Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu động lực học của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo bánh hơi khi xoay cần

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm tìm được qui luật biến đổi của tải trọng và hệ số tải trọng động lực học của tay thuỷ lực khi khởi động xoay cần, biểu diễn các qui luật đó dưới dạng các công thức toán học và đồ thị. Mô phỏng được toàn bộ quá trình xoay cần của tay thuỷ lực. Từ đó, đề xuất chế độ làm việc hợp lý cho tay thuỷ lực. 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 động lực học của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo bánh hơi khi xoay cần

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LƯƠNG NGỌC HOÀN NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TAY THUỶ LỰC BỐC DỠ GỖ LẮP SAU MÁY KÉO BÁNH HƠI KHI XOAY CẦN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2008
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LƯƠNG NGỌC HOÀN NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TAY THUỶ LỰC BỐC DỠ GỖ LẮP SAU MÁY KÉO BÁNH HƠI KHI XOAY CẦN Chuyên ngành: Máy và thiết bị cơ giới hoá nông - lâm nghiệp Mã số: 60 52 14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Cán bộ hướng dẫn khoa học: Hướng dẫn 1: TS. Nguyễn Văn Bỉ Hướng dẫn 2: TS. Nguyễn Văn Quân Hà Nội - 2008
i Lời cảm ơn Trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp cao học, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp hoàn thành luận văn, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất. Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Nguyễn Văn Bỉ và TS. Nguyễn Văn Quân đã trực tiếp tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình; Trân trọng cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu, TS. Hoàng Việt, ThS. Giang Ngọc Anh đã tạo điều kiện giúp đỡ, đóng góp những ý kiến bổ ích và cung cấp những tài liệu quan trọng để tôi có thể hoàn thành luận văn này; Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng cán bộ giáo viên, công nhân viên chức Trường TH Kinh tế - Kỹ thuật tỉnh Lào Cai, nơi tôi công tác, đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ; Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng cán bộ giáo viên, công nhân viên chức Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ; Xin trân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu nặng đến Bố, Mẹ cùng gia đình đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua. Xin trân trọng cảm ơn!
ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu Đặt vấn đề 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3 1.1. Tình hình ứng dụng tay thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ 3 1.2. Một số vấn đề về nghiên cứu động lực học máy trục 8 1.3. Một số phần mềm trợ giúp trong nghiên cứu động lực học máy 14 1.4. Một số công trình nghiên cứu động lực học của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ 16 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 22 2.2. Mục tiêu nghiên cứu 24 2.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 24 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ĐLH CỦA TAY THUỶ LỰC KHI KHỞI ĐỘNG XOAY CẦN 26 3.1. Xác định các thông số động lực học đặc trưng 26
