Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ngang của máy kéo tới khả năng ổn định khi làm việc trên đường vận xuất

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác lập chế độ làm việc của máy kéo khi bị kích động bởi dao động ngang, từ đó xác lập chế độ làm việc tối ưu của máy kéo khi làm việc trên đường vận xuất trong trường hợp kéo nửa lết, một trong những phương pháp hết sức phổ biến trong vận xuất gỗ. 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 ảnh hưởng của dao động ngang của máy kéo tới khả năng ổn định khi làm việc trên đường vận xuất

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ PTNT Trêng ®¹i häc l©m nghiÖp TrÇn v¨n giang Nghiªn cøu ¶nh hëng cña dao ®éng Ngang cña m¸y kÐo tíi kh¶ n¨ng æn ®Þnh khi lµm viÖc trªn ®êng vËn xuÊt LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Hµ Néi, 2008
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ PTNT Trêng ®¹i häc l©m nghiÖp TrÇn v¨n giang Nghiªn cøu ¶nh hëng cña dao ®éng Ngang cña m¸y kÐo tíi kh¶ n¨ng æn ®Þnh khi lµm viÖc trªn ®êng vËn xuÊt Chuyªn nghµnh: Kü thuËt m¸y vµ thiÕt bÞ c¬ giíi ho¸ N«ng – L©m nghiªp. M· sè: 60. 52. 14 LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Ngêi híng dÉn khoa häc: TS. §Ëu ThÕ Nhu Hµ Néi, 2008
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Theo điều tra mới nhất, hiện nay cả nước có 12.616.699 ha đất rừng, chiếm 38,2% diện tích tự nhiên. Trong đó rừng tự nhiên chiếm 81,5% tương đương 10,2 triệu ha, rừng trồng chiếm 18,5% tương đương 2,3 triệu ha [1]. Để phát triển lâm nghiệp theo hướng công nghiệp và bền vững, theo Chiến lược phát triển lâm nghiệp Việt nam giai đoạn 2006 – 2020 đã đặt ra mục tiêu trồng mới 1,0 triệu ha rừng đến năm 2010 và 1,5 triệu ha cho giai đoạn sau [2], về cơ bản sẽ đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho ngành công nghệ bột giấy, chế biến gỗ và phục vụ sản xuất khác. Do vậy, rừng đã được trồng ở nhiều nơi và đang được khai thác với số lượng lớn để làm nguyên liệu giấy, ván dăm và nhiều ngành sản xuất khác. Trong những năm 1990 trở về trước khai thác rừng tự nhiên đã được áp dụng cơ giới hoá nhiều khâu trong quá trình sản xuất. Trong đó, những công việc nặng nhọc trong khai thác gỗ đã được cơ giới hoá như vận xuất gỗ với các thiết bị động lực là máy kéo chuyên dùng có công suất lớn như LKT- 80, TDT- 75, TT-4, volvo ..v.v… Ngày nay, công nghệ khai thác và vận xuất gỗ rừng tự nhiên trước đây không còn phù hợp để khai thác rừng trồng do trữ lượng gỗ thấp, khai thác ít, rừng phân tán… Để nâng cao hiệu quả kinh tế và phát triển kinh tế theo hướng kết hợp nông lâm nghiệp đồng thời khắc phục những khó khăn trên, một hướng mới đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi là sử dụng các loại máy kéo nông nghiệp có công suất từ vừa và nhỏ để phục vụ sản xuất đem lại hiệu quả kinh tế tương đối khả quan. Tuy nhiên, các máy kéo nông nghiệp khi sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp muốn mang lại hiệu quả cao thì phải giải quyết được những vấn đề như: khả năng kéo, bám, ổn định, khả năng điều khiển. Trong đó, khả năng ổn
