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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:66

Thêm vào BST

Báo xấu

19
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 Shibaura 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. 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 Shibaura khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP BÙI TRUNG NGUYÊN NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP SHIBAURA KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2008
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Đất nước ta với hai phần ba diện tích là rừng và đất rừng, tỷ lệ người dân sinh sống dựa vào rừng và hiệu quả kinh doanh từ rừng trồng chiếm tỷ lệ khá cao. Đảng và Nhà nước ta chủ trương đóng cửa khai thác rừng tự nhiên do rừng tự nhiên bị khai thác ngày càng cạn kiệt, ảnh hưởng không nhỏ tới môi trường sinh thái, đồng thời có chủ trương đẩy mạnh công việc trồng rừng phủ xanh đất trống đồi núi trọc, theo chủ trương này, rừng và đất rừng được giao cho các đơn vị tập thể và các hộ gia đình quản lý và sử dụng lâu dài. Tạo nên những đơn vị sản xuất nông – lâm nghiệp với qui mô vừa và nhỏ. Vì vậy, rừng trồng phân tán, sản lượng khai thác thấp, mức đầu tư cho sản xuất không lớn. Mặt khác kích thước sản phẩn gỗ rừng trồng thường không lớn, hệ thống đường vận xuất, vận chuyển nhỏ hẹp, kho bãi gỗ qui mô nhỏ. Do đó, việc sử dụng máy kéo chuyên dùng có công suất lớn trong kinh doanh rừng sẽ đem lại hiệu quả kinh tế không cao. Trong khi đó, các loại máy kéo công suất vừa và nhỏ nhập khẩu vào nước ta đang được sử dụng khá phổ biến trong sản xuất nông nghiệp. Sản xuất nông nghiệp lại mang tính thời vụ cao nên vào lúc nông nhàn, máy kéo nông nghiệp rảnh rỗi nhiều. Vì thế, nếu tận dụng máy kéo nông nghiệp phối kết hợp với việc khai thác các sản phẩm lâm nghiệp sẽ nâng cao hiệu quả vốn đầu tư, khai thác và phát huy tối đa năng lực của máy móc thiết bị, tạo thêm việc làm và thu nhập cho người lao động, nâng cao khả năng phục vụ của máy kéo nông nghiệp trong lâm nghiệp và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên, điều kiện sản xuất của nông nghiệp và lâm nghiệp có những đặc điểm khác nhau, có đối tượng lao động khác nhau. Nên nếu đưa máy kéo nông nghiệp vào sản xuất lâm nghiệp thì máy cần phải nghiên cứu, cải tiến
2 cho phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp. Những công trình khoa học về các vấn đề này có ý nghĩa thực tiễn rất cao. Để đáp ứng được yêu cầu của việc khai thác rừng, các máy kéo nông nghiệp được nghiên cứu và cải tiến rất nhiều cho phù hợp với điều kiện vận xuất và vận chuyển của rừng trồng Việt Nam. Các công trình nghiên cứu trước đây của các tác giả chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề về kéo, bám, ổn định động học và động lực học, lắp thêm các thiết bị vận xuất như tời, tay thuỷ lực… Do đặc điểm của đường vận xuất và vận chuyển lâm sản có địa hình phức tạp, mặt đường có độ mấp mô lớn. Nên khi máy kéo nông nghiệp di chuyển trên đó để khai thác lâm sản, các đặc trưng dao động của máy sẽ lớn hơn thiết kế ban đầu. Nhất là các chỉ tiêu về: 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. Xét kết quả nghiên cứu của đề tài cấp Nhà nước KC - 07-26 đã khẳng định việc dùng máy kéo Shibaura để vận xuất và vận chuyển gỗ rừng trồng ở Việt Nam là phù hợp. Đề tài đã chế tạo và khảo nghiệm rơmoóc một trục lắp sau máy kéo này để vận xuất gỗ trong điều kiện sản xuất. Liên hợp máy này được đánh giá là thiết bị mới có khả năng sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp của nước ta. Để nâng cao khả năng phục vụ của loại máy kéo nông nghiệp SHIBAURA 3000A 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. Tôi thực hiện đề tài: "Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp SHIBAURA khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp”
3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Hình thức và thiết bị vận xuất gỗ Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ từ nơi chặt hạ về kho gỗ I hoặc bãi gỗ tập trung, từ đó cây gỗ được vận chuyển đến nơi tiêu thụ. Vận xuất gỗ là công việc rất nặng nhọc, nguy hiểm và ảnh hưởng lớn đến môi trường rừng. Trong tất cả các khâu của quá trình khai thác gỗ, khâu vận xuất giữ vai trò hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng lớn đến năng suất, giá thành và chi phí trong khai thác. Để giảm giá thành, tăng năng suất lao động, đồng thời vẫn đảm bảo được các yêu cầu về môi trường thì việc chọn một hình thức vận xuất hợp lý là hết sức quan trọng. Trong công nghệ vận xuất gỗ thường được sử dụng các loại hình như: Vận xuất bằng xúc vật, vận xuất bằng máng lao, vận xuất bằng máy kéo, 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 trong vận xuất gỗ được chia làm 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. Việc 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
4 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 so với máy kéo bánh xích. 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]. 1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy kéo vận xuất gỗ trên thế giới Vào những năm 1950 Tiệp Khắc (cũ) đã đưa vào sử dụng loại máy 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 [22], [27]. Ở Phần Lan, việc sử dụng máy kéo nông nghiệp để vận xuất 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.
