Luận văn thạc sĩ hay nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp shibaura khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp

Nghiên cứu dao động ghế ngồi người lái trên máy kéo Shibaura trong điều kiện lâm nghiệp, mang lại hiệu quả và an toàn cho người sử dụng.

• Tác giả: Bùi Trung Nguyên
• Trường học: Trường Đại Học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật
• 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
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Hình thức và thiết bị vận xuất gỗ
• 1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy kéo vận xuất gỗ trên thế giới
• 1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy kéo vận xuất gỗ ở nước ta
• 1.4. Tình hình nghiên cứu về dao động của máy kéo và ghế ngồi lái
• 1.5. Tình hình nghiên cứu về chống rung cho người điều khiển máy

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu dao động ghế ngồi máy kéo Shibaura

Nghiên cứu dao động ghế ngồi trên máy kéo nông nghiệp Shibaura trong lâm nghiệp là một chủ đề quan trọng. Đặc biệt, trong bối cảnh Việt Nam, nơi có nhiều rừng và đất rừng, việc sử dụng máy kéo nông nghiệp để khai thác lâm sản ngày càng trở nên phổ biến. Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất làm việc mà còn đảm bảo an toàn cho người lái. Việc hiểu rõ về dao động ghế ngồi sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và cải tiến công nghệ máy kéo.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu dao động ghế ngồi

Nghiên cứu dao động ghế ngồi giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sức khỏe người lái. Đặc biệt, việc giảm thiểu dao động có thể nâng cao hiệu suất làm việc và giảm thiểu mệt mỏi cho người điều khiển.

1.2. Đặc điểm của máy kéo Shibaura trong lâm nghiệp

Máy kéo Shibaura được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong điều kiện lâm nghiệp. Đặc điểm nổi bật của máy kéo này là khả năng chịu tải tốt và tính ổn định cao, giúp giảm thiểu dao động trong quá trình vận hành.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu dao động ghế ngồi

Việc nghiên cứu dao động ghế ngồi trên máy kéo Shibaura gặp phải nhiều thách thức. Đặc biệt, điều kiện làm việc trong lâm nghiệp thường không thuận lợi, với địa hình gồ ghề và độ mấp mô lớn. Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến độ êm dịu và an toàn cho người lái. Do đó, việc cải tiến thiết kế ghế ngồi là cần thiết để đảm bảo sức khỏe và hiệu suất làm việc.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến dao động ghế ngồi

Các yếu tố như độ mấp mô của mặt đường, tốc độ di chuyển và tải trọng của máy kéo đều ảnh hưởng đến dao động ghế ngồi. Nghiên cứu cần xác định rõ các yếu tố này để đưa ra giải pháp cải tiến hiệu quả.

2.2. Tác động của dao động đến sức khỏe người lái

Dao động mạnh có thể gây ra các vấn đề sức khỏe cho người lái, như mệt mỏi, đau lưng và các bệnh lý khác. Việc nghiên cứu và cải tiến ghế ngồi là cần thiết để giảm thiểu những tác động tiêu cực này.

III. Phương pháp nghiên cứu dao động ghế ngồi trên máy kéo

Phương pháp nghiên cứu dao động ghế ngồi trên máy kéo Shibaura bao gồm việc sử dụng mô hình toán học và thực nghiệm. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc áp dụng mô hình nhiều khối lượng giúp xác định chính xác các đặc trưng dao động. Ngoài ra, việc khảo nghiệm thực tế trên các địa hình khác nhau cũng rất quan trọng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp cải tiến.

3.1. Mô hình toán học trong nghiên cứu dao động

Mô hình toán học giúp phân tích động lực học của hệ thống máy kéo và ghế ngồi. Việc sử dụng mô hình này cho phép xác định các chỉ tiêu dao động và đưa ra các giải pháp cải tiến thiết kế.

3.2. Khảo nghiệm thực tế trên địa hình lâm nghiệp

Khảo nghiệm thực tế là bước quan trọng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp cải tiến. Việc thử nghiệm trên các địa hình khác nhau giúp xác định khả năng hoạt động của máy kéo trong điều kiện thực tế.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu dao động ghế ngồi trên máy kéo Shibaura đã chỉ ra rằng việc cải tiến thiết kế ghế ngồi có thể giảm thiểu đáng kể dao động. Các giải pháp như hệ thống giảm sóc và thiết kế ghế ngồi cân bằng đã được áp dụng thành công. Những cải tiến này không chỉ nâng cao hiệu suất làm việc mà còn đảm bảo an toàn cho người lái trong quá trình vận hành.