iii 3.2. Xác định các mô men tác dụng 33 3.3. Lập sơ đồ tính toán động lực học 36 3.4. Thiết lập phương trình vi phân 43 3.5. Giải các phương trình vi phân 49 3.6. Xác định hệ số tải trọng động lực học 52 3.7. Mô phỏng qui luật biến đổi của biến dạng và của hệ số động lực học 53 3.8. Lựa chọn chế độ làm việc hợp lý cho tay thuỷ lực khi xoay cần 59 CHƯƠNG IV: SỬ DỤNG PHẦN MỀM ADAMS MÔ PHỎNG QÚA TRÌNH XOAY CỦA TAY THUỶ LỰC 64 4.1. Lập mô hình mô phỏng 64 4.2. Thẩm định mô hình 67 4.3. Chạy mô phỏng 68 4.4. Lấy kết quả mô phỏng 69 4.5. Kết quả mô phỏng 70 Kết luận và đề xuất 76 Tài liệu tham khảo Phụ lục
iv DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ TRANH ẢNH TT Tên hình Trang 1-1 TTL trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây 4 1-2 TTL trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn 5 1-3 TTL lắp trên máy kéo Volvo thực hiện việc bốc gỗ 6 1-4 TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura 7 Đồ thị biểu thị sự ảnh hưởng của vận tốc và khối lượng 1-5 16 nâng đến hệ số ĐLH do Alecxangdrov V.A xây dựng Sơ đồ tính toán ĐLH LHM chặt hạ khi di chuyển cây gõ do 1-6 17 sự quay bàn bằng của Alecxangdrov V.A Sơ đồ tính toán dao động của máy kéo trong LHM chặt hạ 1-7 18 của Alecxangdrov V.A 1-8 Mô hình ĐLH của TTL khi bốc dỡ gỗ của Trần Lý Tưởng 20 Đồ thị biểu thị sự ảnh hưởng của tải trọng nâng và vận tốc 1-9 nâng đến trị số của hệ số động lực học của TTL do Trần 21 Lý Tưởng xây dựng Mô hình 3D các khối lượng tham gia chuyển động khi 3-1 27 xoay cần 3-2 Mô hình lắp nghép TTL trong SolidWorks 28 3-3 Trụ xoay 31 3-4 Sơ đồ hệ thống dẫn động xoay cho TTL 33 3-5 Cấu tạo trụ 35 3-6 Sơ đồ ĐLH tổng quát 36 3-7 Sơ đồ kiểm tra khả năng ổn định ngang của đầu máy 40
v 3-8 Sơ đồ tính toán ĐLH 43 3-9 Mô hình mô phỏng biến dạng tương đối và hệ số tải trọng ĐLH 53 Đồ thị biểu diễn qui luật biến dạng tương đối của trụ xoay 3-10 56 và cụm cánh tay - cẳng tay Đồ thị biểu diễn qui luật biến đổi của hệ số tải trọng ĐLH 3-11 58 của trụ xoay và cụm cánh tay - cẳng tay Đồ thị biểu diễn qui luật biến đổi của mô men tác dụng lên 3-12 59 trụ xoay và cụm cánh tay - cẳng tay Mô phỏng biến đổi của hệ số tải trọng ĐLH ở các mức gia 3-13 62 tốc khác nhau khi TTL mang tải tối đa Mô phỏng biến đổi của hệ số tải trọng ĐLH ở các mức gia 3-14 63 tốc khác nhau khi TTL không mang tải 4-1 Mô hình TTL sau khi nhập vào Adams 66 4-2 Mô hình TTL trong Adams sau tiến hành đầy đủ các khai báo 68 4-3 Cửa sổ thẩm định mô hình (Information) 69 4-4 Các lựa chọn mô phỏng 70 Đồ thị biểu diễn dịch chuyển góc của cánh tay, cẳng tay 4-5 và trụ theo thời gian khi quá trình xoay của TTL được tiến 72 hành độc lập với quá trình nâng - hạ cần Đồ thị biểu diễn qui luật biến đổi của các thành phần lực 4-6 của khớp nối trụ xoay và cánh tay khi quá trình xoay của 72 TTL được tiến hành độc lập với quá trình nâng - hạ cần Đồ thị biểu diễn qui luật biến đổi của các thành phần lực của 4-7 khớp nối trụ cánh tay và cẳng tay khi quá trình xoay của 73 TTL được tiến hành độc lập với quá trình nâng - hạ cần
vi Đồ thị biểu diễn qui luật biến đổi của các thành phần lực của 4-8 khớp nối trụ cẳng tay và cụm ngoạm khi quá trình xoay của 73 TTL được tiến hành độc lập với quá trình nâng - hạ cần Đồ thị biểu diễn dịch chuyển góc của cánh tay, cẳng tay 4-9 và trụ theo thời gian xoay khi quá trình xoay của TTL 74 được tiến hành đồng thời với quá trình nâng - hạ cần Đồ thị biểu diễn qui luật biến đổi của các thành phần lực 4-10 của khớp nối trụ xoay và cánh tay khi quá trình xoay của 74 TTL được tiến hành đồng thời với quá trình nâng - hạ cần Đồ thị biểu diễn qui luật biến đổi của các thành phần lực của 4-11 khớp nối trụ cánh tay và cẳng tay khi quá trình xoay của 75 TTL được tiến hành đồng thời với quá trình nâng - hạ cần Đồ thị biểu diễn qui luật biến đổi của các thành phần lực của 4-12 khớp nối trụ cẳng tay và cụm ngoạm khi quá trình xoay của 75 TTL được tiến hành đồng thời với quá trình nâng - hạ cần
vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TTL - tay thuỷ lực; LHM - liên hợp máy; ĐLH - động lực học; MMQT - mô men quán tính; TĐTT - toạ độ trọng tâm; c12 - độ cứng qui đổi của trụ xoay, N/m; c 12' - độ cứng qui đổi của phần trụ tròn, N/m; c 12'' - độ cứng qui đổi của phần trụ thanh, N/m; ' c 12i - độ cứng của đoạn trục thứ i, N/m; '' c 121T - độ cứng một thanh trụ, N/m; G - mô đun trượt của vật liệu, N/m2; I12i - MMQT độc cực của tiết diện tròn đoạn trục thứ i, m4; l12i - chiều dài đoạn trục thứ i, m. I127 - MMQT trung bình của tiết diện ngang của 1 thanh, m4; l127 - chiều dài thanh trụ, m; c23 - độ cứng qui đổi của TTL, N/m; ' c23 - độ cứng qui đổi của cánh tay, N/m; '' c23 - độ cứng qui đổi của cẳng tay, N/m. E23 - mô đun đàn hồi khi uốn của cánh tay, N/m2; I23 - MMQT trung bình của mặt cắt ngang của cánh tay, m4; l23 - chiều dài chịu lực của cánh tay, m; Mdc - mômen quay của động cơ thuỷ lực, Nm;  , i - hiệu suất và tỉ số truyền của hệ thống dẫn động; N dc , ndc - công suất và số vòng quay của động cơ thuỷ lực;
viii Fms12 - lực ma sát tại mặt tiếp xúc của đĩa phần trụ xoay (1) và đĩa phần trụ cố định (2), N; Fms3 - lực ma sát tại các ổ trục trên (3), N; Fms4 - lực ma sát tại các ổ trục dưới (4), N; rd 12 , ro 3 , ro 4 - khoảng cách từ tâm trụ đến các lực ma sát tương ứng, m; f - hệ số ma sát giữa thép và thép; N d 12 , N o 3 , N o 4 - áp lực giữa phần chuyển động và phần không chuyển động của trụ, N; r12 , r3 , r4 - bán kính của đĩa trụ, đoạn trục tại ổ 3 và đoạn trục tại ổ 4, m; c1, k1 - độ cứng qui đổi và hệ số giảm chấn của lốp trước máy kéo; c2, k2 - độ cứng qui đổi và hệ số giảm chấn của lốp sau máy kéo; c3, k3 - độ cứng qui đổi và hệ số giảm chấn của xi-lanh cánh tay; c4, k4 - độ cứng qui đổi và hệ số giảm chấn của xi-lanh cẳng tay; c5, k5 - độ cứng qui đổi và hệ số giảm chấn của xi-lanh ngoạm; Mkd - mô men kích động xoay cần, Nm; Mms - mô men ma sát, Nm; Mlt - mô men ma sát phát sinh do sự lệch của tải, Nm; Mqt - mô-men của lực quán tính của TTL, Nm; l3 - khoảng cách từ chân chống đến trọng tâm của toàn bộ TTL cùng tải, m; Fqt - lực quán tính của toàn bộ TTL cùng tải, N; a - gia tốc dài của trọng tâm toàn bộ TTL cùng tải, m/s2; m1 - khối lượng toàn bộ TTL cùng tải, kg; ε - gia tốc góc của TTL khi xoay cần, rad/s; l2 - khoảng cách từ tâm trụ đến trong tâm toàn bộ TTL cùng tải, m; l1 - khoảng cách từ tâm trụ đến chân chống, m; F1, F2, F3, F4 - lực ma sát giữa các lốp của máy kéo với đất, N; lS - chiều dài bán trục sau, m;
ix lT - chiều dài bán trục trước, m; l4, l5, l6, l7, lc - như hình 3-2, m; fb - hệ số bám của lốp xe; f’ - hệ số ma sát giữa thép và đất; N1, N2, N3, N4 - áp lực của LHM tác dụng lên đất tại các lốp, N; Mgiu - mô-men của lực ma sát giữa các lốp xe với đất, Nm; φ1, φ2, φ3 - các toạ độ suy rộng của hệ; T - hàm động năng của hệ;  - hàm thế năng của hệ; Ф - hàm năng lượng hao tán; Qi - các ngoại lực tác dụng ; kdtr - hệ số tải trọng động lực học của trụ xoay ; kdttl - hệ số tải trọng động lực học của cụm cánh tay và cẳng tay.