Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu máy tạo hố trồng cây trên đất dốc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là máy tạo hố trồng cây trên đất dốc sau khi được nghiên cứu phải đạt được yêu cầu: Năng suất tạo hố trồng cây cao, chất lượng hố sau khi đào tốt, hiệu quả kinh tế lớn, rung động của thiết bị nằm trong giới hạn cho phép, đáp ứng được quy phạm kỹ thuật trong khâu làm đất trồng rừng. 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: Nghiên cứu máy tạo hố trồng cây trên đất dốc

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ pTNT Trêng ®¹i häc l©m nghiÖp =====***===== lª s©m Nghiªn cøu MÁY TẠO HỐ TRỒNG CÂY trång c©y trªn ®Êt dèc 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 kü thuËt Ngêi híng dÉn khoa häc TS. D¬ng V¨n Tµi Hµ NỘI, n¨m 2008
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam có diện tích tự nhiên là: 32.894.398 ha. Trong đó diện tích có rừng là 12.915.592 ha độ che phủ trung bình trên toàn quốc là 39% và đất trống đồi núi trọc là 4,86 triệu ha chiếm 14% diện tích của cả nước. Diện tích đất trống đồi núi trọc chủ yếu là tập trung ở vùng Tây Bắc như Sơn La, Lai Châu, Điện Biên, Hà Giang và một số tỉnh Bắc Trung Bộ như Thanh Hoá, Nghệ An, Quảng Bình, Quảng Trị… Diện tích đất trống đồi núi trọc này chủ yếu nằm ở lưu vực đầu nguồn các con sông lớn như: sông Đà, sông Hồng, sông Lam, sông Cả, nên ảnh hưởng rất lớn đến quá trình giữ nước cho các công trình Thuỷ điện, lũ quét và xói mòn đất … Nhận thức được tầm quan trọng cần phải có rừng để điều hoà nguồn nước cho các công trình Thuỷ điện, chống lũ quét, điều hoà khí hậu, … Đảng và nhà nước ta đã đề ra Nghị quyết và phê duyệt Dự án trồng mới 5 triệu ha rừng. Trong chiến lược phát triển Lâm nghiệp giai đoạn 2001-2010 đề ra cần phải trồng mới 3 triệu ha nâng độ che phủ lên 43%. [5]; [44]. Hiện nay, việc trồng rừng ở Việt Nam chủ yếu là thủ công nên năng suất thấp, lao động nặng nhọc, chất lượng thấp dẫn đến sự sinh trưởng và phát triển của cây sau khi trồng là rất kém. Đặc biệt trong trồng rừng khâu làm đất là khâu quan trọng nhất, nặng nhọc nhất và quyết định đến năng suất, chất lượng của rừng sau khi trồng. Việc làm đất trồng cây ở Việt Nam chủ yếu bằng thủ công (dùng cuốc) nên tốn nhiều sức lực, nhiều lao động dẫn đến tốc độ trồng rừng không đạt yêu cầu. Hiện nay ở một số nơi đã sử dụng máy cày, máy khoan hố để làm đất trồng rừng bước đầu cũng đã cho năng suất, chất lượng tốt nhưng thiết bị này có phạm vi hoạt động rất hạn chế, chỉ hoạt động ở những nơi địa hình bằng phẳng mà không sử dụng được ở những nơi có độ dốc cao> 250, núi cao, đất bị bạc màu, cơ lý của đất cứng. Muốn nâng cao năng suất, chất lượng trồng rừng phải cơ giới hoá khâu tạo hố trồng cây, để tạo ra hố đúng kỹ thuật, giảm nhân lực, từ đó mới đẩy nhanh được tốc độ trồng rừng. Mặt khác đối với những nơi đất cứng cuốc hố bằng phương pháp thủ công là rất khó thực hiện, đối với những nơi có độ dốc cao thì thiết bị lớn không
2 thể hoạt động được. Chính vì vậy phải nghiên cứu tạo ra được thiết bị gọn nhẹ dễ dàng mang vác được ở những nơi có độ dốc lớn. Từ yêu cầu cấp thiết hiện nay và căn cứ vào đặc điểm của địa hình, đất đai của nước ta cần thiết phải tạo ra một thiết bị tạo hố trồng cây trên đất dốc để cơ giới hoá khâu làm đất trồng rừng. Từ những lý do trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: "Nghiên cứu máy tạo hố trồng cây trên đất dốc" 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Xuất phát từ những lý do thực hiện đề tài đã nêu ở trên chúng tôi đặt mục tiêu nghiên cứu là: Máy tạo hố trồng cây trên đất dốc sau khi được nghiên cứu phải đạt được yêu cầu: Năng suất tạo hố trồng cây cao, chất lượng hố sau khi đào tốt, hiệu quả kinh tế lớn, rung động của thiết bị nằm trong giới hạn cho phép, đáp ứng được quy phạm kỹ thuật trong khâu làm đất trồng rừng. 3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu máy tạo hố trồng cây trên đất dốc là vấn đề rộng, cần thời gian dài, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội dung sau: 3.1. Thiết bị nghiên cứu: Đề tài không nghiên cứu phần động cơ của máy mà tập trung giải quyết những tồn tại của các máy khoan hố hiện nay đang sử dụng đó là: Nguyên lý cắt đất, hệ thống cắt đất, rung động của thiết bị, công suất động cơ, công nghệ sử dụng thiết bị để tạo hố trên đất dốc. 3.2. Đối tượng nghiên cứu: Đề tài không nghiên cứu tất cả các loại đất trồng rừng hiện nay ở Việt Nam, cũng không nghiên cứu ở những độ dốc khác nhau mà chỉ tập trung nghiên cứu một số loại đất trồng rừng phổ biến hiện nay ở miền núi phía Tây Bắc và một số độ dốc đặc trưng đó là: Đất sỏi đá, đất thịt, đất cát pha, đất ở đồi trọc, đất rừng sau khi khai thác đội dốc trung bình từ 300 ÷ 450.
