Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên xe ô tô Forland vận chuyển gỗ và giải pháp nâng cao độ êm dịu cho người lái

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm đánh giá độ êm dịu cho ghế ngồi người lái xe forland hiện có và xe forland sau khi lắp bộ phận treo có đàn hồi và giảm chấn cho ghế người lái, làm căn cứ cho việc đề xuất cải tiến hệ thống treo ghế ngồi lái xe forland. 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 thẳng đứng của ghế ngồi trên xe ô tô Forland vận chuyển gỗ và giải pháp nâng cao độ êm dịu cho người lái

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------ TRẦN VĂN LUYỆN NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA GHẾ NGỒI TRÊN XE Ô TÔ FORLAND VẬN CHUYỂN GỖ VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ ÊM DỊU CHO NGƯỜI LÁI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------ TRẦN VĂN LUYỆN NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA GHẾ NGỒI TRÊN XE Ô TÔ FORLAND VẬN CHUYỂN GỖ VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ ÊM DỊU CHO NGƯỜI LÁI 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 KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN NHẬT CHIÊU Hà Nội - 2012
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Để thực hiện công cuộc CNH - HĐH đất nước, chúng ta cần phải đẩy mạnh việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật, tăng nhanh tốc độ cơ giới hóa cho các khâu sản xuất trên mọi lĩnh vực của nền kinh tế nói chung và trong sản suất nông - lâm nghiệp nói riêng. Trong những năm qua, ngành lâm nghiệp đã tiến hành cơ giới hóa nhiều khâu của quá trình sản xuất. Một trong những khâu khá nặng nhọc, quan trọng của dây chuyền công nghệ khai thác gỗ cần được cơ giới hóa đó là khâu vận chuyển gỗ. Trước đây, khai thác gỗ được tiến hành chủ yếu đối với rừng tự nhiên. Các ô tô được dùng vận chuyển gỗ trong thời gian này là những loại xe có công suất lớn như: KAMAZ, ZIL130, MAZ... là hợp lý và đã phát huy được hiệu quả. Hiện nay rừng và đất rừng được giao cho các đơn vị, các hộ gia đình quản lý và sử dụng lâu dài, do vậy đã xuất hiện những trang trại sản xuất nông - lâm nghiệp với quy vừa và nhỏ. Đặc điểm của rừng trồng: Phân tán, sản lượng khai thác thấp, mức đầu tư cho sản xuất không lớn. Mặt khác, kích thước sản phẩm gỗ rừng trồng nhỏ, đường nhỏ hẹp, do vậy việc sử dụng ô tô có công suất lớn như trước đây trong vận chuyển gỗ không còn phù hợp. Một vấn đề đặt ra là cần phải có các loại xe ô tô phù hợp có hiệu quả trong vận chuyển gỗ rừng trồng, vận chuyển cây con và phân bón .... Để có được các loại ô tô phát huy hiệu quả cao hoặc là nhập các loại xe chuyên dùng có công suất vừa và nhỏ từ nước ngoài, hoặc nghiên cứu đưa các loại ô tô đã có sẵn trên thị trường vào sản xuất lâm nghiệp. Xu hướng mới ở nước ta nói riêng là sử dụng ô tô có công suất vừa và nhỏ vào sản xuất lâm nghiệp. Qua một số nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng các ô tô này vào sản xuất nông - lâm nghiệp là phù hợp với quy mô sản xuất hiện nay.
