Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Mô phỏng động và khảo sát độ bền của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm chuyển bản vẽ thiết kế tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ từ bản vẽ Autocad 2D sang mô hình 3D, mô phỏng tháo, lắp sau đó mô phỏng động đồng thời kiểm tra bền cho một số chi tiết. Kết quả nghiên cứu phục vụ cho việc chuyển giao công nghệ và hoàn thiện thiết kế cấu trúc cơ khí của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Mô phỏng động và khảo sát độ bền của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------------- ĐÀO THỊ THU HIỀN MÔ PHỎNG ĐỘNG VÀ KHẢO SÁT ĐỘ BỀN CỦA TAY THUỶ LỰC BỐC DỠ GỖ LẮP TRÊN MÁY KÉO SHIBAURA SD 2843 Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 60.52.01.03 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN NHẬT CHIÊU Hà Nội, 2013
i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp cao học, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp hoàn thành luận văn cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đã dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình. Tôi chân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng cán bộ giáo viên, công nhân viên chức Trường Đại học Lâm Nghiệp, Khoa Cơ điện và công trình và các thầy cô giáo, các nhà khoa học ngoài trường đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ; Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các phòng ban cùng cán bộ giáo viên, công nhân viên chức Trường Cao đẳng nghề Cơ Điện Tây Bắc đã động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này; Cuối cùng, tôi xin được lòng biết ơn sâu sắc đến Bố, Mẹ, Chồng cùng gia đình đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua. Tôi xin cam đoan số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã đựơc ghi rõ nguồn gốc. Xin chân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 19 tháng 4 năm 2013 Tác giả Đào Thị Thu Hiền
ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CẢM ƠN ............................................................................................ i MỤC LỤC................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................ iv ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................ 3 1.1. Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ và việc sử dụng tay bốc thuỷ lực. . 3 1.1.1. Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ rừng trồng. ........................ 3 1.1.2. Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở một số nước trên thế giới ................................................................... 4 1.1.3. Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở Việt Nam. ............................................................................................ 5 1.2. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực............................................................. 8 1.2.1. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực trên thế giới. ...................... 8 1.2.2. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực ở Việt Nam....................... 10 1.3.Các phần mềm ứng dụng trong thiết kế, mô phỏng máy ..........................14 Chương 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG .......... 22 VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................... 22 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................22 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................22 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu.................................................................... 22 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 24 2.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................24 2.4. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................24
iii Chương 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D CỦA TAY THUỶ LỰC BỐC DỠ GỖ .................................................................................................... 26 3.1. Xây dựng mô hình 3D của tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843............................................................................................................................26 3.1.1. Xây dựng mô hình 3D các chi tiết của tay bốc thuỷ lực. ............. 26 3.1.2. Xây dựng mô hình 3D toàn bộ kết cấu tay thuỷ lực..................... 41 3.2. Mô phỏng động tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843. ........42 3.2.1. Mô phỏng tháo, lắp tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ. ................................ 42 3.2.2. Mô phỏng động tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ......................................... 45 Chương 4. KHẢO SÁT ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG CỦA MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA TAY THUỶ LỰC ...................... Error! Bookmark not defined. 4.1. Cơ sở khảo sát ứng suất, biến dạng tay thuỷ lực ........ Error! Bookmark not defined. 4.2. Khảo sát ứng suất biến dạng một số chi thiết chính của tay thuỷ lực. ...................................................................................... Error! Bookmark not defined. 4.2.1. Khảo sát ứng suất và biến dạng cẳng tay của tay thuỷ lực. .Error! Bookmark not defined. 4.2.2. Khảo sát ứng suất và biến dạng cánh tay của tay thuỷ lực. .Error! Bookmark not defined. 4.2.3. Khảo sát ứng suất và biến dạng trụ quay của tay thuỷ lực. .Error! Bookmark not defined. Chương 5. SO SÁNH KẾT QUẢ KHẢO SÁT VỚI KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................ Error! Bookmark not defined. 5.1. Những kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành. .............Error! Bookmark not defined. 5.2. So sánh kết quả khảo sát với kết quả nghiên cứu thực nghiệm. ........Error! Bookmark not defined.
