Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu điều khiển hệ thống đệm cách dao động cabin máy xây dựng

Khám phá luận văn thạc sĩ về nghiên cứu điều khiển hệ thống đệm dao động cabin máy xây dựng, nâng cao hiệu suất và an toàn trong thi công.

• Tác giả: Đoàn Thanh Bình
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Văn Quỳnh
• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Khiển Hệ Thống Đệm Cách Dao Động Cabin Máy Xây Dựng
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tình hình phát triển máy xây dựng tại thị trường Việt Nam
• 1.2. Phân tích dao động của máy xây dựng
• 1.3. Đệm cách dao động cabin máy xây dựng
• 1.4. Đệm cách dao động cao su
• 1.5. Đệm cách dao động cao su và thủy lực
• 1.6. Đệm cách dao động bán chủ động
• 1.7. Đệm cách dao động chủ động. Đệm cách dao động máy xây dựng
• 1.8. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài
• 1.8.1. Đối với nhà nghiên cứu Việt Nam
• 1.8.2. Đối với nhà nghiên cứu trên thế giới
• 1.9. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
• 1.10. Tần số và gia tốc dao động
• 1.11. Chỉ tiêu về độ êm dịu được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI
• 1.12. Đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn ISO
• 1.13. Mục tiêu, ý nghĩa, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
• 1.14. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO CABIN XE LU RUNG BÁNH KÉP
• 2.1. Mô hình dao động tương đương của xe lu rung bánh kép
• 2.2. Các giả thiết tương đương
• 2.3. Mô hình dao động tương đương
• 2.4. Thiết lập phương trình vi phân miêu tả dao động xe lu rung
• 2.5. Kích thích mặt đường trường hợp xe di chuyển đến công trường
• 2.6. Cơ sở về điều khiển tự động
• 2.7. Các phương pháp điều khiển hệ thống treo hoặc hệ thống đệm cách dao động
• 2.8. Phân tích các bộ điều khiển cổ điển
• 2.9. Điều khiển thông minh và điều khiển tối ưu
• 2.10. Xây dựng bộ điều khiển mờ
• 2.11. Kết cấu đệm cách dao động bán chủ động
• 2.12. Biến vào bao gồm:
• 2.13. Xác định tập mờ
• 2.14. Tập luật điều khiển:
• 2.15. Chọn thiết bị hợp thành:
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG ĐỆM CÁCH DAO ĐỘNG CABIN BÁN CHỦ ĐỘNG
• 3.1. Thông số mô phỏng
• 3.2. Phân tích kết quả mô phỏng
• 3.3. Phân tích đánh giá hiệu quả đệm cách dao động bán tích cực
• 3.3.1. Điều kiện 1: Xe di chuyển đến công trường làm việc
• 3.3.2. Điều kiện 2: Xe hoạt động trên công trường
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống đệm cách dao động cabin máy xây dựng

Hệ thống đệm cách dao động cabin máy xây dựng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tác động của dao động từ mặt đường và các nguồn khác đến người điều khiển. Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ đệm cách dao động không chỉ giúp nâng cao hiệu quả làm việc mà còn bảo vệ sức khỏe người lao động. Các loại đệm như cao su, thủy lực và điện tử đang được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp xây dựng.

1.1. Tình hình phát triển máy xây dựng tại Việt Nam

Thị trường máy xây dựng tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ với sự gia tăng đầu tư vào cơ sở hạ tầng. Các loại máy xây dựng như xe lu, máy xúc đang được nhập khẩu và sử dụng phổ biến, góp phần nâng cao năng suất lao động.

1.2. Vai trò của hệ thống đệm cách dao động

Hệ thống đệm cách dao động giúp giảm thiểu tác động của dao động lên cabin, từ đó nâng cao độ êm dịu và bảo vệ sức khỏe người điều khiển. Việc nghiên cứu các giải pháp đệm hiệu quả là cần thiết để cải thiện điều kiện làm việc.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu hệ thống đệm cách dao động

Mặc dù đã có nhiều tiến bộ trong công nghệ đệm cách dao động, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Các vấn đề như độ bền, khả năng thích ứng với điều kiện làm việc khắc nghiệt và chi phí sản xuất vẫn là những yếu tố quan trọng cần được nghiên cứu.

2.1. Các thách thức trong thiết kế hệ thống đệm

Thiết kế hệ thống đệm cần phải đảm bảo tính hiệu quả trong việc giảm dao động, đồng thời phải bền bỉ trong môi trường làm việc khắc nghiệt. Việc lựa chọn vật liệu và công nghệ phù hợp là rất quan trọng.

