BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LÊ XUÂN LƯU

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI
TRÊN MÁY KÉO NÔNG NGHIỆP JOHN DEERE-5310
KHI SỬ DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN LÂM NGHIỆP
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị cơ giới hoá Nông Lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Nguyễn Văn Bỉ

Hà Nội, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LÊ XUÂN LƯU


đầu tư, khai thác và phát huy tối đa năng lực của máy móc thiết bị, tạo thêm
việc làm và thu nhập cho người lao động, nâng cao khả phục vụ của máy kéo
nông nghiệp trong lâm nghiệp và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Tuy nhiên, điều kiện sản xuất của nông nghiệp và lâm nghiệp có những
đặc điểm khác nhau, có đối tượng lao động khác nhau. Nên nếu đưa máy kéo
nông nghiệp vào sản xuất lâm nghiệp thì máy cần phải nghiên cứu, cải tiến


2

cho phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp. Những công trình khoa học
về các vấn đề này có ý nghĩa thực tiễn rất cao.
Để đáp ứng được yêu cầu của việc khai thác rừng, các máy kéo nông
nghiệp được nghiên cứu và cải tiến rất nhiều cho phù hợp với điều kiện vận
xuất và vận chuyển của rừng trồng Việt Nam. Các công trình nghiên cứu
trước đây của các tác giả chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề về kéo,
bám, ổn định động học và động lực học, lắp thêm các thiết bị vận xuất như
tời, tay thuỷ lực…
Do đặc điểm của đường vận xuất và vận chuyển lâm sản có địa hình
phức tạp, mặt đường có độ mấp mô lớn. Nên khi máy kéo nông nghiệp di
chuyển trên đó để khai thác lâm sản, các đặc trưng dao động của máy sẽ lớn
hơn thiết kế ban đầu. Nhất là các chỉ tiêu về: độ êm dịu, tính ổn định, độ bền
lâu… Đặc biệt người điều khiển máy kéo sẽ phải chịu đựng các giá trị về biên
độ và tần số rung lớn hơn cho phép.
Để nâng cao khả năng phục vụ của loại máy kéo nông nghiệp JOHN
DEERE- 5310 cho phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp. Nhất là điều
kiện làm việc của người điều khiển máy kéo khi di chuyển trên đường vận
xuất và vận chuyển lâm sản. Tác giả thực hiện đề tài:
"Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông
nghiệp JOHN DEERE- 5310 khi sử dụng trong điều kiện lâm nghiệp”


4

máy kéo bánh bơm được sử dụng ngày càng rộng rãi so với máy kéo bánh
xích [21], [26], [32].
Máy kéo bánh bơm trong vận xuất gỗ được chia làm 2 loại: Máy kéo bánh
bơm chuyên dùng và máy kéo bánh bơm nông nghiệp có lắp thêm các thiết bị
chuyên dùng để vận xuất, vận chuyển gỗ. Đặc điểm của máy kéo bánh bơm
chuyên dùng là có công suất lớn, kết cấu gọn, độ bền cao, làm việc linh hoạt và
cho năng suất rất cao. Tuy nhiên, loại này thường đắt tiền và chỉ phù hợp với quy
mô sản xuất lớn, trình độ cơ giới cao, cơ sở hạ tầng và dịch vụ kỹ thuật tốt.
Bên cạnh loại máy kéo chuyên dùng, các nước còn sử dụng loại máy
kéo bánh bơm nông nghiệp được trang bị các thiết bị chuyên dùng để vận
xuất, vận chuyển gỗ và phục vụ cho các khâu trồng rừng; tận dụng được mùa
vụ, nâng cao thời gian tác nghiệp của máy, tăng hiệu quả sử dụng máy và góp
phần cơ giới hoá nông thôn, tăng thu nhập cho người lao động [40].
1.2. Sử dụng máy kéo trong lâm nghiệp trên thế giới
Vào những năm 1950 Tiệp Khắc đã đưa vào sử dụng loại máy kéo bánh
hơi LKT - 80, máy được trang bị tời, thuỷ lực có thể gom gỗ từ xa và vận xuất
gỗ theo phương pháp nửa lết, đây là loại máy kéo khung gập 4 bánh chủ động
[21], [26].
Ở Phần Lan, việc sử dụng máy kéo nông nghiệp để vận xuất gỗ được
bắt đầu từ những năm 1950 và cho thấy: Năng suất và hiệu quả kinh tế cao.
Vì vậy sử dụng loại máy kéo này để vận xuất, vận chuyển gỗ tại các nước này
được tăng nhanh.
Từ 1957, Liên Xô (cũ) đã sử dụng các loại máy kéo bánh hơi TT - 1, T
- 210, K210, K703, T - 127 để vận xuất, vận chuyển gỗ và cho thấy có thể sử
dụng máy kéo bánh hơi vận chuyển gỗ từ nơi chặt hạ ra bãi 2, giảm bớt được
khâu trung gian trong dây truyền khai thác và vận xuất [21], [26]. Việc sử