3 3.3. Địa điểm nghiên cứu: Đề tài không có điều kiện khảo nghiệm ở nhiều địa hình, ở nhiều địa điểm mà chỉ chọn một địa phương, một địa hình đặc trưng cho một số tỉnh vùng Tây Bắc đó là Hoà Bình để lấy mẩu thí nghiệm và khảo nghiệm. 4. Nội dụng nghiên cứu của đề tài: Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên. Để đạt được mục tiêu của đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những nội dung sau: 4.1. Nghiên cứu lý thuyết: Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau: - Xây dựng mô hình tính toán lực cắt đất của dao cắt trong quá trình tạo hố. - Lập công thức tính toán lực cắt, khảo sát các yếu tố ẩnh hưởng đến lực cắt - Lập công thức tính toán lực tác dụng lên dao cắt trong quá trình cắt đất để tạo hố trồng cây. - Lập công thức tính lực cản cắt, khảo sát các thông số ảnh hưởng đến lực cản cắt để làm cơ sở tính toán thiết kế các phần tử của dao cắt đất. - Xây dựng cơ sở tính toán và xác định các thông số cơ bản của bộ phận cắt đất. - Xây dựng mô hình tính toán, thiết lập phương trình rung động của máy để làm cơ sở đề xuất giải pháp chống rung cho máy tạo hố trồng cây. 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính theo lý thuyết và xác định chi phí năng lượng riêng khi tạo hố trồng cây bằng các dạng cắt khác nhau. Từ các kết quả đó làm cơ sở lựa chọn dạng cắt hợp lý và xác định thông số tối ưu của hệ thống cắt đất. Nội dụng nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau: - Xác định chi phí năng lượng riêng cho một số dạng cắt khác nhau ứng với các loại đất khác nhau. - Xác định độ ẩm của một số loại đất thí nghiệm.
4 - Xác định chi phí năng lượng riêng ứng với các thông số khác nhau của hệ thống cắt đất làm cơ sở để lập mối quan hệ giữa chi phí năng lượng riêng với các thông số của hệ thống cắt đất. - Xác định thông số tối ưu của hệ thống cắt đất. - Xác định công suất động cơ để làm cơ sở tính toán lựa chọn loại động cơ phù hợp. 4.3. Khảo nghiệm thiết bị nghiên cứu: Khảo nghiệm máy tạo hố trồng cây trên đất dốc trong điều kiện thực tế nhằm xác định một số chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của thiết bị. Từ đó sơ bộ xác định hiệu quả kinh tế khi sử dụng thiết bị và đánh giá khả năng ứng dụng vào thực tế sản xuất.
5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về tình hình trồng rừng và diện tích đất trống đồi núi trọc ở một số tỉnh 1.1.1. Tình hình trồng rừng hiện nay ở Việt Nam Thực hiện Dự án trồng mới 5 triệu ha rừng và các chương trình của Bộ Nông Nghiệp & PTNT. Hàng năm ở nước ta có hàng trăm ngàn ha rừng được trồng mới. Theo kết quả thống kê diện tích rừng được trồng mới được thể hiện ở bảng 1.1, [1]; [2]. Bảng 1.1: Diện tích rừng trồng theo các vùng sinh thái TT Vùng sinh thái Diện tích rừng (ha) Ghi chú Rừng tự nhiên Rừng trồng 1 Tây Bắc 1.376.951 100.924 2 Đông Bắc 2.221.764 805.961 3 Bắc Trung Bộ 1.999.835 484.840 4 Nam Trung Bộ 1.017.459 281.020 5 Tây Nguyên 2.827.342 144.393 6 Đông Nam Bộ 733.245 198.680 1.1.2. Diện tích đất trống đồi núi trọc cần phải trồng rừng: Theo kết quả điều tra rừng năm 2005 cả nước còn 6,13 triệu ha đất trống đồi núi trọc. Trong đó khoảng 1 triệu ha là núi cao khó khăn cho việc trồng cây, còn lại 5 triệu ha là có thể trồng cây được. Ngoài ra, hàng năm nước ta cũng mất hàng trăm ngàn ha do cháy rừng, do đốt nương làm rẫy, khai thác Lâm sản trái phép, ...nên diện tích đất cần phải trồng rừng là rất lớn. Diện tích đất không có rừng theo vùng sinh thái được thể hiện ở bảng 1.2, [1]; [2]; [4].