2.2. Tác động của dao động đến sức khỏe người điều khiển

Dao động mạnh có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho người điều khiển, như mệt mỏi, đau lưng và các bệnh nghề nghiệp khác. Nghiên cứu cần tập trung vào việc giảm thiểu những tác động này.

III. Phương pháp nghiên cứu hệ thống đệm cách dao động hiệu quả

Để nâng cao hiệu quả của hệ thống đệm cách dao động, nhiều phương pháp nghiên cứu đã được áp dụng. Các mô hình mô phỏng và phân tích hiệu suất là những công cụ quan trọng trong việc đánh giá và cải tiến thiết kế.

3.1. Mô hình hóa dao động cabin

Mô hình hóa dao động cabin giúp hiểu rõ hơn về cách thức dao động ảnh hưởng đến người điều khiển. Các mô hình này có thể được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế hệ thống đệm.

3.2. Phân tích hiệu suất của hệ thống đệm

Phân tích hiệu suất cho phép đánh giá khả năng giảm dao động của các loại đệm khác nhau. Việc so sánh các giải pháp sẽ giúp tìm ra phương pháp tối ưu nhất cho cabin máy xây dựng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống đệm cách dao động

Hệ thống đệm cách dao động đã được áp dụng rộng rãi trong các loại máy xây dựng hiện đại. Những ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả làm việc mà còn bảo vệ sức khỏe người điều khiển.

4.1. Các loại đệm cách dao động phổ biến

Các loại đệm như cao su, thủy lực và điện tử đang được sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng. Mỗi loại đệm có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại máy.

4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng hệ thống đệm cách dao động hiệu quả có thể giảm thiểu đáng kể tác động của dao động lên người điều khiển, từ đó nâng cao năng suất lao động.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu hệ thống đệm cách dao động

Nghiên cứu hệ thống đệm cách dao động cabin máy xây dựng là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phát triển các công nghệ mới, cải thiện hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ đệm

Công nghệ đệm sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các vật liệu mới và công nghệ điều khiển thông minh. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ bền của hệ thống.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong ngành xây dựng

Nghiên cứu hệ thống đệm cách dao động không chỉ giúp nâng cao hiệu quả làm việc mà còn bảo vệ sức khỏe người lao động. Đây là một yếu tố quan trọng trong việc phát triển bền vững ngành xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam chi khoảng 3–4 tỷ USD mỗi năm để nhập khẩu máy xây dựng, trong đó xe lu, máy xúc đào và máy ủi chiếm tỷ trọng lớn. Riêng năm 2014, nhập khẩu xe lu tăng tới 114,43% về lượng và 115,43% về trị giá so với năm 2013, đạt 2.080 chiếc với tổng giá trị 62,26 triệu USD. Tốc độ tăng trưởng GDP năm 2019 đạt 7,02%, vượt mục tiêu đề ra, kéo theo nhu cầu cơ giới hóa xây dựng ngày càng cao.

Trong bối cảnh đó, sức khỏe người vận hành máy xây dựng trở thành vấn đề cấp thiết. Người điều khiển xe lu rung bánh kép phải tiếp xúc liên tục với dao động từ ba nguồn chính: mặt đường biến dạng, động cơ và kích thích bánh lu quay. Nghiên cứu chỉ ra rằng con người mẫn cảm nhất với dải tần số 2–8 Hz theo phương đứng và 1–2 Hz theo phương ngang — đây chính là dải tần số phổ biến khi xe lu vận hành.

Luận văn thạc sĩ này, thực hiện tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên dưới sự hướng dẫn của PGS. Lê Văn Quỳnh, tập trung vào ba mục tiêu cốt lõi: xây dựng mô hình dao động toàn xe lu rung bánh kép, thiết kế bộ điều khiển mờ cho hệ thống đệm cách dao động cabin bán chủ động, và đánh giá định lượng hiệu quả giảm dao động theo tiêu chuẩn ISO 2631-1. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trên đối tượng xe lu rung bánh kép — loại máy có mật độ kích thích dao động cao nhất trong nhóm máy xây dựng phổ biến tại Việt Nam.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng hai khung lý thuyết chủ đạo.

Lý thuyết dao động cơ học nhiều bậc tự do được áp dụng để mô hình hóa xe lu rung bánh kép dưới dạng hệ phương trình vi phân. Mô hình ½ xe được xây dựng với 7 bậc tự do, bao gồm các tọa độ suy rộng: chuyển vị thẳng đứng ghế ngồi người điều khiển (z_s), chuyển vị và góc lắc dọc cabin (z_c, φ_c), chuyển vị và góc lắc dọc thân xe (z_b, φ_b), và chuyển vị hai bánh lu (z_d1, z_d2). Hệ phương trình được thiết lập bằng nguyên lý D'Alembert kết hợp cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật.

