Luận văn Thạc sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu khả năng làm việc của liên hợp máy kéo Shibaura SD 2843 với thiết bị tời, cáp – cần treo gỗ khi vận xuất gỗ rừng trồng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu một số thông số động lực học của liên hợp máy kéo Shibaura SD 2843 với thiết bị tời, cáp – cần treo gỗ khi vận xuất gỗ rừng trồng góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế cải tiến hoàn thiện mẫu máy và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý liên hợp máy khi làm việc.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu khả năng làm việc của liên hợp máy kéo Shibaura SD 2843 với thiết bị tời, cáp – cần treo gỗ khi vận xuất gỗ rừng trồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------------------------------- NGUYỄN VĂN TƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA LIÊN HỢP MÁY KÉO SHIBAURA SD 2843 VỚI THIẾT BỊ TỜI CÁP, CẦN TREO KHI VẬN XUẤT GỖ RỪNG TRỒNG Chuyên ngành: Máy và thiết bị cơ giới hóa nông -lâm nghiệp Mã số: 60 52 14 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, năm 2010
Luận văn được hoàn thành tại: KHOA SAU ĐẠI HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ VĂN THÁI Phản biện 1: TS. Lê Sỹ Hùng Phản biện 2: TS. Nguyễn Văn Quân Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật , họp tại trường Đại học Lâm nghiệp Vào hồi 10 h 30 , ngày 4 tháng 12 năm 2010 Có thể tìm luận văn tại Thư viện trường Đại học Lâm nghiệp Hà Nội, năm 2010
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 khoá x đã đưa ra nghị quyết về dự án trồng mới 5 triệu ha rừng . Dự án trồng mới 5 triệu ha rừng được mở ra với qui 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 nghành 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 chọn sử
2 dụng các loai 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, các máy kéo cỡ nhỏ được sử dụng phổ biến trong sản xuất nông lâm nghiệp, đó là các loại máy kéo shibaura - SD 2843, MTZ - 80, DFH - 18, 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 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 kéo shibaura - SD 2843 với thiết bị tời, cáp - cần treo gỗ khi vận xuất gỗ rừng trồng. Để có cơ sở hoàn thiện thêm về mặt kết cấu và chọn chế độ làm việc hợp lý cần phải nghiên cứu thêm về khả năng làm việc của liên hợp máy kéo trên đường vận xuất gỗ. Với những lý do trên tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu khả năng làm việc của liên hợp máy kéo Shibaura SD 2843 với thiết bị tời, cáp – cần treo gỗ khi vận xuất gỗ rừng trồng”. * Ý nghĩa khoa học của đề tài Nghiên cứu một số thông số động lực học của liên hợp máy kéo Shibaura SD 2843 với thiết bị tời, cáp – cần treo gỗ khi vận xuất gỗ rừng trồng góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế cải tiến hoàn thiện mẫu máy và lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý liên hợp máy khi làm việc. * Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện thêm về mặt kết cấu mẫu LHM (gồm máy kéo Shibaura và thiết bị tời cáp), đồng thời phục vụ cho việc chọn chế độ sử dụng hợp lý LHM khi vận xuất gỗ .