6

công việc của sản xuất lâm nghiệp như: TDT 40, TDT 55, DT 75, C 100, xe
REO 7. Sau năm 1970 nhập và đưa vào sử dụng máy kéo TT 4, LKT 80, LKT
120. Các loại máy này đã phù hợp với đặc điểm rừng tự nhiên với quy mô sản
xuất lúc bấy giờ. Trong những năm 1980 máy kéo bánh hơi Volvo của Thuỵ
Điển được nhập vào nước ta để phục vụ cho các khâu bốc dỡ và vận chuyển
gỗ rừng trồng ở các khu nguyên liệu giấy.
Hiện nay nước ta đã nhập khẩu và đưa vào sử dụng một số loại máy
kéo, trong đó có cả những máy kéo nông nghiệp cho việc cơ giới hoá một lâm
nghiệp trong rừng tự nhiên và rừng trồng vùng nguyên liệu giấy sợi, gỗ trụ
mỏ …. Để phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp, các máy kéo này đã và
đang được nghiên cứu, thiết kế cải tiến, từng bước nâng cao hiệu quả tác
nghiệp của máy kéo nông nghiệp bánh hơi phù hợp cho sản xuất lâm nghiệp.
Một số công trình nghiên cứu trong nước
+ Năm 1975 TS.Nguyễn Kính Thảo và tập thể cán bộ giảng dạy Trường
đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo thành công máy kéo khung gập
L35 với thiết bị tời cáp dùng trong vận xuất gỗ.
+ Năm 1985 tiến sĩ Nguyễn Kính Thảo và các cộng sự -Viện khoa học
Lâm nghiệp đã nghiên cứu, chế tạo tời 1 trống dẫn động từ trục thu công suất
và rơ moóc 1 trục lắp sau máy kéo Zeto tự bốc gỗ và vận xuất gỗ [11].
+ Năm 1994 PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu và tập thể cán bộ giảng dạy
trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm,
sản xuất thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để khai thác vùng nguyên liệu
giấy gỗ nhỏ rừng trồng” thuộc đề tài KN 03 - 04 [39].
+ Tác giả Nguyễn Văn An trong công trình [1] đã nghiên cứu về ảnh
hưởng của độ mấp mô mặt đất và tốc độ chuyển động đến phản lực pháp
tuyến lên cầu trước của máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ rừng trồng.


8

pháp hệ nhiều khối lượng (môi trường - con người - máy - đối tượng lao
động), mô hình được chia ra 2 hệ con: máy - gỗ và hệ một khối lượng là
người lái. Việc giải bài toán đặt ra 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Nghiên cứu dao động của hệ máy kéo - gỗ với mô hình
tính toán dao động hệ nhiều bậc tự do chịu tác động của lực kích thích do độ
mấp mô mặt đường, nhằm xác định các đặc trưng dao động của khung máy
kéo tại vị trí đặt ghế ngồi.
- Giai đoạn 2: Nghiên cứu dao động của ghế ngồi với mô hình dao động
của hệ một bậc tự do, chịu tác động kích thích từ khung máy lên ghế ngồi.
Ở trong nước, nghiên cứu dao động của các cơ hệ nói chung được công
bố trong các công trình của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang [24], công
trình này đã đưa ra cơ sở lý thuyết cơ bản về phương trình vi phân chuyển
động và các phương pháp tính toán dao động của các cơ hệ.
Công trình nghiên cứu của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Hữu Cẩn và các
cộng sự [10] cho thấy tính êm dịu trong chuyển động của ôtô, máy kéo được
đánh giá qua các chỉ tiêu: Tần số dao động thích hợp, gia tốc dao động thích
hợp, thời gian tác động của dao động. Trong chuyển động, ôtô, máy kéo dao
động theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc
(OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người,
theo phương ngang, theo phương dọc ảnh hưởng không đáng kể nên có thể bỏ
qua. Đối với máy kéo bánh bơm làm việc trên các mặt đường gồ ghề, thân
máy dao động với tần số là 160 - 240 dao động/ phút, vượt quá mức độ chịu
đựng của con người, đối với máy kéo phải chú ý giải quyết vấn đề treo cho
ghế ngồi để đảm bảo điều kiện cho người lái. Tác giả cũng đưa ra sơ đồ tính
toán hệ thống treo cho ghế ngồi với dạng kích động động lực và cho rằng khi
tính toán, thiết kế hệ thống treo cho ghế nên chọn tỉ số giữa tần số kích động