6 Bảng 1.2. Diện tích đất không có rừng theo vùng sinh thái TT Vùng sinh thái Đất trống đồi núi trọc (ha) Đất khác (ha) 1 Tây Bắc 1.326.970 1.617.267 2 Đông Bắc 1.736.176 1.489.662 3 Bắc Trung Bộ 1.177.357 281.020 4 Nam Trung Bộ 911.949 1.155.048 5 Tây Nguyên 776.446 1.703.035 6 Đông Nam Bộ 206.173 394.786 Từ số liệu ở bảng 1.2 chúng tôi có một số nhận xét sau: - Diện tích đất trống cần phải trồng rừng là rất lớn, cần phải phát triển nhanh diện tích trồng rừng để đáp ứng yêu cầu cấp thiết trong việc phòng chống bão lụt, giảm thiểu biến đổi khí hậu, phục vụ các nhu cầu cần thiết cho cuộc sống. - Cần phải nghiên cứu tạo ra công nghệ và thiết bị thích hợp để cơ giới hoá khâu trồng, chăm sóc rừng. Có như vậy mới đáp ứng được yêu cầu cấp bách của toàn Đảng, toàn nhân dân về phủ xanh đất trống đồi núi trọc trong thời gian tới. 1.2. Khái quát về tình hình nghiên cứu và sử dụng thiết bị tạo hố trồng cây trên thế giới: Việc nghiên cứu và sử dụng các thiết bị để cơ giới hoá khâu tạo hố trồng cây trên thế giới đã được nghiên cứu tương đối hoàn thiện. Đối với các nước phát triển như Mỹ, Canada, Đức,... việc tạo hố trồng cây chủ yếu sử dụng máy khoan hố lắp sau máy kéo, quá trình nghiên cứu và sử dụng máy và thiết bị tạo hố trồng cây được phân ra hai loại: - Đối với địa hình bằng phẳng sử dụng máy khoan hố dẫn động thuỷ lực, có nguồn động lực là máy kéo Nông nghiệp. Ưu điểm của thiết bị này là năng suất cao, kích thước hố đào tốt đạt yêu cầu kỹ thuật. Nhược điểm của thiết bị này là chỉ sử dụng được ở những nơi địa hình bằng phẳng, còn những nơi có địa hình dốc như ở các tỉnh vùng núi phía Bắc nước ta là không thể sử dụng được( hình1.1), [37].
7 Hình 1.1. Máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo. - Đối với những nơi có địa hình phức tạp mà máy kéo không thể hoạt động được thì các nhà khoa học của Đức, Nhật,...đã nghiên cứu thiết kế chế tạo ra loại máy khoan hố cầm tay một đến hai người điều khiển, như máy khoan hố cầm tay ES – 35B của Đức, máy khoan hố trồng cây KOMATSU 1 người điều khiển của Nhật Bản (Hình 1.2). Ưu điểm của máy này là có thể sử dụng được ở những nơi có địa hình phức tạp, độ dốc lớn nhưng nhược điểm là trọng lượng máy lớn kích thước mũi khoan nhỏ, kích thước hố sau khi khoan không đạt yêu cầu kỹ thuật, không thể khoan được ở những nơi đất cứng, đất hoang hoá như ở nước ta. Loại máy này chỉ phù hợp với nơi đất mềm, đất cát, [51]. Hình 1.2. Máy khoan hố cầm tay.