Lý thuyết điều khiển mờ (Fuzzy Logic Control) được áp dụng để điều khiển thích nghi hệ số cản thủy lực của đệm cách dao động. Bộ điều khiển mờ được chọn thay vì PID cổ điển hay LQR vì khả năng xử lý phi tuyến và không yêu cầu mô hình toán học chính xác của đối tượng. So sánh với hệ thống bán chủ động MR (Magnetorheological), phương án thủy lực điều khiển mờ có chi phí thấp hơn đáng kể trong khi vẫn đáp ứng yêu cầu giảm dao động.

Năm khái niệm chuyên ngành then chốt trong nghiên cứu gồm: đệm cách dao động bán chủ động (semi-active vibration isolation mount), hệ số cản thủy lực (hydraulic damping coefficient), gia tốc bình phương trung bình (RMS acceleration — a_wz), cường độ dao động KB theo tiêu chuẩn VDI-2057, và mật độ phổ công suất mặt đường Sq(n) theo tiêu chuẩn ISO 8068. Tiêu chuẩn đánh giá chính được chọn là ISO 2631-1 với ngưỡng a_wz < 0,315 m/s² được xem là mức thoải mái.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng số trên phần mềm MATLAB/Simulink với cỡ mẫu tín hiệu dao động được mô phỏng theo hai điều kiện vận hành tách biệt.

Nguồn dữ liệu đầu vào gồm hai nhóm kích thích: (1) Kích thích mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8068 — mô phỏng mặt đường loại C (chất lượng trung bình, S_q(n₀) = 256 × 10⁻⁶ m³/chu kỳ) khi xe di chuyển với vận tốc 15 km/h; (2) Kích thích tần số bánh lu tại hai tần số đặc trưng f₁ = 48 Hz (bánh lu trước) và f₂ = 54 Hz (bánh lu sau) khi xe làm việc trên công trường.

Phương pháp chọn mẫu và phân tích gồm ba bước: thiết lập hệ phương trình vi phân (bậc 7) → xây dựng bộ điều khiển mờ với biến vào là gia tốc cabin và biến ra là hệ số cản ccf, ccr → chạy mô phỏng so sánh kết quả đệm bị động, bán chủ động. Phương pháp phân tích trong miền thời gian được ưu tiên vì trực quan và dễ đối chiếu với tiêu chuẩn ISO 2631-1.

Thông số mô phỏng chính gồm: khối lượng cabin m_c, khối lượng thân xe m_b, độ cứng đệm cách dao động cabin trước k_cf và sau k_cr, hệ số cản tương ứng c_cf và c_cr. Bộ điều khiển mờ được khai báo trong Fuzzy Logic Toolbox của MATLAB với tập luật IF–THEN dạng Mamdani.

---

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phát hiện 1 — Điều kiện di chuyển với kích thích f₁ = 48 Hz (bánh trước), f₂ = 0 Hz: Hệ thống bán chủ động với bộ điều khiển mờ giảm đáng kể biên độ gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển so với đệm bị động. Gia tốc lắc dọc cabin cũng được kiểm soát hiệu quả hơn. Kết quả này thể hiện rõ qua biểu đồ đường gia tốc theo thời gian — đường bán chủ động dao động trong biên độ hẹp và tắt nhanh hơn đường bị động.

Phát hiện 2 — Điều kiện di chuyển với kích thích f₁ = 0 Hz, f₂ = 54 Hz (bánh sau): Khi chỉ bánh sau kích thích ở 54 Hz, gia tốc ghế ngồi trong trường hợp bán chủ động giảm rõ rệt. Điều này xác nhận bộ điều khiển mờ thích nghi tốt với thay đổi nguồn kích thích đơn, tự điều chỉnh hệ số cản phù hợp mà không cần lập trình lại tham số.

Phát hiện 3 — Điều kiện làm việc tại công trường với cả hai tần số f₁ = 48 Hz và f₂ = 54 Hz: Đây là điều kiện khắc nghiệt nhất khi cả hai bánh lu đồng thời kích thích. So sánh gia tốc bình phương trung bình theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 cho thấy hệ bán chủ động đạt mức giảm gia tốc đáng kể so với đệm bị động truyền thống. Kết quả tổng hợp được trình bày trong bảng so sánh theo bốn điều kiện đường khác nhau (mặt đường ISO loại C và E).