4.1. Các giải pháp cải tiến thiết kế ghế ngồi

Các giải pháp như sử dụng vật liệu hấp thụ rung và thiết kế hệ thống giảm sóc đã được áp dụng để cải thiện độ êm dịu của ghế ngồi. Những cải tiến này giúp giảm thiểu tác động của dao động lên người lái.

4.2. Đánh giá hiệu quả ứng dụng trong thực tế

Kết quả khảo nghiệm cho thấy các giải pháp cải tiến đã nâng cao đáng kể hiệu suất làm việc của máy kéo. Người lái cảm thấy thoải mái hơn và giảm thiểu mệt mỏi trong quá trình làm việc.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu dao động ghế ngồi

Nghiên cứu dao động ghế ngồi trên máy kéo Shibaura là một lĩnh vực quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất làm việc và đảm bảo an toàn cho người lái. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tiếp tục tập trung vào việc cải tiến công nghệ và thiết kế ghế ngồi, nhằm đáp ứng tốt hơn nhu cầu thực tiễn trong lâm nghiệp.

5.1. Hướng phát triển nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu sẽ tiếp tục tìm kiếm các giải pháp công nghệ mới để cải tiến ghế ngồi và giảm thiểu dao động. Việc áp dụng công nghệ hiện đại sẽ giúp nâng cao hiệu quả và an toàn cho người lái.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong ngành lâm nghiệp

Nghiên cứu dao động ghế ngồi không chỉ có ý nghĩa trong việc nâng cao hiệu suất làm việc mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe người lao động. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh phát triển bền vững ngành lâm nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu hơn hai phần ba diện tích tự nhiên là đồi núi và đất lâm nghiệp. Sau chủ trương đóng cửa khai thác rừng tự nhiên nhằm bảo vệ hệ sinh thái, việc phát triển kinh tế rừng trồng quy mô hộ gia đình và nông lâm trường vừa và nhỏ trở thành hướng đi chiến lược. Tuy nhiên, đặc thù rừng trồng nước ta có sản lượng khai thác phân tán, đường vận xuất lâm nghiệp chật hẹp, địa hình gồ ghề với chiều cao mấp mô trung bình đạt 0,08 m và bước sóng trung bình 1,0 m. Trong bối cảnh đó, việc đầu tư các dòng máy kéo bánh xích hay máy kéo bánh hơi chuyên dụng cỡ lớn có chi phí đầu tư cao, mang lại hiệu quả kinh tế thấp.

Giải pháp tận dụng máy kéo nông nghiệp bánh hơi cỡ nhỏ như Shibaura 3000A công suất 28,4 CV (tương đương 20,9 kW) kết hợp rơmoóc một trục có tải trọng kéo từ 2.000 kg đến 3.000 kg (tổng khối lượng toàn bộ liên hợp lên đến 4.200 kg) trong thời gian nông nhàn là một hướng tiếp cận giàu tính thực tiễn. Dù vậy, khi vận hành với dải tốc độ làm việc trung bình 10 km/h (2,77 m/s) trên đường lâm nghiệp phức tạp, khung máy kéo phải chịu kích động cưỡng bức rất lớn từ mặt đường, dẫn đến tần số góc kích động đạt xấp xỉ 17,45 rad/s.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xác định toàn diện các đặc trưng dao động truyền lên vị trí ghế ngồi người điều khiển, đánh giá định lượng mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 5126-90, và xác lập cơ sở khoa học để tính toán, tối ưu hóa các thông số kết cấu của hệ thống giảm xóc gồm lò xo đàn hồi và giảm chấn thủy lực. Kết quả nghiên cứu là luận cứ kỹ thuật quan trọng nhằm cải thiện môi trường lao động, giảm thiểu 70% đến 80% biên độ rung chấn có hại, đảm bảo an toàn sinh học cho người vận hành máy kéo lâm nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng cơ học giải tích hiện đại và lý thuyết dao động phi tuyến của hệ nhiều vật. Phương pháp thiết lập phương trình vi phân chuyển động sử dụng phương trình Lagrange loại hai:

$$\frac{d}{dt}\left(\frac{\partial T}{\partial \dot{q}_j}\right) - \frac{\partial T}{\partial q_j} + \frac{\partial \Pi}{\partial q_j} + \frac{\partial \Phi}{\partial \dot{q}_j} = Q_j$$

Trong đó $T$ là tổng động năng của liên hợp máy và tải trọng gỗ, $\Pi$ là thế năng biến dạng đàn hồi của lốp xe và hệ thống liên kết, $\Phi$ là hàm hao tán năng lượng Rayleigh đại diện cho lực cản giảm chấn, $q_j$ là các tọa độ suy rộng mô tả chuyển vị thẳng đứng và các góc lắc.

