Mở đầu Chƣơng 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Mô hình động lực học dọc của liên hợp máy kéo bốn bánh và rơ mooc một trục. Khảo sát động lực học dọc của liên hợp máy.
Nghiên cứu thực nghiệm. Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo. 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
Khái quát về tình hình vận chuyển gỗ rừng trồng 1. Loại phương tiện và hàng hóa trong khai thác gỗ Một trong những nhiệm vụ về kinh tế mà “Chiến lƣợc phát triển lâm nghiệp Việt Nam giai đoạn 2006 2020” đặt ra là: Sản lƣợng gỗ trong nƣớc 20 - 24 triệu m3/năm, đáp ứng về cơ bản nhu cầu nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến lâm sản, bột giấy và xuất khẩu, đáp ứng nhu cầu củi chủ yếu dùng cho khu vực nông thôn và duy trì ở mức 25 - 26 triệu m3/năm. Đồng thời xuất khẩu lâm sản đạt trên 7,8 tỷ USD (bao gồm 7 tỷ USD sản phẩm gỗ và 0,8 tỷ USD sản phẩm lâm sản ngoài gỗ). Để thực hiện nhiệm vụ trên việc cơ giới hoá lâm nghiệp là hết sức cần thiết và cấp bách [21].
Trong quy trình công nghệ khai thác lâm sản, đặc biệt là khai thác gỗ, vận xuất và vận chuyển là khâu công việc nặng nhọc, chi phí nhân công cao và ảnh hƣởng trực tiếp tới giá thành sản phẩm. Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng cơ giới hóa vào các khâu công việc này là rất cấp thiết nhằm nâng cao năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm. Về đối tượng hàng hóa : Hiện nay, do chủ trƣơng đóng cửa rừng tự nhiên của Chính phủ, nên đối tƣợng hàng hóa trong khai thác gỗ chủ yếu là gỗ nhỏ rừng trồng làm sản phẩm cho các lĩnh vực: Vật liệu xây dựng, cốp pha, cột/cọc, trụ mỏ, đồ mộc gia dụng, nguyên liệu giấy, ván nhân tạo, … Kích thƣớc của gỗ tùy thuộc vào mục đích sử dụng, chiều dài và đƣờng kính phải phù hợp với các điều kiện về phẩm chất đã quy định cho từng loại. Qua khảo sát một số công ty lâm nghiệp (Công ty Lâm nghiệp Hàm Yên, công ty Lâm nghiệp Sông Thao, công ty Lâm nghiệp Đoan Hùng, công ty Lâm nghiệp Lập Thạch, công ty Lâm 5 nghiệp Cầu Ham, công ty Lâm nghiệp Xuân Đài), chiều dài cắt khúc gỗ rừng trồng phục vụ làm nguyên liệu giấy, gỗ trụ mỏ… thƣờng là 2,5m, 3m, 4m.
Về phương tiện vận chuyển: Hiện nay, tại các trang trại, các đội sản xuất thuộc các lâm trƣờng quốc doanh, các doanh nghiệp, các công ty lâm nghiệp thƣờng sử dụng ô tô, máy kéo bánh hơi trong vận chuyển gỗ. Trong đó, máy kéo bánh hơi đƣợc coi là một loại phƣơng tiện vận chuyển hữu ích đối với cự ly vận chuyển ngắn với điều kiện đƣờng xấu, đối với ô tô sử dụng sẽ hiệu quả hơn với điều kiện đƣờng tốt và vận chuyển ở cự ly dài. Ngoài ra, máy kéo bánh hơi đƣợc ƣa chuộng vì ngoài mục đích sử dụng để vận chuyển gỗ, còn đƣợc lắp các cụm máy khác để sử dụng vào các khâu sản xuất khác nhƣ: Trồng, chăm sóc, bảo vệ và khai thác nông – lâm nghiệp. Điều kiện địa hình rừng của nƣớc ta chia cắt, độ dốc lớn do đó trong quá trình khai thác, gỗ nằm rải rác trên các khu vực khai thác rộng lớn đƣợc vận chuyển về các bãi II hoặc nơi tiêu thụ.