5 Từ 1957, Liên Xô (cũ) đã sử dụng các loại máy kéo bánh hơi TT - 1, T - 210, K210, K703, T - 127 để vận xuất, vận chuyển gỗ và cho thấy có thể 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 [22], [27]. 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 [22], [27]. 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 [43]. 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, rơmoóc cũng phù hợp và mang lại hiệu quả kinh tế cao [33]. 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
6 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 [44]. 1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy kéo vận xuất gỗ ở nước ta Đối với nước ta, từ những năm 1960 đã nhập và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo của nước ngoài phục vụ vào khâu vận xuất gỗ TDT 40, TDT 55, DT 75. Sau năm 1970 nhập và đưa vào sử dụng máy kéo TT 4, LKT 80, LKT 120. Các loại máy này đã phù hợp với đặc điểm khai thác rừng tự nhiên với quy mô sản xuất lúc bấy giờ. Vào những năm 1980 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, do không có thiết bị tời cáp để gom gỗ nên máy chỉ sử dụng trong công tác bốc dỡ, vận chuyển là chính. Để khai thác gỗ rừng tự nhiên và khai thác gỗ rừng trồng ở một số vùng nguyên liệu giấy sợi, gỗ trụ mỏ, chúng ta đã nhập khẩu và đưa vào sử dụng một số loại máy kéo, trong đó có cả những máy kéo nông nghiệp. Để phù hợp với điều kiện khai thác lâm nghiệp, các máy kéo này đã và đang được nghiên cứu, thiết kế cải tiến. Tuy nhiên, việc nghiên cứu đưa máy kéo nông nghiệp bánh hơi vào sản xuất lâm nghiệp chưa nhiều. 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.
7 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 theo kiểu xe REO [11]. Năm 1994 PGS - TS Nguyễn Nhật Chiêu và một số cán bộ giảng dạy Trường đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công đề tài KN 03 - 04: “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm, sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu giấy gỗ nhỏ rừng trồng” [40]. 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] đã nghiên cứu về khả năng kéo, bám của máy kéo DFH - 180 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 nghiên cứu chủ yếu đi vào 2 hướng: - Nghiên cứu cải tiến, chế tạo lắp đặt thêm một số thiết bị nhằm nâng cao khả năng làm việc của máy kéo.
8 - 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. 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 xét về mặt dao động. Do vậy ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọng của liên hợp máy như: Độ êm dịu, độ 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 [45] 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 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. Ở trong nước, nghiên cứu dao động của các cơ hệ nói chung được công bố trong các công trình của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang [25], [26],
9 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 chính đến con người, theo phương ngang, theo phương dọc ảnh hưởng không đáng kế nên có thể bỏ qua. 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 an toàn cho người lái. Tác giả cũng đưa ra sơ đồ tính toán hệ thống treo cho ghế ngồi với dạng kích động động lực và 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. Trong công trình nghiên cứu [37], 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 sóc của các ghế này là hệ đàn hồi hỗn hợp gồm hệ thống lò xo và vật liệu hấp thụ rung (đệm mút), hiệu quả giảm rung đạt 67 - 82%). Một số công trình nghiên cứu, thiết kế ghế giảm rung [5], [39], đã dựa trên cơ sở
10 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 [41] đã nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ và giải pháp giảm óc cho người lái. Tác giả Nông Văn Vìn trong công trình [8] đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo ghế ngồi cân bằng cho người điều khiển. 1.5. Tình hình nghiên cứu về chống rung cho người điều khiển máy Cho đến nay việc tăng năng suất làm việc của máy kéo cơ bản đã 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. 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 điều khiển và cao hơn mức chịu đựng của con người. Công trình nghiên cứu [45] cho thấy: 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.
