Nghiên Cứu Dao Động Của Vị Trí Ghế Ngồi Xe Tải Khi Làm Việc Trên Điều Kiện Đường Lâm Nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

ĐINH VĂN MƯỜI

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA VỊ TRÍ GHẾ NGỒI XE TẢI

KHI LÀM VIỆC TRÊN ĐIỀU KIỆN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 8520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. TRẦN VĂN TÙNG

Hà Nội, 2021

i

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,

kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong

bất kỳ công trình nghiên cứu náo khác.

Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên

cứu nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận

đánh giá luận văn của hội đồng khoa học.

Hà Nội, ngày ........tháng.......năm 2021

Người cam đoan

Đinh Văn Mười

ii

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian cố gắng học tập và nghiên cứu, tôi đã hoàn thành được

luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu dao động của vị trí ghế ngồi xe tải

khi làm việc trên điều kiện đường lâm nghiệp”. Tôi xin gửi lời cảm ơn

chân thành đến những người đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - Nghiên

cứu khoa học vừa qua.

Lời đầu tiên tôi xin cảm ơn tới Lãnh đạo Trường Cao đẳng Cơ giới

Ninh Bình đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi đi học tập và nghiên cứu.

Tiếp theo, tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô giáo

Khoa Cơ điện và công trình, Bộ phận sau Đại học, Phòng đào tạo,......của

Trường Đại học Lâm nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện về chuyên

môn để tôi được học tập và hoàn thành luận văn một cách thuận lợi.

Sau đó, Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Văn Tùng, người đã dìu

dắt và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Sự định hướng và chỉ

bảo của thầy đã giúp tôi nghiên cứu và giải quyết vấn đề một cách khoa học,

đúng đắn hơn.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và đồng

nghiệp vì đã luôn đồng hành, hỗ trợ và khuyến khích tôi cố gắng trong suốt

những năm tháng học tập cũng như quá trình nghiên cứu viết luận văn này.

Hà Nội, ngày ........tháng.......năm 2021

Tác giả

Đinh Văn Mười

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................i

LỜI CẢM ƠN..................................................................................................ii

MỤC LỤC........................................................................................................ii

DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. v

DANH MỤC CÁC HÌNH..............................................................................vi

ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1

Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................... 2

1.1. Khái quát về tình hình vận chuyển gỗ rừng trồng .................................. 2

1.1.1. Loại phương tiện và hàng hóa trong khai thác gỗ ........................... 2

1.1.2. Đường vận chuyển trong lâm nghiệp và dạng mấp mô mặt đường . 5

1.2. Tổng quan về dao động của ô tô............................................................. 8

1.2.1. Các nghiên cứu về dao động ô tô trên thế giới ................................ 8

1.2.2. Các nghiên cứu về dao động ô tô ở Việt Nam................................ 11

1.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của ghế ngồi ...................................... 12

1.3.1 Ảnh hưởng của dao động đối với cơ thể con người ........................ 12

1.3.2. Định mức dao động cho phép đối với con người ........................... 17

1.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của ghế ngồi ............................... 23

Chương 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU............................................................................................... 27

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 27

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................... 27

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 28

2.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 28

2.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu.................................................. 28

2.3.1. Nội dung nghiên cứu....................................................................... 28

2.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 29

iv

Chương 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG CỦA XE TẢI KHI

VẬN CHUYỂN GỖ TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP............................... 30

3.1. Một số giả thiết khi xây dựng mô hình................................................. 30

3.2. Mô hình dao động của xe trong mặt phẳng thẳng đứng dọc ................ 30

3.3. Mô hình dao động của xe trong mặt phẳng thẳng đứng ngang ............ 32

3.4. Mô hình dao động của xe trong không gian 3 chiều ............................ 36

3.5. Lập hệ phương trình vi phân dao động của ô tô ................................... 38

3.6. Giải hệ phương trình vi phân mô phỏng dao động của liên hợp máy .. 43

3.6.1. Xây dựng chương trình mô phỏng.................................................. 44

3.6.2. Tiến hành khảo sát dao động của xe ô tô bằng chương trình mô phỏng...49

Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ............................................ 54

4.1. Mục tiêu, nhiệm vụ của nghiên cứu thực nghiệm ................................ 54

4.1.1. Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm .................................................. 54

4.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm ................................................. 54

4.2. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm...................................................... 54

4.3. Bố trí sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm.................................................... 54