Phát hiện 4 — Di chuyển trên mặt đường ISO loại C với vận tốc 15 km/h: Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi và gia tốc góc lắc dọc cabin đều giảm khi áp dụng điều khiển mờ. Biểu đồ so sánh hai đường — đệm bị động và bán chủ động — trên cùng trục thời gian cho thấy hệ bán chủ động duy trì gia tốc ổn định hơn và gần đường cân bằng hơn trong suốt chu kỳ khảo sát.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả vượt trội của hệ bán chủ động xuất phát từ cơ chế điều chỉnh liên tục hệ số cản c_cf và c_cr theo tín hiệu gia tốc thực đo. Khi tần số kích thích nằm trong dải 2–8 Hz (nhạy cảm nhất của con người), bộ điều khiển mờ tăng hệ số cản để hấp thụ năng lượng dao động; ngược lại, ở tần số cao hơn, hệ số cản được giảm để tránh khuếch đại dao động — điều mà đệm bị động không thể thực hiện.

So với các nghiên cứu của nhóm tác giả Lê Văn Quỳnh và cộng sự trên xe lu rung bánh đơn, kết quả trên xe lu rung bánh kép có tính phức tạp cao hơn do tương tác chéo giữa hai nguồn kích thích. Kết quả cũng nhất quán với công trình của Margolis (1982) và Ahmadian & Marjoram (1989), khẳng định hệ bán chủ động cải thiện đáng kể hiệu suất so với hệ bị động. Về mặt biểu diễn dữ liệu, bảng kết quả so sánh theo điều kiện đường và tần số kích thích là công cụ trực quan nhất để định lượng mức độ cải thiện, trong khi biểu đồ đường thời gian thể hiện tính ổn định động học của hệ thống.

---

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống đệm bán chủ động thủy lực có điều khiển mờ trên xe lu rung bánh kép trong nước Bộ điều khiển mờ được thiết kế trong nghiên cứu này hoàn toàn khả thi để tích hợp vào các dòng xe lu nhập khẩu phổ biến (Sakai, HAMM, Bomag, Dynapac, Liugong). Các nhà sản xuất và đơn vị bảo trì cần triển khai thử nghiệm thực địa trong vòng 12–18 tháng, nhắm mục tiêu giảm gia tốc a_wz xuống dưới ngưỡng 0,315 m/s² theo ISO 2631-1 (mức "thoải mái") trong điều kiện mặt đường ISO loại C.

2. Mở rộng mô hình dao động sang không gian 3D đầy đủ Mô hình ½ xe hiện tại chưa xét đến lắc ngang và dao động xoắn. Nhóm nghiên cứu tiếp theo cần xây dựng mô hình không gian toàn xe với tối thiểu 12 bậc tự do (tương đương mô hình của Kordestani và cộng sự), có thể hoàn thành trong 18–24 tháng với sự hỗ trợ của phần mềm ADAMS hoặc LMS.

3. Kết hợp thực nghiệm đo dao động để kiểm chứng mô hình Kết quả mô phỏng cần được xác thực bằng thực nghiệm đo gia tốc trực tiếp trên xe lu tại các công trình xây dựng thực tế, theo phương pháp đã được nhóm Lê Văn Quỳnh và Nguyễn Khắc Tuân áp dụng thành công trên xe lu bánh đơn. Mục tiêu là sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm dưới 15%, thực hiện trong 6–9 tháng.

4. Nghiên cứu tích hợp điều khiển chủ động điện từ cho cabin máy xây dựng hạng nặng Với máy xây dựng hoạt động trong môi trường cực kỳ khắc nghiệt (mặt đường ISO loại E–F), đệm bán chủ động vẫn có giới hạn do không kiểm soát được độ cứng. Cần nghiên cứu đệm cách dao động điện từ chủ động (Active Electromagnetic Mount) — điều chỉnh đồng thời cả độ cứng lẫn hệ số cản. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu kỹ thuật cơ khí kết hợp doanh nghiệp nhập khẩu máy xây dựng, với lộ trình 3–5 năm.

5. Cập nhật tiêu chuẩn đánh giá sức khỏe người vận hành theo TFDO Song song với chỉ tiêu a_wz, các đơn vị quản lý lao động cần áp dụng thông số thời gian mệt mỏi giảm hiệu suất (TFDO) theo ISO 2631-1 để xây dựng quy định ca làm việc tối đa cho người điều khiển xe lu rung, nhắm đến giảm tỷ lệ bệnh nghề nghiệp liên quan đến rung động.

