Nghiên cứu dao động của xe ô tô Hyundai 3.5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp

• Tác giả: Đặng Đình Tiêu
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Nhật Chiêu
• Trường học: Trường Đại Học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Máy Và Thiết Bị Cơ Giới Hoá Nông Lâm Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Dao Động Của Xe Ô Tô Hyundai 3,5 Tấn Vận Chuyển Gỗ Trên Đường Lâm Nghiệp
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ

• Lời cảm ơn
• Mục lục
• Danh mục các ký hiệu trong luận văn
• Danh mục các bảng
• Danh mục các hình
• ĐẶT VẤN ĐÈ
• 1. CHƯƠNG 1: TONG QUAN VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tình hinh nghiên cứu, ứng dụng các loại ô tô, máy kéo trong vận chuyển gỗ
• 1.1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dung các loại 6 tô, máy kéo trong vận chuyển gỗ trên thé giới
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại 6 tô, máy kéo trong vận chuyển gỗ ở Việt Nam
• 1.2. Tổng quan về nghiên cứu dao động 616, máy kéo
• 1.2.1. Tang quan nghiên cứu về dao động ôtô, may kéo trên thé giới
• 1.2.2. Tổng quan nghiên cứu về dao động ôtô, máy kéo ở Việt Nam
• 1.3. Tổng quan về hệ thống treo của ôt 6, máy kéo
• 1.3.1. Các bộ phận của hệ thống treo trên ôtỏ, máy kéo
• 1.3.2. Đặc trừng các phn tử dain hôi của hệ thống treo trên ôtô, máy
• 1.4. Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ôtô, máy kéo
• 1.4.1. Tân số dao động riêng
• 1.4.2. Gia tốc dao động
• 1.4.3. Chi tiêu về độ êm dịu
• 1.5. Các phương pháp cơ học trong nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo
• 1.5.1. Phương pháp phân tử hữu hạn
• 1.5.2. Phương pháp sử dụng nguyễn lý Dalambe 26
• 1.5.3. Phương pháp sử dung phương trình Lagranger loại I
• 1.6. Các phần mềm ứng dụng trong nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo
• 1.6.1. Phần mém Mathematica
• 1.6.2. Phần mém Maple
• 1.6.3. Phần mém Mathcad 29
• 1.6.4. Phần mém Matlab & Simulink
• 1.7. Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, DOL TƯỢNG, PHAM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG: PHÁP NGHIÊN CÚI
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2.1. Xe 6 tô Hyundai trong tai 3,5 1 33
• 2.2.2. Biên dang đường lâm nghiệp
• 2.3. Pham vi nghiên cứu
• 2.4. Nội dung nghiên cứu
• 2.4.1. Nghiên cứu lý thuyết
• 2.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• 2.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiêm
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CUU DAO DONG CUA XE ÔTÔ HYUNDAI 3,8 TÂN VAN CHUYEN GO TREN ĐƯỜNG LAM NGHIỆP
• 3.1. Xây dựng mô hình dao động của xe Hyundai 3,5 tắn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp
• 3.1.1. Xây dung mô hình dao động tổng quất của xe ôtô Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp
• 3.1.2. Lập hệ phương trình vi phân dao động của ôtô tải Hyundai tai trong 3,5 tắn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp
• 3.1.3. Giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động của cơ hệ
• 3.1.4. Xác định các thông sé déu vào
• 3.2. Giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân và m6 phỏng dao động, của xe 616 Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp
• 3.4. ĐỀ xuất các giải pháp nâng cao độ chuyển động êm dịu của xe Hyundai 3,5 tan vận chuyền gỗ trên đường lâm nghigp
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 4.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm
• 4.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm
• 4.3. Trang thiết bị thực nghiệm
• 4.3.1. Thiết bj do Spider8 và phân mồm Catman
• 4.3.2. Đâu do gia tốc
• 4.4. Tiến hành thực nghiệm
• 4.5. Kết quả thực nghiệm
• 4.6. So sánh kết quả lý thuyết với thực nghiệm
• KẾT LUẬN VA KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHAO
• PHY LUC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN

I. Tổng quan về nghiên cứu

Nghiên cứu dao động của xe ô tô Hyundai 3.5 tấn chở gỗ trên đường lâm nghiệp là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến gỗ. Trong bối cảnh nền kinh tế Việt Nam đang phát triển, việc vận chuyển gỗ từ rừng về nhà máy sản xuất đang ngày càng trở nên cần thiết. Các phương tiện như xe tải 3.5 tấn của Hyundai đã được sử dụng rộng rãi do tính hiệu quả và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, việc vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp với độ dốc và độ mấp mô cao đã đặt ra nhiều thách thức về độ êm dịu chuyển động và sự an toàn của phương tiện. Theo nghiên cứu, việc cải tiến hệ thống treo là cần thiết để nâng cao hiệu suất của xe tải trong điều kiện vận chuyển gỗ. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu hư hỏng cho các bộ phận của xe mà còn đảm bảo an toàn cho người lái và hàng hóa.

1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng

Tình hình nghiên cứu về dao động xe ô tô và máy kéo trong vận chuyển gỗ đã được thực hiện trên toàn cầu. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ hiện đại trong thiết kế và sản xuất xe tải có thể cải thiện đáng kể khả năng vận chuyển gỗ. Ở Việt Nam, xe tải 3.5 tấn của Hyundai đã trở thành lựa chọn phổ biến cho các doanh nghiệp lâm nghiệp. Việc nghiên cứu ứng dụng các phương pháp phân tích dao động giúp đánh giá ảnh hưởng của điều kiện đường xá đến hiệu suất của xe. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc tối ưu hóa thiết kế hệ thống treo và cải thiện trải nghiệm lái xe trên đường giao thông lâm nghiệp.

II. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu trong đề tài này bao gồm cả lý thuyết và thực nghiệm. Đầu tiên, việc xây dựng mô hình dao động của xe ô tô Hyundai 3.5 tấn được thực hiện thông qua việc lập hệ phương trình vi phân. Các thông số kỹ thuật của xe và điều kiện đường xá sẽ được đưa vào mô hình để phân tích. Tiếp theo, nghiên cứu thực nghiệm sẽ được tiến hành trên đường lâm nghiệp để thu thập dữ liệu về độ êm dịu chuyển động và các thông số dao động khác. Kết quả từ mô hình lý thuyết và thực nghiệm sẽ được so sánh để xác định độ chính xác của mô hình, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến cho hệ thống treo của xe.

2.1. Mô hình lý thuyết

Mô hình lý thuyết của xe tải 3.5 tấn được xây dựng dựa trên các nguyên lý vật lý cơ bản về dao động. Hệ phương trình vi phân sẽ được lập để mô phỏng chuyển động của xe trong điều kiện vận chuyển gỗ. Các thông số như khối lượng, độ cứng của hệ thống treo và các lực tác động sẽ được đưa vào mô hình. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như Matlab giúp thực hiện các tính toán phức tạp và tạo ra các đồ thị biểu diễn dao động của xe. Kết quả từ mô hình lý thuyết sẽ là cơ sở để đánh giá hiệu suất và an toàn của xe ô tô Hyundai trong thực tế.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng độ êm dịu chuyển động của xe tải 3.5 tấn giảm đáng kể khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp có độ dốc lớn. Các số liệu thực nghiệm cho thấy rằng hệ thống treo hiện tại không đủ khả năng hấp thụ dao động, dẫn đến sự hư hỏng nhanh chóng của các bộ phận xe. Do đó, việc cải tiến thiết kế hệ thống treo là rất cần thiết. Một số giải pháp được đề xuất bao gồm việc sử dụng các loại giảm chấn hiện đại hơn và tối ưu hóa cấu trúc của hệ thống treo để tăng cường khả năng hấp thụ lực. Ngoài ra, việc đào tạo kỹ năng lái xe cho tài xế cũng góp phần quan trọng trong việc giảm thiểu tác động tiêu cực của dao động đến xe.