8 - Hãng Husqvarna của Thuỷ Điển đã thiết kế chế tạo ra loại máy khoan hố cầm tay một người điều khiển. Loại thiết bị này chỉ sử sụng được ở những nơi đất mềm, không phù hợp với điều kiện địa hình ở Việt Nam . Theo tài liệu [50] của Trường Đại Học Lâm Nghiệp Nam Kinh – Trung Quốc đã nghiên cứu tạo ra được thiết bị khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Đông Phong, sử dụng những nơi có địa hình bằng phẳng. Tác giả Bverrer.R trong công trình nghiên cứu [46] đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo với dẫn động thuỷ lực. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi sử dụng máy khoan hố thì năng suất gấp 10 lần tạo hố bằng thủ công, chất lượng hố đạt yêu cầu kỹ thuật( 40x40x40). Tác giả Zhou.T.G trong công trình nghiên cứu [49] đã so sánh chất lượng của cây trồng khi sử dụng phương pháp thủ công với phương pháp cơ giới. Kết quả nghiên cứu cho thấy trồng cây sử dụng máy khoan hố cây phát triển tốt hơn. Theo công trình nghiên cứu [43] của khoa Cơ điện Trường Đại Học Nam Ninh – Trung Quốc đã nghiên cứu tạo ra được loại mũi khoan lắp sau liên hợp máy với nguồn động lực là máy kéo lâm nghiệp. Loại mũi khoan này cho kích thước hố (50x50x50)cm và thành hố không bị miết chặt. Kết qủa nghiên cứu cho thấy loại mũi khoan này tiêu hao công suất lớn nên chỉ sử dụng cho loại thiết bị có nguồn động lực lớn. Theo kết quả nghiên cứu của hãng Little Beaver và hãng Dolkem đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng nhiều dạng mũi khoan hố khác nhau, sử dụng cho các loại thiết bị khác nhau. Kết quả nghiên cứu cũng đã đưa ra được thông số của các lưỡi cắt phạm vi sử dụng và ưu nhược điểm của từng loại mũi khoan. Tồn tại lớn nhất của các dạng mũi khoan này là kích thước của mũi khoan nhỏ nên hố sau khi khoan không đạt yêu cầu kỹ thuật (loại lớn nhất có đường kính 20 cm). Loại mũi khoan này chỉ phù hợp trong khoan công trình. Cấu tạo và hình dạng mũi khoan được thể hiện trên hình 1.3.
9 Hình 1.3. Một số loại mũi khoan của hãng Little Beaver. Hãng Bobcat của Mỹ đã nghiên cứu đưa ra một số lưỡi cắt chỉ phù hợp với mũi khoan trong công trình xây dựng mà không phù hợp trong khoan hố trồng cây (hình 1.4) TT Loại lưỡi khoan Phạm vi ứng Loại dao cắt thay thế dụng Lưỡi khoan tiêu A- 1 chuẩn, dùng cho Lưỡi cắt bình thường đất sét và đất cát B và C- Lưỡi có bề mặt làm bằng hợp kim cứng 3 Đất cứng A,D và E-Dao cắt mũi đục 4 Đất cứng có lẫn đá Hình 1.4 . Các dạng dao cắt của hãng Bobcat dùng cho khoan hố.
10 Theo các kết quả nghiên cứu trong các tài liệu [43]; [47]; [50], ở Mỹ, Trung Quốc và Nga đã nghiên cứu thiết kế chế tạo ra một số loại máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo bánh xích, bánh bơm với dẫn động thuỷ lực và cơ học. Thiết bị này được sử dụng ở những nơi có địa hình bằng phẳng độ dốc < 150. Kết quả nghiên cứu cho thấy chưa có loại máy khoan hố cầm tay nào sử dụng phù hợp ở những nơi có địa hình dốc. Tóm lại: Việc nghiên cứu và áp dụng các thiết bị tạo hố trồng cây để cơ giới hoá trồng rừng đã được nhiều Nước trên thế giới nghiên cứu, nhiều Nhà khoa học nghiên cứu. Các thiết bị không ngừng được hoàn thiện và được áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên các nghiên cứu trên chỉ giải quyết được là tạo hố trồng cây ở địa hình bằng phẳng, độ dốc < 150. Còn ở những nơi đất dốc, địa hình núi cao, đất cứng thì các kết quả còn hạn chế, còn nhiều tồn tại, chưa được áp dụng rộng rãi. 1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng thiết bị tạo hố trồng cây ở Việt Nam. Cơ giới hoá khâu làm đất trồng rừng nói chung và cơ giới hoá khâu tạo hố trồng cây ở Việt nam nói riêng đã được các nhà quản lý, các nhà lãnh đạo, các nhà khoa học rất quan tâm. Song kết quả thu được còn rất hạn chế cụ thể: Năm 1967 Việt Nam đã nhập hàng trăm máy khoan hố trồng cây của Đức như máy ES-35B và Winman của Tiệp Khắc để khảo nghiệm và áp dụng ở Quảng Ninh và Phú Thọ. Kết quả khảo nghiệm cho thấy loại thiết bị này không áp dụng vào sản xuất ở đièu kiện địa hình Việt Nam được. Năm 1970 Việt Nam nhập về một loại thiết bị của Thụy Điển có tên gọi PUTY để cơ giới hoá khâu tạo hố trồng cây. Kết quả khảo nghiệm cho thấy loại thiết bị này không áp dụng được với điều kiện địa hình Việt Nam. Năm 1976 Khoa cơ giới trồng rừng thuộc Viện công nghiệp rừng đã nghiên cứu cải tiến một số thiết bị tạo hố trồng cây. Kết quả nghiên cứu cũng chưa áp dụng vào thực tế sản xuất được [23]. Theo tài liệu [24] năm 1976- 1980. Khoa cơ giới trồng rừng thuộc Viện Công nghiệp rừng đã có những nghiên cứu: Cải tiến lưỡi khoan dạng xoắn ốc, mục
