Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo MTZ - 82 với thiết bị chuyên dùng khi vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xây dựng được mô hình và hệ phương trình vi phân dao động của liên hợp máy kéo MTZ – 82 với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết, làm cơ sở hoàn thiện kết cấu và chọn chế độ sử dụng hợp lý. 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 liên hợp máy kéo MTZ - 82 với thiết bị chuyên dùng khi vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------ NGUYỄN HẢI QUÂN NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO MTZ - 82 VỚI THIẾT BỊ CHUYÊN DÙNG KHI VẬN XUẤT GỖ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÉO NỬA LẾT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội, 2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP --------------------------- NGUYỄN HẢI QUÂN NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO MTZ - 82 VỚI THIẾT BỊ CHUYÊN DÙNG KHI VẬN XUẤT GỖ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÉO NỬA LẾT Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị Cơ giới hóa Nông - Lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN NHẬT CHIÊU Hà Nội, 2010
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Vận xuất gỗ là một trong những khâu quan trọng trong công nghệ khai thác rừng. Việc áp dụng thiết bị cơ giới hóa vào công đoạn vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ đến nơi tập kết, bến bãi nhằm tăng năng suất khai thác và cải thiện sức lao động nặng nhọc cho người lao động là việc làm hết sức cần thiết và hữu ích. Ở các nước đang phát triển trên thể giới và khu vực có điều kiện gần giống nước ta đã chọn và áp dụng công nghệ thích hợp với việc áp dụng máy kéo bánh hơi nông nghiệp để khai thác rừng, nhờ đó mà nâng cao được tỷ lệ cơ giới hóa vào khai thác rừng. Trong khi đó ở nước ta từ trước cho đến nay cũng đã nhập và bắt đầu sản xuất nhiều loại máy kéo vừa và nhỏ. Đáng chú ý trong thập niên từ năm 1960 – 1990 nước ta được Liên Xô trước đây viện trợ và cung cấp cho một số loại máy kéo nông nghiệp trong đó có máy kéo bánh hơi MTZ – 82. Chúng được sử dụng tương đối phổ biến ở một số nông, lâm trường và trang trại phục vụ cho các công việc làm đất canh tác, vận chuyển nông, lâm sản. Qua khảo sát thực tế cho thấy máy kéo MTZ – 82 có động cơ và công suất đủ lớn, ngoài việc phục vụ cho nông nghiệp khi được trang bị các thiết bị chuyên dùng có thể sử dụng trong rất nhiều khâu công việc khác như vận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng… Trong khi thực hiện đề tài nhánh cấp nhà nước KN 03-04 PGS TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng dạy Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thành công thiết bị vận xuất, bốc dỡ vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng, kiểu rơ moóc một trục lắp sau máy kéo MTZ-50 có thiết bị tời cáp và cơ cấu nâng gỗ thủy lực để vừa gom gỗ từ xa, vừa tự bốc gỗ cho rơ moóc. Thiết bị có thể áp dụng cho nhiều loại máy kéo tương tự trong đó có máy kéo MTZ-82. Sau khi đề tài KN 03-04 được nghiệm thu, dự án sản xuất thử đã tạo ra thiết bị vận xuất, bốc dỡ vận chuyển lắp sau máy kéo MTZ-82 để khai thác gỗ rừng trồng vùng Đông bắc Việt Nam
2 Việc sử dụng máy kéo bánh hơi MTZ - 82 với thiết bị chuyên dùng tời cáp vào công đoạn vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết là vận dụng một cách sáng tạo trong việc sử dụng máy kéo nông nghiệp vào công nghệ khai thác rừng có ý nghĩa lớn trong việc nâng cao tỷ lệ cơ giới hoá, cải thiện sức lao động và nâng cao năng suất khai thác rừng. Tuy nhiên trong quá trình làm việc do địa hình không bằng phẳng, liên hợp máy thường di chuyển trên mặt đất rừng chịu nhiều tác động của mặt đường lồi, lõm gây ra những dao động ảnh hưởng lớn đến tính cơ động và ồn định của máy kéo, đến tải trọng và khả năng kéo, bám đặc biệt ảnh hưởng đến sức khoẻ của người lái. Những vấn đề nêu trên chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ. Để có sơ sở hoàn thiện thêm về mặt kết cấu và chọn chế độ sử dụng hợp lý cần phải nghiên cứu thêm về dao động khi liên hợp máy làm việc trên đường vận xuất gỗ. Với những lý do trên, tôi tiến hành đề tài: "Nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo MTZ – 82 với thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết". * Ý nghĩa khoa học của đề tài: Xây dựng được mô hình dao động, lập và giải hệ phương trình vi phân của liên hợp máy kéo MTZ - 82 với thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết. * Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở hoàn thiện kết cấu và chọn chế độ sử dụng hợp lý cho liên hợp máy kéo MTZ-82 với thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết.