3 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình tài nguyên rừng và đặc điểm rừng trồng nước ta Rừng là bộ phận rất quan trọng đối với môi trường sinh thái của nước ta và nhiều nước trong khu vực. Rừng cung cấp một lượng gỗ, củi và các lâm sản khác với khối lượng lớn cho xã hội, đời sống và sản xuất của con người. Do nhiều nguyên nhân, rừng tự nhiên nước ta ngày càng bị thu hẹp, tài nguyên ngày càng cạn kiệt cả về số lượng và chất lượng. Để khôi phục và phát triển, sử dụng rừng có hiệu quả, Đảng và chính phủ đã có nhiều chính sách, chủ trương cấp bách nhằm khôi phục, phát triển rừng bền vững, tạo môi trường sinh thái tốt cho con người . Nhà nước đã triển khai chương trình trồng 5 triệu ha rừng, chương trình này được bắt đầu triển khai từ năm1998 và kết thúc vào năm 2010. Chính sách giao đất, giao rừng tới hộ gia đình, trang trại…nhằm khai thác triệt để và hiệu quả tiềm năng to lớn về đất rừng, nhân lực, vốn, đồng thời phát huy cao độ tinh thần làm chủ với sự nghiệp bảo vệ, khôi phục, phát triển kinh doanh lợi dụng rừng đạt hiệu quả kinh tế cao mà vẫn đảm bảo môi trường sinh thái, phát triển mạnh trồng rừng, phủ xanh đất trống, đồi núi trọc, thực hiện đóng cửa rừng tự nhiên . Rừng được trồng trên mọi địa bàn từ đồng bằng, trung du và miền núi với nhiều chương trình, dự án, đã đem lại hiệu quả kinh tế thiết thực và môi trường. Rừng trồng với nhiều mục đích khác nhau như rừng đặc dụng, rừng sản xuất kinh doanh, rừng phòng hộ…Rừng được trồng trên các sườn đồi có độ dốc từ100 đến 200 , rừng trồng phân tán trên các địa hình và diện tích khác nhau. Ngoài các lâm trường quốc doanh trồng rừng với qui mô lớn còn có các hợp tác xã, các hộ gia đình có rừng trồng phân tán trên những địa hình và diện tích khác nhau. Tập trung trên diện tích lớn nhất của rừng trồng phía bắc là rừng nguyên liệu giấy thuộc các tỉnh Hà Giang, Tuyên Quang, Vĩnh Phúc, Phú THọ, Yên Bái. Trong 17 lâm trường và trạm lâm nghiệp của công ty
4 nguyên liệu giấy đã có tổng diện tích 235.797 ha, trung bình hàng năm đã cung cấp 200.000 m 3 gỗ nguyên liệu cho nhà máy giấy Bãi Bằng. Các loại cây chủ yếu của rừng trồng nước ta hiện nay là: Bồ đề (40%), Mỡ (19%), Thông (9%), Bạch đàn (7%) và một số loại cây khác như Trám, keo…Tuổi khai thác từ 7 đến 10 năm cho đường kính từ 10 đến 20 cm, chiều cao bình quân 15 đến 20 m, với mật độ trung bình khi thu hoạch là 360 cây/ha, thể tích trung bình cây gỗ khoảng 0,2m 3 và sản lượng khai thác bình quân từ 70 đến 80m 3 /ha . Rừng trồng ở miền Bắc nước ta có đặc điểm: Thuần loài, diện tích phân tán, cách đường vận chuyển không xa, độ dốc sườn đồi không lớn, ít dây leo bụi rậm. Chính từ những đặc điểm của rừng trồng trên đây để chúng ta lựa chọn công nghệ, thiết bị khai thác vận xuất gỗ phù hợp cho việc cơ giới hoá các khâu sản xuất kinh doanh