2 Một trong những loại ô tô đang được sử dụng khá phổ biến là xe ô tô forland do Việt nam lắp ráp. Khảo sát thực tế cho thấy: Xe ô tô forland của Việt nam lắp ráp có nguồn động lực và công suất đủ lớn có thể vận chuyển gỗ, vận chuyển vật tư phân bón và cây giống cho trồng rừng là phù hợp. Việc nghiên cứu sử dụng ô tô cỡ nhỏ nói chung và xe ô tô forland của Việt nam lắp ráp nói riêng đang được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Xe tô forland của Việt nam lắp ráp là loại xe thông dụng, phục vụ cho các công việc chuyên chở hàng hóa, được tính toán thiết kế theo các điều kiện làm việc với đường tương đối bằng phẳng. Vì vậy kết cấu của hệ thống treo giảm chấn cho xe và người điều khiển đơn giản ( không có lò xo và giảm xóc cho ghế ngồi người lái). Xe có một số đặc điểm: Kích thước cơ sở nhỏ, khối lượng không lớn, ghế ngồi lái nối cứng với sàn xe không có bộ phận nối đàn hồi và giảm sóc. Với đặc điểm kết cấu như vậy, khi chạy trên mặt đất rừng và đường lâm nghiệp, xe sẽ dao động và ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu: Độ êm dịu, tính ổn định, độ bền lâu và sức khỏe người lái. Để sử dụng xe ô tô forland vào việc vận chuyển gỗ cần phải nghiên cứu đầy đủ về dao động khi xe làm việc trên đường lâm nghiệp và đánh giá ảnh hưởng của dao động ấy đến người lái. Trên cơ sở đó xác lập phương án cải tiến ghế ngồi cho người điều khiển xe. Với lý do trên, tôi tiến hành đề tài: (( Nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên xe ô tô forland vận chuyển gỗ và giải pháp nâng cao độ êm dịu cho người lái )) * Ý nghĩa khoa học của đề tài: - Khảo sát dao động của ô tô forland khi ghế ngồi người lái nối cứng và nối đàn hồi với sàn xe làm cơ sở cho việc đề xuất cải tiến ghế ngồi người lái theo hướng nâng cao độ êm dịu.
3 * Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: - Kết quả nghiên cứu là cơ sở đánh giá tính êm dịu của xe hiện có và xe sau khi cải tiến với việc lắp bộ phận đàn hồi và giảm chấn cho ghế ngồi người lái. - Ghế ngồi được cải tiến sẽ đảm bảo điều kiện an toàn, cải thiện tính êm dịu cho người lái.
4 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô trong vận chuyển gỗ. Trong khai thác rừng, việc vận chuyển gỗ đây là khâu khó khăn, nặng nhọc, phức tạp nhất trong dây chuyền công nghệ khai thác gỗ, nó ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lao động và giá thành sản phẩm của quá trình sản xuất, mặt khác nó cũng tác động rất lớn đến việc bảo vệ cây con và đất rừng. Căn cứ vào phương tiện vận chuyển và nguồn động lực, có các loại hình vận chuyển gỗ: Vận chuyển bằng súc vật; Vận chuyển bằng máng lao; Vận chuyển bằng máy kéo; Vận chuyển bằng đường cáp; Vận chuyển bằng ô tô…Mỗi loại hình vận chuyển chỉ phù hợp với những điều kiện địa hình rừng nhất định. Trong các loại hình vận chuyển nêu trên thì vận chuyển bằng ô tô chiếm ưu thế. Các ô tô dùng trong vận chuyển gỗ rất đa dạng, song có thể chia làm hai nhóm: Nhóm ô tô tải trọng lớn và nhóm ô tô tải trọng vừa và nhỏ. Ô tô tải trọng vừa và nhỏ có ưu điểm nổi trội hơn: Chúng có khối lượng nhỏ, tốc độ làm việc rất phù hợp, chi phí nhiên liệu tiết kiệm. Ô tô tải trọng nhỏ ít phá hoại cây con, đất rừng hơn, rất phù hợp với rừng trồng. Với những ưu điểm như vậy nên ô tô tải trọng vừa và nhỏ được sử dụng ngày càng rộng rãi và chiếm ưu thế hơn so với ô tô tải trọng lớn trong vận chuyển lâm nghiệp. Hiện nay, với nhiều lý do về tài nguyên rừng của nước ta bị cạn kiệt [8] [28] Đảng và Nhà nước ta đã có nhiều chủ trương, chính sách nhằm bảo vệ, khôi phục và phát triển kinh doanh nghề rừng [7] Dự án đạt 5 triệu héc ta rừng trồng tới năm 2020, chính sách giao đất, giao rừng đến từng hộ gia đình, chính sách ưu đãi vay vốn cho sản xuất kinh doanh lâm nghiệp … Nhà nước chủ trương đóng cửa rừng tự nhiên, chuyển cơ chế sản xuất lâm nghiệp sang sản xuất kinh doanh rừng trồng là chính. Với cơ chế chính sách mới, rừng