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Khai thác lâm sản là lĩnh vực quan trọng của ngành sản xuất lâm nghiệp. Trong đó, bốc dỡ gỗ là một khâu công việc nặng nhọc và rất nguy hiểm. Để cải thiện điều kiện làm việc và đảm bảo an toàn cho người lao động; đồng thời để tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm thì khâu công việc này cần được cơ giới hoá. Đã có nhiều công trình khoa học tầm cỡ quốc gia được thực hiện vì mục đích nêu trên, trong đó có đề tài cấp Nhà nước mã số KC - 07-26-05. Một trong những nội dung của đề tài này là tính toán thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị bốc dỡ, vận xuất gỗ cự ly ngắn. Thiết bị này là một liên hợp máy gồm máy kéo nông nghiệp Shibaura được trang bị rơ-moóc và tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ. Tay thuỷ lực có thể tự bốc dỡ gỗ cho rơ-moóc hoặc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác. Qua khảo nghiệm cho thấy tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ làm việc đạt yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên, một số nội dung tính toán động lực học của nó chưa được thực hiện. Động lực học là một nội dung quan trọng của nhiều ngành khoa học kỹ thuật, trong đó có ngành chế tạo máy. Những bài toán động lực máy thường rất phức tạp, đôi khi việc giải chúng trở lên rất khó khăn, đòi hỏi phải đầu tư nhiều thời gian và công sức. Do đó, trong tính toán thiết kế một sản phẩm mới người ta thường giải quyết bài toán tĩnh học và kể đến sự có mặt của các lực động thông qua hệ số động lực học. Hệ số động lực học trong thiết kế được chọn theo các tài liệu đã có nên tính sát thực không cao, đây là nguyên nhân dẫn đến các chi tiết của sản phẩm sau lần chế tạo đầu tiên có thể thừa bền dẫn đến lãng phí vật liệu hoặc thiếu bền dẫn đến không đảm bảo an toàn. Vì vậy, với những sản phẩm là các loại máy mới thì sau lần chế tạo đầu, trước khi đi đến sản xuất hàng loạt người ta thường thực hiện giai đoạn chính xác hoá thiết
2 kế và định ra chế độ sử dụng máy hợp lý. Trong giai đoạn này thì việc giải bài toán động lực học là một nội dung không thể thiếu. Tay thuỷ lực được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề: giao thông, xây dựng, lâm nghiệp… Quá trình làm việc của nó được thực hiện theo các chu kỳ. Mỗi chu kỳ làm việc gồm giai đoạn chuyển động ổn định và những giai đoạn chuyển động không ổn định (khởi động, hãm phanh, nhấc tải, nhả tải… - người ta thường gọi là những giai đoạn quá độ). Trong giai đoạn quá độ, sự thay đổi đột ngột của gia tốc và tải trọng làm nảy sinh tải trọng động. Đó chính là nguyên nhân làm giảm tính ổn định và gây ra hư hỏng cho thiết bị. Vì vậy, trong nghiên cứu động lực học người ta thường quan tâm đến những giai đoạn quá độ của máy. Ở các nước phát triển trên thế giới, việc nghiên cứu động lực học tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ đã sớm được quan tâm và họ đã tạo ra được nhiều loại tay thuỷ lực làm việc tin cậy với năng suất cao. Ở Việt Nam, đây là lĩnh vực mới nên cần có nhiều công trình khoa học nghiên cứu, đặc biệt cần quan tâm đến vấn đề động lực học ở các giai đoạn qúa độ. Xuất phát từ những cơ sở thực tiễn và lý thuyết trên, tôi thực hiện luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu động lực học của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo bánh hơi khi xoay cần”. Trong đó, đề tài nghiên cứu sâu về các giai đoán qúa độ.