rừng đạt hiệu quả kinh tế, xã hội. 1.2. Công nghệ và thiết bị khai thác gỗ rừng trồng - Trên thế giới, có ba loại hình công nghệ khai thác, chủ yếu là:[17] + Công nghệ khai thác gỗ dài: Cây gỗ sau khi trặt hạ, cắt cành, ngọn được vận xuất ra bãi I hoặc bãi II. Sau đó cây gỗ được cắt khúc, phân loại sản phẩm và bốc lên phương tiện vận chuyển. + Công nghệ khai thác gỗ ngắn: Tai nơi chặt hạ cây gỗ được cắt cành, ngọn, cắt khúc theo quy cách sản phẩm, sau đó các khúc gỗ được vận xuất ra bãi gỗ và dưa lên phương tiện vận chuyển. + Công nghệ khai thác gỗ nguyên cây: Sau khi trặt hạ, cây gỗ được giữ nguyên cành, ngọn và kéo ra bãi gỗ. Tại đây, người ta cắt cành, ngọn, cắt khúc và phân loại sản phẩm. Cành, ngọn được chế biến tận dụng. Ỏ Việt Nam do trình độ cơ giới hoá và quy mô sản xuất, nên thường áp dụng loại hình công nghệ khai thác, vận xuất gỗ ngắn. Hình thức này đặc biệt phù hợp với sản xuất của các trang trại, hộ gia đình. - Qui trình công nghệ khai thác, vận xuất gỗ ngắn gồm các khâu sau:
5 +Khâu cắt hạ: Sử dụng dao tạ, cưa xăng, gỗ cắt khúc 1,5 đến 4m. +Khâu vận xuất: có hai giai đoạn Giai đoạn 1: Thu gom gỗ từ nơi chặt hạ về kho gỗ I nằm ở chân đồi hoặc đỉnh đồi bằng trâu, voi, tời cáp, máng lao…Cự ly thường từ vài trăm mét đến 1,5 km. Giai đoạn 2: Đưa gỗ từ kho gỗ I về kho gỗ II hoặc các nhà máy chế biến gỗ với cụ ly ngắn từ 10 đến 15 km. Trong công đoạn này người ta thường sử dụng các loại máy kéo cỡ nhỏ có nguồn động lực là động cơ D - 12, D-15, D-18 lắp trên hệ thống truyền lực và khung của xe ô tô Zil- 130, Gat- 53…để vận xuất, vận chuyển gỗ. + Khâu vận chuyển: ở những nơi khối lượng gỗ nhỏ, phân tán, nhà máy chế biến hoặc nơi tiêu thụ gần khu vực khai thác, người ta thường dùng thủ công bốc vác gỗ lên các máy kéo vừa và nhỏ ở khu khai thác, vận chuyển thẳng đến nhà máy. Tại nơi có tập trung gỗ lớn thường dùng các loại máy kéo bánh hơi có rơmoóc chuyên dùng và thiết bị tự bốc dỡ gỗ kiểu tay thuỷ lực để bốc gỗ lên các phương tiện vận chuyển. Tuỳ theo điều kiện địa hình, loại gỗ, khối lượng gỗ và khả năng đầu tư của từng đơn vị, trang trại…mà lựa chọn thiết bị và công nghệ khai thác phù hợp. Theo kết quả của các công trình nghiên cứu thì việc sử dụng các loại máy kéo bánh hơi cỡ nhỏ vận xuất gỗ đưa lại hiệu quả kinh tế lớn, Ngoài việc vận xuất gỗ, các loại máy kéo bánh hơi cỡ nhỏ còn được sử dụng để vận chuyển phân bón và một số loại hang hoá khác. Ở một số nước như Trung Quốc, Thụy Điển, Malayxia…đã sử dụng máy kéo nông nghiệp có cỡ nhỏ, kéo rơmoóc để vận xuất, vận chuyển gỗ rừng trồng. Do không có thiết bị tời cáp trên máy kéo, nên các giai đoạn vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ đến nơi tập trung gỗ phải dùng lao động thủ công hay các hình thức vận xuất gỗ khác . - Khái niệm và các phương pháp vận xuất gỗ .