5 trồng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường sinh thái đồng thời cung cấp gỗ củi cho nền kinh tế quốc dân [29]. Đặc điểm của rừng trồng là phân tán, trữ lượng không lớn, quy mô khai thác không tập trung, điều kiện đường xá nhỏ hẹp do vậy việc sử dụng ô tô tải trọng lớn như trước đây là không còn phù hợp, kém hiệu quả. Một vấn đề đặt ra là cần phải có loại ô tô phù hợp, sử dụng có hiệu quả trong vận chuyển gỗ rừng trồng. Để từng bước giải quyết vấn đề này các nhà khoa học đã đi sâu nghiên cứu để đưa ô tô tải trọng nhỏ vào sản xuất lâm nghiệp. 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 KN03-04: (( 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)) [30]. Năm 1994, nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu [5] về thiết bị chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng. được đăng trên tạp chí Lâm nghiệp số 1/1994. Năm 2000, nghiên cứu của Nguyễn Tiến Đạt [6], những tiến bộ trong khâu vận xuất, vận chuyển gỗ. Viện khoa học Lâm nghiệp Việt nam. 1.2. Tổng quan về nghiên cứu dao động của ô tô và máy kéo. Các ô tô sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp thường làm việc trong điều kiện không có đường hoặc trên 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 ô tô là vấn đề cần thiết có ý nghĩa trong thực tế sử dụng, thiết kế cải tiến liên hợp máy nhằm bảo đảm điều kiện an toàn, cải thiện điều làm việc cho người điều khiển.
6 1.2.1. Tình hình nghiên cứu về dao động của ô tô - máy kéo trên thế giới. Nghiên cứu cơ bản xây dựng cơ sở lý thuyết của ô tô - máy kéo: Công trình nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực này là Viện sỹ E.V. Chudacop và giáo sư Lơvôp, tiếp theo là các công trình nghiên cứu của D.A. Chdacôp, B.S. Fankevich, G.V. Dimechep, V.N. Divacôp... Các công trình này đã nghiên cứu những vấn đề cơ bản về lý thuyết ô tô - máy kéo chung. Kế tiếp là những công trình đi sâu nghiên cứu về cơ sở lý thuyết cho ô tô - máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng của S.F. Oclôp và được hoàn thiện với những công trình tiếp theo cũng của S.F.Olôp , D.M. Gontbery, V.B. Prochonôp, A.V. Giucôp các công trình nghiên cứu thường sử dụng các mô hình tính toán với dao động nhiều bậc tự do. Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ô tô và máy kéo, có thể kể ra một số công trình tiêu biểu sau: Trong công trình [35], tất cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, 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. Tác giả Volgel [33], 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 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 [34], 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 tới chuyển động quay và các chuyển động khác. Năm 1973 Barski [36], nghiên cứu động lực học máy kéo. Tác giả đã
7 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. 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 mặt đường. Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Dao động của ô tô được nghiên cứu trong tổng thể hệ thống (( Đường - Xe - Người)). Để nghiên cứu riêng biệt và tổng thể mối quan hệ vừa nêu, các hãng sản xuất ô tô và các cơ quan chuyên môn hàng đầu trên thế giới đã thiết lập các phòng thí nghiệm, xây dựng các bãi thử để nghiên cứu dao động của ô tô, trong đó kể đến biến dạng thực tế của mặt đường và khả năng của con người chịu tác động của dao động. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu về dao động của ô tô - máy kéo ở Việt nam Ở nước ta các công trình nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu dao động của ô tô- máy kéo, có ít các công trình nghiên cứu để cải tiến các bộ phận trên ô tô máy kéo. Các nghiên cứu về độ ổn định, khả năng kéo bám khi tải trọng ngoài thay đổi, các đặc trưng động lực học ... của các bộ phận làm việc của ô tô, máy kéo hoạt động trên các địa hình và các điều kiện làm việc khác nhau chưa được đề cập nhiều. Có thể kể ra một số công trình nghiên cứu về ô tô máy kéo ở nước ta như sau: Nghiên cứu của Nguyễn Văn An [1] 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 chuyển gỗ rừng trồng. 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. Tác giả cũng đưa ra sơ đồ tính toán hệ thống
8 treo cho ghế ngồi với dạng kích 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. TS. Võ Văn Hường [10], đã nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu. Tác giả xây dựng và đã mô phỏng được ô tô tải nhiều cầu khi chạy trên địa hình khác nhau. Ths. Lưu Văn Hưng [11], đã nghiên cứu dao động của rơ moóc một trục chở gỗ khi lắp thêm bộ phận đàn hồi có giảm chấn giữa khung và trục bánh xe. Các công trình nghiên cứu dao động của máy kéo ở nước ta chưa nhiều và xuất hiện trong những năm gần đây [25], các công trình này nghiên cứu trong phạm vi hẹp nhằm xác định ảnh hưởng của rung xóc tới sức khoẻ của công nhân lái máy và bước đầu đặt ra một số biện pháp chống rung cho người lái máy như cải tiến ghế chống rung, gang tay bảo hộ lao động. 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. Một số công trình nghiên cứu thiết kế giảm rung [21] [22], 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 và tính toán theo điều kiện cho phép về biên độ dịch chuyển. Ths.Trịnh Minh Hoàng [12], nghiên cứu khảo sát dao động của xe tải hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường. Tác giả đã trình bày một mô hình dao động xe tải hai cầu ( không gian) và mô phỏng bằng Matlap Simulinhk 5.3. Phần mô hình và tính toán khá hoàn chỉnh, đã trình bày một phần dao động dưới kích động ngẫu nhiên của mặt đường. Luận án TS của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu (( Nghiên cứu ảnh hưởng của
9 dao động lên khung xương ô tô khi chuyển động trên đường)) đã chú trọng nghiên cứu ảnh hưởng của đường xá và xác định các hàm ngoại lực cho bài toán tính khung - xương. Ths. Huỳnh Quốc Hội [13], đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang, lắc dọc của ô tô ở vận tốc cao. Ths. Hoàng Gia Thắng [26], đã nghiên cứu dao động trong mặt phẳng thẳng đứng của toa xe khách bốn trục hai hệ lò xo khi qua mối nối ray. Năm 2002 TS. Lê Minh Lư [24], đã nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi. Công trình đã nghiên cứu một cách khá đầy đủ các dạng dao động của máy kéo có tính đến đặc trưng phi tuyến các phần tử đàn hồi trong trường hợp kích động mặt đường là các hàm ngẫu nhiên và xác định. Tuy nhiên công trình mới chỉ nghiên cứu trong trường hợp máy kéo di chuyển độc lập mà chưa tính đến dao động của máy kéo di chuyển trong trường hợp kéo tải. Năm 2010 TS. Đặng Việt Hà [9], đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ êm dịu chuyển động của ô tô khách được đóng mới ở Việt nam. Tác giả đã xây dựng được mô hình phù hợp để khảo sát và thiết lập hệ phương trình vi phân cấp II đồng thời giải bằng phần mền mô phỏng Matlap Simulinhk. Tuy nhiên tác giả chưa khảo sát ảnh hưởng của dao động trong mặt phẳng ngang đến người lái và hành khách. Ths. Lê Minh Vượng [31], bằng lý thuyết và thực nghiệm đã nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi chuyển động trên đường lâm nghiệp. Tuy nhiên công trình này mới chỉ đưa ra mô hình dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của xe, chưa kể đến dao động của nước trong thùng chứa trong trường hợp di chuyển trên đường lâm nghiệp. Năm 2010 Ths. Nguyễn Văn Huệ [15], bằng lý thuyết và thực nghiệm đã nghiên cứu giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động của máy kéo