Hình thức vận chuyển gỗ bằng đƣờng ô tô cho đến nay vẫn là phƣơng thức ƣu thế. Những năm gần đây, vận chuyển gỗ bằng ô tô, máy kéo chiếm vai trò quan trọng trong nền kinh tế nói chung và ngành nông, lâm nghiệp nói riêng. Trong tƣơng lai, vận chuyển gỗ bằng ô tô, máy kéo vẫn phát triển mạnh mẽ, nhất là trong những năm tới “công nghiệp hóa nông thôn” là trọng điểm quốc gia [14], [6], [10]. Các loại máy kéo bánh hơi đang đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay là các loại máy kéo nông nghiệp đƣợc cải tiến, thiết kế, chế tạo thêm các bộ phận để canh tác nông - lâm nghiệp, đặc biệt là chế tạo các loại rơ mooc lắp sau máy kéo để chở gỗ trong sản xuất lâm nghiệp [5], [8], [21], [13].
Do máy kéo bánh hơi có nhiều loại, mỗi loại có những đặc điểm riêng biệt cả về kết cấu và truyền lực, hệ thống điều khiển, tính chất tải trọng và điệu kiện hoạt động. Vì 6 vậy đòi hỏi phải có mô hình nghiên cứu riêng thích hợp. Để có thể sử dụng liên hợp máy kéo an toàn, đạt hiệu quả, việc tiến hành nghiên cứu động lực học của chúng thông qua sự biến đổi tải trọng, vận tốc, các điều kiện khác trên đƣờng vận chuyển là rất cần thiết, góp phần sử dụng tốt phƣơng tiện và an toàn lao động. Đường vận chuyển trong lâm nghiệp và dạng mấp mô mặt đường Điều kiện địa hình ở nƣớc ta nói chung và vùng núi phía bắc nói riêng là tƣơng đối dốc, điều kiện kinh tế những vùng sản xuất lâm nghiệp này chƣa thực sự phát triển, do đó, ô tô máy kéo phải vận chuyển lâm sản trên đƣờng đất, đƣờng cấp phối hoặc đƣờng nhựa với độ dốc lớn [20], [12], [22].
Đối với đƣờng ô tô lâm nghiệp, một trong những loại đƣờng chuyên dùng, việc cấp hạng đƣờng đƣợc xác định theo ý nghĩa và tính chất phục vụ. Theo Quy phạm thực hành về khai thác rừng khu vực Châu Á – Thái Bình Dƣơng, chỉ tiêu kỹ thuật về độ dốc dọc của đƣờng đƣợc ghi trong bảng 1. Tiêu chuẩn kỹ thuật đường ô tô lâm nghiệp [22] Độ dóc tối đa cho Độ dốc ngƣợc Chiều dài tối đa Loại đƣờng phép đƣợc ƣu chiều tối đa đƣợc tại đoạn có độ tiên (%) ƣu tiên (%) dốc tối đa Đƣờng chính 10 8 1000 m Đƣờng phụ 15 10 750 m Đƣờng nhánh 18 12 600 m Độ dốc lớn hơn (tới 20%) thì khoảng cách tối đa nên chọn là 500 m nếu điều này làm giảm nhẹ tác động từ việc xây dựng đƣờng Chất lƣợng đƣờng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Lớp lót, nền đƣờng, áo đƣờng hay còn gọi là mặt đƣờng [22], [1]. Trong thực tế các nhà khoa học thƣờng dùng các chỉ tiêu cơ bản của mặt đƣờng để đánh giá chất lƣợng tính toán các yếu tố ảnh hƣởng đến động học và động lực học của ô tô, máy kéo 7 thông qua đánh giá độ mấp mô mặt đƣờng.
Độ mấp mô mặt đƣờng có ảnh hƣởng rất lớn đến độ ổn định, tính năng làm việc của ô tô máy kéo, ngƣời điều khiển phƣơng tiện. Độ mấp mô mặt đƣờng gây ra một loạt dao động cho phƣơng tiện khi chuyển động. Việc nghiên cứu ảnh hƣởng của độ mấp mô mặt đƣờng lên các hệ thống trên ô tô máy kéo đã đƣợc nhiều tác giả nghiên cứu, thí nghiệm bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau [7], [11], [15], [18], [17] và đƣa ra các đặc trƣng mấp mô mặt đƣờng cơ bản nhƣ sau: + Biên dạng mặt đường có mấp mô đơn Đƣờng vận chuyển lâm nghiệp đƣợc thiết kế, thi công theo quy phạm, tuy nhiên trong quá trình sử dụng trên đƣờng thƣờng phát sinh các chƣớng ngại đơn có thể là các mô đất, các cục đá hoặc các mẩu gỗ do các nguyên nhân chủ quan và khách quan tạo ra. Khi chuyển động, nếu một hoặc nhiều bánh xe lăn trên các chƣớng ngại vật đơn đó thì các quá trình chuyển tiếp dao động và tải trọng động lực học biến đổi khá lớn.