6 + Khái niệm vận xuất gỗ: Vận xuất gỗ là sự di chuyển các cây gỗ hay các khúc gỗ từ nơi chặt hạ đến bãi gỗ để bốc lên phương tiện vận chuyển như máy kéo bánh hơi, ô tô, tàu hoả, xà lan, bè mảng… + Phương pháp vận xuất gỗ: Theo phương pháp di chuyển cây gỗ được chia ra: Phương pháp kéo lết và phương pháp chở gỗ. Theo phương tiện và động lực có: Vận xuất gỗ bằng Trâu, Voi, bằng tời cáp, máng lao, máy kéo. Theo hiện trạng cây gỗ có: Vận xuất gỗ khúc, gỗ dài và nguyên cây. Việc áp dụng loại hình vận xuất nào là tuỳ thuộc điều kiện địa hình, quy cách sản phẩm, trình độ cơ giới hoá, năng lực tổ chức quản lý sản xuất, khả năng đầu tư thiết bị, con người, qui mô sản xuất…của đơn vị, hộ gia đình. Trong các loại hình vận xuất gỗ trên, vận xuất gỗ bằng máy kéo bánh hơi chiếm ưu thế, được nhiều nước trên thế giới áp dụng, cho năng suất và hiệu quả kinh tế cao. Từ những năm đầu của thập kỷ 60, nước ta đã nhập nhiều loại máy kéo xích công suất lớn như TDT- 40, TDT-55, C-100…và các loại máy kéo bánh hơi như LKT-80, LKT-120…để phục vụ cho khai thác gỗ rừng tự nhiên. ưu điểm của các loại máy kéo xích công suất lớn và khả năng vượt dốc tốt, vận xuất gỗ có khối lượng lớn. Nhược điểm là chi phí nhiên liệu cao, mức độ phá hoại cây non, mặt đường lớn. Các loại máy kéo bánh hơi có khả năng cơ động cao, mức độ phá hoại cay non, mặt đường ít hơn, năng suất vận xuất gỗ cao, chi phí sử dụng thấp hơn so với máy kéo bánh xích. Vì thế máy kéo bánh hơi ngáy càng được sử dụng rộng rãi và chiếm ưu thế hơn so với máy kéo bánh xích [8],[9]. 1.3. Tình hình nghiên cứu và áp dụng máy kéo bánh hơi vào việc vận xuất gỗ Ở một số nước như Trung Quốc, Thuỷ điển, Malaysia, Tanzania, Zambabue đã và đang sử dụng máy kéo nông nghiệp cỡ nhỏ, kéo rơmooc để vận xuất vận chuyển gỗ rừng trồng. Do máy kéo không có thiết bị tời cáp nên các giai đoạn vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ đến nơi tập chung gỗ phải dùng lao động thủ công hay các hình thức vận xuất gỗ khác .
7 Đối với nước ta, từ những năm 60 đã nhập và đưa vào sử dụng một số máy kéo của nước ngoài phục vụ cho khâu vận xuất, vận chuyển gỗ rừng tự nhiên như: TDT 40, TDT 55, TT 4. Từ năm 1970, nước ta đã nhập và đưa vào sử dụng máy kéo LKT 80, LKT 120. Các loại máy này đã phù hợp với đặc điểm khai thác rừng tự nhiên với quy mô sản xuất lúc bấy giờ. Các loại máy kéo xích có ưu điểm nổi bật là có khả năng vượt tốt, vận xuất được gỗ có khối lượng lớn. Tuy nhiên nhược điểm của chúng là mức độ phá hoại đất, cây con và tầng thực bì lớn. Ngược lại máy kéo bánh hơi có tốc độ cao, mức độ phá hoại cây con, mặt đường ít hơn so với máy kéo xích. Vì vậy, trong khai thác rừng máy kéo bánh hơi ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn so với máy kéo bánh xích. Theo chức năng các máy kéo được dùng trong khai thác rừng có thể được phân thành 2 loại: Máy kéo chuyên dùng và máy kéo nông nghiệp được cải tiến để vận xuất gỗ. Các máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng thường có công suất lớn, tính ổn định và khả năng kéo bám cao. Hiện nay nhiều nước trên thế giới có ngành công nghiệp phát triển, sản xuất lâm nghiệp với qui mô lớn đã chế tạo và sử dụng các loại máy kéo lâm nghiệp chuyên dùng với công suất lớn. Ở Tiệp Khắc đã nghiên cứu loại máy kéo mang nhãn hiệu LKT80 được trang bị tời thuỷ lực (2,5 tấn) để vận xuất gỗ theo phương pháp nửa lết. Ở Phần Lan, người ta đã chế tạo ra máy kéo mang nhãn hiệu skidder dùng để vận xuất gỗ bằng phương pháp kéo nửa lết hay các loại máy kéo của hãng Timberjack Norcar, Somet, Valmet. Ở Thụy Điển đã chế tạo và áp dụng rộng rãi máy kéo Volvo kéo rơmooc một trục có trang bị tay thuỷ lực. Liên hợp máy này có kết cấu hợp lý, làm việc linh hoạt nhờ bốn bánh xe của rơmooc được bố trí trên 2 trục của đòn cân bằng có thể quay tương đối với khung xe. Loại máy này được sử dụng trong công việc vận xuất, vận chuyển gỗ trên cự ly ngắn.