10 MTZ- 82 khi kéo rơ moóc chở gỗ. Các công trình nhiên cứu trên đã đóng góp tích cực cho nghiên cứu cải tiến nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô máy kéo. Đồng thời làm cơ sở cho việc xây dựng các mô hình nghiên cứu các lĩnh vực cơ khí khác. Bên cạnh những công trình nghiên cứu nhằm sử dụng các loại ô tô máy kéo hoặc liên hợp máy phục vụ cho sản xuất ở trong nước, các nhà khoa học nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu cải tiến các bộ phận hoặc các hệ thống của ô tô máy kéo được nhập từ nước ngoài vào Việt nam. Nhìn chung các công trình nghiên cứu về êm dịu chuyển động của ô tô máy kéo bánh hơi Việt nam chưa nhiều, nhưng những kết quả nghiên cứu đó có ý nghĩa lớn cho việc hoàn thiện thêm kết cấu và chọn ra chế độ sử dụng hợp lý cho ô tô máy kéo bánh hơi. 1.2.3.Tình hình nghiên cứu về chống rung cho người điều khiển máy. Cho đến nay việc tăng năng suất làm việc của máy cơ bản đã đạt ở mức cao nhờ sự hoàn thiện về kết cấu và các thiết bị công nghệ. Song một vấn đề cần được quan tâm trong khi thiết kế, là nghiên cứu điều kiện làm việc của người điều khiển máy 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 liên hợp máy, sẽ dẫn đến việc tăng đáng kể lực kích động lên người điều khiển và cao hơn nữa khả năng chịu đựng của con người. Công trình nghiên cứu [16], 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 thiết kế, một trong những nguyên nhân chính là do mức độ kích động đáng kể lên ghế ngồi của người lái. Theo thống kê ở Mỹ cho thấy trên 85% người vận hành máy ảnh hưởng của lực kích động do vậy chỉ sử dụng được khoảng 65% công suất của máy.
11 Dao động của cơ thể con người hoặc bộ phận của cơ thể là những tác động sinh học phức tạp có thể gây ra một loạt sự thay đổi trong cơ thể và ảnh hưởng đến sức khoẻ của người lái và gây ra một số bệnh lý. Tác động của dao động lên con người phụ thuộc vào tần số , thời gian, hướng và cường độ tác động. Sự kích thích nguy hiểm nhất ở dải tần số dao động riêng ở cơ thể con người. Cũng theo [16] thì với tần số 6 - 11Hz sẽ dẫn đến cộng hưởng ở một số bộ phận riêng biệt của con người, trong dải tần số 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 một ngày và liên tục từ năm này sang năm khác thì không chỉ làm giảm năng suất lao động mà còn xuất hiện bệnh nghề nghiệp.Theo điều tra ở Liên xô cũ cho thấy 32% công nhân vận hành máy mắc bệnh đau lưng, 52% mắc chứng đau thắt lưng và từ đó dẫn đến đau xương khớp trên và dưới cột sống [16]. 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 ô tô. Vấn đề này được nghiên cứu chậm hơn máy kéo, ngay cả trong những năm trước đây khi sản xuất máy kéo hàng loạt người ta cũng không chú ý chỉ dẫn về việc giảm kích động lên người lái. Ở Việt nam qua một số nghiên cứu cho thấy đối với các máy nhập từ nước ngoài hệ thống giảm sóc 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 [ 27 ]. Đối với một số máy, khi thay đổi điều kiện làm việc thì tác động kích động lên người lái sẽ thay đổi, vì vậy cần phải khảo
12 nghiệm tính toán cải tiến hệ thống giảm sóc cho ghế ngồi người lái theo điều kiện làm việc cụ thể của máy. Một số nghiên cứu chống rung đối với người Việt nam đã được công bố trong công trình của Triệu Quốc Lộc [23]; Nguyễn Văn Khang; Đỗ Sanh [16] về dao động trong bảo hộ lao động; Đỗ Sanh, Nguyễn Văn Khang [3] về ngăn chặn rung động trên đường lan truyền đối với công nhân lái máy và công nhân của các gian chế biến lâm sản. Nhìn chung các công trình nghiên cứu về chống rung theo ba hướng; Nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu ứng dụng, nghiên cứu thực nghiệm. 