Nghiên cứu chuyển vị, vận tốc, gia tốc của người điều khiển máy kéo gỗ khi chạy không tải

9/2018 Tóm tắt Nghiên cứu chuyển vị, vận tốc, gia tốc của người điều khiển máy kéo gỗ phục vụ việc xác định chế độ làm việc tối ưu sao cho người điều khiển máy chịu tác động nhỏ nhất nhằm đảm bảo sức khỏe nhưng vẫn đảm bảo được năng suất làm việc của máy. Trong bài báo này đã sử dụng phương pháp lý thuyết để thiết lập các phương trình chuyển vị, vận tốc, gia tốc của người điều khiển máy kéo khi chạy không tải. Từ khóa: Chuyển vị; vận tốc; gia tốc; rung động người điều khiển máy; máy kéo gỗ. Abstract The research displacement, velocity, and acceleration of the wood-tractor operator that determine optimum working conditions so that the machine operator is minimally impacted to an operator. It ensures that he or she is not only healthy but also gain the high productivity. This article is intended to show the relationship between displacements, velocity, and acceleration of the tractor operator while running with no accelerator pedal. Keywords: Displacement; velocity; acceleration; vibration of machine operator; wood tractor. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, việc vận chuyển gỗ tại các khu khai thác có thể sử dụng một số phương pháp như: vận chuyển bằng súc vật, vận chuyển bằng cáp, vận chuyển bằng máng, vận chuyển bằng máy kéo. Tuy nhiên, quá trình chạy không tải của máy đóng vai trò không nhỏ trong năng suất vận chuyển. Ngoài ra, chế độ làm việc của máy khi làm việc không tải cũng góp phần ảnh hưởng đến sức khỏe của người điều khiển máy. Từ đó ảnh hưởng tới năng suất vận chuyển. 2. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN Để xây dựng phương trình chuyển vị, vận tốc, gia tốc của người điều khiển máy kéo gỗ, ta xây dựng mô hình tính toán như hình 1 [1]. Trong đó: m0: khối lượng người điều khiển máy; m1: khối lượng máy kéo gỗ; m2: khối lượng bộ phận kẹp gỗ; X1, X2, X0: tọa độ trọng tâm của các khối lượng m1, m2, m0; Cc: độ cứng lò xo ghế lái; C12: độ cứng lò xo liên kết bộ phận kẹp gỗ với máy kéo; P0: lực kéo của máy kéo gỗ; F: lực ma sát của bộ phận kẹp gỗ với thân máy kéo. Hình 1. Sơ đồ tính toán hệ thống người điều khiển – máy kéo gỗ không tải. Người phản biện: 1. PGS.TS. Trần Văn Như 2. TS. Vũ Văn Tản 41 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 Phương trình động năng của hệ thống: T" m X m X m X        1 2 1 2 1 2 0 0 2 1 1 2 2 2 2    . Phương trình thế năng của hệ thống: Áp dụng với phương trình Lagrange 2 ta được hệ phương trình. (1) Biến đổi hệ phương trình (1) trên ta được phương trình: Hoặc: Đưa các giá trị (X1 - X2 ) và vào phương trình (2) ta nhận được: trong đó: : đạo hàm cấp 4 của tọa độ trọng tâm của các khối lượng m1, m0; Hay: Ta có phương trình: X X A X X B X XIV IV1 0 1 0 1 0−( ) + −    + −( ) = (3) trong đó: A m m m C m C m m m mm c     2 1 0 0 12 1 2 0 1 2 ; B m m m C C m mm c   1 0 2 12 0 1 2 ; C P F C mm   0 12 1 2 Đặt: Ta được phương trình đồng nhất: d y dt A d y dt By 4 1 4 2 1 2 0   . (4) Phương trình (4) có thể viết dưới dạng: k Ak B4 2 0   . (5) Giải phương trình (5) ta có: y C k t C k t C k t C k t 1 1 1 2 1 3 2 4 2    sin cos sin cos , (6) Với: k m m m C m C m m m mm m m m Cc c 1 2 2 2 1 0 0 12 1 2 0 1 2 2 1 01 2 1 2 ,                                 m C m m m mm m m m C C m mm c0 12 1 2 0 1 2 2 1 0 2 12 0 1 2 . k m m m C m C m m m mm m m m Cc c 1 2 2 2 1 0 0 12 1 2 0 1 2 2 1 01 2 1 2 ,                                 m C m m m mm m m m C C m mm c0 12 1 2 0 1 2 2 1 0 2 12 0 1 2 . 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỚI MÁY KÉO TB – 1M Máy kéo TB-1M có m1 = 9822 kg; m2 = 678 kg; m0 = 60 kg; với C12 = 1400 kN/m; Cс = 5 kN/m; v m s= 0 694, / . /s [2]. 1. Xác định các hệ số của phương trình vi phân của phương trình (3). 