3.1. So sánh lý thuyết và thực nghiệm

Khi so sánh kết quả lý thuyết với thực nghiệm, các số liệu cho thấy sự khác biệt nhất định trong độ êm dịu chuyển động của xe ô tô Hyundai. Mặc dù mô hình lý thuyết đã đưa ra được các dự đoán chính xác về dao động, nhưng trong thực tế, các yếu tố như điều kiện đường xá và tải trọng thực tế đã ảnh hưởng đến kết quả. Việc phân tích các yếu tố này sẽ giúp cải thiện độ chính xác của mô hình và đưa ra các giải pháp thực tiễn hiệu quả hơn trong việc nâng cao hiệu suất của xe trong vận chuyển gỗ.

IV. Kết luận và kiến nghị

Đề tài nghiên cứu dao động của xe ô tô Hyundai 3.5 tấn chở gỗ trên đường lâm nghiệp đã chỉ ra tầm quan trọng của việc cải tiến hệ thống treo và các biện pháp an toàn trong vận chuyển gỗ. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị khoa học mà còn có ứng dụng thực tiễn cao, góp phần nâng cao hiệu suất vận chuyển và giảm thiểu hư hỏng cho xe. Đề xuất các giải pháp cải tiến hệ thống treo và tăng cường đào tạo cho tài xế là những bước đi cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận chuyển gỗ.

4.1. Kiến nghị

Cần tiến hành thêm các nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến dao động của xe trong điều kiện thực tế. Đồng thời, việc áp dụng công nghệ hiện đại vào sản xuất và cải tiến xe tải cũng là điều cần thiết. Các cơ quan chức năng cũng nên có chính sách hỗ trợ các doanh nghiệp trong việc đầu tư công nghệ mới nhằm nâng cao chất lượng vận chuyển gỗ, từ đó thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành lâm nghiệp.

Tổng quan nghiên cứu

Vận chuyển gỗ là một khâu quan trọng trong chuỗi khai thác và chế biến lâm sản, chiếm khoảng 20-24 triệu m³ gỗ mỗi năm tại Việt Nam, trong đó có 10-15 triệu m³ gỗ rừng trồng. Việc vận chuyển chủ yếu diễn ra trên các đường lâm nghiệp có địa hình phức tạp với độ dốc và độ gồ ghề cao, gây ảnh hưởng lớn đến độ êm dịu chuyển động của phương tiện vận tải. Xe tải Hyundai 3,5 tấn được sử dụng phổ biến trong vận chuyển gỗ do giá thành hợp lý, phụ tùng thay thế dễ tìm và phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ. Tuy nhiên, khi vận chuyển trên đường lâm nghiệp, hệ thống treo của xe thường xuyên bị hư hỏng, ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động và tuổi thọ của xe.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng mô hình dao động tổng quát của xe ôtô Hyundai 3,5 tấn khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, đánh giá ảnh hưởng của đặc trưng mặt đường đến các chỉ tiêu êm dịu chuyển động, từ đó đề xuất giải pháp nâng cao độ êm dịu và chọn chế độ sử dụng hợp lý. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của xe trên các dạng mặt đường lâm nghiệp có biên độ dao động từ 4 cm đến 10 cm và bước sóng từ 1,0 m đến 1,6 m. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc phát triển mô hình dao động cho xe tải vận chuyển gỗ, đồng thời có ý nghĩa thực tiễn trong việc cải tiến hệ thống treo và nâng cao hiệu quả vận chuyển gỗ trên địa hình phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết dao động cơ học: Xây dựng mô hình dao động tổng quát của xe tải dựa trên các phương trình vi phân mô tả chuyển động thẳng đứng và góc của xe quanh trục ngang, sử dụng phương trình Lagrange loại II để thiết lập hệ phương trình dao động.

• Mô hình hệ thống treo ôtô: Bao gồm các phần tử đàn hồi (lò xo, nhíp, đệm cao su), bộ phận giảm chấn (giảm xóc thủy lực), và bộ phận dẫn hướng (thanh ổn định, đòn dẫn hướng). Các đặc trưng cơ bản như độ cứng, hệ số giảm chấn, khối lượng được treo và không được treo được xác định để mô phỏng chính xác dao động.

• Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động: Tần số dao động riêng, gia tốc dao động và hệ số êm dịu K theo tiêu chuẩn VDI, phản ánh cảm giác chịu đựng dao động của người lái.

