Khảo sát ảnh hưởng độ dốc và mấp mô mặt đường đến phản lực pháp tuyến trên máy kéo Shibaura - 3000A kéo Rơ moóc một trục

Tôi xin cam đoan rằng những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề đ−ợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đ2 đ−ợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đ2 đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Đào Hữu Đoàn Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…ii Lời cảm ơn Trong quá trình thực hiện đề tài này, tôi đ2 nhận đ−ợc sự h−ớng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ Điện và các thầy cô trong tr−ờng. Nhân dịp này, cho phép tôi đ−ợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành và lời cảm ơn sâu sắc đến: Thầy giáo PGS.TS Nông văn Vìn đ2 trực tiếp h−ớng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này. Tập thể cán bộ, giáo viên bộ môn Động Lực - Khoa Cơ Điện và toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Điện - Tr−ờng Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội. Các thầy cô giáo đ2 trực tiếp giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại tr−ờng và các thầy cô giáo Khoa Sau Đại Học - Tr−ờng Đại học nông nghiệp I- Hà Nội. Và cho tôi chân thành cảm ơn các bạn đồng môn, các bạn đồng nghiệp đ2 tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Tác giả Đào Hữu Đoàn Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…iii Mục lục Mở đầu..............................................................................................................1 1. Đặt vấn đề.................................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ....................................................................................2 Ch−ơng: Tổng quan về tình hình cơ giới hoá các khâu vận chuyển và vận xuất gỗ rừng trồng ...........................................................................................4 1.1. Tình hình cơ giới hoá lâm nghiệp..........................................................4 1.1.1. Tình hình cơ giới hoá vận chuyển vận xuất gỗ trên thế giới ...............4 1.1.2. Tình hình cơ giới hoá trong vận xuất gỗ ở Việt Nam..........................6 1.2. Hoạt động vận chuyển và điều kiện sử dụng liên hợp máy vận chuyển lâm nghiệp .....................................................................................................8 1.2.1. Các hoạt động vận chuyển trong sản xuất lâm nghiệp ........................8 1.2.2. Điều kiện sử dụng liên hợp máy vận chuyển lâm nghiệp....................9 1.2.3. Dạng mặt đ−ờng xác định..................................................................10 1.2.4. Dạng mặt đ−ờng biến đổi ngẫu nhiên................................................12 1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................17 1.3.1.Mục tiêu của luận văn.........................................................................17 1.3.2. Nhiệm vụ của luận văn ......................................................................17 Ch−ơng II: Đối t−ợng và ph−ơng pháp nghiên cứu....................................19 2.1. Đối t−ợng nghiên cứu ...........................................................................19 2.2. Ph−ơng pháp nghiên cứu......................................................................21 2.2.1. Ph−ơng pháp giải tích ........................................................................21 2.2.2. Ph−ơng pháp mô hình hoá .................................................................21 2.2.3. Ph−ơng pháp ma trận chuyển tiếp......................................................23 Ch−ơng III: Xây dựng mô động lực học liên hợp máy Kéo liên hợp với rơ mooc một cầu .................................................................................................26 3.1. Đặt vấn đề.............................................................................................26 Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…iv 3.2. Tính ổn định dọc liên hợp máy kéo liên hợp với rơ mooc một cầu......27 3.2.1. Xác định phản lực pháp tuyến của mặt đ−ờng tác dụng lên cầu tr−ớc của máy kéo.................................................................................................27 3.2.2. Tính toán xác định tọa độ trọng tâm của moóc. ................................32 3.3. ảnh h−ởng mấp mô mặt đ−ờng đến phản lực pháp tuyến trên máy kéo kéo rơ-mooc một cầu ...................................................................................35 3.3.1. Xây dựng mô hình động lực học của liên hợp máy..........................35 3.3.1.1. Các giả thiết ....................................................................................35 3.3.1.2. Mô hình động lực học khi liên hợp máy chuyển động trên mặt phẳng ngang.................................................................................................35 3.3.1.3. Lập các hàm động năng, hàm thế năng và hàm hao tán của cơ hệ:39 3.3.1.4. Lập ph−ơng trình dao động theo hàm Lagrange loại II:.................43 3.3.1.5. Thuật giải ảnh h−ởng của mặt đ−ờng mấp mô đến động lực học của liên hợp máy kéo..........................................................................................48 3.4. Xây dựng l−u đồ thuật giải trên máy tính...........................................58 3.5. Nhận xét ch−ơng...................................................................................59 Ch−ơng IV: Khảo sát ảnh h−ởng độ dốc và mấp mô mặt đ−ờng đến phản lực pháp tuyến trên MK SHIBAURA−3000A kéo rơ moóc một cầu ......60 4.1. ảnh h−ởng của một số yếu tố đến tải trọng chuyên chở cho phép theo điều kiện duy trì điều kiện lái......................................................................60 4.1.1 ảnh h−ởng hệ số bám ϕ ....................................................................60 4.1.2 ảnh h−ởng chiều dài gỗ Lg ...............................................................61 4.2. ảnh h−ởng của mấp mô mặt đ−ờng đến phản lực phản lực pháp tuyến .............................................................................................. 62 4.3. Nhận xét ch−ơng...................................................................................68 Kết luận và kiến nghị ....................................................................................69 Kết luận........................................................................................................69 Kiến nghị .....................................................................................................70 Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…v Danh mục các bảng Bảng 1.1. Trang bị thiết bị vận tải cho nông, lâm nghiệp (năm 1983)..............7 Bảng 1.2. Trang bị thiết bị vận tải cho nông, lâm nghiệp (năm 1995)..............7 Bảng 2.1. Thông số kĩ thuật máy kéo Shibaura-3000A..................................20 Bảng 2.2. Thông số kĩ thuật Rơ-mooc RMH-3000 .......................................20 Bảng 4.1. ảnh h−ởng hệ số bám đến góc dốc giới hạn khi Q=2000 kG........60 Bảng 4.2. ảnh h−ởng chiều dài gỗ đến tải trọng cho phép Qcp khi góc dốc α=100 và hệ số bám ϕ=0.7..........................................................62 