iv 5.3. Đề xuất một số giải pháp hoàn thiện thêm kết cấu của tay thuỷ lực. Error! Bookmark not defined. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............... Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO
v DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 Công nghệ khai thác gỗ 4 1.2 TTL trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn 5 1.3 TTL lắp trên máy kéo Volvo thực hiện việc bốc gỗ 6 1.4 TTL lắp trên máy kéo Shibaura thực hiện việc bốc gỗ 7 2.1 TTL lắp trên máy kéo Shibaura 22 3.1 Bản vẽ 2D của TTL lắp sau máy kéo Shibaura3 27 3.2 Cấu trúc phân mảnh của cẳng tay thuỷ lực 29 3.3 Cẳng tay của tay thuỷ lực 30 3.4 Cấu trúc phân mảnh của cánh tay thuỷ lực 31 3.5 Cánh tay của tay thuỷ lực 32 3.6 Cấu trúc phân mảnh của trụ quay 33 3.7 Trụ quay 34 3.8 Cấu trúc phân mảnh của cụm ngoạm 35 3.9 Cụm ngoạm 36 3.10 Ghế ngồi 37 3.11 Xilanh thuỷ lực 39 3.12 Các loại chốt 40 3.13 Xe Shibaura 41 3.14 Tay thuỷ lực lắp sau máy kéo Shibaura 42 3.15 Mô phỏng tháo tay thuỷ lực 43 3.16 Mô phỏng tháo các bộ phận tay thuỷ lực 44 3.17 Mô hình TTL trong CosmosMotion sau khi tiến hành đầy đủ 47 các khai báo 3.18 Mô hình TTL trong CosmosMotion tiến hành mô phỏng quá 48 trình làm việc 4.1 Sơ đồ lực tác dụng lên TTL ở chế độ vươn xa nhất với tải 53
vi trọng nâng là lớn nhất 4.2 Sơ đồ lực tác dụng lên TTL ở vị trí thấp nhất với tải trọng 54 nâng là lớn nhất 4.3 Sơ đồ lực tác dụng lên TTL ở vị trí cao nhất với tải trọng 55 nâng là lớn nhất 4.4 Kết quả mô phỏng ứng suất và biến dạng của cẳng TTL trong 58 trường hợp I 4.5 Kết quả mô phỏng ứng suất và biến dạng của cẳng TTL trong 59 trường hợp II 4.6 Kết quả mô phỏng ứng suất và biến dạng của cẳng TTL trong 60 trường hợp III 4.7 Kết quả mô phỏng ứng suất và biến dạng của cánh TTL trong 61 trường hợp I 4.8 Kết quả mô phỏng ứng suất và biến dạng của cánh TTL trong 62 trường hợp II 4.9 Kết quả mô phỏng ứng suất và biến dạng của cánh TTL trong 63 trường hợp III 4.10 Kết quả mô phỏng ứng suất và biến dạng của trụ quay TTL 64 trong trường hợp I 4.11 Kết quả mô phỏng ứng suất và biến dạng của trụ quay TTL 65 trong trường hợp II 4.12 Kết quả mô phỏng ứng suất và biến dạng của trụ quay TTL 66 trong trường hợp III 5.1 Bố trí cảm biến đo lực tác dụng lên đầu cần của TTL 67 5.2 Kết nối các thiết bị đo lường 68 5.3 Tiến hành đo các thông số 69 5.4 Kết quả đo lực đầu cần khi TTL bắt đầu nâng tải 70 5.5 Kết quả đo biến dạng cẳng tay khi TTL bắt đầu nâng tải 70 5.6 Kết quả đo biến dạng trụ quay khi TTL bắt đầu nâng tải 70
ĐẶT VẤN ĐỀ Khai thác rừng là một công việc rất nặng nhọc, từ khâu chặt hạ cho đến vận xuất, vận chuyển,… vì vậy việc đưa các loại máy móc hiện đại vào để cơ giới hoá các khâu này là rất quan trọng. Đặc biệt khâu bốc dỡ gỗ cho các phương tiện vận chuyển là khâu công việc rất nặng nhọc, chi phí rất nhiều công lao động. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, năm 2005 đề tài nhánh cấp nhà nước KC - 07 - 26 - 05 đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm trong sản xuất tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843. Sau khi thiết kế, các bản vẽ thiết kế là các bản vẽ AutoCad 2D nên gặp rất nhiều khó khăn trong việc chế tạo và chuyển giao công nghệ. Trong quá trình chế tạo và lắp ráp sẽ cần rất nhiều công trong việc giám sát và hướng dẫn công nhân. Sau đó khi chuyển giao công nghệ và đưa vào thực tế sử dụng cũng cần phải mất rất nhiều thời gian và công để có thể hướng dẫn cho công nhân về cấu tạo và nguyên lý hoạt động, tháo, lắp, sử dụng và sửa chữa. Mặt khác, đề tài đã tính toán thiết kế các kết cấu của tay thuỷ lực theo phương pháp sức bền vật liệu với việc chọn các hệ số an toàn cao mà chưa nghiên cứu sâu về động lực học dẫn đến còn một số chi tiết thừa bền. Để khắc phục những nhược điểm còn tồn tại như trên đề tài cần phải có các bản vẽ 3D dễ hiểu, có thể trình diễn việc tháo lắp và mô phỏng chuyển động, đồng thời có thể phân tích ứng suất, biến dạng của các chi tiết phục vụ cho việc chế tạo, chuyển giao công nghệ và hoàn thiện thêm thiết kế phục vụ sản xuất. Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn đề tài “Mô phỏng động và khảo sát độ bền của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843” làm đề tài nghiên cứu của mình.
Ý nghĩa khoa học của đề tài Chuyển bản vẽ thiết kế tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 từ bản vẽ Autocad 2D sang mô hình 3D bằng Solid works: Ứng dụng Cosmos Motion trong việc mô phỏng động, mô phỏng tháo, lắp tay thuỷ lực; Phân tích ứng suất, biến dạng của một số chi tiết của tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu phục vụ cho việc chuyển giao công nghệ và hoàn thiện thiết kế cấu trúc cơ khí của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp trên máy kéo Shibaura SD 2843 theo hướng giảm trọng lượng, đảm bảo độ bền cho các chi tiết.
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ và việc sử dụng tay bốc thuỷ lực. 1.1.1. Tổng quan về công nghệ khai thác gỗ rừng trồng. Trên thế giới, rừng tự nhiên còn rất ít nhưng lại có ý nghĩa to lớn về mặt môi trường, bảo tồn …nên người ta hạn chế khai thác rừng tự nhiên. Vì vậy, đối tượng của khai thác gỗ hiện nay chủ yếu là gỗ rừng trồng. trong khai thác gỗ rừng trồng người ta thường áp dụng các loại hình công nghệ sau: Công nghệ khai thác gỗ nguyên cây (full – tree method): Cây gỗ sau khi hạ được giữ nguyên cành lá rồi được vận xuất ra bãi gỗ. Tại bãi gỗ người ta mới tiến hành cắt cành, cắt khúc theo quy cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ (hình 1.1.a).. Công nghệ khai thác gỗ dài (tree – length method): Cây gỗ sau khi hạ được cắt cành, cắt ngọn tại nơi chặt hạ rồi mới vận xuất ra bãi gỗ. Tại bãi gỗ chúng được cắt khúc theo quy cách sản phẩm, bốc lên phương tiện và vận chuyển đến nơi tiêu thụ(hình 1.1.b). Công nghệ khai thác gỗ ngắn (shortwood method): Trong công nghệ này toàn bộ các thao tác như hạ cây, cắt cành, cắt ngọn và cắt khúc theo quy cách sản phẩm đều được thực hiện tại nơi chặt hạ. Sau đó, các khúc gỗ được vận xuất đến các bãi gỗ rồi bốc lên các phương tiện vận chuyển đưa về nơi tiêu thụ (hình 1.1.c).