• Phương pháp mô phỏng số: Sử dụng phần mềm Matlab & Simulink để giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động, cho phép phân tích các quá trình chuyển động và gia tốc của xe dưới tác động của mặt đường.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu kỹ thuật của xe Hyundai 3,5 tấn (Model HD72) được thu thập từ nhà sản xuất và các tài liệu kỹ thuật liên quan. Dữ liệu mặt đường lâm nghiệp được khảo sát thực tế và tham khảo các nghiên cứu trước về đặc trưng biên dạng mặt đường.

• Phương pháp phân tích lý thuyết: Thiết lập hệ phương trình vi phân dao động dựa trên phương trình Lagrange loại II, xác định các tham số vật lý và cơ học của xe và hệ thống treo. Giải và mô phỏng bằng Matlab & Simulink để thu được các biểu đồ chuyển động, gia tốc và tần số dao động.

• Phương pháp thực nghiệm: Thực hiện đo gia tốc dao động thẳng đứng của xe khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp bằng thiết bị đo Spider8 và phần mềm Catman. Cảm biến gia tốc được gắn tại trọng tâm xe và ghế lái để thu thập dữ liệu thực tế.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng diễn ra trong khoảng 6 tháng đầu, tiếp theo là thực nghiệm đo đạc trong 3 tháng, cuối cùng là phân tích dữ liệu và đề xuất giải pháp trong 3 tháng tiếp theo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình dao động tổng quát của xe Hyundai 3,5 tấn được xây dựng thành công với các phương trình vi phân mô tả chuyển động thẳng đứng và góc quay quanh trục ngang. Mô hình cho thấy tần số dao động riêng của hệ dao động nằm trong khoảng 1,2 - 1,8 Hz tùy thuộc vào đặc tính hệ thống treo và tải trọng.

2. Ảnh hưởng của biên dạng mặt đường: Khi biên độ dao động mặt đường tăng từ 4 cm đến 10 cm, gia tốc dao động thẳng đứng tại trọng tâm xe tăng từ khoảng 0,3 m/s² lên đến 1,2 m/s², tương ứng với sự giảm đáng kể độ êm dịu chuyển động (hệ số K tăng từ 0,15 lên 0,45).

3. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm: Dữ liệu thực nghiệm đo gia tốc dao động thẳng đứng của xe khi vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp ở tốc độ 30 km/h cho thấy gia tốc trung bình khoảng 1,1 m/s², tương đối phù hợp với kết quả mô phỏng (chênh lệch dưới 10%), khẳng định tính chính xác của mô hình.

4. Tác động của giảm xóc cầu sau: Việc lắp thêm giảm xóc thủy lực ở cầu sau làm giảm gia tốc dao động thẳng đứng trung bình khoảng 20%, cải thiện rõ rệt độ êm dịu chuyển động, đồng thời giảm tải trọng tác động lên hệ thống treo và khung xe.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân gia tăng dao động và giảm độ êm dịu chủ yếu do đặc trưng mặt đường lâm nghiệp có biên độ dao động lớn và bước sóng ngắn, gây kích thích mạnh lên hệ thống treo. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm tương đồng cho thấy mô hình toán học và phương pháp phân tích đã phản ánh chính xác thực trạng vận chuyển gỗ trên địa hình phức tạp.

So với các nghiên cứu trước đây về dao động máy kéo và ôtô tải cỡ trung bình, nghiên cứu này bổ sung thêm dữ liệu thực nghiệm và mô hình hóa chi tiết cho xe Hyundai 3,5 tấn, một loại xe phổ biến tại Việt Nam. Việc đề xuất lắp đặt giảm xóc thủy lực cầu sau phù hợp với xu hướng cải tiến hệ thống treo nhằm nâng cao độ bền và độ êm dịu chuyển động.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ gia tốc dao động theo thời gian, biểu đồ tần số dao động riêng và bảng so sánh hệ số êm dịu K giữa các trường hợp có và không có giảm xóc cầu sau, giúp trực quan hóa hiệu quả các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Lắp đặt giảm xóc thủy lực cầu sau: Thực hiện trong vòng 6 tháng, ưu tiên cho các xe Hyundai 3,5 tấn đang vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, nhằm giảm gia tốc dao động thẳng đứng và tăng độ êm dịu chuyển động.

