Luận văn Thạc sĩ Khoa học kỹ thuật: Nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành của liên hợp tời cáp, cần treo gỗ lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng trên dốc dọc

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn nghiên cứu và phân tích quá trình khởi hành của LHM kéo cỡ nhỏ với thiết bị tời cáp, cần treo để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng theo phương pháp kéo nửa lết trên dốc dọc để xác định ảnh hưởng của các thông số kết cấu cũng như các thông số sử dụng đến khả năng khởi hành của LHM.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học kỹ thuật: Nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành của liên hợp tời cáp, cần treo gỗ lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng trên dốc dọc

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ PTNT trêng ®¹i häc l©m nghiÖp §Æng ThÞ Hµ Nghiªn cøu ®éng lùc häc qu¸ tr×nh khëi hµnh cña liªn hîp têi c¸p, cÇn treo gç l¾p trªn m¸y kÐo cì nhá ®Ó vËn xuÊt gç rõng trång trªn dèc däc LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc kü thuËt Hµ Néi – 2008
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ PTNT trêng ®¹i häc l©m nghiÖp §Æng ThÞ Hµ Nghiªn cøu ®éng lùc häc qu¸ tr×nh khëi hµnh cña liªn hîp têi c¸p, cÇn treo gç l¾p trªn m¸y kÐo cì nhá ®Ó vËn xuÊt gç rõng trång trªn dèc däc Chuyªn ngµnh: Kü thuËt m¸y vµ thiÕt bÞ c¬ giíi ho¸ n«ng l©m nghiÖp M· Sè: 60 52 14 LuËn v¨n th¹c sü khoa häc kü thuËt Ngêi híng dÉn khoa häc Ts. Lª V¨n Th¸i Hµ Néi – 2008
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nước ta vốn là một đất nước có tài nguyên rừng phong phú, đa dạng với nhiều loại cây, gỗ và lâm sản có giá trị cao. Từ lâu rừng đã gắn liền với cuộc sống của hàng chục triệu người dân, đã và đang đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ Quốc. Bước vào thời kỳ Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước, vai trò của rừng đối với việc bảo vệ môi trường, cung cấp lâm sản cho nền kinh tế quốc dân, đáp ứng các yêu cầu văn hoá thẩm mỹ của con người sẽ ngày càng tăng lên. Do nhiều nguyên nhân khác nhau về thời tiết khí hậu, đất đai bị ô nhiễm, do sức ép về nhu cầu của con người đã tác động xấu đến rừng, làm cho rừng nước ta ngày càng suy giảm. Nhận thức đúng đắn những hậu quả to lớn, nhiều mặt do sự tàn phá rừng gây ra, cũng như tầm quan trọng của rừng đối với các lĩnh vực: Kinh tế, xã hội, môi trường sinh thái, an ninh quốc phòng. Đảng và Nhà nước ta đã rất quan tâm, khuyến khích hỗ trợ nhiều dự án trồng rừng nhằm mục đích khôi phục và phát triển rừng. Đặc biệt tại kỳ họp thứ 2 Quốc hội khóa X đã đưa ra nghị quyết về dự án trồng mới 5 triệu ha rừng [21]. Dự án trồng mới 5 triệu ha rừng được mở ra với quy mô rộng lớn nhằm gây trồng 3 loại rừng chính là rừng đặc dụng, rừng phòng hộ và rừng sản xuất. Thúc đẩy phát triển rừng là xu thế tất yếu của xã hội để góp phần duy trì sự sống trên trái đất và để đáp ứng nhu cầu về lâm sản cho xã hội ngày càng cao. Vai trò của rừng trồng ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu về gỗ cho nền kinh tế quốc dân. Hiện nay, gỗ và củi chủ yếu được lấy ra từ rừng trồng. Rừng trồng ở nhiều nơi đang được khai thác với số lượng lớn để làm nguyên liệu giấy, làm gỗ trụ mỏ, làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến gỗ và các ngành kinh tế khác. Đặc điểm của rừng trồng là phân tán, trữ lượng ít, đường xá nhỏ hẹp, địa hình dốc lớn và không đồng đều, khai thác không đại trà (chặt đan xen từng vùng để đảm bảo môi trường bền vững), điều kiện áp dụng cơ giới hoá cho khâu khai thác có những khó khăn nhất định. Vì vậy, việc nghiên cứu, lựa