(a) (b) (c) Hình 1.1. Công nghệ khai thác gỗ Việc áp dụng loại hình công nghệ này hay loại hình công nghệ kia cũng như việc lựa chọn một công nghệ thích hợp trong khai thác rừng phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như: Việc cung cấp nhân lực và tiền công lao động, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khả năng đầu tư, tính sẵn có của trang thiết bị, máy móc và phụ tùng thay thế, điều kiện rừng, điều kiện kinh tế xã hội và vấn đề bảo vệ môi trường sinh thái ở vùng khai thác. 1.1.2. Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở một số nước trên thế giới Ở các nước phát triển trên thế giới, tay thuỷ lực (TTL) được ứng dụng rộng rãi trong các liên hợp máy khai thác. Đặc biệt đối với các nước phát triển như Phần Lan, Thuỵ Điển, Nga,…và các nước có tài nguyên rừng phong phú như Brazin, Tanzania, Ethiopia,.. người ta đã thiết kế và chế tạo được nhiều loại tay thuỷ lực sử dụng trong khai thác gỗ làm việc tin cậy với năng suất cao và có thể vận dụng cho cả ba loại hình công nghệ khai thác gỗ nêu trên. Tay thuỷ lực có thể thực hiện được một hoặc một số khâu công việc trong công nghệ khai thác gỗ. Tương ứng với mỗi loại hình công nghệ người ta có thể tạo ra các TTL có cấu tạo và chức năng phù hợp. Ngoài ra người ta còn tạo ra các loại TTL có thể tham gia thực hiện một công việc cụ thể của tất cả các loại hình công nghệ. Trong công nghệ khai thác gỗ nguyên cây, cây gỗ có thể được hạ bằng
cách cắt gốc hoặc hạ cả gốc. Thông thường người ta dùng cưa xăng hạ cây bằng cách cắt gốc và sử dụng liên hợp máy vận xuất gồm TTL có trang bị ngoạm cỡ lớn lắp trên máy kéo để vận xuất gỗ từ nơi chặt hạ ra ngoài bãi gỗ. Trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn, TTL được áp dụng trong liên hợp máy chặt hạ - cắt khúc và liên hợp máy bốc dỡ - vận xuất. Liên hợp máy chặt hạ - cắt khúc cấu tạo gồm tay thuỷ lực có trang bị ngoạm lắp trên máy kéo, ngoạm được trang bị bộ phận cắt để thực hiện việc hạ cây, cắt khúc và cắt cành, ngọn (hình 1.2.a,b). Liên hợp máy bốc dỡ - vận xuất có cấu tạo gồm các bộ phận tương tự như TTL ở liên hợp máy chặt hạ - cắt khúc nhưng được trang bị rơ-moóc và ngoạm không được trang bị bộ phận cắt (hình 1.2.c). Ngoài ra TTL của cả hai loại liên hợp máy trên còn có thể thực hiện việc bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác. (a) (b) (c) Hình 1.2. TTL trong công nghệ khai thác gỗ dài và gỗ ngắn Trong các loại TTL thì TTL trong liên hợp máy bốc dỡ - vận xuất được sử dụng rộng rãi hơn cả vì có tính cơ động cao. Khi trang bị cho liên hợp máy này một ro- moóc thì TTL dùng để tự bốc dỡ và vận xuất gỗ; khi không trang bị rơ moóc thì TTL được dùng để bốc dỡ gỗ cho các phương tiện khác. Vì vậy, liên hợp máy có trang bị TTL loại này có thể sử dụng cho cả ba loại hình công nghệ khai thác gỗ ở trên. 1.1.3. Tình hình ứng dụng tay bốc thuỷ lực trong công nghệ khai thác gỗ ở Việt Nam. Ở Việt Nam, loại hình công nghệ khai thác gỗ phổ biến là khai thác gỗ ngắn. Gỗ được chặt hạ bằng phương pháp thủ công hoặc cưa xăng và được
vận xuất ra ven đường hoặc bãi bỗ bằng phương pháp thủ công ( vác vai, lao xeo) hoặc trâu kéo. Cho đến nay, việc bốc gỗ từ bãi gỗ lên phương tiện vận chuyển, dù là một công việc có tính chất nặng nhọc và nguy hiểm nhưng vẫn chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp thủ công. Từ những năm 1990, tại một số tỉnh miền núi phía bắc ( Yên Bái, Tuyên Quang, Hà Giang, Phú Thọ, Vĩnh Phúc,…) là vùng chuyên canh nguyên liệu giấy cho Nhà máy giấy Bãi Bằng, đã được chính phủ Thuỵ Điển tài trợ hàng loạt liên hợp máy bốc dỡ gỗ và rơ – moóc (thường được gọi tắt là Volvo). Ở điều kiện làm việc cho phép thì Volvo là phương tiện đắc lực cho công tác bốc dỡ và vận xuất, nó làm việc tin cậy, cho năng suất cao và điều kiện làm việc của người lao động được đảm bảo. Kể từ khi không được chính phủ Thuỵ Điển tài trợ, theo thời gian, số lượng Volvo giảm dần vì hỏng hóc mà phụ tùng thay thế lại rất khan hiếm. Đến nay, chỉ còn một số ít Volvo vẫn hoạt động được. Trên hình 1.3 là TTL lắp trên máy kéo Volvo đang thực hiện việc bốc gỗ lên phương tiện vận chuyển tại lâm trường Hàm Yên – Tuyên Quang. Hình 1.3. TTL lắp trên máy kéo Volvo thực hiện việc bốc gỗ