4.4. Trang thiết bị thực nghiệm.................................................................... 55

4.4.1. Thiết bị đo DMC Plus..................................................................... 55

4.4.2. Cảm biến đo gia tốc........................................................................ 56

4.5. Tiến hành thực nghiệm ......................................................................... 58

4.6. Kết quả thực nghiệm............................................................................. 60

4.7. So sánh kết quả lý thuyết với thực nghiệm........................................... 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................... 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 64

PHỤ LỤC

v

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của đường ô tô lâm nghiệp [8]................ 5

Bảng 1.2. Tần số dao động của các cơ thể khi ngồi trên ghế đệm mềm......... 13

Bảng 2.1. Thông số cơ bản của xe tải FAW ................................................... 27

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Vận chuyển gỗ bằng ô tô lâm nghiệp chuyên dùng.......................... 4

Hình 1.2. Vận chuyển gỗ bằng ôtô tải cỡ trung bình ........................................ 4

Hình 1.3. Phân bố gia tốc của thân ................................................................. 18

Hình 1.4. Phân bố gia tốc ở đầu ...................................................................... 18

Hình 1.5. Độ lệch quân phương gia tốc của đầu............................................. 19

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo độ rung với nguồn kích động điều

hoà ................................................................................................................... 20

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo độ rung với nguồn kích động điều

ngẫu nhiên ....................................................................................................... 21

Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo biên độ và pha dao động của cơ thể

con người......................................................................................................... 22

Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo gia tốc của ghế ngồi người lái ............ 23

Hình 3.1. Mô hình dao động của xe ôtô trong mặt phẳng thẳng đứng dọc .... 31

Hình 3.2. Mô hình dao động của xe ôtô trong mặt phẳng thẳng đứng ngang .... 33

Hình 3.3. Mô hình dao động của xe ôtô trong mặt phẳng thẳng đứng ngang .... 36

Hình 3.4. Sơ đồ khối mô phỏng tổng quát hệ phương trình trên Matlab........ 44

Hình 3.5. Sơ đồ khối phương trình 1 .............................................................. 44

Hình 3.6. Sơ đồ khối phương trình 2 .............................................................. 45

Hình 3.7. Sơ đồ khối phương trình 3 .............................................................. 45

Hình 3.8. Sơ đồ khối phương trình 4 .............................................................. 46

Hình 3.9. Sơ đồ khối phương trình 5 .............................................................. 46

Hình 3.10. Sơ đồ khối phương trình 6 ............................................................ 47

Hình 3.11. Sơ đồ khối phương trình 7 ............................................................ 47

Hình 3.12. Sơ đồ khối phương trình dao động trọng tâm ghế ........................ 48

Hình 3.13. Sơ đồ khối mô phỏng phương trình dao động mặt đường ............ 48

Hình 3.14. Đồ thị tọa độ trọng tâm ô tô theo thời gian................................... 50

Hình 3.15. Đồ thị vận tốc tọa độ trọng tâm ô tô theo thời gian ...................... 50

vii

Hình 3.16. Đồ thị gia tốc tọa độ trọng tâm ô tô theo thời gian ....................... 51

Hình 3.17. Đồ thị tọa độ vị trí ghế ngồi theo thời gian................................... 51

Hình 3.18. Đồ thị vận tốc tọa độ vị trí ghế ngồi theo thời gian ...................... 52

Hình 3.19. Đồ thị gia tốc tọa độ vị trí ghế ngồi theo thời gian ....................... 52

Hình 4.2. Thiết bị DMC Plus.......................................................................... 55

Hình 4.3. Đầu đo gia tốc theo nguyên lý điện cảm......................................... 57

Hình 4.4. Cảm biến Kisler............................................................................... 57

Hình 4.5. Khảo sát, lựa chọn tuyến đường thực nghiệm ................................ 58

Hình 4.6. Gắn đầu đo gia tốc lên thân xe và vị trí ghế ngồi ........................... 59

Hình 4.7. Kết nối đầu đo với thiết bị DMC và nối DMC với máy tính.......... 59

Hình 4.8. Tiến hành đo thực nghiệm .............................................................. 60

Hình 4.9. Đồ thị gia tốc dao động thẳng đứng của xe với γ = 0 và mấp mô mặt

đường h0 = 50 mm........................................................................................... 60

Hình 4.10. Đồ thị gia tốc dao động thẳng đứng của ghế ngồi với γ = 0 và mấp

mô mặt đường h0 = 50 mm.............................................................................. 61

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Vận chuyển hàng hóa nói chung và vận chuyển gỗ trên đường lâm

nghiệp nói riêng là công việc nặng nhọc, tiêu tốn sức lao động và thường gây

mệt mỏi cho người điều khiển.