2 chọn sử dụng các loại máy móc, thiết bị phù hợp để vận xuất gỗ rừng trồng là vấn đề cần thiết. Trong những năm gần đây ở nước ta, máy kéo cỡ nhỏ được sử dụng phổ biến trong sản xuất nông lâm nghiệp, đó là các loại máy kéo MTZ-80, DFH-180, máy kéo Shibaura, máy kéo bông sen-12… Trên cơ sở tận dụng nguồn động lực sẵn có trong sản xuất nông lâm nghiệp như hiện nay, đã có nhiều đề tài nghiên cứu thiết kế thiết bị chuyên dùng, dùng nguồn động lực là máy kéo cỡ nhỏ để vận chuyển, vận xuất gỗ rừng trồng - là khâu công việc rất nặng nhọc và nguy hiểm trong dây chuyền công nghệ khai thác gỗ. Một trong số các đề tài đã nghiên cứu và thử nghiệm thành công thiết bị lâm nghiệp chuyên dùng đó là liên hợp máy (LHM) có nguồn động lực là máy kéo cỡ nhỏ với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ rừng trồng. Do điều kiện làm việc của LHM trên địa hình đất dốc và không bằng phẳng nên đôi khi vận xuất gỗ thì LHM phải dừng trên dốc và người điều khiển phải thực hiện lại quá trình khởi hành, sang số trên những địa hình dốc là rất phổ biến. Việc khởi hành LHM trên dốc dọc là một quá trình phức tạp và khó khăn nhất trong quy trình sử dụng LHM di chuyển vận xuất gỗ. Quá trình khởi hành là quá trình chuyển từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động gây nên áp lực động đột ngột lên các cơ cấu của LHM dẫn đến hư hỏng đột ngột và giảm tuổi thọ của chi tiết máy. Quá trình khởi hành của LHM không chỉ phụ thuộc vào các đặc tính kỹ thuật của LHM như công suất động cơ, tải trọng, quá trình biến đổi năng lượng trong động cơ và đường truyền công suất… mà còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khách quan như độ dốc, hệ số bám, tính ổn định và kỹ năng thao tác, vận hành của người điều khiển. Để hiểu rõ bản chất quá trình khởi hành của LHM trên dốc dọc và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khởi hành, để có cơ sở hoàn thiện thêm về mặt kết cấu và chọn chế độ sử dụng LHM có hiệu quả và đảm bảo an toàn, đòi hỏi phải nắm được các tính chất động học và động lực học của từng phần tử và toàn bộ hệ thống của LHM trong quá trình khởi hành. Nghiên cứu cơ sở
3 khoa học đề xuất chỉ dẫn sử dụng LHM, để đảm bảo cho LHM làm việc ổn định, an toàn trên đồi dốc là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài luận văn: “Nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành của liên hợp tời cáp, cần treo gỗ lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng trên dốc dọc” với mục đích nhằm góp phần xây dựng cơ sở khoa học để tính toán thiết kế cải tiến và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý LHM khi làm việc trên đất dốc.
4 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình sử dụng máy kéo nông nghiệp ở nước ta Đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp, nông thôn, giải quyết đồng bộ các vấn đề nông nghiệp, nông thôn và nông dân. Tiếp tục tạo chuyển biến mạnh mẽ trong sản xuất nông nghiệp, kinh tế nông thôn và nâng cao đời sống nhân dân. Cùng với những thành tựu sau 20 năm đổi mới, quá trình thực hiện các đường lối, chủ trương, chính sách của Đảng và Nhà nước về lĩnh vực nông nghiệp, nông thôn và nông dân chúng ta đã đạt được những thành tựu to lớn có ý nghĩa lịch sử. [18] Để đáp ứng yêu cầu sản xuất, thực hiện chủ trương công nghiệp hoá và hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn, nền sản xuất nông nghiệp ở nước ta ngày càng được quan tâm và không ngừng phát triển, ruộng đất được chia lâu dài cho các hộ nông dân, nhiều hộ gia đình còn được sở hữu nhiều hecta gieo trồng do vậy nhu cầu cần trang bị máy móc là rất lớn để phục vụ cho các khâu công việc như làm đất, gieo trồng, chăm sóc, bơm nước, thu hoạch, vận chuyển… Hiện nay máy kéo nông nghiệp đã được nhập vào nước ta rất nhiều chủ yếu phục vụ cho canh tác nông nghiệp. Thị trường trong nước chủ yếu là các loại máy kéo nhỏ của Trung Quốc với giá rẻ và chất lượng chưa tốt. Máy kéo đã qua sử dụng của Nhật Bản cũng tràn vào Việt Nam, có chất lượng chế tạo cao hơn nhưng giá thành đắt và phụ tùng khan hiếm [7]. Máy kéo của Nhật Bản nhập vào nước ta có cấu tạo phức tạp kiểu hiện đại thu nhỏ, những máy này có độ bền, độ tin cậy cao và tiện nghi sử dụng tốt nhưng do khi nhập vào nước ta thường là máy kéo cũ, không có máy công tác kèm theo cũng như phụ tùng thay thế và giá bán tương đối cao, không có tài liệu hướng dẫn sử dụng và dịch vụ sau bán hàng (bảo hành, cung cấp thiết bị phụ tùng …) nên không phù hợp với hoàn cảnh và khả năng công nghệ chế tạo của ngành công nghiệp nước ta hiện nay [11].