Volvo và một số liên hợp máy sử dụng trong khai thác gỗ hiện có trên thế giới là những thiết bị có khả năng cơ giới hoá cao, dùng để sản xuất với quy mô lớn nên giá thành của thiết bị rất cao, đòi hỏi vốn đầu tư lớn, điều này không phù hợp với quy mô và khả năng tài chính của các doanh nghiệp trong nước. Với mong muốn tạo ra một thiết bị cơ giới hoá khâu bốc dỡ gỗ thay thế Volvo mà lại phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam, một trong những nội dung của đề tài nhánh cấp Nhà nước KC 07-26-05 là tính toán thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị bốc dỡ - vận xuất gỗ rừng trồng cự ly ngắn. Trong đó thiết bị bốc dỡ gỗ là TTL lắp sau máy kéo Shibaura (hình 1.4). Hình 1.4: TTL lắp sau máy kéo Shibaura Qua khảo nghiệm cho thấy TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura làm việc đạt yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên, năng suất và tính cơ động của thiết bị chưa thực sự cao. Nếu khắc phục được tồn tại này thì đây sẽ là một thiết bị cơ giới hoá bốc dỡ gỗ phù hợp với hoạt động quy mô vừa và nhỏ của các doanh nghiệp, các hộ gia đình; góp phần nâng cao năng suất lao động và cải thiện điều kiện làm việc nặng nhọc cho người lao động. Qua tìm hiểu tình hình ứng dụng TTL trong công nghệ khai thác gỗ cho
thấy: Tay thuỷ lực được sử dụng trong tất cả các loại hình công nghệ khai thác gỗ. Ở các nước trên thế giới, người ta đã tính toán thiết kế và chế tạo được nhiều loại TTL làm việc tin cậy với năng suất cao. Ở nước ta, cho đến nay, TTL duy nhất sử dụng hiệu quả trong bốc dỡ gỗ là một thiết bị nhập ngoại (TTL lắp trên máy kéo Volvo) nhưng hiện nay thiết bị này còn rất ít và nó cũng không thực sự phù hợp với thực tiễn Việt Nam. Gần đây, các nhà khoa học của chúng ta đã thiết kế và chế tạo thành công TTL bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo Shibaura. Tuy nhiên, để tiến tới sản xuất hàng loạt và vận dụng rộng rãi thiết bị này vào thực tiễn sản xuất ta cần thực hiện công tác hoàn thiện thiết kế và đề ra một số chế độ làm việc hợp lý. 1.2. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực 1.2.1. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực trên thế giới. Tay thuỷ lực được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất để bốc dỡ hàng hoá. Như đã đề cập ở trên, trong lâm nghiệp TTL được sử dụng rất phổ biến ở các nước có nền kinh tế phát triển và có quy mô sản xuất lớn, còn ở những nước đang hoặc chưa phát triển thì việc áp dụng loại thiết bị này còn rất hạn chế. Vì những lý do trên nên phần lớn những nghiên cứu về TTL cũng tập trung ở các nước có nền công nghiệp tiên tiến. Tiêu biểu trong lĩnh vực này là những nhà khoa học người Nga (Liên Xô cũ), có thể kể ra một số công trình tiêu biểu như sau: Tác giả Alecxangdrov V .A (người Nga) đã đánh giá về sự chịu tải của máy móc lâm nghiệp ở các quá trình quá độ [27], theo đó tác giả đã nhận định rằng tải trọng động lực học (ĐLH) ảnh hưởng đáng kể đến máy móc thiết bị ở các giai đoạn quá độ như lúc mở máy, phanh hãm, lấy đà,…bằng thực nghiệm trên một số máy khai thác có TTL tác giả thấy rằng khi khối lượng gỗ càng tăng thì hệ số tải trọng ĐLH càng giảm, ngược lại khi vận tốc nâng càng tăng thì hệ số tải trọng ĐLH càng tăng.