2 định động lực học của máy kéo khi làm việc trên đường vận xuất là vô cùng quan trọng . Xuất phát từ những lý do trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ngang của máy kéo tới khả năng ổn định khi làm việc trên đường vận xuất”. Với mục tiêu chính là: Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ngang của máy kéo tới khả năng ổn định một cách cụ thể và có hệ thống. Bổ sung và cụ thể hoá một phương pháp nghiên cứu dao động máy kéo mới. Xác lập chế độ làm việc của máy kéo khi bị kích động bởi dao động ngang, từ đó xác lập chế độ làm việc tối ưu của máy kéo khi làm việc trên đường vận xuất trong trường hợp kéo nửa lết, một trong những phương pháp hết sức phổ biến trong vận xuất gỗ.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Để đáp ứng nhu cầu cơ giới hoá lâm nghiệp, nhiều nước công nghiệp phát triển đã chế tạo ra các loại máy kéo chuyên dùng có tính an toàn cao, khả năng kéo bám tốt, nhờ đó nâng cao hiệu quả sử dụng trong sản xuất. Tuy nhiên, các máy nhập ngoại thường rất đắt tiền chưa phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội nhiều nước hiện nay, đặc biệt các nước đang phát triển. Vì vậy, xu hướng cải tiến các máy kéo nông nghiệp thông dụng để đáp ứng phần nào công việc cơ giới hoá lâm nghiệp vẫn được nghiên cứu và áp dụng ở nhiều nước trên thế giới. Ở nước ta, do nền công nghiệp chế tạo máy nói chung và chế tạo máy kéo nói riêng chưa phát triển, mặt khác do đầu tư của các lâm trường, chủ trang trại còn hạn chế nên việc cải tiến máy kéo nông nghiệp thông dụng ở đồng bằng để làm việc trên đất rừng lâm nghiệp là một phương án có tính khả thi. Tuy nhiên, đối với quy mô sản xuất lớn các công việc mang tính chuyên môn cao thì vẫn phải dùng các máy chuyên dùng. Để giải quyết vấn đề trên, trước hết phải có đầu tư nghiên cứu lựa chọn loại máy kéo nông nghiệp có thể cải tiến được. Sau đó cần nghiên cứu cơ sở khoa học để công tác cải tiến đạt hiệu quả cao nhất, không đòi hỏi chi phí quá lớn và có thể thực hiện được trong điều kiện chế tạo ở nước ta hiện nay. 1.1 Tổng quan về kết cấu máy Công tác nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy kéo ở nước ta bắt đầu tương đối sớm, từ năm 1962 đã nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm loại máy kéo MTZ-7M. Tiếp theo, liên tục đã có nhiều chương trình khoa học cấp Nhà nước về chế tạo máy kéo nhưng cho đến nay vẫn chưa có mẫu máy kéo lớn
4 nào được sản xuất chấp nhận. Nguyên nhân chính là chúng ta chưa có những hệ thống máy móc thiết bị hiện đại nhằm đáp ứng được yêu cầu chế tạo các loại máy có cấu tạo phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, chưa có cả công nghệ hợp lý tiên tiến và chưa có cả kinh nghiệm thiết kế. Có thể nói sự phát triển của ngành chế tạo máy kéo ở nước ta vẫn đang trong thời kỳ nghiên cứu chế tạo và sản xuất thăm dò. Thời kỳ bao cấp, miền Bắc chủ yếu nhập các loại máy kéo từ các nước Liên Xô, Trung Quốc và các nước Đông Âu, trong đó lượng máy kéo nhập từ Liên Xô là nhiều nhất. Về chất lượng, qua thực tế sử dụng nhiều năm đã khẳng định các loại máy kéo bánh MTZ-50/80 và loại máy kéo xích DT-75 do Liên Xô chế tạo là phù hợp với điều kiện sản xuất nước ta thời kỳ đó. Sau nghị quyết 10 của Bộ Chính trị, ruộng đất được giao cho người nông dân sử dụng lâu dài , kích thước ruộng bị thu hẹp, manh mún các máy kéo lớn không phát huy được hiệu quả sử dụng. Thay vào đó là các máy kéo công suất nhỏ nhập khẩu từ Trung Quốc, Nhật Bản hoặc chế tạo trong nước. Các máy kéo được nhập ồ ạt từ nước ngoài không được quản lý về chất lượng và cũng không có những chỉ dẫn cần thiết của các cơ quan khoa học. Hậu quả của việc trang bị máy móc thiếu căn cứ khoa học cần thiết dẫn đến nhiều xí nghiệp máy kéo bị phá sản hoặc hiệu quả sử dụng rất thấp, chưa thật sự có tác dụng kích thích phát triển sản xuất nông nghiệp. Đây cũng là bài học thực tế cho cả các nhà khoa học, nhà quản lý và người sử dụng máy. Trong những năm gần đây, xu thế nhập khẩu các loại máy kéo có công suất đa dạng và hiện đại hơn như: MTZ-80A(Nga); KOBUTA, SHIBAURA, KOMATSU(Nhật Bản); CAT(Mỹ). Các loại máy kéo này bước đầu đã phát huy hiệu quả tuy nhiên giá thành còn cao. Mặc dù vậy, máy kéo vẫn được sử dụng rộng rãi trên toàn quốc phục vụ cho cả nông nghiệp, lâm nghiệp và ranh giới phục vụ cho những ngành này ngày càng thu hẹp. Theo Hoàng Quốc Đô[7] và báo cáo tổng kết, nghiên