3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình ứng dụng tay thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ Trên thế giới, rừng tự nhiên còn rất ít nhưng lại có ý nghĩa to lớn về mặt môi trường, bảo tồn... nên người ta hạn chế khai thác gõ rừng tự nhiên. Vì vậy, đối tượng của khai thác gỗ hiện nay chủ yếu là gỗ rừng trồng. Trong khai thác gỗ rừng trồng người ta thường áp dụng các loại hình công nghệ sau:[11] Công nghệ khai thác gỗ nguyên cây (full-tree method): cây gỗ sau khi hạ được giữ nguyên cành lá rồi được vận xuất ra bãi gỗ. Tại bãi gỗ người ta mới tiến hành cắt cành, cắt khúc theo qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ Công nhệ khai thác gỗ dài (tree-length method): cây gỗ sau khi hạ được cắt cành, ngọn tại nơi chặt hạ rồi được vận xuất ra bãi gỗ. Tại bãi gỗ chúng được cắt khúc theo qui cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ. Công nghệ khai thác gỗ ngắn (shortwood method): toàn bộ các thao tác hạ cây cắt cành, ngọn và cắt khúc theo qui cách sản phẩm đều được thực hiện tại nơi chặt hạ. Sau đó, các khúc gỗ được vận xuất đến bãi gỗ rồi bốc lên phương tiện vận chuyển về nơi tiêu thụ. Căn cứ vào điều kiện tự nhiên, điều kiện trang bị phương tiện, nhân công và yêu cầu về bảo vệ môi trường mà lựa chọn loại hình công nghệ khai thác phù hợp với tình hình thực tiễn. 1.1.1. Tình hình ứng dụng tay thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở một số nước trên thế giới Ở các nước phát triển trên thế giới, tay thuỷ lực (TTL) được ứng dụng rộng rãi trong các liên hợp máy (LHM) khai thác. Đặc biệt đối với
4 các nước phát triển như Phần Lan, Thuỵ Điển, Nga… và các nước có tài nguyên rừng phong phú như Brazil, Tanzania, Ethiopia…, người ta đã thiết kế và chế tạo được nhiều loại TTL sử dụng trong khai thác gỗ làm việc tin cậy với năng suất cao và có thể vận dụng cho cả ba loại hình công nghệ khai thác gỗ nêu trên. TTL có thể thực hiện được một hoặc một số công khâu công việc trong công nghệ khai thác gỗ. Tương ứng với mỗi loại hình công nghệ người ta có thể tạo ra các TTL có cấu tạo và chức năng phù hợp. Ngoài ra, người ta còn tạo ra các loại TTL có thể tham gia thực hiện một công việc cụ thể của tất cả các loại hình công nghệ. Trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây, cây gỗ có thể được hạ bằng cách cắt gốc hoặc hạ cả gốc. Thông thường người ta dùng cưa xăng hạ cây bằng cách cắt gốc và sử dụng LHM vận xuất gồm TTL có trang bị ngoạm cỡ lớn lắp trên máy kéo để vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ ra ngoài bãi gỗ (hình 1-1). Hình 1-1: TTL trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây Trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn, TTL được ứng dụng trong LHM chặt hạ - cắt khúc và LHM bốc dỡ - vận xuất. LHM chặt hạ - cắt khúc cấu tạo gồm TTL có trang bị ngoạm lắp trên máy kéo, ngoạm được trang bị bộ phận cắt để thực hiện việc hạ cây, cắt khúc và cắt cành, ngọn (hình 1-2a,b). LHM bốc dỡ - vận xuất có cấu tạo gồm các bộ phận tương tự như