Hệ thống lý thuyết bổ trợ bao gồm lý thuyết cách ly rung động động lực học và mô hình hóa tác động sinh học của dao động cơ học lên cơ thể người theo tiêu chuẩn vệ sinh lao động. Các khái niệm trung tâm bao gồm:

• Kích động động học mặt đường: Biên độ mấp mô dạng sóng điều hòa hình sin với chu kỳ và pha kích thích biến thiên theo vận tốc di chuyển.
• Dao động không gian sáu bậc tự do: Bao gồm chuyển vị thẳng đứng của thân máy kéo, chuyển vị lắc dọc quanh trục ngang và chuyển vị lắc ngang quanh trục dọc.
• Hệ số truyền lực rung động: Tỷ số giữa biên độ dao động tại ghế ngồi và biên độ kích động tại điểm liên kết cầu sau khung máy.
• Tiêu chuẩn vệ sinh an toàn lao động TCVN 5126-90: Quy định ngưỡng giới hạn rung động loại một tác động toàn thân trong dải tần số nguy hiểm từ 0,7 Hz đến 90 Hz.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp giải tích giải thuật số, mô phỏng đa vật thể trên máy tính và đối chuẩn thực nghiệm. Nguồn dữ liệu đầu vào kế thừa từ các kết quả đo đạc thực nghiệm của Chương trình khoa học công nghệ cấp Nhà nước KC-07-26 và các nghiên cứu chuyên sâu về động lực học máy kéo Shibaura 3000A trang bị lốp trước kích thước 750x220 mm và lốp sau 1227x325 mm.

Quy trình nghiên cứu được triển khai đồng bộ qua các giai đoạn:

• Thu thập và chuẩn hóa thông số động lực học: Khối lượng bản thân máy kéo đạt 14.770 N (phân bổ 6.500 N lên cầu trước và 8.270 N lên cầu sau), chiều dài cơ sở 1.815 mm, khoảng cách vết bánh 1.200 mm, khối lượng người lái và cụm ghế quy chuẩn trung bình của người Việt Nam là 80 kg.
• Phương pháp phân tích giải tích: Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động liên hợp máy gồm máy kéo và rơmoóc chở gỗ. Hệ phương trình được giải trực tiếp bằng công cụ toán học Maple 10, sau đó trích xuất dữ liệu nghiệm đại số sang phần mềm TCWin kết hợp phân hệ TableCurve để xác định hàm tương quan hồi quy phi tuyến chính xác.
• Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số: Thiết lập mô hình không gian cơ hệ người - ghế - giảm chấn - khung máy kéo trên phần mềm chuyên dụng ADAMS. Việc sử dụng phần mềm ADAMS cho phép mô phỏng trực quan động học phi tuyến, phân tích phổ vận tốc rung và gia tốc rung theo thời gian thực với độ chính xác cao.
• Đánh giá chỉ tiêu an toàn: Đối chiếu các giá trị biên độ vận tốc và gia tốc cực đại với bảng ngưỡng cho phép trong TCVN 5126-90 ứng với thời gian tác động tích lũy trong một ca làm việc là 120 phút.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình giải tích toán học kết hợp mô phỏng đa vật thể đã mang lại bốn phát hiện then chốt về đặc tính động lực học của hệ thống:

Thứ nhất, dao động lắc ngang của khung máy kéo quanh trục dọc có biên độ cực kỳ nhỏ, giá trị trung bình chỉ dao động trong khoảng $10^{-4}$ rad. Do ghế ngồi của máy kéo Shibaura 3000A được bố trí đối xứng trên trục dọc ngay phía trên cầu sau, ảnh hưởng của thành phần lắc ngang lên sự dịch chuyển của ghế lái hoàn toàn không đáng kể. Vì vậy, mô hình tính toán có thể loại bỏ thành phần lắc ngang, chỉ tập trung giải quyết thành phần dao động thẳng đứng và lắc dọc.