Việc nghiên cứu ứng dụng các loại phương tiện đa dụng vào vận

chuyển gỗ đã được rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm mục đích nâng cao

hiệu quả làm việc, giảm chi phí đầu tư và đảm bảo an toàn cho người và

phương tiện vận hành.

Với sự phát triển của nền kinh tế hiện nay, việc vận chuyển hàng hóa

nói chung và việc vận chuyển lâm sản nói riêng đã được cơ giới hóa, hiện đại

hóa rất nhiều. Vận chuyển lâm sản đã được trang bị các loại ô tô tải nhỏ gọn

nhưng có khả năng vận chuyển tốt hơn, giúp việc lưu thông hàng hóa được

nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Một trong những vấn đề xảy ra khi sử dụng các phương tiện giao thông

vào việc vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp là sự thay đổi tần số và biên

độ vị trí ghế lái, gây ra cảm giác mệt mỏi cho người điều khiển.

Vấn đề dao động của vị trí ghế lái ảnh hưởng tới sức khỏe người vận

hành là một vấn đề cấp thiết cần được nghiên cứu nhằm khai thác sử dụng các

thiết bị đa dụng vào công việc vận chuyển gỗ trên đường lâm nghiệp hiện nay.

Các loại phương tiện vận chuyển lâm sản được sử dụng hiện nay đa số

là nhập khẩu từ nước ngoài, một số ít được sản xuất và lắp ráp trong nước cho

nên vấn đề nghiên cứu khả năng làm việc, sự phù hợp của các phương tiện

này với điều kiện Việt Nam là rất cần thiết nhằm đảm bảo an toàn cho người

và phương tiện cũng như nâng cao hiệu quả trong sản xuất.

Xuất phát từ thực tiễn trên, được sự nhất trí của người hướng dẫn – TS.

Trần Văn Tùng tôi tiến hành đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu dao động của vị

trí ghế ngồi xe tải khi làm việc trên điều kiện đường lâm nghiệp”.

2

Chương 1.

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Khái quát về tình hình vận chuyển gỗ rừng trồng

1.1.1. Loại phương tiện và hàng hóa trong khai thác gỗ

Một trong những nhiệm vụ về kinh tế mà “Chiến lược phát triển lâm

nghiệp Việt Nam giai đoạn 2006  2020” đặt ra là: Sản lượng gỗ trong nước

20 - 24 triệu m3

/năm, đáp ứng về cơ bản nhu cầu nguyên liệu cho các ngành

công nghiệp chế biến lâm sản, bột giấy và xuất khẩu, đáp ứng nhu cầu củi chủ

yếu dùng cho khu vực nông thôn và duy trì ở mức 25 - 26 triệu m3

/năm. Đồng

thời xuất khẩu lâm sản đạt trên 7,8 tỷ USD (bao gồm 7 tỷ USD sản phẩm gỗ

và 0,8 tỷ USD sản phẩm lâm sản ngoài gỗ). Để thực hiện nhiệm vụ trên việc

cơ giới hoá lâm nghiệp là hết sức cần thiết và cấp bách [10].

Trong quy trình công nghệ khai thác lâm sản, đặc biệt là khai thác gỗ,

vận xuất và vận chuyển là khâu công việc nặng nhọc, chi phí nhân công cao

và ảnh hưởng trực tiếp tới giá thành sản phẩm. Do đó, việc nghiên cứu ứng

dụng cơ giới hóa vào các khâu công việc này là rất cấp thiết nhằm nâng cao

năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm.

Về đối tượng hàng hóa :

Hiện nay, do chủ trương đóng cửa rừng tự nhiên của Chính phủ, nên

đối tượng hàng hóa trong khai thác gỗ chủ yếu là gỗ nhỏ rừng trồng làm sản

phẩm cho các lĩnh vực: Vật liệu xây dựng, cốp pha, cột/cọc, trụ mỏ, đồ mộc

gia dụng, nguyên liệu giấy, ván nhân tạo… Kích thước của gỗ tùy thuộc vào

mục đích sử dụng, chiều dài và đường kính phải phù hợp với các điều kiện về

phẩm chất đã quy định cho từng loại. Qua khảo sát một số công ty lâm

nghiệp (Công ty Lâm nghiệp Hàm Yên, công ty Lâm nghiệp Sông Thao, công

ty Lâm nghiệp Đoan Hùng, công ty Lâm nghiệp Lập Thạch, công ty Lâm

nghiệp Cầu Ham, công ty Lâm nghiệp Xuân Đài), chiều dài cắt khúc gỗ rừng

trồng phục vụ làm nguyên liệu giấy, gỗ trụ mỏ… thường là 2,5 m, 3 m, 4 m.