11 đích làm giảm trọng lượng của mũi khoan từ 12kg xuống còn 8kg nhưng chất lượng hố vẫn đảm bảo. Nghiên cứu thay đổi độ cong của lưỡi khoan dạng khung, thay đổi kết cấu của mũi khoan. Theo luận văn thạc sỹ của Hoàng Hữu Đao “ Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số hình học của lưỡi khoan đến tiêu hao công suất và độ nén chặt của thành hố” . Tác giả đã lập được tương quan giữa các tham số ảnh hưởng tới tiêu hao công suất, sau đó đã tìm được các thông số tối ưu của mũi khoan hố dạng khung. Tồn tại của công trình trên là chưa xây dựng được cơ sở lý thuyết tính toán thiết bị tạo hố trồng cây và mũi khoan hố dạng khung không thể sử dụng nơi đất cứng, [10]. Năm 2005, PGS. TS. Nguyễn Nhật Chiêu đã thực hiện đề tài cấp Bộ “Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm thiết bị chuyên dùng lắp với nguồn động lực cỡ nhỏ để đào hố trồng cây, phát thực bì phục vụ trồng và chăm sóc rừng”. Kết quả của đề tài đã tạo ra được hai mẫu máy khoan hố với nguồn động lực là máy kéo BS-8 với dẫn động thuỷ lực và cơ khí có mũi khoan dạng khung hình 1.5. Thiết bị trên có tồn tại lớn là không di chuyển được trên địa hình có độ dốc lớn, nên chỉ phù hợp với những nơi có địa hình bằng phẳng. Hình 1.5. Máy khoan hố trồng cây với dẫn động thuỷ lực và cơ khí. Năm 2006. Đề tài cấp nhà nước “ Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hoá các khâu làm đất, trồng chăm sóc rừng trồng và khai thác gỗ” do TS. Lê Tấn Quỳnh làm chủ nhiệm và PGS.TS. Nông Văn Vìn chủ trì Đề tài chính. Đề tài đã thiết kế chế tạo ra máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura – 3000A với dẫn động thuỷ lực hình 1.6; [30].
12 Hình 1.6: Máy khoan hố trồng cây lắp sau máy kéo Shibaura – 3000A Thiết bị có ưu điểm là năng suất đào hố cao, dễ điều khiển. Tuy nhiên thiết bị này chỉ hoạt động tốt ở nơi có độ dốc < 150. Đối với những nơi có độ dốc lớn hơn thì máy hoạt động không có hiệu quả. Năm 2006: Bộ môn máy lâm nghiệp Trường Đại Học Lâm Nghiệp đã nhập về máy khoan hố trồng cây AG431 của Nhật Bản với mũi khoan xoắn ốc. Quá trình sử dụng máy tại rừng thực nghiệm của trường chúng tôi có nhận xét: Máy chỉ khoan được ở những nơi có nền đất mềm, còn những nơi đất cứng, đất trống đồi núi trọc thì máy khoan này không khoan được, kích thước hố nhỏ, đường kính d= 20cm, chất lượng hố khoan thấp. Nên thiết bị này không áp dụng vào sản xuất được, không phù hợp với điều kiện địa hình, tính chất cơ lý đất của Việt Nam. Năm 2007.Th.S. Trần Đình Tuyển đã thực hiện Đề tài nghiên cưú cấp trường “Thiết kế cải tiến lưỡi khoan hố trồng cây” Kết quả của đề tài đã thiết kế, cải tiến được mũi khoan hố với các góc cắt, góc mài hợp lý. Song tồn tại của mũi khoan này là đất không đưa lên được khỏi hố, nếu gặp rễ cây, cỏ rác là không khoan được [42]. Từ các tồn tại của các công trình nghiên cứu ở trên Đề tài cần phải giải quyết đó là: Thiết bị phải gọn nhẹ để cơ động trên địa hình dốc, hoạt động dễ dàng ở địa hình có độ dốc cao. Vì vậy, phải tìm ra nguyên lý tạo hố mới để đáp ứng các yêu cầu trên.
13 Tóm lại: Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về thiết bị tạo hố trồng cây. Song các công trình này chủ yếu nghiên cứu sử dụng ở những nơi có địa hình bằng phẳng với độ dốc < 150. Các thiết bị đã nêu trên hoạt động không hiệu quả trên địa hình dốc cao. Chưa có công trình nào nghiên cứu về thiết bị tạo hố trồng cây trên địa hình dốc >150 . Để có cơ sở lý thuyết cho quá trình tính toán thiết kế, hoàn thiện các thông số kỹ thuật của máy tạo hố trồng cây trên đất dốc, cũng như làm tài liệu tham khảo cho quá trình tính toán thiết kế cải tiến các thiết bị khoan hố nói chung thì việc thực hiện Đề tài “Nghiên cứu máy tạo hố tạo hố trồng cây trên đất dốc “ mà luận văn lựa chọn là hết sức cần thiết.