Cũng tác giả Alecxangdrov V.A trong tài liệu [28] đã nghiên cứu về dao động góc của đầu máy dưới tác động của gió khi bốc dỡ gỗ bằng TTL. Qua tính toán tác giả đã rút ra được ảnh hưởng của các yếu tố như tầm vươn của TTL (l1), khoảng cách giữa hai cầu (l2), chiều cao trọng tâm cây gỗ (ht) lực tác dụng của gió đến dịch chuyển góc của đầu máy (φ1). Trong quá trình nghiên cứu về dao động của máy kéo với TTL, tác giả Alecxangdrov V.A cũng đã kết luận: Bộ phận đàn hồi của cơ cấu ngoạm gỗ đã được nghiên cứu trong một số tài liệu đã khẳng định rằng việc sử dụng bộ phận nối đàn hồi này thực tế đã làm giảm được tải trọng bổ sung lên tay bốc thuỷ lực và khung của máy kéo, cũng vì thế mà làm giảm được dao động đối với người lái- tính an toàn cao hơn. Tuy nhiên, tác giả mới đưa ra mô hình bố trí bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn mà chưa tính toán cụ thể đến các hệ số độ cứng và hệ số cản giảm chấn của bộ phận nối đàn hồi có giảm chấn. Năm 1973 tại học viện kỹ thuật Lâm nghiệp Leningrad, nhà khoa học người Nga Liamin I.V đã có công trình nghiên cứu về quá trình gom gỗ khi chặt chọn bằng TTL [29], sau đó hai năm tác giả đã công bố tiếp công trình “Phân tích lực của TTL máy kéo có kết cấu đặc biệt” [30]. Với hai công trình này tác giả đã chọn ra được TTL kiểu mới cho việc gom gỗ trong khai thác chọn và cách phân tích lực cho TTL. Năm 1977, giáo sư Barinop K.N đã “ phân tích quy luật chuyển động của máy lâm nghiệp với TTL khi làm việc”. Với kết quả của công trình nghiên cứu này, tác giả đã đưa ra được cơ sở lý thuyết cho việc bố trí các chi tiết và thiết bị công tác trên máy kéo lâm nghiệp. Năm 1978 hai tác giả Venlicôc G.M và Kusliaev V.F đã tiến hành nghiên cứu và đưa ra cơ sở để áp dụng máy khai thác gỗ kiểu tay thuỷ lực ở trên các khu khai thác [31]. Năm 1981 Phó giáo sư Artamônôp Iu.G đã nghiên cứu thiết kế và tính
toán TTL lắp trên máy kéo lâm nghiệp để bốc dỡ gỗ [32]. Cũng vào năm này tác giả Kusliaev V.F có nghiên cứu về tổng quan các loại máy khai thác gỗ kiểu TTL [33]. Tầm vươn của TTL ảnh hưởng lớn đến năng suất của máy khai thác, cụ thể vấn đề này đựơc tác giả Mensikop rất quan tâm và đã có kết quả nghiên cứu vào năm 1982 tại Học viện Kỹ thuật Lâm nghiệp Lêningrad [34]. Bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, năm 1982 tác giả Antômônốp đã xác định được những thông số cơ bản của hệ thống máy kéo bánh hơi với TTL [35]. Vấn đề ổn định của máy là yếu tố rất quan trọng, nó quyết định tới khả năng làm việc của máy và sự an toàn trong lao động. Với những máy có trang bị TTL thì vấn đề ổn định được nhiều nhà khoa học quan tâm, trong đó có tác giả người Nga Ciunhep V.C với đề tài: “Phương pháp đánh giá ổn định của máy kéo bánh hơi khung gập với TTL” [36]. Tại Học viện kỹ thuật Lâm nghiệp Lêningrad năm 1983, luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Nhật Chiêu đã nghiên cứu tải trọng của máy kéo bánh hơi khung gập với TTL khi gom và vận xuất gỗ trên sườn dốc. Năm 1985, nhà khoa học Nga Picunôp thực hiện nghiên cứu “Sự ảnh hưởng của các thông số động học cơ cấu nâng đến tải trọng của TTL lắp trên máy kéo cỡ lớn dùng trong bốc dỡ gỗ”. Đóng góp đáng kể nhất của công trình này là đã tìm ra được một chế độ sử dụng hợp lý cho LHM bốc dỡ gỗ [37]. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu về tay thuỷ lực ở Việt Nam. Hiện nay, ở Việt Nam TTL được sử dụng có hiệu quả trong bốc dỡ gỗ nhưng chủ yếu là thiết bị nhập ngoại (TTL lắp trên máy kéo Volvo), nhưng hiện nay loại thiết bị này còn rất ít do bị hỏng hóc và thiếu thiết bị thay thế, mặt khác nó cũng không thực sự phù hợp với điều kiện sản xuất thực tiễn ở Việt Nam. Chính vì những lý do trên mà hiện nay ở Việt Nam cũng đã có
không ít những đề tài nghiên cứu về TTL như: Năm 2006, đề tài nhánh cấp nhà nước, mã số: 07-26-05 “Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị để cơ giới hoá khai thác gỗ rừng trồng trên độ dốc 10-200”, do PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu chủ trì cùng một số cán bộ trong khoa Công Nghiệp – Trường Đại học Lâm Nghiệp đã được thực hiện[2]. Một trong những sản phẩm của đề tài là tay bốc thuỷ lực lắp trên máy kéo Shibaura 2843 để bốc dỡ gỗ rừng trồng. Mẫu máy này đã được khảo nghiệm và đánh giá là hướng đi rất phù hợp. Tuy nhiên đề tài chưa nghiên cứu sâu về động lực học mà nhân với hệ số động theo kinh nghiệm khi tính toán nên các kết cấu kim loại còn nặng có thể do thừa bền dẫn đến giảm tải trọng hữu ích và cũng có thể có những chi tiết chưa đủ bền, đặc biệt khi tay thuỷ lực làm việc ở giai đoạn quá độ (bắt dầu nâng tải, hạ tải và phanh, bắt dầu quay). Năm 2006, Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đỗ Ngọc Đức đã nghiên cứu, thiết kế bộ phận tăng ổn định chống lật cho máy kéo Shibaura khi lắp TTL bốc dỡ gỗ[3]. Tác giả đã đưa ra kết luận: khi máy kéo chưa lắp thêm hệ thống chân chống và đối trọng để đảm bảo ổn định chống lật thì TTL chỉ có thể bốc dỡ được tải trọng tối đa là 1851 N ở tầm vươn tối đa là 3,8m. Khi lắp thêm hệ thống chân chống và đối trọng để nâng cao ổn định chống lật thì TTL bốc được tải trọng tối đa là 4766,5 N ở tầm vươn tối đa là 3,8m. Đồng thời qua tính toán cũng xác định được trọng lượng đối trọng cần lắp thêm là 11000N. Năm 2007, tại trường Đại học Lâm nghiệp, Trần Lý Tưởng bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu tải trọng động lực học tác dụng lên TTL lắp sau máy kéo bánh hơi khi bốc dỡ gỗ” [4]. Bằng phần mềm Matlab_Simulink tác giả đã xác định được các thông số như: tải trọng động lực học, sự biến dạng của TTL, các lực tác dụng lên các cơ cấu, bộ phận chi tiết của TTL ở 3 giai đoạn làm việc của TTL. Mặt khác tác giả đã rút ra được
kết luận: Hệ số tải trọng động lực học tỷ lệ nghịch với khối lượng nâng, độ cứng quy đổi của đầu máy và độ cứng quy đổi giữa gỗ và ngoạm tỷ lệ thuận với độ cứng quy đổi của TTL và vận tốc nâng [19]. Năm 2008, đồ án tốt nghiệp của sinh viên Ngô Việt Phong Trường Đại học Bách khoa Hà Nội “Thiết kế và tính toán tay thuỷ lực bốc xếp gỗ lắp sau máy kéo cỡ nhỏ” [5]. Tác giả đã đề xuất được phương án thiết kế xe chuyên dụng bốc dỡ gỗ lấy cơ sở nguồn động lực là máy kéo Shibaura trong nông nghiệp để bốc dỡ gỗ rừng trồng. Bằng phần mềm Solidwork và Cosmosmotion, tác giả đã mô phỏng động hoạt động của liên hợp máy