5 cứu của Viện Cơ điện nông nghiệp[15], máy kéo phục vụ nông nghiệp có thể phục vụ cả lâm nghiệp thường là những máy kéo 4 bánh có vô lăng điều khiển công suất từ 10 đến 80 mã lực. Máy kéo có công suất từ 10 đến 80 kw, tuỳ theo công nghệ chế tạo mỗi nước có thể dùng động cơ 1, 2 đến 4 xilanh lắp trên máy kéo 4 bánh từ 1 cầu chủ động đến 2 cầu chủ động để phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp. Các loại máy kéo công suất vừa và nhỏ đang được sử dụng rộng rãi ở nước ta được nhập từ Trung quốc, Thuỵ điển, Nhật bản, Nga…và một phần trong nước sản xuất. Các máy kéo bốn bánh có nhiều loại và có thông số kỹ thuật khác nhau, nhiều loại có trục thu công suất phía sau nên sử dụng rộng rãi trong sản xuất. Do trình độ kỹ thuật sản xuất chung ngày càng được nâng cao cho nên nông dân thường trang bị cho mình loại máy kéo công suất vừa, bốn bánh và điều khiển bằng vô lăng rất tiện dụng. MTZ-5 Đơn vị Zetop- MTZ- MTZ- 4011 T-40 Các thông số 50 80 Khối lượng máy kéo Kg 3200 2660 2800 3200 1851 Mômen quán tính khối Kg.cm2 43127 26000 - - - lượng với trục ngang Khối lượng dưới lò xo Kg - 140 140 140 116 Khoảng cách giữa 2 Cm 246,5 215,5 236 237 - trục Khoảng cách từ trọng Cm 150,0 152,5 161,2 - - tâm tới trục trước Độ cứng lò xo trục kG/cm 600 266 - - 255 trước Độ cứng bánh lốp kG/cm 450 525 320 358 260 trước Độ cứng bánh lốp sau kG/cm 565 610 309 432 260 Bảng 1.1 Một số loại máy kéo được sử dụng ở Việt nam
6 Máy kéo công suất vừa và nhỏ là nguồn động lực quan trọng trong sản xuất cũng như trong đời sống xã hội. Nhiều năm qua các nhà khoa học trong nước đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm đưa máy kéo vào sử dụng các mục đích khác nhau để nâng cao năng suất sản xuất nông nghiệp nước nhà. Nhưng để máy kéo nông nghiệp phát huy hiệu quả trong vận xuất gỗ lâm nghiệp theo các nghiên cứu đã chỉ ra rằng máy kéo nông nghiệp phải có công suất động cơ trên 35kw trở lên, có trục thu công suất với số vòng quay khoảng 500v/ph. 1.2. Tổng quan về mấp mô mặt đường của đường vận xuất 1.2.1 Đường vận xuất gỗ Rừng ở Việt nam có địa hình thường là dạng đồi bát úp, mái dông 1 chiều hoặc dạng thung lũng. Để vận xuất gỗ bằng máy kéo, các cơ sở sản suất lâm nghiệp phải tiến hành làm đường vận xuất, tuỳ theo sơ đồ mạng lưới đường vận xuất chính mà đường vận xuất gỗ có đầy đủ đường trục chính và đường trục phụ. Đường vận xuất chính là những tuyến đường nối tiếp với những đường ôtô đi vào trung tâm lô khai thác, còn đường vận xuất phụ là các đường băng khai thác. Tại nơi tiếp giáp giữa đường vận xuất chính và đường ôtô người ta bố trí các điểm tập trung gỗ. Đường vận xuất chính được thiết kế xây dựng theo tiêu chuẩn đường cấp 3 Lâm nghiệp[12]. Đường vận xuất phụ là đường đi qua lô khai thác, toả ra từ các đường vận xuất chính theo hình xương cá. Chiều rộng mặt đường vận xuất phụ tuỳ thuộc vào phương tiện vận xuất gỗ và chiều dài cây gỗ, trên hành lang đường vận xuất phụ các chướng ngại vật như gốc cây, đá, mô đất, các hố được san phẳng. Khi dùng máy kéo bánh hơi để vận xuất gỗ thì yêu cầu nền đường phải cứng, độ dốc dọc cho phép nhỏ hơn 25%. Mặt đường vận xuất thường không có dốc ngang để đảm bảo an toàn khi kéo gỗ.