14 Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: 2.1.1. Đối tượng của quá trình tạo hố trồng . Căn cứ vào các tài liệu [1]; [2]; [4]; [19] và kết quả điều tra khảo sát ở một số tỉnh như Lai Châu, Hoà Bình, Điện Biên, Phú Thọ thì loại đất của các khu vực cần trồng rừng được chia ra các loại sau: - Đất trống đồi núi trọc; - Đất trồng rừng sau khi khai thác; - Đất bỏ hoang sau đốt nương làm rẫy. Kết quả điều tra khảo sát nghiên cứu cho thấy rằng diện tích đất trống đồi núi trọc chưa có cây cần phải trồng rừng là rất lớn chiếm 90% diện tích cần phải trồng rừng hiện nay. Những diện tích này chủ yếu tập trung ở những nơi xa đường giao thông, độ dốc lớn, đất cằn cỗi, bạc màu hình 2.1. Hình 2.1. Đất trống đồi núi trọc cần phải trồng rừng ở Lai Châu. Hàng năm, ở Việt Nam đã khai thác hàng ngàn ha rừng để phục vụ cho các nhu cầu trong nền kinh tế quốc dân, nên diện tích đất cần phải trồng rừng là rất lớn. Ngoài ra do tập quán du canh du cư, đốt nương làm rẫy của đồng bào các dân tộc mà hàng năm có hàng ngàn ha đất sau đốt nương làm rẫy được bỏ hoang cần phải trồng lại.
15 2.1.1.1. Đặc điểm của đất cần phải tạo hố trồng cây. - Đối với đất trống đồi núi trọc: Theo thống kê của Viện điều tra quy hoạch rừng thì hiện nay cả nước có khoảng 2,5 triệu ha đất trống đồi núi trọc tập trung ở các tỉnh Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Thanh Hoá, Nghệ An,…đặc điểm của các loại đất này là: + Độ dốc lớn, trung bình từ 30-500 độ cao lớn so với mặt nước biển. + Thực bì chủ yếu là cây bụi, Lau lách , Giang nứa, Sim mua. + Đất bạc màu, tầng đất thịt nông, cằn cỗi, lớp đất màu đã bị rữa trôi. + Độ cứng của đất lớn. Theo kết quả trong tài liệu [40] trị số độ chặt của đất khoảng 25-30Kg/cm2 ứng với độ ẩm của đất 10-15%. + Loại đất chủ yếu là đất thịt lẫn sỏi đá. Trong đất có nhiều rễ cây. Với những đặc điểm đã nêu trên thì việc cuốc hố bằng thủ công là hết sức khó khăn. Do vậy cần phải cơ giới hoá khâu tạo hố trồng cây để giảm nhẹ sức lao động, tăng năng suất. Trong quá trình nghiên cứu máy tạo hố trồng cây phải xem xét các đặc điểm của loại đất này để tạo thiết bị cho phù hợp. - Đối với đất trồng rừng sau khai thác: Tính chất của đất trồng sau khi khai thác phụ thuộc vào loài cây trồng. Hiện nay ở Việt Nam rừng sản xuất kinh doanh chủ yếu được trồng hai loại cây đó là loài Keo và Bạch Đàn. Đối với đất trồng loài Keo thì trong quá trình sinh trưởng và phát triển lá Keo rụng xuống có tác dụng cải tạo đất , làm cho đất xốp hơn, độ ẩm của đất cao hơn. Do vậy độ chặt của đất ở mức độ trung bình từ 15-20Kg/cm2 độ ẩm trung bình 20-30%. Đối với đất rừng sau khai thác mà loài cây trồng là cây Bạch Đàn thì độ cứng của đất cao hơn, độ phì của đất thấp hơn. Đối với một số khu rừng trồng Bạch Đàn của Công ty giấy Bãi Bằng sau 3 chu kỳ kinh doanh thì độ chặt của đất rất cao.Vì thế việc tạo hố bằng thủ công là khó thực hiện. Đặc điểm của đất trồng rừng sau khai thác là: + Đất đã được cải tạo nên độ chặt trung bình từ 15-20Kg/cm2 + Gần khu dân cư, thuận tiện về giao thông. + Độ ẩm của đất cao, tầng đất màu cao. + Có nhiều rễ cây, gốc cây.
