Một phương pháp thí nghiệm đánh giá độ êm dịu của xe lu rung

Lê V ăn Qu ỳnh và Đtg Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 118 (04): 55 - 59 MỘT PH ƯƠ NG PHÁP THÍ NGHI ỆM ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM D ỊU C ỦA XE LU RUNG Lê V ăn Qu ỳnh *, Nguy ễn Kh ắc Tuân Tr ường ĐH K ỹ thu ật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên TÓM T ẮT Dao động là m ột nh ững nguyên nhân chính gây ra b ệnh ngh ề nghi ệp cho ng ười điều khi ển xe lu rung. Bài báo này trình bày m ột ph ươ ng pháp thí nghi ệm xác định dao động c ủa gh ế ng ồi ng ười lái xe lu rung bánh đơ n trong m ột s ố điều ki ện ho ạt động. K ết qu ả đo được phân tích, đánh giá theo tiêu chu ẩn ISO 2631-1 (1997-E). K ết qu ả đánh giá cho th ấy độ êm d ịu c ủa xe ch ưa th ỏa mãn được tiêu chu ẩn ISO, đồng th ời nó c ũng không đảm b ảo được th ời gian yêu c ầu làm vi ệc 4 gi ờ của ng ười điều khi ển khi xe ho ạt động. Ngoài ra k ết qu ả này có th ể căn c ứ về mặt th ực nghi ệm cho thi ết k ế tối ưu h ệ th ống đệm cách dao động cabin xe lu rung. Từ khóa: Xe lu rung, thí nghi ệm, độ êm d ịu, tiêu chu ẩn qu ốc t ế, đánh giá. GI ỚI THI ỆU* CH Ỉ TIÊU ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG Độ êm d ịu là m ột thông s ố rất quan tr ọng khi Để đánh giá ảnh h ưởng c ủa dao động đến c ơ thi ết k ế xe lu. Ngày nay, độ êm d ịu c ủa xe th ể ng ười, hi ệp h ội tiêu chu ẩn qu ốc t ế đã đư a th ường được xác định và đánh giá b ằng ra tiêu chu ẩn ISO 2631-1 (1997). Theo tiêu ph ươ ng pháp mô ph ỏng s ố và thí nghi ệm. S ử chu ẩn này t ần s ố dao động kích thích t ừ dụng ph ươ ng pháp thí nghi ệm đã được các ngu ồn phát kích thích đến các v ị trí kh ảo sát nhà nghiên c ứu trên th ế gi ới ti ến hành nghiên nằm trong kho ảng t ừ 0.5 đến 80Hz. cứu t ừ rất s ớm, GS. Wu Guoliang và các c ộng Cả hai thông s ố là gia t ốc bình ph ươ ng trung sự (1987) đã ti ến hành đo và đánh giá độ êm dịu ho ạt động xe lu rung CA25 thông qua tiêu bình (a w) và th ời gian m ệt m ỏi - gi ảm hi ệu chu ẩn đánh giá qu ốc t ế [9] và đến sau đó m ột su ất làm vi ệc (T FD0 ) trong tiêu chu ẩn ISO số tác gi ả nh ư Zeng Xianke và c ộng s ự (1990 2631-1(1997) được ch ọn làm ch ỉ tiêu đánh )[10]; Beck L và c ộng s ự (2003) [2]; Ario giá k ết qu ả đo dao động gh ế ng ồi ng ười điều Kordetansi và c ộng s ự (2010) [1]; Hou Jingnu khi ển xe lu rung khi xe ho ạt động ở các điều và c ộng s ự (2011) [5], các công b ố này đều ki ện khác nhau. ti ến hành đo và k ết qu ả đo được phân tích Gia t ốc bình ph ươ ng trung bình đánh giá theo tiêu chu ẩn ISO2631-1 (1997-E) Theo tiêu chu ẩn ISO 2631-1(1997) thì gia t ốc [4]. Tuy nhiên, công trình này ch ưa ch ỉ rõ bình ph ươ ng trung bình được xác định theo được th ời gian gây m ệt m ỏi - gi ảm hi ệu su ất công th ức d ưới đây: làm vi ệc c ủa ng ười điều khi ển mà ch ỉ đánh 1 giá độ êm d ịu thông qua gia t ốc dao động  1 T  2 bình ph ươ ng trung bình, điều đó s ẽ không a =  a 2 (t)dt  (1) W T ∫ W đánh h ết ảnh h ưởng c ủa điều ki ện