---

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Kỹ sư và nhà thiết kế cơ khí động lực tìm kiếm phương pháp xây dựng mô hình dao động nhiều bậc tự do bằng MATLAB/Simulink sẽ tìm thấy ở đây một quy trình hoàn chỉnh từ thiết lập giả thiết, viết phương trình vi phân đến lập trình bộ điều khiển mờ. Tài liệu này rút ngắn đáng kể thời gian học độc lập so với tổng hợp từ nhiều nguồn rời rạc.

Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật cơ khí, cơ điện tử đang triển khai đề tài liên quan đến hệ thống treo, đệm cách dao động hoặc điều khiển bán chủ động sẽ hưởng lợi trực tiếp từ khung lý thuyết đã được kiểm chứng, danh mục 27 tài liệu tham khảo chọn lọc và phương pháp ứng dụng tiêu chuẩn ISO 2631-1 trong bài toán thực tế.

Chuyên viên kỹ thuật và bộ phận R&D tại các công ty nhập khẩu và phân phối máy xây dựng (đặc biệt các nhãn xe lu Sakai, HAMM, Bomag, Dynapac, Liugong chiếm thị phần lớn tại Việt Nam) có thể tham khảo nghiên cứu này để đánh giá và nâng cấp hệ thống đệm cabin trên sản phẩm đang kinh doanh, hướng đến cạnh tranh bằng tiêu chí an toàn lao động.

Cán bộ quản lý an toàn lao động tại các ban quản lý dự án xây dựng và giao thông cần căn cứ khoa học để ban hành quy định thời gian làm việc, chu kỳ nghỉ ngơi cho người vận hành xe lu. Nghiên cứu này cung cấp số liệu định lượng về mức gia tốc dao động và ngưỡng ảnh hưởng sức khỏe theo ISO 2631-1, phục vụ trực tiếp cho công tác soạn thảo quy trình an toàn vận hành máy công trình.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống đệm cách dao động bán chủ động khác gì so với đệm bị động thông thường? Đệm bị động (cao su hoặc cao su–thủy lực) có hệ số cản cố định, không thay đổi theo điều kiện làm việc. Đệm bán chủ động tích hợp van điều khiển lưu lượng dầu thủy lực, cho phép bộ điều khiển mờ thay đổi hệ số cản liên tục theo tín hiệu gia tốc cabin. Điều này giúp hệ thống phản ứng phù hợp với cả hai dải tần số thấp (1–8 Hz) và tần số kích thích bánh lu (48–54 Hz) mà không tốn năng lượng bơm như hệ chủ động.

2. Tại sao xe lu rung bánh kép được chọn làm đối tượng nghiên cứu? Xe lu rung bánh kép hội tụ đồng thời ba nguồn kích thích dao động: mặt đường biến dạng off-road, động cơ đốt trong và rung động cưỡng bức từ cả hai bánh lu quay (f₁ và f₂). Đây là tình huống phức tạp nhất trong nhóm máy xây dựng phổ biến. Năm 2014, nhập khẩu xe lu tại Việt Nam tăng 114,43% — cho thấy mức độ phổ biến và tầm quan trọng thực tiễn của đối tượng này.

3. Tiêu chuẩn ISO 2631-1 được áp dụng như thế nào để đánh giá kết quả? ISO 2631-1 phân loại mức độ khó chịu theo gia tốc bình phương trung bình a_wz theo phương thẳng đứng: dưới 0,315 m/s² là thoải mái; 0,315–0,63 m/s² là hơi khó chịu; 0,5–1,0 m/s² là khá khó chịu; trên 2 m/s² là cực kỳ khó chịu. Trong nghiên cứu này, kết quả mô phỏng của hệ bán chủ động được so sánh trực tiếp với ngưỡng này để xác nhận hiệu quả cải thiện.

4. Bộ điều khiển mờ được thiết kế như thế nào trong Matlab? Bộ điều khiển mờ Mamdani được xây dựng trong Fuzzy Logic Toolbox của MATLAB với biến đầu vào là gia tốc cabin (theo phương đứng và góc lắc dọc), biến đầu ra là hệ số cản ccf và ccr. Tập luật IF–THEN được xây dựng dựa trên phân tích chuyên gia về hành vi dao động của xe lu. Kết quả bộ điều khiển được tích hợp vào sơ đồ Simulink tổng thể và chạy mô phỏng song song với mô hình động lực học xe.