tay thuỷ lực lắp trên máy kéo Sibaura. Năm 2008, tại trường Đại học Lâm nghiệp, Lương Ngọc Hoàn bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu động lực học của tay thuỷ lực bốc dỡ gỗ lắp sau máy kéo bánh hơi khi xoay cần” [6]. Tác giả đã lập được sơ đồ tính toán động lực học của TTL lắp sau máy kéo Shibaura ở giai đoạn khởi động xoay cần và xác định được đầy đủ các tham số động lực học đặc trưng, làm thông số đầu vào các tính toán tiếp theo. Bằng phần mềm Solidwords tác giả đã xác định mômen quán tính và toạ độ trọng tâm của các khối lượng. Tác giả cũng đã ứng dụng thành công phần mềm Matlab & Simulink trong việc mô phỏng các biến dạng tương đối, mômen động và hệ số tải trọng động lực học. Thiết lập và giải được các phương trình vi phân mô tả biến dạng tương đối của trụ xoay và của cụm cánh tay – cẳng tay, làm cơ sở cho việc xác định các mômen động tác dụng lên hệ và các hệ số tải trọng động lực hoc. Khai thác và sử dụng thành công phần mềm Adams (Phần mềm chuyên dùng trong mô phỏng động lực học mới được sử dụng ở Việt Nam) để mô phỏng động lực học quá trình xoay của TTL. Kêt quả cho thấy, khi TTL xoay đồng thời với nâng – hạ thì các quy luật biến đổi động lực học phức tạp và ở mức lớn hơn so với trường hợp TTL xoay độc lập với nâng – hạ.
Năm 2008, tại trường Đại học Lâm nghiệp, Đào Sỹ Tam bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật “Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéo Shibaura khi tay thuỷ lực bốc gỗ”[7]. Đề tài đã xác định được khả năng ổn định chống lật dọc tĩnh của máy kéo Shibaura SD 2843 với TTL bốc gỗ trong trường hợp đầu cần TTL và ngoạm gỗ được nối cứng. Đồng thời đã đề xuất được giải pháp lắp thêm bộ phận đàn hồi có giảm chấn giữa đầu cần TTL và ngoạm gỗ nhằm nâng cao khả năng ổn định chống lật của liên hợp máy khi bốc dỡ gỗ. Trong đề tài, tác giả đã xây dựng được mô hình động lực học của liên hợp máy khi TTL nhấc tải và bằng việc áp dụng phương trình Lagranger loại II đề tài đã thiết lập được hệ phương trình vi phân mô tả dao động của liên hợp máy khi TTL nhấc tải. Tác giả đã ứng dụng thành công phần mềm Matlab-Simulink để giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân, tìm ra các dịch chuyển, vận tốc và gia tốc khi TTL nhấc tải trong trường hợp đầu cần TTL và ngoạm gỗ được nối cứng cũng như trong trường hợp nối đàn hồi có giảm chấn. Năm 2009, tại trường Đại học Lâm nghiệp, Đinh Thị Hợi đã bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu ứng suất và biến dạng của tay thuỷ lực khi làm việc ở giai đoạn quá độ” [ 8]. Đề tài đã ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm Ansys mô phỏng, xác định được ứng suất và biến dạng một số bộ phận chính của TTL khi làm việc ở giai đoạn quá độ (bắt đầu nâng tải, hạ tải và phanh, bắt đầu quay). Trên cơ sở kết quả ứng suất và biến dạng của TTL khi làm việc ở giai đoạn quá độ, tác giả đã so sánh với kết quả tính toán trước đây trong quá trình thiết kế và đã đưa ra được những thông số tối ưu làm cơ sở cho việc hoàn thiện thiết kế theo hướng giảm trọng lượng của một số chi tiết và tăng tải trọng hữu ích của tay thuỷ lực, chọn ra được chế độ làm việc hợp lý.