5 Tuy rằng ngành chế tạo máy của nước ta có rất nhiều cố gắng, nhưng hầu hết các máy kéo nhỏ chế tạo trong nước đều là sao chép mẫu của Trung Quốc, Nhật Bản ra đời cách đây nhiều thập kỷ, đơn điệu về mẫu mã và lạc hậu về tính năng kỹ thuật. Ngay cả việc sao chép mẫu cũng chưa có căn cứ khoa học đầy đủ để có được những mẫu máy phù hợp với điều kiện sử dụng ở nước ta [7]. Để phát huy năng lực của máy móc đòi hỏi ngành chế tạo máy ở nước ta phải tập trung đầu tư nghiên cứu thiết kế, cải tiến, đổi mới quy trình công nghệ để tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt hơn phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế. Các máy kéo cỡ nhỏ được chế tạo trong nước chủ yếu ở Nhà máy cơ khí nông nghiệp Hà Tây kết hợp với Nhà máy cơ khí Trần Hưng Đạo và Nhà máy diezel Sông Công. Việc sử dụng và nghiên cứu các loại máy kéo ở nước ta đã đạt được những kết quả nhất định. Máy kéo công suất nhỏ đã và đang dần trở thành nguồn động lực quan trọng chủ yếu trong sản xuất nông nghiệp ở nước ta. Cả nước hiện có khoảng 1300 cơ sở chuyên sản xuất, kinh doanh các loại máy kéo, máy nông nghiệp và thiết bị cơ khí phục vụ nông nghiệp; 1218 cơ sở chuyên sửa chữa, bảo dưỡng, bảo hành máy kéo, thiết bị cơ khí, nhưng nhìn chung vẫn chưa thể đáp ứng được yêu cầu, trong khi đó lượng máy nhập khẩu còn thấp. Số lượng máy kéo các loại có khoảng 300.000 chiếc, tổng công suất 3,5 triệu mã lực trong đó đa phần là máy kéo 2 bánh dưới 15 mã lực (75,3%), máy kéo bốn bánh 15-35 mã lực (15,2%), máy kéo trên 35 mã lực chỉ chiếm 9,5%. Theo dự báo của Viện cơ điện và chế biến nông sản, nhu cầu máy kéo từ 50 CV trở lên bình quân hàng năm là 3000-3200 chiếc/năm, máy kéo từ 8- 20CV là 8000-8200 chiếc/năm để đạt được mục tiêu về cơ giới hoá. Hiện tại, Việt Nam không có năng lực sản xuất máy kéo từ 50 CV trở lên. Nhóm máy kéo 4 bánh 18-20CV đang phải nhập khẩu. Hiện có một số cơ sở đang dự kiến triển khai các dự án láp ráp (phụ tùng nhập) với sản lượng khoảng 1400 chiếc/năm, (chủ yếu dự án liên doanh của VEAM với DAEDONG -Hàn Quốc
6 có công suất 1200 chiếc/năm đặt tại Cầu Diễn - Hà Nội. Nhóm máy kéo hai bánh cỡ 6-8-12CV nhu cầu sẽ rất lớn và ổn định, khoảng 7000 chiếc/năm. Tuy nhiên, mặc dù hiện nay sản xuất trong nước đã đáp ứng được khoảng 60% nhu cầu (50% do VEAM cung cấp, còn lại do địa phương sản xuất). Để có thể đạt được mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp mục tiêu đến năm 2010 ngành cơ khí nông nghiệp cần đáp ứng được 80% nhu cầu cơ giới hoá các khâu sản xuất nông nghiệp. Như vậy, nhu cầu cho việc cơ giới hoá các khâu trong sản xuất nông nghiệp là rất lớn, tạo ra một thị trường đầy triển vọng cho ngành cơ khí nông nghiệp trong nước phát triển nếu được đầu tư đúng hướng, đúng trọng điểm [23]. 1.2. Khái quát tình hình nghiên cứu và áp dụng máy kéo nông nghiệp vào việc vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng Vận xuất gỗ là quá trình di chuyển cây gỗ từ nơi chặt hạ về tập trung ở bãi gỗ ven đường hoặc kho gỗ I rồi từ đó gỗ được vận chuyển đến một nơi tiêu thụ nào đấy. Đây là khâu khó khăn nhất, nặng nhọc và phức tạp nhất trong dây chuyền công nghệ khai thác gỗ. Nó ảnh hưởng quyết định đến số lượng và chất lượng gỗ sau khi chặt hạ và ảnh hưởng lớn đến việc bảo vệ cây con cũng như đất rừng. Chính