3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. 1. Tổng quan về công nghệ và thiết bị vận xuất gỗ rừng trồng 1.1.1. Tổng quan về công nghệ và thiết bị vận xuất gỗ rừng trồng trên thế giới Trong tất cả các khâu trong quá trình khai thác gỗ, khâu vận xuất giữ một vai trò hết sức quan trọng, ảnh hưởng lớn tới năng suất, giá thành và chi phí trong khai thác. Chính do sự quan trọng như vậy mà lâu nay các nước trên thế giới đã không ngừng cải tiến công nghệ và thiết bị phục vụ cho khâu công việc này. Hiện nay trên thế giới thường áp dụng các hình thức công nghệ và thiết bị vận xuất gỗ [10] sau đây: Vận xuất gỗ bằng thủ công; vận xuất gỗ bằng súc vật; vận xuất gỗ bằng máng lao; vận xuất gỗ bằng tời vận xuất gỗ bằng đường cáp trên không; vận xuất gỗ bằng máy kéo; vận xuất gỗ bằng kinh khí cầu hoặc máy bay trực thăng Tuỳ theo điều kiện và hoàn cảnh của mỗi nước, mỗi khu vực mà áp dụng các loại hình công nghệ, thiết bị nào cho phù hợp. Việc lựa chọn được công nghệ thích hợp trong vận xuất gỗ nói riêng và trong khai thác rừng nói chung phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như: việc cung cấp nhân lực và tiền công lao động, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khả năng đầu tư, tính sẵn có của trang thiết bị phụ tùng máy móc thay thế, điều kiện rừng, điều kiện kinh tế xã hội và vấn đề bảo vệ môi trường vùng khai thác. Ở các nước công nghiệp phát triển, các tập đoàn kinh tế mạnh thường áp dụng công nghệ và thiết bị tiên tiến vào các khâu vận xuất, vận chuyển gỗ hoặc sử dụng các thiết bị liên hợp để hoàn thành các khâu từ chặt hạ, vận xuất, bốc dỡ đến vận chuyển gỗ về nơi tiêu thụ . Điển hình như ở Phần Lan, Thụy Điển và các nước Bắc âu từ những năm 1980 trở về trước, các loại hình
4 công nghệ trên đều được áp dụng trong khâu vận xuất gỗ rừng trồng. Nhưng hiện nay nhờ những tiến bộ trong ngành chế tạo máy lâm nghiệp và đặc biệt là hệ thống đường vận chuyển dày đặc với chất lượng tốt đã đến tận các khu rừng xa xôi. Hình 1.1: Vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết ở Phần Lan Công nghệ vận xuất gỗ phổ biến như sau: việc hạ cây, cắt cành cắt khúc được thực hiện tại nơi khai thác nhờ sử dụng cưa xích hoặc máy liên hợp. Sau đó gỗ được vận xuất đến các bãi tập kết ven đường nhờ máy kéo bánh hơi chuyên dùng. Những loại máy này làm việc tin cậy cho năng suất cao nhưng thường rất đắt tiền, chúng chỉ tỏ ra phù hợp với quy mô sản xuất lớn, trình độ cơ giới hoá cao, địa hình bằng phẳng, cơ sở hạ tầng và dịch vụ kỹ thuật tốt. Ở Nga và các nước SNG tuỳ thuộc vào điều kiện tự nhiên và phương thức khai thác, người ta chủ yếu áp dụng phương thức vận xuất gỗ bằng máy liên hợp bánh xích chặt hạ, vận xuất . Đối với các nước đang phát triển thường sử dụng công nghệ cổ điển hoặc công nghệ, thiết bị trung bình để khai thác gỗ. Trong các hình thức đã nêu, hình thức vận xuất bằng máy kéo là phổ biến
5 hơn cả. Máy kéo dùng trong vận xuất gỗ lại chia ra làm hai loại: Máy kéo bánh xích và Máy kéo bánh hơi. Trong máy kéo bánh hơi lại chia ra làm hai loại : Máy kéo bánh hơi chuyên dùng và máy kéo bánh hơi nông nghiệp có lắp các thiết bị chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ. Từ những năm 1950 và sau hội nghị quốc tế họp ở Giơnevơ năm 1963 về qui hoạch các dường vận chuyển, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng máy kéo bánh hơi vào vận xuất gỗ rừng tự nhiên và rừng trồng. Điển hình là các nước ở Bắc âu, Cộng hoà liên bang Đức, Canađa, Mỹ, Tiệp khắc( cũ) vv…đã dùng máy kéo khung gập với tay bốc thuỷ lực và bộ phận chở gỗ chuyên dùng để vận xuất gỗ. Các hãng sản xuất máy kéo Valmet, TimberJack (Phần lan) Volvo (Thuỵ điển), JohnDeer (Mỹ), LKT (Tiệp khắc cũ) vv… đã sản xuất ra nhiều loại máy kéo chuyên dùng cho lâm nghiệp và đã được bán rộng rãi trên thị trường thể giới [31] [32] . Những loại máy kéo của các hãng kể trên có kết cấu gọn, làm việc linh hoạt cho năng xuất cao, nhẹ nhàng trong thao tác, dễ điều khiển. Nhìn chung các loại máy kéo của các hãng trên thường đắt tiền, phù hợp với quy mô sản xuất lớn, trình độ cơ giới hoá cao, cơ sở hạ tầng và dịch vụ kỹ thuật tốt. Ngoài những máy kéo chuyên dùng có công suất lớn xu hướng hiện nay các nước sử dụng máy kéo nông nghiệp để vận xuất, vận chuyển gỗ. Các loại máy kéo nông nghiệp được sử dụng thường có công suất trên 35 kw [10], có trục thu công suất với số vòng quay trên 500 vòng/ phút, trên cơ sở đó lắp đặt các thiết bị chuyên dùng, các cơ cấu phụ trợ để vận xuất gỗ. Một số nước Phần Lan, Thuỵ Điển, Trung Quốc, Malaixia vv… đã sử dụng máy kéo công suất nhỏ kéo thêm rơ moóc để vận chuyển gỗ rừng trồng [30]. Do không có các thiết bị tời cáp nên các khâu công việc lấy gỗ từ nơi chặt hạ ra tới máy đều phải sử dụng lao động thủ công hoặc các phương tiện vận xuất khác. 1.1.2. Công nghệ và thiết bị vận xuất gỗ ở Việt Nam Những năm trước đây ở nước ta chủ yếu khai thác rừng tự nhiên và
6 khai thác rừng trồng ở một số vùng nguyên liệu giấy sợi, gỗ trụ mỏ. Gỗ rừng tự nhiên to, dài thường mọc trên các địa hình phức tạp, đòi hỏi phải có những thiết bị công xuất lớn mới có thể lấy gỗ ra được. Chúng ta đã nhập một số loại thiết bị máy móc của nước ngoài, những loại máy móc thiết bị được nhập thường đắt tiền, yêu cầu sử dụng lại hết sức chặt chẽ, vì vậy việc áp dụng các máy móc công nghệ và thiết bị của nước ngoài vào khai thác rừng tự nhiên ở Việt Nam là rất hạn chế. Trong quá trình khai thác gỗ ở nước ta, chúng ta đã thực hiện và áp dụng các hình thức vận xuất gỗ sau đây: Vận xuất gỗ bằng thủ công; Vận xuất gỗ bằng súc vật; Vận xuất gỗ bằng máng lao; Vận xuất gỗ bằng tời; Vận xuất gỗ bằng máy kéo; Vận xuất gỗ bằng đường cáp trên không. Trong số những công nghệ nêu trên, hình thức vận xuất gỗ bằng máy kéo là phổ biến hơn cả. Từ những năm 1960 ở cả hai miền nam, bắc chúng ta đã nhập một số loại máy kéo bánh xích của Liên Xô cũ như TDT55, TT-4, ĐT-75, máy kéo bánh hơi LKT -80, LKT -120 của Tiệp Khắc chủ yếu để phục vụ cho khai thác rừng tự nhiên. Ưu điểm của máy kéo bánh xích do Liên Xô chế tạo có công suất lớn, khả năng vượt dốc tốt, vận xuất được khối lượng gỗ lớn. Nhược điểm là chi phí nhiên liệu khá cao, mức độ phá hoại đường và cây con lớn. Các loại máy kéo LKT của Tiệp Khắc sản xuất là loại máy kéo bánh hơi khung gập có khả năng vận xuất được khối lượng gỗ lớn, bán kính quay vòng nhỏ nên di chuyển đi lại được trong rừng dễ dàng. Loại xe Reo-7 của Mỹ được trang bị thêm tời cáp và dàn khung trên xe nên có thể gom gỗ từ xa tới, tự bốc, vận chuyển và dỡ gỗ được. Đối với loại này rất phù hợp với điều kiện khai thác gỗ ở địa hình tương đối bằng phẳng. Các loại máy kéo bánh hơi Volvo của Thụy Điển được nhập vào nước ta từ những năm 1970 để phục vụ cho khai thác gỗ rừng trồng ở vùng nguyên liệu giấy Bãi Bằng. Các loại máy kéo này đã phát huy tác dụng tốt ở vùng công nghiệp giấy