42 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 A s B s              2273 5 1 139009 9 1 2 4 , ; , 2. Xác định hệ số của phương phương trình (6) k 1 2 2 1136 75 1073 867 , , , ;  3. Các hệ số C1... C4 được xác định theo [3] với các điều kiện ban đầu C2 = -0,000538; C4 = 0,000538 4. Chuyển vị, vận tốc, gia tốc của người điều khiển máy + Chuyển vị của người điều khiển máy có dạng: X X v t k k Cosk t Cosk t p 1 0 2 2 1 2 1 2       (cosk1t– cosk2t) X X Cos t Cos t 1 0 2 2 0 694 0 6 7 93 47 02 47 02 7 93      , , , , , , (cos47,02t– cos7,93) + Vận tốc của người điều khiển máy có dạng:  X X k k t k k t 1 0 1 1 2 2 0 000538 0 000538   , sin , sin . + Gia tốc của người điều khiển máy: Hình 2. Đồ thị chuyển vị của người điều khiển với C12 = 1400 kN/m, v = 0,694 m/s, tp = 0,6 s; 1/Cc = 5 kN/m; 2/Cc = 10 kN/m; 3/Cc =15 kN/m Hình 3. Đồ thị vận tốc của người điều khiển máy với: C12 = 1400 kN/m, v = 0,694 m/s, tp = 0,6 s; 1/ Cc = 5 kN/m; 2/ Cc = 10 kN/m 3/ Cc = 15 kN/m Hình 4. Đồ thị gia tốc của người điều khiển máy với: C12 = 1400 kN/m, v = 0,694 m/s, tp = 0,6 s; 1/ Cc = 5kN/m; 2/ Cc = 10 kN/m; 3/ Cc = 15 kN/m Hình 5. Đồ thị chuyển vị của người điều khiển máy phụ thuộc vào C12 khi Cc = 10 kN/m; tp = 0,6 s; 1/ v = 0,694 m/s; 2/ v = 0,92 m/s; 3/ v = 1,9 m/s 43 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 Hình 6. Đồ thị vận tốc của người điều khiển máy phụ thuộc vào C12 khi Cc = 10 kN/m; tp = 0,6 s; 1/ v = 0,694 m/s; 2/ v = 0,92 m/s; 3/ v = 1,9 m/s Hình 7. Đồ thị gia tốc của người điều khiển máy phụ thuộc vào C12 khi Cc = 10 kN/m; tp = 0,6 s; 1/ v = 0,694 m/s; 2/ v = 0,92 m/s; 3/ v = 1,9 m/s Bảng 1. Các thông số chuyển vị, vận tốc, gia tốc của người điều khiển máy khi máy kéo làm việc không tải khi C kN mC = 5 Các thông số 400 25,11 7,94 0,37 6,28 1,41 600 30,76 7,94 0,25 4,81 1,28 800 35,52 7,94 0,19 3,44 1,20 1000 39,71 7,94 0,14 3,50 1,24 1200 43,50 7,94 0,12 3,22 1,22 1400 46,98 7,94 0,06 2,81 1,22 1600 50,23 7,94 0,09 2,58 1,21 1800 50,23 7,94 0,08 2,50 1,21 Bảng 2. Các thông số chuyển vị, vận tốc, gia tốc của người điều khiển máy khi máy kéo làm việc không tải khi C kN mC =10 Các thông số 400 25,12 11,22 0,42 7,84 1,73 600 30,76 11,22 0,27 5,84 1,47 800 35,52 11,22 0,19 4,72 1,32 1000 39,71 11,22 0,15 4,03 1,33 1200 43,50 11,22 0,12 3,38 1,29 1400 46,98 11,22 0,11 3,12 1,28 1600 50,23 11,22 0,09 2,82 1,27 1800 50,23 11,22 0,08 2,82 1,22 Bảng 3. Các thông số chuyển vị, vận tốc, gia tốc của người điều khiển máy khi máy kéo làm việc không tải khi C kN mC =15 Cc = Các thông số 400 25,12 13,74 0,47 9,82 2,13 600 30,76 13,74 0,29 6,28 1,70 800 35,52 13,74 0,16 4,87 1,51 1000 39,71 13,74 0,16 4,40 1,42 1200 43,50 13,74 0,13 3,79 1,41 1400 46,98 13,74 0,11 3,34 1,34 1600 50,23 13,74 0,09 2,86 1,34 1800 50,23 13,74 0,09 2,86 1,25 4. KẾT LUẬN Phân tích các kết quả tính toán ta có: - Khi độ cứng lò xo liên kết bộ phận kẹp gỗ với máy kéo. C12 = 400÷1800 kN/m, v = 0,694 m/s và Cc = 5÷15 kN/m. Chuyển vị của người điều khiển máy biến thiên từ 0,08 đến 0,47 cm. Vận tốc rung của người điều khiển máy biến thiên từ 2,50 đến 9,82 cm/s. Gia tốc của người điều khiển máy biến thiên từ 1,21 đến 2,13 m/s2. - Khi độ cứng lò xo liên kết bộ phận kẹp gỗ với máy kéo. C12 = 400÷1800 kN/m, 44 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 v = 0,92 m/s và Cc = 5÷15 kN/m. Chuyển vị của người điều khiển máy biến thiên từ 0,11 đến 0,55 cm. Vận tốc rung của người điều khiển máy biến thiên từ 3,31 đến 13,22 cm/s. Gia tốc của người điều khiển máy biến thiên từ 1,06 đến 2,83 m/s2. - Khi độ cứng lò xo liên kết bộ phận kẹp gỗ với máy kéo. C12 = 400÷1800 kN/m, v = 1,15 m/s và Cc = 5÷15 kN/m. Chuyển vị của người điều khiển máy biến thiên từ 0,13 đến 0,81 cm. Vận tốc rung của người điều khiển máy biến thiên từ 4,28 đến 16,84 cm/s. Gia tốc của người điều khiển máy biến thiên từ 2,07 đến 3,66 m/s2. TÀI LIỆUTHAM KHẢO [1]. Aleksandrov V.A., Vu Hoa Ky (2015). Vibroloading the operator skidding tractor in acceleration process. Izvestia Sankt – Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii, is. 213. [2]. Aleksandrov V.A., Vu Hoa Ky (2015). The problem of skidding tractor load in acceleration process. Izvestia Sankt – Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii, is. 212. [3]. Anisimov G.M (1990). The operational efficiency of skidding tractor. Forest Industry.