7 Cự ly vận xuất có thể từ 100 m đến 1-2 nghìn m tuỳ thuộc địa hình, nơi tiếp giáp đường ôtô và phương tiện vận xuất gỗ. Việc bố trí các đường vận xuất gỗ phụ thuộc vào dạng địa hình( Hình 1.2). Đường vận xuất Máy kéo Hình 1.1a 1 2 Hình 1.1b Hình 1.1c Hình 1.1 Các dạng địa hình Hình 1.1a là sơ đồ vận xuất làm theo đường xoáy ốc đi từ chân núi lên đỉnh núi. Máy kéo khi vận xuất gỗ đi theo đường xoáy ốc và dừng lại ở từng chỗ có gỗ chặt hạ. Hình 1.1b là sơ đồ vận xuất ở địa hình dốc thoải có dạng hình chữ S. Máy kéo vận xuất gỗ khi gỗ được gom thành đống. Hình 1.1c là sơ đồ vận xuất ở địa hình dạng thung lũng. Máy kéo vận xuất gỗ ra bãi gỗ tiếp giáp khe suối.
8 Dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật và sơ đồ bố trí mạng lưới đường vận xuất như đã trình bày ở trên, nhiều cơ sở đã áp dụng để xây dựng mạng lưới vận xuất rừng trồng. Để thực hiện nghiên cứu, chúng tôi chọn một số đoạn đường thuộc khu rừng trồng có dạng tương tự như đã nêu ở trên làm đối tượng nghiên cứu. 1.2.2 Một số dạng mặt đường Tuỳ theo điều kiện địa hình của các loại rừng, thiết bị và công nghệ khai thác gỗ mà quyết định thiết kế xây dựng mạng lưới đường vận xuất gỗ. Theo quy phạm kỹ thuật được ban hành 1983, đường vận xuất chính dùng cho các loại máy kéo bánh hơi được xây dựng theo tiêu chuẩn cấp 3 đường lâm nghiệp, các đường vận xuất phụ cũng phải đảm bảo các điều kiện kỹ thuật cho phép. Các đường vận xuất gỗ thường sử dụng tạm thời trong mùa khô ráo, nền đường vận xuất dùng cho các loại máy kéo phải đảm bảo độ cứng, độ dốc dọc cho phép theo chiều có tải không quá 25%, mặt đường phải được san ủi gạt bỏ những chướng ngại vật [12]…. Do kích động động học của mấp mô mặt đường lên bánh xe máy kéo và đuôi bó gỗ gây lên dao động của cả hệ thống làm ảnh hưởng tới khả năng kéo bám, chống lật, ổn định của các chi tiết cũng như toàn bộ máy kéo và sức khoẻ người điều khiển. Vì vậy việc kiểm tra khảo sát, phân loại các dạng mặt đường mà máy kéo qua lại khi vận xuất gỗ là vấn đề cần thiết. Mấp mô mặt đường là các yếu tố đầu vào khi nghiên cứu dao động của máy kéo vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết. Kết quả khảo sát sơ bộ một số đường vận xuất gỗ ở khu nguyên liệu giấy, đường vận xuất gỗ rừng trồng ở tỉnh Đắc Lắc và một số đường khu vực núi luốt Hà tây, sơ bộ có thể phân loại mấp mô mặt đường thành hai dạng chính sau: + Dạng mặt đường xác định; + Dạng mặt đường ngẫu nhiên.