5. Nghiên cứu này có ứng dụng thực tế được không hay chỉ mang tính lý thuyết? Mô hình và bộ điều khiển được xây dựng hoàn toàn có thể chuyển hóa thành ứng dụng thực tế. Sơ đồ điều khiển thủy lực bán chủ động sử dụng van điều khiển điện tử — công nghệ đã được các hãng như Crosby & Karnopp áp dụng từ năm 1973 và phổ biến rộng rãi hiện nay. Chi phí triển khai thấp hơn đáng kể so với hệ chủ động điện từ, trong khi hiệu quả giảm dao động đã được kiểm chứng qua mô phỏng trong cả hai điều kiện vận hành của xe lu rung bánh kép.

---

Kết luận

• Mô hình dao động ½ xe lu rung bánh kép 7 bậc tự do đã được xây dựng thành công, tái hiện chính xác tương tác giữa các khối lượng ghế ngồi, cabin, thân xe và hai bánh lu.
• Bộ điều khiển mờ điều chỉnh hệ số cản thủy lực hoạt động hiệu quả trong cả hai điều kiện: xe di chuyển trên mặt đường ISO loại C với v = 15 km/h và xe làm việc với kích thích bánh lu tần số f₁ = 48 Hz, f₂ = 54 Hz.
• Hệ bán chủ động vượt trội đệm bị động về chỉ tiêu gia tốc bình phương trung bình a_wz và gia tốc lắc dọc cabin trong tất cả các điều kiện mô phỏng.
• Tiêu chuẩn ISO 2631-1 được áp dụng xuyên suốt như thước đo khách quan cho hiệu quả đệm cách dao động, tạo nền tảng cho nghiên cứu so sánh quốc tế.
• Hướng phát triển tiếp theo trong 18–24 tháng bao gồm xây dựng mô hình không gian 3D đầy đủ, kiểm chứng thực nghiệm tại công trường, và nghiên cứu khả năng thương mại hóa bộ điều khiển.

Đây là tài liệu tham khảo có giá trị cho các nhà nghiên cứu, kỹ sư thiết kế và cán bộ quản lý an toàn lao động trong lĩnh vực máy xây dựng tại Việt Nam — lĩnh vực đang nhập khẩu hàng nghìn xe lu mỗi năm nhưng còn thiếu nghiên cứu chuyên sâu về điều khiển dao động cabin.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Phân tích tổng quan về xe máy công trình, ảnh hưởng của dao động ảnh hưởng đến con người và đệm cách dao động cabin của máy công trình, phân tích ảnh hưởng của dao động đến người điều khiển máy công trình cũng như phân tích tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài trong những năm gần đây. Từ đó phát triển hướng nghiên cứu trong đề tài này. Tình hình phát triển máy xây dựng tại thị trường Việt Nam Trong những năm gần đây, tình hình phát triển kinh tế xã hội của Việt Nam thời gian qua tương đối ổn định và có nhiều dấu hiệu khởi sắc (tăng trưởng GDP của Việt Nam năm 2019 tăng 7,02%, vượt mục tiêu đề ra 6,6% đến 6,8%. Cơ sở hạ tầng, đặc biệt là hạ tầng giao thông và hạ tầng đô thị đã được quan tâm đầu tư, tới nay đã một phần đáp ứng nhu cầu phát triển hiện tại về kinh tế – xã hội.

Vì vậy, việc cơ giới hóa và tự động hóa trong xây dựng là một khâu không thể thiếu được trong quá trình sản xuất. Nó quyết định việc tăng năng xuất lao động, hạ giá thành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động chân tay và trí óc cho người lao động. Đồng thời góp phần rất quan trọng vào việc rút ngắn thời gian thi công, nhanh chóng đưa công trình vào khai thác sử dụng, nâng cao hiệu quả kinh tế, chất lượng và tính thẩm mỹ đẩy mạnh tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế quốc dân. Để thực hiện các công trình xây dựng, không thể thiếu được các máy xây dựng.

Trên thế giới đã chế tạo được những thiết bị chuyên dùng trong xây dựng các công trình như: xây dựng nhà cao tầng, nhà công nghiệp, dân dụng, xây dựng cầu đường, xây dựng các nhà máy thủy điện… Các thiết bị xây dựng ngày càng được hiện đại hóa. Trung bình mỗi năm Việt Nam phải chi 3 đến 4 tỷ USD để nhập khẩu các loại máy xây dựng từ các nước trên thế giới. Cụ thể như nhập cần trục của LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 Pháp, máy đào máy ủi của Italia, Đức, Anh, máy làm gạch block của Tây Ban Nha, máy xúc lật của Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản… Năm 2013: Theo số liệu thống kê nhập khẩu máy xây dựng về nước ta tính chung trong 5 tháng đầu năm 2013, nhập khẩu máy xây dựng về nước ta ước đạt 6,106 chiếc, trị giá 93,22 triệu USD, tăng 29,67% về lượng nhưng giảm 14,56% về trị giá so với cùng kỳ năm 2012. Tuy lượng máy xây dựng nhập khẩu về nước ta trong 5 tháng đầu năm 2013 tăng rất mạnh so với cùng kỳ năm 2012 nhưng xét về trị giá lại giảm mạnh là do trong 4 tháng qua các doanh nghiệp đã nhập khẩu rất nhiều các loại máy đầm (1.649 chiếc) với đơn giá thấp (chỉ vài chục USD/ chiếc).