16 + Độ dốc trung bình 30-400. Với những đặc điểm trên, hiện nay việc tạo hố trồng cây ở loại đất này chủ yếu là dùng thủ công ( Cuốc) một số nơi có địa hình bằng phẳng như ở Đồng Nai, Bình Dương đã sử dụng máy cày để làm đất trồng rừng sau khai thác. Một số đơn vị của Công ty giấy Bãi Bằng đã sử dụng máy đào gốc để làm đất trồng rừng. - Đối với đất hoang hoá sau phát nương làm rẫy: Sau một vài vụ canh tác đồng bào bỏ đi không canh tác nữa. Loại đất này có đặc điểm: + Độ dốc lớn, ở vùng sâu, vùng xa, khó khăn về giao thông; + Đất bị bạc màu, bị rữa trôi; + Thực bì đã được dọn sạch, thuận lợi cho việc tạo hố trồng cây. Từ những đặc điểm của đất trồng rừng chúng tôi có nhận xét sau: - Độ dốc của đất lớn. Đặc điểm này ảnh hưởng đến việc sử dụng máy và thiết bị, từ đó yêu cầu thiết bị phải gọn nhẹ, tính cơ động cao. - Độ chặt của đất rất lớn, điều này đòi hỏi phải tốn nhiều lực để phá vỡ kết cấu của đất mới tạo ra hố trồng cây đúng quy cách. - Trong đất lẫn nhiều rễ cây, đá sỏi nên lực cản lớn, chính điều này gây khó khăn cho qúa trình khoan cắt để tạo hố. - Những đặc điểm trên là cơ sở khoa học để nghiên cứu dạng cắt, các thông số của hệ thống cắt đất để tạo ra hố trồng cây. 2.1.1.2. Phân loại đất trồng rừng: Hiện nay có nhiều cách phân loại đất khác nhau, tùy thuộc vào mục đích yêu cầu của việc phân loại và sử dụng. Nhưng nhìn chung có thể phân loại đất đá như sau: Theo đặc điểm của quá trình hình thành, quá trình phong hóa các loại đá gốc để tạo thành đất. Tùy thuộc vào đặc điểm, tính chất của quá trình phong hóa mà ta có thể phân loại đất thành các loại sau: - Đất vụn rời ( Đá dăm, sỏi, cuội, cát): Các loại đất này là kết quả của quá trình hóa lý học của các loại đá gốc sinh ra. Các tác nhân chủ yếu của quá trình phong hóa ở đây là sự thay đổi nhiệt độ, áp suất, độ ẩm khí quyển tạo nên các dạng
17 ứng suất phức tạp trong lòng các đá gốc dẫn đến phá vỡ chúng thành các loại hạt vụn rời, không dính, không dẻo. Thành phần và tính chất của chúng gần giống với đá gốc nên khá ổn định. Kích thước hạt của các loại đất này thường lớn, dễ nhận thấy bằng mắt thường. - Đất dính, dẻo (Các loại đất sét): Đất sét được hình thành chủ yếu do phong hóa hóa học các đá gốc. Tác nhân chủ yếu trong quá trình hóa học là ôxy, nước, các chất hóa học và các dung dịch của chúng. Trong quá trình phong hóa các loại đá gốc bị phân hủy, thay đổi tính chất, thành phần hóa học nên tính chất của đất sét khác hẳn so với các loại đá gốc. Kích thước các hạt đất sét thường rất nhỏ ( < 0,005 mm) và thường chứa các hạt keo nên chúng có khả năng liên kết tốt với nước. Khi bị ẩm thì dính dẻo đồng thời khả năng chịu tải giảm rất nhanh. - Đất bột: Đất bột được hình thành do quá trình phong hóa lý - hóa học hỗn hợp rất phức tạp. Tác nhân của quá trình phong hóa này vừa là các tác nhân lý học: nhiệt độ, áp suất… vừa là các tác nhân hóa học: oxy, nước, các dung dịch hóa học…dẫn đến các tính chất lý, hóa học của đất bột rất khác biệt so với đá gốc. - Đất trồng: Là loại đất có thành phần và tính chất rất phức tạp, được hình thành do quá trình phong hóa, lý – hóa – sinh học hỗn hợp. Trong đất trồng có chứa nhiều tạp chất hữu cơ, vi sinh vật hoạt động rất mạnh. Từ các cách phân loại trên cho chúng ta định hướng và tìm hiểu được tính chất cơ lý của một số loại đất. Trong phạm vi đất trồng rừng đối tượng mà chúng tôi đang nghiên cứu thì chúng tôi phân ra theo 3 dạng đất cơ bản và chủ yếu nhất của đất trồng rừng ở một số khu vực của nước ta hiện nay đó là: - Đất sỏi đá; - Đất thịt; - Đất cát pha. 2.1.1.3. Thành phần của đất trồng rừng: - Đất sỏi đá: Đại bộ phận là các mãnh vỡ vụn của đá Mắc ma, đá Biến chất, đá Trầm tích tạo thành. Chúng có hình dạng khác nhau. Nếu tích tụ tại chỗ gần nơi đá gốc bị phá vỡ thì có dạng sắc cạnh nhưng trong thực tế thường gặp loại đất này ở dạng tròn cạnh tích tụ thành từng lớp, tầng ở các lũng sông suối, miền núi, trung du.