vì đặc điểm và tầm quan trọng như vậy nên đã có nhiều nghiên cứu về công nghệ đặc biệt là về máy móc thiết bị trong khâu sản xuất này. Các máy kéo dùng trong vận xuất gỗ rất đa dạng, song có thể phân chia thành hai nhóm chính: máy kéo xích và máy kéo bánh hơi. Các loại máy kéo vận xuất bánh hơi có những ưu điểm nổi trội so với máy kéo xích cùng cỡ. Chúng có khối lượng riêng nhỏ hơn, chi phí nhiên liệu cho 1 m3 gỗ vận xuất ít hơn, tuổi thọ của bộ phận di động cao hơn 2-3 lần, chúng yêu cầu chi phí sử dụng thấp hơn, máy kéo bánh hơi có tốc độ lớn hơn, do vậy cho năng suất cao hơn. Ngoài ra máy kéo bánh hơi ít phá hại cây con và đất rừng hơn máy kéo xích. Do có những ưu điểm như vậy nên máy kéo bánh hơi được sử dụng ngày càng rộng rãi và chiếm ưu thế so với máy kéo xích. Các máy kéo bánh
7 hơi vận xuất gỗ theo chức năng có thể phân thành hai loại: máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng và máy kéo nông nghiệp được cải tiến để vận xuất gỗ. Các máy kéo lâm nghiệp có công suất lớn, tính ổn định và khả năng bám cao, cơ động làm việc tin cậy và cho năng suất cao. Máy kéo nhãn hiệu LKT-80. các loại Skidder của hãng Timberjack là các loại máy kéo dùng để vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết. Chúng được trang bị tời để gom gỗ từ xa, treo và giữ một đầu bó gỗ khi di chuyển. Các loại Forwarder của hãng Timberjack, Norcar, Somet, Valmet, Volvo là những loại máy kéo được sử dụng và buôn bán rộng rãi trên thị trường thế giới [14]. Hình 1.1: Máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng vận xuất gỗ (Forwader) Để nâng cao hiệu quả vốn 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, ở các nước Bắc Âu, Italia, NewZealand, Canada, Australia… người ta sử dụng rộng rãi máy kéo nông nghiệp trong việc khai thác gỗ rừng trồng. Sử dụng máy kéo nông nghiệp để vận xuất gỗ rất có hiệu quả đối với những vùng nông thôn vì vốn đầu tư, chi phí vận hành thấp hơn, phụ tùng thay thế sẵn có và rẻ tiền hơn so với máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng. Ngoài ra người ta có thể mua máy kéo nông nghiệp cũ với vốn đầu tư thấp rồi cải tiến thành máy vận xuất gỗ.
8 Hình 1.2: Máy kéo nông nghiệp được trang bị cần nâng đầu gỗ và tời để vận xuất gỗ Ở nước ta, với cơ chế chính sách hiện nay, rừng và đất rừng đang dần được giao cho từng hộ gia đình, cá nhân quản lý và sử dụng canh tác lâu dài, tạo nên những trang trại sản xuất nông, lâm nghiệp với quy mô vừa và nhỏ. Chính vì vậy mà rừng trồng phân tán, sản lượng khai thác thấp, đường xá đi lại nhỏ hẹp và khó khăn nên việc sử dụng các loại máy kéo có công suất lớn để vận xuất gỗ sẽ gặp nhiều khó khăn, vốn đầu tư cao và hiệu quả kinh tế thấp. Các hộ gia đình được giao đất rừng để tự bảo vệ và phát triển vốn rừng đã hình thành các trang trại vừa và nhỏ thì phương thức sản xuất nông lâm kết hợp tỏ ra có hiệu quả vì vậy thực tế sản xuất lại đòi hỏi phải sử dụng máy móc có công suất nhỏ, chi phí ít… Để khai thác gỗ rừng trồng có quy mô nhỏ một cách có hiệu quả, vừa đáp ứng các yêu cầu kinh tế vừa đáp ứng các yêu cầu môi trường sinh thái thì chúng ta cần phải đầu tư nghiên cứu lắp đặt các trang thiết bị chuyên dùng trên máy kéo nông nghiệp cỡ nhỏ để cơ giới hoá các khâu sản xuất lâm nghiệp nói chung và khâu vận xuất gỗ nói riêng.