Thứ hai, tần số dao động kích động cưỡng bức từ mặt đường truyền lên sàn máy kéo và ghế ngồi có giá trị biến thiên rất hẹp quanh ngưỡng $f = 2,7547 \text{ Hz}$ (chế độ tải 3 tấn), $f = 2,7770 \text{ Hz}$ (chế độ tải 2 tấn) và $f = 2,7855 \text{ Hz}$ (chế độ không tải). Dải tần số này trùng hoàn toàn vào dải tần số kích thích từ 2,0 Hz đến 4,0 Hz, đặc biệt nguy hại vì gần sát dải tần số dao động riêng của các cơ quan nội tạng cơ thể người (vùng 4,0 Hz đến 6,0 Hz).

Thứ ba, các chỉ tiêu dao động thực tế khi chưa lắp hệ thống giảm chấn cho ghế vượt ngưỡng an toàn cho phép ở mức báo động:

• Biên độ vận tốc rung thẳng đứng thực tế đạt từ 0,438 m/s (không tải) đến 0,909 m/s (tải 2 tấn) và 0,707 m/s (tải 3 tấn). Trong khi đó, TCVN 5126-90 quy định mức cho phép tối đa chỉ từ 0,05 m/s đến 0,14 m/s (vượt mức cho phép từ 5,0 đến 6,5 lần).
• Biên độ gia tốc rung thẳng đứng thực tế đạt từ 7,670 $\text{m/s}^2$ (không tải) đến 15,859 $\text{m/s}^2$ (tải 2 tấn) và 12,237 $\text{m/s}^2$ (tải 3 tấn). Mức gia tốc này vượt ngưỡng cho phép của tiêu chuẩn an toàn ($1,14 \text{ m/s}^2$ đến $1,58 \text{ m/s}^2$) từ 5,2 đến 10,0 lần.

Thứ tư, nghiên cứu đã giải hệ bất phương trình giới hạn biên độ trên phần mềm Maple 10 và tìm ra miền thông số tối ưu cho bộ giảm xóc ghế ngồi. Với khối lượng người và ghế $m = 80\text{ kg}$, hệ số cản quy đổi của giảm chấn chọn $\delta = 1\text{ s}^{-1}$, tần số riêng bình phương của hệ thống treo ghế đạt $\omega_0^2 = 42,2\text{ s}^{-2}$ ở chế độ không tải và $\omega_0^2 = 13,56\text{ s}^{-2}$ ở chế độ chở tải 3 tấn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi khiến dao động tại ghế ngồi vượt quá quy chuẩn an toàn lao động bắt nguồn từ kết cấu nguyên bản của máy kéo nông nghiệp. Khung máy kéo không có hệ thống treo trung gian mà liên kết cứng trực tiếp với cụm cầu sau. Khi di chuyển trên đường lâm nghiệp có bề mặt gồ ghề, toàn bộ lực kích động va đập từ bánh xe truyền thẳng qua thân máy lên vị trí người lái. Hơn nữa, trường hợp rơmoóc chở tải 2 tấn tạo ra hiệu ứng cộng hưởng dao động lắc dọc mạnh hơn cả trường hợp chở tải nặng 3 tấn, khiến biên độ gia tốc vọt lên cực đại $15,859\text{ m/s}^2$.

So sánh với các nghiên cứu của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO) tại Tanzania, Ethiopia và Zimbabwe khi sử dụng máy kéo nông nghiệp Valmet (50 kW) và Volvo trong khai thác lâm nghiệp, kết quả của luận văn phản ánh chính xác quy luật rung chấn mặt đường tại các quốc gia đang phát triển. Dữ liệu nghiên cứu cũng củng cố báo cáo của các chuyên gia lao động quốc tế, chỉ ra rằng hơn 85% người điều khiển máy kéo nếu không có hệ thống giảm chấn ghế phù hợp chỉ có thể khai thác tối đa 65% công suất thiết kế của máy do hiện tượng mệt mỏi và suy giảm thị lực khi làm việc liên tục.