8 Ở Canađa, người ta sử dụng máy kéo Timberjack 201 để vận xuất gỗ trên địa hình có độ dốc tương dối lớn. Ở Đức đã sản xuất và sử dụng máy kéo MG 25 công suất 25 - 34 mã lực, vận xuất gỗ ở nơi có độ dốc tới 40%. Ở nhiều nước trên thế giới như Thuỵ Điển, Nauy, Italia, Canada, Australia, Newzealand cũng áp dụng rộng rãi máy kéo bánh hơi vận xuất gỗ với số lượng ngày càng tăng, nhất là trong các trang trại qui mô vừa và nhỏ. Qua thực tiễn sử dụng các chuyên gia đã khẳng định máy kéo bánh hơi vận xuất gỗ sẽ cơ động, cho năng suất cao và mở ra triển vọng có thể vận chuyển thẳng gỗ từ nơi chặt hạ ra bãi gỗ hay xuống đường vận chuyển, giảm bớt được khâu lao động trung gian trong vận xuất vận chuyển gỗ. Do đặc điểm sản xuất của nghành nông nghiệp mang tính thời vụ, nên thời gian rãnh rỗi của máy kéo trong năm rất nhiều. Vì thế, để nâng cao hiệu quả vốn đầu tư, nâng cao hiệu quả sử dụng, phát huy khả năng tận dụng toàn bộ thời gian và công suất của máy trong nghành sản xuất nông nghiệp, tổ chức FAO đã thực hiện hàng loạt các nghiên cứu chuyên đề ở các vùng khác nhau trên thế giới về lĩnh vực sử dụng máy kéo nông nghiệp bánh hơi trong khai thác rừng trồng và đã khẳng định máy kéo nông nghiệp có thể làm việc tốt trên địa hình rừng trồng có độ dốc không lớn, nếu được trang bị thêm thiết bị tời, cáp - Cần treo gỗ thì rất phù hợp và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Ở nước ta từ năm 1963, tập thể cán bộ phòng Cơ giới lâm trường Bắc yên và Viện công nghiệp rừng đã nghiên cứu chế tạo thành công tời hai trống lắp trên máy kéo Krabat để vận xuất gỗ [9]. 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 [1],[9].
9 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”. 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 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 [10],[12]. Hình 1.1: Máy kéo nông nghiệp MTZ 50 được trang bị Rơmoóc 1 trục và tời để gom gỗ từ xa
10 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 1.2 chữ A lắp trên máy kéo DFH-180 để vận xuất gỗ nhỏ rừng trồng [1]. Hình 1.2- Máy kéo DFH-180 được trang bị cần chữ A và tời cáp để vận xuất gỗ Các công trình nghiên cứu thiết bị phục vụ cho khâu khai thác gỗ rừng 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 [10], [12]. 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
11 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 [8] . 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. 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 . 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 [9].