9 Hiện nay, nhu cầu sử dụng máy kéo cỡ nhỏ cho các khâu canh tác của sản xuất nông nghiệp là rất lớn. Song đặc điểm của sản xuất nông nghiệp là mang tính thời vụ, thời gian rảnh rỗi trong năm của máy móc còn nhiều. Vì thế để nâng cao hiệu quả vốn đầu tư, nâng cao hiệu quả sử dụng, khai thác và phát huy năng lực của máy móc thiết bị phục vụ đa chức năng trong sản xuất nông lâm nghiệp, đồng thời tạo thêm công ăn việc làm và tăng thu nhập cho người lao động, người ta đã sử dụng rộng rãi các loại máy kéo nông nghiệp để vận xuất gỗ [1]. Việc cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng để cung cấp cho các nhà máy giấy sợi, ván nhân tạo, gỗ trụ mỏ, chống lò cho các khu khai thác mỏ… là một nhiệm vụ rất quan trọng đối với ngành công nghiệp khai thác gỗ ở nước ta. Trong các công trình nghiên cứu các nhà Khoa học lâm nghiệp đã bước đầu nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ra loại thiết bị vận xuất lắp đặt trên máy kéo nông nghiệp cỡ trung bình và cỡ lớn kèm theo rơ moóc phục vụ cho khai thác gỗ rừng trồng. Các loại thiết bị chuyên dùng được lắp đặt thêm lên máy kéo nông nghiệp để sử dụng trong khai thác rừng như tời gom gỗ, cần treo gỗ, ngoạm, cần trục cơ học hoặc tay thuỷ lực, rơ moóc chở gỗ… và các kết cấu phụ trợ đảm bảo an toàn tạo ra liên hợp máy. Vào giữa những năm 70, trên cơ sở máy kéo nông nghiệp Zetor 1135 Trường Đại học lâm nghiệp đã nghiên cứu cải tiến thành thiết bị vận chuyển gỗ theo kiểu lái khung gập và có trang bị tời để gom gỗ lắp trên máy kéo Zetor [19]. Thiết bị đã được thiết kế, chế tạo và đưa vào khảo nghiệm cho hiệu quả kinh tế khá cao trong khai thác gỗ rừng tự nhiên. Tuy nhiên với yêu cầu sử dụng tổng hợp, một thiết bị phải làm được nhiều việc thích ứng với mô hình kinh tế trang trại và cơ chế hạch toán kinh doanh như hiện nay thì thiết bị này không còn phù hợp nữa vì nó chỉ làm được duy nhất khâu gom gỗ còn các việc khác như bốc dỡ, vận chuyển gỗ không thực hiện được. Năm 1972 Tiến sỹ 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
10 gập L35 với thiết bị tời cáp để vận xuất gỗ phù hợp với điều kiện địa hình phức tạp của rừng tự nhiên. Máy có thể nhả cáp của tời kéo gỗ từ xa lại gần và có thể len lỏi trong khu khai thác để vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết với bán kính quay vòng nhỏ [4]. Vào những năm 1980, Viện Khoa học Lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo, thử nghiệm rơ moóc chuyên dùng được trang bị tời cáp để bốc gỗ nhỏ theo phương án bốc dọc kiểu xe Reo, động lực là máy kéo nông nghiệp nhãn hiệu Zetor. Tuy nhiên, thiết bị này còn một số hạn chế: Dễ dàng bốc xếp được lớp gỗ đầu tiên lên sàn moóc, còn từ khi bốc lớp gỗ thứ hai trở đi, đầu bó gỗ bị cày vào lớp gỗ đã nằm trên sàn moóc nên không thể bốc tiếp lên cao được [13]. Năm 1982, tập thể cán bộ phòng kỹ thuật nhà máy cơ khí 15-2 (Bộ Lâm nghiệp cũ) đã nghiên cứu cải tiến xe Krat của Liên Xô thành loại xe kiểu xe Reo có thiết bị tời cáp, với dàn khung cứng trên thùng xe mà dầm dọc trên cùng có các điểm tựa để treo đỡ các puly dẫn động cho cáp mang tải khi kéo gỗ lên và xuống theo nguyên tắc bốc dọc [4] Sản phẩm của các công trình nghiên cứu trên đây đã tạo ra thiết bị chuyên dùng trong Lâm nghiệp lắp trên ô tô, máy kéo bánh hơi. Ngoài việc có thể dùng tời cáp kéo gỗ từ xa lại gần (gom gỗ) chúng còn có thể tự bốc gỗ lên, hạ gỗ xuống và vận chuyển ra khỏi khu khai thác. Nhằm nâng cao tính năng sử dụng của thiết bị và khắc phục nhược điểm của thiết bị trên, năm 1994 PGS. TS Nguyễn Nhật Chiêu cùng một số cán bộ giảng dạy trường Đại học Lâm nghiệp đã nghiên cứu thành công một đề mục của đề tài cấp Nhà nước KN-03-04: “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị vận xuất, bốc dỡ, vận chuyển để phục vụ khai thác gỗ nhỏ rừng trồng” [10]. Thiết bị thiết kế là một LHM, động lực là máy kéo nông nghiệp MTZ 50. Trang bị chuyên dùng để gom, bốc và vận chuyển gỗ gồm có: rơ moóc một trục, tời cơ học, cơ cấu nâng đầu bó gỗ dẫn động bằng thuỷ lực. Tời được đặt phía sau máy kéo có nhiệm vụ kéo gỗ từ xa, tự bốc gỗ lên