ho ạt động  0  đến hi ệu su ất làm vi ệc c ủa ng ười điều khi ển. Trong đó: a là gia t ốc dao động bình ph ươ ng Mục tiêu chính c ủa nghiên c ứu này là xây w dựng ph ươ ng pháp thí nghi ệm nh ằm xác định trung bình; aw(t) là gia t ốc dao động theo th ời 2 mức độ dao động c ủa gh ế ng ồi và th ời gian gian(m/s ) và T là th ời gian kh ảo sát(s). gây m ệt m ỏi gi ảm n ăng su ất lao động c ủa Tổng gia t ốc dao động bình ph ươ ng trung ng ười lái khi điều khi ển xe lu rung bánh lu bình theo 3 ph ươ ng X, Y, Z được xác định đơ n trong m ột s ố điều ki ện ho ạt động. Các k ết qu ả đo được so sánh v ới tiêu chu ẩn ISO2631- theo công th ức d ưới đây: 1(1997-E). 2 2 /1 2 a = [a + ( 4.1 a ) + ( 4.1 a ) ] (2) v wx wy wz * Tel: 0943141653; Email: lequynhdl@yahoo.com 55 Lê V ăn Qu ỳnh và Đtg Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 118 (04 ): 55 - 59 Trong đó a wx ; a wy và a wz lần l ượt là gia t ốc (đặt ph ươ ng c ảm bi ến X, Y, Z trùng v ới bình ph ươ ng trung bình theo các ph ươ ng X, ph ươ ng d ọc, ph ươ ng ngang và ph ươ ng đứng Y và Z. của gh ế ng ồi ng ười điều khi ển) và các thi ết b ị Dựa vào bảng 1 chúng ta có đánh giá ch ủ được b ố trí nh ư hình v ẽ 1. quan về độ êm d ịu của ng ười điều khi ển. Bảng 1. Bảng đánh giá ch ủ quan độ êm d ịu ô tô theo ISO 2631-1 2 aw(m/s ) Cấp êm d ịu < 0.315 Tho ải mái 0.315÷0.63 Một chút khó ch ịu 0.5 ÷ 1.0 Khó ch ịu 0.8 ÷ 1.6 Không tho ải mái 1.25 ÷ 2.5 Rất khó ch ịu > 2 Cực k ỳ khó ch ịu (a) Xe thí nghi ệm Thời gian m ệt m ỏi- gi ảm hi ệu su ất làm vi ệc Khi ng ười điều khi ển làm vi ệc m ột th ời gian dài trong môi tr ường dao động d ễ cảm th ấy không th ỏa mái, m ệt m ỏi, thâm chí m ắc m ột số bệnh ngh ề nghi ệp do dao động và ti ếng ồn gây ra. Chính vì v ậy, tiêu chu ẩn ISO 2631- (b)C ảm bi ến ICP (c) B ộ xử lý và hi ện k ết 1(1997) đư a ra thông s ố đánh giá là th ời gian qu ả đo mệt m ỏi- gi ảm hi ệu su ất lao động c ủa ng ười điều khi ển và nó được xác định theo công Hình 1. Sơ đồ bố trí thí nghi ệm th ức d ưới đây: Điều ki ện thí nghi ệm: T = (4a2T )/ a2  FD 0 1 0 v + Vận t ốc thí nghi ệm: v = 3km/h và làm vi ệc = ()2 2 TFDx 4a2T0 / awx (3)  trên m ặt n ền đàn h ồi. T = ()4a2T / a2  FDy 2 0 wy + T ần s ố kích thích dao động th ấp và cao c ủa  = ()2 2 TFDz 4a1 T0 / awz bánh lu là f = 28 Hz và f = 35Hz. Trong đó: T FD0 ; T FDx ; T FDy ; T FDz và a v; a wx ; Điều ki ện làm vi ệc: awy ; a wz ; th ời gian m ệt m ỏi – gi ảm hi ệu su ất + Điều ki ện 1: xe đứng yên nén và bánh lu lao động và gia t ốc dao động bình ph ươ ng được kích thích dao động ở tần s ố th ấp; trung bình c ủa gh ế ng ồi ng ười điều khi ển theo + Điều ki ện 2: xe chuy ển động nén và bánh lu tổng c ộng các ph ươ ng và ph ươ ng X, Y, Z; các được kích thích dao động ở tần s ố th ấp; 2 2 hệ số a1=2.8m/s ; a 2=2m/s và T 0=0.167 gi ờ Điều ki ện 1 và 2 ngu ồn kích thích dao động theo tiêu chu ẩn quy định. truy ền lên ng ười lái ch ủ yếu t ừ bánh lu và ĐO DAO ĐỘNG C ỦA XE LU RUNG động c ơ đốt trong. Xe thí nghi ệm: xe