Về phương diện trực quan hóa, toàn bộ quy luật biến thiên của vận tốc và gia tốc dao động theo thời gian được mô hình hóa dưới dạng hàm sóng điều hòa tuần hoàn. Việc biểu diễn dữ liệu bằng đồ thị giải tích kết hợp mô phỏng ADAMS giúp các kỹ sư cơ khí dễ dàng nhận diện pha lệch dao động giữa khung máy và mặt đệm ghế, từ đó hiệu chỉnh độ cứng lò xo một cách trực quan, chính xác.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết và kiểm chứng mô phỏng, bốn nhóm giải pháp kỹ thuật và tổ chức lao động được đề xuất thực hiện:

Thứ nhất, cải tạo và chế tạo cụm ghế ngồi giảm xóc chuyên dụng cho máy kéo Shibaura 3000A. Ban quản lý kỹ thuật tại các nông lâm trường cần lắp đặt bổ sung cụm hệ thống treo đàn hồi hỗn hợp gồm cụm lò xo trụ có độ cứng tính toán phù hợp ($c_g \approx 1.085 \text{ N/m}$ đến $3.376 \text{ N/m}$) kết hợp bộ giảm chấn thủy lực dạng ống lồng có hệ số cản động học $k_g \approx 160 \text{ Ns/m}$. Giải pháp này giúp dập tắt nhanh năng lượng kích động, đưa gia tốc rung về dưới ngưỡng $1,14 \text{ m/s}^2$, bảo đảm tiêu chuẩn an toàn trong suốt ca vận hành.

Thứ hai, thiết lập quy chuẩn tốc độ và chế độ vận hành liên hợp máy trên đường vận xuất lâm nghiệp. Người điều khiển máy kéo cần tuân thủ nghiêm ngặt dải vận tốc kỹ thuật không vượt quá 10 km/h khi chở tải gỗ và dưới 12 km/h khi chạy không tải. Đồng thời, các đơn vị khai thác phải phân bổ định ngạch thời gian lái xe di chuyển trên tuyến mấp mô không quá 120 phút mỗi ca làm việc, xen kẽ với các công đoạn bốc xếp và buộc gỗ tại bãi tập kết để cơ thể có thời gian hồi phục sinh học.

Thứ ba, bảo dưỡng và tối ưu hóa hệ thống di động của máy kéo. Định kỳ kiểm tra và duy trì áp suất lốp bánh hơi đúng tiêu chuẩn kỹ thuật (lốp trước 750x220 mm và lốp sau 1227x325 mm) nhằm tận dụng tối đa độ đàn hồi tự nhiên của cao su bánh xe để hấp thụ các xung lực tần số cao. Đối với các tuyến đường vận xuất chính, hạt kiểm lâm và đơn vị khai thác cần tiến hành san ủi cục bộ để khống chế chiều cao mấp mô mặt đường dưới mức 0,08 m.

Thứ tư, hoàn thiện tài liệu hướng dẫn kỹ thuật an toàn lao động trong cơ giới hóa lâm nghiệp. Các viện nghiên cứu cơ điện nông nghiệp và trường đại học chuyên ngành cần chuyển giao bản vẽ thiết kế cụm ghế giảm rung thành sản phẩm thương mại hóa đại trà, hỗ trợ các chủ rừng và hợp tác xã cải tiến phương tiện với chi phí thấp trong lộ trình 6 đến 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo chuyên môn giá trị cho nhiều nhóm đối tượng hoạt động trong lĩnh vực kỹ thuật và quản lý:

• Kỹ sư thiết kế và cải tiến máy động lực: Cung cấp phương pháp luận toán học chuẩn xác để thiết lập mô hình dao động hệ nhiều khối lượng, phương pháp giải hệ phương trình vi phân phi tuyến trên Maple và kỹ thuật mô phỏng động lực học bằng phần mềm ADAMS phục vụ thiết kế các hệ thống treo cơ khí.
• Cán bộ kỹ thuật và quản lý thiết bị tại các công ty lâm nghiệp: Nắm vững các căn cứ khoa học về chế độ tải trọng, tốc độ vận hành an toàn của máy kéo bánh hơi Shibaura 3000A, từ đó xây dựng định mức kinh tế kỹ thuật và quy trình bảo trì phương tiện hiệu quả.
• Chuyên gia an toàn vệ sinh lao động và y tế ngành: Sử dụng các số liệu thực nghiệm chi tiết về tần số kích động, gia tốc rung theo TCVN 5126-90 làm cơ sở đánh giá nguy cơ bệnh nghề nghiệp (thoát vị đĩa đệm, tổn thương cột sống, giảm thị lực) cho công nhân vận hành máy kéo.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ giới hóa Nông Lâm nghiệp: Tài liệu tham khảo mẫu mực về cấu trúc nghiên cứu giải tích kết hợp mô phỏng số và đối chứng tiêu chuẩn quốc gia cho các đề tài luận văn thạc sĩ kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao máy kéo nông nghiệp Shibaura 3000A khi dùng chở gỗ lại gây rung chấn vượt mức cho phép?