9 1.2.2.1 Dạng mặt đường vận xuất gỗ xác định Theo yêu cầu thiết kế kỹ thuật và xây dựng các loại đường cho các loại máy kéo bánh hơi vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết, mặt đường và nền đường trục chính và phụ được san ủi phẳng. Mặt đường chỉ còn lại gợn sóng dọc theo mặt đất tự nhiên, có thể mô tả trắc diện dọc của mấp mô dạng đường xác định bằng các hàm tuần hoàn[6]. Trên hình 1.2 trình bày một số dạng mặt đường vận xuất gỗ xác định thường gặp: h h0 S S0 Hình 1.2d h h0 S0 S Hình 1.2e Hình 1.2 Một số dạng mặt đường vận xuất gỗ Hình 1.2e là trắc diện dọc một số mặt đường xác định. Trắc diện dọc mặt đường (hình 1.2d) có dạng hàm điều hoà: 2. h  h 0 sin .S Khi S ≥ 0 (1.1 ) S0 Trắc diện dọc mặt đường (hình 1.2e) có dạng biến đổi tuần hoàn: h h0 1 - cos 2. .S  Khi S ≥ 0 (1.2 ) 2 S0 Trong biểu thức (1.1), (1.2) thì: S là chiều dài mặt đường,
10 S0 là bước sóng mặt đường h0 là biên độ của mấp mô mặt đường. 1.2.2.2 Dạng mặt đường biến đổi ngẫu nhiên Dưới tác động của nhiều yếu tố ngẫu nhiên, nên trắc dọc của mặt đường biến đổi một cách ngẫu nhiên và được coi như một quá trình ngẫu nhiên. Các quá trình ngẫu nhiên được chia làm 2 loại dừng và không dừng. Về mặt toán học cả 2 quá trình này đều được khảo sát khá đầy đủ, song chỉ có lý thuyết của quá trình trình ngẫu nhiên dừng là có ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật[10]. Để giải bài toán các quá trình ngẫu nhiên không dừng rất khó khăn phức tạp. Để đơn giản trong việc tính toán chúng tôi coi trắc diện dọc của mặt đường vận xuất gỗ là những hàm ngẫu nhiên dừng và ecgôdich. Đặc trưng thống kê của trắc dọc của mặt đường vận xuất cần phải xác định là kỳ vọng toán học mh, phương sai Dh, hàm tương quan Rh(s) và hàm mật độ phổ Sh(). Hàm ngẫu nhiên dừng và ecgôdich kỳ vọng toán học mh, phương sai Dh là các hằng số, hàm tương quan Rh(s) hội tụ tiến đến không khi thời gian tiến tới vô cùng. Các đặc trưng thống kê của trắc diện dọc được diễn tả bằng các biểu thức: S0 1 mh  lim S0  h(s).ds 0 (1.3 ) s S Dh  lim h( s )  h( s )  mh  .ds 0 1 2 (1.4 ) S0 0 s S0 1 Rh  lim h ( s ).h 0 ( s  s 0 ).ds 0 (1.5 ) S0 0 s Trong biểu thức:(1.3), (1.5), (1.6) thì:
11 h(s) là hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đường; h0(s) là hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đường đã trung tâm hoá: h0(s) = h(s) – mh ; s là chiều dài quãng đường quan sát; s0 là quãng đường giữa 2 lần quan sát. 1.3. Tổng quan dao động của máy kéo 1.3.1 Dao động của máy kéo do mấp mô mặt đường Dao động của máy kéo do mấp mô mặt đường vận xuất gây ra là những dao động có dải tần số thấp và là một trong những ảnh hưởng chính tới độ êm dịu, tới độ bền của các chi tiết trong máy kéo đặc biệt là tới chất lượng công việc mà máy kéo đang thực hiện. Điều kiện đường vận xuất khi sử dụng máy kéo trong quá trình sản xuất lâm nghiệp là phức tạp, đa dạng. Sự ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên như khí hậu và quá trình sản xuất của con người là hoàn toàn ngẫu nhiên có thể biểu diễn chúng bằng các hàm ngẫu nhiên. Khi nghiên cứu dao động máy kéo trong những trường hợp này cần được tiến hành theo các phương pháp khác nhau của dao động xác định và ngẫu nhiên. Hiện nay, việc phân loại đường lâm nghiệp[12] đã có nhưng không còn phù hợp với tình hình mới do đó không phù hợp cho việc nghiên cứu dao động máy kéo. Do đặc điểm của sản xuất lâm nghiệp ở Việt Nam là nhỏ, không tập trung, trữ lượng ít, chưa mang tính thâm canh cao nên việc đầu tư xây dựng đường vận xuất vận chuyển gỗ còn rất thấp cho nên đường vận xuất thường nhỏ hẹp, chất lượng thấp gây bất lợi cho quá trình làm việc của máy kéo cũng như độ êm dịu của máy kéo. Hơn nữa các thông số về đường vận xuất cần thiết cho quá trình tính toán dao động chưa được đầu tư nghiên cứu, khảo sát cụ thể. Vì vậy cần thiết phải có những công trình nghiên cứu, khảo sát, phân loại mặt đường nơi máy kéo làm việc theo hướng các bài toán dao động đặt ra.