7 trong việc vận chuyển và bốc dỡ gỗ. Trong những năm gần đây một số lâm trường ở các tỉnh phía Bắc đã sử dụng máy kéo nông nghiệp để vận xuất gỗ rừng trồng, phương pháp kéo chủ yếu là kéo lết gỗ hoặc chở gỗ trên các rơ moóc. Sau năm 1992 thực hiện đề tài nhánh cấp nhà nước KN-03-04 đề tài do Viện khoa học Việt Nam phối hợp với Trường Đại học Lâm nghiệp nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ra một loại thiết bị lắp đặt trên máy kéo MTZ-50 để vận xuất vận chuyển gỗ rừng trồng [7]. Thiết bị này sử dụng nguồn động lực của máy kéo, có khả năng gom gỗ từ xa, tự bốc dỡ gỗ lên rơ moóc đặt sau máy kéo. Thành quả của đề tài đã được ứng dụng ở một số lâm trường vùng nguyên liệu giấy Bãi Bằng và vùng Đông Bắc Việt Nam. Hình 1.2. Liên hợp máy kéo MTZ-50 với thiết bị tời cáp, rơ moóc 1 trục và cơ cấu nâng gỗ thủy lực vận xuất gỗ rừng trồng Ngoài ra chúng ta đã sử dụng đường cáp trên không để vận xuất gỗ một số nơi như Hoà Bình, Chiêm Hoá, Bắc Giang, Tuyên Quang, Thanh Hoá,
8 Quảng Bình vv… Vận xuất gỗ bằng máng lao, vận xuất gỗ bằng tời có tồn tại một thời gian nhưng đến nay các loại hình thức này không còn được sử dụng ở Việt Nam. Các hình thức vận xuất gỗ bằng thủ công, bằng súc vật kéo vẫn còn tồn tại nhiều vùng trên đất nước ta sở dĩ như vậy là do đời sống kinh tế của nhiều vùng nông thôn miền núi nước ta còn nghèo, lao động dư thừa, thiếu việc làm dẫn tới hạn chế việc trang bị các loại phương tiện máy móc thiết bị đắt tiền để phục vụ cho các khâu sản xuất khai thác gỗ. Với cơ chế chính sách như hiện nay, quy mô sản suất trang trại, hộ kinh tế gia đình đã ngày càng được nhân rộng ra khắp toàn quốc. Ở các vùng trung du miền núi mô hình sản xuất trang trại đã được hình thành và ngày càng phát triển. Hoạt động sản xuất của các trang trại không chỉ có hoạt động sản xuất nông nghiệp mà còn hoạt động sản xuất lâm nghiệp và nhiều ngành nghề khác. Một số trang trại đã sử dụng máy kéo bánh hơi cỡ vừa và nhỏ có trang bị thêm các thiết bị phụ trợ để dùng vào nhiều khâu công việc khác nhau như làm đất, bơm nước, xay xát, vận chuyển các sản phẩm nông, lâm sản sau thu hoạch, trong đó có sử dụng vào việc khai thác gỗ rừng trồng với các thiết bị như: sử dụng rơ moóc một trục, thiết bị tời cáp… để vận xuất và vận chuyển gỗ. Các loại máy kéo này tỏ ra rất thích hợp với quy mô sản suất vừa và nhỏ của các trang trại đáp ứng làm được nhiều công việc trong trang trại, song những nghiên cứu để sử dụng chúng một cách có hiệu quả trong các hoạt động sản xuất lâm nghiệp, nhất là trong các khâu khai thác gỗ thì chưa được nhiều người quan tâm đến. 1.2. Tổng quan về dao động của máy kéo bánh hơi 1.2.1. Các công trình nghiên cứu dao động máy kéo bánh hơi trên thế giới Khi làm việc máy kéo dao động do nhiều nguyên nhân khác nhau: do hoạt động của động cơ, của các chi tiết chuyển động chưa được cân bằng trong bộ phận truyền lực, do ảnh hưởng của mặt đường không bằng phẳng, do sự thay đổi lực cản của máy canh tác, do thành phần lực động sinh ra của cả liên hợp
9 máy…Các dao động này ảnh hưởng đến tải trọng động lực học tác dụng lên các cum chi tiết, độ êm dịu chuyển động của máy kéo, chất lượng công việc mà liên hợp máy đang thực hiện. Do vậy khi nghiên cứu dao động của máy kéo cần thiết phải xác định các yếu tố ảnh hưởng đến dao động, quan tâm đến các tác động của mấp mô mặt đường, của bộ phận máy móc thiết bị, khối lượng, mô men quán tính của thân máy kéo đối với các trục quán tính chính trung tâm, khối lượng của các bánh trước, các thông số hình học như vị trí trọng tâm, khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước, cầu sau, khoảng cách giữa các bánh xe… Hầu hết các máy kéo được áp dụng trong điều kiện sản xuất lâm nghiệp đều phải làm việc trong điều kiện đường xá lâm nghiệp có độ mấp mô mặt đường khá cao và độ dốc lớn… Về mặt dao động có thể nói chúng hoạt động trong điều kiện rất khó khăn, vì vậy ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọng của liên hợp máy như: năng suất, khả năng kéo, bám, độ êm dịu, độ ổn định, độ bền các chi tiết máy, đến