Nếu không tính chủng loại máy xây dựng này mà chỉ tính riêng 3 chủng loại máy xây dựng chính là máy xúc đào, máy ủi, và xe lu thì lượng nhập khẩu về trong 5 tháng đầu năm 2013 chỉ tương đương so với cùng kỳ năm 2012 nhưng trị giá lại thấp hơn khoảng 18 triệu USD. Máy xúc đào: nhập khẩu chủng loại máy xúc đào về nước ta trong tháng 4/2013 đạt 803 chiếc với trị giá 17,46 triệu USD, tăng 22,41% về lượng và 23,32% về trị giá so với tháng trước; tăng 20,21% về lượng nhưng giảm 9,04% về trị giá so với cùng kỳ năm 2012. Tính chung trong 4 tháng đầu năm 2013, nhập khẩu chủng loại máy xúc đào đạt 2.586 chiếc với trị giá 55,77 triệu USD, tăng 3,44% về lượng nhưng giảm 25,33% về trị giá so với cùng kỳ năm 2012. Xe lu, máy lu: là chủng loại tăng mạnh nhất trong 3 chủng loại máy xây dựng chính được nhập khẩu về nước ta trong tháng 4 vừa qua.

Theo thống kê, nhập khẩu các loại máy lu, xe lu về nước ta trong tháng 4/2013 đạt 74 chiếc với trị giá 2,23% về lượng và 184,70% về trị giá so với cùng kỳ năm 2012. Máy ủi: là chủng loại máy xây dựng được nhập khẩu ít nhất về nước ta trong tháng 4/2013, và cũng là chủng loại duy nhất giảm nhập khẩu. Thống kê cho thấy, tháng 4/2013, nhập khẩu máy ủi đạt 34 chiếc với trị giá 1,03 triệu LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 USD, giảm 30,61% về lượng và 39,97% về trị giá so với cùng kỳ năm 2012. Tính chung trong 4 tháng đầu năm 2013, nhập khẩu chủng loại máy ủi đạt 175 chiếc với trị giá 4,93 triệu USD, giảm 44,44% về lượng và 31,78% về trị giá so với cùng kỳ năm 2012.

Năm 2014: nhập khẩu 3 chủng loại máy xây dựng chính về nước ta là máy xúc đào, máy ủi và xe lu đều tăng so với năm 2013; trong đó, tăng mạnh nhất là chủng loại xe lu. Máy xúc đào: Theo thống kê, nhập khẩu chủng loại xúc đào trong năm 2014 đạt 12049 chiếc với trị giá 250,64 triệu USD, tăng 23,20% về lượng và 16,62% về trị giá so với năm 2013. Những nhãn hiệu máy xúc đào được nhập nhiều về nước ta trong năm qua vẫn là những nhãn hiệu quen thuộc như Komatsu, Kobelco, Hitachi, DOOSAN, Sumitomo, Hyundai, Daewoo, Caterpillar. Xe lu, máy lu: Theo thống kê, năm 2014, nhập khẩu chủng loại xe lu, máy lu về nước ta 2080 chiếc với trị giá 62,26 triệu USD, tăng 114,43% về lượng và 115,43% về trị giá so với năm 2013.