10

vận xuất gỗ nói riêng là nghiên cứu điều kiện làm việc của người điều khiển
nhằm đảm bảo cho máy phát huy hết khả năng làm việc và công suất thiết kế.
Cùng với sự nâng cao tốc độ làm việc của các liên hợp máy sẽ dẫn đến
tăng đáng kể lực kích động lên người điều khiển và cao hơn mức chịu đựng
của con người. Công trình nghiên cứu [44] cho thấy: Người điều khiển máy
không thể sử dụng được tối đa tốc độ của máy trong miền giới hạn của nó,
nghĩa là không phát huy được hết công suất theo thiết kế, một trong những
nguyên nhân chính là do mức độ kích động tác động đáng kể lên ghế ngồi của
người lái. Ở Mỹ trên 85% người lái máy kéo do ảnh hưởng của lực kích động
chỉ sử dụng được 65% công suất của máy.
Dao động của cơ thể con người hoặc một bộ phận của cơ thể là những
tác động sinh học phức tạp chúng có thể gây ra một loạt các thay đổi trong cơ
thể và ảnh đến sức khoẻ của người lái, gây ra các bệnh lý.
Tác động của dao động của con người phụ thuộc vào tần số, thời gian,
hướng và cường độ tác động. Sự kích thích nguy hiểm nhất ở giải tần số dao
động riêng của cơ thể con người. Cũng theo [44] thì tần số từ 6 - 11 Hz sẽ dẫn
đến cộng hưởng ở một số bộ phận của cơ thể riêng biệt của con người, dải tần
số từ 11 - 45Hz có thể dẫn đến sự phân tán các chức năng của hàng loạt bộ
phận bên trong, làm giảm tầm nhìn, giảm tính linh hoạt trong các hoạt động
điều khiển máy. Nếu dao động tác động lên người lái trong thời gian 1 ngày
và liên tục từ năm này sang năm khác thì không chỉ làm giảm năng suất lao
động mà còn làm xuất hiện các bệnh nghề nghiệp.
Mức độ ảnh hưởng của dao động đến cơ thể con người lần đầu tiên
được nghiên cứu với quan điểm về sự thoải mái và thuận tiện cho người điều
khiển tàu hoả và ôtô. Vấn đề này được nghiên cứu chậm hơn ở máy kéo, ngay


11


đưa ra phương pháp khảo nghiệm xác định dao động của ghế ngồi lái máy kéo
và chỉ tiêu an toàn đối với điều kiện làm việc của người lái máy kéo là gia tốc
dao động, vận tốc dao động ứng với các tần số dao động của ghế đối với
người lái theo tiêu chuẩn quốc gia (TCVN).
Các công trình nghiên cứu trên đây bước đầu đã đạt được những kết quả
về lý thuyết, thực nghiệm và thực tế, góp phần đáng kể trong sự nghiệp đào
tạo, công nghiệp hoá nông thôn miền núi ở nước ta.