12 Mặt khác, tính chất dao động của máy kéo chịu ảnh hưởng kích động của mặt đường vận xuất là dao động phi tuyến, do tính chất phi tuyến của các phần tử đàn hồi( bánh xe, lò xo…) trong máy kéo và do liên kết một chiều giữa bánh xe và mặt đường. Những đặc điểm này cần được quan tâm trong quá trình nghiên cứu dao động của máy kéo. 1.3.2 Ổn định của máy kéo trên đường vận xuất Tính ổn định của máy kéo là khả năng đảm bảo giữ được quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau. Trong những điều kiện chuyển động phức tạp như vậy, máy kéo phải giữ được quỹ đạo chuyển động của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trượt. Nghiên cứu tính ổn định của máy kéo để đảm bảo khả năng không bị lật đổ hoặc bị trượt trong mọi điều kiện làm việc. Máy kéo nông nghiệp khi làm việc trên đồng ruộng, chỉ tiêu khả năng kéo bám được xem là quan trọng nhất thì với máy kéo bánh dùng để vận xuất gỗ, ngoài chỉ tiêu trên còn phải quan tâm đến tính ổn định của máy. Tính ổn định của máy kéo là khả năng đảm bảo giữ được quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu trong mọi chuyển động khác nhau. Tuỳ thuộc vào điều kiện sử dụng, máy kéo có thể đứng yên, chuyển động trên đường vận xuất( mấp mô, nghiêng), có thể quay vòng hoặc phanh lại trên đường khác nhau. Trong những điều kiện chuyển động phức tạp như vậy, máy kéo cần có sự ổn định tốt nhất để không bị lật đổ, không bị trượt hoặc chỉ bị xoay lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảo chúng chuyển động an toàn. Tính ổn định dọc tĩnh của máy kéo bánh hơi là khả năng đảm bảo cho xe không bị lật hoặc bị trượt khi đứng yên trên đường dốc dọc[5]. G.b.cos1 – G.hg.sin.1 = 0 (1.6) tg1 = b/hg (1.7) Trong đó: 1 là góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc.
13 Khi xe quay đầu xuống dốc: tg’1 = a/hg (1.8) Trong đó: ’1 là góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc. Các phương trình trên bỏ qua mô men cản lăn nhằm tăng tính ổn định tĩnh của xe Qua các biểu thức(1.6), (1.7), (1.8) trên ta thấy rằng góc dốc giới hạn lật đổ tĩnh chỉ phụ thuộc vào toạ độ trọng tâm của xe. Một số trị số của góc dốc giới hạn ở một số loại ôtô-máy kéo khi đứng trên dốc Máy kéo bánh hơi khi đầy tải: αl = 35÷400; α’l ≥ 600 Sự mất ổn định dọc tĩnh của máy kéo không chỉ do sự lật đổ dọc mà còn do sự trượt trên dốc do không đủ lực phanh hoặc bám không tốt giữa bánh xe và đường. Trong trường hợp này, để tránh cho xe khỏi trượt lăn xuống dốc, người ta thường bố trí phanh ở các bánh xe. Khi lực phanh lớn nhất đạt đến giới hạn bám, xe có thể bị trượt xuống dốc, góc dốc giới hạn khi xe bị trượt được xác định như sau: Ppmax = G.sinαl =  Z2 (1.9) Trong đó: ppmax - lực phanh lớn nhất đặt ở bánh xe sau; φ - hệ số bám dọc của bánh xe với đường Z2 - hợp lực của các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên bánh xe sau. Để đảm bảo an toàn khi xe đứng trên dốc người ta thường để điều kiện xe bị trượt trước khi bị lật đổ, điều đó được xác định bằng biểu thức sau: tg  tg t l ;  .a b   L -  .h g hg   (1.10) b   hg 