sức khoẻ của người lái… Do vậy nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo khi vận xuất gỗ là vấn đề cần thiết có ý nghĩa trong việc hoàn thiện thiết kế và chọn chế độ sử dụng hợp lý liên hợp máy Từ trước đến nay các công trình nghiên cứu về độ ổn định, khả năng kéo bám khi tải trọng thay đổi, các đặc trưng động lực học, các vấn đề về dao động của máy kéo và các bộ phận làm việc của máy, liên hợp máy đã được nghiên cứu. Trong công trình [40], Muller đã đưa ra mô hình không gian mô tả tất cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, tác giả đã bỏ qua các tác động của tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác. Theo tác giả, một máy kéo có thể có 7 bậc tự do: Dao động thẳng đứng, dao động xoay quanh trục ngang, dao động dọc, dao động xoay quanh trục dọc và dao động liên kết xoay quanh trục cân bằng.
10 Tác giả Volgel [41] đã nghiên cứu tính chất động lực học của liên hợp máy cày, khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi, cả của hệ truyền lực và bánh xe. Công trình cho phép đánh giá một cách khái quát tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy khi cày đất, tuy nhiên chưa có thực nghiệm để chứng minh các giả thiết đưa ra. Trong công trình của Wendebon [42] bằng lý thuyết và thực nghiệm, tác giả đã xây dựng mô hình nghiên cứu tính chất động lực học của dao động thẳng đứng máy kéo, tác giả không quan tâm đến chuyển động quay và các chuyển động khác. Do vậy công trình này chưa đánh giá và thể hiện được đầy đủ các tính chất động lực học của máy cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển động của máy kéo nói riêng và liên hợp máy nói chung. Năm 1973 Barski I.B [2] nghiên cứu Động lực học máy kéo. Tác giả đã nghiên cứu đầy đủ động lực học của máy kéo bánh hơi, máy kéo bánh xích và độ êm dịu chuyển động của máy kéo. Năm 1979 Orlov S.F đã nghiên cứu lý thuyết phổ của bộ phận treo đỡ của máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng [38] Năm 1983 Alexandrov. V.A nghiên cứu tải trọng của máy kéo lâm nghiệp ở chế độ nhấc bó gỗ khỏi mặt đất [39] Năm 1983 Đobrưnhin Iu.A [37] nghiên cứu động lực học thẳng đứng của máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ trong chặt, chăm sóc. Năm 1987 Zucov A.V [36] đã nghiên cứu những vấn đề dao động của máy kéo lâm nghiệp. Bên cạnh đó còn có một số công trình nghiên cứu về dao động thẳng đứng của máy kéo có kể đến các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện làm việc: Tải trọng, vận tốc, độ mấp mô của mặt đường. 1.2.2. Các công trình nghiên cứu dao động máy kéo bánh hơi ở Việt Nam Như đã nói ở trên việc sử dụng máy kéo ở nước ta vào các lĩnh vực sản xuất nói chung và khai thác rừng nói riêng còn hạn chế do điều kiện kinh tế,
11 qui mô sản xuất nhỏ, cơ sở hạ tầng kỹ thuật còn nhiều yếu kém dẫn đến các công trình nghiên cứu khoa học về máy kéo nói chung và nghiên cứu về dao động của máy kéo nói riêng còn ít và hạn chế. Tuy nhiên ở nước ta có một số công trình nghiên cứu về dao động của máy kéo nông, lâm nghiệp: TS. Lê Minh Lư nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi [20]. TS Nguyễn Tiến Đạt đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng vận xuất gỗ rừng trồng bằng phương pháp kéo nửa lết của máy kéo bốn bánh cỡ nhỏ 18-24 mã lực [13]. Thạc sỹ Nguyễn Văn Vệ đã nghiên cứu dao động thẳng đứng của nghế ngồi trên máy kéo DFH-180 khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết và giải pháp giảm xóc cho người lái [29], tác giả đã xây dựng được mô hình tính toán dao động thẳng đứng của liên hợp máy kéo, điểm đặt nghế ngồi, xác định thông số dao động riêng của liên hợp máy