13

Chương 2
ĐỐI TƯỢNG, MỤC TIÊU, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Giảm thiểu tác động xấu do dao động của máy kéo tới người lái nhằm
đảm bảo tính êm dịu của người lái.
Mô hình dao động của máy kéo nhằm xác định được dao động vị trí ghế
ngồi người lái.
Xác định các thông số của hệ số giảm xóc cho ghế ngồi người lái trên
máy kéo nông nghiệp JOHN DEERE- 5310 để đảm bảo các chỉ tiêu an toàn
cho người điều khiển máy kéo theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5126 - 90).
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là liên hợp máy kéo nông nghiệp JOHN
DEERE- 5310 có rơ moóc một trục chở gỗ.
- Dạng đường vận xuất.
Theo kết quả khảo sát ở một số địa bàn, TS. Nguyễn Tiến Đạt [14] đã
đưa ra dạng mặt đường vận xuất gỗ có dạng 2 dạng chính: dạng mặt đường
xác định có thể biểu diễn bằng các hàm tuần hoàn và dạng mặt đường biến



15

Chương 3
KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA MÁY KÉO JOHN DEERE- 5310
VÀ GHẾ NGỒI KHI KÉO RƠMOÓC CHỞ GỖ TRÊN ĐƯỜNG
VẬN CHUYỂN LÂM NGHIỆP
Mức độ an toàn và ổn định của ôtô, máy kéo bánh bơm không chỉ được
đánh giá thông qua khả năng chống lật, chống trượt, khả năng điều khiển lái,
quá trình phanh mà còn thể hiện qua độ êm hay sự dao động của chuyển
động. Hiện tượng dao động khi ôtô máy kéo chuyển động trên đường đặc biệt
là với chất lượng đường xấu có ảnh hưởng rất lớn đến tính ổn định của xe,
đến sức khoẻ của người điều khiển phương tiện, độ bền của các cụm chi tiết,
chất lượng hàng hoá, chi phí nhiên liệu… hay nói khác đi nó có ảnh hưởng
trực tiếp đến năng suất và hiệu quả làm việc của phương tiện và an toàn cho
người lái.
Nghiên cứu dao động của ôtô, máy kéo bánh hơi đã được nhiều tác giả
quan tâm và có rất nhiều kết quả nghiên cứu ở hầu hết các dạng dao động,
trong số đó dao động thẳng đứng giữa khung xe với mặt đường là chủ yếu.
Với mục tiêu của đề tài này là xác định dao động của máy kéo chở gỗ
trong điều kiện đường lâm nghiệp; đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến
điều kiện làm việc của người lái. Dao động này phát sinh do sự kích động của
mấp mô mặt đường, qua khung máy kéo và ghế ngồi, tác dụng liên tục lên
người điều khiển máy kéo trong quá trình tác nghiệp. Dao động này nếu có
tần số và thời gian tác động quá giới hạn cho phép sẽ rất có hại cho sức khoẻ
của người điều khiển và là một trong những nguyên nhân gây nên những bệnh
nghề nghiệp cho người điều khiển.




Trong đó:
m1: khối lượng của cầu trước (gồm cả trục và các bánh xe);
m2: khối lượng của thân máy kéo;
m1 + m2 = mmk,
m3: khối lượng của rơmoóc có gỗ;
Om, OM: vị trí trọng tâm của máy kéo và rơmoóc có gỗ;
z1, z, z4: chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm cầu trước, thân máy kéo và
rơmoóc;
α1, α2 , α3 , β1, β2 , β3 : chuyển vị góc của 3 phần quanh các trục (x) và (y);

z1t, z1p, z2t, z2p, z5t, z5p: chuyển vị thẳng đứng của tâm các bánh xe bên
trái, bên phải trục trước, trục sau và trục rơmoóc;
q1, q2, q5: độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe trước
sau, bánh xe sau và bánh xe rơmoóc;
1, 1, 1 : độ chênh mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe bên

phải và trái của các cặp tương ứng;
Jix, Jiy: mô men quán tính của các phần trong hệ đối với các trục x, y;
li (i =1, 2, 3, 4, 5): khoảng cách theo các phương ngang giữa các điểm;
d, dM: khoảng các giữa bánh xe trái và phải của máy kéo và của rơmoóc.
+ Thông số của LHM: các thông số của LHM gồm máy kéo John Deere
5310 và rơmoóc chở gỗ được thống kê trong các bảng (3.1):
Bảng 3.1 : Các thông số chính của máy kéo JOHN DEERE-5310