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 [32]. Trong công trình [10], đã đưa ra phương pháp khảo nghiệm xác định dao động của ghế ngồi lái và chỉ tiêu an toàn đối với điều kiện làm việc của người lái máy 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 những kết quả nghiên cứu có ý nghĩa rất lớn đối với một số ngành sản xuất ở nước ta. 1.3 Tổng quan về hệ thống treo của ô tô. 1.3.1. Hệ thống treo trên ô tô tải cỡ vừa và nhỏ. Hệ thống treo trên ô tô có nhiều dạng kết cấu khác nhau. Nhưng thông thường trên các xe tải cỡ vừa và nhỏ hệ thống treo được bố trí chung như (Hình vẽ 1.1).
13 Hình 1.1: Khung và hệ thống treo trên xe ô tô forland Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng chính sau: - Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động ((êm dịu)), hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn có khác của bánh xe như lắc ngang, lắc dọc. - Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và lực bên. Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực, quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầu chính sau đây: + Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe; + Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không được
14 phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe; + Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường; + Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn; + Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ xe tốt; + Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc độ cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng; Các bộ phận chính của hệ thống treo.Bao gồm: * Bộ phận đàn hồi: Là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, làm giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người (khoảng 60 - 80 lần/phút). Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng. Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là: - Lá nhíp: Lá nhíp thường được sử dụng trên hệ thống treo phụ thuộc. Bó nhíp được làm từ các lá thép cong gọi là lá nhíp, các lá được sắp xếp lại với nhau theo thứ tự từ ngắn đến dài. Các lá nhíp liên kết với nhau bằng bu lông xuyên tâm hoặc các vấu định vị và ốp nhíp. Lá nhíp dài nhất được gọi là lá chính, lá chính chịu tải trọng lớn nhất. Ở các loại xe tải do đặc điểm tải trọng khi xe có hàng và khi không có hàng có độ chênh lệch lớn nên để đảm bảo độ êm dịu thường có thêm bộ nhíp phụ. Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác dụng lên nhíp thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính. Cơ cấu treo phụ thuộc dùng lá nhíp và các bó nhíp được thể hiện như hình vẽ 1.2.
15 Hình 1.2: Cơ cấu treo phụ thuộc dùng lá nhíp Trong hệ thống treo nó không chỉ có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động mà còn đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và ma sát giữa các lá nhíp góp phần làm tắt dao động. Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản, rẻ tiền dễ chăm sóc bảo dưỡng. Tuy vậy nhược điểm là khối lượng lớn, thùng xe ở trên cao nên chiều cao trọng tâm của xe lớn sẽ ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe chuyển động, mặt khác vết bánh xe sẽ thay đổi khi một bánh bị nâng lên làm phát sinh lực ngang và tính chất bám đường kém và dễ bị trượt ngang. - Thanh xoắn: Là thanh bằng thép lò xo. Một đầu thanh xoắn được ngàm vào khung hay một dầm nào đó của xe, đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo. Trên một số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động người ta dùng thanh xoắn thường được gây tải trước ( có ứng suất dư) do đó nó chỉ thích hợp cho một chiều làm việc. Trên các thanh xoắn ở hai phía đều phải đánh dấu để tránh lắp lẫn khi lắp ráp.