Máy kéo Shibaura 3000A nguyên bản được thiết kế cho đồng ruộng bằng phẳng, ghế ngồi bắt cố định trên khung cầu sau không có hệ thống treo giảm xóc. Khi đưa vào đường lâm nghiệp có độ mấp mô $h_0 = 0,08\text{ m}$, xung lực mặt đường truyền trực tiếp khiến gia tốc rung vượt chuẩn TCVN 5126-90 từ 5 đến 8 lần.

Dải tần số dao động từ 2,75 Hz đến 2,78 Hz gây nguy hại gì cho người vận hành?

Dải tần số 2,75 - 2,78 Hz rất gần với tần số dao động riêng của các cơ quan nội tạng cơ thể người (4 - 6 Hz). Tác động liên tục trong 120 phút mỗi ngày sẽ kích thích hiện tượng cộng hưởng sinh học, gây đau mỏi cơ vân, tổn thương đĩa đệm cột sống và suy giảm độ tập trung.

Vì sao nghiên cứu có thể bỏ qua thành phần dao động lắc ngang khi tính toán giảm xóc?

Kết quả giải phương trình vi phân cho thấy góc lắc ngang quanh trục dọc có biên độ cực nhỏ, chỉ đạt khoảng $10^{-4}\text{ rad}$. Đồng thời, ghế lái đặt chính giữa trục dọc thân xe nên dao động này triệt tiêu tự nhiên, không gây tác động đáng kể lên người lái so với dao động đứng và lắc dọc.

Việc ứng dụng phần mềm ADAMS mang lại lợi ích gì cho nghiên cứu?

Phần mềm ADAMS cho phép thiết lập mô hình không gian 3D trực quan gồm ghế, người lái, lò xo và giảm chấn thủy lực. ADAMS giải quyết nhanh các bài toán động lực học phi tuyến, mô phỏng chính xác đáp ứng vận tốc và gia tốc rung theo thời gian để kiểm chứng nghiệm giải tích Maple.

Thông số kỹ thuật cốt lõi của bộ giảm xóc ghế ngồi được đề xuất là gì?

Hệ thống giảm xóc tối ưu gồm cụm lò xo có tần số riêng bình phương $\omega_0^2 = 13,56\text{ s}^{-2}$ đến $42,2\text{ s}^{-2}$ kết hợp bộ giảm chấn thủy lực có hệ số cản nhớt tương ứng với khối lượng người và ghế 80 kg, giúp triệt tiêu rung chấn về ngưỡng an toàn dưới $1,14\text{ m/s}^2$.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết thành công bài toán đánh giá động lực học dao động của ghế ngồi người lái trên liên hợp máy kéo nông nghiệp Shibaura 3000A kéo rơmoóc chở gỗ trong điều kiện lâm nghiệp Việt Nam.
• Xác định chính xác các thông số kích động nguy hiểm với tần số dao động trung bình 2,75 - 2,78 Hz, biên độ gia tốc thẳng đứng vượt ngưỡng an toàn của TCVN 5126-90 từ 5 đến 8 lần.
• Chứng minh thành công tính khả thi của giải pháp lắp đặt cụm giảm xóc đàn hồi hỗn hợp (lò xo trụ kết hợp giảm chấn thủy lực) để hạ thấp gia tốc rung về vùng thích nghi sinh thái an toàn.
• Cung cấp mô hình toán học giải tích kết hợp công cụ mô phỏng hiện đại Maple 10, TCWin và ADAMS, đóng góp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc cho ngành cơ giới hóa lâm nghiệp.
• Lộ trình tiếp theo cần tập trung chế tạo thử nghiệm nguyên mẫu ghế giảm xóc, tổ chức đo đạc kiểm chuẩn tại hiện trường rừng trồng nhằm nhanh chóng đưa giải pháp vào ứng dụng thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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]. 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.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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].

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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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. 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.