12 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 [12]. Năm 2008, Thạc sĩ Đặng Thị Hà đã nghiên cứu quá trình khởi hành của LHM Shibaura SD 2843 với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết. Kết quả của luận văn là tài liệu tham khảo tốt cho người sử dụng lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý [10]. 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 diễn ra trong các cụm chi tiết, hệ thống máy. Đánh giá các yếu tố tới khả năng làm việc của LHM, nhằm tạo cơ sở để chọn lựa hợp lý các thông số khi sử dụng cũng như thiết kế cải tiến.
13 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Xác định một số thông số động lực học để đánh giá khả năng làm việc của liên hợp máy Shibaura SD 2843 với thiết bị tời cáp- cần treo khi gỗ khi vận xuất gỗ rừng trồng góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý liên hợp máy khi làm việc. 2.2. Đối tượng nghiên cứu Trong những năm gần đây, nước ta đã nhập nhiều loại máy kéo bốn bánh cỡ vừa và nhỏ từ Nhật Bản để phục vụ sản xuất nông nghiệp như Shibaura, Kubota…. Các loại máy kéo này là kiểu máy kéo lớn thu nhỏ, có nhiều tính năng tốt như công suất trung bình, tiết kiệm nhiên liệu , giá cả vừa phải và đặc biệt là máy có hai cầu chủ động nên có khả năng bám tốt… 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. Năm 2006, PGS. TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì đề tài nhánh cấp Nhà nước mã số 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 đốc 100-200’. Đề tài đã nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm thành công 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 để phục vụ cho khâu khai thác gỗ rừng trồng ở độ dốc 100-200. 2.2.1. Đặc tính kỹ thuật máy kéo Shibaura SD-2843 Máy kéo Shibaura SD 2843 là loại máy kéo bánh hơi cõ nhỏ có hai cầu chủ động nên máy có khả năng kéo bám tốt, khả năng di động cao, có thể vận chuyển ở 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,
14 có trục thu công suất loại phụ thuộc bố trí phía sau máy kéo. Máy có kết cấu nhỏ gọn, ổn định, có khả năng làm việc được trên địa hình dốc dưới 20 0 nên được đánh giá là khá phù hợp với điều kiện địa hình đồi núi của sản xuất lâm nghiệp nước ta. Các thông số kỹ thuật chính của máy kéo Shibaura SD-2843 cho ở bảng 2.1[10],[12]. Hình 2.1 - Máy kéo Shibaura SD-2843 Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật 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 Cầu trước Kích thước lốp trước (DxB) 640x180 mm
15 Khoảng cách vết bánh trước 1070 mm 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 Kích thước bao ngoài 3460x1250x1 mm thước 800 chung Khoảng cách giữa trục bánh trước và sau 1500 mm Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực Tầng số Số truyền Vận tốc của máy kéo (km/h) Tỷ số truyền 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