14 Qua các trường hợp trên, ta có nhận xét rằng góc giới hạn khi máy kéo đứng trên dốc bị trượt hoặc bị lật đổ chỉ phụ thuộc vào toạ độ trọng tâm của xe và chất lượng mặt đường. Tính ổn của dọc động của máy kéo khi máy kéo chuyển động trên dường dốc có thể bị mất ổn định (khi bị lật đổ hoặc bị trượt) dưới tác dụng lực và mô men hoặc bị lật đổ khi máy kéo chuyển động ở tốc độ cao trên đường bằng. Ở đây ta chỉ xét khả năng xe bị lật đổ, còn khả năng dẫn hướng sẽ được nghiên cứu sau. Trường hợp tổng quát:  G.cs(b  f .rb )  (G. sin   Pj  P ).h g  Pm .h m  Z1  L  Z  G .cs  ( a  f .rb )  ( G. sin   Pj  P ).h g  Pm h m (1.11)  2 L Khi tăng góc dốc  đến giá trị giới hạn thì xe bị lật, ứng với Z1 = 0 Trong trường hợp máy kéo có rơ móc chuyển động với vận tốc nhỏ ổn định Pj = 0, v nhỏ nên Pw = 0, Pf = 0 máy kéo có thể mất ổn định khi: Bị lật đổ qua điểm tiếp xúc bánh xe sau và bị trượt dọc khi lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động đạt đén giới hạn bám. Coi Pm = Gm sin và bỏ qua thành phần cản lăn của rơ móc: .a.G tg   (1.12) G (L  .h g )  G m (L  .h m ) Nhận xét: Vận tốc nguy hiểm mà xe chuyển động bị mất ổn định phụ thuộc vào trọng tâm, sự mất ổn định của chúng phụ thuộc vào các thông số như toạ độ trọng tâm của máy kéo và rơ móc, vị trí đặt móc kéo, hệ số bám. Tính ổn định ngang của máy kéo bánh xe khi chuyển động trên đường nghiêng ngang: Máy kéo nông nghiệp khi làm việc trên đồng đồi có độ nghiêng ngang rất lớn vì vậy phải nghiên cứu ổn định ngang một cách cẩn thận, chi tiết để áp dụng vào sản xuất nhưng máy kéo nông nghiệp sau khi cải
15 tiến vận xuất gỗ trên đường vận xuất chỉ chịu ổn định dọc động và ổn định dọc tĩnh. Vì đường vận xuất không có góc nghiêng ngang lớn mà chỉ có độ viara của đường và độ nghiêng thoát nước, chúng rất nhỏ không ảnh hưởng vận xuất, do đó có thể bỏ qua ổn định trên đườn nghiêng ngang[12]. Trong sản xuất lâm nghiệp, khi vận xuất gỗ ngoài các yếu tố trên thì các yếu tố như độ dốc tuyến đường, đuôi bó gỗ vẫy gây lên dao động…càng làm cho máy kéo giảm tính ổn định và cần nghiên cứu. 1.3.3 Khái quát tình hình nghiên cứu dao động của máy kéo Dao động của máy kéo có nhiều điểm chung với dao động ôtô. Nghiên cứu dao động của máy kéo có thể dựa trên lý thuyết dao động của ôtô, kết hợp với những đặc điểm riêng về kết cấu cũng như phần tử đàn hồi và điều kiện làm việc của máy kéo. Lý thuyết dao động của ôtô và máy kéo[5] đã ra đời từ những năm 30 của thế kỷ 20, từ những nghiên cứu cơ bản với những mô hình nghiên cứu đơn giản tới những nghiên cứu sâu rộng, đầy đủ hơn. Cùng với sự phát triển của khoa học, lý thuyết dao động của ôtô và máy kéo ngày càng phản ánh đầy đủ hơn điều kiện làm việc thực của máy và có những đóng góp nhất định trong việc nâng cao chất lượng, cải thiện làm việc của người sử dụng. Tuy nhiên, còn nhiều vấn đề cần bổ sung nhằm hoàn thiện mô hình nghiên cứu nhằm đáp ứng những mục tiêu cụ thể trong cải tiến và hoàn thiện liên hợp máy. Đặc biệt là những bài toán tổng hợp hệ thống còn ít được quan tâm do những khó khăn về xây dựng thuật toán cũng như phải thực hiện khối lượng tính toán lớn. Ngày nay với sự hỗ trợ của máy tính điện tử người ta có thể dần dần giải quyết vấn đề này. Mô hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo chịu kích động động học của mấp mô mặt đường vận xuất được xây dựng trên cơ sở qua lại giữa các thông số vào, ra thông qua các thông số của hệ thống dưới đây:
