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

40
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018
NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ, VẬN TỐC, GIA TỐC CỦA NGƯỜI 
ĐIỀU KHIỂN MÁY KÉO GỖ KHI CHẠY KHÔNG TẢI
THE RESEARCH DISPLACEMENT, VELOCITY, AND 
ACCELERATION OF WOOD-TRACTOR OPERATOR 
IN IDLE RUNNING PROCESS
Vũ Hoa Kỳ, Nguyễn Thị Khánh, Nguyễn Thị Hồng Nhung
Email: kyhoavu@gmail.com 
Trường Đại học Sao Đỏ 
Ngày nhận bài: 8/5/2018 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 22/9/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 28/9/2018
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.