5 TTL ở LHM chặt hạ - cắt khúc nhưng được trang bị rơ-moóc và ngoạm không được trang bị bộ phận cắt (hình 1-2c). Ngoài ra, TTL của cả hai loại LHM trên còn có thể thực hiện việc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác. (a) (b) (c) Hình 1-2: TTL trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn a. TTL trong LHM chặt hạ - cắt khúc thực hiện việc cắt cành ngọn b. TTL trong LHM chặt hạ - cắt khúc thực hiện việc cắt khúc c. TTL trong LHM bốc dỡ - vận xuất thực hiện việc bốc gỗ Trong các loại TTL thì TTL trong LHM bốc dỡ - vận xuất được sử dụng rộng rãi hơn cả vì có tính cơ động cao. Khi trang bị cho LHM này một rơ-moóc thì TTL dùng để tự bốc dỡ và vận xuất gỗ; khi không trang bị rơ-moóc thì TTL được dùng để bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác. Vì vậy, LHM có trang bị TTL loại này có thể sử dụng cho cả ba loại hình công nghệ khai thác gỗ. 1.1.2. Tình hình ứng dụng tay thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở Việt Nam Ở Việt Nam, loại hình công nghệ khai thác gỗ phổ biến là khai thác gỗ ngắn. Gỗ được chặt hạ bằng phương pháp thủ công hoặc cưa xăng và được vận xuất ra ven đường hoặc bãi gỗ bằng phương pháp thủ công (vác vai, lao xeo) hoặc trâu kéo. Cho đến nay, việc bốc gỗ từ bãi gỗ lên phương tiện vận
6 chuyển, dù là một công việc có tính chất nặng nhọc và nguy hiểm nhưng vẫn chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp thủ công. Từ trước những năm 1990, tại một số tỉnh miền núi phía Bắc (Yên Bái, Tuyên Quang, Hà Giang, Phú Thọ, Vĩnh Phúc…), là vùng chuyên canh nguyên liệu giấy cho Nhà máy giấy Bãi Bằng, đã được Chính phủ Thuỵ Điển tài trợ hàng loạt LHM bốc dỡ - vận xuất gỗ. LHM này gồm máy kéo Volvo có trang bị TTL bốc dỡ gỗ và rơ-moóc (thường được gọi tắt là Volvo). Ở điều kiện làm việc cho phép thì Volvo là phương tiện đắc lực cho công tác bốc dỡ và vận xuất, nó làm việc tin cậy, cho năng suất cao và điều kiện làm việc của người lao động được đảm bảo. Kể từ khi không được Chính phủ Thuỵ Điển tài trợ, theo thời gian, số lượng Volvo giảm dần vì hỏng hóc mà phụ tùng thay thế lại rất khan hiếm. Đến nay, chỉ còn một số ít Volvo vẫn hoạt động được. Trên hình 1-3 là TTL lắp trên máy kéo Volvo đang thực hiện việc bốc gỗ từ rơ-moóc lên phương tiện vận chuyển tại Lâm trường Hàm Yên, Tuyên Quang. Hình 1-3: TTL lắp trên máy kéo Volvo thực hiện việc bốc gỗ Volvo và một số LHM sử dụng trong khai thác gỗ hiện có trên thế giới là những thiết bị có khả năng cơ giới hoá cao, dùng để sản xuất với qui mô lớn nên
7 giá thành của thiết bị rất cao, đòi hỏi vốn đầu tư lớn, điều này không phù hợp với qui mô và khả năng tài chính của các doanh nghiệp trong nước. Với mong muốn tạo ra một thiết bị cơ giới hoá khâu bốc dỡ gỗ thay thế Volvo mà lại phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam, một trong những nội dung của đề tài cấp Nhà nước KC 07-26-05 là tính toán thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị bốc dỡ - vận xuất gỗ rừng trồng cự ly ngắn. Trong đó, thiết bị bốc dỡ gỗ là TTL lắp sau máy kéo Shibaura (hình 1-4). 4 7 3 5 8 6 2 1 10 9 Hình 1-4: TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura [5] 1 - Trụ xoay; 2 - Xi-lanh nâng hạ cánh tay; 3 - Bộ phận điều khiển; 4 - Xi-lanh co duỗi cẳng tay; 5 - Cánh tay; 6 - Cẳng tay; 7 - Cụm ngoạm; 8 - Gỗ; 9 - Chân chống; 10 - Máy kéo Shibaura Qua khảo nghiệm cho thấy TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura làm việc đạt yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên, năng suất và tính cơ động của thiết bị chưa thực sự cao. Nếu khắc phục được tồn tại này thì đây sẽ là một thiết bị cơ giới hoá bốc dỡ gỗ phù hợp với hoạt động qui mô vừa và nhỏ của các doanh