16 Các thông số Các thông số ra Các thông số vào của hệ thống Trong đó: - Các thông số vào là các kích động động học của mấp mô mặt đường. - Các thông số của hệ thống bao gồm khối lượng, mômen quán tính khối lượng của thân máy kéo với trục quán tính trung tâm, đặc tính của các phần tử đàn hồi, các thông số kết cấu của hệ thống. - Các thông số ra: bao gồm chuyển vị, vận tốc, gia tốc của các điểm trên thân máy kéo, lực đàn hồi, lực cản đất. Khi nghiên cứu dao động của máy kéo, cần thiết phải xác định các thông số ảnh hưởng đến dao động. Các thông số này bao gồm khối lượng mômen quán tính, khối lượng của thân máy kéo với trục quán tính chính trung tâm, khối lượng của các bánh xe, lò xo, các thông số hình học như vị trí trọng tâm, khoảng cách từ trọng tâm tới các bánh xe, khoảng cách giữa bánh xe… một số thông số được lấy từ các catalog của xe máy. Tuy nhiên một số thông số như mômen quán tính, khối lượng của thân máy kéo với các trục máy kéo lại không được cho trong catalog máy hoặc trong các thiết kế máy khi máy mang theo các bộ phận công tác, vì vậy cần thiết phải xác định các thông số này. Phương pháp xác định các mômen quán tính khối lượng là sử dụng các phép đo trực tiếp trên các máy kéo cụ thể. Các thông số của một số máy kéo cụ thể thông dụng đã được nhiều tác giả quan tâm xác định. Các phần tử đàn hồi của ôtô, máy kéo là các bộ phận nhận kích động của mặt đường truyền lên thân xe máy. Các đặc tính của những phần tử này có ảnh hưởng quyết định đến dạng, mức độ dao động của thân xe máy và khả năng chuyển động êm dịu của chúng. Đặc trưng cơ bản của các phần tử đàn hồi là quan hệ giữa lực tác dụng P và biến dạng tương ứng  của phần tử đàn hồi:
17 P = f() (1.13) Trong các nghiên cứu cơ bản đã chỉ ra rằng các phần tử đàn hồi là thép lò xo có đặc trưng tuyến tính: P = C. (1.14) Trong đó C là độ cứng lò xo. Các phần tử đàn hồi dạng khí, thuỷ khí thường có đặc trưng phi tuyến, quan hệ giữa lực tác dụng và biến dạng tương ứng là một đường cong với mức độ đủ chính xác có thể xem là đường cong bậc 2: P = A.2 + B. (1.15) Trong đó A, B là các hệ số tỷ lệ. Một đặc tính nữa của các phần tử đàn hồi là tính chất cản dao động do ma sát nội tại với các bộ phận liên kết. Đặc tính cản dao động của các phần tử đàn hồi khá phức tạp, với các phần tử bằng thép có thể xem là các phần tử ma sát khô, các phần tử còn lại được xem là ma sát ướt, lực cản tỷ lệ bậc nhất với tốc độ biến dạng. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tính đàn hồi của các phần tử đàn hồi còn phụ thuộc vào biến dạng, khi tốc độ biến dạng tăng cao thì tính chất phi tuyến càng rõ rệt. Vì vậy khi nghiên cứu người ta cũng phân biệt đường đặc tính tĩnh và đường đặc tính động lực học. Đối với máy kéo bánh lốp hiện nay, các phần tử đàn hồi bao gồm các lò xo giảm xóc cầu trước, lò xo ghế ngồi, các bánh hơi trước và bánh hơi sau. Các máy kéo được sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp đều phải làm việc trong những điều kiện hết sức khó khăn của thời tiết, địa hình, đường sá lâm nghiệp có độ dốc cao, mấp mô lớn. Về mặt dao động, chúng làm việc trong những điều kiện khó khăn, do vậy ảnh hưởng xấu đến độ bền các bộ phận chi tiết máy và sức khoẻ của người lao động. Do vậy, nghiên cứu dao động[9] cụ thể là dao động của LHM kéo khi vận xuất gỗ là cần thiết và có ý nghĩa lớn trong sản xuất và đời sống. Dao động của máy kéo đã được nhiều