Hình 4.2 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc trọng l−ợng gỗ cho phép ................62 với hệ số bám ϕ = 0.7, Lg=5m.........................................................................62 Bảng 4.3. Tổng hợp các kết quả khảo sát sự ảnh h−ởng của mấp mô mặt đ−ờng đến các phản lực pháp tuyến của liên hợp máy ....................................66 Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…1 Mở đầu 1. Đặt vấn đề Rừng n−ớc ta bị tàn phá nặng nề trong chiến tranh, sau chiến tranh do quản lí nhà n−ớc còn nhiều bất cập, nên nạn lâm tặc hoành hành, cuộc sống du canh du c− của đ−ờng bào dân tộc thiểu số và những dòng ng−ời di dân tự do đ2 chặt cây đốt rừng làm n−ơng rẫy. Trong những năm đổi mới, rừng và đất rừng cũng bị thu hẹp để trồng cây công nghiệp nh− : cà phê, cao su.v.v.. Để khắc phục tình trạng trên, trong nhiều thập niên Việt Nam chúng ta đ2 tích cực trồng rừng, nhất là sau hai m−ơi năm đổi mới n−ớc ta đ2 từng b−ớc hoàn chỉnh cơ chế rừng và đất rừng có chủ. Ngày nay trên cả n−ớc hầu hết diện tích đất rừng là rừng trồng. Vì vậy vấn đề cơ giới hoá trong việc trồng, chăm sóc và khai thác gỗ rừng trồng nhằm nâng cao năng suất là rất cần thiết. Để phát triển kinh tế từ một n−ớc nông nghiệp lạc hậu trong thời kì đầu chúng ta chủ tr−ơng phát triển kinh tế nhiều thành phần trong đó có kinh tế hộ gian đình, kinh tế tập thể. Trong lĩnh vực lâm nghiệp các máy móc lâm nghiệp công suất nhỏ và vừa rất thích hợp đối với các thành phần kinh tế này. Máy kéo Shibaura là loại công suất nhỏ rất thích hợp với nguồn vốn đầu t− của hộ gia đình, các trang trại có quy mô nhỏ và vừa, ngoài ra loại đầu kéo này cũng tiện lợi đối với các đơn vị vận tải lớn khi bố trí loại máy này ở khâu thu gom từ nơi khai thác đến vị trí đầu mối có đ−ờng xá tốt cho các loại xe vận tải hạng trung và hạng nặng. Máy kéo SHIBAURA−3000A do Nhật sản xuất, là loại máy kéo 2 cầu chủ động có công dụng chính để thực hiện cơ giới hóa nông nghiệp ở khu vực đ−ờng bằng. Đề tài cấp nhà n−ớc KC.07−26 đ2 lựa chọn loại máy này làm mẫu máy cải tiến để thực hiện cơ giới hóa lâm nghiệp trên vùng đồi dốc, trong đó có khâu vận chuyển gỗ rừng trồng. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…2 Để thực hiện khâu vận chuyển gỗ rừng trồng, đề tài KC.07−26 đ2 thiết kế, chế tạo một rơ mooc chuyên dùng RMH−3000 liên hợp với máy kéo SHIBAURA−3000A. Đây là loại rơ mooc một trục chủ động, đ−ợc dẫn động hệ thống truyền động thủy lực từ trục thu công suất của máy kéo. Các kết quả nghiên cứu ban đầu đ2 khẳng định tính −u việt của loại liên hợp máy này khi vận chuyển trên các đ−ờng đồi dốc lâm nghiệp và có triển vọng áp dụng vào thực tế sản xuất. Tuy nhiên, để có thể đ−a loại liên hợp máy này vào thực tiễn sản xuất trên vùng đồi dốc, cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện kết cấu và công năng cho phù hợp với các điều kiện sử dụng khác nhau. Trong khai thác gỗ rừng trồng đ−ờng xá th−ờng là dốc và mấp mô không bằng phẳng, ảnh h−ởng đến tính năng cơ động, tính ổn định và an toàn chuyển động của liên hợp máy. Trong điều kiện này việc lái th−ờng không thuận lợi nhiều khi nguy hiểm nên cần có nghiên cứu một cách khoa học về hệ thống di chuyển, hệ thống treo để có thể khai thác thiết bị một cách an toàn và năng xuất nhất. Với những lý do trên, tác giả lựa chọn đề tài luận văn: “Khảo sát ảnh h−ởng độ dốc và mấp mô mặt đ−ờng đến phản lực pháp tuyến trên máy kéo SHIBAURA−3000A kéo rơ moóc một trục”. 2. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu phản lực pháp tuyến của mặt đ−ờng tác dụng lên liên hợp máy kéo Shibaura−3000A liên hợp với rơ mooc một cầu RMH−3000 nhằm mục đích: − Đ−a ra cơ sở xác định khả năng duy trì điều khiển lái và chuyển động ổn định, êm dịu của liên hiệp máy khi vận chuyển trên đ−ờng lâm nghiệp. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…3 − Góp phần xây dựng cơ sở khoa học khai thác có hiệu quả loại liên hợp máy máy này khi vận chuyển gỗ rừng trồng ; − Góp phần xây dựng cơ sở khoa học để tính toán tối −u các thông số kết cấu và chế độ làm việc của liên hợp máy vận chuyển gỗ. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…4 Ch−ơng i Tổng quan về tình hình cơ giới hoá các khâu vận chuyển và vận xuất gỗ rừng trồng 1.1. Tình hình cơ giới hoá lâm nghiệp 1.1.1. Tình hình cơ giới hoá vận chuyển vận xuất gỗ trên thế giới Cơ giới hoá lâm nghiệp trên thế giới phát triển dựa trên thành tựu của cơ giới hoá là sự thay thế sức lao động của con ng−ời bằng máy móc để thực hiện nhanh chóng, với năng suất và hiệu quả cao những công việc nặng nhọc. Hiệu quả lao động của nó thể hiện ở chỗ, một ng−ời với tầm vóc và sức lực có hạn của mình có thể vận hành đ−ợc những cỗ máy có năng suất và hiệu quả bằng nhiều ng−ời cộng lại, thời gian lao động và tăng năng suất lớn, tốc độ cao của máy móc để giảm đ−ợc thời gian lao động và tăng năng suất. Đối với máy kéo nói chung, máy kéo lớn nói riêng đ2 đ−ợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu và đ−ợc công bố. Các công trình nghiên cứu này th−ờng là xây dựng cơ sở lý thuyết về động lực học hoặc dạng mô hình toán. Các công trình này mang đến những thành tựu to lớn cho lĩnh vực ôtô - máy kéo làm cơ sở cho các cán bộ chuyên môn triển khai áp dụng. Tuy nhiên đối với các loại máy kéo nhỏ thì lại ít đ−ợc quan tâm, đặc biệt là các công trình nghiên cứu mang đặc thù lâm nghiệp thì càng hạn chế. Để thu gom gỗ từ nơi chặt hạ ra các b2i tập chung, tuỳ theo điều kiện của mỗi n−ớc và mỗi vùng sản xuất khác nhau mà có thể áp dụng các hình thức vận xuất gỗ khác nhau sau đây [1]: - Vận xuất bằng thủ công. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…5 - Vận xuất gỗ bằng máng lao. - Vận suất gỗ bằng tời. - Vận xuất gỗ bằng đ−ờng cáp trên không. - Vận xuất gỗ bằng máy kéo. - Vận xuất gỗ bằng khinh khí cầu hoặc máy bay trực thăng. Các n−ớc công nghiệp phát triển th−ờng áp dụng công nghệ và thiết bị tiên tiến để cơ giới hoá khâu vận xuất, bốc dỡ và vận chuyển gỗ ở những vùng khai thác gỗ tập trung và có sản l−ợng cao. Các n−ớc đang phát triển th−ờng áp dụng công nghệ cổ điển hoặc công nghệ trung bình để khai thác gỗ và vận xuất gỗ. Tùy theo điều kiện của mỗi n−ớc, mỗi vùng khai thác mà có thể áp dụng kết hợp những hình thức thủ công với hình thức cơ giới, giữa công nghệ khai thác trung bình với công nghệ khai thác tiên tiến. Hiện nay, cơ giới hoá trong sản xuất lâm nghiệp chiếm tỷ lệ rất cao, phần lớn những công việc nặng nhọc mà con ng−ời phải đảm nhiệm tr−ớc đây thì bây giờ đ2 đ−ợc thay thế bằng máy móc. Nhiều n−ớc trên thế giới, các hoạt động sản xuất lâm nghiệp chủ yếu là sử dụng một l−ợng nhỏ lao động để điều khiển các hệ thống máy móc và các thiết bị cơ giới hiện đại. Tỷ lệ lao động cơ giới hóa cao trong sản suất lâm nghiệp ở các n−ớc tiên tiến chiếm hơn 50%. Thí dụ ở Pháp là 90%, Mỹ là 35%, Tây Đức 75%, Liên Xô 60%... Trong sản xuất lâm nghiệp, máy kéo đóng vai trò hết sức quan trọng bởi vì chúng có những đặc điểm phù hợp với điều kiện sản xuất trong lâm nghiệp nh−: + Khả năng di chuyển linh hoạt trên mọi địa hình, đ−ờng sá nhờ kích th−ớc nhỏ gọn. + Khả năng kéo bám tốt nhờ kết cấu đặc biệt của các bánh chủ động. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…6 + Việc điều chỉnh tốc độ dễ dàng trong phạm vi lớn nhờ có hệ thống truyền lực đ−ợc thiết kế với nhiều cấp truyền khác nhau, dải tốc độ nằm trong khoảng từ 4 - 33 km/h. + Các loại máy kéo có nhiều loại với công suất khác nhau, th−ờng nằm trong khoảng từ 7 - 80 m2 lực [6]. + Việc điều khiển máy kéo và các bộ phận khác cũng khá dễ dàng. + Chăm sóc, bảo d−ỡng thuận tiện, đơn giản. Để đáp ứng các yêu cầu vận chuyển gỗ, ở các n−ớc công nghiệp phát triển đ2 chế tạo và đ−a vào sử dụng các loại máy kéo chuyên dùng đặc tr−ng cho vận xuất, vận chuyển lâm sản nh−: LKT 80 do Tiệp Khắc sản xuất, VOLVO - Thuỵ Điển, KOMATSU - Nhật Bản.v.v.. Các loại máy kéo này có khả năng bám rất tốt nhờ hệ thống di chuyển kiểu d2i xích. Ngoài việc vận chuyển chúng còn có các chức năng gom gỗ, xếp gỗ và bốc dỡ gỗ. Tuy nhiên, chúng có cấu tạo phức tạp, phụ tùng thay thế khó khăn, vốn đầu t− lớn và giá thành khá cao. Chúng chỉ phù hợp với những cơ sở lâm nghiệp quy mô lớn và thích ứng với các khu khai thác gỗ và lâm sản tập trung có khối l−ợng lớn, cự ly vận chuyển không dài.. 1.1.2. Tình hình cơ giới hoá trong vận xuất gỗ ở Việt Nam Máy móc cơ khí hoá nông lâm nghiệp đ−ợc du nhập vào n−ớc ta khá muộn, khoảng cuối những năm 50 đầu những năm 60 của thế kỷ 20, và chủ yếu đ−ợc tập trung ở miền Bắc vì miền Nam còn bị chia cắt. Sau năm 1975 khi đất n−ớc hoàn toàn thống nhất, cơ khí hoá nông lâm nghiệp đ−ợc đẩy mạnh trên toàn quốc nh−ng đến giữa và cuối những năm 80, cơ khí hoá nông nghiệp có phần bị giảm sút do điều kiện sản xuất và trình độ khoa học kỹ thuật của ta còn hạn chế [6]. Tính từ năm 1955 đến 1975 đ2 trang bị đ−ợc số l−ợng máy kéo là: 7000 máy kéo lớn, 2500 máy kéo cỡ trung và khoảng 15000 máy kéo nhỏ. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…7 Từ năm 1976 đến 1985, đây là giai đoạn sau khi đất n−ớc hoàn toàn thống nhất, cơ giới hoá nông nghiệp đ−ợc Đảng và nhà n−ớc chú trọng phát triển trên phạm vi toàn quốc. Trong giai đoạn này, máy móc cơ giới hoá vẫn chủ yếu tập trung vào các lĩnh vực trong sản xuất nông nghiệp và đ2 sử dụng máy móc để phục vụ khâu vận chuyển. Các loại máy móc trong giai đoạn này là máy kéo, ôtô, động cơ nổ, động cơ điện... cụ thể số l−ợng máy móc cơ giới hoá đ−ợc trang bị trên toàn quốc [6] là: Trong giai đoạn này (1983) các đơn vị khai thác gỗ quốc doanh th−ờng sử dụng một số loại máy kéo, ô tô nhập ngoại để vận chuyển gỗ nh−ng mức độ còn rất hạn chế. Bảng 1.1. Trang bị thiết bị vận tải cho nông, lâm nghiệp (năm 1983) TT Loại máy Đơn vị Cả n−ớc Miền Bắc Miền Nam 1 Máy kéo lớn chiếc 18.224 6.820 11.404 2 Máy kéo nhỏ chiếc 16.696 6.261 10.435 3 Ô tô tải chiếc 2.020 993 1.027 Bảng (1.2) thống kê số l−ợng thiết bị vận tải trang bị chung cho ngành nông, lâm nghiệp (năm 1995) Bảng 1.2. Trang bị thiết bị vận tải cho nông, lâm nghiệp (năm 1995) TT Loại máy Đơn vị Số l−ợng Tổng công suất (m2 lực) 1 Máy kéo lớn chiếc 28.630 1.307.630 2 Máy kéo nhỏ chiếc 72.286 788.680 3 Ô tô tải chiếc 20.163 Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…8 Sang giai đoạn này (1995), vận chuyển lâm nghiệp đ−ợc phát triển mạnh mẽ. Đất lâm nghiệp n−ớc ta với tổng diện tích khoảng 11,575 triệu ha, trong đó rừng tự nhiên chiếm 90,8% và rừng trồng là 9,2%. Ngoài diện tích của các lâm tr−ờng quốc doanh, một l−ợng không nhỏ đất rừng do các hộ gia đình quản lý. Các hộ gia đình sản xuất lâm nghiệp th−ờng ít sử dụng máy móc do điều kiện kinh tế còn thấp mà giá cả của các thiết bị máy móc lại cao, việc cơ giới hóa chỉ tập trung ở một số lâm tr−ờng quốc doanh [6]. Đến năm 1998 các lâm tr−ờng đ2 trang bị máy khai thác vận chuyển gỗ số l−ợng ôtô-máy kéo là khoảng 4.700 chiếc. Đến nay (năm 2007) tình hình cơ giới hoá ngành nông nghiệp nói chung và lâm nghiệp nói riêng của ta đ2 phát triển v−ợt bậc, các loại thiết bị vận tải sản suất trong n−ớc cũng nh− nhập ngoại rất phong phú và giá cả không cao, vì vậy hầu nh− toàn bộ khâu vận xuất gỗ đ2 đ−ợc cơ giới hoá. 1.2. Hoạt động vận chuyển và điều kiện sử dụng liên hợp máy vận chuyển lâm nghiệp 1.2.1. Các hoạt động vận chuyển trong sản xuất lâm nghiệp Việc vận chuyển lâm sản ở n−ớc ta hiện nay chủ yếu sử dụng hai hình thức vận chuyển là vận chuyển bằng đ−ờng bộ và đ−ờng thủy. Vận chuyển gỗ nói riêng và vận chuyển lâm sản bằng đ−ờng thủy nói chung ở n−ớc ta có nhiều thuận lợi, hệ thống sông ngòi phân bố rộng khắp với mật độ dày đặc tạo thành một mạng l−ới đ−ờng vận chuyển trong phạm vi toàn quốc. Ngoài ra còn có trên 2000 km đ−ờng bờ biển và rất nhiều bến cảng để xuất nhập khẩu hàng hoá bằng đ−ờng thủy. Các loại sản phẩm nh− gỗ và tre nứa có thể đ−ợc vận chuyển bằng cách đóng bè và cho di chuyển dọc theo các con sông và kênh m−ơng. Vận chuyển theo kiểu lợi dụng năng l−ợng của dòng chảy có giá thành rất rẻ nh−ng thời gian Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…9 vận chuyển lại kéo dài. Hiện nay vận chuyển bằng đ−ờng thủy đang sử dụng các loại tàu thuyền có tải trọng lớn để di chuyển trên các con sông và biển. Với số l−ợng ph−ơng tiện rất lớn thì l−ợng hàng hoá đ−ợc vận chuyển bằng đ−ờng thuỷ là đáng kể, chiếm một phần lớn khối l−ợng hàng hoá cần vận chuyển. Nhờ tính chất cơ động các ph−ơng tiện vận chuyển của đ−ờng bộ nên nó rất thích hợp cho việc vận chuyển gỗ và lâm sản. Các ph−ơng tiện vận chuyển đ−ờng bộ ngày càng đi sâu vào các vùng rừng núi hiểm trở nhờ có các loại đ−ờng cấp 2, cấp 3 đ−ợc xây dựng với chi phí thấp hơn rất nhiều so với các tuyến đ−ờng quốc gia. Vì vậy, vận chuyển bằng đ−ờng bộ ngày một chiếm −u thế hơn. Vào những năm cuối thế kỷ tr−ớc sản xuất lâm nghiệp, các hoạt động vận chuyển đ2 rất phong phú. Các loại ôtô với công suất lớn nhỏ đ−ợc sử dụng rất nhiều. Các loại ph−ơng tiện này th−ờng đ−ợc thiết kế để vận chuyển trên đ−ờng t−ơng đối bằng phẳng, kích th−ớc của chúng cũng t−ơng đối lớn, giá thành khá cao nên giá thành vận chuyển rất cao. Khi đ−a vào hoạt động trong điều kiện địa hình rất phức tạp, các con đ−ờng nhỏ nên chúng không phát huy đ−ợc hiệu quả và có nhiều tr−ờng hợp không làm việc đ−ợc. Vận chuyển gỗ lâm nghiệp đ2 ngày càng hiện đại. Ngày nay đ2 có nhiều loại ph−ơng tiện vận tải đ−ợc sản xuất chế tạo lắp ráp trong n−ớc kết hợp nhập khẩu với số l−ợng tăng gấp nhiều lần so với những năm cuối của thế kỷ tr−ớc. Liên hợp máy kéo Shibaura-3000A, rơ moóc RMH-3000 cũng thuộc loại này. 1.2.2. Điều kiện sử dụng liên hợp máy vận chuyển lâm nghiệp Tuỳ theo quy mô sản xuất, địa hình đ−ờng xá, đối t−ợng vận chuyển là các loại gỗ có kích th−ớc nh− thế nào mà trang bị các loại thiết bị vận tải cho phù hợp, nơi có đ−ờng xá cần khai thác khối l−ợng lớn có thể dùng ôtô, địa hình khó khăn có thể dùng máy kéo bánh xích kết hợp với tời kéo... Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…10 Rừng tự nhiên và rừng trồng n−ớc ta chủ yếu ở đồi núi có địa hình địa chất rất phức tạp chủ yếu là dốc cao, sông, suối và sỏi đá vì vậy ph−ơng tiện vận xuất gỗ cũng phải đa đạng và hầu hết phải là các liên hợp máy có nhiều tính năng vận tải để đáp ứng các điều kiện tự nhiên rất khắc nghiệt của n−ớc ta. Liên hợp máy kéo Shibaura-3000A, rơ moóc RMH-3000 cũng nh− các loại máy liên hợp t−ơng tự có nhiều khả năng vận tải phù hợp với các vùng đồi núi có độ dốc vừa phải, bề mặt có độ mấp mô nhỏ, nền t−ơng đối ổn định cần đ−ợc nghiên cứu toàn diện để chủ động khai thác các loại liên hợp này có hiệu quả nhất. 1.2.3. Dạng mặt đ−ờng xác định 1/Dạng mặt đ−ờng có ch−ớng ngại vật đơn chiếc Trong khi di chuyển, liên hợp máy nhiều khi phải v−ợt qua ch−ớng ngại vật. Khi đó các quá trình chuyển tiếp động lực học biến đổi khá lớn, có khả năng bật bánh xe khỏi mặt đ−ờng làm mất ổn định của liên hợp máy gây rung động cho ng−ời lái máy. Trên hình 1.1 trình bầy một số tr−ớng ngại vật đơn chiếc th−ờng gặp, các thông số cần xác định là chiều cao vật cản q0, chiều dài của vật cản S0 và quy luật biến đổi chiều cao của vật cản. Có thể biểu diễn các sơ đồ này bằng các hàm số xác định. q q0 0 S0 S q q0 0 S0 S q q0 0 S q0 0 S0 S c, d, a, b, Hình 1.1 .Một số ch−ớng ngại vật th−ờng gặp a. Mô đất; b.Bờ ruộng; c. Đ−ờng cày của máy kéo; d. Vật cản Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…11 Vật tr−ớng ngại là mô đất (hình 1.2.a):      > ≤≤− = 0 0 0 0 0 0)2cos1( 2 SKhiS SSKhis s q q pi (1.1) Trong đó: q0 = 0,1 ữ 0,3 m ; S0 = 0,5 ữ 1,5 m Vật tr−ớng ngại giữa hai bờ ruộng (hình 1.4.b):      > <− = 0 0),2cos1( 0 0 0 KhiSq KhiSS S q q pi (1.2) Vật tr−ớng ngại là đ−ờng lên bờ của máy kéo (hình 1.4.c):      > ≤≤− = 00 0 0 0 0)2cos1( 2 SKhiSq SSKhiS S q q pi (1.3) Trong đó: q0 = 0,3 ữ 0,6 m ; S0 = 1,6 ữ 2 m Vật tr−ớng ngại là vật cản dạng bậc (hình 1.4.d):    ≥ < = 0 00 0khiSq khiS q (1.4) Trong đó q0 = 0,1 ữ 0,2 m. Trong các công thức (1.1), (1.2), (1.3), (1.4) ta có: S – chiều dài mặt đ−ờng. S0 b−ớc sóng mấp mô mặt đ−ờng. H0 biên đô mấp mô mặt đ−ờng. 2/ Dạng mặt đ−ờng biến đổi tuần hoàn Theo yêu cầu kỹ thuật nông học thì trong quá trình khai thác đ−ờng phải đ−ợc san phẳng, các hố đất phải đ−ợc lấp đầy. Mặc dù có những biến đổi bề mặt do tác động của m−a gió… Song tính chất chu kỳ vẫn rõ rệt, có thể diễn tả bằng các hàm tuần hoàn th−ờng gặp: Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…12 Mặt đ−ờng là các r2nh ( hình1.2.a) SS qq 0 0 2 sin pi= Khi S ≥0 ( 1.5) Hoặc (hình 1.2.b) )2cos1(2 0 0 S S qq pi−= Khi S ≥0 ( 1.6) Khi liên hợp máy làm việc trên đ−ờng có bề rộng lớn (hình 1.2.c), trắc diện mặt đ−ờng trong tr−ờng hợp này có dạng điều hoà: ; 2 cos 2 sin 2 1 0 1 0 1 0 ∑ =       ++= n i S S iqcS S iqsqq pipi (1.7) Trong đó: q là hàm số mấp mô của mặt đ−ờng; S – qu2ng đ−ờng; q0 độ cao của mấp mô; theo [13] q0 = 0,2 ữ 0,35 m. S0 – b−ớc của mấp mô, có thể lấy S0 = 0,85 ữ 1,5 m; qs1, qc1 là các hằng số tuỳ thuộc vào trắc diện mặt đ−ờng. 1.2.4. Dạng mặt đ−ờng biến đổi ngẫu nhiên Do tác động của khí hậu thời tiết, cấu trúc của vật liệu làm đ−ờng, tác dụng lực t−ơng hỗ giữa các bánh xe và bộ phận làm việc của liên hợp máy và q q0 0 S0 S q q0 0 S0 S q q0 S0 S 0 a, b, c, Hình 1.2: Một số trắc diện mặt đ−ờng, mặt đ−ờng có biến đổi tuần hoàn a,b:luống cây trồng cạn; c: luống có bề rộng lớn Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…13 đất, tác dụng của con ng−ời nên trắc diện mặt đ−ờng có tính chất biến đổi ngẫu nhiên và đ−ợc coi là đại l−ợng ngẫu nhiên. Để bài toán không quá phức tạp, với mức độ chính xác đủ và cũng không mất đi tính tổng quát, các kích động tổng hợp của mấp mô mặt đ−ờng, đ−ợc xem là đồng nhất về mặt thống kê, nghĩa là coi chúng là những hàm ngẫu nhiên. Các đặc tr−ng thống kê của mặt đ−ờng, cần xác định của trắc diện mặt đ−ờng, có dạng là hàm ngẫu nhiên là kỳ vọng toán mq, ph−ơng sai Dq, hàm t−ơng quan Kq(s*). Với các hàm ngẫu nhiên, kỳ vọng toán mq, ph−ơng sai Dq là các hằng số, còn hàm t−ơng quan chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điểm quan sát. Việc xác định đặc tr−ng thống kê của một số trắc diện mặt đ−ờng nơi máy kéo th−ờng qua lại thuộc vùng đồi núi đ2 đ−ợc một số tac giả nghiên cứu và đ2 thu đ−ợc một số kết quả nhất định . Các đặc tr−ng thống kê của mặt đ−ờng, mặt đ−ờng đ−ợc diễn tả bởi biểu thức sau: ∫ ∞→ = 0 0 0 ;)(1lim s Sq dssq s m (1.8) [ ]∫ ∞→ = 0 0 20 0 ;)(1lim s Sq dssq s D (1.9) ∫ += ∞→ 0 0 00 0 ;*)()(1lim*)( s Sq dsssqsq s sK (1.10) Trong đó: S0 – qu2ng đ−ờng khảo sát; q(s) – hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đ−ờng; q0(s)–hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đ−ờng, mặt đ−ờng đ2 trung tâm hoá; q0(s)=q(s) –mq; s là chiều dài qu2ng đ−ờng của điểm quan sát; s* - qu2ng đ−ờng giữa hai lần quan sát. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…14 Nếu trong qu2ng đ−ờng giới nội đủ lớn, các tích phân trên đ−ợc thay thế bằng các tổng hữu hạn có dạng: j v j jq qqPm )( 0 ∑ = = (1.11) [ ] ;)( 20 0 0 j v j jq qqPD ∑ = = (1.12) 0 1 01)( à à à à + − = ∑ − = n N n nq qqN K ; (1.13) v – số khoảng chia độ cao tr−ớng ngại qj; qj – giá trị biên độ mấp mô mặt đ−ờng; P(qj)- tần suất xuất hiện độ cao qj trong phép đo; P(q0j)- tần suất xuất hiện độ cao qj 0 trong phép đo; à = 1,2,…., à0; với à0 = S*/∆; n = 1,2,…., à0; với n0 = S0/∆; N khoảng chia; với N = S0/∆; ∆ - chiều dài khoảng đo (b−ớc tính). Trong tính toán thí nghiệm chiều dài qu2ng đ−ờng khảo sát đ−ợc quy định tối thiểu S0 = 10.Smax; Smax - là b−ớc sóng lớn nhất của các mấp mô nghĩa là khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm có cùng tung độ không liên tiếp; B−ớc tính ∆ đ−ợc chọn từ công thức 20 minS =∆ ; Smin – b−ớc sóng nhỏ nhất của các mấp mô; Chiều dài khoảng đo đ−ợc xác định trực tiếp trong quá trình đo đạc sao cho trên mỗi b−ớc tính hàm số biến đổi ít nhất; qn 0, q 0 à+n - hàm mấp mô mặt đ−ờng trung tâm hoá tại vị trí n. ∆ và (n+à). ∆. Trong thí nghiệm với mặt đ−ờng đ2 lựa chọn qu2ng đ−ờng cần khảo sát: Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…15 + Với mặt ruộng lúa sau thu hoạch: S0 = 100m; + B−ớc tính ∆ = 10 cm Với hàm t−ơng quan theo (1.12) và (1.13) khi 0* =S có giá trị lớn nhất và đó chính là ph−ơng sai Dq=Kq(0) của hàm mấp mô mặt đ−ờng. Từ đó ta xác định hàm t−ơng quan chuẩn hoá: ; )( )0( )()( ** * q q q q D SK K SK S ==ρ (1.14) Để giải quyết các bài toán dao động ngẫu nhiên, các hàm t−ơng quan thu đ−ợc từ thực nghiệm cần đ−ợc diễn tả gần đúng bằng các hàm giải tích thích hợp. Các hàm t−ơng quan chuẩn hoá đ−ợc biểu diễn d−ới dạng: ;)( * 1 * 1 * ** SSineASCoseAS i Sm ni ii Sn i i ii ββρ αα − += − = ∑∑ += (1.15) Trong đó: Ai,αi,βi: là các hệ số. Trong tr−ờng hợp mặt đ−ờng nông thôn và mặt đ−ờng đồi núi sử dụng hai dạng đơn giản sau đây của hàm t−ơng quan chuẩn hoá [14] : ;)( * * Si eS α ρ − = (1.16) ;)( * * sCoseS Si βρ α−= (1.17) ở đây α,β là các hệ số t−ơng quan và đ−ợc xác định theo ph−ơng pháp bình ph−ơng bé nhất. Gọi * 1S là chu kỳ trung bình của hàm t−ơng quan chuẩn hoá khi đi qua mức không theo biến *S , ta có: );0(;)()( 01*1*1 ρρρρρ === SS 1 0 * 1 ln1 ρ ρ α S = (1.18) * 1 2 S piβ = (1.19) Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…16 Trong các tính toán dao động của máy kéo, giả thiết liên hợp máy làmviệc với vận tốc không đổi (v=const), ng−ời ta th−ờng biểu diễn hàm t−ơng quan theo biến thời gian (t=S/v): ;)( τατ −= eDK qq (1.20) ;)( βττ τα CoseDK qq −= (1.21) Trong đó: τ là khoảng thới gian