và ghế ngồi. Từ đó xác định được vùng vận tốc an toàn khi sử dụng và đánh giá ảnh hưởng của nó đến người lái khi máy kéo vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết. Thạc sỹ Nguyễn Văn An đã nghiên cứu 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 [1]. Thạc sỹ Nguyễn Đức Sỹ đã nghiên cứu ổn định động lực học dọc liên hợp máy kéo cỡ nhỏ, vận xuất gỗ khi khởi hành theo hướng lên dốc [27] Công trình nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Hữu Cẩn và các cộng sự [4] cho thấy: Tính êm dịu trong chuyển động của ô tô 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, ô tô máy kéo dao động theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc máy (OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người; theo phương ngang, phương dọc ảnh hưởng không đáng kể, có thể bỏ qua. Đối với
12 máy kéo bánh hơi làm việc trên các mặt đường gồ ghề thân máy dao động với tần số 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 tỷ 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. Th.S Nguyễn Hồng Quang [24] đã nghiên cứu dao động của máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết đã tính toán và mô phỏng dao động phương thẳng đứng, lắc ngang phương và góc lắc phương dọc, làm cơ sở cho việc hoàn thiện và chọn chế độ sử dụng hợp lý cho liên hợp máy kéo cỡ trung bình . Các công trình nghiên cứu dao động của máy kéo ở nước ta chưa nhiều và xuất hiện trong những năm gần đây [1], [20], [29]. Các công trình này là nghiên cứu trong phạm vi hẹp nhằm xác định ảnh hưởng của rung xóc tới sức khỏe của công nhân lái và bước đầu đặt ra một số biện pháp chống rung cho người lái máy như cải tiến ghế chống rung. Tuy nhiên các tác giả mới xem xét dao động của máy kéo trong một số điều kiện cụ thể khi xem hệ là tuyến tính, một bậc tự do chịu tác động của mặt đường dạng hàm xác định. Trong công trình nghiên cứu [29], tác giả đã đưa ra mô hình tính toán cho giảm xóc nói chung và cho rằng nên chọn tỷ số giữa tần số kích động và tần số riêng của vật cần bảo vệ lớn hơn 1,41, chọn như vậy vừa đảm bảo tránh cộng hưởng và 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 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%.
13 Một số công trình nghiên cứu thiết kế giảm rung [5], [21] đã dựa trên cơ sở các số liệu về dao động 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. Dao động của ô tô và máy kéo bánh hơi nói chung đã được nghiên cứu khá nhiều cả về lý thuyết và thực nghiệm, song dao động của máy kéo nông nghiệp trong vận xuất gỗ còn ít được nghiên cứu. Dao động của liên hợp máy gây nên tải trọng động đáng kể lên các cụm chi tiết, ảnh hưởng đến khả năng ổn định chống lật, khả năng điều khiển, khả năng kéo bám. Lực tác động lên cơ cấu máy sẽ biến đổi theo chu kỳ gây ra hiện tượng mỏi, giảm tuổi thọ của các chi tiết, đặc biệt có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng phá hỏng các chi tiết máy. Đối với sản xuất lâm nghiệp, các hoạt động khai thác thường diễn ra trong rừng. Đối tượng khai thác là gỗ, các phương tiện vận xuất gỗ chủ yếu là máy kéo chuyên dùng hoặc máy kéo nông nghiệp sử dụng rơ moóc hoặc lắp đặt các thiết bị chuyên dùng để vận xuất gỗ thì ngoài lực tác động lên máy kéo ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của máy còn không an toàn cho người và thiết bị. Vấn đề này cần phải được quan tâm nghiên cứu và đánh giá một cách cụ thể khi sử dụng một loại máy kéo nông nghiệp nào đó vào việc vận xuất gỗ ở điều kiện rừng Việt Nam. Đối với máy kéo MTZ-82 là loại máy kéo bánh hơi nông nghiệp của Liên Xô cũ trước đây sản xuất và viện trợ cho Việt Nam vào những năm cuối thập