8 nghiệp, các hộ gia đình; góp phần nâng cao năng suất lao động và cải thiện điều kiện làm việc nặng nhọc cho người lao động. Qua tìm hiểu tình hình ứng dụng TTL trong công nghệ khai thác gỗ cho thấy: TTL được sử dụng trong tất cả các loại hình công nghệ khai thác gỗ. Ở các nước trên thế giới, người ta đã tính toán thiết kế và chế tạo được nhiều loại TTL làm việc tin cậy với năng suất cao. Ở nước ta, cho đến nay, TTL duy nhất sử dụng hiệu quả trong bốc dỡ gỗ là một thiết bị nhập ngoại (TTL lắp trên máy kéo Volvo) nhưng hiện nay thiết bị này còn rất ít và nó cũng không thực sự phù hợp với thực tiễn Việt Nam. Gần đây, các nhà khoa học của chúng ta đã thiết kế và chế tạo thành công TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura. Tuy nhiên, để tiến tới sản xuất hàng loạt và vận dụng rộng rãi thiết bị này vào thực tiễn sản xuất ta cần thực hiện công tác hoàn thiện thiết kế và đề ra một chế độ làm việc hợp lý thông qua việc giải quyết một số bài toán về ĐLH. 1.2. Một số vấn đề về nghiên cứu động lực học máy trục 1.2.1. Nhiệm vụ, mục đích và nội dung của nghiên cứu động lực học máy Về bản chất, lý thuyết ĐLH là một phần của cơ học lý thuyết nhằm nghiên cứu các qui luật chuyển động cơ học của hệ dưới tác dụng của lực. Trong cơ học, tĩnh học chỉ nghiên cứu qui luật cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của các lực, còn động học nghiên cứu chuyển động về mặt hình học. ĐLH nghiên cứu chuyển động của vật thể một cách toàn diện nhằm thiết lập mối quan hệ có tính chất qui luật giữa hai loại đại lượng: các đại lượng đặc trưng cho tác dụng của lực và các đại lượng đặc trưng cho chuyển động của vật thể [13]. Như vậy, “nhiệm vụ của ĐLH máy là vận dụng các kiến thức về động lực để nghiên cứu các vấn đề riêng biệt của
9 ngành chế tạo máy, nhờ đó nghiên cứu mối quan hệ giữa chuyển động và lực tác động cũng như ứng suất" [7]. Sự phát triển của ngành chế tạo máy yêu cầu không ngừng nâng cao chất lượng của máy, trong đó vấn đề quan trọng là nâng cao tốc độ và giảm trọng lượng máy. Điều này làm xuất hiện nhiều bài toán mới và phức tạp về mặt ĐLH. Nếu trước đây việc tính toán và thiết kế máy chú trọng nhiều về bài toán tổng hợp động học thì ngày nay do yêu cầu nêu trên, đặc biệt yêu cầu về sản xuất linh hoạt thì vấn đề động lực học máy càng được chú trọng.[13] Máy trục là một trong những phương tiện chủ yếu dùng để cơ giới hoá công tác xếp dỡ, vận chuyển hàng hoá nhằm tăng năng suất, hạ giá thành sản phẩm và đảm bảo điều kiện làm việc của người lao động, chúng được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân. Máy trục là loại máy làm việc theo chu kỳ, mỗi chu kỳ làm việc gồm ba giai đoạn: khởi động, chuyển động với vận tốc ổn định và dừng máy. Trong đó giai đoạn khởi động và dừng máy được gọi là những giai đoạn chuyển động quá độ, các tải trọng động chủ yếu trong máy trục đều phát sinh trong thời kỳ này. Để tăng năng suất đòi hỏi phải nâng cao tốc độ và gia tốc chuyển động của các thiết bị công tác dẫn đến tăng tác dụng của tải trọng động nên lên các cơ cấu và kết cấu máy. Vì vậy, với mục đích nâng cao độ an toàn và tin cậy khi làm việc cần phải nghiên cứu các hiện tượng ĐLH sinh ra trong quá trình khai thác máy trục. Theo quan điểm của ĐLH, cấu tạo của một máy bất kỳ đều gồm một số bộ phận có khối lượng nhất định được tính như khối lượng tập trung và các bộ phận đàn hồi. Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, các bộ phận đàn hồi bị biến dạng, còn khối lượng tập trung, ngoài chuyên động chính còn thực hiện các chuyển động nhỏ, tức là dịch chuyển với vận tốc tức thời khác nhau. Vì vậy,