lu rung bánh đơ n, thông s ố + Điều ki ện 3: xe đứng yên nén và bánh lu được kích thích dao động ở tần s ố cao; kỹ thu ật và đặc điểm k ết c ấu được tham kh ảo tài li ệu [7]. + Điều ki ện 4: xe chuy ển động nén và bánh lu được kích thích dao động ở tần s ố cao. Thi ết b ị và b ố trí: Thi ết b ị đo s ử dụng h ệ Điều ki ện 3 và 4 ngu ồn kích thích dao động th ống đo động l ực h ọc LMS và phân tích c ủa truy ền lên ng ười lái không ch ỉ từ bánh lu và Bỉ và c ảm bi ến đo dao động ICP ba ph ươ ng động c ơ đốt trong và còn t ừ mặt n ền bi ến d ạng. 56 Lê V ăn Qu ỳnh và Đtg Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 118 (04): 55 - 59 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ theo 3 ph ươ ng được xác định theo công th ức Các s ố li ệu đo được ở bốn điều ki ện làm vi ệc (2). D ưới đây là k ết qu ả dạng b ảng và đồ th ị. khác nhau c ủa xe được x ử lý b ằng ph ần m ềm Bảng 2. Các gia t ốc a wx , a wy , a wz và a v khi xe ho ạt Matlab 7.0. D ưới đây là k ết qu ả đo gia t ốc động trong 4 điều ki ện khác nhau dao động theo 3 ph ươ ng X, Y và Z c ủa gh ế Đ/K awx awy awz av 2 2 2 2 ng ồi ng ười điều khi ển theo th ời gian khi xe (m/s ) (m/s ) (m/s ) (m/s ) 1 0.5675 0.5062 0.9740 1.2357 ho ạt động điều ki ện 2 . 2 0.6772 0.5754 1.2490 1.5329 1 3 0.4954 0.3939 0.7992 1.0195 0.5 4 0.6439 0.5542 1.1120 1.3994 ) 2 0 2 /(m/s x Dieu kien 1 1.5329 a -0.5 1.5 Dieu kien 2 ) 1.2490 2 1.2357 -1 0.9740 2 4 6 8 10 1 Time/s /(m/s 0.6772 0.5754 w 0.5675 0.5062 a 0.5 (a) Ph ươ ng X 0 1 a a a a wx wy wz v ) 2 Hình 3. So sánh gia t ốc dao động bình ph ươ ng 0 trung bình c ủa gh ế ng ồi ở điều ki ện 1 và 2 /(m/s y a 2 Dieu kien 3 Dieu kien 4 1.5 1.3994 -1 ) 2 4 6 8 10 2 1.1120 Time/s 1.0195 1 0.6439 0.7992 /(m/s 0.5542 w 0.4954 (b) Ph ươ ng Y a 0.5 0.3939 4 0 a a a a wx wz v 2 wy ) 2 0 Hình 4. So sánh gia t ốc dao động bình ph ươ ng /(m/s z trung bình c ủa gh ế ng ồi ở điều ki ện 3 và 4 a -2 0 Dieu kien 1 1.2357 -4 Dieu kien 3 2 4 6 8 10 0.9740 1.0195 ) Time/s 2 2 0.7992 0.5675 0.4954 0.5062 (a) Ph ươ ng Z /(m/s 0.3939 w a 1 Hình 2. Gia t ốc theo th ời gian c ủa gh ế ng ồi theo 3 ph ươ ng X, Y, Z. 0 a a a a wx wy wz v Để đánh giá ảnh h ưởng c ủa dao động đến độ êm d ịu, s ức kh ỏe và hi ệu qu ả ng ười điều Hình 5. So sánh gia t ốc dao động bình ph ươ ng trung bình c ủa gh ế ng ồi ở điều ki ện 1 và 3 khi ển d ưới các điều ki ện làm vi ệc khác nhau, 2 các tác gi ả đã ti ến hành phân tích k ết qu ả đo Dieu kien 2 1.5329 Dieu kien 4 theo hai th ống s ố aw và T FD dưới đây: 1.5 1.2490 1.3994 1.1120 0.6439 Ảnh h ưởng điều ki ện làm vi ệc đến độ êm 1 0.6439 0.5754 0.5542 dịu ng ười điều khi ển: 0.5 Căn c ứ vào k ết qu ả đo trong 4 điều ki ện ho ạt 0 a a a a động khác nhau, các gia t ốc dao động bình wx wy wz v ph ươ ng bình c ủa gh ế ng ồi theo 3 ph ươ ng Hình 6. So sánh gia t ốc dao động bình ph ươ ng X,Y, Z được xác định theo công th ức (1) và trung bình c ủa gh ế ng ồi ở điều ki ện 2 và 4 tổng gia t ốc dao động bình ph ươ ng trung bình 57 