Nếu như năm 2013 chỉ có 2 nhãn hiệu xe lu, máy lu về nước ta đạt trên 100 chiếc thì năm 2014, nhập khẩu nhiều nhãn hiệu xe lu tăng mạnh và đã có 5 nhãn hiệu đạt trên 100 chiếc là Sakai, Dynapac, HAMM, Bomag, Liugong. Máy ủi: Theo thống kê, nhập khẩu máy ủi về nước ta trong năm 2014 đạt 763 chiếc với trị giá 17,94 triệu USD, tăng 30,65% về lượng và 30,60% về trị giá so với năm 2013. Hiện nay, máy xây dựng ngoài các yêu cầu về hiệu suất công việc, tiết kiệm nhiên liệu, bảo vệ môi trường… thì vấn đề đảm bảo điều kiện tốt nhất cho người lao động, đảm bảo sức khỏe cho người vận hành máy xây dựng tránh các bệnh nghề nghiệp đang được các nhà nghiên cứu khoa học tập trung nghiên cứu, phát triển. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Phân tích dao động của máy xây dựng Máy xây dựng luôn làm việc trong môi trường khắc nhiệt, thiết bị di chuyển của máy luôn tiếp xúc mặt đường off-road và biến dạng. Mặt khác, giữa cầu xe và khung xe thường không liên kết đàn hồi thông qua hệ thống treo. Do đó, các nguồn dao động truyền lên người điều khiển máy chủ yếu thông qua cabin và ghế ngồi.1 thể hiện Cabin và người điều khiển xe công trình. Cabin và người điều khiển xe công trình Nguồn sinh ra dao động của máy xây dựng truyền lên cabin người điều khiển chủ yếu từ mặt đường, động cơ và cơ cấu cấp hành của máy.

Người điều khiển tiếp xúc nguồn dao động thông qua ghế ngồi, tay và chân vận hành máy.2 thể hiện các vị trí tiếp xúc dao động của người điều khiển trên máy xây dựng. Từ kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng con người mẫn cảm với dải tần số 2- 8 Hz đối với phương đứng và 1-2Hz đối với phương ngang. Để nâng cao độ êm dịu cabin và giảm các tác động xấu gây ra đối với người điều khiển máy xây dựng, các giải pháp kết cấu của đệm cách dao động cabin máy xây dựng sẽ tiếp tục trình bày phần dưới đây. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Các vị trí tiếp xúc dao động của người điều khiển 1. Đệm cách dao động cabin máy xây dựng Đệm cách dao động có vai trò cách ly nguồn dao động, lịch sử phát triển đệm cách dao động được áp dụng hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong (Engine Mounting Sytem) được thể hiện trên hình 1. Đệm cách dao động cabin của máy xây dựng cũng có lịch sử hoàn thiện kết cấu tương tự như hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong. Đặc tính kết cấu đệm cách dao động cabin của máy xây dựng tiếp tục được phân tích dưới dây.

Lịch sử phát triển hệ thống đệm cách dao động của động cơ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Đệm cách dao động cao su Đệm cách dao động cao su được áp dụng rất sớm, với các đặc tính vượt trội giảm dao động ở tần số kích thích cao và giảm ồn. Đặc điểm kết cấu gồm cáo đề đệm bằng thép hợp kim và cao su. Kết cấu đệm cao su cabin máy công trình được thể hiện hình 1.

Kết cấu đệm cao su cabin máy công trình * Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản và dễ chế tạo; + Giảm hiệu quả được tiếng ồn và dao động khi tần số kích thích cao; * Nhược điểm: hệ số cản của đệm nhỏ vì hệ số nội ma sát của cao su nhỏ. Chính vì vậy, nó khó giảm được dao động kích thích tần số thấp. Chính vì nhược điểm này các nhà nghiên cứu đã đề xuất đệm cách dao động cabin kết hợp cao su và thủy lực sẽ tiếp tục được trình bày dưới đây. Đệm cách dao động cao su và thủy lực Để tăng hiệu quả đệm cách dao động cabin khi tần số kích thích dao động ở dải tần số thấp, các nhà nghiên cứu và thiết kế đã kết hợp đệm cách dao động cao su với thủy lực.

Kết cấu đệm cách dao động cao su kết hợp thủy lực được thể hiện hình 1. Đệm cách dao động cao su, lò xo vàthủy lực cabin được thể hiện trên hình 1. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Đệm cách dao động cao su thủy lực cabin Hình 1.

Đệm cách dao động cao su, lò xo vàthủy lực cabin * Ưu điểm: Giảm hiệu quả được dao động khi tần số kích thích thấp do nâng cao giá trị hệ số cản của đệm. * Nhược điểm: + Kết cấu phức tạp; + Mặc dù đã cải thiện đáng kế đặc tính cản của hệ thống so với hệ thông cao su thuần túy sử dụng ma sát sinh ra hệ số cản, tuy nhiên đây vẫn là đệm bị động. Chính vì vậy, nhược điểm này các nhà nghiên cứu đã đề xuất đệm cách cabin cao su và thủy lực có điều khiển hệ số cản thủy lực sẽ tiếp tục được trình bày dưới đây. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Đệm cách dao động bán chủ động Xu hướng phát triển hệ thống đệm cách dao động dao động cao thủy lực bán chủ động cabin xe công trình được thể hiện trên hình 1.