11 moóc. Cơ cấu nâng gỗ lắp ở sau rơ moóc có nhiện vụ nâng một đầu bó gỗ cho vượt qua đầu các cây gỗ đã bốc được lên ở lớp trước theo phương pháp bốc dọc. Thiết bị này nhờ có sự kết hợp giữa hệ thống tời cáp với sự trợ giúp của cơ cấu nâng gỗ thuỷ lực, giúp cho việc kéo gỗ từ xa và bốc nhiều lớp gỗ lên rơ moóc được thuận lợi, thiết bị làm việc cho hiệu quả kinh tế cao. Hình 1.3: Máy kéo nông nghiệp MTZ 50 được trang bị Rơmoóc 1 trục và tời để gom gỗ từ xa Năm 1997 nhóm cán bộ giảng dạy bộ môn máy lâm nghiệp Trường Đại học lâm nghiệp đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyên dùng là tời cơ khí một trống (đường kính cáp 8 mm, dung lượng cáp 100 mét) và cần treo gỗ hình chữ A lắp trên máy kéo DFH-180 để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng. Hình 1.4: Máy kéo DFH-180 được trang bị cần trục chữ A và tời cáp để vận xuất gỗ
12 Các công trình nghiên cứu thiết bị phục vụ cho khâu khai thác gỗ rừng trồng trên đây hầu như chưa đề cập đến vấn đề thực tiễn của sản xuất lâm nghiệp đó là địa hình rừng trồng không bằng phẳng, độ dốc lớn. Địa hình rừng trồng có dạng chủ yếu như: mái dông một chiều, địa hình đồi bát úp, địa hình dạng yên ngựa, dạng thung lũng độ dốc trung bình phổ biến từ 100-200, cá biệt có những nơi lên đến 450-500. Nhằm phát huy tối đa tính năng sử dụng của thiết bị phù hợp với điều kiện sản xuất lâm nghiệp. Năm 2006 PGS. TS Nguyễn Nhật Chiêu và các cộng tác viên đã nghiên cứu thành công một đề tài nhánh của đề tài cấp Nhà nước KC 07-26-05. “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 100-200 [3]. Đề tài đã nghiên cứu, thết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công hai thiết bị đó là: Thiết bị tời cáp lắp sau máy kéo Shibaura để vận xuất gỗ rừng trồng và thiết bị tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura để bốc dỡ gỗ. Để sử dụng hợp lý, an toàn và hiệu quả các loại máy kéo nông nghiệp phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp thì ngoài việc nghiên cứu cải tiến, thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dùng lắp trên máy kéo, cần phải có nhiều công trình đi vào nghiên cứu đầy đủ hơn xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các LHM như: Nghiên cứu về tải trọng, các yếu tố về động học và động lực học ảnh hưởng tới khả năng làm việc của LHM để có cơ sở chọn chế độ sử dụng hợp lý nhất, cải tiến kết cấu phù hợp điều kiện sản xuất nông lâm nghiệp ở nước ta. Trong những năm qua, ở nước ta đã có những công trình nghiên cứu về các yếu tố động lực học của các máy kéo nông lâm nghiệp như sau: Năm 2000, TS. Đặng Tiến Hoà đã nghiên cứu một số vấn đề động lực học của liên hợp máy kéo cỡ nhỏ hai bánh. Công trình đã nghiên cứu và phân tích các tính chất động lực học, có tính đến sự hoạt động phi tuyến của động cơ trong sự tác động lẫn nhau với các hệ thống thành phần khác của máy kéo và máy công tác [7].
13 Năm 2000, TS. Lê Minh Lư đã nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi chịu kích động của mặt đường là các hàm xác định và hàm ngẫu nhiên nhằm đánh giá ảnh hưởng của các phần tử đàn hồi phi tuyến đến dao động của máy kéo và của người lái [12]. Năm 2001, TS. Nguyễn Tiến Đạt nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm của việc sử dụng máy kéo cỡ nhỏ để cơ giới hoá khâu vận xuất gỗ rừng trồng Việt Nam. Công trình đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ mấp mô mặt đường, tốc độ và tải trọng tới một số đặc tính động lực học của máy kéo có công suất nhỏ với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ rừng trồng [5]. Năm 2002, TS. Nguyễn Văn Quân đã xây dựng cơ sở lý thuyết xác định một số thông số cơ bản của trang bị lam nghiệp chuyên dùng kèm theo MKNN, lực tải công nghệ tác dụng lên máy kéo và trang bị chuyên dùng khi LHM vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng [14]. Năm 2002, Thạc sỹ Nguyễn Văn An đã nghiên cứu 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 [1]. Năm 2002, Thạc sỹ Nguyễn Văn Vệ đã nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH-180 khi vận xuất gỗ và biện pháp giảm xóc cho người lái [20]. Năm 2002, Thạc sỹ Nguyễn Đức Sỹ đã nghiên cứu ổn định động lực học dọc liên hợp máy kéo cỡ nhỏ vận xuất gỗ khi khởi hành theo hướng lên dốc [16]. Năm 2002, Thạc sỹ Phạm Minh Đức đã nghiên cứu khả năng kéo bám của liên hợp máy kéo DFH-180 khi sử dụng rơ moóc một trục vận chuyển gỗ nhỏ rừng trồng. Công trình đã nghiên cứu mối quan hệ giữa tải trọng kéo, khoảng cách từ móc nối tới rơ moóc và một số chỉ tiêu kéo-bám của máy kéo, kích thước tối ưu của rơ moóc một trục [6].