Lê V ăn Qu ỳnh và Đtg Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 118 (04 ): 55 - 59 Từ kết qu ả bảng 2 và các hình 3, 4, 5, 6 chúng (2) Khi xe ho ạt động ở các điều ki ện 1, 2 và ta th ấy r ằng: 4, giá tr ị TFD0 = (2.23÷3.43) gi ờ th ời gian này 1) Khi bánh lu rung được kích thích dao động nh ỏ hơn 4 gi ờ theo yêu c ầu c ủa 1 ca làm vi ệc [8], hay nói cách khác là ng ười điều khi ển tần s ố th ấp, các giá tr ị awx , a wy , a wz và a v đều lớn h ơn khi bánh lu rung được kích thích dao cảm th ấy m ệt m ỏi sau 4 gi ờ làm vi ệc. Nguyên động ở tần s ố, đặc bi ệt là ph ươ ng Z, điều đó nhân là do độ êm d ịu ho ạt động xe không đảm dẫn t ới độ êm d ịu ng ười điều khi ển c ủa xe bảo yêu c ầu. Vì v ậy để nâng cao độ êm d ịu, gi ảm xu ống. Nguyên nhân là do khi xe làm sức kh ỏe và hi ệu su ất lao động c ủa ng ười điều vi ệc ch ế độ này xu ất hi ện các t ần s ố kích khi ển, b ước ti ếp theo chúng ta nên ph ải ti ến thích dao động th ấp sinh ra t ừ ngu ồn kích hành c ải ti ến thi ết k ế hệ th ống đệm cách dao thích động c ơ đốt trong, bánh lu rung và m ặt động c ủa xe. nền bi ến d ạng mà h ệ th ống đệm cách dao Bảng 3. Các giá tr ị TFDx , T FDy , T FDz và T FD0 ở các động c ủa xe không phát huy hi ệu qu ả dập t ắt điều ki ện làm vi ệc khác nhau dao động d ẫn t ới các giá tr ị gia t ốc dao động Đ/K T /h T /h T /h T /h của gh ế ng ười điều khi ển t ăng lên. FDx FDy FDz FD0 1 8.29 10.43 5.52 3.43 (2) Khi xe ho ạt động điều ki ện 2 và 4, các giá 2 75.83 8.07 3.36 2.23 tr ị awx , a wy , a wz và a v đều l ớn khi xe ho ạt động điều ki ện 1 và 3, đặc bi ệt là ph ươ ng Z, điều 3 10.89 17.22 8.19 5.04 đó d ẫn độ êm d ịu ng ười điều khi ển gi ảm 4 6.44 8.69 4.23 2.67 xu ống. Nguyên nhân là do khi xe chuy ển KẾT LU ẬN động bánh xe ti ếp xúc m ặt n ền đường bi ến dạng sinh ra các t ần s ố kích thích dao động Thông qua thí nghi ệm và phân tích k ết qu ả đo th ấp truy ền lên xe. dao động c ủa xe lu rung ở các ch ế độ làm vi ệc khác nhau chúng ta có th ể rút ra được m ột k ết (3) Đối chi ếu v ới b ảng 1 theo quan điểm ch ủ lu ận sau: quan đánh giá thì không điều ki ện làm vi ệc nào c ủa xe th ỏa mãn điều ki ện v ề êm d ịu c ủa (1) Khi xe ho ạt động ở điều ki ện 1 và 2, các ng ười điều khi ển theo tiêu chu ẩn qu ốc t ế ISO giá tr ị gia t ốc dao động bình ph ươ ng trung 2631-1. bình gi ảm xu ống d ẫn đến độ êm d ịu ng ười Ảnh h ưởng điều ki ện làm vi ệc đến s ức điều khi ển gi ảm. Nguyên nhân là do các ch ế độ làm vi ệc này các ngu ồn kích thích m ặt kh ỏe và hi ệu su ất lao động c ủa ng ười nền, bánh lu rung, động c ơ đốt trong sinh ra điều khi ển các t ần s ố dao động kích thích th ấp truy ền lên Theo công th ức (3) và k ết qu ả 2 ta tính toán gh ế ng ồi ng ười điều khi ển mà hệ th ống cách được th ời gian m ệt m ỏi – gi ảm hi ệu su ất làm dao động không phát huy có hi ệu qu ả dập t ắt. vi ệc ng ười điều khi ển ở các điều ki ện làm (2) Khi xe ho ạt động ở điều ki ện 1, 2 và 4, giá vi ệc khác nhau và k ết qu ả được th ể hi ện trong tr ị TFD0 = (2.23÷3.43) gi ờ th ời gian này nh ỏ bảng 3. hơn th ời gian yêu c ầu làm vi ệc 4 gi ờ. Từ kết qu ả bảng 3 chúng ta th ấy r ằng: Bước nghiên c ứu ti ếp theo, các tác gi ả ti ến (1) Khi các giá tr ị gia t ốc dao động bình hành t ối ưu thi ết k ế và ch ế tạo h ệ th ống đệm ph ươ ng trung bình t ăng lên, thì th ời gian m ệt cách dao động cabin và gh ế ng ồi ng ười điều mỏi- gi ảm hi ệu su ất lao động c ủa ng ười điều khi ển nh ằm nâng cao độ êm d ịu, s ức kh ỏe và khi ển gi ảm xu ống. hi ệu su ất lao động c ủa ng ười điều khi ển. 58 Lê V ăn Qu ỳnh và Đtg Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 118 (04): 55 - 59 TÀI LI ỆU THAM KH ẢO [5]. 侯劲汝(2011). [1]. Ario Kordestani, Subhash Rakheja, Pierre 双钢钢振动动路机减振性能的研究. Marcotte, et al(2010). Analysis of Ride Vibration 西安：长安大学. Environment of Soil Compactors[J]. AE Int. J. Commer. Veh., Vol.3(1), pp. 259-272. [6]. Le Van Quynh (2013), [2]. Beck L., Bloswick D. and Sesek, R.(2003). 振动动路机驾驾室振动研究与控制，南京：东 Health Effects of Vibrating Equipment - A 南大学. Comparative Analysis of a Caterpillar CS-433B [7]. Le Van Quynh, 张建润，刘晓波，等(2013). Vibratory Compactor, the 2nd Annual Regional 振动动路机用于不同土壤地面的平顺性评价[J]. National Occupational Research Agenda (NORA) 农农工程学报, 29(9): 39-47 Young, New investigators symposium. Salt Lake. [8]. 余志生(2002). 汽车理论. [3]. Le Van Quynh, Jianrun Zhang, Guowang Jiao, 北京：中国计 . et al(2011). Vibration Analysis and Optimal 量出版社 吴国梁，程序，张思 Design for Cab’s Isolation System of Vibratory [9]. (1987). Roller. Advanced Materials Research, Vol.199- 振动动路机乘坐舒适性的试试研究[J]. 建筑机械 200 ，pp. 936-940. , 1(12), pp. 25-30. [4]. ISO 2631-1 (1997). Mechanical vibration and [10]. 曾献科 张仲甫(1990). shock-Evanluation of human exposure to whole- 振动动路机乘坐舒适性试试研究. body vibration, Part I: General requirements, The 四川工农学院学报, 9(1), pp. 217-22 International Organization for Standardization. SUMMARY AN EXPERIMENTAL METHOD FOR EVALUATING RIDE COMFORT VIBRATORY ROLLER Le Van Quynh *, Nguyen Khac Tuan College of Technology – TNU Vibration is a major cause of occupational diseases for vibrator driver. This paper presents an experimental method of determining the seat’s driver vibration of the single drum vibratory roller under the different operating conditions. The experimental results are analyzed and evaluated according to the ISO 2631: 1997 (E) standard. The evaluation results have shown that the vehicle ride comfort is not satisfied the international standard, at the same time, it is also less than keep = drivers work efficiency time TFD 4 hours of operation requirements when it operates. In addition, the study results can provide an experimental basis for the optimal design for cab’s isolation system of vibratory roller. Key words: Vibratory roller, experiment, ride comfort, ISO 2631, evaluation. Ngày nh ận bài: 13/3/2014; Ngày ph ản bi ện: 15/3/2014; Ngày duy ệt đă ng: 25/3/2014 Ph ản bi ện khoa h ọc: PGS.TS. Lưu V ăn Tu ấn – Tr ường ĐH Bách khoa Hà N ội * Tel: 0943141653; Email: lequynhdl@yahoo.com 59