3

Về phương tiện vận chuyển:

Hiện nay, tại các trang trại, các đội sản xuất thuộc các lâm trường quốc

doanh, các doanh nghiệp, các công ty lâm nghiệp thường sử dụng ô tô, máy

kéo bánh hơi trong vận chuyển gỗ. Trong đó, máy kéo bánh hơi được coi là

một loại phương tiện vận chuyển hữu ích đối với cự ly vận chuyển ngắn với

điều kiện đường xấu, đối với ô tô sử dụng sẽ hiệu quả hơn với điều kiện

đường tốt và vận chuyển ở cự ly dài. Ngoài ra, máy kéo bánh hơi được ưa

chuộng vì ngoài mục đích sử dụng để vận chuyển gỗ, còn được lắp các cụm

máy khác để sử dụng vào các khâu sản xuất khác như: Trồng, chăm sóc, bảo

vệ và khai thác nông – lâm nghiệp.

Điều kiện địa hình rừng của nước ta chia cắt, độ dốc lớn do đó trong

quá trình khai thác, gỗ nằm rải rác trên các khu vực khai thác rộng lớn được

vận chuyển về các bãi II hoặc nơi tiêu thụ. Hình thức vận chuyển gỗ bằng

đường ô tô cho đến nay vẫn là phương thức ưu thế. Những năm gần đây, vận

chuyển gỗ bằng ô tô, máy kéo chiếm vai trò quan trọng trong nền kinh tế nói

chung và ngành nông, lâm nghiệp nói riêng. Trong tương lai, vận chuyển gỗ

bằng ô tô, máy kéo vẫn phát triển mạnh mẽ, nhất là trong những năm tới

“công nghiệp hóa nông thôn” là trọng điểm quốc gia [6], [4], [7].

Vận chuyển gỗ từ rừng về khu chế biến hiện nay phổ biến gồm

hai bước: vận chuyển cự ly ngắn và vận chuyển đường dài.

Vận chuyển cự ly ngắn: đưa gỗ từ các bãi gỗ nhỏ trong rừng ra các bãi

gỗ trung chuyển ven đường quốc lộ hoặc cạnh bờ sông với cự ly trung bình

10 ÷ 15 km. Vận chuyển gỗ từ các bãi trong rừng chuyển về nhà máy chế

biến, nhà máy giấy... được thực hiện bằng đường sông và đường bộ. Việc bốc

dỡ gỗ cho các phương tiện vận chuyển được thực hiện bằng lao động thủ công

hoặc bằng các phương tiện bốc dỡ tùy theo các phương tiện bốc gỗ vận

chuyển. Ở các bãi gỗ tập trung quy mô lớn người ta dùng các máy bốc xếp

kiểu hàm bốc để bốc dỡ cho ô tô hoặc đưa xuống bến sông. Còn ở những nơi

lượng gỗ ít, phân tán người ta dùng lao động thủ công để bốc dỡ cho phương

tiện vận chuyển.

4

Hiện nay vận chuyển cự ly ngắn được thực hiện bằng máy kéo rơ

moóc, bằng xe tự chế hoặc bằng ôtô cỡ nhỏ.

Vận chuyển đường dài: việc vận chuyển gỗ từ các bãi trung chuyển về

nhà máy được thực hiện bằng đường sông và đường bộ, phương tiện vận

chuyển đường bộ là các xe ôtô chuyên dụng (hình 1.1).

Hình 1.1. Vận chuyển gỗ bằng ô tô lâm nghiệp chuyên dùng

Việc vận chuyển gỗ từ địa điểm khai thác tới các bãi gỗ, các nhà máy,

các xưởng chế biến gỗ...phương tiện vận chuyển trước đây là xe Reo 7, xe

Volvo, Jil 157K, xe IFA, xe công nông. Nhưng hiện nay các hộ kinh doanh

rừng, các doanh nghiệp, nhà máy chế biến gỗ thường sử dụng các loại xe tải

cỡ trung bình và lớn để vận chuyển gỗ (hình 1.2).

Hình 1.2. Vận chuyển gỗ bằng ôtô tải cỡ trung bình