11 Tác động của dao động của con người phụ thuộc vào tần số, thời gian, hướng và cường độ tác động. Sự kích thích nguy hiểm nhất ở giải tần số dao động riêng của cơ thể con người. Cũng theo [45] 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 [45]. 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 thực tế bị thay đổi, không còn phù hợp và đáp ứng được yêu cầu đối với người Việt Nam [5], [39]. 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. Một số nghiên cứu về chống rung đối với người Việt Nam đã được công bố trong công trình của Triệu Quốc Lộc [29]; Nguyễn Văn Khang, Đỗ
12 Sanh [26] về dao động trong bảo hộ lao động; Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Khang [7] về ngăn chặn rung động trên đường lan truyền đối với công nhân lái máy kéo và công nhân của các gian chế biến lâm sản. Nhìn chung các công trình nghiên cứu về chống rung theo 3 hướng: Nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu thực nghiệm, nghiên cứu ứng dụng. Các 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 01) Trong công trình nghiên cứu của trung tâm giám định máy móc, thiết bị cơ điện nông nghiệp về hệ thống các tiêu chuẩn khảo nghiệm, giám định chất lượng máy kéo, máy canh tác dùng trong sản xuất nông - lâm nghiệp, đã đưa ra phương pháp khảo nghiệm xác định dao động của ghế ngồi lái máy kéo 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). Nhìn chung các công trình nghiên cứu 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 Shibaura 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 Shibaura 3000A 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 Shibaura 3000A có rơmoóc khi di chuyển trên đường vận xuất. * Các thông số kỹ thuật cơ bản của liên hợp máy (LHM) được ghi ở bảng 2.1. Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cơ bản của máy kéo Shibaura 3000A TT Thông số Đơn vị đo Giá trị 1 Số cầu chủ động cầu 2 2 Số xi-lanh xi-lanh 4 3 Công suất động cơ cực đại (ở 2628 vòng/phút) CV 28.4 4 Mô men quay cực đại (ở 1500 vòng/phút) KGm 10,07 5 Số vòng quay định mức của động cơ vòng/phút 2500
14 6 Số vòng quay của trục thu công suất ở số 1 vòng/phút 400-600 7 Số vòng quay của trục thu công suất ở số 2 vòng/phút 600-1000 8 Số vòng quay của trục thu công suất ở số 3 vòng/phút 1000-1300 9 Kích thước lốp trướng (DxB) mm 750x220 10 Khoảng cách vết bánh trước mm 1200 11 Khoảng sáng cầu trước mm 330 12 Độ chụm bánh trước mm 22 13 Kích thước lốp sau (DxB) mm 1227x325 14 Khoảng cách vết bánh sau mm 1200 15 Khoảng sáng cầu sau mm 393 16 Trọng lượng máy kéo N 14770 17 Trọng lượng trên cầu trước N 6500 18 Trọng lượng trên cầu sau N 8270 19 Toạ độ trọng tâm theo chiều dọc (đến cầu sau) mm 799 20 Toạ độ trọng tâm theo chiều ngang (sang trái) mm 10 21 Toạ độ trọng tâm theo chiều cao (so với mặt đất) mm 552 22 Chiều dài cơ sở mm 1815 23 Khoảng cách giữa trục bánh trước và bánh sau mm 1500 24 Khoảng cách từ trục sau đến vị trí nối rơmoóc mm 280 25 Chiều cao móc kể từ mặt đất lên mm 400 26 Chiều dài rơmoóc mm 4000 27 Chiều rộng rơmoóc mm 1700 28 Chiều cao rơmoóc mm 1400 29 Chiều dài thùng rơmoóc mm 3035 30 Chiều rộng thùng rơmoóc mm 1700 31 Chiều cao thùng rơmoóc mm 720
15 * 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 Shibaura 3000A 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 = 0,08 m và bước sóng trung bình s0 = 1 m. 2.3. Nội dung nghiên cứu 2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết Xây dựng mô hình tính toán dao động của ghế ngồi người lái trên liên hợp máy kéo nông nghiệp Shibaura 3000A có rơmoóc chở gỗ khi di chuyển trên đường vận xuất có tính đến ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường. Xây dựng phương trình vi phân dao động của ghế ngồi người lái và đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến người lái. Từ đó xác định các thông số của hệ giảm xóc lắp cho ghế. 2.3.2. Mô hình hoá và mô phỏng ghế ngồi bằng phần mềm ADAMS Mô hình hóa cơ hệ gồm: "Ghế - Lò xo, giảm chấn - Khung máy kéo", với điều kiện đầu vào là kết quả tính toán lý thuyết. (quy luật dao động của khung máy kéo, độ cứng lò xo và hệ số giảm chấn) Kết quả của quá trình mô phỏng là đồ thị biểu diễn vận tốc và gia tốc rung của mô hình ghế ngồi theo thời gian.