giữa hai lần quan sát. ảnh h−ởng của vận tốc tiến máy kéo đến các hệ số t−ơng quan đ−ợc xem là tuyến tính, có dạng: α=α1.v; β=β1.v; Với α1 , β1 là các hệ số ._.t−ơng quan khi v =1m/s. Hiện nay các tiêu chuẩn phân loại đ−ờng xá nhất là đ−ờng nông thôn và đồi núi không phù hợp cho việc nghiên cứu dao động của liên hợp máy. Do đặc điểm của sản xuất nông nghiệp việt Nam, mức độ đầu t− xây dựng cơ sở hạ tầng còn thấp nên đ−ờng xá nông thôn và đồi núi, mặt đ−ờng chất l−ợng còn xấu, nhỏ hẹp…gây bất lợi cho sự làm việc ổn định của liên hợp máy. Hơn nữa các thông số của đ−ờng xá, mặt đ−ờng cần thiết cho quá trình tính toán động lực học ch−a đ−ợc đầu t− nghiên cứu, khảo sát cụ thể. Vì vậy cần thiết phải có những khảo sát, nghiên cứu và phân loại các dạng mặt đ−ờng, mặt đ−ờng nơi mà máy kéo th−ờng xuyên qua lại theo h−ớng các bài toán động lực học đặt ra. Một số nhận xét ch−ơng: − Các công trình nghiên cứu động lực học của máy kéo ở n−ớc ta đ2 xuất hiện nhiều trong những năm gần đây có thể nhận xét rằng : các chế độ động lực học của của liên hợp máy nông nghiệp đ2 đ−ợc nghiên cứu theo từng phần với các vấn đề riêng biệt bằng lý thuyết hoặc thực nghiệm và đ2 đạt đ−ợc Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…17 kết quả đáng kể, tuy nhiên các mô hình nghiên cứu ch−a mô tả đầy đủ các tính chất hoạt động của LHM. − Liên hợp máy làm việc trong điều kiện mặt đ−ờng có trắc diện lớn thay đổi theo cả ph−ơng chuyển động ngang và dọc. Để phù hợp với điều kiện kết cấu làm việc của LHM phụ thuộc điều kiện kích động mặt đ−ờng tới các chỉ tiêu làm việc rất lớn, cần phải nghiên cứu bằng mô hình động lực học, khảo sát mức độ ảnh h−ởng của các thông số khối l−ợng, trọng tâm của máy rơ mooc , các kích th−ớc của rơ mooc, các tính chất mặt đ−ờng tới các tính chất của liên hợp máy vận chuyển. 1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1.3.1.Mục tiêu của luận văn Qua kết quả phân tích tổng quan đ2 trình bày ở trên mục đích của luận văn là khảo sát một số tính chất động lực học của máy kéo Shibaura−3000A khi liên hợp với rơ mooc một trục nhằm mục đích: − Đ−a ra cơ sở xác định khả năng duy trì điều khiển lái và chuyển động ổn định, êm dịu của liên hiệp máy khi vận chuyển trên đ−ờng lâm nghiệp. − Góp phần xây dựng cơ sở khoa học khai thác có hiệu quả loại liên hợp máy máy này khi vận chuyển gỗ rừng trồng ; − Góp phần xây dựng cơ sở khoa học để tính toán tối −u các thông số kết cấu và chế độ làm việc của liên hợp máy vận chuyển gỗ. 1.3.2. Nhiệm vụ của luận văn Thực hiện mục tiêu trên, luận văn đ☺2 giải quyết các vấn đề sau: Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…18 − Xây dựng mô hình nghiên cứu một số tính chất động lực học của liên hợp máy máy kéo Shibaura−3000A liên hợp với rơ mooc một cầu RMH−3000 khi thực hiện vận chuyển gỗ rừng trồng. − Xây dựng thuật giải ch−ơng trình tính toán một số thông số động lực học theo mô hình đ2 xây dựng. − Khảo sát ảnh h−ởng của độ mấp mô mặt đ−ờng, tốc độ chuyển động của máy kéo, khối l−ợng vận chuyển, độ dốc mặt đ−ờng đến tính chất động lực học của liên hợp máy. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…19 Ch−ơng iI đối t−ợng và ph−ơng pháp nghiên cứu 2.1. đối t−ợng nghiên cứu Đối t−ợng nghiên cứu của đề tài là máy kéo Shibaurra−3000A do Nhật Bản sản xuất liên kết với rơ mooc một cầu RH−3000 do Đề tài KC−07−26−01 thiết kế chế tạo. ảnh chụp liên hợp máy thể hiện trên hình 2.1 và các thông số kỹ thuật chính thể hiện trên bảng 2.1 và bảng 2.2. Máy kéo SHIBAURA−3000A là loại máy kéo 2 cầu chủ động có công dụng chính để thực hiện cơ giới hóa nông nghiệp ở khu vực đồng bằng. RMH−3000 là loại rơ mooc một trục chủ động, đ−ợc dẫn động hệ thống truyền động thủy lực từ trục thu công suất của máy kéo. Các kết quả nghiên cứu ban đầu đ2 khẳng định tính −u việt của loại liên hợp máy này khi vận chuyển trên các đ−ờng đồi dốc lâm nghiệp và có triển vọng áp dụng vào thực Hình 2.1. Hình ảnh máy kéo Shibaura−3000A và rơ mooc RMH−3000 Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…20 tế sản xuất. Bảng 2.1. Thông số kĩ thuật máy kéo Shibaura-3000A Tên thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trọng l−ợng máy kéo G 15000 N Chiều dài cơ sở L 1,815 m Chiều cao trọng tâm h 0,552 m Toạ độ dọc của trọng tâm so với cầu sau b 0,799 m Chiều cao điểm nối moóc hm 0,430 m Chiều dài từ tâm cầu sau đến điểm nối moóc a1 0,400 m Bán kính bánh xe chủ động sau rk 0,613 m Bán kính bánh xe tr−ớc rn 0,375 m Bảng 2.2. Thông số kĩ thuật Rơ-mooc RMH-3000 Tên thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều dài thùng mooc L0 3,057 m Bề rộng miệng thùng B2 1,780 m Bề rộng đáy thùng B1 1,180 m Chiều cao đáy thùng moóc hs 0,600 m Chiều dài từ điểm nối moóc đến trục bánh xe Lm 3,094 m Chiều dài từ trục bánh xe đến cuối thùng Lc 0,893 m Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…21 2.2. ph−ơng pháp nghiên cứu Khi nghiên cứu các bài toán động lực học của các máy kéo vận chuyển th−ờng phải giải các ph−ơng trình vi phân chuyển động. Để giải đ−ợc các ph−ơng trình vi phân cần sử dụng ph−ơng pháp phù hợp tuỳ thuộc vào đặc điểm của mô hình nghiên cứu các thông số đầu vào và mục đích nghiên cứu. D−ới đây xin trình bày một số ph−ơng pháp sử dụng trong luận văn để nghiên cứu dao động của liên hiệp máy vận chuyển gỗ 2.2.1. Ph−ơng pháp giải tích Theo ph−ơng pháp giải tích sau khi lựa chọn mô hình và tính toán các thông số của hệ thống, dựa vào các định luật cơ học ng−ời ta mô tả các chuyển động của các hệ cơ học bằng các ph−ơng trình vi phân dao động của hệ thống. Có thể giải các ph−ơng trình vi phân này bằng ph−ơng pháp giải tích. Ph−ơng pháp này có ý nghĩa rất lớn trong việc giải các bài toán dao động tuyến tính. Ví dụ tr−ờng hợp liên hợp máy chuyển động với vận tốc thấp, các kích động mấp mô của mặt đ−ờng thay đổi không lớn, không có hiện t−ợng mất liên kết giữa bánh xe và mặt đ−ờng, đồng thời ph−ơng pháp này cũng có −u điểm lớn trong việc phân tích tổng hợp các kết quả nghiên cứu, tối −u hoá các thông số của hệ thống tuyến tính. 2.2.2. Ph−ơng pháp mô hình hoá Ph−ơng pháp này có ý nghĩa quan trọng trong việc giải các bài toán dao động tuyến tính đơn giản giúp ng−ời nghiên cứu có thể phân tích tổng hợp nghiên cứu và tối −u hoá các thông số của hệ thống tuyến tính. Để mô tả dao động của máy kéo Shibaura 3000A liên hợp với rơ mooc một trục, trong mô hình tính toán dao động chúng tôi đ−a ra một số giả thiết và điều kiện nghiên cứu: giả thiết độ mấp mô của mặt đ−ờng là hàm sin đều trong mặt phẳng, hệ số giảm chấn và độ cứng t−ơng đ−ơng là đồng đều trong quá trình máy kéo chuyển động. Máy kéo chuyển động với vận tốc không đổi Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…22 để lập ph−ơng trình vi phân mô tả dao động của hệ thống th−ờng dựa vào ph−ơng trình lagrange loại II , có dạng tổng quát sau đây: j jjjj Q q R q U q T q T dt d = ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ −         ∂ ∂ && (2.1) Trong đó: - T là hàm động năng của các khối l−ợng quán tính đ−ợc quy đổi về trọng tâm của chúng. - U là hàm thế năng - R là hàm hao tán - qj là toạ độ suy rộng thứ j ( j=1,2,..n) - Qj ngoại lực tác động vào cơ hệ Đối với hệ tuyến tính n bậc tự do thì ji n i n j ij qqmT ∑∑ = = = 1 12 1 (2.2) ji n i n j ij qqcU ∑∑ = = = 1 12 1 (2.3) ji n i n j ij qqKR ∑∑ = = = 1 12 1 (2.4) Trong đó: jiij mm = ; jiij cc = ; jiij KK = Các ma trận m, K,C, là ma trận quán tính, ma trận ma sát và ma trận độ cứng. Đối với hệ dao động tuyến tính thì ma trận [m], [C], [K] là các ma trận với giá trị thành phần là không đổi. Ph−ơng trình dao động đ−ợc viết d−ới dạng tổng quát cho các xe di chuyển trên mặt đ−ờng có trắc diện mấp mô. Mq Kq Cq Dh Bh+ + = +&& & (2.5) B, D − ma trận độ cứng và ma trận ma sat quy đổi của vành bánh xe và bộ phận giảm xóc. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…23 ,h h& − độ cao nhấp nhô mặt đồng và tốc độ thay đổi của nó theo thời gian chuyển động của LHM. 2.2.3. Ph−ơng pháp ma trận chuyển tiếp Ph−ơng pháp này dùng để giải ph−ơng trình vi phân dao động tìm giá trị riêng và véc tơ riêng λi = ω2, với ω là tần số dao động riêng t−ơng ứng có dao động riêng hay véc tơ riêng là Qj. Từ ph−ơng trình (2.1) đặt :         ∂ ∂ jq T & = M. Q& ; jq U ∂ ∂ = KQ ; jq T ∂ ∂ = 0 Ta lập đ−ợc ph−ơng trình chuyển động của hệ d−ới dạng ma trận : 0MQ KQ+ =& (2.6) Trong đó M là khối l−ợng (quán tính) vuông góc cấp n. K là ma trận độ cứng vuông góc cấp n; Q, Q.. là các véc tơ cột biểu thị chuyển dịch và gia tốc ngang của hệ trong quá trình dao động. Ma trận M, K, Q, Q& đ−ợc tính nh− sau: ; ... ............ ... ... 21 22221 11211 nnnn n n mmm mmm mmm M = ; ... ............ ... ... 21 22221 11211 nnnn n n kkk kmk kmk K = ; ... 2 1 nQ Q Q Q & & & & = ; ... 2 1 nQ Q Q Q = Ma trận quán tính M và ma trận độ cứng K có thể tính toán theo công thức. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…24        ∂∂ ∂ = ∂∂ ∂ = ji ij ji ij xx UK xx TM && && 2 2 ( 2.7) Nghiệm của ph−ơng trình (2.6) với hệ dao động điều hoà có dạng: Q = Asinωt; Trong đó A: là ma trận cột của biên độ dao động; ω: là tần số dao động tự do; Đạo hàm hai lần theo t ph−ơng trình (2.7) ta đ−ợc: ;sin2 tAQ ωω−=& hoặc ;sin tAQ ωλ−=& Với λ = ω2 , do đó ;QQ λ−=& thay Q&vào ph−ơng trình (2.6) ta đ−ợc: (K-λM)Q=0 (2.8) Nghiệm Q không phải là tầm th−ờng (Q ≠ 0) thì ph−ơng trình (2.8) phải có định thức bằng không: K - λM=0 (2.9) Biểu thức (2.9) chính là ph−ơng trình đặc tr−ng hay ph−ơng trình tần số của hệ dao động tự do không kể đến lực cản. Khai triển (2.9) ta nhận đ−ợc đa thức bậc n đối với λ. 0... 01 1 1 =++++ − − aaaa nn n n λλλ (2.10) Giải ph−ơng trình (2.10) ta tìm đ−ợc tần số riêng của λj (với j=1,2…n). T−ơng ứng với mỗi tần số riêng λj ta xác định đ−ợc dao động riêng Qj . Vấn đề xác định giá trị riêng và véctơ riêng là vấn đề quan trọng trong quá trình nghiên cứu dao động của liên hợp máy vì muốn biết miền cộng h−ởng của một hệ thống cơ học tr−ớc hết cần xác định tần số riêng của hệ đó. Tóm lại để nghiên cứu tính chất động học của máy kéo Shibaura−3000A liên hợp với rơ mooc một trục RMH−3000 khi vận chuyển Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…25 gôc rừng trồng trên các đ−ờng xấu , đ−ờng dốc và đồng thời cần đáp ứng nộ dung và mục đích của đề tài này cần sử dụng một số ph−ơng pháp sau: − Sử dụng ph−ơng pháp giải tích để nghiên cứu tính chất động lực học xác định của LHM. − Sử dụng ph−ơng pháp mô hình hóa để xây dựng mô hình tính toán và lập hệ ph−ơng trình dao động của LHM. − Dùng ph−ơng pháp ma trận chuyển tiếp để giải bài toán dao động. − Dùng ph−ơng pháp mô phỏng số để khảo sát tính chất biên độ tần số. Trên cơ sở đó khảo sát ảnh h−ởng của một số yếu tố kết cấu và điều kiện sử dụng đến tính chất dao động của LHM. Các bài toán trên đ−ợc giải trên cơ sở các thuật toán ma trận kết hợp sử dụng phần mềm MATLAB 6.5. Đây là một phần mềm mạnh và sử dụng thuận tiên khi cho các bài toán ma trận và vẽ đồ họa. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…26 Ch−ơng IiI Xây dựng mô động lực học liên hợp máy Kéo liên hợp với rơ mooc một cầu 3.1. Đặt vấn đề Liên hợp máy kéo bánh kéo rơ mooc một cầu để vận chuyển có những điểm khác biệt so với khi kéo rơ mooc 2 cầu. Về mặt động lực học, điểm khác biệt là ở chỗ tải trọng pháp tuyến của rơ mooc luôn luôn truyền một phần sang máy kéo dẫn đến sự thay đổi tải trọng phân bố trên các cầu của máy kéo. Hệ quả của nó là làm thay đổi khả năng bám và lực cản lăn của máy kéo. Sự thay đổi khả năng bám của bánh chủ động (cầu sau) của máy kéo sẽ ảnh h−ởng đến độ tr−ợt và khả năng kéo. Đối với cầu tr−ớc, sự thay đổi phản lực pháp tuyến sẽ ảnh h−ởng đến khả năng duy trì tính năng lái. Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến còn ảnh h−ởng đến quá trình phanh liên hợp máy. Tính chất động lực học của liên hợp máy vận chuyển bằng rơ mooc một cầu, ngoài các yếu tố kết cấu, còn phụ thuộc vào điều kiện sử dụng nh− tính chất mặt đ−ờng, tải trong chuyên chở, tốc độ chuyển động … Phản lực pháp tuyến ảnh h−ởng đến khả năng kéo bám và khả năng duy trì tính năng lái. Do vậy, nội dung nghiên cứu xác định phản lực pháp tuyến cũng nhằm mục đích góp phần làm cơ sở khoa học để tính toán thiết kế và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý để nâng cao hiệu quả sử dụng và tính an toàn chuyển động. Trong ch−ơng này trình bày 3 nội dung chính: − Xây dựng bài toán xác định tải trọng giới hạn và góc dốc giới hạn theo điều kiện lái và điều kiện bám. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…27 - Nghiên cứu ảnh h−ởng mấp mô mặt đ−ờng đến phản lực pháp tuyến trên máy kéo kéo rơ-mooc một cầu. - Xây dựng thuật giải trên máy tính. 3.2. Tính ổn định dọc liên hợp máy kéo liên hợp với rơ mooc một cầu Trong mục này ta xây dựng cơ sở lý thuyết để xác định khả năng lái của liên hợp máy theo điều kiện lái và điều kiện bám, tức là ta phải tìm tải trọng giới hạn ứng với lực pháp tuyến tác dụng lên bánh dẫn h−ớng giới hạn và điều kiện bám giới hạn của bánh dẫn h−ớng. 3.2.1. Xác định phản lực pháp tuyến của mặt đ−ờng tác dụng lên cầu tr−ớc của máy kéo Trên hình 3.1 là sơ đồ các lực và mômen tác dụng lên máy kéo và moóc khi tách điểm nối moóc. Các lực tác dụng lên liên hợp máy bao gồm: + Trọng l−ợng máy kéo G; + Trọng l−ợng của toàn bộ moóc khi chứa gỗ Q; + Lực kéo tiếp tuyến của máy kéo PK; + Lực cản lăn của tất cả các bánh xe Pf; + Mô men cản lăn của bánh tr−ớc Mfn và bánh sau Mfk; + Mô men cản lăn của bánh moóc MfM; + Phản lực pháp tuyến cầu tr−ớc Zn, phản lực pháp tuyến cầu moóc ZM. Khả năng lái của máy kéo bánh có thể bị phá huỷ khi phản lực pháp tuyến trên các bánh tr−ớc nhỏ hơn giá trị cho phép Zcp. Việc xác định giá trị nhỏ nhất cho phép của phản lực pháp tuyến trên các bánh lái chỉ có thể đ−ợc tiến hành bằng thực nghiệm, Các số liệu thực nghiệm cho thấy rằng Zcp = 0,1 – 0,15G khi chuyển động trên nền đất cứng và Zcp = 0,15 – 0,2G khi chuyển động trên nền đất yếu Nh− vậy việc nghiên cứu ảnh h−ởng của các yếu tố đến khả năng duy trì Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…28 ltinhs năng lái theo điều kiện bám ngang có thể thông qua việc đánh giá gián tiếp các quy luật thay đổi phản lực pháp tuyến cầu tr−ớc Zn. Để xác định các phản lực Zn , Zk, ZM ta tách liên kết giữa máy kéo và rơ mooc tại điểm móc nối. Sơ đồ lực tác dụng lên liên hợp máy nh− hình 3.2. P K Z N M fN P f ZK ZM M fK MfM Gcos α Gsin α P fM Qcos Qsin α Hình 3.1. Sơ đồ lực tác dụng lên liên hợp máy khi lên dốc Hình 3.2. Sơ đồ lực tác dụng lên liên hợp máy khi lên dốc khi tác liên kết tại khớp nối Xét cân bằng lực và cân bằng mô men trên rơ mooc ta nhận đ−ợc hệ PK ZA Qsinα Q c o sα PfM PA PB ZB Gsinα G c o sα MfM MfK ZM ZK Pf MfN ZN Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…29 ph−ơng trình: PA – Q sinα – PfM = 0 ZA – Q cosα + ZM = 0 Q cosα (Lm – a) + Q sinα (hq- hm) – ZMLm – PfMhm – MfM = 0 Với MfM = PfM.rM và giải hệ ph−ơng trình này ta có kết quả : ( ) ).