14 Năm 2007, Thạc sỹ Nguyễn Hồng Quang đã nghiên cứu về dao động của máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết, làm cơ sở cho việc hoàn thiện thiết kế và chọn chế độ sử dụng hợp lý LHM kéo khi vận xuất gỗ rừng trồng [15]. Các công trình nghiên cứu nêu trên đã góp phần đóng góp rất tích cực cho các hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp ở nước ta, kết quả nghiên cứu có ý nghĩa lớn cho việc hoàn thiện thêm kết cấu và chọn ra chế độ sử dụng hợp lý an toàn và hiệu quả. Như vậy việc nghiên cứu các yếu tố động lực học của LHM kéo đã được nhiều tác giả đầu tư nghiên cứu và đạt những kết quả nhất định, nhưng bên cạnh đó vẫn còn một số vấn đề cần quan tâm do điều kiện LHM làm việc trên địa hình không bằng phẳng, độ dốc lớn, địa hình phức tạp. Để nâng cao khả năng ổn định khi các LHM làm việc đòi hỏi phải nghiên cứu các quá trình động lực học (quá trình dao động) diễn ra trong các cụm chi tiết, hệ thống máy. Đánh giá các yếu tố tới chất lượng làm việc, nhằm tạo cơ sở để chọn lựa hợp lý các thông số của chúng khi thiết kế cải tiến. Đặc điểm làm việc của máy kéo, LHM nông nghiệp là tốc độ thấp với lực kéo lớn, tỷ số truyền của hệ thống truyền lực của máy kéo lớn. Ứng suất sinh ra trong các chi tiết của máy kéo phụ thuộc bởi chế độ tải trọng tác dụng lên chúng trong điều kiện sử dụng. Tải trọng động có thể gấp vài lần tải trọng do mô men của động cơ truyền xuống. Muốn xác định kích thước của các chi tiết để làm việc được an toàn, cần phải xác định tải trọng động tác dụng lên chi tiết đó khi máy kéo làm việc. Khi khởi động máy kéo tại chỗ mà đóng ly hợp đột ngột sẽ gây tải trọng động lớn nhất, vì khi đóng ly hợp đột ngột các đĩa chủ động và bị động ép vào nhau không những nhờ lực ép của lò xo mà còn nhờ lực quán tính sinh ra khi đĩa chủ động chạm vào đĩa bị động. Thí nghiệm và tính toán chứng tỏ rằng mô men của các lực quán tính này có thể lớn hơn nhiều so với mô men ma sát
15 sinh ra giữa các đĩa ly hợp. Tải trọng động sinh ra truyền qua ly hợp không thể lớn quá mô men cực đại mà ly hợp có thể truyền, vì nếu lớn quá ly hợp sẽ trượt. Như thế khi đóng ly hợp đột ngột sẽ gây tải trọng động lớn nhất lên hệ thống truyền lực có thể làm gãy vỡ các chi tiết. Đó là chế độ tải trọng thừa nhận để tính toán bánh răng, trục của hệ thống truyền lực theo tải trọng động. Qua thực tế cho thấy việc khởi hành và tăng tốc của LHM kéo là rất khó khăn, việc điều khiển rất vất vả khi LHM vận chuyển với tải trọng lớn. Đặc biệt khi làm việc, di chuyển trên dốc dọc thì việc khởi hành LHM được đánh giá là rất phức tạp và khó khăn nhất trong sử dụng LHM vận chuyển. Quá trình khởi hành LHM không chỉ phụ thuộc vào các đặc tính kỹ thuật của LHM như công suất động cơ, kết cấu máy, tải trọng… mà còn phụ thuộc rất nhiều yếu tố khách quan như độ dốc, hệ số bám, kỹ năng thao tác và vận hành của người điều khiển. Hơn nữa do ảnh hưởng của độ dốc dọc đường vận chuyển lớn sẽ gây ra hiện tượng mất khả năng điều khiển, bánh trước LHM thường bị nhấc bổng khi khởi hành theo hướng lên dốc sẽ gây mất an toàn cho người điều khiển và thiết bị. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên cần phải nghiên cứu đầy đủ, hiểu rõ bản chất quá trình khởi hành của LHM trên dốc dọc và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng khởi hành, giúp cho việc sử dụng LHM có hiệu quả cao, đảm bảo an toàn trong lao động sản xuất và làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế, hoàn thiện các chi tiết, cụm chi tiết, các trang thiết bị chuyên dùng của LHM thì việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành của liên hợp tời cáp, cần treo gỗ lắp trên máy kéo cỡ nhỏ để vận xuất gỗ rừng trồng trên đất dốc” là cấp thiết.