16 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. Trang bị lâm nghiệp chuyên dùng được lắp trên máy kéo là thiết bị tời cáp và cần treo gỗ chữ A lắp sau máy kéo có nhiệm vụ gom gỗ, vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ về tập trung tại các bãi gỗ ven đường. 2.2.2. Thông số kỹ thuật của tời và cần treo gỗ Tời được đặt trên tấm giá thép đỡ lắp sau máy kéo nhờ các bu lông. Giá cố định tời được chế tạo từ thép tấm và thép định hình với kết cấu hàn. Trên giá đặt hai ổ trục tời, trống tời được lắp với trục tời nhờ các ổ lăn. Một đầu của trục tời lắp với đĩa xích bị động, đầu còn lại lắp then hoa với đĩa vấu chủ động. Ly hợp vấu bị động được chế tạo liền với một đầu của trống tời. Như vậy trống có thể quay tự do trên trục tời trên các ổ bi khi ly hợp vấu ngắt và quay cùng trục tời khi ly hợp đóng. Đầu còn lại của trống tời được chế tạo liền với trống phanh và lắp cứng với bánh răng cóc. Trên trống tời có thể quấn 80 mét cáp đường kính 10 mm. Cáp được vòng qua ròng rọc chuyển hướng đặt trên giá chữ A lắp sau máy kéo. Mômen quay được truyền từ trục thu công suất của máy kéo, qua bộ truyền xích đến trục tời, qua ly hợp vấu đến trống tời để thực hiện hành trình quấn cáp kéo gỗ theo phương pháp lết. Hành trình nhả cáp để kéo cáp buộc gỗ được thực hiện nhờ nhả cóc hãm và ngắt ly hợp vấu và trục thu công suất. Khi vận xuất trên đường, dùng tời cuốn cáp nâng đầu bó gỗ treo trên cần treo gỗ chữ A ở độ cao nhất định, cố định tang tời nhờ cóc hãm, điều khiển máy kéo vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết trên đường. Khi cần hạ đầu bó gỗ, dùng máy kéo lại, nhả cóc hãm, khi đó nhờ trọng lượng bản thân bó gỗ làm cho đầu bó gỗ tự rơi xuống mặt đất. Các thông số kỹ thuật của tời lắp sau máy kéo cho ở bảng 2.2 [10],[12]
17 Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật của tời lắp sau máy kéo Loại tời Dẫn động cơ khí từ trục thu công suất của máy kéo Lực kéo lớn nhất (N) 3940 Tốc độ cáp lớn nhất (m/s) 1,13 Dung lượng cáp (m) 100 Trọng lượng tổng cộng (cả khung chữ A) (N) 1050 Hình 2.2 - LHM kéo Shibaura SD-2843 với thiết bị tời cáp – cần treo gỗ khi vận xuất gỗ 2.2.3. Đường vận xuất Đường vận xuất gỗ thường là đường tạm thời được sử dụng trong mùa khô ráo, nền đường vận xuất dùng cho các loại máy kéo bánh hơi là đường đất được san ủi gạt bỏ những chướng ngại vật, có độ dốc cho phép. Do kích động của mấp mô mặt đường lên các bánh xe máy kéo và đuôi bó gỗ gây nên dao động của LHM. Vì vậy mấp mô mặt đường là yếu tố đầu vào khi nghiên cứu dao động của LHM theo phương pháp kéo nửa lết. Để nghiên cứu dao động LHM việc điều tra khảo sát, phân loại các dạng mặt đường mà LHM làm việc là vấn đề cần thiết. Kết quả khảo sát sơ bộ một số đường vận xuất gỗ ở khu rừng trồng núi Luốt (Hà Tây) có thể phân loại mấp
18 mô mặt đường thành hai dạng chính sau: Dạng mặt đường xác định và dạng mặt đường biến đổi ngẫu nhiên [12]. Dạng mặt đường xác định Theo yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế và xây dựng đường cho các loại máy kéo bánh hơi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết, mặt và nền đường trục chính và phụ được san ủi phẳng. Mặt đường chỉ còn lại gợn sóng dọc theo mặt đất tự nhiên, có thể mô tả trắc diện dọc của mấp mô dạng đường xác định bằng các hàm tuần hoàn. Trên hình 2.3 trình bày một số dạng mặt đường vận xuất gỗ xác định thường gặp: h a) ho 0 S S0 h b) ho 0 S S0 h c) ho 0 S S0 Hình 2.3: Trắc diện dọc một số mặt đường vận xuất gỗ xác định Trắc diện dọc mặt đường 2.3.a có dạng hàm điều hoà: 2. h  h0 sin S khi S  0 (2-1) S0 Trắc diện dọc mặt đường 2.3.b gợn sóng biến đổi tuần hoàn: h0  2  h 1  cos S  khi S  0 (2-2) 2 S0  Trắc diện dọc mặt đường 2.3.c gợn sóng biến đổi chuỗi hàm điều hoà: h0 n  2 2  h   hs1 sin i. .h  hci cosi. h (2-3) 2 i 1  h0 h0 