16 Sử dụng thanh xoắn có đặc điểm sau: + Chiếm ít không gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe; + Trọng lượng nhỏ, đơn giản, giá thành rẻ, dễ thay thế; + Thanh xoắn không có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn để dập tắt nhanh dao động. - Các chi tiết phụ: Trên xe các vấu cao su được đặt kết hợp trong vỏ của bộ phận đàn hồi, giảm chấn vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình làm việc của bánh xe. Ngoài ra còn có đệm cao su cũng có tác dụng giảm chấn. Các đệm cao su có cấu tạo (hình vẽ 1.3) Hình 1.3: Các đệm cao su Vấu cao su có ưu điểm là có thể được làm dưới mọi hình dạng khác nhau và không có tiếng ồn khi làm việc, không phải bôi trơn. 1.3.2. Phân loại hệ thống treo. Có nhiều cách phân loại hệ thống treo. - Phân loại theo bộ phận đàn hồi chia ra: Loại sử dụng bộ phận đàn hồi bằng kim loại (lá nhíp, lò xo xoắn); loại thuỷ khí; loại thuỷ lực; cao su... - Phân loại theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng chia ra: Cơ cấu treo phụ thuộc với cầu liền; loại độc lập với cầu cắt - Phân loại theo phương pháp dập tắt chấn động: Loại dùng giảm chấn
17 thuỷ lực; loại giảm chấn nhờ ma sát cơ. Nhưng khi phân loại người ta chủ yếu dựa vào sơ đồ bộ phận dẫn hướng và chia ra hai nhóm chính là hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc ( Hình vẽ 1.4). a. Hệ thống treo phụ thuộc b, Hệ thống treo độc lập Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống treo Hệ thống treo phụ thuộc: Trong hệ thống treo phụ thuộc (Hình 1.4a), các bánh xe được đặt trên một dầm cầu liền, bộ phận giảm chấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền đó. Do có sự dịch chuyển của một bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ gây nên chuyển vị nào đó của bánh xe phía bên kia. Hệ thống treo phụ thuộc được thể hiện hình 1.5. a. Lò xo lá b. Lò xo trụ Hình 1.5: Hệ thống treo phụ thuộc
18 Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầu cứng. Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định hình, còn trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần của hệ thống truyền lực. Trong hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là nhíp thì nó vừa là phần tử đàn hồi đồng thời làm luôn bộ phận dẫn hướng. Vì vậy trong hệ thống treo này sẽ không cần đến thanh giằng để truyền lực dọc hay lực ngang nữa. Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng khá phổ biến vì có các ưu điểm sau: + Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập; + Có khả năng tải lớn, tăng độ cứng vững cao cho xe và phù hợp với địa hình xấu được dùng cho xe tải, xe việt dã... + Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành hạ. Tuy vậy hệ thống treo phụ thuộc vẫn còn một số tồn tại: + Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động nên khi xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên va đập mạnh giữa phần không được treo và phần được treo làm giảm độ êm dịu chuyển động; + Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn hơn cho dầm cầu có thể thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm lớn; + Khi một bánh xe bị nâng lên, vết bánh thay đổi làm phát sinh lực ngang làm khả năng bám đường kém đi, dễ bị trượt ngang, xe bị nghiêng. Hệ thống treo độc lập: Đặc điểm của hệ thống treo này là: - Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà lắp trên loại cầu rời, sự dịch chuyển của hai bánh xe độc lập tương đối với nhau; - Khối lượng phần không đựoc treo nhỏ nên mô men quán tính nhỏ, do