16 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu và phân tích quá trình khởi hành của LHM kéo cỡ nhỏ với thiết bị tời cáp, cần treo để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng theo phương pháp kéo nửa lết trên dốc dọc để xác định ảnh hưởng của các thông số kết cấu cũng như các thông số sử dụng đến khả năng khởi hành của LHM. Kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho việc hoàn thiện kết cấu và chọn chế độ sử dụng hợp lý, đưa ra những khuyến cáo, chỉ dẫn có ích cho người vận hành, điều khiển LHM đảm bảo an toàn cho người và thiết bị góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng LHM để cơ giới hoá khâu vận xuất gỗ rừng trồng ở nước ta. 2.2. Đối tượng nghiên cứu Như đã trình bày ở trên, hiện nay ở nước ta có nhiều loại máy kéo bốn bánh cỡ vừa và nhỏ đang được sử dụng rất rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp. Các loại máy kéo này do Nhật Bản chế tạo và nhập vào nước ta là kiểu máy kéo lớn thu nhỏ, có nhiều tính năng tốt, tuy nhiên các loại máy kéo này thường đắt tiền, ít phụ tùng thay thế. Trên cơ sở tận dụng nguồn động lực sẵn có và phát huy tính năng tác dụng của máy kéo để phục vụ sản xuất lâm nghiệp, đẩy mạnh công tác cơ giới hoá khâu vận xuất gỗ giải phóng sức lao động nặng nhọc, kết quả nghiên cứu đề tài cấp Nhà nước mã số KC-07-26-05 năm 2006 ‘‘Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng trên độ đốc 100-200’’. Tác giả PGS. TS Nguyễn Nhật Chiêu và cộng sự đã nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm thành công mẫu LHM phục vụ cho khâu khai thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 100-200 [3]. LHM gồm máy kéo Shibaura SD-2843 (4x4) với thiết bị tời cáp dẫn động từ trục thu công suất phía sau và cần treo gỗ chữ A lắp trên máy kéo để vận xuất gỗ rừng trồng theo phương pháp kéo nửa lết. 2.2.1. Đặc tính kỹ thuật máy kéo Shibaura SD-2843 Máy kéo Shibaura SD 2843 bốn bánh chủ động, vì có hai cầu chủ động nên máy có khả năng kéo bám tốt, khả năng di động cao, có thể vận chuyển
17 cự ly ngắn trên đường xấu với độ dốc lớn trong giới hạn cho phép. Máy kéo Shibaura SD 2843 có công suất 28 mã lực, tiêu thụ nhiên liệu thấp, có trục thu công suất loại phụ thuộc bố trí phía sau máy kéo. Máy có kết cấu nhỏ gọn, ổn định, máy có khả năng làm việc được trên địa hình dốc dưới 20 độ phù hợp với điều kiện địa hình đồi núi của sản xuất lâm nghiệp. Bảng 2.1 : Các thông số kỹ thuật chính của máy kéo Shibaura SD-2843 Loại máy Máy kéo bánh hơi, 2 cầu chủ động Máy kéo Mã hiệu Shibaura - SD 2843 Loại động cơ Điezel 4 kỳ, 3 xi lanh Công suất cực đại ở 2600 (v/p) 28 Mã lực Số vòng quay định mức của động cơ 2200 v/p Động cơ Số vòng quay của trục thu công suất Số 1 400 - 600 v/p Số 2 600 - 1000 v/p Số 3 1000 - 1350 v/p Kích thước lốp trước (DxB) 640x180 mm Khoảng cách vết bánh trước 1070 mm Cầu trước Khoảng sáng cầu trước 280 mm Độ chụm các bánh trước 20 mm Kích thước lốp sau (DxB) 1020x260 mm Cầu sau Khoảng cách vết bánh sau 1000 mm Khoảng sáng cầu sau 340 mm Trọng lượng Cầu trước 5200 N máy kéo Cầu sau 6800 N Theo chiều dọc (đến cầu sau) 650 mm Toạ độ Theo chiều ngang (đến bánh trái) 62 mm trọng tâm Toạ độ trọng tâm theo chiều cao 515 mm Kích thước Kích thước bao ngoài 3460x1250x1800 mm chung Khoảng cách giữa trục bánh trước và sau 1500 mm
18 Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực Tầng số Số truyền Vận tốc của máy kéo (km/h) TST 1 1.0 499.64 I 2 1.35 370.1 3 1.82 274.15 1 2.46 203.07 II 2 3.15 158.65 3 4.03 123.95 1 5.16 96.83 III 2 7.12 70.17 3 8.9 56.135 1 10.68 46.78 IV 2 14.42 34.65 3 18 27.75 Hộp số máy kéo Shibaura SD-2843 được thiết kế thành bốn tầng, mỗi tầng gồm có bốn số truyền (ba số tiến và một số lùi). Để tiện theo dõi chúng tôi sử dụng một số ký hiệu I, II, III, IV là ký hiệu tương ứng cho bốn tầng số và các số truyền ký hiệu là: 1, 2, 3 [22]. Hình 2.1: Máy kéo Shibaura SD-2843