niên 1980 là loại máy kéo làm việc có độ ổn định cao, có cơ cấu treo thủy lực và trục thu công suất bố trí ở phía sau máy kéo. Ngoài việc sử dụng cho sản xuất nông nghiệp có thể sử dụng vào sản xuất khai thác rừng khi được trang bị thêm các thiết bị chuyên dùng như rơ moóc, thiết bị tời cáp để vận xuất, vận chuyển gỗ. Tuy nhiên để sử dụng một cách có hiệu quả phát huy hết tính năng của máy kéo cần phải được nghiên cứu thêm nhất là về tải trọng động lực học, các dao động của liên hợp máy trong quá trình làm việc để đánh giá ảnh hưởng của
14 các dao động đó đến khả năng kéo, bám, ổn định và điều khiển là rất cần thiết. 1.3. Tổng quan về liên hợp máy kéo MTZ-82 với thiết bị chuyên dùng tời cáp để vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết. 1.3.1. Cấu tạo, đặc tính kỹ thuật của máy kéo MTZ -82 Máy kéo MTZ-82 do Berarut một nước cộng hoà của Liên Xô (cũ) trước đây sản suất, là loại máy kéo nông nghiệp cỡ vừa đã được xuất sang Việt Nam cuối những năm 1980 được sử dụng phổ biến phục vụ chủ yếu cho sản xuất nông nghiệp như: làm đất canh tác và vận chuyển nông, lâm sản. Để nghiên cứu dao động của Liên hợp máy kéo MTZ-82 với thiết bị chuyên dùng tời cáp vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết cần phải hiểu rõ cấu tạo, đặc tính kỹ thuật, đặc biệt các thông số kỹ thuật của máy kéo để tính toán tải trọng động lực học những dao động của máy và liên hợp máy khi làm việc và đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến khả năng kéo, bám, ổn định và điều khiển. 1.3.1.1. Cấu tạo chung của máy kéo MTZ - 82. Hình 1.3: Vị trí của các cơ cấu chính trên máy kéo 1- Phần di động; 2- Hệ thống truyền lực; 3- Hệ thống treo; 4- Cơ cấu điều khiển;5- Động cơ Máy kéo MTZ - 82 gồm 5 phần chính: Động cơ 5, Hệ thống truyền lực 2, phần di động 1, cơ cấu điều khiển 4 và trang bị làm việc (hình1.3)
15 Động cơ biến nhiệt năng thành cơ năng. Nó là nguồn lực để cho máy kéo di động. Truyền lực là tổng hợp các cơ cấu để truyền mô men quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của máy kéo. Truyền lực bao gồm ly hợp chính, khớp nối, hộp số và cầu sau. Bộ ly hợp có nhiệm vụ tách chuyển động quay của trục khuỷu động cơ khỏi hộp số trong thời gian ngắn khi cần ngắt truyền động và nối lại một cách êm dịu khi máy kéo khởi hành hoặc thay đổi tốc độ trong quá trình di chuyển . Khớp nối là những phần tử đàn hồi cho phép nối trục ly hợp với hộp số với độ lệch trục không lớn. Hộp số cho phép thay đổi lực kéo, hướng chuyển động ở bánh chủ động máy kéo khi lực cản chuyển động tăng hay giảm bằng cách gài các cặp bánh răng hộp số để thay đổi vận tốc và mô men quay cho phù hợp với tải trọng và khả năng kéo, bám hoặc lùi lại khi làm việc, tách nguồn lực từ động cơ đến bánh chủ động khi chạy không tải. Cơ cấu tăng mô men quay cầu sau cho phép truyền thẳng mô men quay đến bánh chủ động. Phần di động gồm nửa khung, trục và bánh lốp hơi để gá lắp, nâng đỡ toàn bộ trọng lượng của máy kéo và di chuyển khi máy kéo làm việc. Cơ cấu điều khiển làm nhiệm vụ giữ hoặc thay đổi hướng chuyển động của máy kéo bằng cách xoay vòng các bánh trước. Cơ cấu lái gồm vô lăng, cơ cấu trục vít, bánh vít có trợ lực lái bằng thủy lực để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái, giảm rung động từ bánh xe đến vành tay lái Trang bị làm việc của máy kéo được sử dụng để hoàn thành những công việc đồng áng. Trang bị làm việc bao gồm trục trích công suất, cơ cấu móc, hệ thống treo thủy lực, puli truyền động. Ngoài ra còn được trang bị thêm rơ moóc hai trục để vận chuyển công cụ sản xuất, nông sản…