Các thông số

TT

Đơn vị


4

Số vòng quay khi mômen cực đại

v/ph

2400

5

Nhiên liệu

---

Gart

Máykéo
6

Chiều dài

mm

3600

7

Chiều rộng



mm

1600

11

Chiều cao gầm

mm

475

12

Chiều dài cơ sở

mm

2050

13

Bán kính quay vòng tới thiểu

m

3.3

14


20

- cao

mm

783

6.5-20

--

N

1100

16,9-28

--

N

3680

16

17

Tọa độ trọng tâm:

mm

1320


19

22

Chiều dài đoạn nối móc

mm

23

Trọng lượng (m3) không tải & tải 2t

kg

1200/3200

24

Trọng tâm:
mm

700

Khi có tải 1 tấn (a1=l5)



Shibaurra 3000A

John Deere

Rơmooc 1 trục

1477

2063

1200

84

135

--

Jx ( kgm2)

305

426

218

Jy (kgm2)

911


20

- Độ cứng các bánh lốp.
Bảng 3.3: Hệ số độ cứng của các bánh lốp máy kéo John Deere-5310
và rơ mooc chở gỗ
Đặc trưng

Bánh lốp
trước

Bánh lốp
sau

Bánh lốp
romooc

Ghi chú

Mã hiệu

6.5-20

16.0-28

900-20

Một bánh

D (mm)


cy , (kN/m)

120

372

372.0

(Nguồn từ: [17], [46], [48], [49])
3.2. Phương trình vi phân dao động của liên hiệp máy
Phương trình vi phân dao động (3.1) của hệ gồm máy kéo và rơmoóc
một trục đã được tác giả Phạm Minh Đức xây dựng [17]. Chúng tôi ứng dụng
phương trình này để giải quyết cho bài toán dao động của ghế ngồi.






















A7z 1  2D4 1  2B4z1  B13z  D13
A8z 2  2D5 2  2B5z2  B14z  D14

(3.1)

A9z 3  2D6 3  2B6z3  B15z  D15

Trong hệ 3.1
z - chuyển dịch theo phương thẳng đứng của trọng tâm máy kéo;


21

α2, α3 - góc lệch của khung máy kéo và rơmoóc đối với trục ngang Oy
(lắc dọc  );
β1, β2 , β3 - góc lệch của cặp bánh trước, khung máy kéo và rơmoóc đối

với trục Ox (lắc ngang ).
Các hệ số trong hệ PT (3.1) được tính theo các biểu thức trong bảng 3.4
Bảng 3.4: Biểu thức các hệ số trong PTVP (3.1)
A1=m1+m2+m3 B1=c1z+c2z+c3z ;

D1=k1z+k2z+k3z ;

;

B6= c3z d M

2

D6= k3z d M

4

4

(l2+l3)
A5=

2

2

4
2

A7= J1x

B7=2[c1zl1-c2zl2 -c3z(l2+l3)]

D7=2[c1zl1-c2zl2 -c3z(l2+l3)]

A8= J2x

B8=2[c3z(l4+l5)]


1
2

D13  k1z

B14= c2z

d
2
2

D14  k2 z

d 
2
2

B15= c3z

dM
5
2

D15  k3z

dM 
5
2

3.3. Khảo sát các dao động của liên hiệp máy

23

- Khi LHM chuyển động trên những đoạn đường có độ mấp mô bên
trái và bên phải mỗi cặp bánh như nhau (hay còn gọi là đồng pha).
- Trường hợp 1:
Điểm tiếp xúc của bánh xe bên phải và bên trái mỗi cặp bánh lệch
nhau 1/2 chu kỳ bước sóng mặt đường,
Khi đó: qitr= h0sin Ωt , thì qiph= h0sin(Ωt+π)= - h0sin Ωt,
và Δi = - 2 h0sin Ωt. (i = 1, 2, 3).
Theo các thông số của máy kéo John Deere-5310 và rơ mooc chở gỗ
(bảng 3.1) ta có:

q1  h0 sin t  1  2h0 sin t
q2  h0 sin(t  2 )  2  2h0 sin(t  2 )

(3.4)

q3  h0 sin(t  3 )  3  2h0 sin(t  3 )
Trong đó : 2 

l l l l l
l1  l2
; 3  1 2 3 4 5
v
v

- Trường hợp 2:
Điểm tiếp súc của bánh xe bên phải và bên trái mỗi cặp bánh không lệch
pha nhau
Khi đó: qitr= qiph = h0sin Ωt , và Δi = 0. (i = 1, 2, 3).