2. Bảo dưỡng và kiểm tra định kỳ hệ thống treo: Định kỳ 3-6 tháng, các đơn vị vận tải và lâm trường cần tổ chức kiểm tra, bảo dưỡng hệ thống treo để phát hiện và khắc phục kịp thời các hư hỏng, đảm bảo hiệu suất vận hành và an toàn.

3. Chọn chế độ vận hành phù hợp: Khuyến nghị vận tốc xe không vượt quá 30 km/h trên đường lâm nghiệp có biên dạng mặt đường gồ ghề, nhằm hạn chế dao động quá mức và giảm thiểu hư hỏng thiết bị.

4. Nâng cấp mặt đường lâm nghiệp: Trong dài hạn, các cơ quan quản lý nên đầu tư cải tạo, san lấp mặt đường để giảm biên độ dao động mặt đường xuống dưới 4 cm, giúp giảm thiểu tác động lên xe và nâng cao hiệu quả vận chuyển.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các doanh nghiệp vận tải lâm nghiệp: Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến phương tiện vận chuyển, nâng cao hiệu quả và giảm chi phí bảo trì.

2. Các nhà sản xuất và lắp ráp xe tải: Tham khảo để thiết kế và cải tiến hệ thống treo phù hợp với điều kiện vận hành thực tế tại Việt Nam.

3. Cơ quan quản lý giao thông và lâm nghiệp: Sử dụng dữ liệu để xây dựng chính sách quản lý vận tải gỗ, quy định tốc độ và tiêu chuẩn đường lâm nghiệp.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên kỹ thuật cơ khí, cơ giới hóa nông lâm nghiệp: Là tài liệu tham khảo quý giá về mô hình dao động, phương pháp phân tích và thực nghiệm trong lĩnh vực cơ khí vận tải.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần nghiên cứu dao động của xe tải khi vận chuyển gỗ?
   Dao động ảnh hưởng trực tiếp đến độ êm dịu chuyển động, tuổi thọ hệ thống treo và an toàn vận hành. Nghiên cứu giúp cải tiến thiết kế và chọn chế độ vận hành phù hợp.

2. Phương pháp nào được sử dụng để xây dựng mô hình dao động?
   Phương trình Lagrange loại II được áp dụng để thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động, giải bằng phần mềm Matlab & Simulink.

3. Kết quả thực nghiệm có phù hợp với mô hình lý thuyết không?
   Dữ liệu thực nghiệm đo gia tốc dao động thẳng đứng tương đồng với kết quả mô phỏng, sai số dưới 10%, chứng tỏ mô hình có độ tin cậy cao.

4. Giảm xóc thủy lực có tác dụng gì trong hệ thống treo?
   Giảm xóc thủy lực giúp hấp thụ và giảm biên độ dao động, làm tăng độ êm dịu chuyển động và giảm hư hỏng cho các bộ phận xe.

5. Làm thế nào để giảm chi phí vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp?
   Ngoài cải tiến hệ thống treo, cần nâng cấp mặt đường, chọn xe phù hợp và vận hành đúng tốc độ để giảm hao mòn và chi phí bảo trì.

Kết luận

• Xây dựng thành công mô hình dao động tổng quát của xe Hyundai 3,5 tấn vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp, phản ánh chính xác đặc trưng dao động thẳng đứng và góc quay.
• Đặc trưng mặt đường lâm nghiệp có ảnh hưởng lớn đến gia tốc dao động và độ êm dịu chuyển động của xe.
• Kết quả thực nghiệm đo gia tốc dao động thẳng đứng phù hợp với mô phỏng, khẳng định tính chính xác của mô hình.
• Đề xuất lắp đặt giảm xóc thủy lực cầu sau giúp giảm gia tốc dao động khoảng 20%, nâng cao độ êm dịu và tuổi thọ xe.
• Khuyến nghị bảo dưỡng định kỳ, chọn chế độ vận hành phù hợp và nâng cấp mặt đường để tối ưu hiệu quả vận chuyển gỗ.

Tiếp theo, các đơn vị vận tải và nhà sản xuất nên phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu áp dụng cho các loại xe tải khác và điều kiện địa hình đa dạng hơn nhằm nâng cao hiệu quả vận chuyển lâm sản tại Việt Nam.