16 1.3.1.2. Đặc tính kỹ thuật của máy kéo MTZ -82 Máy kéo MTZ-82 sử dụng động cơ Diezel 4 kỳ 4 xi lanh, công suất 80 mã lực, tiêu thụ nhiên liệu mức trung bình có trục thu công suất và hệ thống treo thuỷ lực phía sau. Máy có kết cấu hợp lý, có khả năng kéo bám tốt thích hợp với mọi loại đất: Ruộng khô, ruộng nước, vườn cây ăn quả, vườn rừng, trang trại. Máy có thể sử dụng với nhiều mục đích khác nhau có thể lắp cày treo, cày chảo, máy phay, rơ moóc để làm đất canh tác và vận chuyển, đặc biệt có thể lắp thêm các thiết bị chuyên dùng như thiết bị tời cáp để vận xuất, vận chuyển gỗ trong khai thác rừng. Máy kéo có khả năng làm việc được trên địa bàn dốc dưới 200. 1.3.2. Thiết bị chuyên dùng tời cáp cần chữ A Thiết bị chuyên dùng tời cáp, cần chữ A là sản phẩm đề tài cấp nhà nước KN – 03 – 04 thiết kế và chế tạo, lắp trên máy kéo MTZ - 82 để vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết 1.3.2.1. Cấu tạo thiết bị chuyên dùng tời cáp cần chữ A Sơ đồ cấu tạo của thiết bị tời cáp cần chữ A lắp trên máy kéo MTZ-82 được được trình bày trên hình 1.5: 10 9 8 7 1 6 5 4 3 2 Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo LHM MTZ-82 với thiết bị tời cáp cần chữ A kéo gỗ nửa lết 1- Máy kéo; 2- Trục thu công suất; 3- Bộ truyền xích; 4- Trục tời; 5- Cóc hãm; 6- Trống tời; 7- pu ly đầu cần chữ A; 8- Cáp kéo gỗ; 9- Cần chữ A 10- Puly chuyển hướng;
17 Thiết bị tời cáp được lắp sau máy kéo bao gồm: Cần chữ A 9 được chế tạo bằng thép, được bắt chặt với càng sau máy kéo bằng các bu lông, tại vị trí đầu lắp pu ly 7 dẫn động cho cáp kéo 8, phía trong tại điểm giữa thanh ngang có lắp pu ly chuyển hướng 10 dẫn động cáp cho trống tời. Trống tời 6 được bắt chặt với bệ phía sau máy kéo bằng mặt bích và bu lông đai ốc, đầu trục tời phía trong có lắp bộ truyền động xích kết nối với trục thu công suất của máy kéo, phía ngoài đầu trục lắp cóc hãm. Việc truyền động cho tời được thực hiện từ trục thu công suất máy kéo qua bộ truyền động xích. 1.3.2.2. Nguyên lý hoạt động của liên hợp máy khi vận xuất gỗ: Trường hợp kéo lết gỗ: Cho máy kéo đứng yên, thả cáp đến nơi chặt hạ, buộc chặt gỗ lại, người lái đóng cơ cấu gài trục thu công suất, làm cho trục thu công suất quay, cáp được quấn lại và kéo gỗ về phía máy kéo, khi gỗ được kéo đến vị trí đã định người lái ngắt chuyển động trục thu công suất. Trường hợp kéo gỗ nửa lết: Người lái xả cáp buộc chặt cây gỗ (hoặc bó gỗ), đóng cơ cấu gài trục thu công suất, gỗ được nâng lên khỏi mặt đất. Khi đã đến độ cao nhất định người lái ngắt cơ cấu gài trục thu công suất, nhờ cóc hãm nên cáp không bị xả ra. Người lái cho máy kéo chạy, bó gỗ được kéo theo máy kéo. Với thiết bị tời cáp và cần chữ A, được lắp sau máy kéo MTZ-82 tạo nên một liên hợp máy kéo gỗ theo phương pháp kéo nửa lết đem lại hiệu quả kinh tế trong khai thác rừng trồng, giảm được sức lao động nặng nhọc cho người lao động. Điều này đã được chứng minh qua khảo nghiệm và đưa vào sản xuất thử khi thực hiện đề tài KN-03-04. Tuy nhiên đề tài chỉ dừng ở mức nghiên cứu thiết kế, chế tạo, vận hành và xây dựng định mức kinh tế kỹ thuật, đánh giá hiệu quả kinh tế chứ chưa có điều kiện để nghiên cứu các đặc tính động lực học của liên hợp máy khi vận xuất gỗ, nhất là các dao động gây ra trong quá trình làm việc do địa hình không bằng phẳng, liên hợp máy thường
18 di chuyển trên mặt đất rừng chịu nhiều tác động của mặt đường lồi, lõm gây ra những dao động ảnh hưởng lớn đến tính cơ động và ổn định của máy kéo, đến khả năng kéo, bám đặc biệt ảnh hưởng đến sức khoẻ của người lái. Để có sơ sở hoàn thiện thêm về mặt kết cấu và chọn chế độ sử dụng hợp lý cần phải nghiên cứu thêm về dao động khi liên hợp máy làm việc trên đường vận xuất gỗ.