Với chƣớng ngại vật là mô đất, thông số cần xác định là chiều cao vật cản h0, chiều dài vật cản s0 và quy luật biến đổi chiều cao của vật cản q(z). Trong trƣờng hợp này chiều cao mô đất đƣợc xác định có dạng tổng quát là : h0 2 q (1 cos s) khi 0 s s0 2 S0 q 0 khi s s0 (1. + Biên dạng mặt đường biến đổi tuần hoàn Mô tả mấp mô biên dạng mặt đƣờng nhƣ một tập hợp các mấp mô hình học riêng biệt kế tiếp nhau đặc trƣng bởi chiều rộng và chiều cao mấp mô hoặc bằng dạng hàm số điều hòa đã đƣợc nhiều tác giả nghiên cứu áp dụng để đánh giá động lực học ô tô, máy kéo [7], [11]. 8 Trong phƣơng pháp này ngƣời ta thƣờng dùng kích động từ mặt đƣờng có dạng hình sin để tính toán dao động cho phƣơng tiện.
Chiều cao mấp mô biểu diễn theo thời gian đƣợc tính toán theo công 2 thức: q(t ) q0 sin t q0 sin t T (1.2) Trong đó: q0 - biên độ mấp mô sóng mặt đƣờng (m); - tần số kích thích sóng mặt đƣờng (Hz); T - chu kỳ sóng mặt đƣờng (s). Hay chiều cao mấp mô theo quãng đƣờng di chuyển: 2 q( x) q0 sin x s0 (1.3) Trong đó: s0 - chiều dài bƣớc sóng mặt đƣờng, (m). + Biên dạng mặt đường thể hiện bằng hàm ngẫu nhiên Mấp mô biên dạng mặt đƣờng đƣợc mô tả bằng hàm ngẫu nhiên liên tục của các chiều cao mấp mô mặt đƣờng theo chiều dài đƣờng khảo sát, đặc trƣng của nó mang tính thống kê nhận đƣợc qua các phƣơng tiện đo thể hiện số liệu thu đƣợc, ghi đƣợc, qua việc sử lý các kết quả đo và tính toán thông qua các phƣơng tiện, phần mềm để xác định đƣợc hàm mật độ phổ. Phƣơng pháp này hiện đƣợc dùng khá phổ biến trong nghiên cứu động lực học ô tô, máy kéo [11], [15].
Các tác giả thƣờng xét cho trƣờng hợp tổng quát là hàm ngẫu nhiên của chiều cao mấp mô mặt đƣờng là các hàm 2 biến theo chiều dọc đƣờng và chiều ngang đƣờng tác dụng lên ô tô hay liên hợp máy tại các vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đƣờng. Thông thƣờng hiện nay với các loại đƣờng đƣợc xây dựng theo tiêu chuẩn đƣờng bộ ngƣời ta mới chỉ xác định đặc trƣng thống kê (hàm ngầu nhiên) theo chiều dọc của đƣờng. 9 Mô tả mấp mô biên dạng đƣờng bằng hàm ngẫu nhiên theo chiều dài đƣờng có thể xem nhƣ chúng là một tập hợp các thể hiện ngẫu nhiên của chiều cao mấp mô mặt đƣờng theo chiều dọc đƣờng q (k,s) s q(k , s ) k 1, 2,3,.4) Chỉ số k là phép thử thứ k, mỗi phép thử cho chúng ta một biểu hiện ngẫu nhiên. Đặc trƣng thống kê của chúng thể hiện ngẫu nhiên dừng và egodic q(s) nhƣ công thức (1.3) bao gồm kỳ vọng toán học mq và hàm tƣơng quan Rq(t), mật độ phổ S.
Việc sử dụng hàm ngẫu nhiên mô tả mấp mô biên dạng mặt đƣờng cho phép biểu diễn và đánh giá tác động lên phƣơng tiện giao thông bằng các đặc trƣng của quá trình ngẫu nhiên.