18 Tính co ép của loại đất này nhỏ: giữa các hạt không hình thành nước mao dẫn nhưng có tính thấm nước lớn. - Đất cát pha: Có chứa lượng sét từ 3- 12%. Thành phần chủ yếu là thạch anh SiO2, manhetit, mica, fenpat…đường kính hạt càng nhỏ thì hàm lượng thạch anh càng lớn. Ngoài ra còn chứa các loại hạt sét, hạt keo các hạt này có kích thước nhỏ hơn 0,005 mm. - Đất thịt: có hàm lượng các hạt sét từ 12 – 25%. Đã có tính dính của các hạt sét ở mức độ tương đối cao. Tính dẻo của chúng tương đối lớn. 2.1.1.4. Một số tính chất cơ lý của đất ảnh hưởng đến quá trình tạo hố trồng cây Tính chất chung của đất là một kết cấu như là một môi trường rời rạc và không đồng nhất. Chúng có tính rời rạc vì các hạt cứng liên kết với nhau rất yếu so với sức bền của bản thân các hạt cứng, giữa các hạt còn có các khoảng trống. Tính không đồng nhất còn thể hiện ở các mặt: kích thước và sự phân bố các hạt cứng rất không đồng đều nhau; tính chất các hạt cứng cũng rất khác nhau ngoài ra trong đất chứa các xác động, thực vật phân bố khác nhau. Sự liên kết của đất chủ yếu do ma sát nội hạt, lực hấp dẫn phân tử giữa các hạt cứng, sức căng màng nước và sự dính kết của các hạt vi nhỏ có trong đất. Khi ta tác dụng các lực cơ học vào đất, thông qua bộ phận làm việc của máy canh tác ( máy khoan hố trồng cây), thì xảy quá trình tác dụng tương hỗ giữa lưỡi cắt và đất, qua quá trình tương tác rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Sự tác dụng có thể chia ra làm 3 hiện tượng sau:  Phá vỡ kết cấu đất nơi tiếp xúc máy- đất.  Lực ma sát nơi tiếp xúc giữa máy với đất và giữa các hạt đất.  Các ứng suất trong đất chống lại sự dịch chuyển khi có tác động vào đất. Khả năng di chuyển hay hiệu quả làm việc của các máy canh tác với đất phụ thuộc vào các tính chất cơ lý của đất. a) Độ ẩm của đất: Độ ẩm của đất có ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình tác dụng đất lên lưỡi cắt của máy nói chung hay quá trình khoan hố nói riêng. Độ ẩm có thể tính theo 3 cách: Độ ẩm tuyệt đối; độ ẩm tương đối; độ ẩm toàn phần. Độ ẩm của đất càng thấp thì lực cản cắt của đất lên lưỡi cắt càng cao, do vậy trong quá trinh tạo
19 hố nên chọn thời điểm mà đất có độ ẩm thích hợp để tiến hành công việc thì chi phí năng lượng riêng thấp hơn. . b) Độ chặt của đất: Độ chặt của đất chỉ trạng thái sắp xếp các hạt đất ở mức độ xa hay sít nhau (mật độ các hạt đất). Độ chặt có thể được đánh giá bằng ứng suất pháp tuyến  và độ biến dạng pháp tuyến h (độ sâu của đầu đo), đất càng chặt thì  càng lớn, độ chặt của đất thể hiện ở bảng 2.1, [30]. Bảng 2.1: Trạng thái độ chặt của đất, ứng với độ ẩm của nó Mức độ chặt của đất Trị số độ chặt Tình trạng đất Trị số độ ẩm của đất (kg/cm2) (%) Cao 25-30 Khô cứng 10-15 Trung bình 15-20 Ẩm 20-30 Thấp 6-9 Ướt 40-50 c) Khả năng chống nén của đất: Khả năng chống nén của đất là khả năng chống biến dạng theo phương pháp tuyến. Tính chống nén phụ thuộc vào ma sát trong và ma sát giữa các hạt đất. d) Khả năng chống cắt đất: là khả năng được tạo bởi lực dính và nội lực giữa các hạt cứng( do lực hút phân tử giữa các hạt và sức căng bề mặt giữa các hạt đất). Lực cản cắt được xác định theo các điều kiện cụ thể, còn lực cản cắt cực đại tính theo định luật Culông: T=T0 + N.tg ( 2.1 ) Trong đó: T: lực cản của đất; N: lực pháp tuyến; : hệ số ma sát; T0: lực dính. Khi gia công cơ giới ta thấy có các dạng tác động của máy đối với đất điển hình là: Cắt, kéo, nén, tách, uốn, đập và di chuyển. Tùy theo tính chất của đất, dạng cấu tạo và chuyển động của bộ phận làm việc mà các nguyên tắc đó xẩy ra ở mức độ nào mà hiệu quả sẽ khác nhau. Việc xử lý các nguyên tắc tác động bằng cách thay đổi cấu tạo dụng cụ tác động, chế độ tác động của dụng cụ sẽ dẫn đến hiệu quả chi