16 2.4. Phương pháp nghiên cứu 2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Sử dụng kết quả nghiên cứu về dao động của liên hợp máy gồm máy kéo nông nghiệp Shibaura 3000A và rơmoóc chở gỗ có tính đến ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường lâm nghiệp của nghiên cứu sinh Phạm Minh Đức [17]. Sử dụng phương pháp cơ học giải tích để xây dựng mô hình ghế ngồi và phương trình vi phân dao động của ghế. Việc giải phương trình vi phân dao động của ghế được tiến hành bằng phương pháp giải tích kết hợp với phần mềm Maple 10. Sử dụng phần mềm toán học Maple 10 kết hợp với phần mềm TCWin để giải hệ phương trình vi phân dao động của liên hợp máy. Trên cơ sở tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5126 - 90 "Rung giá trị cho phép tại chỗ làm việc", thiết lập biểu thức toán học xác định các thông số về độ cứng lò xo và hệ số giảm chấn thuỷ lực của ghế ngồi. 2.4.2. Phương pháp mô hình hoá và mô phỏng Sử dụng phần mềm ADAMS xây dựng cơ hệ gồm:"Ghế - Lò xo, giảm chấn - Khung máy kéo", với các thông số đầu vào như tính toán lý thuyết. Sau đó chạy mô phỏng và lấy ra kết quả là các đồ thị biểu diễn vận tốc rung và gia tốc rung của mô hình ghế ngồi và so sánh với tiêu chuẩn TCVN 5126- 90.
17 CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA MÁY KÉO SHIBAURA KHI KÉO RƠMOÓC CHỞ GỖ TRÊN ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN LÂM NGHIỆP Để thực hiện mục tiêu của đề tài là xác định dao động của máy kéo và để đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến điều kiện làm việc của người lái ta cần khảo sát dao động của máy kéo trong trường hợp kéo rơmoóc chở 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 gồm máy kéo shibaura 3000A và rơmoóc chở gỗ Khi nghiên cứu dao động của liên hợp máy (LHM) gồm máy kéo Shibaura 3000A 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 của hệ gồm 3 phần khối lượng như hình 3.1 và sơ đồ tính toán dao động tương ứng như hình 3.2.
18 b a Pj C C2 2 Pj 1 Qcos h 1 Gcos h1 2 h2 Pfm Pk Pfk Pfn Zm Zk Zn Lm c L Hình 3.1. Mô hình liên hợp máy kéo và rơ moóc vận chuyển gỗ có tính đến ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường Hình 3.2. Sơ đồ tính toán dao động của LHM Trong đó: m1: khối lượng của cầu trước (gồm cả trục và các bánh xe); m2: khối lượng của thân máy kéo; m1t, m1p: khối lượng bánh xe trước bên trái và bên phải. m1 + m2 = mmk,
19 m3: khối lượng của rơmoóc có gỗ; Om, OM: vị trí trọng tâm của máy kéo và rơmoóc có gỗ; z1, z, z4: chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm cầu trước, thân máy kéo và rơmoóc; α1 , α 2 , α 3 , β1 , β 2 , β 3 : các chuyển vị góc của 3 phần quan trục nằm ngang (x) và trục dọc (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 rơmoóc; q1, q2, q5: độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe trước, bánh xe sau và bánh xe rơmoóc; 1 ,  2 ,  5 : độ chênh mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe giữa bánh trái và bánh phải của các cặp bánh tương ứng; Jix, Jiy: mô men quán tính của các phần trong hệ đối với các trục x, y (i = 1, 2, 5); li (i = 1, 2, 3, 4, 5): khoảng cách theo các phương ngang giữa các điểm 1, 2,..., 5; 2d, 2dM: khoảng các giữa bánh xe trái và phải của máy kéo và của rơmoóc. 3.2. Phương trình vi phân dao động của liên hiệp máy Các phương trình vi phân dao động của LHM được nghiên cứu sinh Phạm Minh Đức thiết lập bằng phương pháp cơ học giải tích theo phương trình Lagranger loại II [17]. Sau khi xác định các biểu thức tính động năng, thế năng và hàm hao tán tác giả đã thiết lập lên phương trình vi phân tương ứng với các dịch chuyển: + z - theo phương thẳng đứng của trọng tâm máy kéo;