( ).(sin).(cos. mmm mqm M rhfL hhaLQ Z −+ −+− = αα (3.1) PA = Q.(sinα + f) (3.2) ZA = Q.cosα - ZM (3.3) Trong đó : f − hệ số cản lăn của bánh xe rơ-mooc ; a − khoảng cách từ trọng tâm rơ-mooc đến trục bánh xe rơ-mooc hq là chiều cao trọng tâm rơ-mooc ; Từ điều kiện cân bằng mô men của các ngoại lực đối với điểm O2 ta nhận đ−ợc ph−ơng trình : Gcosαb=ZnL + Ghsinα+PB a1 + Mf (3.4) Zk= Gcosα+ZB - Zn Trong đó: Zn: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên cầu tr−ớc; PB; ZB: các thành phần lực kéo ở moóc; hm: Chiều cao điểm móc moóc. Mfk; Mfn: Mô men cản lăn của bánh chủ động và bánh bị động; Mf: mô men cản lăn tổng cộng của máy kéo; Mf =Mfk + Mfn Với: Mfk= rk(Gcosα +ZB - Zn)f Mfn= rn.Zn.f f: hệ số cản lăn; G : trọng l−ợng máy kéo; Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…30 rK : bán kính động lực học của bánh xe chủ động. Giải (3.4) ra ta đ−ợc phản lực pháp tuyến tác dụng lên cầu tr−ớc: nΖ = )( )(sin)(cos 1 nk kBmBk rrfL frahPhGfrbG −− +Ζ−−−− αα (3.5) Điều kiện duy trì tính năng lái : Để duy trì đ−ợc tính năng lái cần đảm bảo đ−ợc điều kiện : Zn ≥ Zcp a) Xác định trọng tải Ggcp theo điều kiện lái: Dựa vào điều kiện đảm bảo khả năng lái Zn ≥ Zcp = 0.2G Công thức tính khối l−ợng theo thể tích gỗ: Ggv= V.γ , các công thức xác định toạ độ trọng tâm của khối gỗ của toàn moóc ta vẽ đ−ợc đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc trọng l−ợng gỗ cho phép theo góc dốc có dạng d−ới đây. Gg Gg Ggϕ αδ αδMax ααδMax GgϕΜax GgMax Ggcp O αδϕ Từ đồ thị ta có thể xác định trọng l−ợng cho phép theo điều kiện lái. b) Xác định góc dốc giới hạn αd theo điều kiện lái Trong tr−ờng hợp biết tr−ớc trọng l−ợng Gg mà ta cần phải xác định góc dốc giới hạn αd theo điều kiện lái thì có thể giải theo ph−ơng pháp đồ thị. Hình 3.3. Đồ thị xác định các góc dốc và lực kéo cho phép theo điều kiện lái của máy kéo khi lên dốc Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…31 Theo các điều kiện trên ta có thể xây dựng đ−ợc đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của trọng l−ợng gỗ cho phép Ggcp vào góc dốcα (hình 3.3) Sau khi xây dựng đ−ợc đ−ờng cong Ggcp= f(α)ta có thể xác định đ−ợc góc dốc giới hạn động αd t−ơng ứng với Gg đ2 cho. Điểm cắt nhau giữa đ−ờng cong Pmcp= f(α) với trục hoành sẽ t−ơng ứng với góc dốc giới hạn cực đại αdmax khi máy kéo chạy không. Còn điểm cắt nhau giữa đ−ờng cong Ggcp với trục tung sẽ t−ơng ứng với trọng l−ợng kéo chuyên trở cho phép lớn nhất Ggmax khi máy kéo làm việc trên mặt đồng nằm ngang (α = 0). c) Kiểm tra theo điều kiện bám của bánh chủ động. Các giá trị lực kéo cho phép đ−ợc xác định ở trên mới chỉ xét theo điều kiện duy trì khả năng lái. Các giá trị này cần đ−ợc kiểm tra theo điều kiện bám của các bánh xe chủ động. Dựa trên sơ đồ lực (hình 3.2) ta có thể xác định đ−ợc ph−ơng trình cân bằng lực theo ph−ơng chuyển động. Pk= BB PGGf ++Ζ+ αα sin)cos( Dựa vào điều kiện chuyển động đ−ợc theo khả năng bám: )cos(sinsin. BBfBk GfPGPPGP Ζ+++=++≥Ζ= αααϕϕ (3.6) Cũng t−ơng tự nh− trên dựa vào công thức tính trọng l−ợng gỗ theo thể tích và các công thức tính toạ độ trọng tâm ở trên ta cũng xây dựng đ−ợc đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc trọng l−ợng gỗ cho phép theo điều kiện bám. Từ đ−ờng cong Ggϕcp = f(α) ta có thể giải hai bài toán. Biết giá trị góc α, cần xác định giá trị trọng l−ợng lớn nhất cho phép theo điều kiện bám Ggϕ; Biết tr−ớc giá trị trọng l−ợng Gg, cần xác định góc dốc giới hạn cho phép theo điều kiện bám αdϕ . Qua hình 3.3 ta thấy dế dàng nhận rằng điểm cắt nhau giữa đ−ờng cong Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…32 Ggϕcp = f(α) và trục hoành sẽ ứng với góc dốc giới hạn lớn nhất theo điều kiện bám αdϕ khi máy kéo chạy không và điểm cắt nhau giữa đ−ờng cong đó với trục tung sẽ ứng với trọng l−ợng kéo lớn nhất theo điều kiện bám Ggϕmax cho tr−ờng hợp máy kéo làm việc trên mặt đồng nằm ngang (α=0). 3.2.2. Tính toán xác định tọa độ trọng tâm của moóc. Moóc đ−ợc liên hợp với máy kéo SHIBAURA- 3000A để vận xuất gỗ. Tr−ớc hết, ta đi xác định tọa độ trọng tâm của gỗ khi chứa trong thùng. a) Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc. Nếu coi trọng l−ợng của gỗ là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài của gỗ, thì trọng tâm theo chiều dọc thùng moóc là: xg = Lo - 2 gL - Lc; Trong đó Lc là khoản cách từ mép thùng đến trục của thùng. Sau đó ta phải xác định tọa độ trọng tâm theo chiều cao. b) Xác định tọa độ trọng tâm của khối gỗ theo chiều cao. Xét mặt phẳng cắt ngang của toàn khối gỗ tại trung điểm của nó. Gọi G1 là trọng tâm của gỗ trên phần diện tích S01 có tọa độ cao là z01; Gọi G2 là trọng tâm của gỗ trên phần diện tích S02 có tọa độ cao là z02; Gọi G3 là trọng tâm của gỗ trên phần diện tích S3 có tọa độ cao là z3. gg gg zm z z 0 Hình 3.4: Sơ đồ xác định tọa độ trọng tâm khối gỗ. a) Xác định tọa độ dọc; b) Xác định chiều cao trọng tâm. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…33 Các kích th−ớc thùng và gỗ nh− sau: L0 = 3.057m; hs = 0.6m; h1= 0.03m; h2= 0.718m; Lm= 3.094m; Lc= 0.893m; B1= 1.180m; B2= 1.780m; Suy ra các diện tích: S01= B1h1 = 1.18 x 0.3 = 0.354m 2; S02 = B2(h2 – h1) = 1.78 x (0.718 – 0.3) = 0.744m 2; z 0 z02 z01 Tọa độ trọng tâm theo chiều cao của gỗ so với mặt sàn có chiều cao là hs (xem hình 3.4 và 3.5) . z01= h1/2 = 0.15m z02 = (h2 – h1)/2 + h1 = 0.509m. Trọng l−ợng riêng của gỗ: γ = 0.8 tấn/m3= 8000N/ m3 Nh− vậy chiều cao trọng tâm khối gỗ so với mặt đ−ờng hg(hình 3.4a). Nếu gọi chiều cao khối gỗ là z, phụ thuộc vào kích th−ớc z của khối gỗ mà ta có cách sắp xếp và từ đó tính đ−ợc diện tích chiếm chỗ của các khối gỗ trong rơ-mooc theo các tr−ờng hợp nh− sau: * Nếu kích th−ớc khối gỗ z≤h1: Diện tích S1 = B1z. Trọng l−ợng khối gỗ: Gg= S1Lgγ [N] Toạ độ trọng tâm khối gỗ so với mặt đ−ờng: hg= z/2 + hs Hình 3.5. Sơ đồ biểu diễn toạ độ trọng tâm theo chiều cao của khối gỗ so với mặt sàn. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…34 * Nếu kích th−ớc khối gỗ h1< z ≤h2: Diện tích S2 = B2(z – h1) Trọng l−ợng khối gỗ: Gg= (S01 + S2) Lgγ [N] Toạ độ khối gỗ ứng với S2, so với đáy thùng: 2Ζ = 2 1h−Ζ +h1 = 2 1h+Ζ Toạ độ trọng tâm của toàn bộ khối gỗ trên thùng so với mặt đ−ờng: hg= shSS SS + + Ζ+Ζ 201 220101 * Nếu kích th−ớc khối gỗ z > h2: Diện tích S3 = B2(z – h2) Trọng l−ợng khối gỗ: Gg= (S01 + S02+ S3) Lgγ [N] Toạ độ khối gỗ ứng với S3 so với đáy thùng: 3Ζ = 2 2h+Ζ Toạ độ trọng tâm của toàn bộ khối gỗ trên thùng so với mặt đ−ờng: hg= shSSS SSS + ++ Ζ+Ζ+Ζ 30201 3302020101 Suy ra trọng l−ợng rơ moóc đ2 chất gỗ: Q= G0+ Gg Toạ độ trọng tâm dọc : a= Q GxG gg 00α+ Chiều cao trọng tâm : hg = Q hGhG gg 00+ Trong đó G0 trọng l−ợng bản thân của moóc : G0= 1200N x0 ; y0 toạ độ trọng tâm của moóc khi ch−a có gỗ. Từ các quan hệ toán học nh− đ2 phân tích ở trên, chúng tôi đ2 xây dựng ch−ơng trình tính toán bằng ngôn ngữ Matlab 6.5 và tiên hành khảo sát sự ảnh h−ởng của một số yếu tố nh− độ dốc α , tải trọng Q và chiều dài gỗ Lg đến phản lực pháp tuyến cuay liên hợp máy. Các kết quả khảo sát đ−ợc trình bày ở ch−ơng 3. Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…35 3.3. ảnh h−ởng mấp mô mặt đ−ờng đến phản lực pháp tuyến trên máy kéo kéo rơ-mooc một cầu 3.3.1. Xây dựng mô hình động lực học của liên hợp máy 3.3.1.1. Các giả thiết Trong phạm vi luận văn này chỉ xem xét mô hình phẳng. * Những giả thiết - Xem trắc diện mặt đ−ờng là hàm điều hoà hình sin dọc theo đ−ờng chạy của liên hợp máy; Các bánh xe bên phải và bên trái chạy trên đ−ờng hình sin có cùng biên độ và cùng b−ớc sóng nh− nhau; - Không xét đến ảnh h−ởng của biến dạng xoắn của lốp cũng nh− sự ảnh h−ởng đ−ờng truyền lực của máy kéo; - Các phần tử đàn hồi liên kết với các bánh xe trên cùng một cầu là nh− nhau và có đặc tính tuyến tính (các hệ số không thay đổi theo thời gian). - Chỉ xét mô hình dao động theo ph−ơng pháp tuyến (ph−ơng vuông góc với chiều chuyển động của liên hợp máy). − Khớp nối giữa máy kéo kéo và rơ mooc không có khe hở, có thể xoay đ−ợc cả ph−ơng dọc và ph−ơng ngang (t−ơng tự nh− khớp bán cầu) 3.3.1.2. Mô hình động lực học khi liên hợp máy chuyển động trên mặt phẳng ngang Trên hình 3.6 là mô hình phẳng nghiên cứu dao động của liên hợp máy kéo kéo rơ mooc một trục, không có lò xo giảm chấn. Máy kéo và rơ mooc liên kết với nhau bằng khớp nối. Mô hình này có thể áp dụng cho máy kéo Shibaura−3000A kéo rơ mooc RHM−3000. Liên hợp máy có thể chuyển động trên mặt đ−ờng bằng phẳng nh− các loại đ−ờng nhựa, các nền xi măng phẳng (hình 3.6a) hoặc có thể chuyển động trên các loại đ−ờng mấp mô (hình 3.6c) và (3.6d). Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…36 x zm znzk A Q g C3 C2 C1α3 z3 z2 z1 z4 z ϕ ϕΑ α2 α1 α Hình a. Hình b. Hình c. Hình d. Hình 3.6. Mô hình dao động máy kéo liên hợp với rơ mooc một cầu A O Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…37 Giải thích các kí hiệu trên hình 3.6: G Trọng l−ợng của máy kéo Q Trọng l−ợng của moóc khi có tải Zn Phản lực pháp tuyến tác dụng lên các bánh chuyển h−ớng của máy kéo Zk Phản lực pháp tuyến tác dụng lên các bánh chủ động của máy kéo Zm Phản lực pháp tuyến tác dụng lên các bánh của trục moóc A Điểm móc moóc (giả thiết là khớp bản lề, không có khe hở) z Chuyển dịch của trọng tâm khối l−ợng m theo chiều đứng (z) z1 Chuyển dịch của trọng tâm khối l−ợng m1 theo chiều đứng (z) z2 Chuyển dịch của trọng tâm khối l−ợng m2 theo chiều đứng (z) z3 Chuyển dịch của trọng tâm khối l−ợng m3 phần khối l−ợng trên trục móc z4 Chuyển dịch của trọng tâm khối l−ợng moóc khi có tải (mb ) L Chiều dài cơ sở của máy kéo L2 Chiều dài từ trục moóc đến điểm móc moóc l1 Khoảng cách từ trục tr−ớc đến trọng tâm máy kéo l2 Khoảng cách từ trục sau đến trọng tâm máy kéo c Khoản cách từ điểm móc moóc đến trọng tâm máy kéo d Khoảng cách từ điểm móc moóc đến trọng tâm moóc e Khoảng cách từ trọng tâm moóc đến trục sau moóc C1 Hệ số độ cứng của lốp tr−ớc máy kéo C2 Hệ số độ cứng của lốp sau kéo C3 Hệ số độ cứng của lốp moóc 1α Hệ số giảm chấn của lốp tr−ớc máy kéo 2α Hệ số giảm chấn của lốp sau máy kéo 3α Hệ số giảm chấn của lốp moóc Aϕ Góc dao động của moóc quanh điểm móc moóc Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…38 Thiết lập ph−ơng trình dao động của liên hợp máy a L L2 C1 C2 C3 α3 α2 α1 b c d e M M0 z0 z A ϕ0 ϕ z2 z1 z3 0 C Hình 3.7 : Mô hình dao động liên hợp máy kéo với rơ mooc một cầu Hình 3.8 : Mô hình xác định các thông số liên kết của mô hình dao động liên hợp máy kéo với rơ mooc một cầu L L2 z2 z1 zA C 0 h2 h3 c α3 α2 α1 C1 C2 C3 a b d e LA ϕ z0 z zA z0 z3 Ch−ơng 3 Xây dựng mô động lực học liên hợp máy Kéo liên hợp với rơ mooc một cầu 3 .3. ản h h−ở ng mấp mô mặt đ−ờ ng đến phản lực ph áp tuy ến trên máy k éo kéo rơ-mo oc mộ t cầu 3 .3.1. Các giả thi ết Trong p hạm v i luận văn này chỉ x ét mô hìn h ph ẳn g. A A’ B’ B ϕΑ ϕ0 h1 z Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…39 3.3.1.3. Lập các hàm động năng, hàm thế năng và hàm hao tán của cơ hệ: 1) Hàm động năng Dựa trên mô hình dao động hình 3.7 và hình 3.8 ta có thể lập hàm động động năng cho liên hợp máy, cụ thể nh− sau: a) Đối với máy kéo : Xem xét dao động máy kéo quanh trong tâm C ta có hàm động năng của máy kéo nh− sau : ( )222 2 1 ϕ&& JzmmvTC ++= (3.1) Trong đó: m − khối l−ợng của máy kéo ; V − vận tốc chuyển động của máy kéo ( giả thiết V = const); zz &, − chuyển vị và vận tốc theo ph−ơng thẳng đứng; J − mô men quán tính đối với trục y đi qua trong tâm C của máy kéo ; ϕϕ &, − chuyển vị và vận tốc góc của máy kéo xoay quang trục y đi qua trọng tâm C. b) Đối với rơ mooc: Nếu xem xét dao động của rơ mooc quanh trọng tâm 0, hàm động năng có dạng: ( )200200200 21 ϕ&& JzmvmT ++= (3.2) Trong đó: m0 − khối l−ợng của rơ mooc ; JY0 − mô men quán tính đối với trục y đi qua trọng tâm 0 ; 00 ,ϕϕ &− góc xoay và vận tốc góc của rơ mooc quanh trục y đi qua trong tâm 0; 00 , zz &− chuyển vị và vận tốc của trọng tâm theo ph−ơng thănge đứng; Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…40 V − vận tốc chuyển động của liên hợp máy. Động năng của rơ mooc cũng có thể xác định theo quan điểm rằng rơ mooc dao động oay quanh khớp nối A với góc chuyển vị là ϕΑ (hình 3.8): ( )22021 AAA JvmT ϕ&+= (3.3) Trong đó: AA ϕϕ &, − chuyển vị và vận tốc góc xoay của rơ mooc quang trục y đi qua khớp nối A; JA − mô men quán tính của rơ mooc đối với trục y đi qua khớp nối A: 200 rmJJ A += (3.4) r − khoảng cách từ trọng tâm 0 đến khớp quay A. Quan sát công thức (2) và (3) ta thấy nếu sử dụng công thức (3) thí ph−ơng trình động năng sẽ đơn giản hơn cho quá trình tính toán. Do đó chúng tôi sử dụng công thức (3). Tổng động năng của liên hợp máy là tổng động năng của máy kéo và rơ mooc: T = TC + TA (3.5) Thay các công thức (1) và (4) vào (5) ta đ−ợc: ( )22022221 AAJvmJzmmvT ϕϕ &&& ++++= (3.6) 2) Hàm thế năng Thế năng của liên hợp máy đ−ợc tạo ra là nhờ lực đàn hồi của các lốp theo ph−ơng thẳng đứng. Dựa trên mô hình dao động hình 3.7 ta thiết lập hàm thế năng của liên hợp máy nh− sau : ( )233322222111 )()()(21 hzChzChzCU −+−+−= (3.7) Tr
ng ði hc Nụng nghip Hà Ni – Lun văn thc s khoa hc K thut ………………….…41 Trong đó : C1 , C2 , C3 − độ cứng cứng theo ph−ơng h−ớng kính của lốp tr−ớc, lốp sau của máy kéo và lốp của rơ mooc. z1 , z2 , z3 − chuyển vị thẳng đứng của tâm cầu tr−ớc, cầu sau của máy kéo và tâm cầu mooc. h1 , h2 , h3 − chiều cao mấp mô mặt đ−ờng t−ơng ứng với điểm tiếp xúc của các bánh tr−ớc, bánh sau máy kéo và bánh mooc tại thời điểm đang xét. Các thông số này là hàm thời gian h1(t), h2(2), h3(t). 3) Hàm hao tán Năng l−ợng hao tán trong quá trình liên hợp máy dao động là do ma sát sinh ra giữa các phần tử của lốp khi nó bị biến dạng đàn hồi theo ph−ơng thẳng đứng. Do đó hàm hao tán củ._.