóc;
17 q1, q2, q5: độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe trước sau, bánh xe sau và bánh xe rơmoóc; 1, 1, 1 : độ chênh mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe bên phải và trái của các cặp tương ứng; Jix, Jiy: mô men quán tính của các phần trong hệ đối với các trục x, y; li (i =1, 2, 3, 4, 5): khoảng cách theo các phương ngang giữa các điểm; d, dM: khoảng các giữa bánh xe trái và phải của máy kéo và của rơmoóc. + Thông số của LHM: các thông số của LHM gồm máy kéo MTZ-80 và rơmoóc chở gỗ được thống kê trong các bảng (3.1): Bảng 3.1 : Các thông số chính của máy kéo MTZ-80 TT Các thông số Đơn vị Giá trị Động cơ 1 Loại động cơ --- D.240 2 Công suất Kw 60-64 3 Số vòng quay danh nghĩa v/ph 2000 4 Số vòng quay khi mômen cực đại v/ph 1000 5 Nhiên liệu lít Điêzen Máykéo 6 Chiều dài mm 3815 7 Chiều rộng mm 1970 8 Chiều cao mm 2485 9 Tâm 2 bánh mm 2370 10 Bề rộng cơ sở:- cầu trước mm 1200-1800 - cầu sau mm 1300-1800 11 Chiều cao gầm mm 650 12 Bán kính quay vòng tới thiểu m 3,6 13 Trọng lượng: - cấu tạo kg 3200 - Sử dụng kg 3350 14 Trọng lượng phụ (trước & sau) kg 44/88 15 Tọa độ trọng tâm:
18 -Dọc (so với cầu sau & cầu trước) mm 87/150 -Ngang (lệch trái) mm 20 - cao mm 783 16 Bánh lốp trước:- số hiệu 7.5-20 -- -Tải trọng cho phép N 9900 17 Bánh lốp sau: - số hiệu 15,0-30 -- -Tải trọng cho phép N 20500 Rơ mooc 1 trục chở gỗ 18 Chiều dài thùng moóc (L0) mm 3060 19 Chiều rộng (B) mm 1780 20 Chiều cao (hm) mm 1320 21 Chiều dài đoạn nối moóc mm 90 22 Trọng lượng (m3) không tải & tải 2t kg 1200/3200 23 Trọng tâm: - Dọc, cách trục bánh mooc (xg) mm 200 - Đứng, (hg) mm 350 + Tham số động lực học của LHM Việc xác định các tham số động lực học của LHM tiÕn hµnh b»ng thùc nghiÖm trực tiếp trên máy kéo và rơmoóc [17] hoặc tra bảng tõ kết quả nghiên cứu đã được công bố. Kết quả cụ thể được trình bày trong bảng 3.2, 3.3 Mô men quán tính (MMQT) đối với các trục OXYZ Bảng 3.2: Mô men quán tính đối với các trục của LHM MMQT MTZ-80 Rơmoóc 1 trục Ghi chú m (kg) 3590 1245 Jix (kgm2) 84 -- (cầu trước m/k) Jx ( kgm2) 660 218 Jy (kgm2) 1973 1040 Jz (kgm2) 3232 1050